WO2023145767A1 - エネルギ利用システム、および、炭素含有材料の製造方法 - Google Patents

エネルギ利用システム、および、炭素含有材料の製造方法 Download PDF

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琢也 後藤
正道 石川
崇 渡邉
政宣 川添
信明 武田
洋介 岸川
昭佳 山内
智弘 磯貝
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学校法人同志社
ダイキン工業株式会社
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Definitions

  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-89230
  • carbon dioxide is not only decomposed to obtain a simple carbon material, but further advanced, high value-added diamonds and the like made from carbon dioxide. It is proposed to produce a carbon material of
  • carbon-containing materials are produced from carbon dioxide in order to reduce carbon dioxide, which is a greenhouse gas. It is desirable to curb the use of energy that would lead to an increase in greenhouse gases.
  • the energy utilization system includes a circulation circuit having a pump, a heating section, an electrolytic reduction device, and a thermal energy recovery section.
  • a heat medium circulates in the circulation circuit.
  • the pump takes in and pumps out the heat transfer medium.
  • the heating unit heats the heat medium using renewable energy or energy obtained from waste heat.
  • the electrolytic reduction device heats the electrolytic solution using the heat of the heat medium.
  • the renewable energy for example, one or two selected from the group consisting of solar power generation, wind power generation, hydroelectric power generation, biomass power generation, geothermal power generation, tidal power generation, hydrogen combustion power generation, and ammonia combustion power generation. It may be the energy obtained by seeds or more. Compared to energy such as electric power supplied through major power networks operated by electric power companies, this renewable energy is unstable because the amount of energy that can be obtained is not constant depending on the time of day. you can
  • exhaust heat is not particularly limited, and examples include heat emitted from thermal power plants, nuclear power plants, chemical plants, refineries, waste disposal plants, geothermal heat, hot spring water, and the like.
  • renewable energy or energy obtained from exhaust heat is used to heat the heat medium, and the electrolytic reduction device uses the heat of the heat medium to heat the electrolyte.
  • the electrolytic reduction device uses the heat of the heat medium to heat the electrolyte.
  • the heat energy required for electrolytic reduction is not energy obtained through the process of discharging carbon dioxide, but regeneration. Since energy obtained from available energy or waste heat is used, it is possible to reduce carbon dioxide emissions while suppressing carbon dioxide emissions.
  • the energy utilization system according to the second aspect is the energy utilization system according to the first aspect, wherein the heat medium is water.
  • the heating section is a boiler.
  • the electrolyte can be heated using steam obtained by heating water with a boiler.
  • An energy utilization system is the energy utilization system according to the second aspect, wherein the thermal energy recovery unit has an expander.
  • the electrolytic reduction device uses the power generated by the expander to apply voltage to the electrolytic solution.
  • An energy utilization system is the energy utilization system according to any one of the first to third aspects, wherein the electrolytic reduction device has a reservoir.
  • the reservoir stores the heat storage medium.
  • the heat storage medium heats the electrolyte.
  • the heat storage medium is heated by thermal contact with the heat medium flowing through the circulation circuit.
  • An energy use system in the energy use system according to the first aspect, further includes a heat pump that is driven using electric power generated by renewable energy and that circulates the first refrigerant.
  • the circulation circuit has a storage section that stores the heat of the heat medium as stored energy.
  • the heating unit heats the heat medium with the heat of the first refrigerant heated by the heat pump.
  • the thermal energy recovery unit is a heat engine that uses stored energy to generate electricity.
  • the electrolytic reduction device applies voltage to the electrolytic solution using power generated by the heat engine.
  • the power generated by renewable energy is used to drive the heat pump, so the environmental load associated with driving the heat pump can be reduced.
  • the heat of the heat medium heated by the heat pump is stored in the storage unit as stored energy. Therefore, even if the supply of electric power from renewable energy is unstable, the instability can be alleviated by storing the heat of the heat medium heated by the heat pump as stored energy.
  • the electrolytic reduction device uses the stored energy as heat energy to heat the electrolytic solution, and uses the stored energy as electric power energy generated by the heat engine to apply a voltage to the electrolytic solution. A reduced material can be obtained.
  • the stored energy used for heating the electrolyte and applying the voltage is stored in the storage unit as energy obtained by the heat pump cycle, compared with the supplied renewable energy itself, thereby stabilizing the supply. is possible. Therefore, the temperature and the applied voltage in the electrolytic reduction can be well adjusted, and the electrolytic reduction can proceed efficiently. In addition, at least a portion of the stored energy after subtracting the energy used for heating the electrolytic solution can be used as electric power required for electrolytic reduction.
  • the heat energy and electric power energy required for the electrolytic reduction are not the energy obtained through the process of discharging carbon dioxide. , using energy obtained through a heat pump cycle using renewable energy. This makes it possible to reduce carbon dioxide while suppressing carbon dioxide emissions.
  • the energy utilization system according to the sixth aspect is the energy utilization system according to the fifth aspect, further comprising a carbon dioxide gas recovery unit.
  • the carbon dioxide gas recovery unit uses the cold heat of the heat medium cooled by the heat pump to grow carbon dioxide hydrate.
  • the carbon dioxide gas recovery unit recovers carbon dioxide as gas by decomposing carbon dioxide hydrate.
  • An energy utilization system is the energy utilization system according to the fifth or sixth aspect, wherein the heat pump has a compressor and a first expander coupled to the compressor via a drive shaft. are doing. Rotation of the compressor is assisted by power recovered by the first expander.
  • the rotational drive of the compressor is assisted by the power recovered by the first expander, so the operating efficiency of the heat pump can be improved.
  • An energy utilization system is the energy utilization system according to any one of the fifth to seventh aspects, wherein the electrolytic reduction device has at least one of a first electrolytic reduction device and a second electrolytic reduction device. .
  • the first electrolytic reduction device heats the electrolytic solution using stored energy, and applies a voltage to the electrolytic solution using power generated by the heat engine, thereby reducing the electrolytic solution and producing a carbon-containing material. obtain.
  • the second electrolytic reduction device uses the stored energy to electrolyze the heated water.
  • An energy utilization system is the energy utilization system according to any one of the fifth to eighth aspects, in which the refrigerant of the heat pump is heated by exhaust heat.
  • the environmental load can be reduced.
  • An energy utilization system is the energy utilization system according to any one of the fifth to ninth aspects, wherein the storage section includes a first storage section and a second storage section.
  • the heat medium in the first storage is sent to the second storage after being heated by the heat pump.
  • the temperatures of the heat medium in the first storage unit and the heat medium in the second storage unit are different. Therefore, it is possible to perform heating using different temperature regions.
  • the energy utilization system according to the eleventh aspect is the energy utilization system according to the tenth aspect, wherein the temperature of the heat medium sent to the second storage unit is 200°C or higher.
  • the energy utilization system according to the twelfth aspect is the energy utilization system according to the eleventh aspect, wherein the refrigerant of the heat pump is one or more selected from the group consisting of carbon dioxide, argon, and air.
  • the energy utilization system according to the thirteenth aspect is the energy utilization system according to the tenth aspect, wherein the temperature of the heat medium sent to the second storage unit is less than 200°C.
  • An energy use system is the energy use system according to the thirteenth aspect, wherein the refrigerant of the heat pump is R1233zd(E), R1234yf, R1234ze(E), R1234ze(Z), R134a, R32, R410a, R245fa, It contains one or more selected from the group consisting of water and carbon dioxide.
  • the refrigerant of the heat engine is one or more selected from the group consisting of R1233zd(E), R1234yf, R1234ze(E), R1234ze(Z), R134a, R32, R410a, R245fa, water, and carbon dioxide. including.
  • An energy use system is the energy use system according to any one of the fifth to fourteenth aspects, further comprising a control device.
  • the control device controls the heat pump, storage unit, heat engine, and electrolytic reduction device.
  • the control device performs control so that the stored energy stored in the storage unit and the electric power generated by the heat engine are used.
  • the control device may further manage and operate the control parameters and status of at least one of the heat pump, storage unit, heat engine, and electrolytic reduction device.
  • the conditions of electrolytic reduction can be easily controlled in detail by controlling the electrolytic reduction device with a control device that grasps the conditions of the heat pump, the storage section, and the heat engine.
  • An energy utilization system is the energy utilization system according to any one of the fifth to fifteenth aspects, wherein stored energy stored in the storage unit, electric power generated by the heat engine, and and/or a material obtained by applying a voltage to the electrolytic solution in order to supply it according to the demand of the customer.
  • this energy utilization system may include a reception unit that receives requests from consumers via a communication line.
  • a method for producing a carbon-containing material according to a seventeenth aspect includes a step of heating a heat medium circulating in a circulation circuit using renewable energy or energy obtained from waste heat, and using the heat of the heated heat medium and a step of heating the electrolytic solution to perform electrolytic reduction.
  • the renewable energy for example, one or two selected from the group consisting of solar power generation, wind power generation, hydroelectric power generation, biomass power generation, geothermal power generation, tidal power generation, hydrogen combustion power generation, and ammonia combustion power generation. It may be the energy obtained by seeds or more. Compared to energy such as electric power supplied through major power networks operated by electric power companies, this renewable energy is unstable because the amount of energy that can be obtained is not constant depending on the time of day. you can
  • exhaust heat is not particularly limited, and examples include heat emitted from thermal power plants, nuclear power plants, chemical plants, refineries, waste disposal plants, geothermal heat, hot spring water, and the like.
  • the heat energy required for electrolytic reduction is not energy obtained through the process of discharging carbon dioxide, but regeneration. Since energy obtained from available energy or waste heat is used, it is possible to reduce carbon dioxide emissions while suppressing carbon dioxide emissions.
  • a method for producing a carbon-containing material according to the eighteenth aspect is the method for producing a carbon-containing material according to the seventeenth aspect, wherein the heat medium is water. Water is heated in a boiler using renewable energy or energy obtained from waste heat.
  • the electrolytic solution can be heated using steam obtained by heating water with a boiler.
  • a method for producing a carbon-containing material according to a nineteenth aspect is the method for producing a carbon-containing material according to the eighteenth aspect, wherein a step of recovering thermal energy of a heat medium in an expander to generate power; applying a voltage to the electrolyte using a.
  • a method for producing a carbon-containing material according to a twentieth aspect is the method for producing a carbon-containing material according to any one of the seventeenth to nineteenth aspects, wherein the heat of the heated heat medium is stored in the storage unit. heats the heat storage medium The heat of the heated heat storage medium is used to heat the electrolyte.
  • this carbon-containing material manufacturing method it is possible to heat the electrolytic solution while storing energy obtained from renewable energy or waste heat in the heat storage medium.
  • a method for producing a carbon-containing material according to a twenty-first aspect is the method for producing a carbon-containing material according to the seventeenth aspect, wherein the heat medium is heated by a heat pump cycle driven using power generated by renewable energy. a step of storing the heat of the heat medium heated by the heat pump cycle as stored energy; a step of using the stored energy to generate electricity by the heat engine cycle; using the stored energy to heat the electrolyte; and a step of applying a voltage to the electrolytic solution using the power generated by the cycle to perform electrolytic reduction.
  • the heat pump is driven using electric power generated by renewable energy, so the environmental load associated with driving the heat pump can be reduced.
  • the heat of the heat medium heated by the heat pump is stored as stored energy. Therefore, even if the supply of electric power from renewable energy is unstable, the instability can be alleviated by storing the heat of the heat medium heated by the heat pump as stored energy. Then, the stored energy is used as heat energy to heat the electrolytic solution, and the stored energy is used as electric power energy generated by the heat engine to apply a voltage to the electrolytic solution, thereby electrolytically reducing the electrolytic solution.
  • a carbon-containing material can be obtained.
  • the stored energy used for heating the electrolyte and applying the voltage is stored as energy obtained by the heat pump cycle, compared with the supplied renewable energy itself, so the supply can be stabilized. be. Therefore, the temperature and the applied voltage in the electrolytic reduction can be well adjusted, and the electrolytic reduction can proceed efficiently.
  • at least a portion of the stored energy after subtracting the energy used for heating the electrolytic solution can be used as electric power required for electrolytic reduction.
  • the heat energy and electric power energy required for the electrolytic reduction are not the energy obtained through the process of discharging carbon dioxide. , using energy obtained through a heat pump cycle using renewable energy. This makes it possible to reduce carbon dioxide while suppressing carbon dioxide emissions.
  • the method for producing a carbon-containing material according to the 22nd aspect includes the step of electrolyzing water in the method for producing a carbon-containing material according to the 21st aspect.
  • the water is heated using at least part of the stored energy.
  • the method for producing a carbon-containing material according to the 23rd aspect further includes a step of heating the refrigerant of the heat pump cycle by exhaust heat in the method for producing a carbon-containing material according to the 21st or 22nd aspect.
  • the environmental load can be reduced.
  • a method for producing a carbon-containing material according to a twenty-fourth aspect is the method for producing a carbon-containing material according to any one of the twenty-first to twenty-third aspects, wherein the heat medium is a mixed fluid containing sand or rocks and air; One or more selected from the group consisting of molten salts.
  • a method for producing a carbon-containing material according to a twenty-fifth aspect is the method for producing a carbon-containing material according to any one of the twenty-first to twenty-third aspects, wherein the heat medium is a mixed fluid containing sand or rocks and air, water, One or more selected from the group consisting of thermal oil, ionic liquid, and molten salt.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an energy utilization system according to a first embodiment; FIG. It is a schematic block diagram of the energy utilization system which concerns on 2nd Embodiment. It is a schematic block diagram of the energy utilization system which concerns on 3rd Embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram of an energy utilization system according to another embodiment D; 1 is a schematic configuration diagram of a network used in a microgrid system; FIG.
  • An energy utilization system 1 is a system that utilizes renewable energy to obtain thermal energy, electric power, and useful substances, and utilizes them. , a heat engine 20 , a first heat utilization cycle 30 , a second heat utilization cycle 40 , an exhaust gas supply line 50 , and an electrolytic reduction device 70 .
  • the heat pump 10 includes a first refrigerant circuit 11 filled with a first refrigerant.
  • a first refrigerant For example, carbon dioxide, argon, air, or the like can be used as the first coolant.
  • the first refrigerant circuit 11 has a first compressor 12, a first high-temperature heat exchanger 13, a first expander 15, a first low-temperature heat exchanger 16, and an intermediate heat exchanger 14. there is The first compressor 12 compresses the sucked first refrigerant and sends it to the first high-temperature heat exchanger 13 .
  • the first compressor 12 for example, when the first refrigerant is carbon dioxide, it is pressurized to a pressure exceeding the critical pressure.
  • the first compressor 12 is powered by renewable energy supplied via the renewable energy supply unit 80 .
  • the drive control of the heat pump 10 may use only the renewable energy supplied via the renewable energy supply unit 80 as the power source, or the renewable energy and the electric power supplied from the electric power company. may be used as the drive source. Note that when both renewable energy and power supplied from an electric power company are used, it is preferable that more power from the renewable energy is used than power supplied from the power company.
  • Renewable energy is energy obtained by, for example, solar power generation, wind power generation, hydraulic power generation, biomass power generation, geothermal power generation, tidal power generation, hydrogen combustion power generation, ammonia combustion power generation, etc.
  • power generation is relatively steady. can be performed, and from the viewpoint of suppressing the amount of carbon dioxide emitted, solar power generation, wind power generation, and geothermal power generation are preferable.
  • the first compressor 12 and the first expander 15 are connected via a drive shaft 17 . Power recovered by the first expander 15 is transmitted to the first compressor 12 via a drive shaft 17 to assist the driving force of the first compressor 12 .
  • the first high-temperature heat exchanger 13 provides mutual By performing heat exchange without mixing, the first heat medium is heated and the first coolant is cooled.
  • the first refrigerant that has passed through the first high-temperature heat exchanger 13 is sent to the intermediate heat exchange section 14a and is heat-exchanged with the first refrigerant flowing through the intermediate heat exchanger 14 without being mixed with each other.
  • the first refrigerant that has passed through the intermediate heat exchange section 14 a is decompressed in the first expander 15 and sent to the first low temperature heat exchanger 16 .
  • the pressure of the first refrigerant circulating in the first refrigerant circuit 11 by being compressed by the first compressor 12 and decompressed by the first expander 15 is, for example, 2 MPa when the first refrigerant is carbon dioxide. 30 MPa or less.
  • the pressure of the first refrigerant compressed by the first compressor 12 may be, for example, 25 MPa.
  • the pressure of the first refrigerant decompressed by the first expander 15 may be, for example, 3 MPa.
  • the first low-temperature heat exchanger 16 allows mutual By performing heat exchange without mixing, the second heat medium is cooled and the first refrigerant is heated.
  • the first refrigerant that has passed through the first low temperature heat exchanger 16 is sent to the intermediate heat exchanger 14 .
  • the intermediate heat exchanger 14 as described above, the first refrigerant flowing through the intermediate heat exchanger 14 is heated by the first refrigerant flowing through the intermediate heat exchange section 14a.
  • the first refrigerant that has passed through the intermediate heat exchanger 14 is sucked into the first compressor 12 .
  • the heat engine 20 includes a second refrigerant circuit 21 filled with a second refrigerant.
  • a second refrigerant for example, carbon dioxide, water, argon, air, or the like can be used.
  • the second refrigerant circuit 21 has a second compressor 22, a second high-temperature heat exchange section 23, a second expander 24, an injection passage 25, and a second low-temperature heat exchanger 26. .
  • the second compressor 22 compresses the sucked second refrigerant and sends it to the second high-temperature heat exchange section 23 .
  • the second compressor 22 for example, when the second refrigerant is carbon dioxide, it is pressurized to a pressure exceeding the critical pressure.
  • the second refrigerant is heated and the first heat medium is cooled.
  • the second refrigerant that has passed through the second high-temperature heat exchange section 23 is sent to the second expander 24 .
  • the second refrigerant sent to the second expander 24 is decompressed to an intermediate pressure, a part of which is branched and sucked into the second compressor 22, and the remaining part is decompressed to a low pressure, and the second low-temperature heat It is sent to the exchanger 26 .
  • the second expander 24 generates power using the energy recovered when the pressure of the second refrigerant is reduced.
  • the electric power generated by the second expander 24 can be used as a power source for the first compressor 12 of the heat pump 10, a power source for voltage applied by the electrolytic reduction device 70, and the like.
  • the second expander 24 may be connected to the second compressor 22 via a drive shaft in order to transmit power to the second compressor 22 .
  • the second low-temperature heat exchanger 26 exchanges heat between the second refrigerant flowing through the second low-temperature heat exchanger 26 and the fluid supplied from the cold storage tank and flowing through the cooling flow path 91 without mixing with each other. By doing so, the fluid is heated and the second coolant is cooled.
  • the fluid is not particularly limited, and may be, for example, the second heat medium stored in the second high temperature tank 48 of the second heat utilization cycle 40 .
  • the second refrigerant that has passed through the second low-temperature heat exchanger 26 is sent to the second compressor 22 .
  • the second refrigerant depressurized by the second expander 24 is injected into the second compressor 22 toward the intermediate pressure portion.
  • the first heat utilization cycle 30 includes a first heat utilization circuit 31 filled with a first heat medium.
  • a first heat medium for example, a mixed fluid containing sand or rocks and air, molten salt, or the like can be used.
  • the first heat utilization circuit 31 includes a first heat medium pump 32 , an electrolytic reduction temperature control section 33 , a first low temperature utilization heat exchanger 34 , a first low temperature tank 35 , and a first high temperature utilization heat exchange section 36 . , and a first high-temperature tank 37 .
