特開 2024-101216 炭素固定・水素生成システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024101216

(43)【公開日】2024-07-29

(54)【発明の名称】炭素固定・水素生成システム

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/12 20060101AFI20240722BHJP

   C01B 32/05 20170101ALI20240722BHJP

   C01F 5/14 20060101ALI20240722BHJP

   C10J 3/00 20060101ALI20240722BHJP

【ＦＩ】

C01B3/12

C01B32/05

C01F5/14

C10J3/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023005083

(22)【出願日】2023-01-17

(71)【出願人】

【識別番号】506213382

【氏名又は名称】アンヴァール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098729

【弁理士】

【氏名又は名称】重信 和男

(74)【代理人】

【識別番号】100204467

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 好文

(74)【代理人】

【識別番号】100148161

【弁理士】

【氏名又は名称】秋庭 英樹

(74)【代理人】

【識別番号】100195833

【弁理士】

【氏名又は名称】林 道広

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 重利

【テーマコード（参考）】

4G076

4G146

【Ｆターム（参考）】

4G076AA10

4G076AB24

4G076BA11

4G076BC10

4G076BG02

4G076CA01

4G076DA30

4G146AA01

4G146AB01

4G146BA32

(57)【要約】

【課題】バイオ炭の生成時における二酸化炭素の排出を抑制しつつ、バイオ炭を活用して高効率で水素を生成可能な炭素固定・水素生成システムを提供する。
【解決手段】バイオマスからバイオ炭を生成するバイオ炭生成装置１００と、バイオ炭生成装置１００で生成された未燃焼ガス中の二酸化炭素をマグネシウムと反応させる燃焼装置５と、燃焼装置５で生成された酸化マグネシウムとバイオ炭生成装置１００で生成されたバイオ炭と水を反応室６０で反応させて水素を生成させる水素生成装置６と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バイオマスからバイオ炭を生成するバイオ炭生成装置と、
前記バイオ炭生成装置で生成された未燃焼ガス中の二酸化炭素をマグネシウムと反応させる燃焼装置と、
前記燃焼装置で生成された酸化マグネシウムと前記バイオ炭生成装置で生成された前記バイオ炭と水を反応室で反応させて水素を生成させる水素生成装置と、
を備えることを特徴とする炭素固定・水素生成システム。

【請求項2】

前記バイオ炭生成装置で生成された未燃焼ガス中の一酸化炭素を酸素と反応させて二酸化炭素に変換する一酸化炭素変換装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の炭素固定・水素生成システム。

【請求項3】

前記バイオ炭生成装置で生成された未燃焼ガス中の二酸化炭素と一酸化炭素を分離する分離手段を有していることを特徴とする請求項２に記載の炭素固定・水素生成システム。

【請求項4】

前記分離手段は、ナノポーラス材であることを特徴とする請求項３に記載の炭素固定・水素生成システム。

【請求項5】

前記バイオ炭生成装置で生成された未燃焼ガス中の一酸化炭素と二酸化炭素を前記反応室に供給することを特徴とする請求項１に記載の炭素固定・水素生成システム。

【請求項6】

前記バイオ炭は、前記燃焼装置に供給可能であり、当該燃焼装置で生成された酸化マグネシウムと前記バイオ炭を前記反応室に供給することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の炭素固定・水素生成システム。

【請求項7】

前記酸化マグネシウムと前記バイオ炭は、粉末状であり、
前記酸化マグネシウムと前記バイオ炭を混合させた状態で前記反応室に供給する流路を備えることを特徴とする請求項６に記載の炭素固定・水素生成システム。

【請求項8】

前記燃焼装置で生成された酸化マグネシウムと一酸化炭素を前記反応室に供給することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の炭素固定・水素生成システム。

【請求項9】

前記燃焼装置は、前記二酸化炭素と前記マグネシウムの反応を利用して回転されるガスタービンを有し、
前記流路は、前記ガスタービンのケーシングに設けられることを特徴とする請求項７に記載の炭素固定・水素生成システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バイオ炭を活用した炭素固定・水素生成システムに関する。

【背景技術】

【0002】

木材や竹材等のバイオマスに含まれる炭素は、光合成により大気中の二酸化炭素が固定されたものであるが、バイオマスを自然界に放置しておくと微生物等により分解され、二酸化炭素として再び大気中に放出されてしまう。そこで、バイオマスを炭化して木炭や竹炭等のバイオ炭とすることにより、燃料として燃焼利用しない限り、半永久的に炭素固定することができる。

【0003】

バイオ炭は、バイオマスを燃焼しない水準に管理された酸素濃度の下で加熱することにより生成され、生成時に発生する未燃焼ガスには、主に二酸化炭素と一酸化炭素が多量に含有されている。一酸化炭素は、人体にとって有毒であることから、一般的には作業者に影響がないように二酸化炭素と共に大気中に放出されているが、一酸化炭素をメタンに改質して回収する試みも行われている（特許文献１参照）。

【0004】

また、バイオ炭は、燃料として燃焼利用する以外に、二酸化炭素を発生させない活用方法として、農用地等の土壌改良のために土壌に混ぜ込む、あるいは地中に埋設することにより、微生物等により分解されない状態で炭素を貯留する、いわゆる炭素貯留が行われている（特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４－２７７４８５号公報（第３頁～第５頁、第２図）

【特許文献2】特開２０２２－１５３０１２号公報（第１２頁、第２図）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、バイオ炭を農用地等の土壌に施用する場合、農用地の面積や作物に合わせた施用量やｐＨ調整等の管理を行う必要があるだけでなく、バイオ炭が土壌に半永久的に残留することからバイオ炭の品質等も厳しく管理される必要があることから、大規模な活用への障壁となっている。また、カーボンニュートラルの観点から、バイオ炭の生成時に発生する未燃焼ガスの新たな処理・回収技術とともに、新たなバイオ炭の活用方法の開発が求められている。

【0007】

発明者らは、バイオ炭の生成時に放出される未燃焼ガス中を炭素固定システムに導入して積極的に炭素固定するとともに、バイオ炭を次世代エネルギ資源である水素生成に活用することにより、カーボンニュートラルに大きく寄与できる炭素固定・水素生成システムを構築できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

【0008】

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、バイオ炭の生成時における二酸化炭素の排出を抑制しつつ、バイオ炭を活用して高効率で水素を生成可能な炭素固定・水素生成システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記課題を解決するために、本発明の炭素固定・水素生成システムは、
バイオマスからバイオ炭を生成するバイオ炭生成装置と、
前記バイオ炭生成装置で生成された未燃焼ガス中の二酸化炭素をマグネシウムと反応させる燃焼装置と、
前記燃焼装置で生成された酸化マグネシウムと前記バイオ炭生成装置で生成された前記バイオ炭と水を反応室で反応させて水素を生成させる水素生成装置と、
を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、バイオ炭生成装置で生成された未燃焼ガス中の二酸化炭素を燃焼装置でマグネシウムと反応させて炭素固定を行うことにより、バイオ炭生成に伴う二酸化炭素の排出を抑制することができるとともに、水素生成装置の反応室において、バイオ炭生成装置で生成されたバイオ炭と水蒸気の水性ガス反応により水素と一酸化炭素を生成し、さらに水性ガス反応に付随して起こる一酸化炭素と水との水性ガスシフト反応により生成される二酸化炭素は、酸化マグネシウムと水蒸気の水和反応により生成される水酸化マグネシウムに吸収され炭酸マグネシウムとして炭素固定されるため、二酸化炭素の排出を抑制しつつ、水性ガス反応および水性ガスシフト反応が平衡状態となることを防止し反応を生成系に偏らせることにより高効率で水素を生成することができる。

