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特開2024-31641アルカリ液に溶解した二酸化炭素を放出する方法およびそのための装置、ならびに排ガスから二酸化炭素を回収する方法およびそのためのシステム
(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】P2024031641
(43)【公開日】2024-03-07
(54)【発明の名称】アルカリ液に溶解した二酸化炭素を放出する方法およびそのための装置、ならびに排ガスから二酸化炭素を回収する方法およびそのためのシステム
(51)【国際特許分類】
B01D 61/44 20060101AFI20240229BHJP
C01B 32/50 20170101ALI20240229BHJP
B01J 31/10 20060101ALI20240229BHJP
C25B 9/23 20210101ALI20240229BHJP
C25B 9/00 20210101ALI20240229BHJP
C25B 3/26 20210101ALI20240229BHJP
B01D 61/46 20060101ALI20240229BHJP
B01D 53/62 20060101ALI20240229BHJP
B01D 53/78 20060101ALI20240229BHJP
B01D 53/96 20060101ALI20240229BHJP
【ＦＩ】
B01D61/44 500
C01B32/50 ZAB
B01J31/10 M
C25B9/23
C25B9/00 G
C25B3/26
B01D61/46 510
B01D53/62
B01D53/78
B01D53/96
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022135312
(22)【出願日】2022-08-26
(71)【出願人】
【識別番号】504173471
【氏名又は名称】国立大学法人北海道大学
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100221589
【弁理士】
【氏名又は名称】中谷 俊博
(72)【発明者】
【氏名】松島 永佳
(72)【発明者】
【氏名】名合 虎之介
(72)【発明者】
【氏名】金澤 颯大
【テーマコード（参考）】
4D002
4D006
4G146
4G169
4K021
【Ｆターム（参考）】
4D002AA09
4D002AC10
4D002BA02
4D002DA02
4D002DA03
4D002DA12
4D002EA07
4D002FA01
4D006GA17
4D006HA41
4D006JA42C
4D006JA56Z
4D006KA17
4D006MA03
4D006MA13
4D006PB07
4D006PB64
4D006PC80
4G146JA02
4G146JB06
4G146JC29
4G146JC34
4G169AA03
4G169BA08
4G169BA24
4G169BA43
4G169BC17
4G169BC31
4G169BC32
4G169BC33
4G169BC54
4G169BC59
4G169BC60
4G169BC62
4G169BC66
4G169BC67
4G169BC68
4G169BC70
4G169BC71
4G169BC72
4G169BC73
4G169BC74
4G169BC75
4G169CB81
4K021AA09
4K021BA06
4K021BB01
4K021BB03
4K021DB43
(57)【要約】
【課題】アルカリ液に溶解した二酸化炭素を放出する方法であって、酸素の気泡の生成を抑制できる方法を提供する。
【解決手段】アノード電極と、カソード電極と、前記アノード電極と前記カソード電極との間に配置された陽イオン交換膜と、を用意する工程と、二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液を、前記アノード電極と前記陽イオン交換膜との間に充填する工程と、第２アルカリ液を、前記陽イオン交換膜と前記カソード電極との間に充填する工程と、前記アノード電極に水素を供給する工程と、前記アノード電極と前記カソード電極の間に電圧を印加する工程と、を含み、前記アノード電極は、前記陽イオン交換膜側から、触媒層と、第１ガス拡散層と、をこの順に含む、前記第１アルカリ液に溶解した前記二酸化炭素を放出する方法。
【選択図】図１
【解決手段】アノード電極と、カソード電極と、前記アノード電極と前記カソード電極との間に配置された陽イオン交換膜と、を用意する工程と、二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液を、前記アノード電極と前記陽イオン交換膜との間に充填する工程と、第２アルカリ液を、前記陽イオン交換膜と前記カソード電極との間に充填する工程と、前記アノード電極に水素を供給する工程と、前記アノード電極と前記カソード電極の間に電圧を印加する工程と、を含み、前記アノード電極は、前記陽イオン交換膜側から、触媒層と、第１ガス拡散層と、をこの順に含む、前記第１アルカリ液に溶解した前記二酸化炭素を放出する方法。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アノード電極と、カソード電極と、前記アノード電極と前記カソード電極との間に配置された陽イオン交換膜と、を用意する工程と、
二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液を、前記アノード電極と前記陽イオン交換膜との間に充填する工程と、
第２アルカリ液を、前記陽イオン交換膜と前記カソード電極との間に充填する工程と、
前記アノード電極に水素を供給する工程と、
前記アノード電極と前記カソード電極の間に電圧を印加する工程と、
を含み、
前記アノード電極は、前記陽イオン交換膜側から、触媒層と、第１ガス拡散層と、をこの順に含む、前記第１アルカリ液に溶解した前記二酸化炭素を放出する方法。
二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液を、前記アノード電極と前記陽イオン交換膜との間に充填する工程と、
第２アルカリ液を、前記陽イオン交換膜と前記カソード電極との間に充填する工程と、
前記アノード電極に水素を供給する工程と、
前記アノード電極と前記カソード電極の間に電圧を印加する工程と、
を含み、
前記アノード電極は、前記陽イオン交換膜側から、触媒層と、第１ガス拡散層と、をこの順に含む、前記第１アルカリ液に溶解した前記二酸化炭素を放出する方法。