  • the first heat transfer medium pump 32 produces a flow that circulates the first heat transfer medium through the first heat utilization cycle 30 .
  • the first heat medium that has passed through the first heat medium pump 32 is sent to the electrolytic reduction temperature control section 33 .
  • the first heat medium sent to the electrolytic reduction temperature control unit 33 adjusts the temperature of the electrolytic solution by heating the electrolytic solution to be electrolytically reduced.
  • the first heat medium that has passed through the electrolytic reduction temperature control section 33 is sent to the first low temperature heat exchanger 34 .
  • the first low temperature heat exchanger 34 In the first low temperature heat exchanger 34, the first heat medium flowing through the first low temperature heat exchanger 34 and the second refrigerant flowing through the second high temperature heat exchange section 23 of the heat engine 20 are mixed with each other.
  • the first heat medium is cooled and the second refrigerant is heated by exchanging heat without heat.
  • the first heat medium that has passed through the first low temperature heat exchanger 34 is sent to the first low temperature tank 35 .
  • the temperature of the first heat medium stored in the first low-temperature tank 35 is 200°C or higher, preferably 250°C or higher and 350°C or lower, for example, 300°C.
  • the first heat medium that has passed through the first low temperature tank 35 is sent to the first high temperature utilization heat exchange section 36 .
  • the first heat medium flowing through the first high-temperature heat exchange section 36 exchanges heat with the first refrigerant flowing through the first high-temperature heat exchanger 13 of the heat pump 10 and is heated.
  • the first heat medium that has passed through the first high-temperature heat exchange section 36 is sent to the first high-temperature tank 37 .
  • the temperature of the first heat medium stored in the first high-temperature tank 37 is 200°C or higher, preferably 500°C or higher and 700°C or lower, for example, 600°C.
  • the first heat medium that has passed through the first high temperature tank 37 is sent to the first heat medium pump 32 .
  • Both the first low-temperature tank 35 and the first high-temperature tank 37 are preferably covered with a heat insulating material.
  • the second heat utilization cycle 40 includes a second heat utilization circuit 41 filled with a second heat medium. Antifreeze such as ethylene glycol, water, or the like can be used as the second heat medium, for example.
  • the second heat utilization circuit 41 includes a second heat medium pump 42, a second low temperature utilization heat exchange section 43, a second low temperature tank 44, a cold heat utilization section 45, a second high temperature utilization heat exchanger 46, and a heat It has a utilization portion 47 and a second high-temperature tank 48 .
  • a second heat transfer medium pump 42 produces a flow that circulates the second heat transfer medium through the second heat utilization cycle 40 .
  • the second heat medium that has passed through the second heat medium pump 42 is sent to the second low-temperature heat exchange section 43 .
  • the second heat medium sent to the second low-temperature heat exchange unit 43 is cooled by exchanging heat with the first refrigerant flowing through the first low-temperature heat exchanger 16 without being mixed with each other.
  • the second heat medium that has passed through the second low-temperature heat exchange section 43 is sent to the second low-temperature tank 44 .
  • the temperature of the second heat medium stored in the second low-temperature tank 44 is, for example, 0°C or higher and 5°C or lower, preferably 0°C.
  • the second heat medium that has passed through the second low-temperature tank 44 is sent to the cold heat utilization section 45 .
  • the cold heat utilization unit 45 cools the growth tank 55a of the recovery tank 55 in order to recover carbon dioxide contained in the exhaust gas.
  • the growth tank 55a of the recovery tank 55 functions as an ice growth tank for fixing carbon dioxide in the form of hydrate by being cooled.
  • the second heat medium that has cooled the growth tank 55 a of the recovery tank 55 in the cold heat utilization section 45 is sent to the second high temperature utilization heat exchanger 46 .
  • the second high-temperature heat exchanger 46 exchanges heat between the second heat medium flowing through the second high-temperature heat exchanger 46 and the exhaust gas flowing through the exhaust gas cooling section 52 of the exhaust gas supply line 50 without mixing with each other.
  • the second heat medium is heated and the exhaust gas is cooled.
  • the second heat medium that has passed through the second high temperature utilization heat exchanger 46 is sent to the heat utilization section 47 .
  • the heat utilization unit 47 heats the vaporization tank 57a of the vaporization tank 57 in order to vaporize the grown carbon dioxide hydrate 93 .
  • the second heat medium that has passed through the heat utilization section 47 is sent to the second high temperature tank 48 .
  • the temperature of the second heat medium stored in the second high-temperature tank 48 is, for example, 30°C or higher and 70°C or lower, and may be 50°C.
  • the second heat medium in the second high temperature tank 48 is sent to the second heat medium pump 42 again.
  • the exhaust gas supply line 50 is a flow for recovering carbon dioxide and recovering exhaust heat from high-temperature exhaust gas containing a large amount of carbon dioxide, such as combustion gas used in a factory or the like. It has an exhaust gas channel 51 which is a channel.
  • the exhaust gas used here may be, for example, a gas of 0.05 MPa or more and 0.3 MPa or less and 40°C or more and 80°C or less, or a gas of 0.1 MPa and 60°C.
  • the exhaust gas flow path 51 has an exhaust gas cooling section 52, an exhaust gas compressor 53, a generator 54, a recovery tank 55, a hydrate supply path 56, a vaporization tank 57, and a gas supply path 58.
  • the exhaust gas flowing through the exhaust gas cooling unit 52 is cooled by exchanging heat with the second heat medium flowing through the second high-temperature heat exchanger 46 of the second heat utilization cycle 40 without being mixed with each other, and the exhaust gas is compressed. sent to machine 53.
  • the exhaust gas compressor 53 compresses the exhaust gas and supplies it to the growth tank 55a of the recovery tank 55 as an ice growth tank.
  • the pressure of the exhaust gas compressed by the exhaust gas compressor 53 and supplied to the growth tank 55a of the recovery tank 55 may be, for example, 1.0 MPa or more and 2.0 MPa or less, and may be 1.5 MPa.
  • the exhaust gas overflowing from the growth tank 55 a of the recovery tank 55 without being hydrated is sent to the generator 54 .
  • the generator 54 recovers energy and generates power to obtain electric power.
  • the electric power generated by the generator 54 can be used as the power source for the first compressor 12 of the heat pump 10, the power source for the voltage applied by the electrolytic reduction device 70, and the like.
  • the hydrate supply channel 56 is a channel for sending the carbon dioxide hydrate 93 grown in the growth tank 55 a of the recovery tank 55 to the vaporization tank 57 a of the vaporization tank 57 .
  • the hydrate supply path 56 has an on-off valve 56a, and sends the carbon dioxide hydrate 93 from the recovery tank 55 to the vaporization tank 57 when the on-off valve 56a is open.
  • the carbon dioxide hydrate 93 warmed in the vaporization tank 57a of the vaporization tank 57 is vaporized into carbon dioxide gas.
  • the pressure of the exhaust gas in the vaporization tank 57a of the vaporization tank 57 may be, for example, 0.1 MPa or more and 0.3 MPa or less, and may be 0.2 MPa.
  • This carbon dioxide gas is sent to the electrolytic cell 71 of the electrolytic reduction device 70 via the gas supply path 58 .
  • the gas supply path 58 has an on-off valve 58a, and passes carbon dioxide gas when the on-off valve 58a is open.
  • the electrolytic reduction device 70 is a device that obtains a carbon-containing material and oxygen by electrolytically reducing an electrolytic solution.
  • the electrolytic reduction device 70 has an electrolytic bath 71 filled with an electrolytic solution.
  • the electrolytic solution can be used according to the type of useful substance to be obtained by electrolytic reduction.
  • Such an electrolytic solution preferably contains, for example, one or more selected from the group consisting of carbonate ions, carbon dioxide, water, and nitrogen.
  • the electrolyte is, for example, an alkali metal halide, an alkaline earth metal halide, an alkali metal halide nitrate, an alkaline earth metal halide nitrate, an alkali metal halide carbonate, an alkaline earth Carbonates of metal halides, hydroxides of alkaline earth metal halides, tetrafluoroborate of alkali metal halides, tetrafluoroborate of alkaline earth metal halides, tetrafluoroborate of alkali metal halides Phosphate hexafluoride, phosphate hexafluoride of alkaline earth metal halides, arsenate hexafluoride of alkali metal halides, arsenate hexafluoride of alkaline earth metal halides, arsenate hexafluoride of alkaline earth metal halides, arsenate hexafluoride of alkali
  • the electrolyte may contain LiNO3 , NaNO3 , KNO3 , Li2CO3 , LiOH, LiBF4 , LiPF6 , LiAsF6 , and the like.
  • Carbon dioxide gas supplied through the gas supply path 58 is supplied to the electrolytic solution.
  • the electrolytic solution may contain carbon dioxide gas dissolved therein, may contain carbonate ions, or may contain carbonate ions while carbon dioxide gas dissolves therein. good. Since the electrolytic solution in the electrolytic bath 71 is heated by the electrolytic reduction temperature control section 33 of the first heat utilization cycle 30, the efficiency of electrolytic reduction can be enhanced.
  • the electrolytic solution in the electrolytic cell 71 has a cathode and an anode in contact with each other, and electrolytic reduction is performed by applying a voltage between them.
  • the electric power used for voltage application for electrolytic reduction here is preferably electric power obtained by the second expander 24 or the generator 54 .
  • a carbon-containing material which is a reduced useful material, is deposited at the cathode, and an oxidized oxygen gas is generated at the anode.
  • Oxygen gas is recovered through an oxygen recovery path 72 provided with an on-off valve 72a.
  • the carbon-containing material is not particularly limited, and by changing various conditions such as the electrolyte and electrode materials, for example, carbon monoxide, metal carbide, organic compounds, diamond, graphite, glassy carbon, amorphous carbon, carbon One or more selected from the group consisting of nanotubes, carbon nanohorns, and graphene can be obtained.
  • organic compounds here include methane, methanol, ethane, ethylene, acetylene, ethanol, formic acid, formaldehyde, oxalic acid, acetic acid, propane, propylene, propanol, butane, butene, butanol, acetone, benzene, and toluene. , and one or more selected from the group consisting of xylene.
  • the heat pump 10 is driven by renewable energy. Compared to the power provided by general electric power companies, this renewable energy does not provide constant power depending on the time of day or the like, and there is a risk that the amount of power supplied may become unstable. However, the heat pump 10 converts the renewable energy into the heat stored in the first heat utilization cycle 30 and the cold energy stored in the second heat utilization cycle 40, so that the renewable energy can be fully and effectively utilized. ing.
  • the heat stored in the first heat utilization cycle 30 by the heat pump 10 is used for heating the second refrigerant, and power is recovered in the second expander 24 to generate power. It is possible. Electric power obtained by the second expander 24 can be used for voltage application in the electrolytic reduction device 70 .
  • the heat stored in the first heat utilization cycle 30 by the heat pump 10 is used to heat the electrolytic solution of the electrolytic reduction device 70, thereby making it possible to improve the efficiency of the electrolytic reduction. ing.
  • the electrolytic reduction device 70 it is possible to obtain useful materials using carbon dioxide derived from the exhaust gas.
  • an energy utilization system 1a may be used in which two electrolytic reduction devices are used and electrolytic solutions of different types are electrolytically reduced.
  • the energy utilization system 1a is a system that utilizes renewable energy and exhaust heat energy to obtain thermal energy, electric power, and useful substances, and utilizes them. As shown in FIG. 20a, a heat utilization cycle 30a, an exhaust gas supply line 50x, a first electrolytic reduction device 70x, and a second electrolytic reduction device 70y.
  • the heat pump 10a has a first refrigerant circuit 11a filled with a first refrigerant.
  • the first refrigerant include R1233zd(E), R1234yf, R1234ze(E), R1234ze(Z), R134a, R32, R410a, R245fa, water, and carbon dioxide.
  • the first refrigerant circuit 11a has a first compressor 12, a first high-temperature heat exchanger 13, an expansion valve 15x, a first low-temperature heat exchanger 16, and an intermediate heat exchanger . Note that the drive shaft 17 in the first embodiment is not provided, and power recovery is not performed in the expansion valve 15x.
  • the exhaust gas supply line 50x uses exhaust gas containing a large amount of carbon dioxide at a high temperature such as 80° C., such as combustion gas used in a factory or the like.
  • the heat engine 20a has a second refrigerant circuit 21a filled with a second refrigerant.
  • the second refrigerant include R1233zd(E), R1234yf, R1234ze(E), R1234ze(Z), R134a, R32, R410a, R245fa, water, and carbon dioxide.
  • the second refrigerant circuit 21a has a second pump 22x, a second high-temperature heat exchanger 23, a second expander 24, a second low-temperature heat exchanger 26, and a second intermediate heat exchanger 28. ing.
  • the second pump 22x forms the flow of the second refrigerant in the second refrigerant circuit 21a.
  • the second low-temperature heat exchanger 26 causes heat exchange between the second refrigerant flowing through the second low-temperature heat exchanger 26 and the air supplied from the outdoors and flowing through the air passage portion 92 .
  • the second refrigerant circuit 21a is not provided with the second compressor 22 and the injection passage 25 in the first embodiment.
  • the heat utilization cycle 30a includes a heat utilization circuit 31a filled with a heat medium.
  • a heat medium for example, a mixed fluid containing sand or rocks and air, water, thermal oil, ionic liquid, molten salt, or the like can be used.
  • the heat utilization circuit 31a includes a heat medium pump 32a, a first electrolytic reduction temperature control section 33x, a second electrolytic reduction temperature control section 33y, a low temperature utilization heat exchanger 34a, a pressure line 38, and a low temperature tank 35a. , a high-temperature utilization heat exchange section 36a, and a high-temperature tank 37a.
  • the thermal medium pump 32a creates a flow that circulates the thermal medium through the thermal cycle 30a.
  • the heat medium that has passed through the heat medium pump 32a is sent to the first electrolytic reduction temperature control section 33x.
  • the heat medium sent to the first electrolytic reduction temperature control unit 33x adjusts the temperature of the electrolytic solution by heating the electrolytic solution to be electrolytically reduced in the first electrolytic reduction device 70x.
  • the heat medium that has passed through the first electrolytic reduction temperature control section 33x is sent to the second electrolytic reduction temperature control section 33y.
  • the heat medium sent to the second electrolytic reduction temperature control unit 33y adjusts the temperature of the electrolytic solution by heating the electrolytic solution to be electrolytically reduced in the second electrolytic reduction device 70y.
  • the heat medium that has passed through the second electrolytic reduction temperature control section 33y is sent to the low temperature heat exchanger 34a.
  • a pressurization line 38 is connected between the second electrolytic reduction temperature control section 33y and the low-temperature heat exchanger 34a to pressurize and inject the heat medium into the heat-utilization circuit 31a.
  • the pressure line 38 is provided with an on-off valve 38a that can be controlled to open and close.
  • the low-temperature heat exchanger 34a exchanges heat between the heat medium flowing through the low-temperature heat exchanger 34a and the second refrigerant flowing through the second high-temperature heat exchange section 23 of the heat engine 20 without being mixed with each other. As a result, the heat medium is heated and the second coolant is cooled.
  • the heat medium that has passed through the low temperature heat exchanger 34a is sent to the low temperature tank 35a.
  • the temperature of the heat medium stored in the low-temperature tank 35a is 80°C or higher and lower than 100°C, for example, 90°C.
  • the heat medium that has passed through the low temperature tank 35a is sent to the high temperature utilization heat exchange section 36a.
  • the heat medium flowing through the high-temperature heat exchange section 36a exchanges heat with the first refrigerant flowing through the first high-temperature heat exchanger 13 of the heat pump 10 without being mixed with each other, and is heated.
  • the heat medium that has passed through the high-temperature heat exchange section 36a is sent to the high-temperature tank 37a.
  • the temperature of the heat medium stored in the high-temperature tank 37a is 100°C or higher and 200°C or lower, for example, 120°C.
  • the heat medium that has passed through the high temperature tank 37a is sent to the heat medium pump 32a.
  • Both the low-temperature tank 35a and the high-temperature tank 37a are preferably covered with a heat insulating material.
  • the first electrolytic reduction device 70x is a device that obtains a carbon-containing material and oxygen by electrolytically reducing an electrolytic solution.
  • the first electrolytic reduction device 70x has an electrolytic bath 71x filled with an electrolytic solution.
  • the electrolytic solution can be selected according to the type of useful substance to be obtained by electrolytic reduction. ionic liquids, and quaternary phosphonium-based ionic liquids.
  • Carbon dioxide gas is supplied to the electrolytic bath 71x through the first supply channel 73. As shown in FIG.
  • the electrolytic solution may contain carbon dioxide gas dissolved therein, may contain carbonate ions, or may contain carbonate ions while carbon dioxide gas dissolves therein. good.
  • the first supply path 73 is provided with an opening/closing valve 73a that can be controlled to open/close.
  • the gas supplied to the first supply path 73 is preferably carbon dioxide contained in exhaust gas from a factory or the like, and may be exhaust gas containing carbon dioxide gas. Since the electrolytic solution in the electrolytic bath 71x is heated by the first electrolytic reduction temperature control section 33x of the heat utilization cycle 30a, it is possible to improve the efficiency of electrolytic reduction. Furthermore, the electrolytic solution in the electrolytic cell 71x has a cathode and an anode in contact with each other, and electrolytic reduction is performed by applying a voltage between them. It should be noted that the electric power used for voltage application for electrolytic reduction here is preferably the electric power obtained by the second expander 24 .
  • a carbon-containing material which is a reduced useful material, is deposited at the cathode, and an oxidized oxygen gas is generated at the anode.
  • Oxygen gas is recovered through an oxygen recovery path 72 provided with an on-off valve 72a.
  • the carbon-containing material is not particularly limited, and by changing various conditions such as the electrolyte and electrode materials, for example, carbon monoxide, metal carbide, organic compounds, diamond, graphite, glassy carbon, amorphous carbon, carbon One or more selected from the group consisting of nanotubes, carbon nanohorns, and graphene can be obtained.
  • organic compounds here include methane, methanol, ethane, ethylene, acetylene, ethanol, formic acid, formaldehyde, oxalic acid, acetic acid, propane, propylene, propanol, butane, butene, butanol, acetone, benzene, and toluene. , and one or more selected from the group consisting of xylene.
  • the second electrolytic reduction device 70y is a device that obtains hydrogen and oxygen by electrolytically reducing water.
  • the second electrolytic reduction device 70y has an electrolytic cell 71y filled with water. Water is supplied to the electrolytic bath 71 y through the second supply channel 74 .
  • the second supply path 74 is provided with an opening/closing valve 74a that can be controlled to open/close. Since the electrolytic solution in the electrolytic bath 71y is heated by the second electrolytic reduction temperature control section 33y of the heat utilization cycle 30a, it is possible to improve the efficiency of electrolytic reduction.
  • the electrolytic solution in the electrolytic cell 71y has a cathode and an anode in contact with each other, and electrolytic reduction is performed by applying a voltage between them.
  • the electric power used for voltage application for electrolytic reduction here is preferably the electric power obtained by the second expander 24 .
  • Hydrogen gas is recovered through a hydrogen recovery path 76 provided with an on-off valve 76a.
  • Oxygen gas is recovered through an oxygen recovery passage 75 provided with an on-off valve 75a.
  • the heat pump 10a converts renewable energy into heat stored in the heat utilization cycle 30a, as in the energy utilization system 1 of the first embodiment. This makes it possible to fully and effectively utilize renewable energy.
