KR20050081847A - Method and apparatus for storage and transportation of hydrogen - Google Patents

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Abstract

저장 매체로서 이산화탄소를 사용하여 수소를 저장 및 수송하는 장치와 방법이 개시된다. 전해조는 재생가능한 공급원으로부터의 에너지로 물을 해리하여 수소를 제공한다. 반응기는 수소와 이산화탄소를 반응시켜 생성물을 형성한다. 생성물은 소비 위치나 저장 위치로 수송된다. 저장 장치는 생성물이 소비될 때 생성되는 보유 이산화탄소를 저장하는데 사용될 수 있다. 보유된 이산화탄소는 반응기 위치로 수송되어 수소 공급원으로부터 제공된 수소와 반응된다. 이와 같은 이산화탄소 순회로를 사용하여 수소를 효과적으로 수송 및 저장한다.Apparatus and methods are disclosed for storing and transporting hydrogen using carbon dioxide as a storage medium. The electrolyzer dissociates water with energy from renewable sources to provide hydrogen. The reactor reacts with hydrogen and carbon dioxide to form a product. The product is transported to a consumption location or storage location. The storage device can be used to store the retained carbon dioxide produced when the product is consumed. The retained carbon dioxide is transported to the reactor site and reacted with hydrogen provided from the hydrogen source. This carbon dioxide circuit is used to transport and store hydrogen effectively.

Description

수소 저장 및 수송을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR STORAGE AND TRANSPORTATION OF HYDROGEN}METHOD AND APPARATUS FOR STORAGE AND TRANSPORTATION OF HYDROGEN}

관련 출원의 상호-참증Cross-Verification of Related Applications

본 출원은 이전에 제출된 동시-계류중인 2003년 4월 11일자 출원인 미국 가출원 일련번호 60/462,234의 이점과 우선권을 주장하며, 그것의 명세서는 참고자료로서 본원에 수록된다.This application claims the advantages and priorities of a previously filed co-pending April 11, 2003, US Provisional Application Serial No. 60 / 462,234, the disclosure of which is incorporated herein by reference.

본 발명은 수소를 저장하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 저장 매체로서 이산화탄소를 사용함에 의하여 수소를 저장 및 수송하는 것에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for storing hydrogen. More particularly, the present invention relates to the storage and transport of hydrogen by using carbon dioxide as the storage medium.

메탄(CH4)과 같은 화석 연료는 에너지를 제공하는 대신 CO2를 내보낸다. 태양력 및 풍력과 같은 재생가능한 에너지원은 전기 에너지를 포함하는 간헐적인 에너지를 제공하는데, 그것은 저장하기가 어렵고, 그리고 이러한 것은 에너지 수요를 보충하는데 쉽게 사용할 수 없다. 그러나, 재생가능한 공급원으로부터의 에너지는 물을 전기분해하여 수소를 생성하는데 쉽게 사용될 수 있다. 더구나, 수소는 메탄이나 디젤 연료와 같은 탄화수소 생성물의 개질에 의해 획득될 수 있다. 또, 수소는 원자력, 전기분해 또는 증기전기분해(폐열을 사용)에 의해 생성될 수도 있다.Fossil fuels such as methane (CH 4 ) emit CO 2 instead of providing energy. Renewable energy sources such as solar and wind provide intermittent energy, including electrical energy, which is difficult to store, and it is not readily available to supplement energy demand. However, energy from renewable sources can easily be used to electrolyze water to produce hydrogen. Moreover, hydrogen can be obtained by reforming hydrocarbon products such as methane or diesel fuel. Hydrogen may also be produced by nuclear power, electrolysis or steam electrolysis (using waste heat).

따라서, 수소는 많은 용도에 적합한 풍부하고 우수한 연료이기 때문에 수소의 저장은 집중적인 연구 분야가 되어 왔다. 수소는 연료전지와 같은 장치를 사용하여 전기를 생성하는데 사용될 수 있는데, 그것은 부산물로서 단지 수증기만을 생성한다. 내연기관이 디젤 연료나 가솔린의 에너지량을 사용할 때보다 연료전지가 수소의 에너지 함량을 사용할 때가 더 효율적이기 때문에 수소가 선호되는 연료이다(대략 40% 대 30%의 에너지 이용). 그러나, 연료전지는 완성된 기술이 아니다. 더구나, 수소의 수송에 관한 문제가 있다.Therefore, storage of hydrogen has been an intensive research field because hydrogen is a rich and excellent fuel suitable for many applications. Hydrogen can be used to generate electricity using devices such as fuel cells, which produce only water vapor as a byproduct. Hydrogen is the preferred fuel because internal combustion engines are more efficient when fuel cells use the energy content of hydrogen than when they use energy from diesel fuel or gasoline (approximately 40% vs. 30% energy). However, fuel cells are not a complete technology. Moreover, there is a problem with the transport of hydrogen.

수소 저장에 관련된 어려움들이 있다. 수소가 단위 질량 당 매우 높은 에너지 용량을 가질지라도, 그것은 액체 형태에서 조차도 아주 낮은 밀도를 가지며 결과적으로 연료로서는 매우 벌키하다. 운송수단 위에 탱크가 있어야만 하므로, 저장은 이동하는 경우에 있어 특히 주된 관심사이다. 연료전지의 개선된 효율을 고려하여도, 표준 압력의 400배로 압축된 1리터의 수소는 가솔린이나 디젤 0.24리터의 에너지 값을 가진다. 상기 언급된 압축수소보다 약간 더 높은 에너지 값을 가지는 액화수소 1리터는 약 0.475 리터의 가솔린과 동등하다. 수소는 액화되기 위해서 약 -423℉/-253℃의 매우 낮은 온도가 되어야 하는데, 그것은 에너지 투입을 요한다. 액화수소를 보유하도록 디자인된 탱크 또한 고가이다. 수소는 대기압의 660배 이상까지 압축될 수 있지만, 이것은 추가의 에너지를 요하고, 탱크를 만드는데 매우 비용이 많이 들게 된다.There are difficulties associated with hydrogen storage. Although hydrogen has a very high energy capacity per unit mass, it has a very low density even in liquid form and as a result is very bulky as a fuel. Storage is a major concern, especially when moving, since there must be a tank on the vehicle. Even considering the improved efficiency of the fuel cell, one liter of hydrogen compressed to 400 times the standard pressure has an energy value of 0.24 liters of gasoline or diesel. One liter of liquefied hydrogen with an energy value slightly higher than the above mentioned compressed hydrogen is equivalent to about 0.475 liters of gasoline. Hydrogen must be at a very low temperature of about -423 ° F / -253 ° C to liquefy, which requires energy input. Tanks designed to hold liquefied hydrogen are also expensive. Hydrogen can be compressed up to 660 times its atmospheric pressure, but this requires additional energy and is very expensive to build a tank.

수소를 직접 저장하는 문제점 때문에, 보다 쉽게 저장될 수 있는 다른 연료 공급원이 필요하다. 그 후, 이들 화합물은 처리, 또는 개질되어, 사용되는 수소를 방출한다. 이들과 같은 화합물은 메탄올, 에탄올, 메탄 및 심지어 가솔린을 포함하며, 개질되어 수소를 방출할 수 있다. 이 방법이 갖는 한가지 문제점은 이산화탄소가 방출된다는 점이고, 이는 무공해차량(zero emission vehicle: ZEV)을 위해 쓸 수 있는 전략이 아니라는 것을 의미한다. 더욱이, 이들 연료는 재생가능한 에너지원의 수단이 되지 못한다.Because of the problem of storing hydrogen directly, there is a need for another fuel source that can be stored more easily. These compounds are then treated or modified to release the hydrogen used. Compounds such as these include methanol, ethanol, methane and even gasoline and can be modified to release hydrogen. One problem with this method is that carbon dioxide is emitted, which means that it is not a viable strategy for zero emission vehicles (ZEVs). Moreover, these fuels are not a means of renewable energy sources.