【請求項2】
前記カソード電極は、前記アノード電極側とは反対側に第２ガス拡散層を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記アノード電極は、前記陽イオン交換膜側から、プロトン交換膜と、前記触媒層と、前記第１ガス拡散層と、をこの順に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
排ガス中の二酸化炭素を第１アルカリ液に溶解させる工程と、
請求項１～３のいずれか一項に記載の方法により、前記第１アルカリ液に溶解した前記二酸化炭素を放出する工程と、を含む、排ガスから二酸化炭素を回収する方法。
請求項１～３のいずれか一項に記載の方法により、前記第１アルカリ液に溶解した前記二酸化炭素を放出する工程と、を含む、排ガスから二酸化炭素を回収する方法。
【請求項5】
アノード電極と、カソード電極と、前記アノード電極と前記カソード電極との間に配置された陽イオン交換膜と、前記アノード電極と前記カソード電極の間に電圧を印加可能な電源と、を含み、前記アノード電極は前記陽イオン交換膜側から、触媒層と、第１ガス拡散層と、をこの順に含み、
二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液を、前記アノード電極と前記陽イオン交換膜との間に充填できるように構成されており、
第２アルカリ液を前記陽イオン交換膜と前記カソード電極との間に充填できるように構成されており、
前記アノード電極に水素を供給できるように構成されている、前記第１アルカリ液に溶解した前記二酸化炭素を放出するための装置。
二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液を、前記アノード電極と前記陽イオン交換膜との間に充填できるように構成されており、
第２アルカリ液を前記陽イオン交換膜と前記カソード電極との間に充填できるように構成されており、
前記アノード電極に水素を供給できるように構成されている、前記第１アルカリ液に溶解した前記二酸化炭素を放出するための装置。
【請求項6】
前記カソード電極は、前記アノード電極側とは反対側に第２ガス拡散層を有する、請求項５に記載の装置。
【請求項7】
前記アノード電極は、前記陽イオン交換膜側から、プロトン交換膜と、前記触媒層と、前記第１ガス拡散層と、をこの順に含む、請求項５に記載の装置。
【請求項8】
排ガス中の二酸化炭素を第１アルカリ液に溶解できるように構成されている二酸化炭素溶解部と、
請求項５～７のいずれか一項に記載の装置と、を含み、
前記装置における前記二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液は、前記二酸化炭素溶解部から供給できるように構成されている、排ガスから二酸化炭素を回収するためのシステム。
請求項５～７のいずれか一項に記載の装置と、を含み、
前記装置における前記二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液は、前記二酸化炭素溶解部から供給できるように構成されている、排ガスから二酸化炭素を回収するためのシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、アルカリ液に溶解した二酸化炭素を放出する方法およびそのための装置、ならびに排ガスから二酸化炭素を回収する方法およびそのためのシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
鉄鋼業界は、製鉄工程で排出する二酸化炭素について２０５０年に実質ゼロを目標に掲げる。そのため、排ガスから二酸化炭素を高効率に回収可能な技術が必要不可欠である。当該技術としては、アミン吸収液を用いた化学吸収法が最も有力とされ、発電所等への実証研究が為されている。この方法では、排ガスから溶媒へ二酸化炭素を選択的に溶解させ、例えば回収塔にて、溶媒を加熱することにより二酸化炭素を放出可能である（放出された二酸化炭素は、例えば別途貯蓄および有効利用等可能である）。しかし、当該回収塔では多量の熱エネルギーが必要であり、さらに塔内部の材料は高温且つ強アルカリ性のアミン蒸気に暴露されるため、その材料の腐食が大きな問題となる。
【0003】
化学吸収法を代替するものとして、非特許文献１に記載されているような電気エネルギーを使った電気透析法が検討されている。この方法では、アルカリ液に溶解した二酸化炭素を電気化学的に放出でき、例えば使用設備が高温且つ強アルカリ性の蒸気に暴露されることはない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】谷口育雄、「電気透析技術を用いた革新的省エネルギーＣＯ２分離回収法」、日本海水学会誌、２０１５年、第６９巻、第６号、ｐ．３６３－３７２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明者らが検討したところ、非特許文献１に開示されるような従来の電気透析法では、アノード電極側において、下記式（１）で示される水電解反応にて水素イオンが生じることがわかった。
Ｈ２Ｏ→２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ－ ・・・（１）
また、この式（１）の反応で生じる酸素の気泡により、電気抵抗が高くなり消費電力が大幅に増加することに加え、物理的な電極破壊も生じ得ることがわかった。
Ｈ２Ｏ→２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ－ ・・・（１）
また、この式（１）の反応で生じる酸素の気泡により、電気抵抗が高くなり消費電力が大幅に増加することに加え、物理的な電極破壊も生じ得ることがわかった。
【0006】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、アルカリ液に溶解した二酸化炭素を放出する方法であって、酸素の気泡の生成を抑制できる方法、およびそのための装置、ならびに排ガスから二酸化炭素を回収する方法およびそのためのシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の態様１は、
アノード電極と、カソード電極と、前記アノード電極と前記カソード電極との間に配置された陽イオン交換膜と、を用意する工程と、
二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液を、前記アノード電極と前記陽イオン交換膜との間に充填する工程と、
