KR20200096213A - 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 변환 - Google Patents

차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 변환 Download PDF

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Abstract

차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템의 실시양태는 이산화탄소 수집 시스템, 외부 전원, 전해조 및 이산화탄소 변환 시스템을 포함한다. 이산화탄소 수집 시스템은 차량 내의 이동식 이산화탄소 포획 시스템과 연동하여 차량 배기 가스에서 포획된 CO2를 이산화탄소 수집 시스템의 용기로 전달한다. 외부 전원은 이산화탄소 변환 시스템 및 전해조의 작동에 필요한 에너지를 제공한다. 전해조는 물 공급원을 수소 및 산소로 분해하여 수소 공급원 및 산소 공급원을 생성한다. 이산화탄소 변환 시스템은 차량의 배기 가스로부터 수집되고 이산화탄소 수집 시스템으로 전달된 CO2, 및 전해조로부터의 수소 공급원을 전기 화학적 환원을 통해 유용한 액체 연료 및 연료 첨가제로 변환한다.

Description

차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 변환
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 2017년 12월 1일 출원된 미국 출원 일련 번호 15/828,887에 대한 우선권을 주장하고, 그 전체 개시내용은 이로써 참고로 편입된다.
기술분야
본 발명의 실시양태는 일반적으로 이산화탄소 변환 시스템에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장(on-site) 변환을 위한 시스템에 관한 것이다.
전 세계 도로와 공장에서 운전하는 차량은 추진 시스템에서 배기 가스의 일부로 이산화탄소를 발생시킨다. 이산화탄소는 일반적으로 예를 들어, 가솔린, 디젤 또는 천연 가스를 사용하는 내연에서 탄화수소의 연소로 인한 폐기물로서 형성된다. 온실 가스로 간주되는 이산화탄소의 지속적인 대기 방출을 과학자들은 지구 온도 상승에 기여하는 요인으로 간주한다. 차량의 배기 가스로부터 이산화탄소를 포획하여 이를 대체 형태로 격리시키는 능력은 환경으로의 이산화탄소 방출을 감소시키기 위해 바람직한 것으로 간주된다.
이산화탄소 포획 및 변환은 안정적인 화학 물질인 이산화탄소의 변환 에너지 강도로 인해 까다로운 공정이다. 현재 이산화탄소 변환 공정에 사용되는 에너지는 화석 연료에서 비롯된다. 포획된 이산화탄소를 변환하기 위해 화석 연료를 이용하는 것은 탄소 포획 공정의 원래 목적에 비해 비생산적이다. 구체적으로, 포획된 이산화탄소를 변환하기 위해 이산화탄소를 생성하는 화석 연료를 연소시키는 것은 변환 과정에서의 비효율성 및 이산화탄소의 초기 포획에 필요한 에너지로 인해 환경으로 배출되는 이산화탄소의 순 감소를 가져오지 않는다.
따라서 이산화탄소 변환 공정이 친환경적이며 즉시 활용될 수 있는 충분한 열 효율을 갖는 연료를 생산하는, 효율적인 탄소 포획 및 활용에 대한 지속적인 요구가 존재한다.
본원 개시의 실시양태는 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템에 관한 것이다. 차량 배기 가스로부터 포획되고 탑재된 배출 차량에 저장된 이산화탄소는 연료 스테이션으로 전달되어 메탄올과 같은 옥탄 강화제 및 디메틸 에테르와 같은 세탄 강화제와 같은 다양한 연료 혼합물로 변환될 수 있다. 상기 시스템은 수집된 CO2를 오직 한 유형의 연료 혼합물 또는 다수의 CO2 변환 유닛을 사용하여 하나 이상의 혼합물로 변환할 수 있다. 생성된 연료는 필요에 따라 다양한 차량 유형에 대한 최적의 사용 및 조성을 위해 혼합될 수도 있다. CO2의 변환이 차량의 급유와 동일한 사이트에서 완료됨에 따라, 상기 시스템은 변환을 위해 연료 스테이션으로부터 포획된 CO2를 이송할 필요가 없고 이동식 이산화탄소 포획을 위한 인프라에 대한 요구를 최소화한다.
일 실시양태에 따르면, 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 이산화탄소 수집 시스템, 외부 전원, 전해조 및 이산화탄소 변환 시스템을 포함한다. 이산화탄소 수집 시스템은 차량 내의 이동식 이산화탄소 포획 시스템과 연동하여 차량 배기 가스에서 포획된 CO2를 이산화탄소 수집 시스템의 용기로 전달한다. 외부 전원은 이산화탄소 변환 시스템 및 전해조의 작동에 필요한 에너지를 제공한다. 전해조는 물 공급원을 수소 및 산소로 분해하여 수소 공급원 및 산소 공급원을 생성한다. 이산화탄소 변환 시스템은 차량의 배기 가스로부터 수집되고 이산화탄소 수집 시스템으로 전달된 CO2, 및 전해조로부터의 수소 공급원을 전기 화학적 환원을 통해 유용한 액체 연료 및 연료 첨가제로 변환한다.
다른 실시양태에서, 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 추가 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 이산화탄소 수집 시스템, 외부 전원, 이산화탄소 변환 시스템 및 액체 연료 혼합 시스템을 포함한다. 이산화탄소 수집 시스템은 차량 내의 이동식 이산화탄소 포획 시스템과 연동하여 차량 배기 가스에서 포획된 CO2를 이산화탄소 수집 시스템의 용기로 전달한다. 외부 전원은 이산화탄소 변환 시스템의 작동에 필요한 에너지를 제공한다. 이산화탄소 변환 시스템은 차량의 배기 가스로부터 수집되고 이산화탄소 수집에 전달된 CO2를 전기 화학적 환원을 통해 유용한 액체 연료 및 연료 첨가제로 변환한다. 액체 연료 혼합 시스템은 이산화탄소 변환 시스템에 의해 생성된 액체 연료 및 연료 첨가제를 다양한 비율로 조합하거나, 이산화탄소 변환 시스템에 의해 생성된 액체 연료 및 연료 첨가제 중 하나 이상을 하나 이상의 전통적인 화석 연료와 다양한 비율로 조합하는, 하나 이상의 혼합 유닛을 포함한다.
