JPH1129314A - 二酸化炭素固定化装置 - Google Patents

二酸化炭素固定化装置

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JPH1129314A JP20242397A JP20242397A JPH1129314A JP H1129314 A JPH1129314 A JP H1129314A JP 20242397 A JP20242397 A JP 20242397A JP 20242397 A JP20242397 A JP 20242397A JP H1129314 A JPH1129314 A JP H1129314A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＯ2の削減効率を向上させた、実用的な二
酸化炭素固定化装置を提供する。 【解決手段】 下水道等の有機廃棄物を嫌気性発酵槽３
中で発酵させてメタンガスを発生し、メタン分解反応部
５ではそのメタンガスを触媒反応により分解してＨ2を
取り出す。工場等の排煙を熱交換器２に通して排熱を得
て、これを発酵槽３に与えて発酵促進に利用する。ＣＯ
2分離濃縮部６では排煙中のＣＯ2を分離し、ＣＯ2固定
化部７ではＣＯ2とＨ2とを還元反応させて炭素と水とを
生成する。これにより、排煙や大気中のＣＯ2が固定化
され純炭素に変換される。Ｈ2を得るために大量の電力
を消費しないので、装置の運転コストも安く、ＣＯ2の
削減効率もよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大気中又は工場等
の排煙中に含まれる二酸化炭素ガスを固定し、他の物質
に変換して回収する二酸化炭素固定化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】工場、発電所、自動車等の人間の社会的
活動に伴って大気中に排出される二酸化炭素は地球温暖
化の主たる原因であることが知られており、近年、この
二酸化炭素の排出量を削減することが地球環境の保護の
大きな課題となっている。これに対し、従来より、工場
等の排煙や大気中のＣＯ2ガスを固定化し除去するため
のシステムが種々提案されている。
【０００３】図２は、この種の二酸化炭素固定化装置の
概略的な構成を示す図である。この二酸化炭素固定化装
置は、主として、ＣＯ2分離濃縮部６、Ｈ2生成部８、及
び反応部９から構成される。ＣＯ2分離濃縮部６は、工
場等のＣＯ2発生源１にて発生するＣＯ2ガスを含む排煙
中からＣＯ2ガスを分離し、不純物を除去してそのガス
濃度を高める。Ｈ2生成部８は、水を電気分解する等の
方法によりＨ2ガスを発生する。そして、反応部９は、
ＣＯ2ガスとＨ2ガスとの化学反応により、例えばメタノ
ール（ＣＨ3ＯＨ）を生成し回収する。このような装置
によれば、ＣＯ2ガスを固定化して、燃料として利用可
能なメタノールに変換することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記装置で
はＨ2生成部８にて水を電気分解するために大きな電力
を消費するため（装置全体に必要な総エネルギーの９０
％以上が消費されると見積もられる）、電力コストが高
いと運転コストが大変高いものとなる。また、電力を得
るための最も一般的な方法は火力発電であるが、火力発
電では石油、石炭、ＬＮＧ等の化石燃料を燃焼して大量
のＣＯ2ガスを排出するため、装置を運転するために発
生するＣＯ2量を考慮した総合的なＣＯ2の削減効率はあ
まり高くできないというジレンマがある。
【０００５】そこで、次のようなシステムが従来提案さ
れている。すなわち、水力発電や太陽電池発電等の化石
燃料の燃焼以外の発電により電力を安定的に且つ低いコ
ストで得られる地域（国）に上記二酸化炭素固定化装置
を建設し、他の地域で回収したＣＯ2ガスを液体炭酸に
変えてタンカー船で上記地域に輸送する。そして、上記
装置によりＣＯ2を原料としてメタノールを製造し、こ
れを再びＣＯ2発生源の在る地域に燃料として輸送す
る。しかしながら、このようなシステムでは、炭酸やメ
タノールの輸送コストがかかる、ＣＯ2の排出源の近傍
で該ＣＯ2を処理できない、等の問題があり、実用化は
かなりの困難が予想される。
【０００６】本発明は上記課題を解決するために成され