  • the heat stored in the heat utilization cycle 30a by the heat pump 10a is used to heat the second refrigerant, so that power can be recovered in the second expander 24 to generate power. It's becoming The electric power obtained by the second expander 24 can be used for voltage application in the first electrolytic reduction device 70x and the second electrolytic reduction device 70y.
  • the heat stored in the heat utilization cycle 30a by the heat pump 10a is used to heat the electrolytic solutions of the first electrolytic reduction device 70x and the second electrolytic reduction device 70y, thereby efficiently performing electrolytic reduction. It is possible to make it.
  • the first electrolytic reduction device 70x it is possible to obtain useful materials using carbon dioxide derived from the exhaust gas. Hydrogen and oxygen can be obtained in the second electrolytic reduction device 70y.
  • the energy utilization system 201 is a system that utilizes renewable energy or exhaust heat to obtain and utilize useful substances, and as shown in FIG. ing.
  • the circulation circuit 230 includes a pump 232, a waste heat boiler 236, an electrolytic reduction device 70, a generator 220, a condenser 235, and a circulation flow path 231 connecting them.
  • the circulation circuit 230 is filled with water. In the circulation circuit 230, water circulates while undergoing a phase change between a liquid state and a vapor state.
  • the pump 232 sucks in water that has been liquefied by condensing in the condenser 235 and sends it out toward the water flow path 236 a of the waste heat boiler 236 .
  • the temperature of the water sucked by the pump 232 may be, for example, 30°C or higher and 70°C or lower, preferably 50°C.
  • the pressure of water sucked by the pump 232 may be, for example, 0.01 MPa or more and 0.1 MPa or less, and preferably 0.02 MPa or more and 0.03 MPa or less.
  • the atmospheric pressure is 0.1 MPa.
  • the flow rate of water by the pump 232 may be, for example, 0.3 kg/s or more and 0.8 kg/s or less, preferably 0.45 kg/s or more and 0.65 kg/s or less.
  • the drive source for the pump 232 is not particularly limited, and for example, electrical energy obtained in the generator 220 may be used as the drive source, or renewable energy may be used.
  • the exhaust heat boiler 236 exchanges heat between the water sent from the pump 232 and flowing through the circulation circuit 230 and the exhaust gas without mixing with each other, and converts the water into steam. change to
  • the exhaust heat boiler 236 has a water channel 236a through which water flows and an exhaust gas channel 280a through which exhaust gas flows so that heat can be exchanged with each other.
  • water and exhaust gas flow in opposite directions so that higher-temperature steam can be extracted.
  • the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust gas passage 280a may be, for example, 700°C or higher and 900°C or lower, preferably 800°C.
  • the exhaust gas passage 280a is a passage through which the exhaust gas flows inside the exhaust heat boiler 236 in the exhaust gas pipe 280 through which the exhaust gas flows.
  • the flue gas pipe 280 is a pipe that guides high-temperature flue gas discharged from, for example, a thermal power plant, a nuclear power plant, a chemical plant, a refinery, an incineration plant, etc., to the waste heat boiler 236 .
  • the exhaust gas flow rate may be, for example, 2.5 kg/s or more and 3.5 kg/s or less.
  • the temperature of the exhaust gas that has passed through the exhaust gas passage 280a is, for example, 100° C. or higher and 250° C. or lower.
  • the water flowing into the water channel 236a is heated by the heat of the exhaust gas flowing through the exhaust gas channel 280a and becomes steam.
  • the temperature of the steam flowing out of the water channel 236a may be, for example, 500° C. or higher and 800° C. or lower, and preferably 630° C. or higher and 670° C. or lower.
  • the pressure of the steam flowing out of the water channel 236a may be, for example, 0.6 MPa or more and 1.5 MPa or less, and preferably 0.7 MPa or more and 1.2 MPa or less.
  • the exhaust heat boiler 236 includes a supercooled heat exchange section in which water in a supercooled state flows, a gas-liquid coexistence heat exchange section in which water in a gas-liquid two-phase state flows, and a superheat heat exchange section in which water in a superheated state flows. , are connected together.
  • the lengths of these subcooling heat exchange section, gas-liquid coexistence heat exchange section, and superheating heat exchange section are generally designed based on the target temperature at which water evaporates.
  • the steam that has passed through the water channel 236a of the waste heat boiler 236 is sent to the heat storage channel 233 that passes through the heat storage tank 233x of the electrolytic reduction device 70.
  • the electrolytic reduction apparatus 70 is an apparatus for obtaining a carbon-containing material and oxygen by electrolytically reducing an electrolytic solution, as in the first embodiment.
  • the electrolytic reduction device 70 has an electrolytic bath 71 filled with an electrolytic solution.
  • the electrolytic solution can be used according to the type of useful substance to be obtained by electrolytic reduction.
  • Such an electrolytic solution preferably contains, for example, one or more selected from the group consisting of carbonate ions, carbon dioxide, water, and nitrogen.
  • the electrolyte is, for example, an alkali metal halide, an alkaline earth metal halide, an alkali metal halide nitrate, an alkaline earth metal halide nitrate, an alkali metal halide carbonate, an alkaline earth Carbonates of metal halides, hydroxides of alkaline earth metal halides, tetrafluoroborate of alkali metal halides, tetrafluoroborate of alkaline earth metal halides, tetrafluoroborate of alkali metal halides Phosphate hexafluoride, phosphate hexafluoride of alkaline earth metal halides, arsenate hexafluoride of alkali metal halides, arsenate hexafluoride of alkaline earth metal halides, arsenate hexafluoride of alkaline earth metal halides, arsenate hexafluoride of alkali
  • the electrolyte may contain LiNO3 , NaNO3 , KNO3 , Li2CO3 , LiOH, LiBF4 , LiPF6 , LiAsF6 , and the like.
  • Carbon dioxide gas supplied through the gas supply path 58 is supplied to the electrolytic solution.
  • the electrolytic solution may contain carbon dioxide gas dissolved therein, may contain carbonate ions, or may contain carbonate ions while carbon dioxide gas dissolves therein. good.
  • the method of supplying carbon dioxide gas to the electrolytic cell 71 is not particularly limited. For example, a gas containing a large amount of carbon dioxide such as combustion gas used in a factory may be used. A configuration similar to that of the exhaust gas supply line 50 may be used.
  • the electrolytic reduction device 70 has a heat storage tank 233x that surrounds the electrolytic cell 71.
  • the inside of the heat storage tank 233x is filled with a heat storage medium.
  • the electrolyte in the electrolytic bath 71 is heated by the heat of the heat storage medium filled in the heat storage tank 233x. This makes it possible to improve the efficiency of the electrolytic reduction.
  • the heat storage tank 233x is preferably surrounded by a heat insulating material (not shown). Inside the heat storage tank 233x, a heat storage channel 233 is provided through which steam flows so as not to mix with the heat storage medium.
  • the heat storage medium in the heat storage tank 233 x is heated by the heat of the steam flowing through the heat storage channel 233 .
  • the heat storage tank 233x is filled with a sufficient amount of heat storage medium, and retains the heat obtained from the steam flowing through the heat storage channel 233 for a long time. As a result, the temperature of the electrolytic solution in the electrolytic bath 71 is maintained at the same level for a long period of time.
  • the electrolytic solution in the electrolytic bath 71 has a cathode and an anode in contact with each other, and electrolytic reduction is performed by applying a voltage between them. Electric power obtained by the generator 220 is used as the electric power used for voltage application for electrolytic reduction. As a result, a carbon-containing material, which is a reduced useful material, is deposited at the cathode, and an oxidized oxygen gas is generated at the anode. Oxygen gas is recovered through an oxygen recovery path 72 provided with an on-off valve 72a.
  • the carbon-containing material is not particularly limited, and by changing various conditions such as the electrolyte and electrode materials, for example, carbon monoxide, metal carbide, organic compounds, diamond, graphite, glassy carbon, amorphous carbon, carbon One or more selected from the group consisting of nanotubes, carbon nanohorns, and graphene can be obtained.
  • the electrolyte and electrode materials for example, carbon monoxide, metal carbide, organic compounds, diamond, graphite, glassy carbon, amorphous carbon, carbon
  • One or more selected from the group consisting of nanotubes, carbon nanohorns, and graphene can be obtained.
  • the temperature of the steam that has passed through the heat storage channel 233 of the electrolytic reduction device 70 may be, for example, 400°C or higher and 750°C or lower, and preferably 600°C or higher and 660°C or lower.
  • the pressure of the steam that has passed through the heat storage channel 233 of the electrolytic reduction device 70 may be, for example, 0.5 MPa or more and 0.1.2 MPa or less, and preferably 0.6 MPa or more and 0.9 MPa or less.
  • the steam that has passed through the heat storage channel 233 of the electrolytic reduction device 70 is sent to the generator 220 .
  • the power generator 220 has an expander 234 that is rotationally driven when the steam that has passed through the heat storage flow path 233 of the electrolytic reduction device 70 flows in and passes through.
  • the generator 220 generates electricity using the energy recovered by the expander 234 when the steam is decompressed in the expander 234 . Specifically, when the steam is decompressed in the expander 234, rotation is generated to generate power.
  • the electrical energy obtained by the generator 220 is used as the power source for the applied voltage in the electrolytic reduction device 70.
  • the temperature of the steam that has passed through the expander 234 may be, for example, 30°C or higher and 70°C or lower, preferably 50°C.
  • the pressure of the steam that has passed through the expander 234 may be, for example, 0.01 MPa or more and 0.1 MPa or less, and preferably 0.02 MPa or more and 0.03 MPa or less.
  • the steam that has passed through the expander 234 is sent to the condenser 235.
  • the condenser 235 has a cooling medium flow path 295a through which a cooling medium that exchanges heat with steam or water without being mixed with the steam or water flows.
  • the cooling medium pipe 295 is a pipe that guides the cooling medium from the cold heat source to the condenser 235 .
  • the cooling medium flow path 295 a forms part of the cooling medium pipe 295 .
  • the cold heat source is not particularly limited, and may be, for example, water or a refrigerant.
  • the heat of the cooling medium flowing out of the cooling medium flow path 295a may be used, for example, to obtain hot water in a hot spring or a heated swimming pool.
  • the water that has passed through the condenser 235 is taken into the pump 232 .
  • the water circulating in the circulation circuit 230 is heated using the heat of the exhaust gas supplied to the waste heat boiler 236. be.
  • the high-temperature steam heated in the waste heat boiler 236 heats the heat storage medium in the heat storage tank 233 x of the electrolytic reduction device 70 . Therefore, the electrolytic solution in the electrolytic bath 71 of the electrolytic reduction device 70 is heated, and the electrolytic reduction can be efficiently performed.
  • thermal energy for electrolytically reducing the electrolytic solution can be secured by using thermal energy such as exhaust gas that is no longer needed due to thermal power generation, etc., so that thermal energy of exhaust gas can be effectively used. There is no need to newly obtain thermal energy required for electrolytic reduction.
  • the generator 220 recovers the thermal energy of the steam to obtain electrical energy. Therefore, of the thermal energy obtained by the steam from the exhaust gas, the thermal energy not used for heating the heat storage medium for heating the electrolytic solution can be recovered to obtain electrical energy. Voltage application to the electrolytic solution in the electrolytic reduction device 70 is performed using electrical energy obtained by the generator 220 .
  • the electrolyte may contain water, nitrogen, etc. alone or additionally.
  • the electrolyte contains water in addition to carbon dioxide, it is possible to obtain various organic compounds through electrolytic reduction. Moreover, when nitrogen is further contained in the electrolyte, it is also possible to obtain amines and the like.
  • carbon nitride from an electrolyte containing only nitrogen and no water.
  • Such carbon nitrides include hexagonal carbon nitride ( ⁇ -C 3 N 4 ); graphitic carbon nitride (g-C 3 N 4 ); (C 59 N) 2 , C 58 N 2 , C 57 N 3 , C 48 N 12 ; cyanofullerenes represented by C 60 (CN) 2n (where n is 1 to 9); cyanogens such as NCCN and CNCN.
  • the electrolytic solution and the electrodes may be changed so that carbon monoxide is obtained as a carbon-containing compound through electrolytic reduction in the first electrolytic reduction device 70x.
  • carbon monoxide is obtained from the first electrolytic reduction device 70x
  • hydrogen and oxygen are obtained from the second electrolytic reduction device 70y. Accordingly, by using these carbon monoxide, hydrogen, and oxygen, it becomes possible to easily synthesize various kinds of organic compounds.
  • the use of cold energy obtained in the first low-temperature heat exchanger 16 of the heat pump 10 is not particularly limited. or cooling of brine such as water used for cooling an object to be cooled.
  • an exhaust gas supply line 50 includes a cooling channel 91, a branch channel 191 through which air flows, a first switching valve 191a,
  • the energy utilization system 1b may include a second switching valve 191b.
  • This branch flow path 191 takes in air from the upstream end 191x, passes through the cooling flow path 91 passing through the second low-temperature heat exchanger 26 of the second refrigerant circuit 21, and then joins the exhaust gas flow path 51. is the road.
  • the first switching valve 191a connects the upstream exhaust gas passage 51a, which is the upstream portion of the exhaust gas passage 51, and the downstream exhaust gas passage 51b, which is the downstream portion of the exhaust gas passage 51. It is a switching valve that switches between a state in which the side exhaust gas flow path 51b and the branch flow path 191 are connected, and is configured by, for example, a three-way valve.
  • the second switching valve 191b connects the downstream portion of the exhaust gas compressor 53 and the recovery tank 55, and connects the downstream portion of the exhaust gas compressor 53 and the downstream end 191y open to the atmosphere. , and is a switching valve for switching between, for example, a three-way valve.
  • the first operation and the second operation may be switched.
  • the first switching valve 191a is switched to a state in which the upstream exhaust gas flow path 51a and the downstream exhaust gas flow path 51b are connected.
  • the switching valve 191b is switched to a state in which the downstream portion of the exhaust gas compressor 53 and the recovery tank 55 are connected, and the vaporization tank 57a of the vaporization tank 57 for vaporizing the carbon dioxide hydrate 93 is not heated.
  • the first heat medium pump 32 is driven to store heat in the first heat use cycle 30, and the second heat medium pump 42 is driven to move the second heat utilization cycle 40 to supply cold heat to the cold heat utilization unit 45, and the exhaust gas compressor 53 is driven to flow carbon dioxide into the exhaust gas flow path 51 of the exhaust gas supply line 50. , the carbon dioxide is cooled and separated and recovered in the growth tank 55 a of the recovery tank 55 .
  • the on-off valve 56a of the hydrate supply path 56 is closed, and the exhaust gas containing carbon dioxide that has not been able to become the carbon dioxide hydrate 93 is sent to the generator 54 to generate energy. be recovered.
  • the opening/closing valve 56a of the hydrate supply path 56 is opened to move the carbon dioxide hydrate 93 to the vaporization tank 57, Start the second run.
  • the first switching valve 191a is switched to a state in which the downstream exhaust gas flow path 51b and the branch flow path 191 are connected, and the second switching valve 191b is opened to the downstream side of the exhaust gas compressor 53 and the atmosphere.
  • the exhaust gas compressor 53 is driven, the second heat utilization cycle 40 is operated, the on-off valve 58a of the gas supply path 58 is controlled to open, and the first heat
  • the medium pump 32 is activated, and the heat engine 20 and the electrolytic reduction device 70 are activated.
  • the air taken into the branched flow path 191 from the upstream end 191x of the branched flow path 191 mixes the second refrigerant flowing through the second low-temperature heat exchanger 26 of the heat engine 20 in motion with the cooling flow path 91.
  • Heat is exchanged in and heated.
  • the air heated in the cooling channel 91 passes through the exhaust gas channel 51 and exchanges heat with the second heat medium in the second high-temperature heat exchanger 46 to heat the second heat medium.
  • the second heat medium heated using the exhaust heat of the heat engine 20 is sent to the heat utilization section 47 in the second heat utilization cycle 40, thereby warming the vaporization tank 57a of the vaporization tank 57. be done.
  • the air flowing through the exhaust gas flow path 51 after heating the second heat medium in the second high-temperature heat exchanger 46 is guided to the downstream end 191y via the exhaust gas compressor 53 and released into the atmosphere. .
  • the vaporization tank 57a of the vaporization tank 57 By heating the vaporization tank 57a of the vaporization tank 57, the vaporization of carbon dioxide from the carbon dioxide hydrate 93 is made more efficient, and the vaporized carbon dioxide is supplied to the electrolytic reduction device 70 through the gas supply path 58. can supply.
  • the heat stored in the first heat utilization cycle 30 is supplied to the electrolytic reduction temperature control unit 33, thereby heating the electrolytic solution of the electrolytic reduction device 70 and causing the heat engine 20 to generate electricity.
  • Electrolytic reduction in the electrolytic reduction device 70 is performed by using the supplied electric power to apply voltage to the electrolytic solution.
  • the heat pump 10 can be moved freely, but it is desirable to move the heat pump 10 when sufficient energy is supplied from the renewable energy supply unit 80 .
  • the energy utilization system 201 of the third embodiment may use the heat engine 20 described in the first embodiment instead of the power generator 220.
  • the steam that has passed through the heat storage channel 233 of the electrolytic reduction device 70 exchanges heat with the second refrigerant flowing through the second refrigerant circuit 21 of the heat engine 20, so that the heat energy of the steam is transferred to the second refrigerant. to be collected.
  • the fluid circulating in the circulation circuit 230 is not limited to water, and may be another heat medium such as a refrigerant. and preferably a medium that increases in volume.
  • the second electrolytic reduction device 70y of the second embodiment may be used, or instead of the electrolytic reduction device 70, the first electrolytic reduction device 70y of the second embodiment may be used.
  • An electrolytic reduction device 70x and a second electrolytic reduction device 70y may be used.
  • the energy utilization system is configured so that the flow passes through the flow path provided so as not to mix with the heat storage medium filled in the second electrolytic reduction temperature control section 33y of the electrolytic reduction device 70y.
  • the method of heating the water circulating in the circulation circuit 230 is not limited to this.
  • the water may be heated using the heat of underground magma via a heat pipe or the like.
  • the water circulating in the circulation circuit 230 may be heated by collecting sunlight using a lens, a reflecting mirror, or the like.
  • Embodiment I The forms of utilization of the energy utilization system 1 of the first embodiment, the energy utilization system 1a of the second embodiment, and the energy utilization system 201 of the third embodiment are not particularly limited. can do.
  • a microgrid system is an energy system that integrates and operates distributed energy resources (DER: Distributed Energy Resources) such as distributed energy and energy storage equipment, and energy networks on a certain scale.
  • DER Distributed Energy Resources
  • the microgrid system may be a system that is completely separated from the main power network operated by the electric power company and always operates independently of the main power network operated by the electric power company. It may be a system that is connected and disconnects the connection in an emergency such as a disaster to operate the energy independently.
  • FIG. 5 shows an example of a network used in a microgrid system including the energy utilization system 1 of the first embodiment.
  • the microgrid system includes, for example, a renewable energy supply unit 80 such as a solar power plant, a wind power plant, and a hydroelectric power plant, a renewable energy management device 180 that manages renewable energy, a heat pump 10, and a heat engine. 20, a first heat utilization cycle 30, a second heat utilization cycle 40, an exhaust gas supply line 50, an electrolytic reduction device 70, and a discharge supply unit (not shown) such as a thermal power plant, a nuclear power plant, a plant, a hot spring, etc. , an emission management device 150 that manages the exhaust heat supply unit, a consumer facility (not shown) that consumes the power energy generated by the heat engine 20, and a consumer terminal 60 that manages the consumer facility.