본원에 개시된 실시양태의 추가의 특징 및 이점은 하기의 상세한 설명에 제시될 것이고, 부분적으로는 이 설명으로부터 당업자에게는 쉽게 자명하거나 또는 하기의 상세한 설명, 청구항뿐만 아니라 첨부된 도면을 포함하는 본원에 기재된 실시양태를 실시함으로써 인식될 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 다양한 실시양태를 설명하고 청구된 주제의 본질 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 기본틀을 제공하기 위해 의도된 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면은 다양한 실시양태의 추가적인 이해를 제공하도록 포함되고, 본 명세서의 일부에 혼입되어 이를 구성한다. 도면은 본 개시 내용에서 설명된 다양한 실시양태를 예시하고, 상세한 설명과 함께 청구된 주제의 원리 및 작동을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 개시 내용의 하나 이상의 실시양태에 있어서 차량 배기 가스로부터 액체 연료로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템의 흐름도이다.
도 2는 본 개시 내용의 하나 이상의 실시양태에 있어서 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템의 흐름도이다.
도 3은 본 개시 내용의 하나 이상의 실시양태에 있어서 산화 반응기를 갖는, 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템의 흐름도이다.
도 4는 톨루엔으로부터 세탄 부스팅 첨가제 및 옥탄 부스팅 첨가제를 형성하기 위한 예시적인 일련의 산화 화학 반응을 나타내는 반응식이다.
이제 본 발명의 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템의 실시양태를 상세히 참조할 것이다. 비록 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템이 도 1, 2 및 3에 예시로 제공되어 있으나, 본 시스템은 다른 구성을 포함한다는 것을 이해해야 한다.
자동차 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템은 차량으로부터 압축 포획된 CO2를 포획된 CO2의 수집 위치 및 연료 공급 스테이션에서 연료 및 혼합 성분으로 현장 변환하는 것을 목적으로 한다. 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템에서 처리된 이산화탄소가 이동식 소스로부터 포획되어 이동식 소스의 탄소 발자국을 줄이고, 활용되어 가치가 높은 액체 연료로 변환되는 상승 효과가 제공된다. 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템은 태양 및 바람과 같은 비화석 원천으로부터 에너지를 취하여 수집된 에너지를 고 에너지 액체 연료의 형태로 저장할 수 있다. 이동식 수집을 통해 차량으로부터 이산화탄소를 수집하고 연료 스테이션에서 이산화탄소를 액체 연료로 변환함으로써, 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템은 포획된 이산화탄소를 변환 설비로 2차로 이송할 필요가 없다. 이산화탄소는 차량에 의해 전달됨과 동시에 차량은 동일한 위치에서 생성된 액체 연료로 연료 탱크를 채운다.
도 1을 참조하면, 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템은 이산화탄소 수집 시스템 (10), 외부 전원 (20), 전해조 (30) 및 이산화탄소 변환 시스템 (40)을 포함한다. 이동성 이산화탄소 포획 시스템은 차량의 배기 스트림으로부터 차량 내 CO2를 포획하여 이를 연료 스테이션 및 이산화탄소 수집 시스템 (10)으로 전달한다. 이동성 이산화탄소 포획 시스템에서 포획된 CO2는 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템에 이용되도록 이산화탄소 수집 시스템 (10)으로 전달된다. 외부 전원 (20)은 이산화탄소 변환 시스템 (40) 및 전해조 (30)의 작동에 필요한 에너지를 제공한다. 전해조 (30)는 이산화탄소 변환 시스템 (40)에 전해조 (30)로의 물 공급원 (36) 내의 물을 분할하여 수소 및 물의 일부를 구성함으로써 얻어진 수소 공급원 (32)을 제공한다. 이산화탄소 수집 시스템 (10)으로부터 압축된 CO2, 전해조 (30)로부터의 수소 공급원 (32) 및 외부 전원 (20)으로부터의 에너지를 이용하여, 이산화탄소 변환 시스템 (40)은 다양한 상이한 차량 및 엔진 유형에 사용될 수 있는 유용한 연료를 생성한다.
CO2의 변환은 차량에 연료를 공급하면서 연료 스테이션에서 하적함으로써, 구체적으로는 동시 또는 순차적으로 CO2를 연료 공급하고 하적한 후, 보다 큰 중앙 변환 설비에 운송하거나, 이 기술이 적합할 수 있는 영역인 경우에는 연료 스테이션에서 전환함으로써 이루어진다. 연료 스테이션에서 CO2를 변환하면 이송 비용과 연료를 변환 설비로 이송하기 위해 연소된 연료로 인해 발생하는 배기 가스를 줄일 것이다.
이동식 이산화탄소 포획 시스템은 차량 배기 스트림으로부터 CO2를 포획하도록 구성된 차량의 배기 시스템에 부착되거나 통합된 임의의 시스템일 수 있다. 차량 내 CO2 포획, 수집 및 저장을 위한 특정 구성 및 메커니즘은 본 개시의 범위를 벗어난다. 이동식 이산화탄소 포획 시스템의 비제한적인 예는 2015년 11월 3일에 발행되고 이동식 소스에서 이산화탄소의 현장 회수를 위한 상 변화 흡수제 및 자기 반응 흡착제 입자를 사용하는 공정 및 시스템에 관한 것인 미국 특허 9,175,591에 제공되며, 그 내용이 참조로 포함된다. 이동식 이산화탄소 포획 시스템의 추가의 비제한적인 예는 2015년 11월 10일에 발행되고 액체, 슬러리 및 유동성 분말 흡착/흡수 방법 및 자동차 내연기관 배기 가스로부터 CO2의 현장 회수 및 저장을 위해 폐열을 이용하는 시스템에 관한 것인 미국 특허 9,180,401에 제공되며, 그 내용이 참조로 포함된다.