第２アルカリ液を、前記陽イオン交換膜と前記カソード電極との間に充填する工程と、
前記アノード電極に水素を供給する工程と、
前記アノード電極と前記カソード電極の間に電圧を印加する工程と、
を含み、
前記アノード電極は、前記陽イオン交換膜側から、触媒層と、第１ガス拡散層と、をこの順に含む、前記第１アルカリ液に溶解した前記二酸化炭素を放出する方法である。
アノード電極と、カソード電極と、前記アノード電極と前記カソード電極との間に配置された陽イオン交換膜と、を用意する工程と、
二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液を、前記アノード電極と前記陽イオン交換膜との間に充填する工程と、
第２アルカリ液を、前記陽イオン交換膜と前記カソード電極との間に充填する工程と、
前記アノード電極に水素を供給する工程と、
前記アノード電極と前記カソード電極の間に電圧を印加する工程と、
を含み、
前記アノード電極は、前記陽イオン交換膜側から、触媒層と、第１ガス拡散層と、をこの順に含む、前記第１アルカリ液に溶解した前記二酸化炭素を放出する方法である。
【0008】
本発明の態様２は、
前記カソード電極は、前記アノード電極側とは反対側に第２ガス拡散層を有する、態様１に記載の方法である。
前記カソード電極は、前記アノード電極側とは反対側に第２ガス拡散層を有する、態様１に記載の方法である。
【0009】
本発明の態様３は、
前記アノード電極は、前記陽イオン交換膜側から、プロトン交換膜と、前記触媒層と、前記第１ガス拡散層と、をこの順に含む、態様１または２に記載の方法である。
前記アノード電極は、前記陽イオン交換膜側から、プロトン交換膜と、前記触媒層と、前記第１ガス拡散層と、をこの順に含む、態様１または２に記載の方法である。
【0010】
本発明の態様４は、
排ガス中の二酸化炭素を第１アルカリ液に溶解させる工程と、
態様１～３のいずれか１つに記載の方法により、前記第１アルカリ液に溶解した前記二酸化炭素を放出する工程と、を含む、排ガスから二酸化炭素を回収する方法である。
排ガス中の二酸化炭素を第１アルカリ液に溶解させる工程と、
態様１～３のいずれか１つに記載の方法により、前記第１アルカリ液に溶解した前記二酸化炭素を放出する工程と、を含む、排ガスから二酸化炭素を回収する方法である。
【0011】
本発明の態様５は、
アノード電極と、カソード電極と、前記アノード電極と前記カソード電極との間に配置された陽イオン交換膜と、前記アノード電極と前記カソード電極の間に電圧を印加可能な電源と、を含み、前記アノード電極は前記陽イオン交換膜側から、触媒層と、第１ガス拡散層と、をこの順に含み、
二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液を、前記アノード電極と前記陽イオン交換膜との間に充填できるように構成されており、
第２アルカリ液を前記陽イオン交換膜と前記カソード電極との間に充填できるように構成されており、
前記アノード電極に水素を供給できるように構成されている、前記第１アルカリ液に溶解した前記二酸化炭素を放出するための装置である。
アノード電極と、カソード電極と、前記アノード電極と前記カソード電極との間に配置された陽イオン交換膜と、前記アノード電極と前記カソード電極の間に電圧を印加可能な電源と、を含み、前記アノード電極は前記陽イオン交換膜側から、触媒層と、第１ガス拡散層と、をこの順に含み、
二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液を、前記アノード電極と前記陽イオン交換膜との間に充填できるように構成されており、
第２アルカリ液を前記陽イオン交換膜と前記カソード電極との間に充填できるように構成されており、
前記アノード電極に水素を供給できるように構成されている、前記第１アルカリ液に溶解した前記二酸化炭素を放出するための装置である。
【0012】
本発明の態様６は、
前記カソード電極は、前記アノード電極側とは反対側に第２ガス拡散層を有する、態様５に記載の装置である。
前記カソード電極は、前記アノード電極側とは反対側に第２ガス拡散層を有する、態様５に記載の装置である。
【0013】
本発明の態様７は、
前記アノード電極は、前記陽イオン交換膜側から、プロトン交換膜と、前記触媒層と、前記第１ガス拡散層と、をこの順に含む、態様５または６に記載の装置である。
前記アノード電極は、前記陽イオン交換膜側から、プロトン交換膜と、前記触媒層と、前記第１ガス拡散層と、をこの順に含む、態様５または６に記載の装置である。
【0014】
本発明の態様８は、
排ガス中の二酸化炭素を第１アルカリ液に溶解できるように構成されている二酸化炭素溶解部と、
態様５～７のいずれか１つに記載の装置と、を含み、
前記装置における前記二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液は、前記二酸化炭素溶解部から供給できるように構成されている、排ガスから二酸化炭素を回収するためのシステムである。
排ガス中の二酸化炭素を第１アルカリ液に溶解できるように構成されている二酸化炭素溶解部と、
態様５～７のいずれか１つに記載の装置と、を含み、
前記装置における前記二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液は、前記二酸化炭素溶解部から供給できるように構成されている、排ガスから二酸化炭素を回収するためのシステムである。
【発明の効果】
【0015】
本発明の実施形態によれば、アルカリ液に溶解した二酸化炭素を放出する方法であって、酸素の気泡の生成を抑制できる方法、およびそのための装置、ならびに排ガスから二酸化炭素を回収する方法およびそのためのシステムを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の実施形態に係る、アルカリ液に溶解した二酸化炭素を放出するための装置１（模式図）の一例である。
【図2】本発明に実施形態に係る、アルカリ液に溶解した二酸化炭素を放出する方法の一例における、電圧印加時の電圧と電流の関係を示す。
【図3】本発明の実施形態に係る、排ガスから二酸化炭素を回収するためのシステム１０（模式図）の一例である。
【図4】本発明の実施形態に係る、排ガスから二酸化炭素を回収する方法の一例のフローチャートである。
【図5】実施例における、電圧印加時間と、検出された二酸化炭素の割合の関係を示すグラフである。
【図6】実施例における、水素供給量を変化させたときの、印加電圧と電流の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明者らは、アルカリ液に溶解した二酸化炭素（ＣＯ２）を放出する方法であって、酸素の気泡の生成を抑制できる方法を実現するべく、様々な角度から検討した。
