特開 2024-74025 二酸化炭素電解装置

(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】P2024074025

(43)【公開日】2024-05-30

(54)【発明の名称】二酸化炭素電解装置

(51)【国際特許分類】

   C25B 3/26 20210101AFI20240523BHJP

   C25B 3/03 20210101ALI20240523BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20240523BHJP

   C25B 15/023 20210101ALI20240523BHJP

【ＦＩ】

C25B3/26

C25B3/03

C25B9/00 G

C25B15/023

【審査請求】有

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022185068

(22)【出願日】2022-11-18

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100154380

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 隆一

(74)【代理人】

【識別番号】100081972

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 豊

(72)【発明者】

【氏名】倉品 大輔

(72)【発明者】

【氏名】嶋田 雄太

(72)【発明者】

【氏名】牛島 輝幸

(72)【発明者】

【氏名】マイ フォントゥ

【テーマコード（参考）】

4K021

【Ｆターム（参考）】

4K021AC02

4K021BB03

4K021BB05

4K021DB36

(57)【要約】

【課題】電解反応により得られた炭素化合物と水素とを適切な比率で反応させる。
【解決手段】装置１００は、再生可能エネルギーにより発電された電力により電解を行う電解スタック１０と、電解スタック１０に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部３０と、二酸化炭素が供給されるとき電解スタック１０での電解により生じた第１ガスを貯留する第１貯留部６０ａと、二酸化炭素の供給が停止されているとき電解スタック１０での電解により生じた第２ガスを貯留する第２貯留部６０ｂと、第１ガスと第２ガスとが導かれる反応器７０と、電解スタック１０の電圧を検出する電圧センサ１６と、電圧が所定値を超えるとき電解スタック１０に二酸化炭素を供給するように二酸化炭素供給部３０を制御する一方、電圧が所定値以下のとき電解スタック１０への二酸化炭素の供給を停止するように二酸化炭素供給部３０を制御する制御部と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

再生可能エネルギーにより発電された電力により電解を行う電解スタックと、
前記電解スタックに二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部と、
前記二酸化炭素供給部により二酸化炭素が供給されるとき、前記電解スタックでの電解により生じた第１ガスを貯留する第１貯留部と、
前記二酸化炭素供給部による二酸化炭素の供給が停止されているとき、前記電解スタックでの電解により生じた第２ガスを貯留する第２貯留部と、
前記第１貯留部に貯留された前記第１ガスと前記第２貯留部に貯留された前記第２ガスとが導かれる反応器と、
前記電解スタックの電圧を検出する電圧センサと、
前記電圧センサにより検出された電圧が所定値を超えるとき、前記電解スタックに二酸化炭素を供給するように前記二酸化炭素供給部を制御する一方、前記電圧センサにより検出された電圧が前記所定値以下のとき、前記電解スタックへの二酸化炭素の供給を停止するように前記二酸化炭素供給部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする二酸化炭素電解装置。

【請求項2】

請求項１に記載の二酸化炭素電解装置において、
前記第１ガスを精製して前記第１貯留部に供給する第１精製部と、
前記第２ガスを精製して前記第２貯留部に供給する第２精製部と、
前記第１精製部および前記第２精製部で生じたオフガスにより前記反応器を昇温する昇温部と、をさらに備えることを特徴とする二酸化炭素電解装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の二酸化炭素電解装置において、
前記反応器の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサにより検出された前記反応器の温度に応じて前記反応器までの前記第１ガスおよび前記第２ガスの流れを制御する流れ制御部と、をさらに備えることを特徴とする二酸化炭素電解装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二酸化炭素を電解還元する二酸化炭素電解装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、二酸化炭素を電解還元する装置が知られている（例えば特許文献１参照）。上記特許文献１記載の装置では、二酸化炭素が溶解した強アルカリ水溶液からなる電解液をカソードとアノードの間に設けられた液流路に流し、カソードで電解液中の溶存二酸化炭素を電解還元する。