수소화물과 같은 다른 화합물은 수소를 잡는데 사용될 수 있다. 일부 금속 수소화물은 가열되면 그들의 수소를 방출하고, 그 후 나중의 연료보급 과정 동안에 복구되거나 "재충전"되어야 한다. 수소화 붕소나트륨과 같은 다른 수소화물은 물에 노출될 때 수소를 방출하지만, 저장 물질 위에 잔류물을 남기고, 재충전 처리되어야 한다.Other compounds such as hydrides can be used to catch hydrogen. Some metal hydrides release their hydrogen when heated and then have to be recovered or "recharged" during later refueling processes. Other hydrides, such as sodium borohydride, release hydrogen when exposed to water, but must remain recharged, leaving residue on the storage material.

수소 저장에 대한 마지막 카테고리는 나노튜브를 포함하는 신규한 또는 색다른 재료를 사용하여 수소를 저장하는 것이다. 신규한 재료는, 저장 메카니즘을 생성하는, 수소가 부착되고 그 후 방출될 수 있는 작은 표면들의 광대한 배열을 가진다. 그러나, 이 기술은 아직 완전히 발달되거나 효과적으로 작용한다고 입증되지 않았다.The final category for hydrogen storage is to store hydrogen using new or exotic materials, including nanotubes. The novel material has a vast array of small surfaces that hydrogen can attach to and then release, creating a storage mechanism. However, this technique has not yet been fully developed or proven to work effectively.

따라서, 가스를 압축하거나 액화시키기 위해 상당한 양의 에너지를 소비해야하지 않고, 수소를 저장하는 비용 효과적인 수단을 제공하는 것이 바람직하다. 더구나, 수소를 수송하는 비용 효과적인 수단을 제공하는 것이 바람직하다. 더 나아가, 재생가능한 에너지원을 효과적으로 동력화하는 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 마지막으로, 에너지를 소비하는 동안 순 이산화탄소 방출을 방해하는 에너지 저장 및 수송 시스템을 제공하는 것이 유리할 것이다. Thus, it is desirable to provide a cost effective means of storing hydrogen without having to consume a significant amount of energy to compress or liquefy the gas. Moreover, it is desirable to provide a cost effective means of transporting hydrogen. Furthermore, it is desirable to provide a method for effectively powering a renewable energy source. Finally, it would be advantageous to provide an energy storage and transportation system that prevents net carbon dioxide emissions while consuming energy.

발명의 개요Summary of the Invention

수소를 수송하기 위한 장치는 수소 공급원과 이산화탄소 공급원을 포함한다. 반응기는 수소 공급원과 이산화탄소 공급원과 연통되어 있으며, 수소가 이산화탄소와 반응하여 탄화수소 및 산소첨가 탄화수소로 구성되는 군으로부터 선택되는 생성물을 형성하도록 한다. 도관은 반응기와 연통되어 있으며, 생성물을 소비 위치 또는 저장 위치로 수송한다. 도관은 반응기 위치 또는 저장소 위치로 이산화탄소를 수송하기 위해 소비 위치와도 연통되어 있다.The apparatus for transporting hydrogen includes a hydrogen source and a carbon dioxide source. The reactor is in communication with a hydrogen source and a carbon dioxide source, allowing hydrogen to react with carbon dioxide to form a product selected from the group consisting of hydrocarbons and oxygenated hydrocarbons. The conduit is in communication with the reactor and transports the product to a consumption or storage location. The conduit is also in communication with the consumption site for transporting carbon dioxide to the reactor location or storage location.

수소를 수송하는 방법은 수소 공급원과 이산화탄소 공급원을 제공하는 단계를 포함한다. 수소와 이산화탄소는 반응기로 이송된다. 수소는 이산화탄소와 반응하여 탄화수소 및 산소첨가 탄화수소를 포함하는 군으로부터 선택되는 생성물을 형성한다. 생성물은 소비 위치 또는 저장 위치로 수송된다. 이산화탄소는 소비 위치로부터 반응기 위치 또는 저장 위치 중 하나로 수송된다.The method of transporting hydrogen includes providing a hydrogen source and a carbon dioxide source. Hydrogen and carbon dioxide are sent to the reactor. Hydrogen reacts with carbon dioxide to form a product selected from the group comprising hydrocarbons and oxygenated hydrocarbons. The product is transported to a consumption location or storage location. Carbon dioxide is transported from the consumption location to either the reactor location or the storage location.

저장 매체로서 이산화탄소를 사용하는 것에 의해 수소를 저장하기 위한 장치는 수소 공급원 및 이산화탄소 공급원을 포함한다. 반응기는 수소 공급원 및 이산화탄소 공급원과 연통되어 있으며, 수소와 이산화탄소를 반응시켜 탄화수소 및 산소첨가 탄화수소로 구성되는 군으로부터 선택되는 생성물을 형성한다. 저장 장치는 수소를 함유하는 생성물을 저장하며 반응기와 연통되어 있다.An apparatus for storing hydrogen by using carbon dioxide as a storage medium includes a hydrogen source and a carbon dioxide source. The reactor is in communication with a hydrogen source and a carbon dioxide source and reacts hydrogen and carbon dioxide to form a product selected from the group consisting of hydrocarbons and oxygenated hydrocarbons. The storage device stores a product containing hydrogen and is in communication with the reactor.

저장 매체로서 이산화탄소를 사용하는 것에 의해 수소를 저장하는 방법은 소정량의 수소 및 소정량의 이산화탄소를 제공하는 단계를 포함한다. 수소 및 이산화탄소는 반응기로 이송되어, 탄화수소 및 산소첨가 탄화수소로 구성되는 군으로부터 선택되는 생성물을 형성하다. 수소를 함유하는 생성물이 저장된다.The method of storing hydrogen by using carbon dioxide as the storage medium includes providing a predetermined amount of hydrogen and a predetermined amount of carbon dioxide. Hydrogen and carbon dioxide are sent to the reactor to form a product selected from the group consisting of hydrocarbons and oxygenated hydrocarbons. The product containing hydrogen is stored.

본 발명의 또 다른 목적, 구성 및 효과는 이하의 상세한 설명, 첨부 도면 및 청구의 범위를 통해 당업자에게 명백하게 된다.Other objects, configurations and effects of the present invention will become apparent to those skilled in the art through the following detailed description, the accompanying drawings and the claims.

바람직한 구체예의 설명Description of Preferred Embodiments

도 1 을 참조하면, 현재 기술 상태에 따른 에너지 사용 시스템이 개략적으로 도시되어 있다. 천연가스 공급원(5), 특히 가스 유전은 천연가스를 소비 위치(8)의 에너지 사용자에게 수송하기 위해 가스 도관(7)과 연통되어 있다. 연소가 이상적이라고 가정하면 에너지 사용자는 천연가스를 산소와 함께 연소시킴으로써 천연가스를 소비하여 열을 발생시키고 부산물로 이산화탄소와 물을 발생시킨다.Referring to FIG. 1, an energy use system according to the state of the art is schematically illustrated. The natural gas source 5, in particular the gas field, is in communication with the gas conduit 7 to transport the natural gas to the energy user of the consuming location 8. Assuming combustion is ideal, energy users burn natural gas with oxygen, consuming natural gas to generate heat and carbon dioxide and water as by-products.