하나 이상의 실시양태에서, 이산화탄소 수집 시스템 (10)은 이동식 이산화탄소 포획 시스템과 연동하여 차량 배기 가스로부터 포획된 CO2를 이산화탄소 수집 시스템 (10) 내의 용기로 전달한다. 연동은 당업자에게 알려진 임의의 전달 메커니즘 및 구성일 수 있다. 예를 들어, CO2는 이산화탄소 수집 시스템 (10)의 포트 및 이동식 이산화탄소 포획 시스템의 저장소에 연결된 가압 호스를 통해 전달될 수 있다. 이동식 이산화탄소 포획 시스템의 저장소로부터 CO2를 이산화탄소 수집 시스템 (10)으로 하적하기 위한 전달 메커니즘은 압축 천연 가스 (CNG) 엔진 차량에 천연 가스를 충전하기 위해 사용되는 것과 동일하거나 유사할 수 있는데, 두 시스템 모두 압축 가스의 전달을 위해 구성되어 있기 때문이다. 또한, CNG 엔진 차량에서 천연 가스를 충전하기 위해 이용되는 안전 조치는 이산화탄소 수집 시스템 (10)과 이동식 이산화탄소 포획 시스템의 저장소 사이의 전달에도 적용될 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 이산화탄소 수집 시스템 (10)은 압축된 CO2를 저장하는 CO2 저장 용기를 포함한다. CO2 저장 용기는 연료 공급 스테이션, 실제 CO2 변환 설비에 위치하거나, 각각의 위치에 적어도 하나의 CO2 저장 용기가 있을 수 있다. CO2 저장 용기는 이산화탄소 변환 시스템 (40)의 요구 및 이동식 이산화탄소 포획 시스템에 의해 저장되는 CO2의 부피에 따라 크기가 정해질 수 있음을 이해할 것이다. CO2는 고압으로 CO2 저장 용기에 유지될 수 있다. 다양한 실시양태에서, CO2 저장 용기 내의 압력은 CO2를 액체 형태로 유지하기에 충분히 높다. CO2는 72℉ (22.2℃)에서 약 860 파운드/제곱 인치 (psi) 또는 58.5 기압 (atm)에서 액체를 형성한다. CO2가 액체 상태를 유지하도록 한다. 다양한 실시양태에서, CO2 저장 용기의 압력은 주위 온도에서 100 내지 300 bar의 범위일 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 외부 전원 (20)은 이산화탄소 변환 시스템 (40) 및 전해조 (30)의 작동에 필요한 에너지를 제공한다. 외부 전원 (20)은 이동성 이산화탄소 포획 시스템에서 수집되고 이산화탄소 수집 시스템 (10)으로 전달된 CO2를 액체 연료 및 연료 첨가제로 변환하는 전력을 공급하는 에너지를 제공한다. 하나 이상의 실시양태에서, 외부 전원 (20)은 이산화탄소 변환 시스템 (40), 전해조 (30) 또는 둘 다에 전력을 제공하는 비화석 에너지를 포함한다. 하나 이상의 실시양태에서 사용되는 비화석 에너지의 예는 현장 풍력 발전기로부터의 풍력 발전, 현장 광전지 어레이로부터의 태양광 발전 또는 현장 수력 발전기로부터의 수력 발전을 포함한다.
하나 이상의 실시양태에서, 전해조 (30)는 전기 분해 공정을 통해 물 공급원을 수소와 산소로 분해하여 수소 공급원 (32)과 산소 공급원 (34)을 생성한다. 구체적으로, 물의 전기 분해는 물에 전류를 통과시킴으로써 물을 산소 및 수소 가스로 분해하는 것이다. 실제로 전해조 (30)에서, 외부 전원 (20)으로부터의 DC 전류는 2개의 전극, 또는 물에 배치된 2개의 플레이트에 연결된다. 전극 또는 플레이트는 전형적으로 백금, 스테인레스 스틸 또는 이리듐과 같은 불활성 금속으로 제조된다. 전자가 물에 들어가는 캐소드 전극 또는 플레이트에 수소가 나타나고 애노드 전극 또는 플레이트에 산소가 나타난다. 이상적인 패러데이 효율을 가정하면, 생성된 수소의 양은 산소량의 두 배이며, 둘 다 용액에 의해 도전된 총 전하량에 비례한다. 수소 공급원 (32)은 이산화탄소 변환 시스템 (40)에 제공되어 CO2를 유용한 액체 연료 및 연료 첨가제로 변환하는 데 사용된다.
순수한 물 중 음으로 하전된 음극에서, 환원 반응이 발생하여 음극으로부터의 전자 (e-)가 수소 양이온과 결합하여 수소 기체를 형성한다. 음극에서의 반쪽 반응은 반응 (1)에 따른다.
2H+ (aq) + 2e- → H2 (g) (1)
마찬가지로, 산화 반응이 양으로 하전된 양극에서 발생하여, 산소 기체를 발생시키고 양극에 전자를 공여하여 반응 (2)에 따른 순환을 완성시킨다:
2H2O (l) → O2 (g) + 4H+ (aq) + 4e- (2)
2개의 반쪽 반응이 조합될 때의 전체 반응은 반응 (3)에 따라 2개의 물 분자 (H2O)로부터 2개 분자의 수소 기체 (H2) 및 1개 분자의 산소 기체 (O2)를 생성한다.
2H2O (l) → 2H2 (g) + O2 (g) (3)
물의 수소와 물로의 전기 분해 반응은 -1.23 V의 표준 전위를 가지므로, 물을 분해하기 위해서는 이상적으로 1.23 V의 전위차가 필요하다. 그러나, 순수한 물의 전기 분해는 다양한 활성화 장벽을 극복하기 위해 과전위 형태의 과도한 에너지를 필요로 한다. 과도한 에너지가 없으면 순수한 물의 전기 분해는 물의 제한된 자기 이온화로 인해 매우 느리게 발생하거나 전혀 발생하지 않는다. 염, 산 또는 염기와 같은 전해질의 첨가 및 전기 촉매의 사용을 통해 전해조 (30)의 효율이 증가될 수 있다.
이산화탄소 변환 시스템 (40)은 차량의 배기 가스로부터 수집되고 이산화탄소 수집 시스템 (10)에 전달된 CO2를 유용한 액체 연료 및 연료 첨가제 (42)로 실제 변환한다. 이산화탄소 변환 시스템 (40)은 공지된 임의의 화학적 변환에 따라 CO2를 당업자에게 공지된 액체 연료 또는 연료 첨가제 (42)로 변환하도록 작동한다. 하나 이상의 실시양태에서, CO2는 2 단계 공정으로 연료 및 연료 첨가제 (42)로 변환된다. 특히, 수소는 제1 단계에서 전해조 (30)에서 전기 분해를 통해 물로부터 생성되고, 이산화탄소 변환 시스템 (40)에 대한 공급원으로 H2를 사용하여 두 번째 단계에서 CO2로부터 연료 (42)를 생성한다. H2 및 CO2를 유용한 연료 (42)로 변환하기 위한 시스템 및 공정은 당업자에게 공지되어 있다. H2 및 CO2를 유용한 연료 (42)로 변환하기 위한 임의의 공지된 방법을 본원 기재의 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템에 이용할 수 있다.