  • a renewable energy supply unit 80 such as a solar power plant, a wind power plant, and a hydroelectric power plant
  • a renewable energy management device 180 that manages renewable energy
  • a heat pump 10 and a heat engine.
  • a first heat utilization cycle 30 such as a solar power plant, a wind
  • An energy network facility (not shown) that connects the facilities of the above, an energy management controller 100 that appropriately controls the supply and consumption of energy, a renewable energy management device 180, a consumer terminal 60, the energy management controller 100, etc. are communicably connected.
  • the communication network 111 etc. may be provided.
  • the renewable energy management device 180 has a processor 181 such as a CPU, a memory 182 such as ROM and RAM, and an electric energy amount grasping unit 183 for grasping the amount of electric power generated in the renewable energy supply unit 80. and is located in the renewable energy supply section 80 .
  • Renewable energy management device 180 is communicably connected to energy management controller 100 via communication network 111 .
  • the emissions management device 150 has a processor 151 such as a CPU, a memory 152 such as a ROM and a RAM, a thermal energy amount grasping unit 153, and an exhaust carbon dioxide amount grasping unit 154. It is placed in the emission supply part of a nuclear power plant, etc. Emission management device 150 is communicatively connected to energy management controller 100 via communication network 111 .
  • the thermal energy amount grasping unit 153 grasps the amount of thermal energy discharged from an exhaust supply unit such as a thermal power plant or a nuclear power plant.
  • the emitted carbon dioxide amount grasping unit 154 grasps the amount of carbon dioxide emitted from an emission supply unit such as a thermal power plant.
  • the consumer equipment consumes the electrical energy remaining after being utilized in the electrolytic reduction device 70 out of the electrical energy generated by the heat engine 20, or consumes the thermal energy obtained by the heat pump 10 in the electrolytic reduction device 70. It is a facility that consumes the remaining thermal energy after it is used in a facility, or that consumes both of them.
  • heat stored in the first heat cycle 30 and The stored cold heat is supplied.
  • heat or cold energy may be supplied to the customer by transporting a heat storage material capable of storing heat or cold energy to the location of the customer facility.
  • electrical energy generated by the heat engine 20 is supplied to factories, office buildings, residences, power supply devices for electric vehicles, and plant factories in response to these demands.
  • the electrical energy may be supplied by transporting it to the location of the consumer facility using an electric wire, a storage battery, or the like. These heat storage materials, electric wires, and storage batteries are used as energy network equipment.
  • the carbon-containing material obtained by the electrolytic reduction device 70 is supplied by transportation or the like in response to requests from consumers.
  • the consumer terminal 60 has a processor 61 such as a CPU, a memory 62, an input unit 63, etc., and is arranged in the consumer facility.
  • the consumer terminal 60 is communicably connected to the energy management controller 100 via the communication network 111 .
  • the input unit 63 is configured by a touch panel, a keyboard, or the like, and receives a request for thermal energy supply, a request for electric energy supply, and a carbon obtained by electrolytic reduction from the customer who is the owner of the customer terminal 60. Receive requests for contained materials and/or requests.
  • the energy management controller 100 has a processor 101 such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory 102 such as ROM and RAM.
  • the energy management controller 100 is communicably connected to the heat pump 10, the heat engine 20, the first heat utilization cycle 30, the second heat utilization cycle 40, the exhaust gas supply line 50, the electrolytic reduction device 70, and the like.
  • the energy management controller 100 controls the heat pump 10, the heat engine 20, the first heat utilization cycle 30, the second heat utilization cycle 40, the exhaust gas supply line 50, and the electrolytic reduction device 70 based on various information received via the communication network 111. and other operation control.
  • the energy management controller 100 Based on the electric energy amount grasped by the renewable energy supply unit 80 of the renewable energy management device 180, the energy management controller 100 performs the first compression in the heat pump 10 to convert the electric energy into stored thermal energy.
  • the heat pump 10 is driven and controlled by controlling the rotation speed of the machine 12 .
  • the amount of renewable energy obtained by the renewable energy management device 180 tends to be unstable compared to general electric energy provided by electric power companies.
  • the heat energy can be converted into thermal energy and stored in the first heat utilization cycle 30 , and can be converted into cold energy and stored in the second heat utilization cycle 40 .
  • the thermal energy stored in the first heat medium in the first heat utilization cycle 30 can be used to electrolytically reduce the electrolytic solution in the electrolytic reduction device 70 .
  • the heat energy stored in the first heat medium in the first heat utilization cycle 30 is used to heat the electrolytic solution in the electrolytic reduction device 70, and the voltage applied to the electrolytic solution in the electrolytic reduction device 70 is Electric energy obtained by converting thermal energy stored in the first heat medium in the first heat utilization cycle 30 by the heat engine 20 is used for the application.
  • the energy required for heating the electrolytic solution and applying voltage in the electrolytic reduction device 70 can be covered by the energy stored in the first heat utilization cycle 30 instead of unstable renewable energy. It becomes possible to stably perform electrolytic reduction.
  • each data such as the desired temperature of the electrolytic solution to be electrolytically reduced in the electrolytic reduction device 70, the desired applied voltage, etc. is stored in advance in the memory 102 provided in the energy management controller 100, and stored in the data. Based on this, the flow rate of the first heat medium in the first heat medium pump 32 is controlled so that the temperature condition of the electrolytic solution and the applied voltage condition are satisfied.
  • the energy management controller 100 heats the first refrigerant in the intermediate heat exchanger 14 of the heat pump 10 or heats the first heat utilization cycle. By heating the first heat medium in the first low temperature tank 35 and the first high temperature tank 37 of 30, the operating efficiency can be improved.
  • the energy management controller 100 also controls the amount of carbon dioxide emitted from the emission supply unit of the thermal power plant, plant, etc. grasped by the emission carbon dioxide amount grasping unit 154 of the emission management device 150, and the carbon dioxide hydrate 93. Based on the degree of growth, etc., the rotation speed of the exhaust gas compressor 53 of the exhaust gas supply line 50 is controlled. Thereby, the amount of carbon dioxide used for electrolytic reduction can be controlled.
  • the energy management controller 100 controls the degree of cooling of the growth tank 55a by the cold heat stored in the second heat utilization cycle 40 by adjusting the flow rate of the second heat medium pump 42 . As a result, the growth tank 55 a is cooled to a temperature at which carbon dioxide can be sufficiently cooled in the cold energy utilization section 45 .
  • the microgrid system including the energy use system 1 of the first embodiment
  • the microgrid system may include, for example, the energy use system 1a of the second embodiment.
  • the flow rate of the heat medium in the heat medium pump 32a is controlled so that the temperature conditions and applied voltage conditions of the electrolytic solution of the first electrolytic reduction device 70a and the electrolytic solution of the second electrolytic reduction device 70b are satisfied. be done.

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Abstract

二酸化炭素の排出を抑制しながら二酸化炭素を削減して炭素含有材料を得ることが可能なエネルギ利用システム、および、炭素含有材料の製造方法を提供する。水を取り込んで送り出すポンプ（２３２）と、排熱により得られるエネルギを利用して水を加熱する排熱ボイラ（２３６）と、水の熱を用いて電解液を加熱する電解還元装置（７０）と、発電機（２０）と、を有し、水が循環する循環回路（２３０）を備える、エネルギ利用システム（２０１）。

Description

エネルギ利用システム、および、炭素含有材料の製造方法
　エネルギ利用システム、および、炭素含有材料の製造方法に関する。
　近年、地球環境を配慮し、例えば、温室効果ガスである二酸化炭素等を削減する観点から、この二酸化炭素を還元することにより、炭素化合物等としての再利用を図るカーボンリサイクルに係る技術の開発が進んでいる。
　例えば、特許文献１（特開２０１６－８９２３０号公報）によれば、二酸化炭素を分解して単なる炭素材料を得るに留まることなく、さらに進んで、二酸化炭素を原料としたダイヤモンド等の高付加価値の炭素材料を製造することを提案している。
　ここで、地球環境を配慮して、温室効果ガスである二酸化炭素を削減させるために、二酸化炭素から炭素含有材料を製造するのであるから、その炭素含有材料を製造する際には、二酸化炭素等の温室効果ガスの増大を招くようなエネルギの使用が抑制されることが望まれる。
　第１観点に係るエネルギ利用システムは、ポンプと、加熱部と、電解還元装置と、熱エネルギ回収部と、を有する循環回路を備える。循環回路には、熱媒体が循環する。ポンプは、熱媒体を取り込んで送り出す。加熱部は、再生可能エネルギまたは排熱により得られるエネルギを利用して熱媒体を加熱する。電解還元装置は、熱媒体の熱を用いて電解液を加熱する。