이제 도 2 를 참조하면, 재생가능한 에너지원(9)을 더 포함하고 있는 현재의 기술 상태에 따른 도 1의 에너지 사용 시스템이 개략적으로 도시되어 있다. 풍력 및 태양 에너지와 같은 재생가능한 에너지원은 일관성이 없기 때문에 에너지 수요를 보충하는데 재생가능한 에너지 공급원을 사용하기 어렵다. 재생가능한 에너지원은 쉽게 전기를 생성할 수 있지만, 전통적인 전력 공급원으로부터 고정된 부하를 단지 산발적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 재생가능한 에너지원으로부터의 전기는 대량으로 저장하기 어렵다. 게다가, 고압 전력선을 통하여 전기를 수백 마일 이상 전송하는 것은 비능률적이다. 따라서, 재생가능한 에너지원(9)은 소비 위치(8)의 에너지 사용자에 연결되지 않은 것으로 도시되어 있다. 한편, 대기로 방출되는 이산화탄소는 지구 온난화의 원인으로 추정된다. Referring now to FIG. 2, there is schematically shown the energy usage system of FIG. 1 in accordance with the state of the art, which further comprises a renewable energy source 9. Renewable energy sources such as wind and solar energy are inconsistent, making it difficult to use renewable energy sources to supplement energy demand. Renewable energy sources can easily generate electricity, but can only sporadically reduce fixed loads from traditional power sources. In addition, electricity from renewable energy sources is difficult to store in large quantities. In addition, transmitting hundreds of miles of electricity over high-voltage power lines is inefficient. Thus, the renewable energy source 9 is shown as not connected to the energy user of the consuming location 8. Meanwhile, carbon dioxide released into the atmosphere is believed to be a cause of global warming.

종래 기술은 세계의 에너지 시스템이 지구 온난화로 세계를 위협하는 이산화탄소(CO2)의 배출 및 재생가능한 에너지의 만족스러운 이용에 대한 부재를 포함하는 심각한 단점을 갖고 있다는 것을 드러내고 있다.The prior art reveals that the world's energy systems have serious drawbacks, including the absence of carbon dioxide (CO 2 ) emissions and the satisfactory use of renewable energy, which threatens the world with global warming.

쉽게 얻을 수 있고, 가격과 양이 안정적이며 저비용의 재생가능한 공급원(9)으로부터 에너지를 만드는 이러한 문제에 대한 해결책이 요망된다. 재생가능한 공급원의 역할을 제기하고, 이산화탄소 방출을 피하기 위하여 수소 경제라고 하는 해결책이 고려된다.There is a need for a solution to this problem that is easily obtainable, stable in price and quantity and generates energy from a low cost renewable source 9. To address the role of renewable sources and to avoid carbon dioxide emissions, a solution called hydrogen economy is considered.

이제 도 3 을 참조하면, 천연가스 및 재생가능한 에너지가 수송을 위해 수소로 전환되는 에너지 사용 시스템이 개략적으로 도시되어 있다. 재생가능한 공급원(9)으로부터 에너지는 물을 수소와 산소로 분리하는 전해조(도시 생략)에 제공되는 전기 에너지로 전환된다. 수소 도관(7)은 수소가스의 수송을 위해 재생가능한 에너지 공급원(9)을 소비 위치(8)와 연결한다. 천연가스 공급원(5)으로부터의 천연가스를 수소와 이산화탄소로 개질하기 위하여 개질기가 사용될 수 있다. 수소 도관(7)은 수소 수송을 위해 천연가스 공급원(5)을 소비 위치(8)와 연결한다. Referring now to FIG. 3, there is schematically shown an energy use system in which natural gas and renewable energy are converted to hydrogen for transportation. Energy from the renewable source 9 is converted into electrical energy provided to an electrolytic cell (not shown) that separates the water into hydrogen and oxygen. The hydrogen conduit 7 connects a renewable energy source 9 with a consumption location 8 for the transport of hydrogen gas. A reformer can be used to reform the natural gas from the natural gas source 5 into hydrogen and carbon dioxide. The hydrogen conduit 7 connects the natural gas source 5 with the consumption location 8 for hydrogen transport.

본 구체예에서, 재생가능한 공급원은 물의 전기분해에 의해 수소를 생성하기 위하여 전력을 사용한다. 그 다음에 수소는 탄화수소 연료를 위한 치환제로 소비자에게 이송된다. 수소 연소의 생성물은 물이므로 이산화탄소가 전혀 발생하지 않는다. 추가로, 화석 연료는 수소로 개질되며 에너지 수요에 적합하다. 개질 단계의 부산물은 이산화탄소이다. 개질 단계에서의 이산화탄소는 포획되거나 또는 단순히 배출된다. 만약 이산화탄소가 배출되면, 수소 경제는 이산화탄소 배출을 피할 수 없고, 이산화탄소 배출은 단순히 연기될 뿐이다. In this embodiment, the renewable source uses power to produce hydrogen by electrolysis of water. Hydrogen is then sent to the consumer as a substituent for the hydrocarbon fuel. The product of hydrogen combustion is water, so no carbon dioxide is generated. In addition, fossil fuels are reformed with hydrogen and are suitable for energy demand. The byproduct of the reforming step is carbon dioxide. Carbon dioxide in the reforming step is captured or simply emitted. If carbon dioxide is emitted, the hydrogen economy cannot avoid carbon dioxide emissions, and carbon dioxide emissions are simply postponed.

수소 경제 설정이 이론적으로는 유효해 보이지만, 그것과 관련하여 몇 가지 걱정거리가 있다. 첫째로, 우리가 가지고 있는 전체 인프라 구조가 수소를 연료로서 사용할 수 있게 하기 위해 바뀌어져야만 한다. 둘째로, 수소는 부피가 너무 커서 수송하는 것이나 저장하는 것이 어렵다. 그러므로, 이 수소 인프라 구조가 제자리를 잡은 후에야만 재생가능한 공급원이 이용될 수 있을 것이다.While the hydrogen economy setting seems theoretically valid, there are some concerns about it. First, the entire infrastructure we have must be changed to enable hydrogen to be used as fuel. Second, hydrogen is so bulky that it is difficult to transport or store. Therefore, renewable sources will only be available after this hydrogen infrastructure is in place.

이제 도 4를 참조하면, 수소를 수송하기 위한 이산화탄소 회로(25)의 다이아그램이 도시되어 있다. 이 회로(25)는 수소와 이산화탄소를 반응시켜 생성물(이 바람직한 실시예에서는 메탄)을 형성하기 위해 수소를 지점 "A"로부터 지점 "B"로 수송한다. 도 4의 다이아그램은 저장 매체로서 이산화탄소를 사용함으로써, 수소가 지점 "A"로부터 지점 "B"로 수송될 수 있도록 하고, 이산화탄소를 복귀시켜 지점 "A"에서 "재충전"되도록 하는 것을 보여주고 있다. 본 발명의 전제는, 메탄과 같은 탄화수소나 메탄올과 같은 산소첨가 탄화수소를 포함하는 이산화탄소와 수소 사이의 반응 생성물과, 그리고 수소와 반응될 이산화탄소를 수송하는 것이 수소를 지점 "A"로부터 지점 "B"로 수송하는 것보다 더 효율적이라는 것이다.Referring now to FIG. 4, a diagram of a carbon dioxide circuit 25 for transporting hydrogen is shown. This circuit 25 transports hydrogen from point "A" to point "B" to react hydrogen and carbon dioxide to form a product (methane in this preferred embodiment). The diagram of FIG. 4 shows that by using carbon dioxide as the storage medium, hydrogen can be transported from point “A” to point “B” and the carbon dioxide is returned to “recharge” at point “A”. . The premise of the present invention is that transporting the reaction product between carbon dioxide and hydrogen, including hydrocarbons such as methane or oxygenated hydrocarbons such as methanol, and the carbon dioxide to be reacted with hydrogen transfers hydrogen from point "A" to point "B". Is more efficient than transporting them.

2개의 지점(A, B) 사이에서, 1몰의 메탄을 A로부터 B로 수송하고 1몰의 이산화탄소를 B로부터 A로 수송하는 것이, 단순히 동일한 에너지량의 수소를 A로부터 B로 수송하는 것보다 저렴하다. 예를 들어, 1몰의 이산화탄소는 4몰의 수소와 반응하여 1몰의 메탄과 2몰의 물을 생성한다.Between two points (A, B), transporting one mole of methane from A to B and one mole of carbon dioxide from B to A is more than simply transporting the same amount of hydrogen from A to B. It is cheaper. For example, one mole of carbon dioxide reacts with four moles of hydrogen to produce one mole of methane and two moles of water.