이산화탄소 변환 시스템 (40)은 액체 연료 및 연료 첨가제 (42)로 CO2의 전기 화학적 환원을 유도하는 촉매를 이용할 수 있다. 다양한 실시양태에서, CO2의 전기 화학적 환원에 사용되는 촉매는 금속 거대 고리, 예컨대 Ni(I) 및 Ni(II) 거대 고리, Co(I) 테트라아자 거대 고리, Pd 복합체, Ru(II) 복합체 및 Cu(II) 복합체를 포함한다. 유기 퍼옥시드를 생성하기 위해 N-히드록시프탈이미드와 같은 촉매가 사용될 수 있다. 알코올 또는 알데히드를 생성하기 위해, N-히드록시프탈이미드 및 코발트 또는 유사한 금속과 같은 2개의 촉매 시스템이 사용될 수 있다.
CO2의 전기 화학적 환원은 다양한 생성물을 생성할 수 있다. 일부 생성물은 자발적으로 생성되며 다른 생성물은 반응을 유도하기 위해 추가 에너지를 입력해야 한다. 일반적으로, 깁스 자유 에너지 (ΔG 0 )는 일정한 온도 및 압력에서 자발적으로 발생하는 반응에 대해서는 음이어야 한다. 마찬가지로, 표준 전위 (E 0 )는 일정한 온도 및 압력에서 자발적으로 발생하는 반응에 대해서는 양이어야 한한다. 자발적인 유일한 CO2 반응은 금속 산화물 또는 금속 수산화물과 반응하여 금속 탄산염을 형성하는 반응, 및 과산화물과 같은 고에너지 분자와의 일부 반응이다. 표 1은 CO2의 다양한 전기 화학적 환원에 대한 깁스 자유 에너지 및 표준 전위를 제공한다. 비자발적 반응은 반응물과 비교하여 생성물의 깁스 에너지를 증가시키기 위해 에너지 입력을 필요로 한다.
Figure pct00001
다른 실시양태에서, CO2는 물과 CO2를 직접 사용하는 단일 단계 공정으로도 액체 연료 (42)로 변환될 수 있다. 이는 자동차 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템에서 전해조 (30)를 생략하고, 물 및 CO2를 이산화탄소 변환 시스템 (40)에 직접 공급하는 것이다. 예를 들어, 구리 나노 입자/n-도핑된 그래핀 전극을 이용한 CO2의 에탄올로의 전기 화학적 변환은 단일 단계 공정으로 변형을 완료한다. 이러한 단일 단계 공정은 그 전체가 참고로 포함되는, Yang Song 등의 "구리 나노 입자/n-도핑된 그래핀 전극을 이용한 CO2의 에탄올로의 높은 선택성 전기 변환", ChemistrySelect 2016, 1, 1-8에 상세하게 기재되어 있다. 이 과정에서, 전기 화학 반응이 일어나는 연료 전지에 CO2 및 물이 반응물로 사용되어 직접 에탄올을 생성한다.
이산화탄소 변환 시스템 (40)은 H2 및 CO2 또는 물 및 CO2를 유용한 연료 및 연료 첨가제 (42)로 변환한다. 다양한 연료 (42)는 종래의 연료와의 혼합물을 위한 옥탄 또는 세탄 인핸서뿐만 아니라 직접 연료로서의 용도로 형성될 수 있다. 리서치 옥탄가 (Research Octane Number, RON)는 자동 점화에 대한 연료의 저항을 측정하는 데 사용되며 내연 기관의 중요한 사양이다. 표 2는 다양한 생성된 액체 연료의 특성과 높은 수준의 합성 절차 및 용도를 제공한다.
Figure pct00002
수집된 CO2로부터 어떤 특정 액체 연료 및 연료 첨가제 (42)가 형성되는지는 연료 스테이션 레벨에서 결정될 수 있다. 예를 들어, 디메틸 에테르, 메탄올 또는 둘 다를 생성하기 위한 옵션은 CO2를 수집하고 액체 연료 및 연료 첨가제 (42)를 생성하는 연료 저장소에서 이루어질 수 있다. 주어진 촉매는 일반적으로 이산화탄소 변환 시스템 (40)으로 생성될 수 있는 모든 잠재적인 액체 연료 및 연료 첨가제 중에서 단일 종을 생성한다. 하나 이상의 실시양태에서, 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템은 단일 연료 또는 연료 첨가제 (42)를 생성할 수 있는 단일 촉매를 갖는 단일 이산화탄소 변환 시스템 (40)을 포함할 수 있다. 추가의 실시양태에서, 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템은 각각 단일 연료 또는 연료 첨가제 (42)를 생성할 수 있는 단일 촉매를 갖는 다중 이산화탄소 변환 시스템 (40)을 포함할 수 있으며, 다수의 액체 연료 및 연료 첨가제를 동시에 생산할 수 있다. 단일 이산화탄소 변환 시스템 (40)은 또한 연료 공급 스테이션에서 이용 가능한 현재 수요 및 공급에 기초하여 상이한 액체 연료 및 연료 첨가제 (42a/42b)를 생성하도록 선택될 수 있는 다수의 촉매를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 2를 참조하면, 하나 이상의 실시양태에서, 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템은 액체 연료 혼합 시스템 (50)을 추가로 포함한다. 