　ここで、再生可能エネルギとしては、例えば、太陽光発電、風力発電、水力発電、バイオマス発電、地熱発電、潮汐発電、水素燃焼発電、および、アンモニア燃焼発電からなる群より選択される１種または２種以上により得られるエネルギであってよい。この再生可能エネルギは、電力会社が運用する主要な電力ネットワークを経て供給される電力等のようなエネルギと比較して、時間帯等に応じて得られるエネルギ量が一定でない不安定なものであってよい。
　ここで、排熱は、特に限定されず、例えば、火力発電所、原子力発電所、化学工場、精錬所、清掃工場、地熱、温泉水等において排出される熱を挙げることができる。
　このエネルギ利用システムによれば、再生可能エネルギまたは排熱により得られるエネルギを利用して、熱媒体を加熱し、電解還元装置は、熱媒体の熱を用いて電解液を加熱する。これにより、二酸化炭素等の温室効果ガスの増大を招くようなエネルギの使用を抑制しつつ、電解液から還元された材料を得ることができる。
　例えば、二酸化炭素が供給された電解液を電解還元することにより二酸化炭素を削減させる場合には、電解還元に要する熱エネルギとして、二酸化炭素を排出してしまう工程を経て得られるエネルギではなく、再生可能エネルギまたは排熱により得られるエネルギを用いているために、二酸化炭素の削減を、二酸化炭素の排出を抑制しながら行うことが可能になる。
　第２観点に係るエネルギ利用システムは、第１観点に係るエネルギ利用システムにおいて、熱媒体は、水である。加熱部は、ボイラである。
　このエネルギ利用システムでは、ボイラによって水を加熱して得られる蒸気を用いて、電解液を加熱することができる。
　第３観点に係るエネルギ利用システムは、第２観点に係るエネルギ利用システムにおいて、熱エネルギ回収部は、膨張機を有している。電解還元装置は、膨張機により発電された電力を利用して電解液に電圧を印加する。
　このエネルギ利用システムでは、蒸気の熱エネルギを膨張機において回収して、得られる電力を電解還元に利用することが可能になる。
　第４観点に係るエネルギ利用システムは、第１観点から第３観点のいずれかに係るエネルギ利用システムにおいて、電解還元装置は、貯留部を有している。貯留部は蓄熱媒体を貯留する。蓄熱媒体は、電解液を加熱する。蓄熱媒体は、循環回路を流れる熱媒体と熱的に接触することで加熱される。
　このエネルギ利用システムでは、再生可能エネルギまたは排熱により得られるエネルギを蓄熱媒体に蓄熱させながら、電解液を加熱することが可能になる。
　なお、再生可能エネルギまたは排熱により得られるエネルギが不安定になることで循環回路を流れる熱媒体の温度が変動することがあっても、その温度変動を平準化させて、高品質な熱エネルギを利用することが可能となる。
　第５観点に係るエネルギ利用システムは、第１観点に係るエネルギ利用システムにおいて、再生可能エネルギにより発電された電力を利用して駆動され、第１冷媒が循環するヒートポンプをさらに備える。循環回路は、熱媒体の熱を貯蔵エネルギとして貯蔵する貯蔵部を有する。加熱部は、ヒートポンプにより加熱された第１冷媒の熱によって、熱媒体を加熱する。熱エネルギ回収部は、貯蔵エネルギを利用して発電するヒートエンジンである。電解還元装置は、ヒートエンジンにより発電された電力を利用して電解液に電圧を印加する。
　このエネルギ利用システムによれば、再生可能エネルギにより発電された電力を利用してヒートポンプを駆動させるため、ヒートポンプを駆動させることに伴う環境負荷を低減させることができる。そして、ヒートポンプにより加熱された熱媒体の熱が貯蔵エネルギとして貯蔵部に貯蔵される。このため、再生可能エネルギによる電力の供給が不安定なことがあっても、ヒートポンプにより加熱された熱媒体の熱を貯蔵エネルギとして貯蔵することで、不安定さを緩和させることができる。そして、電解還元装置が、貯蔵エネルギを熱エネルギとして利用して電解液を加熱し、貯蔵エネルギをヒートエンジンにより発電された電力エネルギとして利用して電解液に電圧を印加することで、電解液から還元された材料を得ることができる。ここで、電解液の加熱と電圧印加に用いられる貯蔵エネルギは、供給される再生可能エネルギそのものと比べて、ヒートポンプサイクルにより得られるエネルギとして貯蔵部に貯蔵されることで、供給を安定化させることが可能である。このため、電解還元における温度と印加電圧の調整を良好に行うことが可能であり、電解還元を効率的に進めることが可能になる。また、貯蔵エネルギのうち、電解液の加熱に用いられるエネルギを差し引いた残りの少なくとも一部のエネルギを、電解還元において必要な電力として利用することが可能になる。そして、二酸化炭素が供給された電解液を電解還元することにより二酸化炭素を削減させる場合に、電解還元に要する熱エネルギおよび電力エネルギとして、二酸化炭素を排出してしまう工程を経て得られるエネルギではなく、再生可能エネルギを用いたヒートポンプサイクルを経て得られるエネルギを用いている。これにより、二酸化炭素の削減を、二酸化炭素の排出を抑制しながら行うことが可能になる。
　第６観点に係るエネルギ利用システムは、第５観点に係るエネルギ利用システムにおいて、二酸化炭素ガス回収部をさらに備える。二酸化炭素ガス回収部は、ヒートポンプにより冷却された熱媒体の冷熱を利用して二酸化炭素ハイドレートを成長させる。二酸化炭素ガス回収部は、二酸化炭素ハイドレートを分解することにより二酸化炭素を気体として回収する。
　このエネルギ利用システムによれば、ヒートポンプによる熱媒体の加熱と同時に生じる冷熱を利用して、二酸化炭素を効率的に回収することが可能になる。
　第７観点に係るエネルギ利用システムは、第５観点または第６観点に係るエネルギ利用システムにおいて、ヒートポンプは、圧縮機と、圧縮機と駆動軸を介して連結された第１膨張機と、を有している。圧縮機の回転は、第１膨張機で回収された動力により補助される。
　このエネルギ利用システムによれば、第１膨張機で回収された動力により圧縮機の回転駆動が補助されるため、ヒートポンプの運転効率を高めることができる。
　第８観点に係るエネルギ利用システムは、第５観点から第７観点のいずれかに係るエネルギ利用システムにおいて、電解還元装置は、第１電解還元装置と第２電解還元装置との少なくともいずれかを有する。第１電解還元装置は、貯蔵エネルギを利用して電解液を加熱し、ヒートエンジンにより発電された電力を利用して電解液に電圧を印加することで、電解液を還元して炭素含有材料を得る。第２電解還元装置は、貯蔵エネルギを利用して加熱された水を電気分解する。
　このエネルギ利用システムによれば、貯蔵エネルギを利用して、炭素含有材料と、水素または酸素と、の少なくともいずれかを得ることが可能になる。
　第９観点に係るエネルギ利用システムは、第５観点から第８観点のいずれかに係るエネルギ利用システムにおいて、ヒートポンプの冷媒が、排熱により加熱される。
　このエネルギ利用システムによれば、環境負荷を低減させることができる。
　第１０観点に係るエネルギ利用システムは、第５観点から第９観点のいずれかに係るエネルギ利用システムにおいて、貯蔵部は、第１貯蔵部と、第２貯蔵部を含む。第１貯蔵部の熱媒体は、ヒートポンプにより加熱された後に、第２貯蔵部に送られる。
　このエネルギ利用システムによれば、第１貯蔵部における熱媒体と、第２貯蔵部における熱媒体と、の温度が異なる。このため、異なる温度領域を用いた加熱を行うことが可能となる。
　第１１観点に係るエネルギ利用システムは、第１０観点に係るエネルギ利用システムにおいて、第２貯蔵部に送られる熱媒体の温度は、２００℃以上になる。
　第１２観点に係るエネルギ利用システムは、第１１観点に係るエネルギ利用システムにおいて、ヒートポンプの冷媒が、二酸化炭素、アルゴン、および、空気からなる群より選択される１種または２種以上である。
　このエネルギ利用システムによれば、熱媒体を２００℃以上の温度領域まで加熱する際のヒートポンプの駆動を効率的に行うことができる。
　第１３観点に係るエネルギ利用システムは、第１０観点に係るエネルギ利用システムにおいて、第２貯蔵部に送られる熱媒体の温度は、２００℃未満である。
　第１４観点に係るエネルギ利用システムは、第１３観点に係るエネルギ利用システムにおいて、ヒートポンプの冷媒が、Ｒ１２３３ｚｄ（Ｅ）、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｚ）、Ｒ１３４ａ、Ｒ３２、Ｒ４１０ａ、Ｒ２４５ｆａ、水、および、二酸化炭素からなる群より選択される１種または２種以上を含む。ヒートエンジンの冷媒が、Ｒ１２３３ｚｄ（Ｅ）、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｚ）、Ｒ１３４ａ、Ｒ３２、Ｒ４１０ａ、Ｒ２４５ｆａ、水、および、二酸化炭素からなる群より選択される１種または２種以上を含む。
　このエネルギ利用システムによれば、熱媒体を２００℃未満の温度領域まで加熱する際のヒートポンプの駆動を効率的に行うことができる。
　第１５観点に係るエネルギ利用システムは、第５観点から第１４観点のいずれかに係るエネルギ利用システムにおいて、制御機器をさらに備える。制御機器は、ヒートポンプ、貯蔵部、ヒートエンジン、および、電解還元装置の制御を行う。制御機器は、貯蔵部に貯蔵された貯蔵エネルギおよびヒートエンジンにより発電された電力が利用されるように制御を行う。
　なお、制御機器は、さらに、ヒートポンプ、貯蔵部、ヒートエンジン、および、電解還元装置の少なくともいずれかの制御パラメータや状況について、管理および運用を行うものであってよい。
　このエネルギ利用システムによれば、熱や電力の量を把握しながら、熱や電力を使うことができるので、エネルギ利用システム全体の効率を高めることができる。特に、ヒートポンプと貯蔵部とヒートエンジンの状況を把握した制御機器が電解還元装置の制御を行うことで、電解還元の条件を詳細に制御しやすい。
　第１６観点に係るエネルギ利用システムは、第５観点から第１５観点のいずれかに係るエネルギ利用システムにおいて、貯蔵部に貯蔵された貯蔵エネルギと、ヒートエンジンで発電された電力と、電解還元装置における電解液への電圧の印加により得られる材料と、の少なくともいずれかを、需要家の求めに応じて供給するために用いられる。
　なお、このエネルギ利用システムは、需要家からの求めを通信回線を介して受け付ける受付部を備えていてもよい。
　このエネルギ利用システムによれば、熱、電力、材料のいずれかを望む需要家に対して、これらを供給することができる。
　第１７観点に係る炭素含有材料の製造方法は、循環回路を循環する熱媒体を、再生可能エネルギまたは排熱により得られるエネルギを利用して加熱する工程と、加熱された熱媒体の熱を用いて電解液を加熱して電解還元を行う工程と、を含む。
　ここで、再生可能エネルギとしては、例えば、太陽光発電、風力発電、水力発電、バイオマス発電、地熱発電、潮汐発電、水素燃焼発電、および、アンモニア燃焼発電からなる群より選択される１種または２種以上により得られるエネルギであってよい。この再生可能エネルギは、電力会社が運用する主要な電力ネットワークを経て供給される電力等のようなエネルギと比較して、時間帯等に応じて得られるエネルギ量が一定でない不安定なものであってよい。
　ここで、排熱は、特に限定されず、例えば、火力発電所、原子力発電所、化学工場、精錬所、清掃工場、地熱、温泉水等において排出される熱を挙げることができる。
　この炭素含有材料の製造方法によれば、再生可能エネルギまたは排熱により得られるエネルギを利用して、熱媒体を加熱し、熱媒体の熱を用いて電解液を加熱することで電解還元を行う。これにより、二酸化炭素等の温室効果ガスの増大を招くようなエネルギの使用を抑制しつつ、電解液から還元された材料を得ることができる。
　例えば、二酸化炭素が供給された電解液を電解還元することにより二酸化炭素を削減させる場合には、電解還元に要する熱エネルギとして、二酸化炭素を排出してしまう工程を経て得られるエネルギではなく、再生可能エネルギまたは排熱により得られるエネルギを用いているために、二酸化炭素の削減を、二酸化炭素の排出を抑制しながら行うことが可能になる。
　第１８観点に係る炭素含有材料の製造方法は、第１７観点に係る炭素含有材料の製造方法において、熱媒体は、水である。水は、再生可能エネルギまたは排熱により得られるエネルギを利用してボイラにおいて加熱される。
　この炭素含有材料の製造方法によれば、ボイラによって水を加熱して得られる蒸気を用いて、電解液を加熱することができる。
　第１９観点に係る炭素含有材料の製造方法は、第１８観点に係る炭素含有材料の製造方法において、熱媒体の熱エネルギを膨張機において回収して発電する工程と、膨張機により発電された電力を利用して電解液に電圧を印加する工程と、をさらに含む。
　この炭素含有材料の製造方法によれば、蒸気の熱エネルギを膨張機において回収して、得られる電力を電解還元に利用することが可能になる。
　第２０観点に係る炭素含有材料の製造方法は、第１７観点から第１９観点のいずれかに係る炭素含有材料の製造方法において、加熱された熱媒体の熱を用いて、貯留部に貯留している蓄熱媒体を加熱する。加熱された蓄熱媒体の熱を用いて、電解液を加熱する。
　この炭素含有材料の製造方法によれば、再生可能エネルギまたは排熱により得られるエネルギを蓄熱媒体に蓄熱させながら、電解液を加熱することが可能になる。
　第２１観点に係る炭素含有材料の製造方法は、第１７観点に係る炭素含有材料の製造方法において、再生可能エネルギにより発電された電力を利用して駆動されるヒートポンプサイクルにより熱媒体を加熱する工程と、ヒートポンプサイクルにより加熱された熱媒体の熱を貯蔵エネルギとして貯蔵する工程と、貯蔵エネルギを利用してヒートエンジンサイクルにより発電する工程と、貯蔵エネルギを利用して電解液を加熱し、ヒートエンジンサイクルにより発電された電力を利用して電解液に電圧を印加して電解還元を行う工程と、を含む。
　この炭素含有材料の製造方法によれば、再生可能エネルギにより発電された電力を利用してヒートポンプを駆動させるため、ヒートポンプを駆動させることに伴う環境負荷を低減させることができる。そして、ヒートポンプにより加熱された熱媒体の熱が貯蔵エネルギとして貯蔵される。このため、再生可能エネルギによる電力の供給が不安定なことがあっても、ヒートポンプにより加熱された熱媒体の熱を貯蔵エネルギとして貯蔵することで、不安定さを緩和させることができる。そして、貯蔵エネルギを熱エネルギとして利用して電解液を加熱し、貯蔵エネルギをヒートエンジンにより発電された電力エネルギとして利用して電解液に電圧を印加することで、電解液を電解還元して、炭素含有材料を得ることができる。ここで、電解液の加熱と電圧印加に用いられる貯蔵エネルギは、供給される再生可能エネルギそのものと比べて、ヒートポンプサイクルにより得られるエネルギとして貯蔵されているため、供給を安定化させることが可能である。このため、電解還元における温度と印加電圧の調整を良好に行うことが可能であり、電解還元を効率的に進めることが可能になる。また、貯蔵エネルギのうち、電解液の加熱に用いられるエネルギを差し引いた残りの少なくとも一部のエネルギを、電解還元において必要な電力として利用することが可能になる。そして、二酸化炭素が供給された電解液を電解還元することにより二酸化炭素を削減させる場合に、電解還元に要する熱エネルギおよび電力エネルギとして、二酸化炭素を排出してしまう工程を経て得られるエネルギではなく、再生可能エネルギを用いたヒートポンプサイクルを経て得られるエネルギを用いている。これにより、二酸化炭素の削減を、二酸化炭素の排出を抑制しながら行うことが可能になる。
　第２２観点に係る炭素含有材料の製造方法は、第２１観点に係る炭素含有材料の製造方法において、水を電気分解する工程を含む。当該水は、貯蔵エネルギの少なくとも一部を利用して加熱される。
　この炭素含有材料の製造方法によれば、貯蔵エネルギを利用して、水素または酸素を得ることが可能になる。
　第２３観点に係る炭素含有材料の製造方法は、第２１観点または第２２観点に係る炭素含有材料の製造方法において、ヒートポンプサイクルの冷媒が排熱により加熱される工程をさらに含む。
　この炭素含有材料の製造方法によれば、環境負荷を低減させることができる。
　第２４観点に係る炭素含有材料の製造方法は、第２１観点から第２３観点のいずれかに係る炭素含有材料の製造方法において、熱媒体が、砂または岩石と空気とを含む混合流体、および、溶融塩からなる群より選択される１種または２種以上である。
　この炭素含有材料の製造方法によれば、熱媒体の温度を高めて、高温の熱エネルギを貯蔵することが可能になる。
　第２５観点に係る炭素含有材料の製造方法は、第２１観点から第２３観点のいずれかに係る炭素含有材料の製造方法において、熱媒体が、砂または岩石と空気とを含む混合流体、水、サーマルオイル、イオン液体、および、溶融塩からなる群より選択される１種または２種以上である。
　この炭素含有材料の製造方法によれば、ヒートポンプサイクルにより加熱された熱媒体の熱の損失を抑制することができる。
第１実施形態に係るエネルギ利用システムの概略構成図である。 第２実施形態に係るエネルギ利用システムの概略構成図である。 第３実施形態に係るエネルギ利用システムの概略構成図である。 他の実施形態Ｄに係るエネルギ利用システムの概略構成図である。 マイクログリッドシステムで用いられるネットワークの概略構成図である。
　以下、本実施形態に係るエネルギ利用システムおよび材料の製造方法について、例を挙げつつ説明する。
　（１）第１実施形態
　エネルギ利用システム１は、再生可能エネルギを利用して、熱エネルギと電力と有用物質を得てこれらを活用するシステムであって、図１に示すように、ヒートポンプ１０と、ヒートエンジン２０と、第１熱利用サイクル３０と、第２熱利用サイクル４０と、排ガス供給ライン５０と、電解還元装置７０と、を備えている。
　（１－１）ヒートポンプ
　ヒートポンプ１０は、第１冷媒が充填された第１冷媒回路１１を備えている。第１冷媒としては、例えば、二酸化炭素、アルゴン、空気等を用いることができる。第１冷媒回路１１は、第１圧縮機１２と、第１高温熱交換器１３と、第１膨張機１５と、第１低温熱交換器１６と、中間熱交換器１４と、を有している。第１圧縮機１２は、吸入した第１冷媒を圧縮し、第１高温熱交換器１３に送る。第１圧縮機１２では、例えば、第１冷媒が二酸化炭素である場合には、臨界圧力を超える圧力となるまで加圧される。第１圧縮機１２は、再生可能エネルギ供給部８０を介して供給される再生可能エネルギが動力源として用いられる。なお、ヒートポンプ１０の駆動制御には、再生可能エネルギ供給部８０を介して供給される再生可能エネルギのみが動力源として用いられてもよいし、当該再生可能エネルギと電力会社から供給される電力との両方が駆動源として用いられてもよい。なお、再生可能エネルギと電力会社から供給される電力との両方が用いられる場合には、再生可能エネルギの電力の方が、電力会社から供給される電力よりも多く用いられることが好ましい。
　再生可能エネルギは、例えば、太陽光発電、風力発電、水力発電、バイオマス発電、地熱発電、潮汐発電、水素燃焼発電、アンモニア燃焼発電等により得られるエネルギであり、なかでも、比較的定常的に発電を行うことが可能であり、排出される二酸化炭素の量も抑制される観点から、太陽光発電、風力発電、地熱発電が好ましい。また、第１圧縮機１２と第１膨張機１５とは、駆動軸１７を介して連結されている。第１圧縮機１２には、第１膨張機１５で回収された動力が駆動軸１７を介して伝達され、第１圧縮機１２の駆動力が補助される。第１高温熱交換器１３は、第１高温熱交換器１３を流れる第１冷媒と、第１熱利用サイクル３０の第１高温利用熱交換部３６を流れる第１熱媒体と、の間で互いに混ざり合うことなく熱交換を行わせることで、第１熱媒体を加熱し、第１冷媒を冷却させる。第１高温熱交換器１３を通過した第１冷媒は、中間熱交換部１４ａに送られ、中間熱交換器１４を流れる第１冷媒と、互いに混ざり合うことなく熱交換される。中間熱交換部１４ａを通過した第１冷媒は、第１膨張機１５において減圧され、第１低温熱交換器１６に送られる。なお、第１圧縮機１２で圧縮され第１膨張機１５で減圧されることで第１冷媒回路１１を循環する第１冷媒の圧力は、例えば、第１冷媒が二酸化炭素である場合には２ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下である。第１圧縮機１２で圧縮された第１冷媒の圧力は、例えば、２５ＭＰａであってもよい。また、第１膨張機１５で減圧された第１冷媒の圧力は、例えば、３ＭＰａでもよい。第１低温熱交換器１６は、第１低温熱交換器１６を流れる第１冷媒と、第２熱利用サイクル４０の第２低温利用熱交換部４３を流れる第２熱媒体と、の間で互いに混ざり合うことなく熱交換を行わせることで、第２熱媒体を冷却し、第１冷媒を加熱させる。第１低温熱交換器１６を通過した第１冷媒は、中間熱交換器１４に送られる。中間熱交換器１４では、上述の通り、中間熱交換器１４を流れる第１冷媒が、中間熱交換部１４ａを流れる第１冷媒により加熱される。中間熱交換器１４を通過した第１冷媒は、第１圧縮機１２に吸入される。