현재의 주장이 반직관적으로 보이지만, 수소를 이동시키는 2가지 주요한 방법은 저장 탱크에 의한 것이거나 파이프 라인에 의한 것을 고려한다. 저장 탱크의 경우에 있어서는, 압축메탄이 수소보다 더 고밀도 에너지 운반체라는 것이 잘 알려져 있다. 그러므로, 주어진 탱크의 메탄이 동일한 압력에서 수소보다 더 많은 에너지를 유지할 것이다. 배출 후에, 수소 탱크는 재충전을 위해 공급원을 향해 빈 상태로 되돌려져야만 한다. 메탄 탱크는 대신에 그것의 복귀 경로에서 이산화탄소로 충전된다. 이산화탄소는 복귀된 용기와 함께 운반된다.Although the present argument seems counterintuitive, the two main ways of transporting hydrogen are by storage tanks or by pipeline. In the case of storage tanks, it is well known that compressed methane is a higher density energy carrier than hydrogen. Therefore, methane in a given tank will retain more energy than hydrogen at the same pressure. After draining, the hydrogen tank must be returned empty to the source for refilling. The methane tank is instead charged with carbon dioxide in its return path. Carbon dioxide is conveyed with the returned vessel.

파이프 라인의 경우에 있어서는, 메탄은 동일 압력에서 주어진 체적의 수소보다 단위체적당 에너지 밀도에 있어 2배 이상 크다. 첫번째가 메탄을 수용하고, 두번째가 이산화탄소를 수용하고 반대 방향으로 이동하는 주어진 2개의 파이프 라인은 동일 압력에서 수소만을 수용하고 있는 메탄 파이프 라인으로 된 2배 이상 큰 크기의 단일 파이프 라인보다 더욱 많은 에너지를 운반할 수 있다. 메탄이 에너지 밀도에 있어 수소보다 2배 이상 크기 때문에, 메탄 가스 및 이산화탄소 가스 양자 모두를 조합한 압축 비용도 수소 단독인 경우보다 적다. In the case of pipelines, methane is more than twice the energy density per unit volume than a given volume of hydrogen at the same pressure. Two given pipelines, the first accepting methane and the second accepting carbon dioxide and moving in the opposite direction, are more energy than a single pipeline of more than twice the size of a methane pipeline containing only hydrogen at the same pressure. Can carry. Since methane is more than twice as large as hydrogen in energy density, the compression cost of both methane gas and carbon dioxide gas is less than that of hydrogen alone.

이러한 주장은 아래와 같은 사항을 고려함으로써 보다 공식적으로 지지될 수 있다. 수소는 33.90 kilowatt-hours/kilogram의 에너지 용량을 가지고 있다. 메탄은 13.44 kilowatt-hours/kilogram의 에너지 용량을 가지고 있다. 수소 1몰은 2그램이므로, 킬로그램당 수소 500몰이 된다. 메탄 1몰은 16그램이므로, 킬로그램당 메탄 62.5몰이 된다. 몰을 기초로 하여, 수소의 에너지량은 0.0678 kilowatt-hours/mol이다. 그러나, 메탄은 0.215 kilowatt-hours/mol의 에너지 용량을 가지고 있다. 1몰의 메탄을 연소하면 1몰의 이산화탄소를 발생시킨다. 이산화탄소를 고려하면, 메탄/이산화탄소의 에너지 용량은 여전히 0.1075 kilowatt-hours/mol이다. 이것은 수소보다 58% 더 크다. 가스를 압축하기 위해 필요한 일이 가스의 무게가 아니라 가스의 몰 수에 의존하기 때문에 몰 당 에너지량이 중요하다. 메탄과 이산화탄소는 각각 수소보다 더 높은 임계 온도와 더 낮은 임계 압력을 가지고 있기 때문에 메탄과 이산화탄소는 압축하는데 필요한 에너지가 수소보다 더 작다.This argument can be more formally supported by considering: Hydrogen has an energy capacity of 33.90 kilowatt-hours / kilogram. Methane has an energy capacity of 13.44 kilowatt-hours / kilogram. Since 1 mole of hydrogen is 2 grams, it becomes 500 mol of hydrogen per kilogram. One mole of methane is 16 grams, resulting in 62.5 moles of methane per kilogram. On the basis of moles, the energy amount of hydrogen is 0.0678 kilowatt-hours / mol. However, methane has an energy capacity of 0.215 kilowatt-hours / mol. Combustion of one mole of methane generates one mole of carbon dioxide. Considering carbon dioxide, the energy capacity of methane / carbon dioxide is still 0.1075 kilowatt-hours / mol. This is 58% larger than hydrogen. The amount of energy per mole is important because the work needed to compress the gas depends not on the weight of the gas but on the number of moles of the gas. Since methane and carbon dioxide have higher and lower critical pressures, respectively, than methane and carbon dioxide, the energy needed to compress is less than that of hydrogen.

도 5를 참고하면, 수소를 반응기 위치(90)로부터 소비 위치(80)까지 수송하기 위한 이산화탄소 회로(25)의 다이어그램이 도시되어 있다. 생성물 도관(60)은 본 구체예에서는 메탄인 생성물을 반응기 위치(90)로부터 수송하기 위해 반응기 위치(90) 및 소비 위치(80)와 연통되어 있다. 이산화탄소 도관(70)은 소비 위치(80)로부터 이산화탄소를 수송하기 위해 반응기 위치(90) 및 소비 위치(80)와 연통되어 있다.Referring to FIG. 5, a diagram of a carbon dioxide circuit 25 for transporting hydrogen from reactor location 90 to consumption location 80 is shown. The product conduit 60 is in communication with the reactor location 90 and the consumption location 80 for transporting the product, which is methane in this embodiment, from the reactor location 90. The carbon dioxide conduit 70 is in communication with the reactor location 90 and the consumption location 80 for transporting carbon dioxide from the consumption location 80.

메탄과 이산화탄소를 순회하여 수송하는 것이 비용이 더 저렴하기 때문에 수소 경제 계획은 수정될 수 있다. 수소의 단일 파이프를 사용하는 대신에, 수소 파이프용의 2개 파이프를, 하나는 메탄을 에너지 생성으로부터 에너지 사용으로 보내기 위한 것으로, 다른 하나는 이산화탄소를 에너지 사용으로부터 에너지 생성으 보내기 위한 것으로 대체한다.The hydrogen economic plan can be modified because it is cheaper to transport methane and carbon dioxide around. Instead of using a single pipe of hydrogen, two pipes for the hydrogen pipe are replaced, one for sending methane from energy generation to energy use and the other for sending carbon dioxide from energy use to energy generation.

에너지 소비 위치(80)에서는 이산화탄소를 대기로 배출하기 보다는 도관(70)이 이산화탄소를 반응기 위치(90)로 되돌려 수송한다. 다량의 에너지의 사용자는 이산화탄소를 정기적으로 보유하고, 따라서 이산화탄소를 보유하는 능력이 관심 사항이 아니며, 관심 사항은 보유한 이산화탄소를 처리하는 것이다. 따라서, 이산화탄소를 격리시키기 위해 당해 기술분야에서 알려진 임의의 방법이 이용될 수 있다. 수소의 저장 및 수송을 위한 장치 및 방법을 제공하는 본 발명은, 또한 이산화탄소에 대한 요구사항을 제공하기도 한다. At energy consumption location 80, conduit 70 transports carbon dioxide back to reactor location 90, rather than discharging carbon dioxide into the atmosphere. Users of large amounts of energy regularly hold carbon dioxide, so the ability to hold carbon dioxide is not a concern, and the concern is to treat the carbon dioxide they hold. Thus, any method known in the art can be used to sequester carbon dioxide. The present invention, which provides an apparatus and method for the storage and transport of hydrogen, also provides a requirement for carbon dioxide.