【0010】

前記バイオ炭生成装置で生成された未燃焼ガス中の一酸化炭素を酸素と反応させて二酸化炭素に変換する一酸化炭素変換装置を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、バイオ炭生成装置で生成された未燃焼ガス中の一酸化炭素を一酸化炭素変換装置により二酸化炭素に変換し、燃焼装置でマグネシウムと反応させて炭素固定を行うことにより、バイオ炭生成装置で生成された未燃焼ガスから炭素をより多く固定することができる。

【0011】

前記バイオ炭生成装置で生成された未燃焼ガス中の二酸化炭素と一酸化炭素を分離する分離手段を有していることを特徴としている。
この特徴によれば、一酸化炭素変換装置において、高濃度の一酸化炭素を二酸化炭素に効率よく変換することができる。

【0012】

前記分離手段は、ナノポーラス材であることを特徴としている。
この特徴によれば、未燃焼ガス中の二酸化炭素と一酸化炭素を常温で分離することができる。

【0013】

前記バイオ炭生成装置で生成された未燃焼ガス中の一酸化炭素と二酸化炭素を前記反応室に供給することを特徴としている。
この特徴によれば、バイオ炭生成装置で生成された未燃焼ガス中の一酸化炭素と二酸化炭素の混合ガスを反応室に供給することにより、一酸化炭素が二酸化炭素とマグネシウムの燃焼反応に悪影響を与えることないため、バイオ炭生成装置と反応室の間のガス供給構造を簡素に構成することができる。

【0014】

前記バイオ炭は、前記燃焼装置に供給可能であり、当該燃焼装置で生成された酸化マグネシウムと前記バイオ炭を前記反応室に供給することを特徴としている。
この特徴によれば、燃焼装置における二酸化炭素中でのマグネシウムの燃焼反応により得られる１０００℃以上の反応熱により高温状態となったバイオ炭を水素生成装置にそのまま供給することができ、高温状態で反応性の高いバイオ炭を水蒸気と即座に反応させることができるため、言い換えれば水素生成装置内で水性ガス反応のためにバイオ炭を再加熱する必要がなく、水蒸気と即座に反応させることができるため、水素の生成効率を高めることができる。

【0015】

前記酸化マグネシウムと前記バイオ炭は、粉末状であり、
前記酸化マグネシウムと前記バイオ炭を混合させた状態で前記反応室に供給する流路を備えることを特徴としている。
この特徴によれば、粉末状のバイオ炭の中心まで温度が高温となっておりバイオ炭はガス化しやすく、流路から水素生成装置に供給されて即座に水蒸気と水性ガスシフト反応させることができるとともに、酸化マグネシウムと水蒸気の水和反応も促進することができる。

【0016】

前記燃焼装置で生成された酸化マグネシウムと一酸化炭素を前記反応室に供給することを特徴としている。
この特徴によれば、燃焼装置における二酸化炭素中でのマグネシウムの燃焼反応により得られる１０００℃以上の反応熱を水素生成装置における水性ガス反応に有効利用することができる。さらに、燃焼装置において二酸化炭素がマグネシウムと完全に反応しない場合に生じる一酸化炭素を水素生成装置における水性ガスシフト反応に利用して水素を生成することができるため、水素の生成効率を高めることができる。

【0017】

前記燃焼装置は、前記二酸化炭素と前記マグネシウムの反応を利用して回転されるガスタービンを有し、
前記流路は、前記ガスタービンのケーシングに設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、タービンの回転を利用してケーシング内に捕集された高温状態のバイオ炭や酸化マグネシウムをケーシングに設けられる流路から水素生成装置に直接供給することができるため、バイオ炭の温度低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施例１における炭素固定・水素生成システムを示す概要図である。

【図2】実施例における燃焼装置を示す模式図である。

【図3】実施例における水素生成装置を示す模式図である。

【図4】本発明の実施例２における炭素固定・水素生成システムを示す概要図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明は、バイオ炭の生成時に放出される未燃焼ガス中の二酸化炭素（ＣＯ_２）を燃焼装置でマグネシウム（Ｍｇ）と反応させて炭素固定を行うことにより、バイオ炭生成時における二酸化炭素の排出を抑制することができるとともに、水素生成装置において、燃焼装置で生成される酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と、バイオ炭生成装置で生成されたバイオ炭と水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を反応させることで、二酸化炭素（ＣＯ_２）の排出を抑制しつつ、高効率で水素（Ｈ_２）を生成することが可能であることを見出し、これを契機とするものである。尚、バイオ炭生成装置で生成されるバイオ炭は、水分、揮発分、灰分（ミネラル）等の不純物を除いた残りの固定炭素が５０％以上、好ましくは７０％以上、さらに好ましくは８５％以上の木炭や竹炭であることが好ましい。また、バイオ炭の原料となるバイオマスは、針葉樹または広葉樹の木材やブリケット、竹材に限らず、樹皮、ヤシガラ、稲わら、もみ殻、廃棄紙、バイオ燃料の製造後の残渣等のような他のバイオマスであってもよい。

【0020】

本発明に係る炭素固定・水素生成システムを実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

【実施例0021】

本実施例１の炭素固定・水素生成システム１は、図１に示されるように、電解装置２と、低温焼成装置３と、還元装置４と、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５（燃焼装置）と、Ｈ_２生成装置６（水素生成装置）と、Ｈ_２回収装置７と、バイオ炭生成装置１００と、ＣＯ変換装置１０１（一酸化炭素変換装置）と、から主に構成されており、バイオ炭生成装置１００で生成される未燃焼ガス中のＣＯ_２だけでなく、未燃焼ガスから分離された一酸化炭素（ＣＯ）をＣＯ変換装置１０１において酸素（Ｏ_２）と反応させて変換したＣＯ_２をＭｇ／ＣＯ_２発電装置５でＭｇと燃焼反応させて炭素固定を行うとともに、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５における燃焼反応により生成された１０００℃以上の高温状態のＭｇＯと、バイオ炭生成装置１００で生成されたバイオ炭をＨ_２生成装置６に供給することにより、Ｈ_２生成装置６で生成されるＣＯ_２をＭｇＯに吸着させＣＯ_２の排出を抑制しつつ、高効率でＨ_２を生成するものである。さらに、炭素固定・水素生成システム１は、バイオ炭生成装置１００で生成されたバイオ炭をＭｇ／ＣＯ_２発電装置５に供給し、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５で生成されたＭｇＯとバイオ炭をＨ_２生成装置６にそのまま供給することにより、高温状態で反応性の高いバイオ炭を水蒸気と即座に反応させて、Ｈ_２の生成効率を向上させるものである。

