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Description
本発明は、エネルギ変換システムに関する。 The present invention relates to energy conversion systems.
近年、動力源の電動化が注目を集めており、その一つの解決手段として、余剰電力を炭化水素などの燃料に変換して貯蔵するシステムの実用化が要望されている。特許文献1では、水蒸気および炭酸ガスを電解して水素および一酸化炭素からなる合成ガスを製造し、この合成ガスを用いて炭化水素を合成する燃料合成システムが提案されている。 In recent years, the electrification of power sources has attracted attention, and as one means of solving this problem, there is a demand for practical use of a system that converts surplus electric power into fuel such as hydrocarbons and stores it. Patent Literature 1 proposes a fuel synthesizing system that electrolyzes water vapor and carbon dioxide to produce syngas composed of hydrogen and carbon monoxide, and synthesizes hydrocarbons using this syngas.
しかしながら、上記特許文献1のような電力を燃料に変換するシステムは、実用化に見合う高効率化には至っていない。 However, the system that converts electric power into fuel, such as that disclosed in Patent Document 1, has not yet achieved a high efficiency suitable for practical use.
本発明は上記点に鑑み、H2OおよびCO2を電解してH2およびCOを生成し、H2およびCOから炭化水素を合成するエネルギ変換システムにおいて、燃料合成効率を向上させることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above points, an object of the present invention is to improve fuel synthesis efficiency in an energy conversion system that electrolyzes H 2 O and CO 2 to produce H 2 and CO, and synthesizes hydrocarbons from H 2 and CO. and
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、燃料合成装置(10)と、電力供給装置(14)と、H2O供給部(20、22)と、CO2供給部(23、25)とを備える。燃料合成装置は、酸素イオン伝導性を有する電解質(11)と、電解質の一方側に設けられたカソード極(12)と、電解質の他方側に設けられたアノード極(13)とを有する。電力供給装置は、燃料合成装置に電力を供給する。H2O供給部は、カソード極にH2Oを供給する。CO2供給部は、カソード極にCO2を供給する。 In order to achieve the above object, in the first aspect of the invention, a fuel synthesizing device (10), a power supply device (14), an H 2 O supply section (20, 22), a CO 2 supply section (23) are provided. , 25). The fuel synthesizer has an electrolyte (11) having oxygen ion conductivity, a cathode (12) provided on one side of the electrolyte, and an anode (13) provided on the other side of the electrolyte. The power supply supplies power to the fuel synthesizer. The H 2 O supply unit supplies H 2 O to the cathode. The CO 2 supply section supplies CO 2 to the cathode.
カソード極では、H2O供給部から供給されたH2OおよびCO2供給部から供給されたCO2が所定のガス流れ方向に流れるようになっている。カソード極では、H2Oを電解してH2を生成するH2O電解反応と、CO2を電解してCOを生成するCO2電解反応と、H2とCOとを用いて炭化水素を合成する燃料合成反応とが発生する。カソード極には、H2O電解反応を促進するH2O電解触媒と、CO2電解反応を促進するCO2電解触媒と、燃料合成反応を促進する燃料合成触媒とを含む複数種類の触媒が設けられている。 At the cathode electrode, H 2 O supplied from the H 2 O supply section and CO 2 supplied from the CO 2 supply section flow in a predetermined gas flow direction. At the cathode, H 2 O is electrolyzed to produce H 2 , CO 2 is electrolyzed to produce CO, and hydrocarbons are produced using H 2 and CO. A synthesizing fuel synthesis reaction occurs. The cathode has a plurality of types of catalysts including an H 2 O electrocatalyst that promotes the H 2 O electrolysis reaction, a CO 2 electrocatalyst that promotes the CO 2 electrolysis reaction, and a fuel synthesis catalyst that promotes the fuel synthesis reaction. is provided.
カソード極のガス流れ方向の上流部(12a)、中流部(12b)および下流部(12c、12d)の部位毎に、複数種類の触媒に含まれるCO2電解触媒、H2O電解触媒および燃料合成触媒の割合がそれぞれ異なっている。上流部では、CO2電解反応で生成するCO、H2O電解反応で生成するH2および燃料合成反応で生成する炭化水素からなる反応生成物のうち、COのモル数が最も大きくなっている。中流部では、反応生成物のうち、H2のモル数が最も大きくなっている。下流部では、反応生成物のうち、炭化水素のモル数が最も大きくなっている。 CO 2 electrocatalyst, H 2 O electrocatalyst, and fuel contained in a plurality of types of catalysts for each of the upstream portion (12a), midstream portion (12b), and downstream portion (12c, 12d) in the gas flow direction of the cathode electrode. Each has a different proportion of synthetic catalyst. In the upstream part, the number of moles of CO is the largest among the reaction products consisting of CO generated in the CO 2 electrolysis reaction, H 2 generated in the H 2 O electrolysis reaction, and hydrocarbons generated in the fuel synthesis reaction. . Among the reaction products, the number of moles of H 2 is the largest in the middle stream. In the downstream part, the number of moles of hydrocarbons is the largest among the reaction products.
これにより、H2O電解反応によるH2生成前に、CO2電解反応によってできるだけ多くのCO2がCOに電解されるようにすることができる。CO2濃度が低下しCO濃度が上昇した状態でH2O電解反応が起こることで、CO2とH2が反応する逆水性ガスシフト反応の発生を抑制できる。この結果、逆水性ガスシフト反応によるH2消費を抑制でき、H2生成に用いられる電力消費を抑制でき、燃料合成効率を向上させることができる。 This allows as much CO 2 as possible to be electrolyzed to CO by the CO 2 electrolysis reaction before H 2 is produced by the H 2 O electrolysis reaction. Since the H 2 O electrolysis reaction occurs in a state where the CO 2 concentration is decreased and the CO concentration is increased, the occurrence of the reverse water gas shift reaction in which CO 2 reacts with H 2 can be suppressed. As a result, H 2 consumption due to the reverse water gas shift reaction can be suppressed, power consumption used for H 2 production can be suppressed, and fuel synthesis efficiency can be improved.