도 6을 참고하면, 본 발명의 원리에 따른 작동 요소의 개략도가 도시되어 있다. 본 실시예에 있어서 Sabatier 반응기인 반응기(40)는 수소 공급원(20) 및 이산화탄소 공급원(30)과 연통되어 있으며, 생성물 특히 메탄을 형성한다. Sabatier 반응기가 여기에 개시되어 있지만, 당업자는 광-전기분해 장치를 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적합한 대체물이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. With reference to FIG. 6, a schematic diagram of an operating element according to the principles of the present invention is shown. Reactor 40, which is a Sabatier reactor in this embodiment, is in communication with a hydrogen source 20 and a carbon dioxide source 30, forming a product, in particular methane. Although a Sabatier reactor is disclosed herein, those skilled in the art will appreciate that any suitable alternative may be used, including but not limited to photo-electrolysis devices.

본 발명에 대한 수소의 생성은 전류를 주입함으로써 물을 해리하여 부산물로서 수소와 산소를 형성하는 전해조에 의해 달성된다. 예를 들어, 9킬로그램의 물은 아래의 화학 반응식에 의해 설명된 바와 같이, 8킬로그램의 산소 및 1킬로그램의 수소를 생성할 것이다. The generation of hydrogen for the present invention is accomplished by an electrolytic cell that dissociates water by injecting a current to form hydrogen and oxygen as by-products. For example, 9 kilograms of water will produce 8 kilograms of oxygen and 1 kilogram of hydrogen, as described by the chemical scheme below.

4H2O → 2O2 + 4H2 4H 2 O → 2O 2 + 4H 2

Sabatier 반응기는 단순하게, 니켈 또는 루테늄과 같은 촉매를 함유하는 금속관인 것이 보통이다. 수소는 보유된 이산화탄소와 발열반응하여 메탄과 물을 생성한다. Sabatier 반응기는 발열성이므로 에너지가 시스템에서 손실된다. 수소가 이산화탄소와 반응할 때, 수소 에너지량의 약 79%가 메탄으로서 저장되고, 나머지가 열로서 방출된다. Sabatier 반응기에 의해 방출된 저급 열의 일부는 다른 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 1킬로그램의 수소와 반응된 5.5킬로그램의 이산화탄소는 아래의 화학 반응식에서 설명된 바와 같이, 2킬로그램의 메탄 및 4.5킬로그램의 물을 생성할 것이다. The Sabatier reactor is usually simply a metal tube containing a catalyst such as nickel or ruthenium. Hydrogen exothermicly reacts with retained carbon dioxide to produce methane and water. Sabatier reactors are exothermic and energy is lost in the system. When hydrogen reacts with carbon dioxide, about 79% of the amount of hydrogen energy is stored as methane and the rest is released as heat. Some of the lower heat released by the Sabatier reactor can be used for other purposes. For example, 5.5 kilograms of carbon dioxide reacted with 1 kilogram of hydrogen will produce 2 kilograms of methane and 4.5 kilograms of water, as described in the chemical scheme below.

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2OCO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O

전체적으로, 재생가능한 에너지 자리는, 수소만을 생성하는데 있어 70-90%의 효율을 갖는데 대하여, 운반체로서 CO2를 사용함으로써 여기에 개시된 원리에 따라 메탄을 생성하는데 있어 60-80% 효율을 가질 수 있다.Overall, renewable energy sites can have a efficiency of 70-90% in producing only hydrogen, while using CO 2 as a carrier can have a efficiency of 60-80% in producing methane according to the principles disclosed herein. .

이제 도 7에는 본 발명의 원리에 따른 장치의 개략도가 도시되어 있다. 재생가능한 에너지원(15)으로부터의 에너지는 물을 수소와 산소로 전환시키는데 사용된다. 그 자체로서, 재생가능한 에너지원(15)은 물을 해리함으로써 수소 공급원으로서 기능한다. 도관(70)은 이산화탄소 공급원로부터 반응기(이 도면에 도시되어 있지 않음)로 이산화탄소를 수송하기 위해 반응기와 연통되어 있다. 이 반응기는 수소가 이산화탄소와 반응하도록 하여 생성물을 형성하며, 본 발명에서 상기 생성물은 메탄이다. 7 shows a schematic diagram of an apparatus according to the principles of the invention. Energy from the renewable energy source 15 is used to convert water into hydrogen and oxygen. As such, the renewable energy source 15 functions as a hydrogen source by dissociating water. Conduit 70 is in communication with the reactor to transport carbon dioxide from the carbon dioxide source to the reactor (not shown in this figure). This reactor causes hydrogen to react with carbon dioxide to form a product, in which the product is methane.

도관(60)은 생성물을 소비 위치(80)로 수송한다. 소비 위치(80)에서 생성물은 산소의 존재하에 소비되어 물과 이산화탄소를 부산물로서 생성한다. 본 구체에서, 소비 위치(80)는 이산화탄소 공급원이며, 이 공급원은 수소를 탄화수소나 산소처리 탄화수소와 같은 생성물로 전환시키도록 반응기에 의해 사용된다. 그 자체로 이산화탄소는 수소를 위한 저장 매체로서 사용된다. 또한, 재생가능한 에너지원은 품질이 낮고 단속적인 전기 에너지보다는 오히려 연료 공급원으로서 메탄을 제공한다. 천연가스 형태의 메탄은 오랜 동안 루이지애나로부터 미시간까지 뻗은 것과 같은 수천마일에 이르는 파이프 라인으로 수송되어 왔다. 대안으로, 전기는 전선의 저항 손실로 인해 수백 마일 이상 전송하는 것이 비경제적이다. 더구나, 이산화탄소가 환경으로 방출되지 않으며, 이것은 환경상의 이점을 제공한다.Conduit 60 transports the product to the consumption location 80. At consumption site 80 the product is consumed in the presence of oxygen to produce water and carbon dioxide as by-products. In this embodiment, the consumption location 80 is a carbon dioxide source, which is used by the reactor to convert hydrogen into a product, such as a hydrocarbon or an oxygenated hydrocarbon. Carbon dioxide itself is used as a storage medium for hydrogen. In addition, renewable energy sources provide methane as a fuel source rather than low quality and intermittent electrical energy. Natural gas forms of methane have long been transported in thousands of miles of pipelines, such as those extending from Louisiana to Michigan. Alternatively, it is uneconomical for electricity to transmit more than a few hundred miles due to the loss of resistance in the wires. Moreover, no carbon dioxide is released into the environment, which provides an environmental advantage.

도 8a를 참조하면, 본 발명에 따른 장치의 개략도가 도시되어 있는데, 수소 수송을 위한 실시예를 나타낸다. 전해조(35)는 에너지원(35)으로부터 에너지와 물을 수용하여 수소를 생성한다. 이와 같이, 전해조(35)는 반응기(40)와 연통되어 있는 수소 공급원이다. 반응기(40)는 임의의 적합한 위치일 수 있는 반응기 위치(90)에 위치된다. 이산화탄소 공급원(30)은 반응기(40)에 이산화탄소를 제공한다. 반응기(40)는 수소가 이산화탄소와 반응하여 탄화수소 및 산소첨가 탄화수소로 구성되는 군으로부터 선택되는 생성물(50)을 형성하게 한다. 생성물 도관(60)은 반응기(40)와 연통되어 있으며, 생성물(50)을 소비 위치(80)로 수송한다. 이산화탄소 도관(70)은 소비 위치(80)와 연통되어 있으며, 이산화탄소를 반응기 위치(90)로 수송한다.Referring to FIG. 8A, a schematic diagram of a device according to the invention is shown, showing an embodiment for hydrogen transport. The electrolyzer 35 receives energy and water from the energy source 35 to produce hydrogen. As such, the electrolyzer 35 is a hydrogen source in communication with the reactor 40. Reactor 40 is located at reactor location 90, which may be any suitable location. The carbon dioxide source 30 provides carbon dioxide to the reactor 40. Reactor 40 causes hydrogen to react with carbon dioxide to form product 50 selected from the group consisting of hydrocarbons and oxygenated hydrocarbons. Product conduit 60 is in communication with reactor 40 and transports product 50 to consumption location 80. The carbon dioxide conduit 70 is in communication with the consumption location 80 and transports carbon dioxide to the reactor location 90.