非特許文献１では、下記式（２）の反応によって二酸化炭素が放出されることを開示している。
２Ｋ＋＋２ＨＣＯ３－ → ＣＯ２＋Ｋ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｏ ・・・（２）
非特許文献１では、下記式（２）の反応によって二酸化炭素が放出されることを開示している。
２Ｋ＋＋２ＨＣＯ３－ → ＣＯ２＋Ｋ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｏ ・・・（２）
【0018】
本発明者らは、電気透析法における二酸化炭素の放出は、下記式（３）の反応によるものと考えた。
ＣＯ３ ２－＋２Ｈ＋ → Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２ ・・・（３）
ＣＯ３ ２－＋２Ｈ＋ → Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２ ・・・（３）
【0019】
さらに、本発明者らは、非特許文献１に開示されるような従来技術では、式（３）の左辺の水素イオンを、上記式（１）で示される、（酸素発生を伴う）水電解により発生させていることを見出した。
そこで、本発明者らは、アノード電極（例えばアノード電極の第１ガス拡散層）に水素を供給するとともに、アノード電極側における下記式（４）で示す反応により水素イオンを得ることを考えた。
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ－ ・・・（４）
そこで、本発明者らは、アノード電極（例えばアノード電極の第１ガス拡散層）に水素を供給するとともに、アノード電極側における下記式（４）で示す反応により水素イオンを得ることを考えた。
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ－ ・・・（４）
【0020】
式（４）の反応により二酸化炭素の放出に必要な水素イオンを得ることで、上記式（１）で示される、（酸素発生を伴う）水電解により水素イオンを得る必要がなくなり、酸素の気泡の生成を抑制できる二酸化炭素の放出方法を実現できた。
なお、上記メカニズムは、本発明の実施形態の技術的範囲を制限するものではない。
なお、上記メカニズムは、本発明の実施形態の技術的範囲を制限するものではない。
【0021】
以下に、本発明の実施形態が規定する各要件の詳細を示す。
【0022】
図１に、本発明の実施形態に係るアルカリ液に溶解した二酸化炭素（ＣＯ２）を放出するための装置１（以下、「二酸化炭素放出装置１」とも称する）の一例を示す。図１に示すように、二酸化炭素放出装置１は、アノード電極２と、カソード電極３と、アノード電極２とカソード電極３との間に配置された陽イオン交換膜４と、アノード電極２およびカソード電極３の間に電圧を印加可能な電源５と、を含み、アノード電極２は、陽イオン交換膜４側から、第１触媒層２ｂと、第１ガス拡散層２ａと、をこの順に含む。さらに二酸化炭素放出装置１は、二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液６を、アノード電極２と陽イオン交換膜４との間に充填できるように構成されており、第２アルカリ液７を陽イオン交換膜４とカソード電極３との間に充填できるように構成されており、例えば水素供給部（図示せず）により、アノード電極２（例えばアノード電極２の第１ガス拡散層２ａ）に水素８ａを供給できるように構成されている。
【0023】
装置１により、本発明の実施形態に係るアルカリ液中に溶解した二酸化炭素を放出する方法を実施できる。当該方法は、（ａ）アノード電極２と、カソード電極３と、アノード電極２とカソード電極３との間に配置された陽イオン交換膜４と、を用意する工程と、（ｂ）二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液６を、アノード電極２と陽イオン交換膜４との間に充填する工程と、（ｃ）第２アルカリ液７を、陽イオン交換膜４とカソード電極３との間に充填する工程と、（ｄ）アノード電極２に水素８ａを供給する工程と、（ｅ）アノード電極２およびカソード電極３の間に電圧を印加する工程と、を含み、さらにアノード電極２は、陽イオン交換膜４側から、第１触媒層２ｂと、第１ガス拡散層２ａと、をこの順に含む。これにより、酸素の気泡の生成を抑制できる。以下各工程について詳述する。
【0024】
＜（ａ）アノード電極２と、カソード電極３と、アノード電極２とカソード電極３との間に配置された陽イオン交換膜４と、を用意する工程＞
アノード電極２は、陽イオン交換膜４側から、第１触媒層２ｂと、第１ガス拡散層２ａと、をこの順に含む。第１ガス拡散層２ａと第１触媒層２ｂは、例えばそれらの間に別の層を有する等により接触していなくてもよいが、接触している方が、上記式（４）の反応を促進する第１触媒層２ｂに水素８ａを到達させやすくなり好ましい。
アノード電極２は、陽イオン交換膜４側から、第１触媒層２ｂと、第１ガス拡散層２ａと、をこの順に含む。第１ガス拡散層２ａと第１触媒層２ｂは、例えばそれらの間に別の層を有する等により接触していなくてもよいが、接触している方が、上記式（４）の反応を促進する第１触媒層２ｂに水素８ａを到達させやすくなり好ましい。
【0025】
第１ガス拡散層２ａは、導電性を有し、且つ第１触媒層２ｂに水素８ａを効率よく拡散させ得る層である。第１ガス拡散層２ａは、例えば燃料電池に使用される公知のガス拡散層で構成できる。例えば、第１ガス拡散層２ａを構成する材料としては、導電性多孔質膜が好ましく、例えばカーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンフェルトのような導電性炭素多孔質体又は金属多孔質体であり得る。第１ガス拡散層２ａは、撥水性が付与されていてもよい。撥水処理は、例えば、フッ素系樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン）を用いて行うことができる。
【0026】
第１触媒層２ｂは、上記式（４）の反応を促進する層である。第１触媒層２ｂは、例えば燃料電池に使用される公知の触媒層で構成できる。例えば、第１触媒層２ｂを構成する触媒としては、金、銀、白金、イリジウム、オスミウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウムの貴金属触媒を用いることができる。また、当該触媒として、鉄、コバルト、ニッケル、チタン、マンガン、銅、アルミニウム、クロム、バナジウム、モリブデン、タングステン、ガリウム、鉛もしくはそれらの金属の合金、またはそれらの金属もしくは合金の酸化物、などの非貴金属触媒も使用できる。