【0022】

電解装置２においては、海水を電解して水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）を生成する。

【0023】

低温焼成装置３においては、電解装置２で得られたＭｇ（ＯＨ）_２に後述するＭｇ／ＣＯ_２発電装置５で発生した熱（６００℃）を与えて熱分解させ（反応式１参照）、ＭｇＯを生成する。
Ｍｇ（ＯＨ）_２→ＭｇＯ＋Ｈ_２Ｏ・・・（反応式１）

【0024】

還元装置４においては、ＣａＣ_２を還元剤として、低温焼成装置３で得られたＭｇＯの還元反応を行わせ（反応式２参照）、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５の反応に利用されるＭｇを生成する。尚、還元装置４において用いられる還元剤はＣａＣ_２に限らず、ＭｇＯを還元できるものであれば、他の還元剤であってもよい。
ＭｇＯ＋ＣａＣ_２→Ｍｇ＋ＣａＯ＋２Ｃ・・・（反応式２）

【0025】

ＭｇＯの還元反応に必要なエネルギは、例えばパルスパワー波によって与えることができ、不活性ガスおよび還元性ガスの雰囲気下でパルスパワー波を照射することにより、ＭｇＯの還元効率を高めることができる。不活性ガスとしては、アルゴンガス、ネオンガス、ヘリウムガス、窒素ガス等を挙げることができる。還元性ガスとしては、ＣａＣ_２との反応性が低い一酸化炭素（ＣＯ）が用いられることが好ましく、パルスパワー波の照射によりＭｇＯがプラズマ化して発生する副産物としての酸素（Ｏ_２）とＣＯが反応してＣＯ_２が発生する。尚、還元性ガスとしてのＣＯには、後述する反応式４によって得られたＣＯを回収したものや、バイオ炭生成装置１００で生成される未燃焼ガス中から分離されたＣＯが利用されてもよい。また、ＭｇＯの還元反応に必要なエネルギは、パルスパワー波によって与えられるものに限らず、例えば高温に加熱することによって与えられてもよい。

【0026】

Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５においては、還元装置４や後述する低温焼成装置８で得られるＣＯ_２に加えて、バイオ炭生成装置１００で生成される未燃焼ガスからナノポーラス材により構成される図示しない分離手段により吸着分離されたＣＯ_２だけでなく、分離手段を通過して分離されたＣＯをＣＯ変換装置１０１においてＯ_２と反応させて変換したＣＯ_２（下記反応式３参照）をＭｇと反応させ（下記反応式４，５参照）、炭素の固定が行われる。尚、ＣＯ_２とＭｇの反応は、発熱反応である。
２ＣＯ＋Ｏ_２→２ＣＯ_２・・・（反応式３）

【0027】

詳しくは、例えば火力発電所で生じた排気等、ＣＯ_２リッチな気体に含まれるＣＯ_２をＭｇと反応させると、ＣＯ_２はＭｇとは完全に反応せずＣＯが一部生じ、反応熱の温度が約１５００℃～約２０００℃となる（反応式４参照）。
Ｍｇ＋ＣＯ_２→ＭｇＯ＋ＣＯ・・・（反応式４）

【0028】

また、ＣＯ_２濃度が高濃度、例えば９５％以上である場合には、ＣＯ_２はＭｇと略完全に反応し、ＭｇＯと炭素（Ｃ）とが生成されＣＯは生成されず、反応熱の温度が約３０００℃以上となる（反応式５参照）。ＣＯ_２とＭｇの反応の観点からはＣＯ_２濃度が１００％であることが好ましい。本実施例においては、反応熱の温度が約２０００℃～約３０００℃となるようにＣＯ_２濃度が調整されることが好ましい。尚、ＣＯ_２濃度は、バイオ炭生成装置１００で生成される未燃焼ガスから上述した分離手段であるナノポーラス材を通過して分離されたＣＯや、例えば他のナノポーラス材を用いて未燃焼ガスから分離された窒素（Ｎ_２）を導入することにより行われてもよい。
２Ｍｇ＋ＣＯ_２→２ＭｇＯ＋Ｃ・・・（反応式５）

【0029】

尚、上述した分離手段を構成するナノポーラス材とは、様々な金属イオンとそれらを連結する架橋性の有機配位子を組み合わせることで、内部に空間（ポーラス）を持つ結晶性の高分子構造が形成されたものであり、金属－有機構造体（ｍｅｔａｌ―ｏｒｇａｎｉｃ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ；ＭＯＦ）とも呼ばれる。尚、ＭＯＦを構成する金属イオンは、周期表における略全ての金属が適用可能であるが、コバルトイオン（Ｃｏ^２＋）、ニッケルイオン（Ｎｉ^２＋）、銅イオン（Ｃｕ^２＋）、亜鉛イオン（Ｚｎ^２＋）等が多く用いられる。また、有機配位子は、酸素ドナー性配位子、窒素ドナー性配位子が多く用いられ、例えばテレフタル酸、４，４’－ビピリジル、イミダゾール等が挙げられる。さらに、ＭＯＦを構成する金属イオンと有機配位子の組み合わせは、１：１のものに限らず、複数種類の金属イオンを含むＭＯＦや、複数種類の有機配位子を１つの結晶構造に含むＭＯＦであってもよい。ＣＯ_２を吸着可能なＭＯＦとしては、例えばＨＫＵＳＴ－１、ＺＩＦ－８、ＭＯＦ－１７７等が挙げられる。本実施例１において用いたナノポーラス材は、ＳｙｎｃＭＯＦ社製のＭＯＦであり、２９８ＫにおいてＣＯ_２が吸着され、ＣＯが全く吸着されない特性を有しており、ナノポーラス材にＣＯ_２／ＣＯ混合ガスを通過させることでＣＯを高純度で得ることができる。また、当該ナノポーラス材に吸着されたＣＯ_２は、減圧や昇温を行うことにより脱離させることができる。

【0030】

Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５では、反応を利用して回転されるタービン４２（ガスタービン，図２参照）を利用して、発電が行われている。

【0031】

尚、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５で生成されたＣは、約２０００℃～約３０００℃で焼成されることにより、黒鉛化されている。また、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５で生成されたＣは、主にｓｐ^２混成軌道による結合を有しており、Ｈ_２をほとんど含有していない。すなわち、Ｈ_２の含有量は極微量またはゼロである。詳しくは、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５で生成されたＣは、炭素原子間においてｓｐ^２混成軌道による結合とｓｐ^３混成軌道による結合が混在するアモルファス構造を一部有しており、ｓｐ^３混成軌道による結合の割合は１％～５０％程度となっており、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５の燃焼状態にもよるが当該割合は好ましくは１％～１０％である。

【0032】

また、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５には、バイオ炭生成装置１００で生成されたバイオ炭が供給されており、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５で生成されたＭｇＯとバイオ炭を混合状態でＨ_２生成装置６に供給することにより、高温状態で反応性の高いバイオ炭を水蒸気（Ｈ_２Ｏ）と即座に反応させることができる。尚、Ｈ_２生成装置６には、バイオ炭だけでなく、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５で生成されたＣが、ＭｇＯやバイオ炭と一緒に供給されてもよい。