【0003】

排気ガスや大気中の二酸化炭素を回収し、炭素源として利用することで、炭素排出量を低減し、気候変動の緩和または影響軽減に寄与することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－１３１８１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１記載の装置では、二酸化炭素を電解すると所望の炭素化合物のほかに副生成物として水素ガスが発生する。このような電解反応により得られた炭素化合物と水素とを適切な比率で反応させることで、燃料等のさらに有用な化合物を得ることができるが、上記特許文献１では、この点について何ら提案されていない。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様である二酸化炭素電解装置は、再生可能エネルギーにより発電された電力により電解を行う電解スタックと、電解スタックに二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部と、二酸化炭素供給部により二酸化炭素が供給されるとき、電解スタックでの電解により生じた第１ガスを貯留する第１貯留部と、二酸化炭素供給部による二酸化炭素の供給が停止されているとき、電解スタックでの電解により生じた第２ガスを貯留する第２貯留部と、第１貯留部に貯留された第１ガスと第２貯留部に貯留された第２ガスとが導かれる反応器と、電解スタックの電圧を検出する電圧センサと、電圧センサにより検出された電圧が所定値を超えるとき、電解スタックに二酸化炭素を供給するように二酸化炭素供給部を制御する一方、電圧センサにより検出された電圧が所定値以下のとき、電解スタックへの二酸化炭素の供給を停止するように二酸化炭素供給部を制御する制御部と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、電解反応により得られた炭素化合物と水素とを適切な比率で反応させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係る二酸化炭素電解装置の電解スタックの一例を模式的に示す断面図。

【図2】本発明の実施形態に係る二酸化炭素電解装置の全体構成の一例を概略的に示すブロック図。

【図3】図２の電解スタックの電圧の変動について説明するための図。

【図4】本発明の実施形態に係る二酸化炭素電解装置の制御構成の一例を概略的に示すブロック図。

【図5】本発明の実施形態に係る二酸化炭素電解装置による電解反応切替処理の一例を示すフローチャート。

【図6】本発明の実施形態に係る二酸化炭素電解装置による反応器オンオフ処理の一例を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図１～図６を参照して本発明の実施形態について説明する。地球の平均気温は、大気中の温室効果ガスにより、生物に適した温暖な状態に保たれている。具体的には、太陽光で暖められた地表面から宇宙空間へと放射される熱の一部を温室効果ガスが吸収し、地表面へと再放射することで、大気が温暖な状態に保たれている。このような大気中の温室効果ガスの濃度が増加すると、地球の平均気温が上昇する（地球温暖化）。

【0010】

温室効果ガスの中でも地球温暖化への寄与が大きい二酸化炭素の大気中における濃度は、植物や化石燃料として地上や地中に固定された炭素と、二酸化炭素として大気中に存在する炭素とのバランスによって決定される。例えば、植物の生育過程での光合成により大気中の二酸化炭素が吸収されると大気中の二酸化炭素濃度が減少し、化石燃料の燃焼により二酸化炭素が大気中に放出されると大気中の二酸化炭素濃度が増加する。地球温暖化を抑制するには、化石燃料を太陽光、風力、水力、地熱、あるいはバイオマス等の再生可能エネルギーで代替し、炭素排出量を低減することが必要となる。

【0011】

排気ガスや大気中の二酸化炭素を回収し、炭素源として利用することで、炭素排出量を低減することができる。本実施形態では、再生可能電力を利用した電解反応により二酸化炭素を還元して炭素化合物を生成するとともに、副生成物として得られた水素を利用してさらに還元することで、再生可能燃料等を製造できるよう、以下のように二酸化炭素電解装置を構成する。

【0012】

図１は、本発明の実施形態に係る二酸化炭素電解（以下、装置）１００の電解スタック１０の一例を模式的に示す断面図である。図１に示すように、電解スタック１０は、アノード部１１ａとカソード部１１ｂとの間にアニオン交換型の固体高分子電解質膜（ＡＥＭ（Anion Exchange Membrane））１２を挟み込んだ電解セルあるいは電解セルを積層（直列接続）した電解スタックとして構成される。アノード部１１ａおよびカソード部１１ｂは、それぞれ液流路１３ａ，１３ｂと、電極触媒１４ａ，１４ｂと、ガス流路１５ａ，１５ｂと、を含む。液流路１３ａ，１３ｂとガス流路１５ａ，１５ｂとは、それぞれ電極触媒１４ａ，１４ｂに隣接して設けられる。

【0013】

液流路１３ａ，１３ｂには、電解スタック１０の外部から水酸化カリウム水溶液等の強アルカリ水溶液からなる電解液を導入し、流通させることができる。液流路１３ａ，１３ｂから流出した電解液を再び液流路１３ａ，１３ｂに導入し、循環させてもよい。

【0014】

カソード部１１ｂのガス流路１５ｂには、電解スタック１０の外部から二酸化炭素を供給することができる。また、ガス流路１５ａ，１５ｂを介して、電解反応により生じたガスを電解スタック１０の外部に排出することができる。