도 8b를 참조하면, 본 발명에 따른 장치의 개략도가 도시되어 있는데, 수소 저장을 위한 실시예를 나타낸다. 전해조(35)는 재생가능한 에너지원(15)으로부터의 에너지를 수용하여 반응기(40)에 수소 공급원을 제공한다. 반응기(40)는 수소와 이산화탄소를 조합하여 저장 위치(85)에 제공된 탱크(도시되지 않음) 또는 어떤 적합한 장치에 저장되는 생성물(50)을 형성한다. 생성물 도관(60)은 반응기와 연통되어 있으며, 추후의 사용을 위해 생성물을 반응기 위치(90)에서 저장 위치(85)로 수송한다. 에너지 수요가 소비용 생성물(50)을 필요로 하는 경우, 생성물 도관(65)을 사용하여 생성물(50)을 소비 위치(80)로 이송할 수 있다.8B, there is shown a schematic diagram of a device according to the invention, which shows an embodiment for hydrogen storage. The electrolyzer 35 receives energy from the renewable energy source 15 to provide a hydrogen source to the reactor 40. Reactor 40 combines hydrogen and carbon dioxide to form product 50 that is stored in a tank (not shown) or any suitable apparatus provided at storage location 85. The product conduit 60 is in communication with the reactor and transports the product from the reactor location 90 to the storage location 85 for later use. If energy demand requires product 50 for consumption, product conduit 65 can be used to transfer product 50 to consumption location 80.

생성물(50)이 소비되면, 소비 위치(80)로부터의 이산화탄소는 저장 위치(87)에 제공된 탱크(도시되지 않음) 또는 어떤 적합한 장치에 저장하기 위해 저장 위치(87)로 이송된다. 저장 위치(87)는 이산화탄소 공급원(30)으로서 기능한다. Once product 50 is consumed, carbon dioxide from consumption location 80 is transferred to storage location 87 for storage in a tank (not shown) provided at storage location 87 or any suitable apparatus. Storage location 87 functions as a carbon dioxide source 30.

도 8c를 참조하면, 본 발명에 따른 장치의 개략도가 도시되어 있는데, 이산화탄소 저장을 위한 대안의 구체예를 나타낸다. 전해조(35)는 재생가능한 에너지 공급원(35)로부터의 에너지를 수용하여 반응기(40)에 수소 공급원를 제공한다. 반응기(40)는 수소와 이산화탄소를 조합하여 저장소(85)에 제공된 탱크(도시되지 않음) 또는 어떤 적합한 장치에 저장되는 생성물(50)을 형성한다. 생성물 도관(60)은 반응기(40)와 연통되어 있으며, 추후의 사용을 위해 생성물을(50)을 반응기 위치(90)에서 저장 위치(85)까지 수송할 수 있다. 에너지 수요가 소비용 생성물(50)을 필요로 할 때, 생성물 도관(65)을 사용하여 생성물(50)을 소비 위치(80)로 수송할 수 있다.With reference to FIG. 8C, a schematic diagram of a device according to the invention is shown, showing an alternative embodiment for carbon dioxide storage. The electrolyzer 35 receives energy from the renewable energy source 35 to provide a hydrogen source to the reactor 40. Reactor 40 combines hydrogen and carbon dioxide to form product 50 that is stored in a tank (not shown) provided in reservoir 85 or in any suitable apparatus. The product conduit 60 is in communication with the reactor 40 and can transport the product 50 from the reactor location 90 to the storage location 85 for later use. When energy demand requires product 50 for consumption, product conduit 65 may be used to transport product 50 to consumption location 80.

일단 생성물(50)이 소비되면, 소비 위치(80)로부터의 이산화탄소는 제어 밸브(75)의 상태에 따라 다시 반응기(40)로 수송되거나 배출되거나 격리될 수 있다. 대안으로, 이산화탄소는 화력 발전기와 같은 이산화탄소 공급원(30), 지하 유전 또는 에탄올 제조 시설로부터 추출되고, 제어 밸브(75)에 의해 반응기(40)로 보내지거나, 격리되거나 또는 배출될 수 있다. 본 발명에서는 이산화탄소를 저장하고 추출하기 위한 당업계의 종래의 임의의 적당한 기술이 이용될 수 있음을 주목해야 한다.Once the product 50 is consumed, the carbon dioxide from the consumption position 80 can be transported, discharged or sequestered back to the reactor 40 depending on the condition of the control valve 75. Alternatively, carbon dioxide may be extracted from a carbon dioxide source 30, such as a thermal power generator, an underground oilfield or ethanol manufacturing facility, and sent to the reactor 40 by a control valve 75, sequestered or discharged. It should be noted that, in the present invention, any suitable technique known in the art for storing and extracting carbon dioxide may be used.

따라서, 본 발명은, 대기로 방출되기 보다는 본 발명의 시스템내에서 순환하는, "수소 운반체"로서 이산화탄소를 결합하고 있다. 또한, 본 발명은 이산화탄소의 포획에 비용이 많이 들고(차량에서 처럼), 에탄올 제조 설비로부터와 같이, 비-소비 위치로부터 쉽게 보유될 수 있는 이산화탄소에 의해 대체될 수 있는 경우, 이산화탄소가 대기로 방출될 수 있도록 한다.Thus, the present invention combines carbon dioxide as a "hydrogen carrier" that circulates within the system of the present invention rather than being released into the atmosphere. In addition, the present invention is expensive for the capture of carbon dioxide (as in vehicles), and carbon dioxide is released into the atmosphere when it can be replaced by carbon dioxide, which can be easily retained from non-consumption locations, such as from ethanol manufacturing facilities. To be possible.

본 발명은 모터 차량에 맞게 개조될 수 있으며, 이것은 수소보다는 오히려 본 발명에 의해 형성된 생성물에 의해 구동된다. 이러한 개조를 위해, 사용 동안의 연소에 의한 이산화탄소가 보유될 수 있다. 본 목적을 주문차량에 맞게 개조하는 것은, 적어도 하나의 탱크가 본 발명에 의해 형성된 생성물을 포함하고, 적어도 또 다른 탱크가 이산화탄소를 수용하기 위한 것으로 된, 복수의 탱크를 제공함으로써 달성될 수 있다. The invention can be adapted for a motor vehicle, which is driven by the product formed by the invention rather than hydrogen. For this adaptation, carbon dioxide by combustion during use can be retained. Retrofitting this object to a custom vehicle can be achieved by providing a plurality of tanks in which at least one tank comprises the product formed by the invention and at least another tank is for accommodating carbon dioxide.

연료보급은 CO2를 함유하는 탱크를 비우고, 빈 탱크를 메탄으로 다시 충전함으로써 달성될 수 있다. 다음에, 배출된 CO2는 저장되거나 제조용 반응기에 제공될 수 있다. 본 발명의 저장 및 수송 시스템은 자동차 연료전지에 관련된 문제, 액화수소의 저장, 및 방출을 해결한다.Refueling can be accomplished by emptying the tank containing CO 2 and refilling the empty tank with methane. The released CO 2 may then be stored or provided to the production reactor. The storage and transportation system of the present invention solves the problems associated with automotive fuel cells, the storage and release of liquefied hydrogen.

제 1 소비 위치인, 차량은 또한, 비-소비 위치인, 에탄올 제조와 같은, 또 다른 공급원, 또는 제 2 소비 위치인, 또 다른 소비 위치로 대체되는 한, 이산화탄소를 대기로 배출할 수 있다. 차량은 또한, 이산화탄소를 복귀시키는 결과적으로 부분적 이점에 의해 생성된 이산화탄소를 부분적으로 보유할 수 있다.The vehicle, which is the first consumption location, may also emit carbon dioxide into the atmosphere as long as it is replaced by another source of consumption, such as ethanol production, which is a non-consumption location, or another consumption location. The vehicle may also partially retain the carbon dioxide produced by the partial advantage as a result of recovering the carbon dioxide.