액체 연료 혼합 시스템 (50)은 이산화탄소 변환 시스템 (40)의 생성물을 다양한 비율로 조합하거나, 이산화탄소 변환 시스템 (40)의 생성물 중 하나 이상을 하나 이상의 전통적인 화석 연료와 다양한 비율로 조합하는 하나 이상의 혼합 유닛 (52)을 포함한다. 이산화탄소 변환 시스템 (40)의 생성물은 액체 연료 및 연료 첨가제 (42)이다. 예를 들어, 하나 이상의 실시양태에서, 이산화탄소 변환 시스템 (40)의 하나 이상의 생성물은 디젤 연료 저장소 (60)로부터의 디젤 연료와 혼합되어 고-세탄 디젤 (54)을 생성한다. 구체적으로, 이산화탄소 변환 시스템 (40)으로부터의 디메틸 에테르는 디젤 연료와 혼합되어 고-세탄 디젤 (54)을 생성할 수 있다. 또한, 하나 이상의 실시양태에서, 이산화탄소 변환 시스템 (40)의 하나 이상의 생성물은 가솔린 저장소 (70)로부터의 가솔린과 혼합되어 고-옥탄 가솔린 (56)을 생성한다. 구체적으로, 이산화탄소 변환 시스템 (40)으로부터의 메탄올은 가솔린과 혼합되어 고-옥탄 가솔린 (56)을 생성할 수 있다. 이산화탄소 변환 시스템 (40)으로부터 디메틸 에테르 및 메탄올을 다양한 비율로 혼합함으로써 중-옥탄 액체 연료 (58)가 또한 형성될 수 있다. 최종 혼합물에 포함된 디메틸 에테르 및 메탄올의 비율은 혼합물이 사용되는 지역에서의 특정한 표준 및 사양에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 유럽에서는, 혼합물 중 현재 최대 산소 함량은 혼합물이 성분 중 하나만을 함유한다고 가정할 때 3.7 wt% (
Figure pct00003
11 wt% 디메틸 에테르 또는 7.4 wt% 메탄올)를 초과해서는 안된다. 유사하게, 미국의 현재 산소 사양은 2.7 wt% (
Figure pct00004
8 wt% 디메틸 에테르 및 5.4% 메탄올)이다. 따라서 그 범위는 0%에서 해당 지역의 규제 당국이 설정한 최대 사양 wt% 사이에 있을 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 이산화탄소 변환 시스템 (40)을 위한 수소 공급원 (32)을 생성하기 위해 물의 전기 분해로부터 전해조 (30)에 의해 생성된 산소 공급원 (34)은 액체 연료와의 혼합을 위해 저-옥탄 성분을 고-옥탄 성분으로 변환하는데 이용된다. 예를 들어, 파라핀과 같은 저-옥탄 성분은 부분 산화를 이용하여 알코올, 케톤 및 알데히드와 같은 고-옥탄 성분으로 변환될 수 있다. 유사하게, 과산화물과 같은 고-세탄 성분이 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템은 원 연료 (90), 이산화탄소 변환 시스템 (40)에 의해 생성된 액체 연료, 또는 이 둘의 혼합물을 더 높은 옥탄 또는 더 높은 세탄을 갖는 생성물로 산화시키기 위한 산화 반응기 (80)를 포함할 수 있다. 본 개시의 목적 상, 용어 "원 연료"는 이산화탄소 변환 시스템 (40)의 생성물이 아니라 시스템에 직접 도입된 탄화수소를 의미한다. 원 연료는 이산화탄소 변환 시스템 (40) 외부의 정유소 또는 유사한 설비로부터 제공될 수 있다. 산화 반응기 (80)는 전해조 (30)로부터 산소 공급원 (34) 내의 산소를 수용하여 연료의 공급원 스트림을 알코올, 알데히드, 케톤, 퍼옥시드 및 당업자에게 공지된 다른 변환된 생성물로 산화시킬 수 있다. 산화 반응기 (80)에 공급된 탄화수소는 원료 공급원으로서 제공된 나프타와 같은 원 연료 (90), 이산화탄소 변환 시스템 (40)에 의해 생성된 하나 이상의 액체 연료의 혼합물, 또는 이 둘의 혼합물을 포함할 수 있다.
표 3은 연료 스트림의 산화로부터 형성될 수 있는 일반적인 옥탄 및 세탄 인핸서의 일부 예를 제공한다. 산화 반응기 (80)는 이산화탄소 변환 시스템 (40)을 위한 물로부터 수소 공급원 (32)을 생성하고 증가된 옥탄 또는 증가된 세탄의 향상된 품질의 연료를 생성하는 과정에서 전해조 (30)에 의해 생성된 폐 산소를 이용하는 이점을 제공한다. 산화 반응기 (80)에서 생성된 향상된 품질의 연료는 이산화탄소 변환 시스템 (40)에 의해 생성된 액체 연료와 별도로 저장 및 활용될 수 있거나 다양한 비율로 혼합 및 조합되어 다양한 엔진 유형의 연료 요구를 충족시키기 위해 다수의 연료 생성물을 생성할 수 있다.
Figure pct00005
도 4를 참조하면, 옥탄 및 세탄 인핸서의 생성을 위한 예시적 반응식이 제공된다. 구체적으로, 도 4는 톨루엔이 산화되어 세탄 부스팅 첨가제로서 벤질 히드로퍼옥시드를 생성하고 이어서 옥탄 부스팅 첨가제로서 벤조산을 생성하는 방법에 대한 반응식을 제공한다. 상기 반응식은 또한 변환의 각 단계를 달성하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 촉매를 제공한다.