　（１－２）ヒートエンジン
　ヒートエンジン２０は、第２冷媒が充填された第２冷媒回路２１を備えている。第２冷媒としては、例えば、二酸化炭素、水、アルゴン、空気等を用いることができる。第２冷媒回路２１は、第２圧縮機２２と、第２高温熱交換部２３と、第２膨張機２４と、インジェクション流路２５と、第２低温熱交換器２６と、を有している。第２圧縮機２２は、吸入した第２冷媒を圧縮し、第２高温熱交換部２３に送る。第２圧縮機２２では、例えば、第２冷媒が二酸化炭素である場合には、臨界圧力を超える圧力となるまで加圧される。第２高温熱交換部２３は、第２高温熱交換部２３を流れる第２冷媒と、第１熱利用サイクル３０の第１低温利用熱交換器３４を流れる第１熱媒体と、の間で互いに混ざり合うことなく熱交換を行わせることで、第２冷媒を加熱し、第１熱媒体を冷却させる。第２高温熱交換部２３を通過した第２冷媒は、第２膨張機２４に送られる。第２膨張機２４に送られた第２冷媒は、中間圧力まで減圧され、一部が、分岐して第２圧縮機２２に吸入され、残りの一部が低圧まで減圧され、第２低温熱交換器２６に送られる。なお、第２膨張機２４は、第２冷媒を減圧する際に回収されるエネルギを用いて発電を行う。この第２膨張機２４で発電された電力は、ヒートポンプ１０の第１圧縮機１２の動力源、電解還元装置７０で印加する電圧のための電源等として用いることができる。なお、第２膨張機２４は、第２圧縮機２２に対して動力を伝達させるために、駆動軸を介して第２圧縮機２２と連結されていてもよい。第２低温熱交換器２６は、第２低温熱交換器２６を流れる第２冷媒と、冷熱貯蔵タンクから供給されて冷却流路９１を流れる流体と、の間で互いに混ざり合うことなく熱交換を行わせることで、当該流体を加熱し、第２冷媒を冷却させる。なお、当該流体は、特に限定されず、例えば、第２熱利用サイクル４０の第２高温タンク４８に貯留されている第２熱媒体であってもよい。第２低温熱交換器２６を通過した第２冷媒は、第２圧縮機２２に送られる。なお、第２圧縮機２２には、中間圧力部分に向けて、第２膨張機２４で減圧された第２冷媒がインジェクションされる。
　（１－３）第１熱利用サイクル
　第１熱利用サイクル３０は、第１熱媒体が充填された第１熱利用回路３１を備えている。第１熱媒体としては、例えば、砂または岩石と空気とを含む混合流体、溶融塩等を用いることができる。第１熱利用回路３１は、第１熱媒体ポンプ３２と、電解還元温調部３３と、第１低温利用熱交換器３４と、第１低温タンク３５と、第１高温利用熱交換部３６と、第１高温タンク３７と、を有している。第１熱媒体ポンプ３２は、第１熱媒体を第１熱利用サイクル３０に循環させる流れを生じさせる。第１熱媒体ポンプ３２を通過した第１熱媒体は、電解還元温調部３３に送られる。電解還元温調部３３に送られた第１熱媒体は、電解還元される電解液を加熱等して、電解液の温度を調整する。電解還元温調部３３を通過した第１熱媒体は、第１低温利用熱交換器３４に送られる。第１低温利用熱交換器３４は、第１低温利用熱交換器３４を流れる第１熱媒体と、ヒートエンジン２０の第２高温熱交換部２３を流れる第２冷媒と、の間で互いに混ざり合うことなく熱交換を行わせることで、第１熱媒体を冷却し、第２冷媒を加熱させる。第１低温利用熱交換器３４を通過した第１熱媒体は、第１低温タンク３５に送られる。第１低温タンク３５に貯留される第１熱媒体の温度は、２００℃以上であり、２５０℃以上３５０℃以下であることが好ましく、例えば、３００℃である。第１低温タンク３５を通過した第１熱媒体は、第１高温利用熱交換部３６に送られる。第１高温利用熱交換部３６を流れる第１熱媒体は、ヒートポンプ１０の第１高温熱交換器１３を流れる第１冷媒と熱交換し、加熱される。第１高温利用熱交換部３６を通過した第１熱媒体は、第１高温タンク３７に送られる。第１高温タンク３７に貯留される第１熱媒体の温度は、２００℃以上であり、５００℃以上７００℃以下であることが好ましく、例えば、６００℃である。第１高温タンク３７を通過した第１熱媒体は、第１熱媒体ポンプ３２に送られる。なお、第１低温タンク３５と第１高温タンク３７とは、いずれも断熱材によって周囲から覆われていることが好ましい。
　（１－４）第２熱利用サイクル
　第２熱利用サイクル４０は、第２熱媒体が充填された第２熱利用回路４１を備えている。第２熱媒体としては、例えば、エチレングリコール等の不凍液または水等を用いることができる。第２熱利用回路４１は、第２熱媒体ポンプ４２と、第２低温利用熱交換部４３と、第２低温タンク４４と、冷熱利用部４５と、第２高温利用熱交換器４６と、温熱利用部４７と、第２高温タンク４８と、を有している。第２熱媒体ポンプ４２は、第２熱媒体を第２熱利用サイクル４０に循環させる流れを生じさせる。第２熱媒体ポンプ４２を通過した第２熱媒体は、第２低温利用熱交換部４３に送られる。第２低温利用熱交換部４３に送られた第２熱媒体は、第１低温熱交換器１６を流れる第１冷媒との間で互いに混ざり合うことなく熱交換することで、冷却される。第２低温利用熱交換部４３を通過した第２熱媒体は、第２低温タンク４４に送られる。第２低温タンク４４に貯留される第２熱媒体の温度は、例えば、０℃以上５℃以下であり、０℃であることが好ましい。第２低温タンク４４を通過した第２熱媒体は、冷熱利用部４５に送られる。冷熱利用部４５は、排ガスに含まれる二酸化炭素を回収するために回収タンク５５の成長槽５５ａを冷却する。具体的には、回収タンク５５の成長槽５５ａは、冷却されることにより、二酸化炭素をハイドレートの形で固定化させるための氷成長タンクとして機能する。冷熱利用部４５において回収タンク５５の成長槽５５ａを冷却した第２熱媒体は、第２高温利用熱交換器４６に送られる。第２高温利用熱交換器４６は、第２高温利用熱交換器４６を流れる第２熱媒体と、排ガス供給ライン５０の排ガス冷却部５２を流れる排ガスと、の間で互いに混ざり合うことなく熱交換を行い、第２熱媒体は加熱され、排ガスは冷却される。第２高温利用熱交換器４６を通過した第２熱媒体は、温熱利用部４７に送られる。温熱利用部４７は、成長した二酸化炭素ハイドレート９３を気化させるために気化タンク５７の気化槽５７ａを温める。温熱利用部４７を通過した第２熱媒体は、第２高温タンク４８に送られる。第２高温タンク４８に貯留される第２熱媒体の温度は、例えば、３０℃以上７０℃以下であり、５０℃であってよい。第２高温タンク４８の第２熱媒体は、再度、第２熱媒体ポンプ４２に送られる。
　（１－５）排ガス供給ライン
　排ガス供給ライン５０は、工場等で用いられた燃焼ガス等の高温で二酸化炭素を多く含む排ガスを対象として、二酸化炭素の回収と排熱の回収を行うための流路である排ガス流路５１を備えている。ここで用いられる排ガスは、例えば、０．０５ＭＰａ以上０．３ＭＰａ以下で４０℃以上８０℃以下のガスであってもよく、０．１ＭＰａで６０℃のガスであってもよい。排ガス流路５１は、排ガス冷却部５２と、排ガス圧縮機５３と、発電機５４と、回収タンク５５と、ハイドレート供給路５６と、気化タンク５７と、ガス供給路５８と、を有している。排ガス冷却部５２を流れる排ガスは、第２熱利用サイクル４０の第２高温利用熱交換器４６を流れる第２熱媒体との間で互いに混ざり合うことなく熱交換することで、冷却され、排ガス圧縮機５３に送られる。排ガス圧縮機５３は、排ガスを圧縮し、氷成長タンクとしての回収タンク５５の成長槽５５ａに供給する。なお、排ガス圧縮機５３で圧縮されて回収タンク５５の成長槽５５ａに供給された排ガスの圧力は、例えば、１．０ＭＰａ以上２．０ＭＰａ以下であってよく、１．５ＭＰａであってよい。回収タンク５５の成長槽５５ａでハイドレートとなることなく溢れた排ガスは、発電機５４に送られる。発電機５４では、エネルギが回収され、発電されることで、電力が得られる。この発電機５４で発電された電力は、ヒートポンプ１０の第１圧縮機１２の動力源、電解還元装置７０で印加する電圧のための電源等として用いることができる。ハイドレート供給路５６は、回収タンク５５の成長槽５５ａにおいて成長した二酸化炭素ハイドレート９３を、気化タンク５７の気化槽５７ａに送るための流路である。ハイドレート供給路５６は、開閉弁５６ａを有しており、開閉弁５６ａが開状態の場合に二酸化炭素ハイドレート９３を回収タンク５５から気化タンク５７に送る。気化タンク５７の気化槽５７ａで暖められた二酸化炭素ハイドレート９３は、気化することで、二酸化炭素ガスとなる。なお、気化タンク５７の気化槽５７ａにおける排ガスの圧力は、例えば、０．１ＭＰａ以上０．３ＭＰａ以下であってよく、０．２ＭＰａであってよい。この二酸化炭素ガスは、ガス供給路５８を介して、電解還元装置７０の電解槽７１に送られる。なお、ガス供給路５８は、開閉弁５８ａを有しており、開閉弁５８ａが開状態の場合に二酸化炭素ガスを通過させる。
　（１－６）電解還元装置
　電解還元装置７０は、電解液を電解還元することにより、炭素含有材料と、酸素と、を得る装置である。電解還元装置７０は、電解液が充填された電解槽７１を有している。電解液は、電解還元により得ようとする有用物質の種類に応じたものを用いることができる。このような電解液としては、例えば、炭酸イオン、二酸化炭素、水、および、窒素からなる群より選択される１種または２種以上を含むものであることが好ましい。電解液は、より具体的には、例えば、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属ハロゲン化物の硝酸塩、アルカリ土類金属ハロゲン化物の硝酸塩、アルカリ金属ハロゲン化物の炭酸塩、アルカリ土類金属ハロゲン化物の炭酸塩、アルカリ土類金属ハロゲン化物の水酸化物、アルカリ金属ハロゲン化物の四フッ化ホウ酸塩、アルカリ土類金属ハロゲン化物の四フッ化ホウ酸塩、アルカリ金属ハロゲン化物の六フッ化リン酸塩、アルカリ土類金属ハロゲン化物の六フッ化リン酸塩、アルカリ金属ハロゲン化物の六フッ化砒酸塩、アルカリ土類金属ハロゲン化物の六フッ化砒酸塩、アルカリ金属ハロゲン化物の酸化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物の酸化物、パーフルオロイオン液体等を含むものとすることができる。より具体的には、電解液は、LiNO3、NaNO3、KNO3、Li2CO3、LiOH、LiBF4、LiPF6、LiAsF6等を含むものとすることができる。そして、この電解液には、ガス供給路５８を介して供給される二酸化炭素ガスが供給される。なお、この電解液は、二酸化炭素ガスが溶け込んだものであってもよいし、炭酸イオンを有するものとなっていてもよいし、二酸化炭素ガスが溶け込みつつ炭酸イオンを有するものとなっていてもよい。この電解槽７１の電解液は、第１熱利用サイクル３０の電解還元温調部３３により加熱されるため、電解還元の効率を高めることが可能になる。さらに、この電解槽７１の電解液は、陰極と陽極が接しており、これらの間に電圧が印加されることにより、電解還元が行われる。なお、ここでの電解還元の電圧印加に用いられる電力は、第２膨張機２４や発電機５４により得られた電力であることが好ましい。これにより、陰極では還元された有用材料である炭素含有材料が析出し、陽極では酸化された酸素ガスが生じる。酸素ガスは、開閉弁７２ａの設けられた酸素回収路７２を経て回収される。なお、炭素含有材料は、特に限定されず、電解液や電極材料等の諸条件を変更させることで、例えば、一酸化炭素、金属カーバイド、有機化合物、ダイヤモンド、グラファイト、グラッシーカーボン、アモルファスカーボン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、および、グラフェンからなる群より選択される１種または２種以上を得ることができる。なお、ここでの有機化合物としては、例えば、メタン、メタノール、エタン、エチレン、アセチレン、エタノール、ギ酸、ホルムアルデヒド、シュウ酸、酢酸、プロパン、プロピレン、プロパノール、ブタン、ブテン、ブタノール、アセトン、ベンゼン、トルエン、および、キシレンからなる群より選択される１種または２種以上が挙げられる。
　（１－７）第１実施形態の特徴
　上記エネルギ利用システム１によれば、ヒートポンプ１０が、再生可能エネルギにより駆動される。この再生可能エネルギは、一般的な電力会社より提供される電力と比較して、時間帯等に応じて得られる電力が一定でなく、供給量が不安定になるおそれがある。しかし、ヒートポンプ１０が、再生可能エネルギを、第１熱利用サイクル３０において蓄える熱および第２熱利用サイクル４０において蓄える冷熱に変換することで、再生可能エネルギを十分に有効利用することが可能になっている。
　また、エネルギ利用システム１によれば、ヒートポンプ１０が第１熱利用サイクル３０に蓄えた熱を、第２冷媒の加熱に用いることで、第２膨張機２４において動力回収することで発電することが可能になっている。そして、第２膨張機２４で得られた電力を、電解還元装置７０における電圧印加において用いることが可能になっている。
　また、エネルギ利用システム１によれば、ヒートポンプ１０が第１熱利用サイクル３０に蓄えた熱を、電解還元装置７０の電解液の加熱に用いることで、電解還元を効率化させることが可能になっている。
　しかも、電解還元装置７０では、排ガスに由来する二酸化炭素を用いて有用材料を得ることが可能になっている。
　以上により、排ガスによる環境負荷を低減させつつ、再生可能エネルギを有効利用しつつ、排ガスに由来する有用物質を効率的に得ることが可能になっている。
　（２）第２実施形態
　上記第１実施形態のエネルギ利用システム１では、電解還元装置が１つだけ用いられている場合を例に挙げて説明した。
　これに対して、エネルギ利用システムとしては、例えば、図２に示すように、電解還元装置が２つ用いられ、互いに種類の異なる電解液が電解還元されるエネルギ利用システム１ａであってもよい。
　以下では、第２実施形態のエネルギ利用システム１ａについて、第１実施形態のエネルギ利用システム１とは異なるところを中心に説明する。
　エネルギ利用システム１ａは、再生可能エネルギと排熱エネルギを利用して、熱エネルギと電力と有用物質を得てこれらを活用するシステムであって、図２に示すように、ヒートポンプ１０ａと、ヒートエンジン２０ａと、熱利用サイクル３０ａと、排ガス供給ライン５０ｘと、第１電解還元装置７０ｘと、第２電解還元装置７０ｙと、を備えている。
　（２－１）ヒートポンプ
　ヒートポンプ１０ａは、第１冷媒が充填された第１冷媒回路１１ａを備えている。第１冷媒としては、例えば、Ｒ１２３３ｚｄ（Ｅ）、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｚ）、Ｒ１３４ａ、Ｒ３２、Ｒ４１０ａ、Ｒ２４５ｆａ、水、二酸化炭素等を用いることができる。第１冷媒回路１１ａは、第１圧縮機１２と、第１高温熱交換器１３と、膨張弁１５ｘと、第１低温熱交換器１６と、中間熱交換器１４と、を有している。なお、上記第１実施形態における駆動軸１７は設けられておらず、膨張弁１５ｘでは動力回収は行われない。第１低温熱交換器１６では、第１低温熱交換器１６を流れる第１冷媒と、排ガス供給ライン５０ｘを流れる排ガスと、の間で熱交換を行わせ、第１冷媒を加熱し、排ガスを冷却させる。なお、排ガス供給ライン５０ｘは、工場等で用いられた燃焼ガス等の８０℃等の高温で二酸化炭素を多く含む排ガスが用いられる。
　（２－２）ヒートエンジン
　ヒートエンジン２０ａは、第２冷媒が充填された第２冷媒回路２１ａを備えている。第２冷媒としては、例えば、Ｒ１２３３ｚｄ（Ｅ）、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｚ）、Ｒ１３４ａ、Ｒ３２、Ｒ４１０ａ、Ｒ２４５ｆａ、水、二酸化炭素等を用いることができる。第２冷媒回路２１ａは、第２ポンプ２２ｘと、第２高温熱交換部２３と、第２膨張機２４と、第２低温熱交換器２６と、第２中間熱交換器２８と、を有している。第２ポンプ２２ｘは、第２冷媒回路２１ａにおける第２冷媒の流れを形成する。第２中間熱交換器２８では、第２中間熱交換器２８を流れる第２冷媒と、第２ポンプ２２ｘから第２高温熱交換部２３に向かう第２中間熱交換部２８ａを流れる第２冷媒と、の間で互いに混ざり合わせることなく熱交換を行わせる。第２低温熱交換器２６は、第２低温熱交換器２６を流れる第２冷媒と、屋外から供給され空気通過部９２を流れる空気と、の間で熱交換を行わせる。なお、第２冷媒回路２１ａは、上記第１実施形態における第２圧縮機２２およびインジェクション流路２５は設けられていない。
　（２－３）熱利用サイクル
　熱利用サイクル３０ａは、熱媒体が充填された熱利用回路３１ａを備えている。当該熱媒体としては、例えば、砂または岩石と空気とを含む混合流体、水、サーマルオイル、イオン液体、溶融塩等を用いることができる。熱利用回路３１ａは、熱媒体ポンプ３２ａと、第１電解還元温調部３３ｘと、第２電解還元温調部３３ｙと、低温利用熱交換器３４ａと、加圧ライン３８と、低温タンク３５ａと、高温利用熱交換部３６ａと、高温タンク３７ａと、を有している。熱媒体ポンプ３２ａは、熱媒体を熱利用サイクル３０ａに循環させる流れを生じさせる。熱媒体ポンプ３２ａを通過した熱媒体は、第１電解還元温調部３３ｘに送られる。第１電解還元温調部３３ｘに送られた熱媒体は、第１電解還元装置７０ｘにおいて電解還元される電解液を加熱等して、電解液の温度を調整する。第１電解還元温調部３３ｘを通過した熱媒体は、第２電解還元温調部３３ｙに送られる。第２電解還元温調部３３ｙに送られた熱媒体は、第２電解還元装置７０ｙにおいて電解還元される電解液を加熱等して、電解液の温度を調整する。第２電解還元温調部３３ｙを通過した熱媒体は、低温利用熱交換器３４ａに送られる。なお、第２電解還元温調部３３ｙと低温利用熱交換器３４ａとの間には、当該熱媒体を熱利用回路３１ａ内に加圧注入させる加圧ライン３８が接続されている。加圧ライン３８には、開閉制御可能な開閉弁３８ａが設けられている。加圧ライン３８によって熱利用回路３１ａ内を循環する熱媒体が加圧されることにより、高温下においても熱媒体が気化することが抑制される。例えば、熱媒体として水を用いる場合においては、１００℃を超えても気化することが抑制される。低温利用熱交換器３４ａは、低温利用熱交換器３４ａを流れる熱媒体と、ヒートエンジン２０の第２高温熱交換部２３を流れる第２冷媒と、の間で互いに混ざり合うことなく熱交換を行わせることで、熱媒体を加熱し、第２冷媒を冷却させる。低温利用熱交換器３４ａを通過した熱媒体は、低温タンク３５ａに送られる。低温タンク３５ａに貯留される熱媒体の温度は、８０℃以上１００℃未満であり、例えば、９０℃である。低温タンク３５ａを通過した熱媒体は、高温利用熱交換部３６ａに送られる。高温利用熱交換部３６ａを流れる熱媒体は、ヒートポンプ１０の第１高温熱交換器１３を流れる第１冷媒との間で互いに混ざり合うことなく熱交換し、加熱される。高温利用熱交換部３６ａを通過した熱媒体は、高温タンク３７ａに送られる。高温タンク３７ａに貯留される熱媒体の温度は、１００℃以上２００℃以下であり、例えば、１２０℃である。高温タンク３７ａを通過した熱媒体は、熱媒体ポンプ３２ａに送られる。なお、低温タンク３５ａと高温タンク３７ａとは、いずれも断熱材によって周囲から覆われていることが好ましい。
　（２－４）第１電解還元装置
　第１電解還元装置７０ｘは、電解液を電解還元することにより、炭素含有材料と、酸素と、を得る装置である。第１電解還元装置７０ｘは、電解液が充填された電解槽７１ｘを有している。電解液は、電解還元により得ようとする有用物質の種類に応じたものを用いることができ、例えば、イミダゾリウム系イオン液体、芳香族系イオン液体、ピロリジニウム系イオン液体、アンモニウム系イオン液体、ピペリジニウム系イオン液体、および、四級ホスホニウム系イオン液体からなる群より選択される１種または２種以上とすることができる。そして、この電解槽７１ｘには、第１供給路７３を介して二酸化炭素ガスが供給される。なお、この電解液は、二酸化炭素ガスが溶け込んだものであってもよいし、炭酸イオンを有するものとなっていてもよいし、二酸化炭素ガスが溶け込みつつ炭酸イオンを有するものとなっていてもよい。なお、第１供給路７３には、開閉制御可能な開閉弁７３ａが設けられている。また、第１供給路７３に供給されるガスは、工場等の排ガスに含まれる二酸化炭素であることが好ましく、二酸化炭素ガスを含む排ガスであってもよい。この電解槽７１ｘの電解液は、熱利用サイクル３０ａの第１電解還元温調部３３ｘにより加熱されるため、電解還元の効率を高めることが可能になる。さらに、この電解槽７１ｘの電解液は、陰極と陽極が接しており、これらの間に電圧が印加されることにより、電解還元が行われる。なお、ここでの電解還元の電圧印加に用いられる電力は、第２膨張機２４により得られた電力であることが好ましい。これにより、陰極では還元された有用材料である炭素含有材料が析出し、陽極では酸化された酸素ガスが生じる。酸素ガスは、開閉弁７２ａの設けられた酸素回収路７２を経て回収される。なお、炭素含有材料は、特に限定されず、電解液や電極材料等の諸条件を変更させることで、例えば、一酸化炭素、金属カーバイド、有機化合物、ダイヤモンド、グラファイト、グラッシーカーボン、アモルファスカーボン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、および、グラフェンからなる群より選択される１種または２種以上を得ることができる。なお、ここでの有機化合物としては、例えば、メタン、メタノール、エタン、エチレン、アセチレン、エタノール、ギ酸、ホルムアルデヒド、シュウ酸、酢酸、プロパン、プロピレン、プロパノール、ブタン、ブテン、ブタノール、アセトン、ベンゼン、トルエン、および、キシレンからなる群より選択される１種または２種以上が挙げられる。