また、下流部では燃料合成反応を優先することで、上流部で生成したCOと、中流部で生成したH2を用いて燃料合成を効率的に行うことができる。 In addition, by prioritizing the fuel synthesis reaction in the downstream portion, fuel synthesis can be efficiently performed using CO produced in the upstream portion and H 2 produced in the midstream portion.
なお、上記各構成要素の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 It should be noted that the reference numerals in parentheses of the respective components above indicate the correspondence with specific means described in the embodiments to be described later.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態に係るエネルギ変換システムについて図面を用いて説明する。
(First embodiment)
An energy conversion system according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1に示すように、エネルギ変換システムは、燃料合成装置10を備えている。燃料合成装置10は、固体酸化物型電解セル(SOEC)である。本実施形態の燃料合成装置10は、H2OおよびCO2の電解によるH2およびCOの生成と、H2およびCOを用いた炭化水素の合成を行うことができる。炭化水素は燃料であり、例えば燃料電池の発電に用いることができる。
As shown in FIG. 1, the energy conversion system includes a
燃料合成装置10は、電解質11と、電解質11の両側に設けられた一対の電極12、13を備えている。一対の電極12、13は、電解質11の一方側に設けられたカソード極12と、電解質11の他方側に設けられたアノード極13である。
The
電解質11は、酸素イオン伝導性を有する固体材料であり、例えばジルコニア系酸化物であるZrO2を用いることができる。カソード極12およびアノード極13は、金属触媒とセラミクスを混合して焼成したサーメットとして構成されている。
The
アノード極13には、O2-と電子を結合してO2を生成する反応を促進する金属触媒が設けられている。アノード極13には、金属触媒として例えばNi、Ptが設けられている。
カソード極12には、複数種類の金属触媒が設けられている。複数種類の金属触媒には、CO2電解反応を促進する金属触媒、H2O電解反応を促進する金属触媒および燃料合成反応を促進する金属触媒が含まれている。以下、CO2電解反応を促進する金属触媒をCO2電解触媒ともいい、H2O電解反応を促進する金属触媒をH2O電解触媒ともいい、燃料合成反応を促進する金属触媒を燃料合成触媒ともいう。
CO2電解触媒としては、例えばCuを用いることができる。H2O電解触媒としては、例えばNiおよびルテニウムを用いることができる。燃料合成触媒としては、例えばコバルトおよびFeを用いることができる。カソード極12では、ガス流れ方向に沿った領域毎に複数種類の金属触媒の構成比率を異ならせている。この点については後述する。
Cu, for example, can be used as the CO 2 electrocatalyst. Ni and ruthenium, for example, can be used as the H 2 O electrocatalyst. Cobalt and Fe, for example, can be used as fuel synthesis catalysts. In the
燃料合成装置10には、外部電源である電力供給装置14から電力供給される。本実施形態では、電力供給装置14として自然エネルギを利用した発電装置を用いている。電力供給装置14としては、例えば太陽光発電装置を用いることができる。
Power is supplied to the fuel synthesizing
燃料合成装置10では、電力供給された状態で、カソード極12にH2OおよびCO2が供給される。H2OおよびCO2は、炭化水素を合成するための原料ガスである。本実施形態では、H2OおよびCO2が供給されるカソード極12の内部圧力を大気圧程度としている。
In the
H2Oは、H2O貯蔵部20からH2O供給通路21を介してカソード極12に供給される。本実施形態のH2O貯蔵部20には、液体状態のH2Oが貯蔵されている。H2O供給通路21には、H2Oを圧送するH2Oポンプ22が設けられている。H2Oは、液体状態でカソード極12に供給されてもよく、あるいは水蒸気としてカソード極12に供給されてもよい。H2Oポンプ22は、後述する制御装置29からの制御信号に基づいて作動する。なお、H2O貯蔵部20およびH2Oポンプ22がH2O供給部に相当する。
H 2 O is supplied from the H 2
CO2は、CO2貯蔵部23からCO2供給通路24を介して燃料合成装置10に供給される。本実施形態のCO2貯蔵部23には、液体状態のCO2が貯蔵されている。CO2貯蔵部23に貯蔵されたCO2は、加圧されている。
CO 2 is supplied from the CO 2 storage unit 23 to the fuel synthesizing
CO2供給通路24には、圧力調整弁25が設けられている。圧力調整弁25は、CO2貯蔵部23に貯蔵されているCO2を減圧する。圧力調整弁25は、CO2を膨張させるための膨張弁である。圧力調整弁25は、後述する制御装置29からの制御信号に基づいて作動する。なお、CO2貯蔵部24および圧力調整弁25がCO2供給部に相当する。
A
燃料合成装置10のカソード極12では、H2Oの電解によってH2が生成され、CO2の電解によってCOが生成される。カソード極12では、電解で生成されたH2とCOから炭化水素が合成される。合成された炭化水素は、燃料合成排ガスに含まれてカソード極12から排出される。燃料合成排ガスに含まれる炭化水素は、例えばメタンである。
At the
燃料合成排ガスは、燃料合成排ガス通路26を通過する。燃料合成排ガス通路26には、燃料分離部27が設けられている。燃料分離部27は、燃料合成排ガスから炭化水素を分離する。燃料合成排ガスから炭化水素の分離は、例えば蒸留分離によって行うことができる。