산화 반응기 (80)에서 생성된 산화 반응은 발열 반응이다. 산화 반응기 (80)에서 발열 반응에 의해 방출된 열 에너지는 외부 전원 (20)의 에너지 요구를 감소시키기 위해 이용될 수 있다. 발열 반응으로부터 발생된 열 에너지는 이산화탄소 변환 시스템 (40) 또는 전해조 (30)로 공급물 스트림을 직접 가열하는데 이용될 수 있다. 산화 반응기 (80)의 발열 반응에서 발생된 열은 개시에 열을 필요로 하는 반응에서 CO2의 화학 변환에 직접 이용되어 대체 보충 열의 필요성을 방지할 수 있다. 유사하게, 발열 반응으로부터 발생된 열 에너지는 전력을 발생시키기 위해 발전기를 작동시키는데 간접적으로 이용되어 외부 전원 (20)을 증강시킬 수 있다. 열전기와 같은 폐열 회수 장치를 사용하거나 랭킨 사이클을 이용하여 전기를 생성할 수도 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 전해조 (30)로부터의 산소는 산소 저장소 (도시되지 않음)에 유지되고, 차량의 배기 스트림으로부터 차량 내로 CO2를 포획하는 이동식 이산화탄소 포획 시스템으로부터 수집된 CO2를 차량이 오프로딩할 때, 차량의 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템에서 생성된 액체 연료로 차량에 연료를 공급할 때, 또는 둘 모두의 경우에 차량에 제공된다. 그 후, 차량은 차내 산화 시스템 (도시되지 않음)으로 차내 연료를 산화시켜 증가된 세탄 또는 옥탄 연료를 생성할 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템은 또한 외부 전원 (20)에 전기적으로 연결된 배터리 (22)를 포함한다. 배터리 (22)는 이산화탄소 변환 시스템 (40) 및 전해조 (30)가 외부 전원 (20)에 의해 생성된 전력 전체를 이용하지 않는 시간 동안 외부 전원 (20)으로부터 잉여 전기 에너지를 수집할 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 배터리 (22)는 연속적으로 배터리 (22)를 충전하는 외부 전원 (20)으로 직접적으로 이산화탄소 변환 시스템 (40)과 전해조 (30)에 전원을 공급한다. 추가의 실시양태에서, 외부 전원 (20)은 작동 시간 동안 이산화탄소 변환 시스템 (40) 및 전해조 (30)에 전력을 공급할 수 있고, 배터리 (22)는 이산화탄소 변환 시스템 (40) 및 전해조 (30)의 작동 정지 중에만 충전된다. 전기 에너지 저장용 배터리 (22)는 외부 전원 (20)이 전력을 생성하는 능력에 가변성 또는 간헐성을 가질 때 특히 유리하다. 예를 들어, 풍력 발전은 시간, 기상 조건, 또는 풍속 및 방향에 영향을 미치는 다른 변수에 기초하여 다를 수 있고 결과적으로 발전에 영향을 미친다. 유사하게, 태양 광 발전은 하루 중 시간, 태양력, 기상 조건, 또는 광전지에 도달하는 태양 에너지의 강도, 위치 및 지속 시간에 영향을 미치는 다른 변수에 기초하여 다를 수 있다. 수력 발전조차도 수력 발전기를 통한 물의 방출을 감소시키는 가뭄 조건의 결과로 유량의 변동에 기초하여 발전의 변동을 경험할 수 있다.
산술 예
비화석 연료원으로부터의 액체 연료 및 연료 첨가제의 형성은 실현 가능한 것으로 산술적으로 입증될 수 있다. 구체적으로, 차량의 배기 가스로부터 포획된 CO2를 처리하고 이를 다양한 액체 연료 및 연료 첨가제로 변환하는데 필요한 재료 및 에너지가 계산될 수 있다. CO2의 60%가 차량 내에서 포획되고 이산화탄소 수집 시스템 (10)에 전달되는 것으로 가정할 경우, 각각의 차량은 순환 연료 당 약 137 킬로그램 (kg) 또는 3113 몰의 CO2를 제공할 것이다. 또한 포획된 CO2가 액체 연료로 100% 변환되는 것으로 가정할 경우 (여기서 ΔfG°가 CO2에 대해서는 -394.39이고 H2O에 대해서는 -237.14 kJ/몰이다), 특정 액체 연료 및 연료 첨가제로의 변환에 필요한 에너지가 결정될 수 있다.
차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템의 다양한 측면이 기술되어 있으며, 이들 측면은 다양한 다른 측면과 결합하여 이용될 수 있음을 이해해야 한다.
제1 측면에서, 본 개시 내용은 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템을 제공한다. 이 시스템은 이산화탄소 수집 시스템, 외부 전원, 전해조 및 이산화탄소 변환 시스템을 포함한다. 이산화탄소 수집 시스템은 차량 내의 이동식 이산화탄소 포획 시스템과 연동하여 차량 배기 가스에서 포획된 CO2를 이산화탄소 수집 시스템의 용기로 전달한다. 외부 전원은 이산화탄소 변환 시스템 및 전해조의 작동에 필요한 에너지를 제공한다. 전해조는 물 공급원을 수소 및 산소로 분해하여 수소 공급원 및 산소 공급원을 생성한다. 이산화탄소 변환 시스템은 차량의 배기 가스로부터 수집되고 이산화탄소 수집 시스템에 전달된 CO2, 및 전해조로부터의 수소 공급원을 전기 화학적 환원을 통해 유용한 액체 연료 및 연료 첨가제로 변환한다.
제2 측면에서, 본 개시 내용은 제1 측면의 시스템을 제공하며, 여기서 상기 시스템은 액체 연료 혼합 시스템을 추가로 포함하고, 상기 액체 연료 혼합 시스템은 상기 이산화탄소 변환 시스템에 의해 생성된 액체 연료 및 연료 첨가제를 다양한 비율로 조합하거나, 상기 이산화탄소 변환 시스템에 의해 생성된 액체 연료 및 연료 첨가제 중 하나 이상을 하나 이상의 전통적인 화석 연료와 다양한 비율로 조합하는 하나 이상의 혼합 유닛을 포함한다.
제3 측면에서, 본 개시 내용은 제1 또는 제2 측면의 시스템을 제공하며, 여기서 상기 이산화탄소 변환 시스템의 하나 이상의 생성물이 디젤 연료와 혼합되어 고-세탄 디젤을 생성한다.
제4 측면에서, 본 개시 내용은 제3 측면의 시스템을 제공하며, 여기서 상기 이산화탄소 변환 시스템으로부터의 디메틸 에테르가 디젤 연료와 혼합되어 고-세탄 디젤을 생성한다.
제5 측면에서, 본 개시 내용은 제1 내지 제4 측면 중 어느 하나의 시스템을 제공하며, 여기서 상기 이산화탄소 변환 시스템의 하나 이상의 생성물이 가솔린과 혼합되어 고-옥탄 가솔린을 생성한다.
제6 측면에서, 본 개시 내용은 제5 측면의 시스템을 제공하며, 여기서 사기 이산화탄소 변환 시스템으로부터의 메탄올이 가솔린과 혼합되어 고-옥탄 가솔린을 생성한다.
제7 측면에서, 본 개시 내용은 제1 내지 제6 측면 중 어느 하나의 시스템을 제공하며, 여기서 상기 이산화탄소 변환 시스템으로부터의 디메틸 에테르 및 메탄올이 혼합되어 중-옥탄 액체 연료를 제공한다.
제8 측면에서, 본 개시 내용은 제1 내지 제7 측면 중 어느 하나의 시스템을 제공하며, 여기서 외부 전원이 비화석 에너지를 포함한다.
제9 측면에서, 본 개시 내용은 제8 측면의 시스템을 제공하며, 여기서 상기 외부 전원이 현장 풍력 발전기, 현장 광전지 어레이, 또는 현장 수력 발전기 중 하나 이상을 포함한다.