【0033】

Ｈ_２生成装置６においては、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５で生成された１０００℃以上の高温状態のＭｇＯとバイオ炭（Ｃ）を水蒸気（Ｈ_２Ｏ）と反応させ（下記反応式６～９参照）、Ｈ_２の生成が行われる。尚、水蒸気の一部には、低温焼成装置３において上述した反応式１によって得られたＨ_２Ｏを回収したものが利用されてもよい。
ＭｇＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）_２・・・（反応式６）
Ｃ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ_２・・・（反応式７）
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２・・・（反応式８）
Ｍｇ（ＯＨ）_２＋ＣＯ_２→ＭｇＣＯ_３＋Ｈ_２Ｏ・・・（反応式９）

【0034】

反応式６で示されるＭｇＯとＨ_２Ｏとの水和反応は、発熱反応である。反応式７で示されるバイオ炭（Ｃ）とＨ_２Ｏとの水性ガス反応は、９００℃以上の高温が必要な吸熱反応である。反応式８で示されるＣＯとＨ_２Ｏとの水性ガスシフト反応は、発熱反応である。反応式９で示されるＭｇ（ＯＨ）_２によるＣＯ_２の吸収は、発熱反応である。反応式６，８，９の発熱反応により放出される熱は、反応式７で示される水性ガス反応やＨ_２生成装置６内の温度維持に使われる。

【0035】

Ｈ_２生成装置６において生成されたＨ_２は、Ｈ_２回収装置７に供給される。また、Ｈ_２生成装置６において生成された炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３）は、低温焼成装置８に供給される。

【0036】

低温焼成装置８においては、Ｈ_２生成装置６で生成されたＭｇＣＯ_３にＭｇ／ＣＯ_２発電装置５で発生した熱（３５０℃以上）を与えて熱分解させ（反応式１０参照）、ＭｇＯを生成する。
ＭｇＣＯ_３→ＭｇＯ＋ＣＯ_２・・・（反応式１０）

【0037】

低温焼成装置８において生成されたＭｇＯは、還元装置４やＨ_２生成装置６に供給されることにより、Ｍｇの生成（反応式２参照）やＨ_２の生成（上記反応式６～９参照）に利用される。

【0038】

尚、電解装置２において、電解によりＭｇ（ＯＨ）_２が回収された海水には、同時に炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）が回収されることにより炭酸ガス（重炭酸イオン）が含まれていないため、該海水に還元装置４や低温焼成装置８で発生したＣＯ_２やＨ_２生成装置６でＭｇ（ＯＨ）_２により吸着しきれなかったＣＯ_２の一部を吸収させることにより、炭素を固定してもよい（点線矢印参照）。

【0039】

次いで、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５について図２を用いて詳しく説明する。図２に示されるように、本実施例のＭｇ／ＣＯ_２発電装置５は、還元装置４において還元反応に必要なエネルギをパルスパワー波によって与えることで発生したＣＯ_２リッチな導入気体Ａ１を用いて炭素固定および発電が可能となっている。

【0040】

Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５は、ＣＯ_２をＭｇと反応させる反応室３０と、ＣＯ_２リッチな導入気体Ａ１を圧縮して反応室３０に供給する供給手段２０と、反応室３０内にパルスパワー波を照射する第２パルスパワー波照射器３１と、反応室３０から供給された気体Ａ４のエネルギを用いて発電する発電手段４０と、発電手段４０の下流側に配設されＣＯ_２とＣＯを分離可能なセパレータ５１と、セパレータ５１によりＣＯが分離されたＣＯ_２を含む気体Ａ９を供給手段２０に供給する循環手段８０と、発電手段４０により発電にエネルギが使用された残気体Ａ１０を排出する排出手段９０と、を備えている。尚、以降の説明において、還元装置４側を上流側、排出手段９０の後述する第８連通路９１側を下流側として説明する。

【0041】

まず、供給手段２０について説明する。供給手段２０は、上流側から順に、還元装置４の下流側に連結された第１連通路２１と、第１連通路２１内にパルスパワー波を照射する第１パルスパワー波照射器２２と、第１連通路２１の下流側に配設された冷却器２３と、冷却器２３の下流側に配設された第２連通路２４と、第２連通路２４の下流側に連結された軸流式の圧縮機２５と、圧縮機２５の下流側および反応室３０の上流側に連結された第３連通路２６と、から主に構成されている。

【0042】

第１連通路２１は、還元装置４ばかりでなく、後述する循環手段８０の逆止弁８２とも連結されており、逆止弁８２から第１連通路２１内に気体Ａ９が流入可能となっている。

【0043】

第１パルスパワー波照射器２２は、第１連通路２１内かつ後述する逆止弁８２との合流箇所よりも上流側に配置されたプラグ２２ａから第１パルスストリーマ放電を実行可能となっている。本実施例では、第１パルスパワー波照射器２２は、半値幅８０ｎｓの高電圧を繰り返し動作で発生可能であり、充電電圧を２０ｋＶ、放電電流を１７０Ａとし、電源を５ｐｐｓ（Ｐｕｌｓｅｓ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）で運転させることで、第１パルスパワー波を照射し、第１パルスストリーマ放電を生じせしめる。このように、短パルス、高電圧小電流、短サイクルで運転させ、グロー放電やアーク放電とならないようにすることが肝要である。尚、本実施例においては、パルスパワー波によって与えることで発生したＣＯ_２リッチかつ不純物が少ない導入気体Ａ１が用いられることから、第１パルスパワー波照射器２２は配設されなくてもよい。また、導入気体Ａ１の温度によっては、冷却器２３も配設されなくてもよい。

【0044】

反応室３０は、高耐熱かつ高耐圧に形成されており、図示しない投入口から粉末状のＭｇを投入可能となっている。尚、投入するＭｇは粉末以外の形状例えばフレーク状、バー状であってもよい。また、反応室３０には、図示しない別の投入口から粉末状のバイオ炭を投入可能となっている。投入するバイオ炭は粉末以外の形状例えばフレーク状、バー状であってもよい。

【0045】

また、反応室３０内には、第２パルスパワー波照射器３１のプラグ３１ａが配置されており、反応室３０内で第２パルスストリーマ放電を実行可能となっている。また、反応室３０内の下流側には、ガスタービン発電装置４１のタービン４２が配置されている。本実施例では、第２パルスパワー波照射器３１は、半値幅４０ｎｓの高電圧を繰り返し動作で発生可能であり、充電電圧を１００ｋＶ、放電電流を１７０Ａとし、電源を１０ｐｐｓで運転させることで、第２パルスパワー波を照射し、第２パルスストリーマ放電を生じせしめる。このように、短パルス、高電圧小電流、短サイクルで運転させ、グロー放電やアーク放電とならないようにすることが肝要である。

【0046】

発電手段４０は、反応室３０内でＣＯ_２とＭｇとが反応することで発生した高温高圧の気体Ａ４を用いて発電可能なガスタービン発電装置４１を有している。ガスタービン発電装置４１は、高温高圧の気体Ａ４の圧力により回転されるタービン４２と、タービン４２の回転に応じて発電可能な発電装置４３と、から主に構成されている。