The fuel synthesis exhaust gas passes through the fuel synthesis
燃料分離部27で分離された炭化水素は、燃料として燃料貯蔵部28に貯蔵される。本実施形態の燃料貯蔵部28には、液体状態の炭化水素が貯蔵される。
The hydrocarbons separated by the
エネルギ変換システムは、制御装置29を備えている。制御装置29は、CPU、ROMおよびRAM等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。制御装置29は、ROM内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、電力供給装置14、H2Oポンプ22および圧力調整弁25といった各種制御対象機器の作動を制御する。制御装置29の入力側には、図示しない各種センサ等が接続されている。
The energy conversion system comprises a
次に、燃料合成装置10で起こる化学反応について説明する。燃料合成装置10では、電力供給装置14から電力供給された状態で、カソード極12にH2OおよびCO2が供給されることで、カソード極12でH2O電解反応とCO2電解反応が起こり、H2、CO、O2-が生成する。カソード極12で生成したO2-は、電解質11を伝導してアノード極13に移動する。アノード極13では、O2-と電子が結合してO2が生成される。
Next, chemical reactions that occur in the
カソード極12では、電解反応で生成したH2およびCOからCH4が合成される燃料合成反応が起こる。カソード極12で生成したCH4は、燃料合成排ガスとして燃料合成排ガス通路26を介して燃料合成装置10から排出される。燃料合成排ガスに含まれるCH4は、燃料分離部27で分離され、炭化水素燃料として燃料貯蔵部28で貯蔵される。CH4が分離された残りの燃料合成排ガスは、外部に排出される。
At the cathode electrode 12 , a fuel synthesis reaction occurs in which CH4 is synthesized from H2 and CO produced by the electrolysis reaction. CH 4 produced at the
燃料合成装置10のカソード極12では、以下に示すH2O電解反応、CO2電解反応および燃料合成反応が起こる。
At the
〔H2O電解反応〕
H2O+2e-→H2+O2-
〔CO2電解反応1〕
CO2+2e-→CO+O2-
〔CO2電解反応2〕
CO2+H2→CO+H2O
〔燃料合成反応〕
3H2+CO→CH4+H2O
H2O電解反応では、H2Oを電解してH2が生成される。CO2電解反応ではCO2を電解してCOが生成される。CO2電解反応には、CO2電解反応1とCO2電解反応2が含まれている。
[H 2 O electrolytic reaction]
H2O + 2e- →H2 + O2-
[CO 2 electrolysis reaction 1]
CO2 + 2e- →CO+ O2-
[CO 2 electrolysis reaction 2]
CO2 +H2→CO + H2O
[Fuel synthesis reaction]
3H2 + CO→CH4+ H2O
In the H 2 O electrolysis reaction, H 2 O is electrolyzed to produce H 2 . In the CO 2 electrolysis reaction, CO is produced by electrolyzing CO 2 . The CO 2 electrolysis reaction includes CO 2 electrolysis reaction 1 and CO 2 electrolysis reaction 2 .
CO2電解反応2は逆水性ガスシフト反応であり、H2O電解反応で生成したH2が消費されてH2Oが生成される。2種類のCO2電解反応のうち、CO2電解反応2の割合が増えると、H2O電解反応によるH2生成のために電力が多く必要となり、システム効率が低下する。このため、できるだけCO2電解反応2が起こらないようにすることが望ましい。 The CO 2 electrolysis reaction 2 is a reverse water gas shift reaction, in which H 2 produced in the H 2 O electrolysis reaction is consumed and H 2 O is produced. Among the two types of CO 2 electrolysis reactions, if the proportion of CO 2 electrolysis reaction 2 increases, a large amount of electric power is required to generate H 2 by the H 2 O electrolysis reaction, resulting in a decrease in system efficiency. Therefore, it is desirable to prevent CO 2 electrolysis reaction 2 from occurring as much as possible.
燃料合成反応では、H2とCOを用いてCH4が合成される。燃料合成反応では、CH4の合成に伴ってH2Oが副生される。燃料合成反応で生成したH2Oは、H2O電解反応で電解される。燃料合成反応で効率的にCH4を合成するためには、副生するH2Oを速やかに除去することが望ましい。 In the fuel synthesis reaction, H2 and CO are used to synthesize CH4 . In the fuel synthesis reaction, H 2 O is produced as a by-product along with the synthesis of CH 4 . H 2 O produced in the fuel synthesis reaction is electrolyzed in the H 2 O electrolysis reaction. In order to efficiently synthesize CH 4 in the fuel synthesis reaction, it is desirable to quickly remove H 2 O produced as a by-product.