제10 측면에서, 본 개시 내용은 제1 내지 제9 측면 중 어느 하나의 시스템을 제공하며, 여기서 상기 이산화탄소 변환 시스템이 액체 연료 및 연료 첨가제로의 CO2의 전기 화학적 환원을 유도하는 촉매를 사용한다.
제11 측면에서, 본 개시 내용은 제10 측면의 시스템을 제공하며, 여기서 CO2의 전기 화학적 환원에 사용되는 촉매가 금속 거대 고리, Pd 착물, Ru(II) 착물 및 Cu(II) 착물 중 하나 이상을 포함한다.
제12 측면에서, 본 개시 내용은 제1 내지 제11 측면 중 어느 하나의 시스템을 제공하며, 여기서 상기 시스템은 원래 연료, 상기 이산화탄소 변환 시스템에 의해 생성된 액체 연료, 또는 이 둘의 혼합물을 더 높은 옥탄 또는 더 높은 세탄을 갖는 생성물로 산화시키도록 구성된 산화 반응기를 추가로 포함한다.
제13 측면에서, 본 개시 내용은 제12 측면 중 어느 하나의 시스템을 제공하며, 여기서 상기 상기 산화 반응기는 전해조에서 생성된 산소 공급원을 산화제로서 사용하여 원래 연료, 상기 이산화탄소 변환 시스템에 의해 생성된 액체 연료 및 연료 첨가제, 또는 이 둘의 혼합물을 더 높은 옥탄 또는 더 높은 세탄을 갖는 생성물로 산화시킨다.
제14 측면에서, 본 개시 내용은 제12 또는 제13 측면의 시스템을 제공하며, 여기서 상기 산화 반응기에서 연료의 산화에 의해 방출된 열 에너지가 외부 전원의 에너지 요구를 감소시키기 위해 사용된다.
제15 측면에서, 본 개시 내용은 제14 측면의 시스템을 제공하며, 여기서 상기 산화 반응기에서 연료의 산화에 의해 방출된 열 에너지가 개시에 열이 필요한 반응에서 CO2의 화학적 변환을 위한 이산화탄소 변환 시스템에 직접 이용되어 대체 보충 열의 필요성을 줄이거나 제거한다.
제16 측면에서, 본 개시 내용은 제14 또는 제15 측면의 시스템을 제공하며, 여기서 상기 산화 반응기에서 연료의 산화에 의해 방출된 열 에너지가 전력을 발생시키기 위한 발전기를 작동시키는데 간접적으로 이용되어 외부 전원을 증강시킨다.
제17 측면에서, 본 개시 내용은 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 현장 변환을 위한 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 이산화탄소 수집 시스템, 외부 전원, 이산화탄소 변환 시스템, 및 액체 연료 혼합 시스템을 포함한다. 이산화탄소 수집 시스템은 차량의 이동식 이산화탄소 포획 시스템과 연동하여 차량 배기 가스에서 포획된 CO2를 이산화탄소 수집 시스템의 용기로 전달한다. 외부 전원은 이산화탄소 변환 시스템의 작동에 필요한 에너지를 제공한다. 이산화탄소 변환 시스템은 차량의 배기 가스로부터 수집하고 이산화탄소 수집에 전달된 CO2를 전기 화학적 환원을 통해 유용한 액체 연료 및 연료 첨가제로 변환한다. 액체 연료 혼합 시스템은 이산화탄소 변환 시스템에 의해 생성된 액체 연료 및 연료 첨가제를 다양한 비율로 조합하거나, 이산화탄소 변환 시스템에 의해 생성된 액체 연료 및 연료 첨가제 중 하나 이상을 하나 이상의 전통적인 화석 연료와 다양한 비율로 조합하는 하나 이상의 혼합 유닛을 포함한다.
제18 측면에서, 본 개시 내용은 제17 측면의 시스템을 제공하며, 여기서 상기 이산화탄소 변환 시스템의 하나 이상의 생성물이 디젤 연료와 혼합되어 고-세탄 디젤을 생성한다.
제19 측면에서, 본 개시 내용은 제18 측면의 시스템을 제공하며, 여기서 상기 이산화탄소 변환 시스템으로부터의 디메틸 에테르가 디젤 연료와 혼합되어 고-세탄 디젤을 생성한다.
제20 측면에서, 본 개시 내용은 제17 내지 제19 측면 중 어느 하나의 시스템을 제공하며, 여기서 상기 이산화탄소 변환 시스템의 하나 이상의 생성물이 가솔린과 혼합되어 고-옥탄 가솔린을 생성한다.
제21 측면에서, 본 개시 내용은 제20 측면의 시스템을 제공하며, 여기서 상기 이산화탄소 변환 시스템으로부터의 메탄올이 가솔린과 혼합되어 고-옥탄 가솔린을 생성한다.
제22 측면에서, 본 개시 내용은 제17 내지 제21 측면 중 어느 하나의 시스템을 제공하며, 여기서 상기 이산화탄소 변환 시스템으로부터의 디메틸 에테르 및 메탄올이 혼합되어 중-옥탄 액체 연료를 형성한다.
제23 측면에서, 본 개시 내용은 제17 내지 제22 측면 중 어느 하나의 시스템을 제공하며, 여기서 외부 전원이 비화석 에너지를 포함한다.
제24 측면에서, 본 개시 내용은 제23 측면의 시스템을 제공하며, 여기서 외부 전원이 현장 풍력 발전기, 현장 광전지 어레이, 또는 현장 수력 발전기 중 하나 이상을 포함한다.
제25 측면에서, 본 개시 내용은 제17 내지 제27 측면 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 여기서 상기 시스템은 원래 연료, 상기 이산화탄소 변환 시스템에 의해 생성된 액체 연료 및 연료 첨가제, 또는 이 둘의 혼합물을 더 높은 옥탄 또는 더 높은 세탄을 갖는 생성물로 산화시키도록 구성된 산화 반응기를 추가로 포함한다.
제26 측면에서, 본 개시 내용은 제25 측면의 방법을 제공하며, 여기서 상기 산화 반응기에서 연료의 산화에 의해 방출된 열 에너지가 외부 전원의 에너지 요구를 감소시키기 위해 이용된다.
제27 측면에서, 본 개시 내용은 제26 측면의 방법을 제공하며, 여기서 상기 열 에너지가 개시에 열을 필요로 하는 반응에서 CO2의 화학적 변환을 위한 이산화탄소 변환 시스템에 직접 이용되어 대체 보충 열에 대한 필요성을 줄이거나 제거한다.