　（２－５）第２電解還元装置
　第２電解還元装置７０ｙは、水を電解還元することにより、水素と酸素を得る装置である。第２電解還元装置７０ｙは、水が充填された電解槽７１ｙを有している。そして、この電解槽７１ｙには、第２供給路７４を介して水が供給される。なお、第２供給路７４には、開閉制御可能な開閉弁７４ａが設けられている。この電解槽７１ｙの電解液は、熱利用サイクル３０ａの第２電解還元温調部３３ｙにより加熱されるため、電解還元の効率を高めることが可能になる。さらに、この電解槽７１ｙの電解液は、陰極と陽極が接しており、これらの間に電圧が印加されることにより、電解還元が行われる。なお、ここでの電解還元の電圧印加に用いられる電力は、第２膨張機２４により得られた電力であることが好ましい。これにより、陰極では還元された水素ガスが生じ、陽極では酸化された酸素ガスが生じる。水素ガスは、開閉弁７６ａの設けられた水素回収路７６を経て回収される。酸素ガスは、開閉弁７５ａの設けられた酸素回収路７５を経て回収される。
　（２－６）第２実施形態の特徴
　上記エネルギ利用システム１ａにおいても、第１実施形態のエネルギ利用システム１と同様に、ヒートポンプ１０ａが再生可能エネルギを熱利用サイクル３０ａにおいて蓄えられる熱に変換することで、再生可能エネルギを十分に有効利用することが可能になっている。
　また、エネルギ利用システム１ａによれば、ヒートポンプ１０ａが熱利用サイクル３０ａに蓄えた熱を、第２冷媒の加熱に用いることで、第２膨張機２４において動力回収することで発電することが可能になっている。そして、第２膨張機２４で得られた電力を、第１電解還元装置７０ｘと第２電解還元装置７０ｙにおける電圧印加において用いることが可能になっている。
　また、エネルギ利用システム１ａによれば、ヒートポンプ１０ａが熱利用サイクル３０ａに蓄えた熱を、第１電解還元装置７０ｘと第２電解還元装置７０ｙの電解液の加熱に用いることで、電解還元を効率化させることが可能になっている。
　しかも、第１電解還元装置７０ｘでは、排ガスに由来する二酸化炭素を用いて有用材料を得ることが可能になっている。また、第２電解還元装置７０ｙでは、水素と酸素を得ることが可能になっている。
　以上により、排ガスによる環境負荷を低減させつつ、再生可能エネルギを有効利用しつつ、排ガスに由来する有用物質や他のガス等を効率的に得ることが可能になっている。
　（３）第３実施形態
　エネルギ利用システム２０１は、再生可能エネルギまたは排熱を利用して、有用物質を得てこれらを活用するシステムであって、図３に示すように、循環回路２３０を備えている。循環回路２３０は、ポンプ２３２と、排熱ボイラ２３６と、電解還元装置７０と、発電機２２０と、凝縮器２３５と、これらを接続する循環流路２３１と、を備えている。循環回路２３０は、内部に水が充填されている。循環回路２３０では、水が、液体状態と蒸気状態とに相変化しながら循環する。
　（３－１）ポンプ
　ポンプ２３２は、凝縮器２３５において凝縮することで液化した水を吸い込んで、排熱ボイラ２３６の水流路２３６ａに向けて送り出す。ここで、ポンプ２３２が吸い込む水の温度は、例えば、３０℃以上７０℃以下であってよく、５０℃であることが好ましい。ポンプ２３２が吸い込む水の圧力は、例えば、０．０１ＭＰａ以上０．１ＭＰａ以下であってよく、０．０２ＭＰａ以上０．０３ＭＰａ以下であることが好ましい。なお、大気圧は０．１ＭＰａである。
　ポンプ２３２による水の流量は、例えば、０．３ｋｇ／ｓ以上０．８ｋｇ／ｓ以下であってよく、０．４５ｋｇ／ｓ以上０．６５ｋｇ／ｓ以下であることが好ましい。
　なお、ポンプ２３２の駆動源は、特に限定されず、例えば、発電機２２０において得られる電気エネルギを駆動源として用いてもよいし、再生可能エネルギを用いてもよい。
　（３－２）排熱ボイラ
　排熱ボイラ２３６は、ポンプ２３２から送り出されて循環回路２３０を流れてきた水と、排ガスと、の間で互いに混ざり合うことなく熱交換を行わせ、水を蒸気に変える。排熱ボイラ２３６は、水が流れる水流路２３６ａと、排ガスが流れる排ガス流路２８０ａと、を互いに熱交換が可能となるように有している。なお、本実施形態では、より高温の蒸気を取り出すことができるように、水と排ガスとは互いに対向する方向に流れている。
　ここで、排ガス流路２８０ａに流入する排ガスの温度は、例えば、７００℃以上９００℃以下であってよく、８００℃であることが好ましい。排ガス流路２８０ａは、排ガスが流れる排ガス管２８０のうち、排熱ボイラ２３６の内部を流れる流路である。排ガス管２８０は、例えば、火力発電所、原子力発電所、化学工場、精錬所、清掃工場等において排出される高温の排ガスを排熱ボイラ２３６に導く管である。排ガス流量は、例えば、２．５ｋｇ／ｓ以上３．５ｋｇ／ｓ以下であってよい。なお、排ガス流路２８０ａを通過した排ガスの温度は、例えば、１００℃以上２５０℃以下である。
　水流路２３６ａに流入する水は、排ガス流路２８０ａを流れる排ガスの熱によって加熱され、蒸気となる。水流路２３６ａを流れ出る蒸気の温度は、例えば、５００℃以上８００℃以下であってよく、６３０℃以上６７０℃以下であることが好ましい。また、水流路２３６ａを流れ出る蒸気の圧力は、例えば、０．６ＭＰａ以上１．５ＭＰａ以下であってよく、０．７ＭＰａ以上１．２ＭＰａ以下であることが好ましい。なお、排熱ボイラ２３６は、過冷却状態の水が流れる過冷却熱交換部と、気液二相状態の水が流れる気液共存熱交換部と、過熱状態の水が流れる過熱熱交換部と、が連結されて構成されている。これらの過冷却熱交換部と気液共存熱交換部と過熱熱交換部の長さは、水が蒸発する温度の目標値に基づいて概ね設計される。そして、ポンプ２３２の流量と排ガス管２８０を流れる排ガスの流量を制御する図示しない流量調節手段とのいずれかまたは両方を制御することにより、水流路２３６ａを流れる水の蒸気の温度が目標値となるように制御される。
　排熱ボイラ２３６の水流路２３６ａを通過した蒸気は、電解還元装置７０の熱貯蔵タンク２３３ｘの内部を通過する蓄熱流路２３３に送られる。
　（３－３）電解還元装置
　電解還元装置７０は、上記第１実施形態と同様に、電解液を電解還元することにより、炭素含有材料と、酸素と、を得る装置である。電解還元装置７０は、電解液が充填された電解槽７１を有している。電解液は、電解還元により得ようとする有用物質の種類に応じたものを用いることができる。このような電解液としては、例えば、炭酸イオン、二酸化炭素、水、および、窒素からなる群より選択される１種または２種以上を含むものであることが好ましい。電解液は、より具体的には、例えば、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属ハロゲン化物の硝酸塩、アルカリ土類金属ハロゲン化物の硝酸塩、アルカリ金属ハロゲン化物の炭酸塩、アルカリ土類金属ハロゲン化物の炭酸塩、アルカリ土類金属ハロゲン化物の水酸化物、アルカリ金属ハロゲン化物の四フッ化ホウ酸塩、アルカリ土類金属ハロゲン化物の四フッ化ホウ酸塩、アルカリ金属ハロゲン化物の六フッ化リン酸塩、アルカリ土類金属ハロゲン化物の六フッ化リン酸塩、アルカリ金属ハロゲン化物の六フッ化砒酸塩、アルカリ土類金属ハロゲン化物の六フッ化砒酸塩、アルカリ金属ハロゲン化物の酸化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物の酸化物、パーフルオロイオン液体等を含むものとすることができる。より具体的には、電解液は、LiNO3、NaNO3、KNO3、Li2CO3、LiOH、LiBF4、LiPF6、LiAsF6等を含むものとすることができる。そして、この電解液には、ガス供給路５８を介して供給される二酸化炭素ガスが供給される。なお、この電解液は、二酸化炭素ガスが溶け込んだものであってもよいし、炭酸イオンを有するものとなっていてもよいし、二酸化炭素ガスが溶け込みつつ炭酸イオンを有するものとなっていてもよい。なお、二酸化炭素ガスの電解槽７１への供給方法については、特に限定されず、例えば、工場等で用いられた燃焼ガス等の二酸化炭素を多く含むガスを用いてもよいし、上記実施形態における排ガス供給ライン５０と同様の構成を用いてもよい。
　電解還元装置７０は、電解槽７１を周囲から覆う熱貯蔵タンク２３３ｘを有している。熱貯蔵タンク２３３ｘの内部には、蓄熱媒体が充填されている。この電解槽７１の電解液は、熱貯蔵タンク２３３ｘに充填されている蓄熱媒体の熱によって加熱される。これにより、電解還元の効率を高めることが可能になる。熱貯蔵タンク２３３ｘは、図示しない断熱材によって周囲から覆われていることが好ましい。熱貯蔵タンク２３３ｘの内部には、蓄熱媒体と混ざり合わないように蒸気が流れる蓄熱流路２３３が設けられている。熱貯蔵タンク２３３ｘの蓄熱媒体は、蓄熱流路２３３を流れる蒸気の熱によって加熱される。熱貯蔵タンク２３３ｘには、十分な量の蓄熱媒体が充填されており、蓄熱流路２３３を流れる蒸気から得た熱を長時間保持する。これにより、電解槽７１の電解液の温度が長時間同程度に維持される。
　電解槽７１の電解液は、陰極と陽極が接しており、これらの間に電圧が印加されることにより、電解還元が行われる。電解還元の電圧印加に用いられる電力は、発電機２２０により得られた電力が用いられる。これにより、陰極では還元された有用材料である炭素含有材料が析出し、陽極では酸化された酸素ガスが生じる。酸素ガスは、開閉弁７２ａの設けられた酸素回収路７２を経て回収される。なお、炭素含有材料は、特に限定されず、電解液や電極材料等の諸条件を変更させることで、例えば、一酸化炭素、金属カーバイド、有機化合物、ダイヤモンド、グラファイト、グラッシーカーボン、アモルファスカーボン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、および、グラフェンからなる群より選択される１種または２種以上を得ることができる。
　電解還元装置７０の蓄熱流路２３３を通過した蒸気の温度は、例えば、４００℃以上７５０℃以下であってよく、６００℃以上６６０℃以下であることが好ましい。また、電解還元装置７０の蓄熱流路２３３を通過した蒸気の圧力は、例えば、０．５ＭＰａ以上０．１．２ＭＰａ以下であってよく、０．６ＭＰａ以上０．９ＭＰａ以下であることが好ましい。
　電解還元装置７０の蓄熱流路２３３を通過した蒸気は、発電機２２０に送られる。
　（３－４）発電機
　発電機２２０は、電解還元装置７０の蓄熱流路２３３を通過した蒸気が流入して通過する際に回転駆動する膨張機２３４を有している。発電機２２０は、膨張機２３４において蒸気が減圧される際に膨張機２３４が回収するエネルギを用いて発電を行う。具体的には、膨張機２３４において蒸気を減圧させる際に回転駆動が生じることで、発電が行われる。
　発電機２２０で得られた電気エネルギは、電解還元装置７０における印加電圧の電源として使用される。
　膨張機２３４を通過した蒸気の温度は、例えば、３０℃以上７０℃以下であってよく、５０℃であることが好ましい。また、膨張機２３４を通過した蒸気の圧力は、例えば、０．０１ＭＰａ以上０．１ＭＰａ以下であってよく、０．０２ＭＰａ以上０．０３ＭＰａ以下であることが好ましい。
　膨張機２３４を通過した蒸気は、凝縮器２３５に送られる。
　（３－５）凝縮器
　凝縮器２３５では、外部の冷熱源から供給される冷却媒体によって蒸気が冷却され、蒸気が凝縮する。
　凝縮器２３５は、蒸気や水と混ざり合うことなく蒸気や水と熱交換を行う冷却媒体が流れる冷却媒体流路２９５ａを有している。冷却媒体管２９５は、冷熱源から冷却媒体を凝縮器２３５に導く管である。冷却媒体流路２９５ａは、冷却媒体管２９５の一部を構成している。冷熱源としては特に限定されないが、例えば、水であってもよいし、冷媒であってもよい。冷却媒体流路２９５ａを流れ出る冷却媒体の熱は、例えば、温泉や温水プールでの温水を得るために用いてもよい。
　凝縮器２３５を通過した水は、ポンプ２３２に取り込まれる。
　（３－６）第３実施形態の特徴
　第３実施形態のエネルギ利用システム２０１によれば、循環回路２３０を循環する水が、排熱ボイラ２３６に供給される排ガスの有する熱を用いて加熱される。そして、排熱ボイラ２３６において加熱された高温蒸気によって、電解還元装置７０の熱貯蔵タンク２３３ｘにおける蓄熱媒体が加熱される。このため、電解還元装置７０の電解槽７１における電解液が加熱され、電解還元を効率的に行うことが可能になる。これにより、電解液を電解還元するための熱エネルギを、火力発電等によって不要になった排ガス等の熱エネルギを用いて確保することができるため、排ガスの熱エネルギを有効利用することができ、電解還元に必要な熱エネルギを新たに得る必要がない。
　また、発電機２２０では、蒸気が有する熱エネルギを回収して、電気エネルギを得ている。このため、排ガスから蒸気が得た熱エネルギのうち、電解液を加熱するための蓄熱媒体の加熱に用いられなかった熱エネルギを回収し、電気エネルギを得ることが可能になる。そして、電解還元装置７０における電解液への電圧印加は、発電機２２０で得られた電気エネルギを用いて行われる。
　これにより、電解還元を行うために必要な熱エネルギと電気エネルギを新たに得る必要がないため、新たに二酸化炭素を排出してしまうことを抑制しつつ、炭素等の有用材料と酸素を得ることが可能になる。
　（４）他の実施形態
　（４－１）他の実施形態Ａ
　上記実施形態では、二酸化炭素または炭酸イオンを含んだ電解液を電解還元する場合について例に挙げて説明した。
　これに対して、電解液には、水や窒素等を単独でまたは追加で含まれていてもよい。
　二酸化炭素に加えて水が電解液に含まれている場合には、電解還元により各種有機化合物を得ることが可能になる。また、窒素が電解液にさらに含まれている場合には、アミン等を得ることも可能になる。
　また、水が含まれておらず窒素のみが含まれた電解液では、窒化炭素を得ることも可能になる。このような窒化炭素としては、六方晶窒化炭素（β－Ｃ３Ｎ４）；グラファイト状窒化炭素（ｇ－Ｃ３Ｎ４）；（Ｃ５９Ｎ）２、Ｃ５８Ｎ２、Ｃ５７Ｎ３、Ｃ４８Ｎ１２等のアザフラーレン；Ｃ６０（ＣＮ）２ｎ（ここでｎは１～９）で示されるシアノフラーレン；ＮＣＣＮ、ＣＮＣＮ等のシアノゲン等が挙げられる。
　（４－２）他の実施形態Ｂ
　上記第２実施形態では、炭素を含む化合物と水素と酸素が得られる場合を例に挙げて説明した。
　ここで、第１電解還元装置７０ｘにおける電解還元によって、炭素を含む化合物として一酸化炭素が得られるように電解液と電極を変更してもよい。この場合には、第１電解還元装置７０ｘから一酸化炭素が得られ、第２電解還元装置７０ｙから水素と酸素が得られる。これにより、これら一酸化炭素と水素と酸素を用いることにより、様々な種類の有機化合物の合成を容易に行うことが可能になる。
　（４－３）他の実施形態Ｃ
　上記第１実施形態では、ヒートポンプ１０の第１低温熱交換器１６において得られる冷熱を用いて、二酸化炭素ハイドレートを得る場合を例に挙げて説明した。
　これに対して、ヒートポンプ１０の第１低温熱交換器１６において得られる冷熱の用い方は、特に限定されず、冷却保存されるべき物を冷やすための冷蔵庫、対象空間の温度を低下させる冷房運転が可能な空調装置、または、冷却対象の冷却に用いられる水等のブラインの冷却等において用いられてもよい。
　（４－４）他の実施形態Ｄ
　上記第１実施形態では、再生可能エネルギをヒートポンプ１０において熱エネルギに変換させて蓄えるために、第１圧縮機１２から吐出された第１冷媒を、第１高温熱交換器１３において放熱させることで第１高温タンク３７に送られる第１熱媒体を加熱し、第１膨張機１５において減圧させ、第１低温熱交換器１６において吸熱させることにより第２低温タンク４４に送られる第２熱媒体を冷却させ、また、工場等から排出される排ガスに含まれる二酸化炭素を分離回収する、という各処理が適宜行われるエネルギ利用システム１を例に挙げて説明した。
　これに対して、エネルギ利用システムとしては、例えば、図４に示すように、排ガス供給ライン５０が、冷却流路９１を含んでおり大気が流れる分岐流路１９１と、第１切換弁１９１ａと、第２切換弁１９１ｂと、を有しているエネルギ利用システム１ｂであってもよい。
　この分岐流路１９１は、上流端１９１ｘから大気を取り込んで、第２冷媒回路２１の第２低温熱交換器２６を通過する冷却流路９１を通過させた後に、排ガス流路５１に合流する流路である。なお、第１切換弁１９１ａは、排ガス流路５１の上流部分である上流側排ガス流路５１ａと、排ガス流路５１の下流部分である下流側排ガス流路５１ｂと、を接続する状態と、下流側排ガス流路５１ｂと分岐流路１９１とを接続する状態と、を切り換える切換弁であり、例えば、三方弁により構成される。第２切換弁１９１ｂは、排ガス圧縮機５３の下流側部分と回収タンク５５とを接続する状態と、排ガス圧縮機５３の下流側部分と大気中に開放されている下流端１９１ｙとを接続する状態と、を切り換える切換弁であり、例えば、三方弁により構成される。
　このエネルギ利用システム１ｂでは、例えば、第１運転と第２運転が切り換えて行われてもよい。
　第１運転では、ヒートエンジン２０と電解還元装置７０を可動させることなく、第１切換弁１９１ａについて上流側排ガス流路５１ａと下流側排ガス流路５１ｂとを接続する状態に切り換えておき、第２切換弁１９１ｂについて排ガス圧縮機５３の下流側部分と回収タンク５５とを接続する状態に切り換えておき、二酸化炭素ハイドレート９３を気化させるための気化タンク５７の気化槽５７ａの加熱も行うことなく、再生可能エネルギ供給部８０から供給されるエネルギを用いてヒートポンプ１０を可動させつつ、第１熱媒体ポンプ３２を駆動させて第１熱利用サイクル３０に熱を蓄えつつ、しかも、第２熱媒体ポンプ４２を駆動させて第２熱利用サイクル４０を可動させて冷熱利用部４５に冷熱を供給し、排ガス圧縮機５３を駆動させることにより排ガス供給ライン５０の排ガス流路５１に二酸化炭素を流すことで、回収タンク５５の成長槽５５ａにおいて二酸化炭素を冷却して分離回収する。なお、第１運転では、ハイドレート供給路５６の開閉弁５６ａは閉じられており、二酸化炭素ハイドレート９３になることができなかった二酸化炭素を含む排ガスは、発電機５４に送られてエネルギが回収される。そして、二酸化炭素ハイドレート９３が十分に成長した場合には、第１運転を終了し、ハイドレート供給路５６の開閉弁５６ａを開けることで、二酸化炭素ハイドレート９３を気化タンク５７に移動させ、第２運転を開始させる。
　第２運転では、第１切換弁１９１ａについて下流側排ガス流路５１ｂと分岐流路１９１とを接続する状態に切り換え、第２切換弁１９１ｂについて排ガス圧縮機５３の下流側部分と大気中に開放されている下流端１９１ｙとを接続する状態に切り換えて、排ガス圧縮機５３を駆動させ、第２熱利用サイクル４０を可動させ、ガス供給路５８の開閉弁５８ａを開状態に制御し、第１熱媒体ポンプ３２を可動させ、ヒートエンジン２０と電解還元装置７０を可動させる。これにより、分岐流路１９１の上流端１９１ｘから分岐流路１９１内に取り込まれた空気は、可動しているヒートエンジン２０の第２低温熱交換器２６を流れる第２冷媒と、冷却流路９１において熱交換を行い、加熱される。この冷却流路９１で加熱された空気は、排ガス流路５１を通過して、第２高温利用熱交換器４６において第２熱媒体と熱交換を行うことで、第２熱媒体を加熱する。このようにして、第２熱利用サイクル４０における温熱利用部４７には、ヒートエンジン２０の排熱を用いて加熱された第２熱媒体が送られることで、気化タンク５７の気化槽５７ａが暖められる。なお、第２高温利用熱交換器４６において第２熱媒体を加熱した後の排ガス流路５１を流れる空気は、排ガス圧縮機５３を介して、下流端１９１ｙに導かれ、大気中に放出される。そして、気化タンク５７の気化槽５７ａが暖められることにより、二酸化炭素ハイドレート９３からの二酸化炭素の気化を効率化させ、気化した二酸化炭素を、ガス供給路５８を介して、電解還元装置７０に供給することができる。ここで、第２運転では、第１熱利用サイクル３０に蓄えられている熱が電解還元温調部３３に供給されることで、電解還元装置７０の電解液が加熱され、ヒートエンジン２０で発電された電力が電解液の電圧印加に用いられることで、電解還元装置７０における電解還元が行われる。なお、この際のヒートポンプ１０の可動は任意であるが、再生可能エネルギ供給部８０からエネルギが十分に供給されている状況では可動させることが望ましい。
　（４－５）他の実施形態Ｅ
　上記第３実施形態では、電解還元装置７０の蓄熱流路２３３を通過した蒸気が発電機２２０に送られるエネルギ利用システム２０１を例に挙げて説明した。
　これに対して、例えば、第３実施形態のエネルギ利用システム２０１は、発電機２２０の代わりに、第１実施形態で述べたヒートエンジン２０が用いられていてもよい。この場合には、電解還元装置７０の蓄熱流路２３３を通過した蒸気が、ヒートエンジン２０の第２冷媒回路２１を流れる第２冷媒と熱交換を行うことで、蒸気の熱エネルギが第２冷媒に回収されることになる。