次に、燃料合成装置10のカソード極12の構成について図2を用いて説明する。図2において、左側から右側に向かう方向がH2OおよびCO2からなる原料ガスのガス流れ方向である。ガス流れ方向は、電解質11とカソード極12との境界面に沿っている。
Next, the configuration of the
図2に示すように、カソード極12は、ガス流れ方向に沿って、上流側から順に上流部12a、中流部12bおよび下流部12c、12dが設けられている。下流部12c、12dは、第1下流部12cと、第1下流部12cより下流側に位置する第2下流部12dからなる。上流部12a、中流部12bおよび下流部12c、12dは、複数の金属触媒の構成比率が異なっており、CO2電解反応、H2O電解反応および燃料合成反応の発生割合が異なっている。
As shown in FIG. 2, the
上流部12a、中流部12bおよび下流部12c、12dは、CO2電解反応、H2O電解反応および燃料合成反応のうち、優先的に発生させる反応が異なっている。上流部12aではCO2電解反応が優先される。中流部12bではH2O電解反応が優先される。下流部12c、12dでは燃料合成反応が優先される。
The
上流部12aでは、CO2電解反応で生成するCO、H2O電解反応で生成するH2および燃料合成反応で生成する炭化水素からなる反応生成物のうち、COのモル数が最も大きくなっている。中流部12bでは、CO、H2および炭化水素からなる反応生成物のうち、H2のモル数が最も大きくなっている。下流部12c、12dでは、CO、H2および炭化水素からなる反応生成物のうち、炭化水素のモル数が最も大きくなっている。
In the
図2では、各反応の優先度を「≫」および「>」の不等号を用いて表している。本明細書において、不等号「≫」および「>」は、各反応における反応生成物の生成比率で定義される。「≫」は、左辺に位置する反応の反応生成物のモル数が右辺に位置する反応の反応生成物の2倍以上であることを意味している。「>」は、左辺に位置する反応の反応生成物のモル数が「>」の右辺に位置する反応の反応生成物よりも多いことを意味している。 In FIG. 2, the priority of each reaction is indicated using inequality signs of “>>” and “>”. In the present specification, the inequality signs ">>" and ">" are defined by the production ratio of reaction products in each reaction. ">>" means that the number of moles of the reaction product of the reaction positioned on the left side is two or more times the number of moles of the reaction product of the reaction positioned on the right side. ">" means that the number of moles of the reaction product of the reaction located on the left side is greater than the number of moles of the reaction product of the reaction located on the right side of ">".
上流部12aでは、CO2電解反応≫H2O電解反応>燃料合成反応となっている。つまり、上流部12aでは、CO2電解反応の反応生成物COのモル数はH2O電解反応の反応生成物H2の2倍以上であり、かつ、CO2電解反応の反応生成物COのモル数は燃料合成反応の反応生成物CH4の2倍以上となっている。さらに、上流部12aでは、H2O電解反応の反応生成物H2のモル数は燃料合成反応の反応生成物CH4よりも多くなっている。
In the
上流部12aでは、CO2電解反応の反応生成物COのモル数がCO2電解反応、H2O電解反応および燃料合成反応の反応生成物の合計モル数の50%以上となっている。上流部12aでは、CO2電解反応の反応生成物COのモル数をCO2電解反応、H2O電解反応および燃料合成反応の反応生成物の合計モル数の80%以上とすることが望ましい。
In the
中流部12bでは、H2O電解反応≫燃料合成反応>CO2電解反応となっている。つまり、中流部12bでは、H2O電解反応の反応生成物H2のモル数は燃料合成反応の反応生成物CH4の2倍以上であり、かつ、H2O電解反応の反応生成物H2のモル数はCO2電解反応の反応生成物COの2倍以上となっている。さらに、中流部12bでは、燃料合成反応の反応生成物CH4のモル数はCO2電解反応の反応生成物COよりも多くなっている。
In the
中流部12bでは、H2O電解反応の反応生成物H2のモル数がCO2電解反応、H2O電解反応および燃料合成反応の反応生成物の合計モル数の50%以上となっている。中流部12bでは、H2O電解反応の反応生成物H2のモル数をCO2電解反応、H2O電解反応および燃料合成反応の反応生成物の合計モル数の80%以上とすることが望ましい。
In the
第1下流部12cでは、燃料合成反応>H2O電解反応≫CO2電解反応となっている。つまり、第1下流部12cでは、燃料合成反応の反応生成物CH4のモル数はCO2電解反応の反応生成物COの2倍以上であり、かつ、H2O電解反応の反応生成物H2のモル数はCO2電解反応の反応生成物COの2倍以上となっている。さらに、第1下流部12cでは、燃料合成反応の反応生成物CH4のモル数はH2O電解反応の反応生成物H2よりも多くなっている。
In the first
第1下流部12cでは、燃料合成反応の反応生成物CH4およびH2O電解反応の反応生成物H2の合計モル数がCO2電解反応、H2O電解反応および燃料合成反応の反応生成物の合計モル数の80%以上となっている。第1下流部12cでは、燃料合成反応の反応生成物CH4およびH2O電解反応の反応生成物H2の合計モル数をCO2電解反応、H2O電解反応および燃料合成反応の反応生成物の合計モル数の90%以上とすることが望ましい。
In the first
第2下流部12dでは、燃料合成反応≫H2O電解反応>CO2電解反応となっている。つまり、第2下流部12dでは、燃料合成反応の反応生成物CH4のモル数はH2O電解反応の反応生成物H2の2倍以上であり、かつ、燃料合成反応の反応生成物CH4のモル数はCO2電解反応の反応生成物COの2倍以上となっている。さらに、第2下流部12dでは、H2O電解反応の反応生成物H2のモル数はCO2電解反応の反応生成物COよりも多くなっている。
In the second
第2下流部12dでは、燃料合成反応の反応生成物CH4のモル数がCO2電解反応、H2O電解反応および燃料合成反応の反応生成物の合計モル数の50%以上となっている。第2下流部12dでは、燃料合成反応の反応生成物CH4のモル数をCO2電解反応、H2O電解反応および燃料合成反応の反応生成物の合計モル数の80%以上とすることが望ましい。
In the second