제28 측면에서, 본 개시 내용은 제26 또는 제27 측면의 방법을 제공하며, 여기서 상기 열 에너지가 전력을 발생시키기 위한 발전기를 작동시키는데 간접적으로 이용되어 외부 전원을 증강시킨다.
청구된 주제의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본원에 기재된 실시양태에 대해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 명세서는 본원에 설명된 다양한 실시양태의 수정 및 변형을 포함하고, 제공되는 그러한 수정 및 변형은 첨부된 청구항들 및 그 등가물들의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.
다음의 청구항 중 하나 이상은 용어 "여기서"를 접속구로서 이용하는 점을 유의해야 한다.　 본 발명을 정의하기 위해, 이 용어는 청구된 주제의 구조의 일련의 특성의 인용을 도입하기 위해 사용되는 개방형 접속구로서 청구 범위에 도입되며, 보다 일반적으로 사용되는 개방형 전제(preamble) 용어인 "포함하는"과 같은 방식으로 해석되어야 한다는 것에 유의해야 한다.

Claims (15)

  1. 자동차 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 변환을 위한 시스템으로서,
    이산화탄소 수집 시스템,
    외부 전원,
    전해조, 및
    이산화탄소 변환 시스템을 포함하고, 여기서
    상기 이산화탄소 수집 시스템은 차량 내의 이동식 이산화탄소 포획 시스템과 연동하여 차량 배기 가스에서 포획된 CO2를 이산화탄소 수집 시스템의 용기로 전달하고;
    상기 외부 전원은 이산화탄소 변환 시스템 및 전해조의 작동에 필요한 에너지를 제공하고;
    상기 전해조는 물 공급원을 수소 및 산소로 분해하여 수소 공급원 및 산소 공급원을 생성하고;
    상기 이산화탄소 변환 시스템은 차량의 배기 가스로부터 수집되고 이산화탄소 수집 시스템으로 전달된 CO2, 및 전해조로부터의 수소 공급원을 전기 화학적 환원을 통해 유용한 액체 연료 및 연료 첨가제로 변환하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 액체 연료 혼합 시스템을 추가로 포함하고, 상기 액체 연료 혼합 시스템은 상기 이산화탄소 변환 시스템에 의해 생성된 액체 연료 및 연료 첨가제를 다양한 비율로 조합하거나, 상기 이산화탄소 변환 시스템에 의해 생성된 액체 연료 및 연료 첨가제 중 하나 이상을 하나 이상의 전통적인 화석 연료와 다양한 비율로 조합하는 하나 이상의 혼합 유닛을 포함하는, 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 이산화탄소 변환 시스템의 하나 이상의 생성물이 디젤 연료와 혼합되어 고-세탄 디젤을 생성하는, 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 이산화탄소 변환 시스템의 하나 이상의 생성물이 가솔린과 혼합되어 고-옥탄 가솔린을 생성하는, 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 이산화탄소 변환 시스템으로부터의 디메틸 에테르 및 메탄올이 혼합되어 중-옥탄 액체 연료를 형성하는, 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 외부 전원이 비화석 에너지를 포함하는, 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 이산화탄소 변환 시스템이 액체 연료 및 연료 첨가제로의 CO2의 전기 화학적 환원을 유도하는 촉매를 이용하는, 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 원래 원료, 상기 이산화탄소 변환 시스템에 의해 생성된 액체 연료, 또는 이 둘의 혼합물을 더 높은 옥탄 또는 더 높은 세탄을 갖는 생성물로 산화시키도록 구성된 산화 반응기를 추가로 포함하는, 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 산화 반응기가 상기 전해조에서 생성된 산소 공급원을 산화제로서 이용하여 원래 연료, 상기 이산화탄소 변환 시스템에 의해 생성된 액체 연료 및 연료 첨가제, 또는 이 둘의 혼합물을 더 높은 옥탄 또는 더 높은 세탄을 갖는 생성물로 산화시키는, 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 산화 반응기에서 연료의 산화에 의해 방출된 열 에너지가 외부 전원의 에너지 요구를 감소시키기 위해 이용되는, 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 열 에너지가 개시에 열을 필요로 하는 반응에서의 CO2의 화학적 변환을 위하여 상기 이산화탄소 변환 시스템에 직접 이용되어 대체 보충 열에 대한 필요성을 줄이거나 제거하는, 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 열에너지가 전력을 발생하는 발전기를 작동시키는데 간접적으로 이용되어 외부 전원을 증강시키는, 시스템.
  13. 차량 배기 가스로부터 액체 연료 및 연료 첨가제로의 이산화탄소의 변환을 위한 시스템으로서,
    이산화탄소 수집 시스템,
    외부 전원,
    이산화탄소 변환 시스템, 및
    액체 연료 혼합 시스템을 포함하고, 여기서
    상기 이산화탄소 수집 시스템은 차량 내의 이동식 이산화탄소 포획 시스템과 연동하여 차량 배기 가스에서 포획된 CO2를 이산화탄소 수집 시스템의 용기로 전달하고;
    상기 외부 전원은 이산화탄소 변환 시스템의 작동에 필요한 에너지를 제공하고;
    상기 이산화탄소 변환 시스템은 차량의 배기 가스로부터 수집되고 이산화탄소 수집으로 전달된 CO2를 전기 화학적 환원을 통해 유용한 액체 연료 및 연료 첨가제로 변환하고;
    상기 액체 연료 혼합 시스템은 이산화탄소 변환 시스템에 의해 생성된 액체 연료 및 연료 첨가제를 다양한 비율로 조합하거나, 이산화탄소 변환 시스템에 의해 생성된 액체 연료 및 연료 첨가제 중 하나 이상을 하나 이상의 전통적인 화석 연료와 다양한 비율로 조합하는 하나 이상의 혼합 유닛을 포함하는, 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 외부 전원이 현장 풍력 발전기, 현장 광전지 어레이 또는 현장 수력 발전기 중 하나 이상을 포함하는, 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 원래 연료, 상기 이산화탄소 변환 시스템에 의해 생성된 액체 연료 및 연료 첨가제, 또는 이 둘의 혼합물을 더 높은 옥탄 및 더 높은 세탄을 갖는 생성물로 산화시키도록 구성된 산화 반응기를 포함하는, 시스템.
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