【0027】
第１触媒層２ｂを構成する触媒は、そのまま単独で使用してもよいが、導電性担体に担持させて用いることが好ましい。導電性担体としては、アセチレンブラック、ファーネスブラックなどのカーボンブラック、黒鉛、活性炭、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤなどのような導電性炭素粒子であり得る。
【0028】
第１触媒層２ｂはさらに、触媒（および導電性担体）のバインダであるとともに、プロトン伝導パスとしても機能し得るアイオノマーを含み得る。アイオノマーとしては、Ｄｕ Ｐｏｎｔ社製のＮａｆｉｏｎ（登録商標）等のパーフルオロアルキルスルホン酸樹脂を用いることができる。
【0029】
第１触媒層２ｂ中の触媒および導電性担体の比率としては、１０～９０質量％であることが好ましく、より好ましくは、３０～７０質量％である。触媒の担持量としては、０．１ｍｇ／ｃｍ２以上であることが好ましい。上限値は特に制限されないが、２．０ｍｇ／ｃｍ２以下であり得る。
【0030】
アノード電極２は、さらに第１触媒層２ｂ側にプロトン交換膜２ｃを含んでもよい。すなわち、アノード電極２は、陽イオン交換膜４側から、プロトン交換膜２ｃと、第１触媒層２ｂと、第１拡散層２ａとをこの順に含み得る。プロトン交換膜２ｃを介して第１触媒層２ｂと第１アルカリ液６が接することにより、例えば第１触媒層２ｂで発生した水素イオンを、第１触媒層２ｂからより離れた位置で炭酸イオンと反応させて、二酸化炭素を放出させることができる。プロトン交換膜２ｃとしては、公知のものを使用でき、例えば、Ｄｕ Ｐｏｎｔ社製のＮａｆｉｏｎ（登録商標）等のパーフルオロアルキルスルホン酸樹脂を用いることができる。
【0031】
カソード電極３は、公知の電極を用いて構成できる。カソード電極３では、上記式（４）のアノード電極２側の反応とは逆の、下記式（５）で示される反応が起こり得る。
２Ｈ＋＋２ｅ－→Ｈ２ ・・・（５）
ここで、カソード電極３では、アノード電極２側とは反対側に第２ガス拡散層３ａを有することが好ましい。これにより式（５）で発生する水素８ｂをアルカリ液７中の気泡として発生させずに、装置１の外側に放出させることが可能となる。カソード電極３は、燃料電池に使用される公知のカソード電極で構成してもよい。具体的には、カソード電極３は、アノード電極２側から、第２触媒層３ｂおよび第２のガス拡散層３ａをこの順に有していてもよく、第２触媒層３ｂおよび第２ガス拡散層３ａは接していなくてもよいが、接している方が好ましい。第２触媒層３ｂおよび第２ガス拡散層３ａは、それぞれ、上述したアノード電極２の第１触媒層２ｂおよび第１ガス拡散層２ａと同様のものを用いることができる。第２触媒層３ｂおよび第２ガス拡散層３ａは、それぞれ、アノード電極２の第１触媒層２ｂおよび第１ガス拡散層２ａと全く同じものを用いても、異なるものを用いてもよい。
２Ｈ＋＋２ｅ－→Ｈ２ ・・・（５）
ここで、カソード電極３では、アノード電極２側とは反対側に第２ガス拡散層３ａを有することが好ましい。これにより式（５）で発生する水素８ｂをアルカリ液７中の気泡として発生させずに、装置１の外側に放出させることが可能となる。カソード電極３は、燃料電池に使用される公知のカソード電極で構成してもよい。具体的には、カソード電極３は、アノード電極２側から、第２触媒層３ｂおよび第２のガス拡散層３ａをこの順に有していてもよく、第２触媒層３ｂおよび第２ガス拡散層３ａは接していなくてもよいが、接している方が好ましい。第２触媒層３ｂおよび第２ガス拡散層３ａは、それぞれ、上述したアノード電極２の第１触媒層２ｂおよび第１ガス拡散層２ａと同様のものを用いることができる。第２触媒層３ｂおよび第２ガス拡散層３ａは、それぞれ、アノード電極２の第１触媒層２ｂおよび第１ガス拡散層２ａと全く同じものを用いても、異なるものを用いてもよい。
【0032】
陽イオン交換膜４は、アノード電極２とカソード電極３との間に配置される。陽イオン交換膜４は、第１アルカリ液６中の過剰な陽イオン６ｄを第２アルカリ液７中に移動させることが可能である。陽イオン交換膜４としては、公知の材料で構成してよく、例えば公知の樹脂に、アニオン性官能基として、スルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基などを導入したものなどを用いることができる。市販品であれば、Ｄｕ Ｐｏｎｔ社製のＮａｆｉｏｎ（登録商標）、アストム社製のネオセプタ（登録商標）等を用いることができる。
【0033】
アノード電極２と、カソード電極３と、アノード電極２とカソード電極３との間に配置された陽イオン交換膜４と、を用意する手段としては、特に制限されず、例えばそれらを購入すること等により用意してもよいし、それらを作製すること等により用意してもよい。
【0034】
＜（ｂ）二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液６を、アノード電極２と陽イオン交換膜４との間に充填する工程＞
後述する工程（ｅ）において、アノード電極２側で上記式（３）の反応を可能にするように、二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液６を、アノード電極２と陽イオン交換膜４との間に充填する。なお、第１アルカリ液６中に溶解した二酸化炭素は、液中において炭酸イオン（ＣＯ３ ２－）を形成し得る。
二酸化炭素溶解前の第１アルカリ液６としては、特に限定されるものではないが、例えば、アルカリ金属の水酸化物（ＭＯＨ：Ｍはアルカリ金属）の水溶液であり得、ＮａＯＨまたはＫＯＨの水溶液などであり得る。第１アルカリ液６の溶質（例えばＭＯＨ）の濃度は、特に制限されないが、例えば０．１～１０ｍｏｌ／Ｌであり得る。例えば溶質がＭＯＨの場合、二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液６は、ＭＨＣＯ３及び／又はＭ２ＣＯ３の水溶液であり得る。
後述する工程（ｅ）において、アノード電極２側で上記式（３）の反応を可能にするように、二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液６を、アノード電極２と陽イオン交換膜４との間に充填する。なお、第１アルカリ液６中に溶解した二酸化炭素は、液中において炭酸イオン（ＣＯ３ ２－）を形成し得る。