本実施形態では、上流部12a、中流部12b、第1下流部12cおよび第2下流部12dの部位毎に、CO2電解触媒、H2O電解触媒および燃料合成触媒の割合が異なっている。これらの触媒の割合を異ならせることで、上流部12a、中流部12b、第1下流部12cおよび第2下流部12dの部位毎に、CO2電解反応、H2O電解反応および燃料合成反応の各反応生成物の生成比率を異ならせている。
In this embodiment, the proportions of the CO 2 electrocatalyst, H 2 O electrocatalyst, and fuel synthesis catalyst are different for each of the
上流部12aでは、CO2電解触媒、H2O電解触媒および燃料合成触媒の割合を、COのモル数がH2の2倍以上であり、かつ、COのモル数がCH4の2倍以上になるように設定している。さらに、上流部12aでは、H2O電解触媒および燃料合成触媒の割合を、H2のモル数がCH4より多くなるように設定している。
In the
中流部12bでは、CO2電解触媒、H2O電解触媒および燃料合成触媒の割合を、H2のモル数がCH4の2倍以上であり、かつ、H2のモル数がCOの2倍以上になるように設定している。さらに、中流部12bでは、CO2電解触媒および燃料合成触媒の割合を、CH4のモル数がCO2より多くなるように設定している。
In the
第1下流部12cでは、CO2電解触媒、H2O電解触媒および燃料合成触媒の割合を、CH4のモル数がCOの2倍以上であり、かつ、H2のモル数がCOの2倍以上になるように設定している。さらに、第1下流部12cでは、H2O電解触媒および燃料合成触媒の割合を、CH4のモル数がH2より多くなるように設定している。
In the first
第2下流部12dでは、CO2電解触媒、H2O電解触媒および燃料合成触媒の割合を、CH4のモル数がH2の2倍以上であり、かつ、CH4のモル数がCOの2倍以上になるように設定している。さらに、第2下流部12dでは、CO2電解触媒およびH2O電解触媒の割合を、H2のモル数がCOより多くなるように設定している。
In the second
次に、燃料合成装置10のカソード極12にCO2およびH2Oが供給された場合に発生する化学反応について説明する。
Next, chemical reactions that occur when CO 2 and H 2 O are supplied to the
カソード極12の上流部12aでは、CO2電解反応が優先的に発生し、CO2からできるだけ多くのCOが生成される。上流部12aでは、H2O電解反応および燃料合成反応は抑制されている。H2O電解反応は燃料合成反応よりも優先されており、H2Oから少量のH2が生成される。CO2電解反応で生成されたCOと、H2O電解反応で生成された少量のH2と、H2O電解反応に用いられなかった大部分のH2Oは、中流部12bに供給される。
At the
中流部12bでは、H2O電解反応が優先的に発生し、H2Oからできるだけ多くのH2が生成される。中流部12bでは、燃料合成反応およびCO2電解反応は抑制されている。燃料合成反応はCO2電解反応よりも優先されており、COとH2から少量のCH4が合成される。上流部12aから供給されたCOと、中流部12bでH2O電解反応によって生成されたH2は、第1下流部12cに供給される。
In the
第1下流部12cでは、燃料合成反応が優先的に発生し、COとH2からCH4が合成される。第1下流部12cでは、H2O電解反応も優先的に発生し、燃料合成反応で副生したH2Oが電解される。第1下流部12cでは、CO2電解反応は抑制されている。燃料合成反応で合成されたCH4と、燃料合成反応に用いられなかったCOおよびH2は、第2下流部12dに供給される。
In the first
第2下流部12dでは、燃料合成反応が優先的に発生し、COおよびH2からCH4が合成される。第2下流部12dは、第1下流部12cで燃料合成反応に用いられなかった残りのCOおよびH2を用いて燃料合成反応が行われる。
In the second
以上説明した本実施形態の燃料合成装置10では、カソード極12の上流部12a、中流部12bおよび下流部12c、12dで、CO2電解反応、H2O電解反応および燃料合成反応の発生割合を異ならせている。上流部12aでCO2電解反応を優先し、中流部12bでH2O電解反応を優先し、下流部12c、12dでは燃料合成反応を優先している。
In the
これにより、H2O電解反応によるH2生成前に、CO2電解反応によってできるだけ多くのCO2がCOに電解されるようにすることができる。CO2濃度が低下しCO濃度が上昇した状態でH2O電解反応が起こることで、CO2とH2が反応するCO2電解反応2(逆水性ガスシフト反応)の発生を抑制できる。この結果、電解反応2によるH2消費を抑制でき、H2生成に用いられる電力消費を抑制でき、燃料合成効率を向上させることができる。
This allows as much CO 2 as possible to be electrolyzed to CO by the CO 2 electrolysis reaction before H 2 is produced by the H 2 O electrolysis reaction. Since the H 2 O electrolysis reaction occurs in a state where the CO 2 concentration is decreased and the CO concentration is increased, the CO 2 electrolysis reaction 2 (reverse water gas shift reaction) in which CO 2 reacts with H 2 can be suppressed. As a result, H 2 consumption by
また、第1下流部12cおよび第2下流部12dでは燃料合成反応を優先することで、上流部12aで生成したCOと、中流部12bで生成したH2を用いて燃料合成を効率的に行うことができる。
In addition, by prioritizing the fuel synthesis reaction in the first
また、第1下流部12cでは、燃料合成反応の次にH2O電解反応を優先している。これにより、燃料合成反応とH2O電解反応が同時に発生し、燃料合成反応で副生するH2OをH2O電解反応によってH2に電解することができる。この結果、燃料合成反応で副生するH2Oを速やかに除去することができ、燃料合成効率を向上させることができる。
Further, in the first
また、第1下流部12cの下流側に、燃料合成反応を優先する第2下流部12dを設けている。これにより、第2下流部12dでは、第1下流部12cで燃料合成反応に用いられなかった未反応のCOおよびH2を用いて燃料合成反応を行うことができ、燃料合成効率を向上させることができる。
Further, a second
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本第2実施形態では、上記第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the invention will be described. In the second embodiment, only parts different from the first embodiment will be described.