【0047】

セパレータ５１は、反応室３０の下流側に連結された第４連通路５０の下流側に配設されている。また、セパレータ５１の下流側には、気体Ａ７からＣＯが回収された気体Ａ８が流入する第５連通路７０と、回収したＣＯによりＣＯ濃度が高い気体Ａ１１が流入する第７連通路７１がそれぞれ連結されている。また、第７連通路７１の下流側には、ＣＯの貯蔵タンク７２が連結されている。

【0048】

循環手段８０は、上述した第５連通路７０と、第５連通路７０の下流側に連結された三方向弁Ｖと、三方向弁Ｖの一方の下流側に連結された第６連通路８１と、第６連通路８１の下流側に連結された逆止弁８２と、から主に構成されている。

【0049】

排出手段９０は、上述した第５連通路７０と、三方向弁Ｖと、三方向弁Ｖの他方の下流側に連結され、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５の外部に連通する第８連通路９１と、から主に構成されている。尚、図２では、三方向弁Ｖの第８連通路９１が連結されている弁が閉弁状態となっている。

【0050】

次に、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５の動作について説明する。還元装置４で得られたＣＯ_２リッチな導入気体Ａ１は、第１連通路２１に流入される。導入気体Ａ１は、ＣＯ_２濃度が約７０％以上であり、ＣＯ_２以外にも、窒素（Ｎ_２）、水素（Ｈ_２）、酸素（Ｏ_２）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）等が含まれている。また、導入気体Ａ１の温度は、３００℃程度であり、単位時間当たりの流量は、０．１×１０^－４ｍ^３／ｓである。

【0051】

矢印で示されるように、第１連通路２１内に導入された導入気体Ａ１は、第１パルスパワー波照射器２２のプラグ２２ａから連続的に照射され続けている第１パルスストリーマ放電により発生している非熱平衡プラズマにより、導入気体Ａ１に含まれるＨ_２、Ｏ_２、Ｈ_２Ｏ等の反応が促進され不純物がさらに少なくなる。尚、導入気体Ａ１には、バイオ炭生成装置１００で生成され分離手段により分離されたＣＯ_２やＣＯ変換装置１０１でＣＯから変換されたＣＯ_２が混合されてもよいし、バイオ炭生成装置１００で生成され分離手段により分離されたＣＯ_２のみであってもよく、さらに、他の装置から導入されるＣＯ_２リッチな気体であってもよい。また、バイオ炭生成装置１００で生成された未燃焼ガス中の水素（Ｈ_２）や炭化水素等の不純物は、予め分離されていてもよいし、第１パルスストリーマ放電により発生している非熱平衡プラズマによる反応によって処理されてもよい。

【0052】

導入気体Ａ１は、矢印で示されるように、冷却器２３に導出されて冷却され、約３０℃程度の気体Ａ２となる。気体Ａ２は、矢印で示されるように、第２連通路２４を通過した後、圧縮機２５により圧縮される。

【0053】

矢印で示されるように、圧力約２．０ＭＰａ、単位時間当たり流量５．０×１０^－５ｍ^３／ｓの圧縮・加圧された気体Ａ３が第３連通路２６を通過して粉末状のＭｇやバイオ炭が投入されている反応室３０に流入する。反応室３０内では第２パルスパワー波照射器３１のプラグ３１ａから短時間の第２パルスストリーマ放電が行われ、反応室３０内に非熱平衡プラズマが発生する。この非熱平衡プラズマにより、気体Ａ３に含まれるＣＯ_２とＭｇが直接反応し、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、炭素（Ｃ）、一酸化炭素（ＣＯ）等が生成されることを確認した。すなわち、ＣＯ_２の炭素固定がなされ、気体Ａ３のＣＯ_２濃度が低減された。

【0054】

この反応により、反応熱が発生し、反応室３０内の温度が約２０００℃～約３０００℃となった。第２パルスパワー波照射を停止した以降にも、反応室３０内に気体Ａ３が流入することで、ＣＯ_２とＭｇとが連続的に反応することが観察された。

【0055】

このように、ＭｇとＣＯ_２とがまだ反応していない状態では、第２パルスストリーマ放電をトリガーとしてＭｇとＣＯ_２とを反応させることが可能であり、ＭｇとＣＯ_２との反応が開始して以降の反応については、発生する高温の反応熱により連続的に反応させ続けることができる。

【0056】

また、ＣＯ_２とＭｇとの反応により、気体Ａ３の温度が急激に上昇することに伴って、気体Ａ３が急激に膨張するため、高温高圧の気体Ａ４となり、下流側に噴出される。

【0057】

気体Ａ４は、矢印で示されるように、反応室３０の下流側からセパレータ５１に流入しようとする。このとき、気体Ａ４は、反応室３０とセパレータ５１との間に配設されているガスタービン発電装置４１のタービン４２を回転させる。この気体Ａ４の通過に伴いタービン４２が回転されることにより、ガスタービン発電装置４１の発電装置４３による発電が行われる。

【0058】

セパレータ５１では、気体Ａ７に含まれるＣＯが分離されるため、高濃度のＣＯが含まれる気体Ａ１１と、ＣＯが分離された残りの気体である気体Ａ８に分離される。高濃度のＣＯが含まれる気体Ａ１１は、矢印で示されるように、第７連通路７１を通じて貯蔵タンク７２に封入される。

【0059】

一方、ＣＯが分離された残りの気体である気体Ａ８は、矢印で示されるように、第５連通路７０に導出される。第５連通路７０には、気体Ａ８に含まれるＣＯ_２濃度を測定可能な図示しない濃度センサが設けられており、ＣＯ_２濃度が一定（本実施例では、１０ｖｏｌ％）以上である気体Ａ９の場合には、三方向弁Ｖの第８連通路９１側が閉弁状態となり、第５連通路７０および第６連通路８１側が開弁状態となる。これにより、気体Ａ９は、矢印で示されるように、三方向弁Ｖ、第６連通路８１および逆止弁８２を通じて、第１連通路２１に導出され、導入気体Ａ１と共に上述したサイクルが繰り返し行われることとなる。

【0060】

また、ＣＯ_２濃度が一定（本実施例では、１０ｖｏｌ％）未満である残気体Ａ１０の場合には、三方向弁Ｖの第６連通路８１側が閉弁状態となり、第５連通路７０および第８連通路９１側が開弁状態となる。これにより、残気体Ａ１０は、点線矢印で示されるように、三方向弁Ｖおよび第８連通路９１を通じて外部に排出される。

【0061】

次いで、Ｈ_２生成装置６について図２および図３を用いて詳しく説明する。図２および図３に示されるように、本実施例のＨ_２生成装置６は、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５から供給されるＭｇＯ、バイオ炭（Ｃ）およびＣＯが含有される気体Ａ５と水蒸気を用いて水素生成および炭素固定が可能となっている。