二酸化炭素溶解前の第１アルカリ液６としては、特に限定されるものではないが、例えば、アルカリ金属の水酸化物（ＭＯＨ：Ｍはアルカリ金属）の水溶液であり得、ＮａＯＨまたはＫＯＨの水溶液などであり得る。第１アルカリ液６の溶質（例えばＭＯＨ）の濃度は、特に制限されないが、例えば０．１～１０ｍｏｌ／Ｌであり得る。例えば溶質がＭＯＨの場合、二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液６は、ＭＨＣＯ３及び／又はＭ２ＣＯ３の水溶液であり得る。
【0035】
＜（ｃ）第２アルカリ液７を、陽イオン交換膜４とカソード電極３との間に充填する工程＞
後述する工程（ｅ）において、第１アルカリ液６中の過剰な陽イオン６ｄを、陽イオン交換膜４を介して第２アルカリ液７に移動させるように、第２アルカリ液７を、陽イオン交換膜４とカソード電極３との間に充填する。第２アルカリ液７としては、特に限定されるものではないが、第１アルカリ液６と同様に、例えば、アルカリ金属の水酸化物（ＭＯＨ、Ｍはアルカリ金属）の水溶液であり得、ＮａＯＨまたはＫＯＨの水溶液などであり得る。第２アルカリ液７の溶質は、第１アルカリ液６の溶質と同じでも異なっていてもよいが、同じである方が材料調達及び管理のしやすさ等の観点で好ましい。また、第２アルカリ液７の溶質（例えばＭＯＨ）の濃度は、第１アルカリ液６の溶質の濃度よりも低い方が好ましい。これにより、第１アルカリ液６中の過剰な陽イオン６ｄの第２アルカリ液７への移動を促進し得る。
第２アルカリ液７中の二酸化炭素濃度（炭酸イオン濃度）は、第１アルカリ液６中の当該濃度よりも低くあり得、例えば、第２アルカリ液７中の当該濃度はほぼ０であり得る。第２アルカリ液７として、例えば、二酸化炭素放出後の第１アルカリ液６を使用してもよい。
後述する工程（ｅ）において、第１アルカリ液６中の過剰な陽イオン６ｄを、陽イオン交換膜４を介して第２アルカリ液７に移動させるように、第２アルカリ液７を、陽イオン交換膜４とカソード電極３との間に充填する。第２アルカリ液７としては、特に限定されるものではないが、第１アルカリ液６と同様に、例えば、アルカリ金属の水酸化物（ＭＯＨ、Ｍはアルカリ金属）の水溶液であり得、ＮａＯＨまたはＫＯＨの水溶液などであり得る。第２アルカリ液７の溶質は、第１アルカリ液６の溶質と同じでも異なっていてもよいが、同じである方が材料調達及び管理のしやすさ等の観点で好ましい。また、第２アルカリ液７の溶質（例えばＭＯＨ）の濃度は、第１アルカリ液６の溶質の濃度よりも低い方が好ましい。これにより、第１アルカリ液６中の過剰な陽イオン６ｄの第２アルカリ液７への移動を促進し得る。
第２アルカリ液７中の二酸化炭素濃度（炭酸イオン濃度）は、第１アルカリ液６中の当該濃度よりも低くあり得、例えば、第２アルカリ液７中の当該濃度はほぼ０であり得る。第２アルカリ液７として、例えば、二酸化炭素放出後の第１アルカリ液６を使用してもよい。
【0036】
＜（ｄ）アノード電極２に水素８ａを供給する工程＞
後述する工程（ｅ）において、上記式（４）の反応を可能にするように、アノード電極２（例えば第１ガス拡散層２ａ）に水素８ａを供給する。水素８ａの供給量としては、特に制限されないが、０ｍｌ／分超、３０ｍｌ／分以下であり得る。
後述する工程（ｅ）において、上記式（４）の反応を可能にするように、アノード電極２（例えば第１ガス拡散層２ａ）に水素８ａを供給する。水素８ａの供給量としては、特に制限されないが、０ｍｌ／分超、３０ｍｌ／分以下であり得る。
【0037】
＜（ｅ）アノード電極２およびカソード電極３の間に電圧を印加する工程＞
電源５により、アノード電極２およびカソード電極３の間に電圧を印加する。一例として、図２に本発明に実施形態に係る二酸化炭素放出方法（後述する実施例の水素８ａの供給速度が１０ｍＬ／分の場合）における、工程（ｅ）中の電圧と電流の関係を示す。
電源５により、アノード電極２およびカソード電極３の間に電圧を印加する。一例として、図２に本発明に実施形態に係る二酸化炭素放出方法（後述する実施例の水素８ａの供給速度が１０ｍＬ／分の場合）における、工程（ｅ）中の電圧と電流の関係を示す。
【0038】
図２に示すように、電圧を０Ｖから上昇させると、電流がほぼ増大しない領域Ａ（図２では電圧０～０．７Ｖの領域）がある。領域Ａは、主に装置１の電極間の電気抵抗の影響により、上記式（４）等の反応が進まない状況を反映している。例えば、アノード電極２およびカソード電極３の間隔を短くする等により、領域Ａの電圧幅を小さくし、後述する領域Ｂが開始する電圧を低くすることが可能である。
【0039】
領域Ａ後、電圧増加に伴って電流が増大する領域Ｂ（図２では電圧０．７～１．５Ｖの領域）が存在する。領域Ｂは、例えば、電流／電圧の傾きが連続して０．２Ａ／Ｖ以上の領域であり得る。領域Ｂは、上記式（４）の反応およびその後の上記式（３）の反応が進んでいる状況を反映している。
【0040】
領域Ｂ後さらに電圧を増加すると、電流が増大せず、ほぼ一定電流値を示す領域Ｃ（図２では電圧１．５～２．３Ｖの領域）が存在する。領域Ｃは、供給した水素８ａの全てが上記式（４）の反応に使用され、反応がそれ以上進まない状況を反映している。ここで、水素８ａの供給量を増大させると、領域Ｂの電圧幅が増大し、領域Ｃが開始する電圧が高くなり得る。
【0041】
領域Ｃ後さらに電圧を増加すると、電流が再び増大し始める領域Ｄ（図２では電圧２．３Ｖ超の領域）が存在する。領域Ｄは、例えば、電流／電圧の傾きが連続して０．２Ａ／Ｖ以上の領域であり得る。領域Ｄでは、消費電力が増大することに加え、場合によっては、上記式（１）で示す水電解が起きる可能性がある。そのため、本発明の一実施形態では、この領域Ｄが開始する電圧（すなわち、電流／電圧の傾きが連続して０．２Ａ／Ｖ以上となる領域であって且つ電圧範囲が下から２番目に低い領域、が開始する電圧、図２では、２．３Ｖ）未満の電圧をアノード電極２およびカソード電極３の間に印加することが好ましい。なお、二酸化炭素をより放出させる観点では、領域Ｂの開始電圧以上（図２では、０．７Ｖ以上）を印加することが好ましく、消費電力をより低減する観点では、領域Ｂが終了する（すなわち領域Ｃが開始する）電圧以下（図２では１．５Ｖ以下）の電圧を印加することが好ましい。二酸化炭素放出量と消費電力の観点で、より好ましくは、領域Ｂが終了する電圧（図２では１．５Ｖ）を印加することである。
【0042】
工程（ｅ）において、カソード電極３側では上記式（５）の反応により水素８ｂが発生し得る。本発明の実施形態に係る二酸化炭素放出方法において、この水素８ｂを回収して、アノード電極２に供給する水素８ａとして利用することが好ましい。
【0043】