図3に示すように、本第2実施形態では、複数の電力供給装置14a~14cが設けられている。第1電力供給装置14aは、カソード極12の上流部12aとアノード極13の間に電圧を印加する。第2電力供給装置14bは、カソード極12の中流部12bとアノード極13の間に電圧を印加する。第3電力供給装置14cは、カソード極12の第1下流部12cおよび第2下流部12dとアノード極13の間に電圧を印加する。これらの電力供給装置14a~14cは、制御装置29によって制御される。
As shown in FIG. 3, in the second embodiment, a plurality of
各電力供給装置14a~14cは、それぞれ異なる電圧を印加することができる。CO2電解反応とH2O電解反応は、それぞれ効果的な電圧が異なっている。第1電力供給装置14aは、CO2電解反応に適した電圧を印加する。第2電力供給装置14bは、H2O電解反応に適した電圧を印加する。第3電力供給装置14cは、H2O電解反応に適した電圧を印加する。
Each
CO2電解反応に適した電圧をCO2電解電圧ともいい、H2O電解反応に適した電圧をH2O電解電圧ともいう。CO2電解電圧は、H2O電解電圧よりも高い電圧である。具体的には、CO2電解電圧は1.0~2.5Vとすることが望ましく、1.0~1.4Vとすることがより望ましい。H2O電解電圧は0.9~2.4Vとすることが望ましく、0.9~1.3Vとすることがより望ましい。 A voltage suitable for CO 2 electrolysis reaction is also called CO 2 electrolysis voltage, and a voltage suitable for H 2 O electrolysis reaction is also called H 2 O electrolysis voltage. The CO2 electrolysis voltage is a higher voltage than the H2O electrolysis voltage. Specifically, the CO 2 electrolysis voltage is desirably 1.0 to 2.5V, more desirably 1.0 to 1.4V. The H 2 O electrolysis voltage is preferably 0.9-2.4V, more preferably 0.9-1.3V.
以上説明した本第2実施形態によれば、複数の電力供給装置14a~14cを設け、カソード極12の上流部12a、中流部12bおよび下流部12c、12dに対し、それぞれで優先する化学反応に適した電圧を印加している。これにより、上流部12aではCO2電解反応を効率よく進行させることができる。中流部12b、第1下流部12cおよび第2下流部12dではH2O電解反応を効率よく進行させることができる。
According to the second embodiment described above, a plurality of
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本第3実施形態では、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the invention will be described. In the third embodiment, only parts different from the above embodiments will be described.
図4に示すように、本第3実施形態では、複数の電解質11、15が設けられている。図4に示す例では、2つの電解質11、15がカソード極12の両側に設けられている。第1電解質11はCO2電解反応用の電解質として設定され、第2電解質15はH2O電解反応用の電解質として設定されている。
As shown in FIG. 4, a plurality of
第2電解質15は、第1電解質11よりも厚みが薄くなっている。燃料合成反応では、H2の必要モル数はCOの3倍となり、H2O電解反応で生成するO2-のモル数もCO2電解反応で生成するO2-の3倍となる。H2O電解反応ではCO2電解反応よりも多くのO2-が生成するため、カソード極12で生成したO2-を効率よく第2電解質15を伝導させる必要がある。そこで、本第3実施形態では、第2電解質15の厚みを薄くすることで、H2O電解反応で生成したO2-を効率よく伝導させている。
The
第1電解質11におけるカソード極12の反対側には第1アノード極13が設けられている。第2電解質15におけるカソード極12の反対側には第2アノード極16が設けられている。
A
本第3実施形態においても、上記第2実施形態と同様、複数の電力供給装置14a~14cが設けられている。第1電力供給装置14aは、カソード極12の上流部12aと第1アノード極13の間に電圧を印加する。第2電力供給装置14bは、カソード極12の中流部12bと第2アノード極16の間に電圧を印加する。第3電力供給装置14cは、カソード極12の下流部12c、12dと第2アノード極16の間に電圧を印加する。
Also in the third embodiment, a plurality of
以上説明した本第3実施形態では、複数の電解質11、15を設け、第1電解質11をCO2電解反応用の電解質とし、第2電解質15をH2O電解反応用の電解質としている。これにより、各電解質11、15をCO2電解反応あるいはH2O電解反応に適した構成とすることができ、各反応の効率を向上させることができる。
In the third embodiment described above, a plurality of
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について説明する。本第4実施形態では、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the invention will be described. In the fourth embodiment, only parts different from the above embodiments will be described.