【0062】

Ｈ_２生成装置６は、ＭｇＯ、バイオ炭（Ｃ）およびＣＯを水蒸気と反応させる反応室６０と、ＭｇＯ、ＣおよびＣＯを含む気体Ａ５を反応室６０に供給するフィーダ６１（図３参照）と、反応室６０内に１００℃程度の高温の水蒸気を噴射する水蒸気噴射器６２（図３参照）と、反応室６０の下流側に配設されＣＯ_２とＨ_２を分離可能なセパレータ１０と、セパレータ１０によりＣＯ_２が分離されたＨ_２を含む気体Ａ６を回収するＨ_２回収装置７と、を備えている。尚、以降の説明において、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５側を上流側、Ｈ_２回収装置７側を下流側として説明する。

【0063】

次に、Ｈ_２生成装置６の動作について説明する。Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５を構成するガスタービン発電装置４１のタービン４２を回転させる気体Ａ４には、反応室３０における反応により生成され主にＭｇＯとＣおよびバイオ炭からなるＭｇＯ粒子とＣ粒子が含まれており、タービン４２の動翼やタービン４２を被覆するケーシング４４に形成される図示しない静翼に衝突したＭｇＯ粒子とＣ粒子は、さらに細かい微粒子状に粉砕された状態で気体Ａ５と共にケーシング４４と一体に設けられる流路４５内に誘導され、１０００℃以上の高温状態でＨ_２生成装置６の反応室６０に供給される。尚、反応室３０における反応により生成されたＭｇＯ粒子とＣ粒子を複数回採取して光学顕微鏡および電子顕微鏡を用いた画像解析法によりＭｇＯ粒子とＣ粒子の粒子径を測定したところ、気体Ａ５に含まれＨ_２生成装置６の反応室６０に供給されるＭｇＯ粒子の粒子径は４μｍ～１１０μｍの範囲、Ｃ粒子の粒子径は１０μｍ～３５０μｍの範囲であった。また、粒度分布（個数基準分布）の算術平均による平均粒子径は、ＭｇＯ粒子が５０μｍ～６０μｍ、Ｃ粒子が８０μｍ～１１０μｍであった。また、ＭｇＯ粒子の形状は、アスペクト比が小さい粒状であり、Ｃ粒子の形状は、アスペクト比が小さい粒状のものと、ＭｇＯ粒子と比べてアスペクト比が大きい鱗片状のものが混在していた。粒状のＣ粒子は、バイオ炭由来であり、鱗片状Ｃ粒子は、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５の反応室３０における燃焼反応により生成されたＣ由来であると推測される。バイオ炭由来のＣ粒子の形状は、バイオマスに由来するポーラス構造を成しており、燃焼反応により生成されたＣ由来のＣ粒子の形状は、詳細には平面状に結合された炭素原子の薄層が積層構造を成しており、積層方向の寸法が最も小さい鱗片状であった。また、バイオ炭由来のＣ粒子の方が、燃焼反応により生成されたＣ由来のＣ粒子よりも粒子径が大きい傾向が観察された。

【0064】

尚、ＭｇＯ粒子の平均粒子径は、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５の反応室３０に投入される粉末状のＭｇの平均粒子径に依存しており、予めＭｇの平均粒子径を反応室３０において生成されるＣ粒子の平均粒子径に近づけておく、例えばＭｇの平均粒子径を８０～１１０μｍとすることにより、後述するＨ_２生成装置６の反応室６０における反応性を高めるようにしてもよい。また、Ｃ粒子の形状および平均粒子径は、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５の反応室３０におけるＣＯ_２濃度や反応熱の温度だけでなく、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５を構成する反応室３０、タービン４２、ケーシング４４等の形状や寸法によっても変化することから、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５の稼働が安定した段階で反応室３０において生成されたＣ粒子を採取し、Ｃ粒子の平均粒子径を測定することにより、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５の反応室３０に投入されるＭｇの平均粒子径を決定してもよい。

【0065】

また、Ｈ_２生成装置６においては、反応室６０で起こる反応による内部圧力の変化を測定しフィードバック制御を行うことにより、フィーダ６１によるＭｇＯ、バイオ炭（Ｃ）およびＣＯの供給量と水蒸気噴射器６２による水蒸気の噴射量が調整される。これにより、Ｈ_２生成装置６の反応室６０において、安定してＨ_２生成を行うことができる。尚、反応室６０の内部圧力に加えて内部温度やＣＯ濃度、特に温度を制御パラメータに加えると一層よい。

【0066】

反応室６０の入り口においては、先ず１０００℃以上の高温状態のバイオ炭（Ｃ）と水蒸気の水性ガス反応によりＨ_２とＣＯが生成される。また、反応室６０の入り口では、ＣＯ_２濃度が低いため、ＭｇＯが水蒸気と反応してＭｇ（ＯＨ）_２となる。尚、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５で生成されたＭｇＯは２０００℃～３０００℃の高温で焼成されることにより、塩基点が減少しており、ＣＯ_２吸収能が低下しているが、反応室６０に供給された直後に水蒸気との反応によりＭｇ（ＯＨ）_２となることで、ＣＯ_２吸収能を高めることができる。

【0067】

次に、気体Ａ５に含まれるＣＯおよび水性ガス反応による生成物であるＣＯと水蒸気との水性ガスシフト反応によりＨ_２とＣＯ_２が生成される。水性ガスシフト反応により生成されたＣＯ_２は、Ｍｇ（ＯＨ）_２に吸収されＭｇＣＯ_３として炭素固定される。さらに、気体Ａ５に含まれるＣＯによって反応室６０内のＣＯ濃度が高められるため、水性ガスシフト反応が促進され、Ｈ_２の生成が効率よく行われる。

【0068】

この反応により、反応室６０内のＣＯ_２濃度が所定値以下に維持される。また、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５で生成された１０００℃以上の高温状態のＭｇＯとバイオ炭（Ｃ）が供給されてくることで、反応室６０内のＣＯが略全てＨ_２とＣＯ_２になることが観察された。これは、Ｍｇ（ＯＨ）_２によるＣＯ_２吸収によって、水性ガス反応および水性ガスシフト反応が平衡状態となることを防止し反応を生成系、すなわちＨ_２の生成方向に偏らせたことによるものと推測される。

【0069】

また、Ｍｇ（ＯＨ）_２は、化学量論的にＣＯ_２を吸収するため、所定量のＣＯ_２を吸収すると吸収能が低下するが、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５が稼働している間、生成されたＭｇＯとバイオ炭（Ｃ）が反応室６０内に供給され続けるため、水蒸気の供給が滞ることなく行われれば、Ｍｇ（ＯＨ）_２によるＣＯ_２の吸収が常時行われ、Ｈ_２生成装置６内におけるＣＯ_２濃度の上昇が抑制され、安定してＨ_２生成が行われる。尚、反応室６０内に供給されるバイオ炭は、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５で生成されたものに限らず、バイオ炭生成装置１００で生成されたバイオ炭が直接供給されてもよい。この場合、バイオ炭は、水蒸気との水性ガス反応の効率を高める観点から、バイオ炭生成装置１００によりバイオ炭生成時の９００℃以上に加熱されたものがバイオ炭生成装置１００から反応炉につながる搬送コンベアにより供給されることが好ましい。