수소와 이산화탄소를 반응시킴으로써 형성된 생성물인 메탄이 본 발명의 바람직한 구체예에서 언급되어 있지만, 어떤 탄화수소 또는 산소첨가 탄화수소도 메탄을 대체할 수 있다.Although methane, the product formed by reacting hydrogen and carbon dioxide, is mentioned in the preferred embodiment of the present invention, any hydrocarbon or oxygenated hydrocarbon can replace methane.

이론에 구속되기를 원하지 않으나, 에탄, 프로판, 및 부탄과 같은 더 복잡한 탄화수소들도 수소 저장을 위해 바람직할 수도 있는데, 메탄이 수소보다 더 조밀하게 저장되는 것과 같은 식으로 메탄보다는 더 복잡한 탄화수소를 저장하기가 더 용이할 것이기 때문이다.While not wishing to be bound by theory, more complex hydrocarbons such as ethane, propane, and butane may also be desirable for hydrogen storage, such as storing methane more complex than methane in such a way that methane is stored more densely than hydrogen. Because will be easier.

현재의 인프라 구조는 사용을 위한 천연가스를 지원하나, 탱크 저장 인프라 구조는 프로판, C3H8에 대해 분명히 진보되어 있다. 에탄, C2H6 은 프로판보다 저장하기가 더 어려운 것 같고, 메탄보다 생산비용이 더 고가이다.The current infrastructure supports natural gas for use, but the tank storage infrastructure is clearly advanced for propane, C 3 H 8 . Ethane, C 2 H 6 , seems to be more difficult to store than propane, and is more expensive to produce than methane.

전기분해된 수소로부터 옥탄 C8H18을 형성하는 것은 비용면에서 금지되어 있으나 본 발명의 범위내인 것으로 생각된다. 알콜은 알칸 계열, CH4, C2H6, C3H8보다 열등한 것으로 생각되나, 알콜을 포함하는 산소첨가 탄화수소의 생산도 또한 본 발명의 범위내인 것으로 생각된다.Formation of octane C 8 H 18 from electrolyzed hydrogen is prohibited in cost but is considered to be within the scope of the present invention. Alcohols are thought to be inferior to alkanes, CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , but the production of oxygenated hydrocarbons containing alcohols is also considered to be within the scope of the present invention.

에틸렌, C2H4도 또한 본 발명의 범위내의 생성물일 수도 있다. 에틸렌은 탄소 이중결합을 갖기 때문에 알켄이다. 액화된 에틸렌이나 아니면 에탄 C2H6은 메탄에 대해 7500psi인 것과 비교하여 실온에서 약 1200psi에서 보관될 수 있다. 에틸렌은 또한 Sabatier 반응기를 사용하여 예를 들어서, 에탄 또는 프로판으로 개질될 수 있고, 이것은 250psi 에서 실온에서 보관될 수 있다.Ethylene, C 2 H 4 may also be a product within the scope of the present invention. Ethylene is an alkene because it has a carbon double bond. Liquefied ethylene or ethane C 2 H 6 may be stored at about 1200 psi at room temperature as compared to 7500 psi for methane. Ethylene may also be modified with, for example, ethane or propane using a Sabatier reactor, which may be stored at room temperature at 250 psi.

이산화탄소는 메탄보다 더 무거우나, 훨씬 더 낮은 압력에서 압축하에 액화된다. 이산화탄소는 실온에서 액체로서 보유되기 위해 약 1000psi로 압축시키는 것이 필요하다. 메탄은 고밀도 저장을 위해 실온에서 5000-7500psi의 압력을 요한다. 수소는 실온에서 액체로서 보관될 수 없다.Carbon dioxide is heavier than methane, but liquefies under compression at much lower pressures. Carbon dioxide needs to be compressed to about 1000 psi to be retained as a liquid at room temperature. Methane requires a pressure of 5000-7500 psi at room temperature for high density storage. Hydrogen cannot be stored as a liquid at room temperature.

물로부터 수소를 생성하기 위한 재생가능한 에너지원을 여기서 개시하였으나, 본 분야에 공지된 어떤 수소 공급원으로도 물을 대체할 수 있다.Although a renewable energy source for generating hydrogen from water is disclosed herein, any hydrogen source known in the art may be substituted for water.

전술한 논의는 본 발명을 위한 바람직한 구조 및 제어 시스템을 개시하고 기술하였다. 그러나, 당업자라면, 이러한 논의로부터 그리고 첨부 도면 및 특허청구범위로부터, 여러가지 변화, 변형 및 변경이 본 발명의 진정한 정신과 분명한 범위를 벗어나지 않고 행해질 수 있다.The foregoing discussion discloses and describes the preferred structure and control system for the present invention. However, it will be apparent to those skilled in the art, from this discussion and from the accompanying drawings and claims, that various changes, modifications and changes can be made without departing from the true spirit and obvious scope of the invention.

본 발명의 장치 및 방법을 사용하여, 가스를 압축하거나 액화시키기 위해 상당한 양의 에너지를 소비하지 않고 수소를 저장하는 비용 효과적인 수단을 제공할 수 있다. The apparatus and method of the present invention can be used to provide a cost effective means of storing hydrogen without consuming significant amounts of energy to compress or liquefy a gas.

도 1은 연료로서 메탄이 사용되고 이산화탄소가 대기로 방출되는 종래의 에너지 사용 시스템의 개략도.1 is a schematic diagram of a conventional energy usage system in which methane is used as fuel and carbon dioxide is released into the atmosphere.

도 2는 연료 공급원의 일부로서 재생가능한 에너지원이 포함되어 있지 않고, 이산화탄소가 대기로 방출되는 종래의 에너지 사용 시스템의 개략도.2 is a schematic diagram of a conventional energy usage system in which no renewable energy source is included as part of a fuel supply, and carbon dioxide is released into the atmosphere.

도 3은 수송을 위하여 천연 및 재생가능한 에너지가 수소로 전환되는 경우, 천연가스가 수소로 전환될 때 대기로의 이산화탄소의 방출을 나타내고 있는 에너지 사용 시스템의 개략도.3 is a schematic diagram of an energy usage system showing the release of carbon dioxide into the atmosphere when natural gas is converted to hydrogen when natural and renewable energy is converted to hydrogen for transportation.

도 4는 지점 "A"로부터 지점 "B"로 수소를 수송하는 것과 비교한, 지점 "A"로부터 지점 "B"까지 수소를 수송하는 메탄/이산화탄소 회로의 다이어 그램.4 is a diagram of a methane / carbon dioxide circuit that transports hydrogen from point “A” to point “B” compared to transporting hydrogen from point “A” to point “B”.

도 5는 에너지 생성 위치로부터 에너지 사용 위치까지 수소를 수송하는 이산화탄소 회로의 다이어 그램.5 is a diagram of a carbon dioxide circuit that transports hydrogen from an energy generation location to an energy use location.

도 6은 생성물, 특히 메탄을 형성하는, 수소 공급원 및 이산화탄소 공급원과 연통되어 있는 Sabatier 반응기를 나타내고 있는 본 발명의 원리에 따른 작동 요소의 개략도.6 is a schematic representation of an operating element according to the principles of the present invention showing a Sabatier reactor in communication with a hydrogen source and a carbon dioxide source, forming a product, in particular methane.

도 7은 본 발명의 원리에 따른 장치의 개략도. 7 is a schematic representation of an apparatus in accordance with the principles of the present invention.

도 8a는 수소 수송의 실시예를 나타내고 있는 본 발명의 원리에 따른 장치의 개략도.8A is a schematic representation of an apparatus in accordance with the principles of the present invention showing an embodiment of hydrogen transport.

도 8b는 수소 저장의 실시예를 나타내고 있는 본 발명의 원리에 따른 대안의 장치의 개략도.8B is a schematic representation of an alternative apparatus in accordance with the principles of the present invention showing an embodiment of hydrogen storage.