本発明の実施形態に係る二酸化炭素放出方法は、その目的が達成される範囲内で、他の工程を含んでいてもよい。また、本発明の実施形態に係る二酸化炭素放出装置１は、その目的が達成される範囲内で、他の構成を含んでいてもよい。
【0044】
本発明の実施形態に係る排ガスから二酸化炭素を回収する方法は、上述の本発明の実施形態に係るアルカリ液中に溶解した二酸化炭素を放出するための方法を含み、具体的には、排ガスから第１アルカリ液中に二酸化炭素を溶解させる工程と、上述の方法により第１アルカリ液中に溶解した二酸化炭素を放出する工程と、を含む。
以下、当該回収方法について詳述する。
以下、当該回収方法について詳述する。
【0045】
図３は、本発明の実施形態に係る排ガスから二酸化炭素を回収するためシステム１０（以下、「二酸化炭素回収システム１０」とも称する）の一例を示す。図３に示すように、二酸化炭素回収システム１０は、二酸化炭素放出装置１と、排ガス１１中の二酸化炭素を第１アルカリ液６に溶解できるように構成されている二酸化炭素溶解部１２と、を含む（以下、第１アルカリ液６について、二酸化炭素溶解前を「第１アルカリ液６ａ」とし、二酸化炭素溶解後を「第１アルカリ液６ｂ」とし、二酸化炭素放出後を「第１アルカリ液６ｃ」と称する）。さらに二酸化炭素回収システム１０は、二酸化炭素溶解部１２で二酸化炭素を溶解した第１アルカリ液６ｂを、アノード電極２と陽イオン交換膜４との間に供給できるように構成されている。
二酸化炭素回収システム１０により、排ガス１１中の二酸化炭素をアルカリ液に溶解し、且つ二酸化炭素放出装置１によりその二酸化炭素を放出できるため、排ガスから二酸化炭素を回収することが可能であり、二酸化炭素放出の際に、酸素の気泡の生成を抑制することができる。
二酸化炭素回収システム１０により、排ガス１１中の二酸化炭素をアルカリ液に溶解し、且つ二酸化炭素放出装置１によりその二酸化炭素を放出できるため、排ガスから二酸化炭素を回収することが可能であり、二酸化炭素放出の際に、酸素の気泡の生成を抑制することができる。
【0046】
図３の二酸化炭素回収システム１０は、排ガスから二酸化炭素を繰り返し回収することが可能である。以下、二酸化炭素回収システム１０についてより詳細に説明する。
二酸化炭素回収システム１０は、二酸化炭素放出後の第１アルカリ液６ｃと、放出した二酸化炭素１１ａと、を含む気液混合物から、二酸化炭素１１ａを分離回収する二酸化炭素分離部１３と、二酸化炭素放出後の第１アルカリ液６ｃを、例えば第２アルカリ液の溶質７ａを添加することにより、第２アルカリ液７として再生させる、アルカリ液再生部１４と、を含む。二酸化炭素回収システム１０は、さらにアルカリ液再生部１４で再生された第２アルカリ液７を、陽イオン交換膜４とカソード電極３との間に供給できるように構成されており、陽イオン交換膜４とカソード電極３との間に充填された第２アルカリ液７を、例えば適宜溶質（図示せず）等を添加することにより第１アルカリ液６ａとして調整した上で、二酸化炭素溶解部１２に供給できるように構成されている。
二酸化炭素回収システム１０は、二酸化炭素放出後の第１アルカリ液６ｃと、放出した二酸化炭素１１ａと、を含む気液混合物から、二酸化炭素１１ａを分離回収する二酸化炭素分離部１３と、二酸化炭素放出後の第１アルカリ液６ｃを、例えば第２アルカリ液の溶質７ａを添加することにより、第２アルカリ液７として再生させる、アルカリ液再生部１４と、を含む。二酸化炭素回収システム１０は、さらにアルカリ液再生部１４で再生された第２アルカリ液７を、陽イオン交換膜４とカソード電極３との間に供給できるように構成されており、陽イオン交換膜４とカソード電極３との間に充填された第２アルカリ液７を、例えば適宜溶質（図示せず）等を添加することにより第１アルカリ液６ａとして調整した上で、二酸化炭素溶解部１２に供給できるように構成されている。
【0047】
図４に、二酸化炭素回収システム１０による、排ガスから二酸化炭素を回収する方法の一例のフローチャートを示す。
まずステップＳ１では、二酸化炭素溶解部１２において、排ガス１１中の二酸化炭素を第１アルカリ液６ａに溶解させる。
まずステップＳ１では、二酸化炭素溶解部１２において、排ガス１１中の二酸化炭素を第１アルカリ液６ａに溶解させる。
【0048】
ステップＳ２では、二酸化炭素を溶解した第１アルカリ液６ｂを装置１のアノード電極２と陽イオン交換膜４との間に充填する。
ステップＳ３では、アルカリ液再生部１４から第２アルカリ液７を供給することにより、装置１のカソード電極３と陽イオン交換膜４との間に第２アルカリ液７を充填する。なお、便宜上ステップＳ３をステップＳ２の後に記載しているが、ステップＳ３を、ステップＳ２の前に行ってもよく、ステップＳ２と同時に行ってもよい。
ステップＳ３では、アルカリ液再生部１４から第２アルカリ液７を供給することにより、装置１のカソード電極３と陽イオン交換膜４との間に第２アルカリ液７を充填する。なお、便宜上ステップＳ３をステップＳ２の後に記載しているが、ステップＳ３を、ステップＳ２の前に行ってもよく、ステップＳ２と同時に行ってもよい。
【0049】
ステップＳ４では、例えば装置１の水素８ａを供給できるように構成された水素供給部（図示せず）により、水素８ａをアノード電極２（例えば第１ガス拡散層２ａ）に供給する。
【0050】
ステップＳ５では、アノード電極２およびカソード電極３の間に電圧を印加する。ステップＳ５において上記式（３）～（５）の反応が生じ得る。また、第１アルカリ液６ｂの陽イオン６ｄが陽イオン交換膜４を介して第２アルカリ液７に移動し得る。二酸化炭素回収システム１０は、陽イオン６ｄ移動（濃縮）後の第２アルカリ液７を、必要に応じて追加の溶質を添加する等により、第１アルカリ液６ａとして調整でき、ステップＳ１の第１アルカリ液６ａとして利用できるように構成されている。また、カソード電極３側では上記式（５）の反応により水素８ｂが発生し得るが、二酸化炭素回収システム１０は、この水素８ｂを、例えば水素供給部（図示せず）により回収し、ステップＳ４の水素８ａとして利用できるように構成されている。
なお、上述した好ましい印加電圧（例えば、図２で示す領域Ｄが開始する電圧未満の電圧等）に調整及び維持するには、装置における水素の提供量、電流値、電圧をモニターし、例えば、予め測定した、装置における図２の関係に照らし合わせることにより当該好ましい電圧に維持することができる。
なお、上述した好ましい印加電圧（例えば、図２で示す領域Ｄが開始する電圧未満の電圧等）に調整及び維持するには、装置における水素の提供量、電流値、電圧をモニターし、例えば、予め測定した、装置における図２の関係に照らし合わせることにより当該好ましい電圧に維持することができる。
【0051】