【0070】

また、Ｈ_２生成装置６にセパレータ１０を介してＨ_２回収装置７が接続されることにより、気体Ａ６に含まれる高純度のＨ_２の回収が常時行われ、Ｈ_２生成装置６内におけるＨ_２濃度が所定値以下に維持される。これにより、Ｈ_２の生成がさらに効率よく行われる。尚、セパレータ１０は、Ｈ_２生成装置６で生成されたＣＯ_２とＨ_２を分離可能である。セパレータ１０としては、例えばＨ_２分離膜やＣＯ_２吸着材が用いられる。

【0071】

以上説明したように、本実施例１の炭素固定・水素生成システム１は、Ｈ_２生成装置６の反応室６０において、バイオ炭（Ｃ）と水蒸気の水性ガス反応によりＨ_２とＣＯを生成し、さらに水性ガス反応に付随して起こるＣＯと水蒸気との水性ガスシフト反応により生成されるＣＯ_２は、ＭｇＯと水蒸気の水和反応により生成されるＭｇ（ＯＨ）_２に吸収されＭｇＣＯ_３として炭素固定されるため、ＣＯ_２の排出を抑制しつつ、水性ガス反応および水性ガスシフト反応が平衡状態となることを防止し反応を生成系に偏らせることにより高効率でＨ_２を生成することができる。

【0072】

また、本実施例１の炭素固定・水素生成システム１は、バイオ炭生成装置１００で生成された未燃焼ガス中のＣＯ_２をＭｇ／ＣＯ_２発電装置５でＭｇと反応させて炭素固定を行うことにより、バイオ炭生成に伴うＣＯ_２の排出を抑制することができる。

【0073】

さらに、本実施例１の炭素固定・水素生成システム１は、バイオ炭生成装置１００で生成された未燃焼ガス中のＣＯをＯ_２と反応させてＣＯ_２に変換するＣＯ変換装置１０１を備えることにより、バイオ炭生成装置１００で生成された未燃焼ガス中のＣＯをＣＯ_２に変換し、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５でＭｇと反応させて炭素固定を行うことにより、バイオ炭生成装置１００で生成された未燃焼ガスから炭素をより多く固定することができる。

【0074】

また、本実施例１の炭素固定・水素生成システム１は、バイオ炭生成装置１００で生成された未燃焼ガス中のＣＯ_２とＣＯを分離するナノポーラス材により構成される図示しない分離手段を有していることにより、未燃焼ガス中のＣＯ_２とＣＯを常温で分離することが可能であり、ＣＯ変換装置１０１において、高濃度のＣＯをＣＯ_２に変換して、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５に供給することができる。

【0075】

また、本実施例１の炭素固定・水素生成システム１は、バイオ炭をＭｇ／ＣＯ_２発電装置５に供給可能であり、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５におけるＣＯ_２中でのＭｇの燃焼反応により得られる１０００℃以上（２０００℃～３０００℃）の反応熱により高温状態となったバイオ炭をＨ_２生成装置６にそのまま供給することができ、高温状態で反応性の高いバイオ炭を水蒸気と即座に反応させることができる。言い換えれば、Ｈ_２生成装置６内で水性ガス反応のためにバイオ炭を再加熱する必要がなく、水蒸気と即座に反応させることができるため、Ｈ_２の生成効率を高めることができる。

【0076】

また、本実施例の炭素固定・水素生成システム１は、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５において、ＣＯ_２がＭｇと完全に反応しない場合に生じるＣＯをＨ_２生成装置６の反応室６０における水性ガスシフト反応に利用してＨ_２を生成することができるため、Ｈ_２の生成効率を高めることができる。尚、水性ガスシフト反応により生成されるＣＯ_２は、Ｍｇ（ＯＨ）_２に吸収され、水性ガスシフト反応を生成系に偏らせることができるため、水性ガス反応が反応系に偏ることが防止されている。

【0077】

また、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５において生成されるＭｇＯとＣは、粉末状であり、さらに、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５に供給されるバイオ炭も粉末状であることにより、ＭｇＯとバイオ炭（Ｃ）を混合させた状態で流路４５からＨ_２生成装置６における反応室６０に供給することにより、粉末状のバイオ炭（Ｃ）の中心まで温度が高温となっておりバイオ炭（Ｃ）はガス化しやすく、流路４５からＨ_２生成装置６における反応室６０に供給されて即座に水蒸気と水性ガスシフト反応させることができるとともに、ＭｇＯと水蒸気の水和反応も促進することができる。

【0078】

また、流路４５は、ガスタービン発電装置４１のタービン４２を被覆するケーシング４４に設けられることにより、タービン４２の回転を利用してケーシング４４内に捕集された高温状態のＭｇＯやバイオ炭（Ｃ）を気体Ａ５と共に流路４５からＨ_２生成装置６における反応室６０に直接供給することができるため、バイオ炭（Ｃ）の温度低下を抑制することができる。

【0079】

また、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５において約２０００℃～約３０００℃で焼成されることにより生成されるＣは、黒鉛化されていることにより、Ｈ_２生成装置６における水蒸気との反応性が高まり、Ｈ_２の生成効率を高めることができる。具体的には、黒鉛化されているＣは、平面状に結合された薄層の積層構造を有し、この薄層の層間に水分子が入り込むことにより、反応性が高まると考えられる。また、黒鉛化されているＣは、薄層の層間が弱いファンデルワールス力で結合されているため、薄層が剥離しやすく、剥離されることで表面積が大きくなり、水蒸気と反応しやすくなっていると考えられる。

【0080】

さらに、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５において約２０００℃～約３０００℃の高温にさらされたバイオ炭は、水分や揮発分がさらに少ない状態となることにより、Ｈ_２生成装置６における水蒸気との反応性が高まり、Ｈ_２の生成効率を高めることができる。また、バイオ炭は、そのポーラス構造により、比表面積が大きくなっており、水蒸気と反応しやすくなっていると考えられる。

【0081】

また、Ｈ_２生成装置６における反応室６０では、ＭｇＯと水蒸気の水和反応により生成されるＭｇ（ＯＨ）_２によりＣＯ_２の吸収を行うため、ＣＯ_２吸収材として知られるＣａＯ等と比べて比較的低温（３００℃～５００℃程度）で反応させることができる。

【0082】

また、バイオ炭に含まれる微量の灰分（カルシウム，マグネシウム等のミネラル成分）がバイオ炭を構成する炭素成分の極近傍に存在していることから、Ｈ_２生成装置６における水蒸気との反応（上記反応式６参照）により、灰分の酸化物からＣａ（ＯＨ）_２やＭｇ（ＯＨ）_２等が生成され、ＣＯ_２の吸収反応（上記反応式９参照）が起こりやすくなることにより、Ｈ_２の生成時におけるＣＯ_２の排出量を抑制することができる。

【0083】

また、Ｈ_２生成装置６において生成されたＭｇＣＯ_３を低温焼成装置８において熱分解させてＭｇＯを生成し、これを還元装置４におけるＭｇの生成や、Ｈ_２生成装置６におけるＨ_２の生成に再利用することにより循環させるマグネシウムルーピングにより、本発明の炭素固定・水素生成システム１から排出される廃棄物を少なくすることができる。尚、図１に示されるように、低温焼成装置８においてＭｇＣＯ_３の熱分解によりＭｇＯと共に生成されたＣＯ_２（反応式１０参照）は、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５に供給されることにより、Ｍｇの生成（反応式４，５参照）に利用することができる。