図5に示すように、本第4実施形態では、カソード極12に複数のガス分離膜12e~12hが設けられている。複数のガス分離膜12e~12hは、第1ガス分離膜12eと、第2ガス分離膜12fと、第3ガス分離膜12gと、第4ガス分離膜12hとを含んでいる。
As shown in FIG. 5, in the fourth embodiment, the
第1ガス分離膜12eは、上流部12aのガス流れ方向下流側に設けられている。第2ガス分離膜12fは、中流部12bのガス流れ方向下流側に設けられている。第3ガス分離膜12gは、第1下流部12cのガス流れ方向下流側に設けられている。第4ガス分離膜12hは、第2下流部12dのガス流れ方向下流側に設けられている。なお、第1ガス分離膜12eが上流部ガス分離膜に相当し、第2ガス分離膜12fが中流部ガス分離膜に相当し、第3ガス分離膜12gおよび第4ガス分離膜12hが下流部ガス分離膜に相当している。
The first
第1ガス分離膜12eは、上流部12aと中流部12bの間に挟まれている。第2ガス分離膜12fは、中流部12bと第1下流部12cの間に挟まれている。第3ガス分離膜12gは、第1下流部12cと第2下流部12dの間に挟まれている。
The first
ガス分離膜12e~12hは、特定種類のガスの透過を制限する機能を備えている。第1ガス分離膜12eは、CO2の透過を制限する。第2ガス分離膜12f、第3ガス分離膜12gおよび第4ガス分離膜12hは、H2Oの透過を制限する。
The
ガス分離膜12e~12hは、例えばメソポーラスシリカによって構成することができる。メソポーラスシリカは、分離したいガス種に応じた細孔を選択することで、ガス分離膜12e~12hとして好適に用いることができる。
The
以上説明した本第4実施形態によれば、上流部12aでは、第1ガス分離膜12eによってCO2が下流側に流れることを制限される。これにより、上流部12aでは、CO2電解反応を効率よく行うことができる。
According to the fourth embodiment described above, in the
また、中流部12b、第1下流部12cおよび第2下流部12dでは、第2ガス分離膜12f、第3ガス分離膜12gおよび第4ガス分離膜12hによってH2Oが下流側に流れることを制限される。これにより、中流部12b、第1下流部12cおよび第2下流部12dでは、H2O電解反応を効率よく行うことができる。
In the
(他の実施形態)
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified as follows without departing from the scope of the present invention. Moreover, the means disclosed in each of the above embodiments may be appropriately combined within the practicable range.
例えば、上記各実施形態では、燃料合成装置10で合成する炭化水素としてメタンを例示したが、異なる種類の炭化水素を合成するようにしてもよい。カソード極12で用いる触媒の種類や反応温度を異ならせることで、合成する炭化水素の種類を異ならせることができる。異なる種類の炭化水素としては、例えばメタンよりも炭素原子数が多いエタンやプロパン等の炭化水素、アルコールやエーテルのような酸素原子を含んだ炭化水素を例示できる。
For example, in each of the above embodiments, methane was exemplified as the hydrocarbon synthesized by the
また、上記各実施形態では、カソード極12の内部圧力を大気圧程度としたが、カソード極12の内部圧力を大気圧よりも高圧としてもよい。カソード極12の内部圧力を高くすることで、H2O電解反応、CO2電解反応および燃料合成反応の反応速度を速くすることができ、システム効率を高めることができる。
Further, in each of the above embodiments, the internal pressure of the
カソード極12の内部圧力を高圧にするためには、例えば燃料合成排ガス通路26にカソード極12の内部圧力を調整するための背圧調整弁を設ければよい。そして、H2O供給通路21からH2Oを大気圧より高圧の状態で供給し、CO2供給通路24からCO2をを大気圧より高圧の状態で供給することで、カソード極12の内部圧力を高圧にすることができる。さらに、燃料合成装置10を耐圧構造とすることが望ましい。カソード極12の内部圧力を高圧にする場合の上限値は100気圧程度にすることが望ましい。
In order to make the internal pressure of the
また、第2実施形態において、電解質11の厚みをカソード極12の上流部12a、中流部12bおよび下流部12c、12dに応じて異ならせてもよい。中流部12bで優先されるH2O電解反応ではCO2電解反応よりも多くのO2-が生成するため、カソード極12で生成したO2-を効率よく第2電解質15を伝導させる必要がある。このため、電解質11における中流部12bに対応する部位の厚みを上流部12aに対応する部位より薄くすることで、O2-を効率よく伝導させることができる。
Further, in the second embodiment, the thickness of the
10 燃料合成装置、11 電解質、12 カソード極、12a 上流部、12b 中流部、12c 下流部(第1下流部)、12d 下流部(第2下流部)、12e 第1ガス分離膜(上流部ガス分離膜)、12f 第2ガス分離膜(中流部ガス分離膜)、12g 第3ガス分離膜(下流部ガス分離膜)、12h 第4ガス分離膜(下流部ガス分離膜)、13 アノード極、14 電力供給装置、14a 第1電力供給装置、14b 第2電力供給装置、15 第2電解質、20 H2O貯蔵部(H2O供給部)、22 H2Oポンプ(H2O供給部)、23 CO2貯蔵部(CO2供給部)、25 圧力調整弁(CO2供給部) 10 fuel synthesizer, 11 electrolyte, 12 cathode, 12a upstream, 12b midstream, 12c downstream (first downstream), 12d downstream (second downstream), 12e first gas separation membrane (upstream gas separation membrane), 12f second gas separation membrane (midstream gas separation membrane), 12g third gas separation membrane (downstream gas separation membrane), 12h fourth gas separation membrane (downstream gas separation membrane), 13 anode, 14 power supply, 14a first power supply, 14b second power supply, 15 second electrolyte, 20 H2O reservoir ( H2O supply), 22 H2O pump ( H2O supply) , 23 CO 2 storage (CO 2 supply), 25 pressure regulating valve (CO 2 supply)
Claims (14)
前記燃料合成装置に電力を供給する電力供給装置(14)と、
前記カソード極にH2Oを供給するH2O供給部(20、22)と、
前記カソード極にCO2を供給するCO2供給部(23、25)と、
を備え、
前記カソード極では、前記H2O供給部から供給されたH2Oおよび前記CO2供給部から供給されたCO2が所定のガス流れ方向に流れるようになっており、
前記カソード極では、H2Oを電解してH2を生成するH2O電解反応と、CO2を電解してCOを生成するCO2電解反応と、前記H2と前記COとを用いて炭化水素を合成する燃料合成反応とが発生し、
前記カソード極には、前記H2O電解反応を促進するH2O電解触媒と、前記CO2電解反応を促進するCO2電解触媒と、前記燃料合成反応を促進する燃料合成触媒とを含む複数種類の触媒が設けられており、
前記カソード極の前記ガス流れ方向の上流部(12a)、中流部(12b)および下流部(12c、12d)の部位毎に、前記複数種類の触媒に含まれる前記CO2電解触媒、前記H2O電解触媒および前記燃料合成触媒の割合がそれぞれ異なっており、
前記上流部では、前記CO2電解反応で生成するCO、前記H2O電解反応で生成するH2および前記燃料合成反応で生成する炭化水素からなる反応生成物のうち、COのモル数が最も大きくなっており、前記中流部では、前記反応生成物のうち、H2のモル数が最も大きくなっており、前記下流部では、前記反応生成物のうち、炭化水素のモル数が最も大きくなっているエネルギ変換システム。 A fuel having an electrolyte (11, 15) having oxygen ion conductivity, a cathode (12) provided on one side of said electrolyte, and an anode (13, 16) provided on the other side of said electrolyte. a synthesizer (10);
a power supply (14) for supplying power to the fuel synthesizer;
H 2 O supply units (20, 22) for supplying H 2 O to the cathode;
CO 2 supply units (23, 25) for supplying CO 2 to the cathode;
with