　（４－６）他の実施形態Ｆ
　上記第３実施形態では、循環回路２３０を水が循環する場合を例に挙げて説明した。
　これに対して、例えば、循環回路２３０を循環する流体は、水に限られず、冷媒等の他の熱媒体であってもよく、排熱ボイラ２３６等の加熱部によって加熱されることで相変化し、体積が増大する媒体であることが好ましい。
　（４－７）他の実施形態Ｇ
　上記第３実施形態では、循環回路２３０を循環する蒸気の熱によって、電解還元装置７０の電解液を、熱貯蔵タンク２３３ｘにおける蓄熱媒体を介して加熱させる場合を例に挙げて説明した。
　これに対して、例えば、電解還元装置７０の代わりに上記第２実施形態の第２電解還元装置７０ｙを用いるようにしてもよいし、電解還元装置７０の代わりに上記第２実施形態の第１電解還元装置７０ｘおよび第２電解還元装置７０ｙを用いるようにしてもよい。これらの場合には、循環回路２３０を循環する蒸気が、第１電解還元装置７０ｘの第１電解還元温調部３３ｘに充填された蓄熱媒体と混ざらないように設けられた流路と、第２電解還元装置７０ｙの第２電解還元温調部３３ｙに充填された蓄熱媒体と混ざらないように設けられた流路と、を通過するようにエネルギ利用システムが構成されることになる。
　（４－８）他の実施形態Ｈ
　上記第３実施形態では、循環回路２３０を循環する水が、排熱ボイラ２３６を流れる排ガスの熱エネルギによって加熱される場合を例に挙げて説明した。
　これに対して、例えば、循環回路２３０を循環する水の加熱方法は、これに限られるものではなく、例えば、ヒートパイプ等を介して地下のマグマの熱を利用して加熱してもよい。また、太陽光をレンズおよび反射鏡等を用いて集めることにより、循環回路２３０を循環する水を加熱してもよい。
　（４－９）他の実施形態Ｉ
　上記第１実施形態のエネルギ利用システム１、第２実施形態のエネルギ利用システム１ａ、第３実施形態のエネルギ利用システム２０１の利用形態は、特に限定されるものではなく、例えば、マイクログリッドシステムにおいて利用することができる。
　マイクログリッドシステムは、分散型エネルギや蓄エネルギ設備等の分散型エネルギリソース（DER：Distributed Energy Resources）と、エネルギネットワークと、を一定の規模で統合し運用するエネルギシステムである。例えば、マイクログリッドシステムは、電力会社が運用する主要な電力ネットワークから完全に切り離されて常に自立したエネルギ運用を行うシステムであってもよいし、平常時は電力会社が運用する主要な電力ネットワークと接続され、災害時等の非常時はその接続を切り離して自立したエネルギ運用を行うシステムであってもよい。
　図５に、第１実施形態のエネルギ利用システム１を含むマイクログリッドシステムで用いられるネットワークの一例を示す。
　マイクログリッドシステムは、例えば、太陽光発電所、風力発電所、水力発電所等の再生可能エネルギ供給部８０と、再生可能エネルギの管理を行う再生可能エネルギ管理装置１８０と、ヒートポンプ１０と、ヒートエンジン２０と、第１熱利用サイクル３０と、第２熱利用サイクル４０と、排ガス供給ライン５０と、電解還元装置７０と、火力発電所、原子力発電所、プラント、温泉等の図示しない排出物供給部と、排熱供給部の管理を行う排出物管理装置１５０と、ヒートエンジン２０により発電された電力エネルギを消費する図示しない需要家設備と、需要家設備の管理を行う需要家端末６０と、これらの設備をつなぐ図示しないエネルギネットワーク設備と、エネルギの供給と消費を適切に制御するエネルギマネジメントコントローラ１００と、再生可能エネルギ管理装置１８０と需要家端末６０とエネルギマネジメントコントローラ１００等を通信可能に接続する通信ネットワーク１１１等を備えるものであってもよい。
　再生可能エネルギ管理装置１８０は、ＣＰＵ等のプロセッサ１８１と、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ１８２と、再生可能エネルギ供給部８０において発電された電力量を把握する電気エネルギ量把握部１８３等を有しており、再生可能エネルギ供給部８０に配置されている。再生可能エネルギ管理装置１８０は、通信ネットワーク１１１を介して、エネルギマネジメントコントローラ１００と通信可能に接続されている。
　排出物管理装置１５０は、ＣＰＵ等のプロセッサ１５１と、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ１５２と、熱エネルギ量把握部１５３と、排出二酸化炭素量把握部１５４と、を有しており、火力発電所や原子力発電所等の排出物供給部に配置されている。排出物管理装置１５０は、通信ネットワーク１１１を介して、エネルギマネジメントコントローラ１００と通信可能に接続されている。熱エネルギ量把握部１５３は、火力発電所や原子力発電所等の排出物供給部から排出された熱エネルギ量を把握する。排出二酸化炭素量把握部１５４は、火力発電所等の排出物供給部から排出された二酸化炭素量を把握する。
　需要家設備は、ヒートエンジン２０によって発電された電気エネルギのうち、電解還元装置７０において利用された後の残りの電気エネルギを消費するか、ヒートポンプ１０によって得られる熱エネルギのうち、電解還元装置７０において利用された後の残りの熱エネルギを消費するか、これらの両方を消費する設備であり、例えば、工場、オフィスビル、住宅、電気自動車への給電装置、植物工場等が挙げられる。このうち、例えば、工場、オフィスビル、住宅、植物工場に対しては、これらからの求めに応じて、第１熱利用サイクル３０で蓄えられている熱の供給や、第２熱利用サイクル４０で蓄えられている冷熱が供給される。なお、熱または冷熱は、熱または冷熱を蓄えることができる蓄熱材を需要家設備の所在地まで運ぶことで需要家に供給されてもよい。また、工場、オフィスビル、住宅、電気自動車への給電装置、植物工場に対しては、これらの求めに応じて、ヒートエンジン２０で発電された電気エネルギが供給される。なお、電気エネルギは、電線または蓄電池等を用いて需要家設備の所在地まで運ぶことで供給されてもよい。これらの蓄熱材、電線、蓄電池は、エネルギネットワーク設備として用いられる。なお、需要家からの求めに応じて、電解還元装置７０で得られた炭素含有材料が輸送される等により供給される。
　需要家端末６０は、ＣＰＵ等のプロセッサ６１と、メモリ６２と、入力部６３等を有しており、需要家設備に配置されている。需要家端末６０は、通信ネットワーク１１１を介して、エネルギマネジメントコントローラ１００と通信可能に接続されている。入力部６３は、タッチパネルまたはキーボード等により構成されており、需要家端末６０の所持者である需要家からの、熱エネルギ供給の要求と、電気エネルギ供給の要求と、電解還元で得られた炭素含有材料の要求と、の少なくともいずれかの要求を受け付ける。
　エネルギマネジメントコントローラ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ１０１と、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ１０２を有している。エネルギマネジメントコントローラ１００は、ヒートポンプ１０、ヒートエンジン２０、第１熱利用サイクル３０、第２熱利用サイクル４０、排ガス供給ライン５０、電解還元装置７０等と通信可能に接続されている。エネルギマネジメントコントローラ１００は、通信ネットワーク１１１を介して受け付けた各種情報に基づいて、ヒートポンプ１０、ヒートエンジン２０、第１熱利用サイクル３０、第２熱利用サイクル４０、排ガス供給ライン５０、電解還元装置７０等の運転制御を行う。
　エネルギマネジメントコントローラ１００は、再生可能エネルギ管理装置１８０の再生可能エネルギ供給部８０が把握した電気エネルギ量に基づいて、当該電気エネルギを貯留される熱エネルギに変換するために、ヒートポンプ１０における第１圧縮機１２の回転数を制御することでヒートポンプ１０を駆動制御する。再生可能エネルギ管理装置１８０で得られる再生可能エネルギの量は、電力会社が提供する一般的な電気エネルギと比べて不安定になりがちではあるが、再生可能エネルギとして供給されるエネルギを、ヒートポンプ１０を介して、熱エネルギに変換して第１熱利用サイクル３０に蓄え、冷熱のエネルギに変換して第２熱利用サイクル４０に蓄えることが可能になる。そして、第１熱利用サイクル３０において第１熱媒体に蓄えられた熱エネルギは、電解還元装置７０において電解液を電解還元させる際に利用することができる。具体的には、電解還元装置７０での電解液の加熱には、第１熱利用サイクル３０において第１熱媒体に蓄えられている熱エネルギを用い、電解還元装置７０での電解液への電圧印加には、第１熱利用サイクル３０において第１熱媒体に蓄えられている熱エネルギがヒートエンジン２０によって変換された電気エネルギが用いられる。これにより、電解還元装置７０での電解液の加熱と電圧印加に要するエネルギを、不安定な再生可能エネルギではなく、第１熱利用サイクル３０において蓄えられているエネルギで賄うことが可能になり、電解還元を安定的に行うことが可能になる。また、具体的には、電解還元装置７０で電解還元される電解液の望ましい温度や、望ましい印加電圧等の各データを、エネルギマネジメントコントローラ１００が備えるメモリ１０２に予め保存しておき、当該データに基づいて電解液の温度条件と印加電圧条件が満たされるように、第１熱媒体ポンプ３２における第１熱媒体の流量が制御される。
　なお、エネルギマネジメントコントローラ１００は、熱エネルギ量把握部１５３が把握した熱エネルギ量が十分にある場合には、ヒートポンプ１０の中間熱交換器１４の第１冷媒を加熱したり、第１熱利用サイクル３０の第１低温タンク３５と第１高温タンク３７における第１熱媒体を加熱することで、運転効率を高めることができる。
　また、エネルギマネジメントコントローラ１００は、排出物管理装置１５０の排出二酸化炭素量把握部１５４が把握した火力発電所やプラント等の排出物供給部から排出された二酸化炭素量と、二酸化炭素ハイドレート９３の成長程度等に基づいて、排ガス供給ライン５０の排ガス圧縮機５３の回転数等を制御する。これにより、電解還元に用いられる二酸化炭素の量をコントロールすることができる。なお、ここで、エネルギマネジメントコントローラ１００は、第２熱媒体ポンプ４２の流量を調節することにより、第２熱利用サイクル４０に蓄えられている冷熱による成長槽５５ａの冷却程度を制御する。これにより、冷熱利用部４５において二酸化炭素の冷却が十分に可能となる温度になるまで成長槽５５ａが冷却される。
　なお、上記では、第１実施形態のエネルギ利用システム１を含むマイクログリッドシステムについて説明したが、マイクログリッドシステムとしては、例えば、第２実施形態のエネルギ利用システム１ａを含むものであってもよい。この場合には、第１電解還元装置７０ａの電解液と第２電解還元装置７０ｂの電解液のそれぞれの温度条件と印加電圧条件が満たされるように、熱媒体ポンプ３２ａにおける熱媒体の流量が制御される。
　（付記）
　以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
　　　１、１ａ、１ｂ　エネルギ利用システム
　１０、１０ａ　ヒートポンプ（加熱部）
　１２　第１圧縮機
　１３　第１高温熱交換器（加熱部）
　１７　駆動軸
　１５　第１膨張機
　２０、２０ａ　ヒートエンジン（熱エネルギ回収部）
　２３　第２高温熱交換部（熱エネルギ回収部）
　２４　第２膨張機（熱エネルギ回収部）
　３０　第１熱利用サイクル（貯蔵部、循環回路）
　３０ａ　熱利用サイクル（貯蔵部、循環回路）
　３２　　第１熱媒体ポンプ（ポンプ）
　３２ａ　熱媒体ポンプ（ポンプ）
　３４　第１低温利用熱交換器（熱エネルギ回収部）
　３４ａ　低温利用熱交換器（熱エネルギ回収部）
　３５　第１低温タンク（第１貯蔵部）
　３５ａ　低温タンク（第１貯蔵部）
　３６　第１高温利用熱交換部（加熱部）
　３６ａ　高温利用熱交換部（加熱部）
　３７　第１高温タンク（第２貯蔵部）
　３７ａ　高温タンク（第２貯蔵部）
　４０　第２熱利用サイクル
　５０　排ガス供給ライン
　５５　回収タンク（二酸化炭素ガス回収部）
　５７　気化タンク（二酸化炭素ガス回収部）
　７０　電解還元装置（第１電解還元装置）
　７０ｘ　第１電解還元装置（電解還元装置）
　７０ｙ　第２電解還元装置（電解還元装置）
　８０　再生可能エネルギ供給部（加熱部）
１００　エネルギマネジメントコントローラ（制御機器）
２０１　エネルギ利用システム
２２０　発電機（熱エネルギ回収部）
２３０　循環回路
２３１　循環流路
２３２　ポンプ
２３３　蓄熱流路
２３３ｘ　熱貯蔵タンク
２３４　膨張機（熱エネルギ回収部）
２３５　凝縮器
２３６　排熱ボイラ（加熱部、ボイラ）
２３６ａ　水流路（加熱部）
２８０　排ガス管（加熱部）
２８０ａ　排ガス流路
２９５　冷却媒体管
２９５ａ　冷却媒体流路
特開２０１６－８９２３０号公報

Claims (25)

  1. 　熱媒体を取り込んで送り出すポンプ（３２、３２ａ、２３２）と、
    　再生可能エネルギまたは排熱により得られるエネルギを利用して前記熱媒体を加熱する加熱部（８０、１０、１３、３６、３６ａ、２８０、２３６ａ、２３６）と、
    　前記熱媒体の熱を用いて電解液を加熱する電解還元装置（７０、７０ｘ、７０ｙ）と、
    　熱エネルギ回収部（２０、２３、３４、２０ａ、２４、３４ａ、２３４）と、
    を有し、前記熱媒体が循環する循環回路（３０、３０ａ、２２０、２３０）を備える、
    エネルギ利用システム（１、１ａ、１ｂ、２０１）。
  2. 　前記熱媒体は、水であり、
    　前記加熱部は、ボイラ（２３６）である、
    請求項１に記載のエネルギ利用システム（２０１）。
  3. 　前記熱エネルギ回収部（２３４）は、膨張機を有しており、
    　前記電解還元装置は、前記膨張機により発電された電力を利用して前記電解液に電圧を印加する、
    請求項２に記載のエネルギ利用システム（２０１）。
  4. 　前記電解還元装置は、前記電解液を加熱する蓄熱媒体を貯留する貯留部を有しており、
    　前記蓄熱媒体は、前記循環回路を流れる前記熱媒体と熱的に接触することで加熱される、
    請求項１から３のいずれか１項に記載のエネルギ利用システム（２０１）。
  5. 　前記再生可能エネルギにより発電された電力を利用して駆動され、第１冷媒が循環するヒートポンプ（１０、１０ａ）をさらに備え、
    　前記循環回路は、前記熱媒体の熱を貯蔵エネルギとして貯蔵する貯蔵部（３０、３０ａ）を有し、
    　前記加熱部は、前記ヒートポンプにより加熱された前記第１冷媒の熱によって、前記熱媒体を加熱し、
    　前記熱エネルギ回収部は、前記貯蔵エネルギを利用して発電するヒートエンジン（２０、２０ａ）であり、
    　前記電解還元装置（７０、７０ｘ、７０ｙ）は、前記ヒートエンジンにより発電された電力を利用して前記電解液に電圧を印加する、
    請求項１に記載のエネルギ利用システム（１、１ａ、１ｂ）。
  6. 　前記ヒートポンプにより冷却された前記熱媒体の冷熱を利用して二酸化炭素ハイドレートを成長させ、前記二酸化炭素ハイドレートを分解することにより二酸化炭素を気体として回収する二酸化炭素ガス回収部（５５、５７）をさらに備えた、
    請求項５に記載のエネルギ利用システム。
  7. 　前記ヒートポンプは、圧縮機（１２）と、前記圧縮機と駆動軸（１７）を介して連結された第１膨張機（１５）と、を有しており、
    　前記圧縮機の回転が、前記第１膨張機で回収された動力により補助される、
    請求項５または６に記載のエネルギ利用システム。
  8. 　前記電解還元装置は、前記貯蔵エネルギを利用して前記電解液を加熱し、前記ヒートエンジンにより発電された電力を利用して前記電解液に電圧を印加することで、前記電解液を還元して炭素含有材料を得る第１電解還元装置（７０ｘ）と、前記貯蔵エネルギを利用して加熱された水を電気分解する第２電解還元装置（７０ｙ）と、の少なくともいずれかを有する、
    請求項５から７のいずれか１項に記載のエネルギ利用システム。
  9. 　前記ヒートポンプの冷媒が、前記排熱により加熱される、
    請求項５から８のいずれか１項に記載のエネルギ利用システム。
  10. 　前記貯蔵部は、第１貯蔵部（３５、３５ａ）と、第２貯蔵部（３７、３７ａ）を含み、
    　前記第１貯蔵部の前記熱媒体が、前記ヒートポンプにより加熱された後に、前記第２貯蔵部に送られる、
    請求項５から９のいずれか１項に記載のエネルギ利用システム。
  11. 　前記第２貯蔵部に送られる前記熱媒体の温度は、２００℃以上になる、
    請求項１０に記載のエネルギ利用システム。
  12. 　前記ヒートポンプの冷媒が、二酸化炭素、アルゴン、および、空気からなる群より選択される１種または２種以上である、
    請求項１１に記載のエネルギ利用システム。
  13. 　前記第２貯蔵部に送られる前記熱媒体の温度は、２００℃未満である、
    請求項１０に記載のエネルギ利用システム。
  14. 　前記ヒートポンプの冷媒が、Ｒ１２３３ｚｄ（Ｅ）、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｚ）、Ｒ１３４ａ、Ｒ３２、Ｒ４１０ａ、Ｒ２４５ｆａ、水、および、二酸化炭素からなる群より選択される１種または２種以上を含み、
    　前記ヒートエンジンの冷媒が、Ｒ１２３３ｚｄ（Ｅ）、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｅ）、Ｒ１２３４ｚｅ（Ｚ）、Ｒ１３４ａ、Ｒ３２、Ｒ４１０ａ、Ｒ２４５ｆａ、水、および、二酸化炭素からなる群より選択される１種または２種以上を含む、
    請求項１３に記載のエネルギ利用システム。
  15. 　前記ヒートポンプ、前記貯蔵部、前記ヒートエンジン、および、前記電解還元装置の制御を行う制御機器（１００）をさらに備え、
    　前記制御機器は、前記貯蔵部に貯蔵された前記貯蔵エネルギおよび前記ヒートエンジンにより発電された電力が利用されるように制御を行う、
    請求項５から１４のいずれか１項に記載のエネルギ利用システム。
  16. 　前記貯蔵部に貯蔵された前記貯蔵エネルギと、前記ヒートエンジンで発電された電力と、前記電解還元装置における前記電解液への電圧の印加により得られる材料と、の少なくともいずれかを、需要家の求めに応じて供給するために用いられる、
    請求項５から１５のいずれか１項に記載のエネルギ利用システム。
  17. 　循環回路（３０、３０ａ、２３０）を循環する熱媒体を、再生可能エネルギまたは排熱により得られるエネルギを利用して加熱する工程と、
    　加熱された前記熱媒体の熱を用いて電解液を加熱して電解還元を行う工程と、
    を含む、炭素含有材料の製造方法。
  18. 　前記熱媒体は、水であり、
    　前記水は、前記再生可能エネルギまたは前記排熱により得られるエネルギを利用してボイラ（２３６）において加熱される、
    請求項１７に記載の炭素含有材料の製造方法。
  19. 　前記熱媒体の熱エネルギを膨張機において回収して発電する工程と、
    　前記膨張機により発電された電力を利用して前記電解液に電圧を印加する工程と、
    をさらに含む、
    請求項１８に記載の炭素含有材料の製造方法。
  20. 　加熱された前記熱媒体の熱を用いて、貯留部に貯留している蓄熱媒体を加熱し、
    　前記加熱された前記蓄熱媒体の熱を用いて、前記電解液を加熱する、
    請求項１７から１９のいずれか１項に記載の炭素含有材料の製造方法。
  21. 　前記熱媒体は、前記再生可能エネルギにより発電された電力を利用して駆動され、第１冷媒が循環するヒートポンプサイクルにより加熱され、
    　前記ヒートポンプサイクルにより加熱された前記熱媒体の熱を貯蔵エネルギとして貯蔵する工程と、
    　前記貯蔵エネルギを利用してヒートエンジンサイクルにより発電する工程と、
    をさらに含み、
    　前記貯蔵エネルギを利用して前記電解液を加熱し、前記ヒートエンジンサイクルにより発電された電力を利用して前記電解液に電圧を印加して電解還元を行う、
    請求項１７に記載の炭素含有材料の製造方法。
  22. 　前記貯蔵エネルギを利用して加熱された水を電気分解する工程を含む、
    請求項２１に記載の炭素含有材料の製造方法。
  23. 　前記ヒートポンプサイクルの冷媒が前記排熱により加熱される工程をさらに含む、
    請求項２１または２２に記載の炭素含有材料の製造方法。
  24. 　前記熱媒体が、砂または岩石と空気とを含む混合流体、および、溶融塩からなる群より選択される１種または２種以上である、
    請求項２１から２３のいずれか１項に記載の炭素含有材料の製造方法。
  25. 　前記熱媒体が、砂または岩石と空気とを含む混合流体、水、サーマルオイル、イオン液体、および、溶融塩からなる群より選択される１種または２種以上である、
    請求項２１から２３のいずれか１項に記載の炭素含有材料の製造方法。
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