【0084】

さらに、本発明に係る炭素固定・水素生成システム１は、システム上流のＭｇ／ＣＯ_２発電装置５におけるＭｇの燃焼反応によりＣＯ_２を炭素固定し、これにより生成されたＭｇＯとＣをシステム下流のＨ_２生成装置６におけるＨ_２生成の材料として利用し、ＣＯ_２の排出を抑制しつつ、高効率でクリーンなＨ_２を生成することが可能となるものである。

【0085】

尚、本実施例１においては、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５とＨ_２生成装置６にそれぞれバイオ炭を供給する態様について説明したが、これに限らず、バイオ炭はＭｇ／ＣＯ_２発電装置５とＨ_２生成装置６のいずれか一方に供給されるように構成してもよい。

【0086】

また、本実施例１においては、バイオ炭生成装置１００で生成された未燃焼ガス中からＣＯとＣＯ_２を分離手段により分離し、ＣＯ_２は、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５に供給し、ＣＯは、ＣＯ変換装置１０１によりＣＯ_２に変換してＭｇ／ＣＯ_２発電装置５に供給する態様について説明したが、これに限らず、未燃焼ガス中のＣＯは、還元装置４に供給して還元性ガスとして利用してもよいし、別途回収して化成品の原材料として使用してもよい。

【0087】

また、バイオ炭生成装置１００で生成された未燃焼ガス中からＣＯとＣＯ_２を分離する分離手段は、ナノポーラス材により構成されるものに限らず、吸着材や触媒、その他の分離手法によるものであってもよい。

【0088】

また、本実施例１においては、バイオ炭をＭｇ／ＣＯ_２発電装置５に供給して高温状態となったＭｇＯとバイオ炭をＨ_２生成装置６にそのまま供給する態様について説明したが、これに限らず、例えばバイオ炭生成装置１００におけるバイオマスの炭化温度が９００℃以上の高温で行われる場合、バイオ炭生成装置１００にＭｇＯを供給して９００℃以上に加熱されたバイオ炭とＭｇＯをＨ_２生成装置６に供給するように構成されてもよい。

【実施例0089】

次に、実施例２に係る炭素固定・水素生成システムにつき、図４を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成の説明を省略する。

【0090】

本実施例２の炭素固定・水素生成システム２０１は、図４に示されるように、バイオ炭生成装置１００にフィルタ１０２が設けられている点で前記実施例１と相違する。詳しくは、バイオ炭生成装置１００で生成される未燃焼ガス中に含まれる水素（Ｈ_２）や炭化水素等の不純物をフィルタ１０２により分離し、ＣＯとＣＯ_２の混合ガスをＭｇ／ＣＯ_２発電装置５に供給し、ＣＯ_２をＭｇと燃焼反応させて炭素固定を行うものである。尚、バイオ炭生成装置１００からフィルタ１０２を通して供給される混合ガス中のＣＯは、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５に供給される気体Ａ３のＣＯ_２濃度を若干低下させるものの、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５におけるＣＯ_２とＭｇの燃焼反応に悪影響を与えることなくＭｇ／ＣＯ_２発電装置５を通過した後、セパレータ５１により分離され、貯蔵タンク７２に封入される（図２参照）。

【0091】

このように、バイオ炭生成装置１００とＭｇ／ＣＯ_２発電装置５の間のガス供給構造を簡素に構成することができる。また、バイオ炭生成装置１００で生成される未燃焼ガスから、予めＨ_２や炭化水素等の不純物をフィルタ１０２により分離しておくことにより、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５におけるＣＯ_２とＭｇの燃焼反応を円滑に行うことができる。

【0092】

以上、本発明の実施例１，２を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

【0093】

例えば、前記実施例では、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５において、ＣＯ_２中でＭｇを燃焼させることにより１０００℃以上の高温状態となったバイオ炭（Ｃ）をＨ_２生成装置６にそのまま供給する態様について説明したが、これに限らず、Ｈ_２生成装置６に供給されるまでにバイオ炭（Ｃ）の温度が低下した場合には、水性ガス反応に必要な９００℃以上に再加熱してもよい。

【0094】

また、前記実施例では、ガスタービン発電装置４１のタービン４２を被覆するケーシング４４にＨ_２生成装置６へＭｇＯとＣを供給する流路４５が設けられる態様について説明したが、これに限らず、例えば、タービン４２よりも下流の第４連通路５０にＨ_２生成装置６へ繋がる分岐路を設け、整流板等によりＭｇＯとバイオ炭（Ｃ）を分離して分岐路を経由してＨ_２生成装置６へ供給するようにしてもよい。

【0095】

また、Ｈ_２生成装置６において生成された炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３）は、別途回収してコンクリートの骨材等として使用してもよい。

【0096】

また、前記実施例では、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５における燃焼反応により生成された１０００℃以上の高温状態のＭｇＯと、バイオ炭生成装置１００で生成されたバイオ炭をＨ_２生成装置６に供給することにより、Ｈ_２生成装置６で生成されるＣＯ_２をＭｇＯに吸着させＣＯ_２の排出を抑制しつつ、高効率でＨ_２を生成する形態について説明したが、これに限らず、Ｈ_２生成装置６にＭｇＯとバイオ炭が供給される反応室６０とは別に、還元装置４における還元反応（反応式２参照）により生成されたＣａＯとバイオ炭が供給される反応室を設けて水蒸気（Ｈ_２Ｏ）と反応させ（下記反応式１１～１４参照）、Ｈ_２の生成を行うようにしてもよい。
ＣａＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）_２・・・（反応式１１）
Ｃ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ_２・・・（反応式１２）
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２・・・（反応式１３）
Ｃａ（ＯＨ）_２＋ＣＯ_２→ＣａＣＯ_３＋Ｈ_２Ｏ・・・（反応式１４）

【0097】

尚、反応式１１で示されるＣａＯとＨ_２Ｏとの水和反応は、発熱反応である。反応式１２で示されるＣとＨ_２Ｏとの水性ガス反応は、９００℃以上の高温が必要な吸熱反応である。反応式１３で示されるＣＯとＨ_２Ｏとの水性ガスシフト反応は、発熱反応である。反応式１４で示されるＣａ（ＯＨ）_２によるＣＯ_２の吸収は、発熱反応である。反応式１１におけるＣａＯとＨ_２Ｏとの水和反応により熱が発生し、ＣａＯを用いたＨ_２生成用の反応室内に一連の反応に必要な熱が供給されるため、外部から熱を与える必要がなく、還元装置４における還元反応により生成されるＣａＯをそのまま利用することができる。

【0098】

このように、Ｍｇ／ＣＯ_２発電装置５における燃焼反応により生成されたＭｇＯと、還元装置４における還元反応により生成されるＣａＯを利用してそれぞれＨ_２生成を行うことにより、各Ｈ_２生成に伴って発生するＣＯ_２をＭｇＯとＣａＯに吸着させＣＯ_２の排出を抑制しつつ、さらに高効率でＨ_２を生成することができる。