At the cathode electrode, H 2 O supplied from the H 2 O supply unit and CO 2 supplied from the CO 2 supply unit flow in a predetermined gas flow direction,
At the cathode, the H 2 O electrolysis reaction for electrolyzing H 2 O to produce H 2 , the CO 2 electrolysis reaction for electrolyzing CO 2 to produce CO, and the H 2 and CO A fuel synthesis reaction that synthesizes hydrocarbons occurs,
The cathode includes a H 2 O electrocatalyst that promotes the H 2 O electrolysis reaction, a CO 2 electrocatalyst that promotes the CO 2 electrolysis reaction, and a fuel synthesis catalyst that promotes the fuel synthesis reaction. Catalysts of different types are provided,
The CO 2 electrocatalyst and the H 2 contained in the plurality of types of catalysts are added to each of the upstream portion ( 12 a ), the midstream portion ( 12 b ), and the downstream portion ( 12 c, 12 d ) of the cathode in the gas flow direction. the proportions of the O electrocatalyst and the fuel synthesis catalyst are different,
In the upstream portion, the number of moles of CO is the largest among the reaction products consisting of CO generated in the CO 2 electrolysis reaction, H 2 generated in the H 2 O electrolysis reaction, and hydrocarbons generated in the fuel synthesis reaction. Among the reaction products, the number of moles of H 2 is the largest in the midstream portion, and the number of moles of hydrocarbons among the reaction products is the largest in the downstream portion. energy conversion system.
前記第1下流部では、前記燃料合成反応で生成する炭化水素のモル数が前記CO2電解反応で生成するCOの2倍以上であり、かつ、前記H2O電解反応で生成するH2のモル数が前記CO2電解反応で生成するCOの2倍以上である請求項1ないし5のいずれか1つに記載のエネルギ変換システム。 The downstream portion includes a first downstream portion (12c) and a second downstream portion (12d) located downstream of the first downstream portion,
In the first downstream portion, the number of moles of hydrocarbons produced in the fuel synthesis reaction is at least twice the number of CO produced in the CO 2 electrolysis reaction, and the number of moles of H 2 produced in the H 2 O electrolysis reaction is 6. The energy conversion system according to any one of claims 1 to 5, wherein the number of moles is at least twice that of CO produced in the CO2 electrolysis reaction.
前記第1電力供給装置の印加電圧と、前記第2電力供給装置の印加電圧が異なっている請求項1ないし9のいずれか1つに記載のエネルギ変換システム。 The power supply device includes a first power supply device (14a) that applies voltage to the upstream portion of the cathode and a second power supply device (14b) that applies voltage to the midstream portion of the cathode. contains
10. The energy conversion system according to any one of claims 1 to 9, wherein the applied voltage of the first power supply and the applied voltage of the second power supply are different.
複数の前記電解質は、前記CO2電解反応に用いられる第1電解質(11)と、前記H2O電解反応に用いられる第2電解質(15)とを含んでいる請求項1ないし10のいずれか1つに記載のエネルギ変換システム。 A plurality of the electrolytes are provided with the cathode interposed therebetween,
11. The plurality of electrolytes according to any one of claims 1 to 10, comprising a first electrolyte (11) used for the CO2 electrolysis reaction and a second electrolyte (15) used for the H2O electrolysis reaction. 1. An energy conversion system according to claim 1.
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|---|---|---|---|---|
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013119556A (en) | 2011-12-06 | 2013-06-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Fuel fabrication method and fuel fabrication equipment |
| JP2014152219A (en) | 2013-02-07 | 2014-08-25 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Fuel synthesis system and operation method thereof |
| US20180086984A1 (en) | 2016-09-27 | 2018-03-29 | University Of South Carolina | Direct Synthesis Of Hydrocarbons From Co-Electrolysis Solid Oxide Cell |
-
2019
- 2019-07-18 JP JP2019132351A patent/JP7147705B2/en active Active
-
2020
- 2020-07-09 DE DE102020208604.4A patent/DE102020208604B4/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013119556A (en) | 2011-12-06 | 2013-06-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Fuel fabrication method and fuel fabrication equipment |
| JP2014152219A (en) | 2013-02-07 | 2014-08-25 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Fuel synthesis system and operation method thereof |
| US20180086984A1 (en) | 2016-09-27 | 2018-03-29 | University Of South Carolina | Direct Synthesis Of Hydrocarbons From Co-Electrolysis Solid Oxide Cell |
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