たもので、その目的とするところは、固定化のための運
転コストが安く、且つ総合的なＣＯ2の削減効率のよい
二酸化炭素固定化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、大気又は排煙中の二酸化炭素ガス
を固定化して回収する二酸化炭素固定化装置において、 a)有機廃棄物を嫌気性発酵することによりメタンガスを
生成する発酵手段と、 b)該メタンガスを分解して水素ガスを取り出す水素生成
手段と、 c)該水素ガスと二酸化炭素ガスとの化学反応により固体
炭素と水とを生成する固定化手段と、 を備えることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明に係る二酸化炭素固定化装
置では、発酵手段は、下水道の汚物等の有機廃棄物を嫌
気性微生物の働きにより発酵させ、該発酵の過程で発生
するメタンガスを分離して回収する。水素生成手段は、
このメタンガスを例えば触媒反応により分解し水素ガス
と炭素とを得る。固定化手段は、その水素ガスと大気中
又は排煙中から分離した二酸化炭素ガスとを化学反応さ
せて固体炭素と水とを生成し、炭素を資源として回収す
る。なお、水素生成手段が水素を生成する際に発生する
炭素も固体として回収することができる。
【０００９】すなわち、本発明の二酸化炭素固定化装置
では、有機廃棄物の発酵により得たメタンガスを分解す
ることにより水素ガスを得ており、このような分解反応
に必要なエネルギーは従来の水の電気分解による方法に
比べて遙かに小さくて済む。
【００１０】ところで、例えばメタン細菌等による有機
廃棄物の嫌気性発酵は、常温よりも高い適度な温度で最
も効率的に行なわれることが知られている。そこで、上
記本発明の二酸化炭素固定化装置では、排煙が有する熱
や二酸化炭素と水素との反応時に発生する反応熱を回収
する熱回収手段を更に備えるようにし、該熱回収手段に
て回収した熱を発酵手段に与えて発酵を促進させる構成
とすることができる。この構成によれば、熱が大気中に
無駄に排出されることなく二酸化炭素固定化のサイクル
中に効果的に利用されるので、発酵手段の温度を高める
ために供給すべき他のエネルギーを節約することができ
る。
【００１１】また、比較的多量の熱量が回収できる場合
には、排煙の有する熱や反応熱を利用して発電を行なう
発電手段を備え、該発電手段により得た電力を水素生成
手段や固定化手段の運転に利用する構成とすることもで
きる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明に係る二酸化炭素固定化装置の
一実施例を図を参照して説明する。図１は、本実施例に
よる二酸化炭素固定化装置の全体構成図である。本実施
例の二酸化炭素固定化装置は、排煙中の熱を回収する熱
交換器２、有機廃棄物を発酵させてメタン（ＣＨ4）ガ
スを発生するための嫌気性発酵槽３、メタンガスを分離
し濃縮するメタン分離濃縮部４、メタンガスを触媒反応
により水素と炭素に分離しＨ2ガスを回収するメタン分
解反応部５、排煙中のＣＯ2ガスを分離し濃縮するＣＯ2
分離濃縮部６、及び、ＣＯ2ガスとＨ2ガスとを化学反応
させて水と固体炭素（カーボンブラック）とを取り出す
ＣＯ2固定化部７から構成される。
【００１３】本装置の入力段である熱交換器２には、例
えば火力発電所や工場等のＣＯ2発生源１から排出され
る排煙が導入される。このような排煙は化石燃料の燃焼
ガスであるので、通常、非常に高温（約３５０℃）にな
っている。このため、熱交換器２に導入した外気と上記
排煙との間で熱交換を行なうことにより、多量の排熱を
回収することができる。熱交換により約５０℃程度にま
で温度が低下した排煙はＣＯ2分離濃縮部６に供給さ
れ、一方、加熱された空気は嫌気性発酵槽３へ送られ
る。
【００１４】嫌気性発酵槽３には下水道等から回収され
た有機廃棄物が順次導入され、これにメタン細菌等の嫌
気性微生物を加えて嫌気性発酵を行なわせる。酸素が遮
断された状態で発酵を行なうとＣＯ2ガスは殆ど発生せ
ず、多量のメタンガスと硫化水素ガス等が発生する。こ
のような嫌気性発酵は、６０℃程度の温度条件で最も効
率よく行なわれる。そこで、嫌気性発酵槽３を該温度付
近に維持するために、上述のように熱交換器２で回収し
た排熱や後述の反応熱を利用している。
【００１５】嫌気性発酵槽３にて発生したメタンを含む