ステップＳ６では、二酸化炭素放出後（および陽イオン６ｄ移動後）の第１アルカリ液６ｃと、放出した二酸化炭素１１ａと、を含む気液混合物から、二酸化炭素１１ａを分離する。これにより、二酸化炭素１１ａが回収される。ここで、二酸化炭素放出後の第１アルカリ液６ｃは、炭酸イオン（ＣＯ３
２－）が二酸化炭素として消費され、陽イオン６ｄが移動した後であるため、各イオン濃度が低い（例えば水に近い）液であり得る。
【0052】
ステップＳ７では、アルカリ液再生部１４において、第１アルカリ液６ｃを、適宜第２アルカリ液７の溶質７ａを添加することにより、第２アルカリ液７として再生できる。二酸化炭素回収システム１０は、この再生された第２アルカリ液７を、ステップＳ３の第２アルカリ液７として利用できるように構成されている。
【0053】
本発明の実施形態に係る排ガスから二酸化炭素を回収する方法は、その目的が達成される範囲内で、他の工程を含んでいてもよい。また、本発明の実施形態に係る二酸化炭素回収システム１０は、その目的が達成される範囲内で、他の構成を含んでいてもよい。
【実施例0054】
以下、実施例を挙げて本発明の実施形態をより具体的に説明する。本発明の実施形態は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前述および後述する趣旨に合致し得る範囲で、適宜変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の実施形態の技術的範囲に包含される。
【0055】
図１に示すような二酸化炭素放出装置１を用いて、二酸化炭素の放出試験を行った。装置１のアノード電極２（第１ガス拡散層２ａ／第１触媒層２ｂ）、カソード電極３（第２触媒層３ｂ／第２ガス拡散層３ａ）および陽イオン交換膜４として、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）用のＪＡＲＩ標準セルのアノード電極（ガス拡散層／触媒層）、カソード電極（触媒層／ガス拡散層）および陽イオン交換膜（アストム社製、ネオセプタ（登録商標）ＣＭＢ）を用いた。さらに、プロトン交換膜２ｃ（Ｄｕ Ｐｏｎｔ社製、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）ＮＲＥ２１２）を、アノード電極２の第１触媒層２ｂ側に配置（圧着）した。アノード電極２と陽イオン交換膜４の間の距離、および陽イオン交換膜４とカソード電極３の間の距離はそれぞれ２ｍｍとした。二酸化炭素が溶解した第１アルカリ液６として、Ｋ２ＣＯ３水溶液（１ｍｏｌ／Ｌ）を用い、アノード電極２と陽イオン交換膜４の間に充填した。第２アルカリ液７として、ＫＯＨ水溶液（０．１ｍｏｌ／Ｌ）を用い、イオン交換膜４とカソード電極３の間に充填した。第１アルカリ液６および第２アルカリ液７は、それぞれ、送液ポンプを用いて０．９ｍＬ／分の流量で循環させた。マスフローコントローラーを用いて、アノード電極２の第１ガス拡散層２ａに、水素８ａまたは窒素を４０ｍＬ／分で供給した。そして、アノード電極２とカソード電極３の間に、０～４．０Ｖの電圧を印加し、各電圧における電流値を計測し、且つ第１アルカリ液６から発生した気体を取り出して、その気体の種類および発生量を四重極型質量分析計（Ｑ－ｍａｓｓ）を用いて調査した。
【0056】
図５に、アノード電極２の第１ガス拡散層２ａに水素（Ｈ２）８ａを供給したとき（実線）と窒素（Ｎ２）を供給したとき（破線）の、電圧印加時間と、Ｑ－ｍａｓｓで検出された二酸化炭素の割合（二酸化炭素量／（二酸化炭素量＋窒素量））の関係を示す。なお、印加電圧は２．０Ｖとし、図２で示すところの領域Ｄが始まる電圧を下回る電圧とした。また、Ｑ－ｍａｓｓでは酸素などの他のガスも検出できるが、検出されたのは二酸化炭素と窒素のみであったため、図５では、二酸化炭素量／（二酸化炭素量＋窒素量）を示すこととした。
図５に示すように、水素８ａを供給したときは、時間と共に二酸化炭素の割合が増大しているのに対し、窒素を供給したときは、ほぼ二酸化炭素が検出されなかった。これは、水素８ａを供給することにより、上記式（４）およびその後の上記式（３）の反応が進んだためであると考えられる。また、上述したように、水素８ａを供給した場合に酸素は検出されず二酸化炭素と窒素のみが検出され、上記式（１）の酸素発生を伴う水電解が起こっていないことが確認された。なお、水素８ａを供給したとき、二酸化炭素の割合が約７５％でほぼ飽和しているが、これはＱ－ｍａｓｓ中に残留していた窒素を置換しきれなかったためと考えられる。
図５に示すように、水素８ａを供給したときは、時間と共に二酸化炭素の割合が増大しているのに対し、窒素を供給したときは、ほぼ二酸化炭素が検出されなかった。これは、水素８ａを供給することにより、上記式（４）およびその後の上記式（３）の反応が進んだためであると考えられる。また、上述したように、水素８ａを供給した場合に酸素は検出されず二酸化炭素と窒素のみが検出され、上記式（１）の酸素発生を伴う水電解が起こっていないことが確認された。なお、水素８ａを供給したとき、二酸化炭素の割合が約７５％でほぼ飽和しているが、これはＱ－ｍａｓｓ中に残留していた窒素を置換しきれなかったためと考えられる。
【0057】
【符号の説明】
【0058】
１ 二酸化炭素放出装置
２ アノード電極
２ａ 第１ガス拡散層
２ｂ 第１触媒層
２ｃ プロトン交換膜
３ａ 第２ガス拡散層
３ｂ 第２触媒層
４ 陽イオン交換膜
５ 電源
６ 二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液
６ａ 二酸化炭素溶解前の第１アルカリ液
６ｂ 二酸化炭素溶解後の第１アルカリ液
６ｃ 二酸化炭素放出後の第１アルカリ液
６ｄ 第１アルカリ液の陽イオン
７ 第２アルカリ液
７ａ 第２アルカリ液の溶質
８ａ、８ｂ 水素
１０ 二酸化炭素回収システム
１１ 排ガス
１１ａ 二酸化炭素
１２ 二酸化炭素溶解部
１３ 二酸化炭素分離部
１４ アルカリ液再生部
２ アノード電極
２ａ 第１ガス拡散層
２ｂ 第１触媒層
２ｃ プロトン交換膜
３ａ 第２ガス拡散層
３ｂ 第２触媒層
４ 陽イオン交換膜
５ 電源
６ 二酸化炭素が溶解された第１アルカリ液
６ａ 二酸化炭素溶解前の第１アルカリ液
６ｂ 二酸化炭素溶解後の第１アルカリ液
６ｃ 二酸化炭素放出後の第１アルカリ液
６ｄ 第１アルカリ液の陽イオン
７ 第２アルカリ液
７ａ 第２アルカリ液の溶質
８ａ、８ｂ 水素
１０ 二酸化炭素回収システム
１１ 排ガス
１１ａ 二酸化炭素
１２ 二酸化炭素溶解部
１３ 二酸化炭素分離部
１４ アルカリ液再生部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