도 8c는 이산화탄소 저장의 실시예를 나타내고 있는 본 발명의 원리에 따른 대안의 장치의 개략도.8C is a schematic diagram of an alternative apparatus in accordance with the principles of the present invention showing an embodiment of carbon dioxide storage.

Claims (23)

수소 공급원;Hydrogen source; 이산화탄소 공급원;Carbon dioxide source; 수소와 이산화탄소를 반응시켜 탄화수소 및 산화 탄화수소로 구성되는 군에서 선택되는 생성물을 형성하기 위한 상기 수소 공급원 및 상기 이산화탄소 공급원과 연통되어 있는 반응기; 및A reactor in communication with said hydrogen source and said carbon dioxide source for reacting hydrogen and carbon dioxide to form a product selected from the group consisting of hydrocarbons and oxidized hydrocarbons; And 상기 생성물을 소비 위치 또는 저장 위치 중 하나로 수송하기 위한 상기 반응기와 연통되어 있는 도관A conduit in communication with the reactor for transporting the product to either a consumption or storage location 을 포함하는 수소 수송 장치.Hydrogen transport apparatus comprising a. 제 1 항에 있어서, 이산화탄소를 반응기 위치 또는 저장 위치 중 하나로 수송하기 위한 소비 위치와 연통된 도관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.The apparatus of claim 1, further comprising a conduit in communication with a consumption location for transporting carbon dioxide to either the reactor location or the storage location. 제 1 항에 있어서, 상기 반응기는 Sabatier 반응기인 것을 특징으로 하는 장치.The apparatus of claim 1 wherein the reactor is a Sabatier reactor. 제 1 항에 있어서, 상기 수소 공급원은 물인 것을 특징으로 하는 장치.The apparatus of claim 1 wherein the hydrogen source is water. 제 4 항에 있어서, 재생가능한 에너지원으로부터의 재생가능한 에너지를 사용하여 물을 해리하여 수소를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치. 5. The apparatus of claim 4, wherein the renewable energy from the renewable energy source is used to dissociate water to form hydrogen. 제 1 항에 있어서, 상기 이산화탄소 공급원은 소비 위치인 것을 특징으로 하는 장치.The apparatus of claim 1 wherein the carbon dioxide source is a consumption location. 제 1 항에 있어서, 상기 생성물은 메탄인 것을 특징으로 하는 장치.The apparatus of claim 1 wherein the product is methane. 제 1 항에 있어서, 제 1 소비 위치로부터의 이산화탄소는 대기로 배출되며, 상기 이산화탄소 공급원은 제 2 소비 위치 또는 비-소비 위치일 수도 있는 것을 특징으로 하는 장치. 2. The apparatus of claim 1, wherein carbon dioxide from the first consumption location is emitted to the atmosphere and the carbon dioxide source may be a second consumption location or a non-consumption location. 수소 공급원을 제공하는 단계;Providing a source of hydrogen; 이산화탄소 공급원을 제공하는 단계;Providing a carbon dioxide source; 수소와 이산화탄소를 반응기로 이송하는 단계;Transferring hydrogen and carbon dioxide to the reactor; 수소와 이산화탄소를 반응시켜 탄화수소 및 산화 탄화수소를 포함하는 군에서 선택되는 생성물을 형성하는 단계; 및Reacting hydrogen with carbon dioxide to form a product selected from the group consisting of hydrocarbons and oxidized hydrocarbons; And 생성물을 소비 위치 또는 저장 위치 중 하나로 수송하는 단계Transporting the product to either a consumption location or a storage location 를 포함하는 수소 수송 방법.Hydrogen transport method comprising a. 제 9 항에 있어서, 소비 위치로부터의 이산화탄소를 반응기 위치 또는 저장 위치 중 하나로 수송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.10. The method of claim 9, further comprising transporting carbon dioxide from the consumption site to either the reactor location or the storage location. 제 10 항에 있어서, 상기 수소 공급원은 물인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 10, wherein said hydrogen source is water. 제 11 항에 있어서, 재생가능한 에너지원으로부터의 재생가능한 에너지를 사용하여 물을 해리하여 수소를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.12. The method of claim 11, further comprising dissociating water to form hydrogen using renewable energy from the renewable energy source. 제 10 항에 있어서, 제 1 소비 위치에서 이산화탄소를 대기로 배출하며, 이산화탄소를 제 2 소비 위치 또는 비-소비 위치 중 하나로부터 제공 받는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.11. The method of claim 10, further comprising the step of releasing carbon dioxide into the atmosphere at a first consumption location and receiving carbon dioxide from either the second consumption location or the non-consumption location. 수소 공급원;Hydrogen source; 이산화탄소 공급원;Carbon dioxide source; 수소와 이산화탄소를 반응시켜 탄화수소 및 산화 탄화수소로 구성되는 군에서 선택되는 생성물을 형성하기 위한 상기 수소 공급원 및 상기 이산화탄소 공급원과 연통되어 있는 반응기; 및A reactor in communication with said hydrogen source and said carbon dioxide source for reacting hydrogen and carbon dioxide to form a product selected from the group consisting of hydrocarbons and oxidized hydrocarbons; And 생성물을 저장하기 위한 반응기와 연통되어 있는 저장 장치Storage device in communication with the reactor for storing the product 를 포함하는 수소 저장 장치.Hydrogen storage device comprising a. 제 14 항에 있어서, 이산화탄소를 반응기 또는 저장 장치 중 하나로 수송하기 위한 소비 위치와 연통된 도관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.15. The apparatus of claim 14, further comprising a conduit in communication with a consumption location for transporting carbon dioxide to either the reactor or the storage device. 제 14 항에 있어서, 상기 반응기는 Sabatier 반응기인 것을 특징으로 하는 장치.15. The apparatus of claim 14, wherein the reactor is a Sabatier reactor. 제 14 항에 있어서, 상기 수소 공급원은 재생가능한 에너지원인 것을 특징으로 하는 장치.15. The apparatus of claim 14, wherein said hydrogen source is a renewable energy source. 제 17 항에 있어서, 상기 재생가능한 에너지원으로부터의 재생가능한 에너지를 사용하여 물을 해리하여 수소를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치. 18. The apparatus of claim 17, wherein the renewable energy from the renewable energy source is used to dissociate water to form hydrogen. 제 18 항에 있어서, 상기 이산화탄소 공급원은 소비 위치인 것을 특징으로 하는 장치.19. The apparatus of claim 18, wherein the carbon dioxide source is a consumption location. 제 14 항에 있어서, 상기 생성물은 메탄인 것을 특징으로 하는 장치.15. The apparatus of claim 14, wherein the product is methane. 소정량의 수소를 제공하는 단계;Providing a predetermined amount of hydrogen; 소정량의 이산화탄소를 제공하는 단계;Providing a predetermined amount of carbon dioxide; 수소와 이산화탄소를 반응기로 이송하는 단계;Transferring hydrogen and carbon dioxide to the reactor; 소정량의 수소와 소정량의 이산화탄소를 반응시켜 탄화수소 및 산화 탄화수소로 구성되는 군에서 선택되는 생성물을 형성하는 단계; 및Reacting a predetermined amount of hydrogen with a predetermined amount of carbon dioxide to form a product selected from the group consisting of hydrocarbons and oxidized hydrocarbons; And 생성물을 저장하는 단계Storing the product 를 포함하는 저장 매체로서 이산화탄소를 사용하는 수소 저장 방법.Hydrogen storage method using carbon dioxide as a storage medium comprising a. 제 21 항에 있어서, 수소와 이산화탄소를 Sabatier 반응기에 의해 반응시키는 것을 특징으로 하는 방법.22. The process of claim 21 wherein hydrogen and carbon dioxide are reacted by a Sabatier reactor. 제 21 항에 있어서, 수소와 이산화탄소를 광-전기분해 장치에 의해 반응시키는 것을 특징으로 하는 방법.22. The method of claim 21, wherein hydrogen and carbon dioxide are reacted by a photo-electrolysis device.
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