ガスはメタン分離濃縮部４へ送られ、ここで、メタンガ
スのみを選択分離し、更にその濃度を高める。このよう
な分離及び濃縮には、特定の気体分子を選択的に透過さ
せる透過膜を利用する、或いは、特定の気体分子を選択
的に吸着する吸着剤を利用する等の、周知の種々の方法
を用いることができる。
【００１６】濃度の高まったメタンガスはメタン分解反
応部５へ送られる。このメタン分解反応部５は、ニッケ
ル等の金属触媒を用いた加熱反応により、メタンガスを
次のように分解する。 ＣＨ4 → ２Ｈ2 ＋ Ｃ このようにして生成したＨ2ガスはＣＯ2固定化部７へ送
られ、炭素は微粉末状炭素として回収される。
【００１７】一方、ＣＯ2分離濃縮部６では、上記メタ
ン分離濃縮と同様の方法により、排煙中からＣＯ2ガス
のみを分離し、更にそのガス濃度を高める。そして、Ｃ
Ｏ2固定化部７では、ＣＯ2ガスとＨ2ガスとに対し触媒
を用いて次のような還元反応を生じさせる。 ＣＯ2 ＋ ２Ｈ2 → Ｃ ＋ ２Ｈ2Ｏ 上記反応を開始させるには雰囲気温度を数百℃にする必
要があるが、該反応により熱が生じるので、一旦反応が
開始された後には外部より熱を加える必要はなく、逆に
反応熱を取り出すことができる。そこで、この反応熱を
回収し、連続的な加熱を必要とするメタン分解反応部
５、又は嫌気性発酵槽３に供給することができる。ＣＯ
2固定化部７で生成した水は廃棄され、炭素は微粉末状
炭素として回収される。
【００１８】以上のようにして、ＣＯ2発生源１から排
煙が連続的に導入されると純炭素が連続的に生成され
る。この多量の炭素は工業用カーボンブラックとして利
用することができる。
【００１９】なお、上記構成の各部では、例えばガスを
流通させるためのポンプ等、運転に電力エネルギーを必
要とするから、このような電力は外部から供給する必要
がある。そこで、熱交換器２で回収した排熱やＣＯ2固
定化部７で発生した反応熱を用いて発電を行なうように
すれば、運転に必要な電力の一部を得ることができ、外
部から供給する電力を節約することができる。
【００２０】なお、上記実施例は一例であって、本発明
の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行なえることは明らか
である。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る二酸
化炭素固定化装置は次のような効果を奏する。 （１）有機廃棄物の嫌気性発酵により得たメタンガスを
分解してＣＯ2の固定化に必要な水素ガスを得ているの
で、ＣＯ2固定化に要するエネルギー（電力）を大幅に
削減することができる。このため、運転コストが低く、
電力コストの比較的高い地域でもＣＯ2の発生源に近接
して当該装置を付設することができる。 （２）運転に要する電力が少なくて済むので、該電力を
火力発電により得る場合であっても、ＣＯ2の削減効率
は従来よりも格段に高まる。また、化石燃料の燃焼時に
発生するＣＯ2以外の大気汚染物質を抑制することがで
きる。 （３）従来利用価値のなかった有機廃棄物を、ＣＯ2の
削減という地球環境の改善のサイクル中に有効に利用す
ることができる。 （４）大量の工業用カーボンブラックを副生品として得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の二酸化炭素固定化装置の一実施例の
全体構成図。
【図２】 従来の二酸化炭素固定化装置の概略構成図。
【符号の説明】 １…ＣＯ2発生源 ２…熱交換器 ３…嫌気性発酵槽 ４…メタン分離濃縮部 ５…メタン分解反応部 ６…ＣＯ2分離濃縮部 ７…ＣＯ2固定化部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 大気又は排煙中の二酸化炭素ガスを固定
    化して回収する二酸化炭素固定化装置において、 a)有機廃棄物を嫌気性発酵することによりメタンガスを
    生成する発酵手段と、 b)該メタンガスを分解して水素ガスを取り出す水素生成
    手段と、 c)該水素ガスと二酸化炭素ガスとの化学反応により固体
    炭素と水とを生成する固定化手段と、 を備えることを特徴とする二酸化炭素固定化装置。
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