【0015】

アノード部１１ａの電極触媒１４ａ（アノード）は、ニッケル等の非貴金属または白金等の貴金属で構成され、電解スタック１０の外部に設けられた直流電源（以下、電解電源）２０の正極に接続される。カソード部１１ｂの電極触媒１４ｂ（カソード）は、銅等で構成され、電解電源２０の負極に接続される。

【0016】

電解電源２０から電解スタック１０に電力が供給されると、電力の大きさに応じてアノードとカソードとの間に電位差が生じ、電位差が電解電圧に達すると電解反応が進行する。より具体的には、ガス流路１５ｂに二酸化炭素が供給されている場合、カソード部１１ｂの液流路１３ｂと電極触媒１４ｂとガス流路１５ｂとの三相界面では、電解反応により二酸化炭素が還元されて一酸化炭素、メタン、エチレン等の炭素化合物が生成する。例えば、下式(i)の電解反応により一酸化炭素が生成する。また、ガス流路１５ｂに二酸化炭素が供給されているか否かによらず、下式(ii)の電解反応により電解液中の水が還元されて水酸化物イオンが生成する。カソード部１１ｂで生成した炭素化合物（気体）および水素（気体）は、ガス流路１５ｂを介して電解スタック１０の外部に排出される。
ＣＯ₂＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋２ＯＨ^- ・・・(i)
２Ｈ₂Ｏ→Ｈ₂＋２ＯＨ^- ・・・(ii)

【0017】

一方、カソード部１１ｂで生成した水酸化物イオンは、カソード部１１ｂの液流路１３ｂの電解液中を移動した後、ＡＥＭ１２を透過し、アノード部１１ａの液流路１３ａの電解液中をアノード部１１ａの電極触媒１４ａとの界面まで移動する。アノード部１１ａの電極触媒１４ａの表面では、下式(iii)の電解反応により水酸化物イオンが酸化されて酸素が生成する。アノード部１１ａで生成した酸素（気体）は、ガス流路１５ａを介して電解スタック１０の外部に排出され、水（液体）は、そのまま液流路１３ａを流通、循環する。
４ＯＨ^-→Ｏ₂＋２Ｈ₂Ｏ ・・・(iii)

【0018】

二酸化炭素の電解反応に要する電解電圧、すなわち上式(i)および上式(iii)の電解反応に要する電解電圧（１．３５Ｖ程度）は、水の電解反応に要する電解電圧、すなわち上式(ii)および上式(iii)の電解反応に要する電解電圧（１．２３Ｖ程度）よりも高い。

【0019】

図２は、装置１００の全体構成の一例を概略的に示すブロック図である。図２に示すように、装置１００は、電解スタック１０と、電解スタック１０に電力を供給する電解電源２０と、電解スタック１０に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部３０と、電解スタック１０に電解液を供給する電解液供給部４０ａ，４０ｂと、を備える。

【0020】

電解スタック１０には、電解スタック１０の電圧（以下、スタック電圧）を検出する電圧センサ１６が設けられる。電圧センサ１６は、コントローラ９０（図４）に接続され、電圧センサ１６のセンサ値は、コントローラ９０に出力される。

【0021】

電解電源２０は、太陽光等の再生可能エネルギーを利用して直流電力（再生可能電力）を発電し、発電された直流電力を電解スタック１０に供給する発電装置として構成される。電解電源２０の正極は、電解スタック１０のアノード（アノード部１１ａの電極触媒１４ａ）に接続され、電解電源２０の負極は、電解スタック１０のカソード（カソード部１１ｂの電極触媒１４ｂ）に接続される。太陽光等の自然エネルギーを利用する電解電源２０の発電量は、日照等の気象条件によって変動し、これにより電解スタック１０のスタック電圧が変動する。

【0022】

図３は、スタック電圧の変動について説明するための図である。図３に示すように、太陽光等の自然エネルギーを利用する場合の発電量は、日照等の気象条件によって変動し、発電量の変動に伴ってスタック電圧も変動する。スタック電圧が二酸化炭素の電解反応に要する電解電圧（所定値）以下の場合は、電解スタック１０に二酸化炭素を供給したとしても二酸化炭素の電解反応（式(i)，(iii)）は進行せず、水の電解反応（式(ii)，(iii)）のみが進行する。

【0023】

二酸化炭素供給部３０は、ポンプ等を含んで構成される。二酸化炭素供給部３０は、配管３１を介して電解スタック１０のカソード部１１ｂのガス流路１５ｂ入口に接続され、所定濃度以上の二酸化炭素を含む空気を圧送することで、電解スタック１０に二酸化炭素（気体）を供給する。所定濃度以上の二酸化炭素を含む空気は、化石燃料の燃焼を伴う装置や設備からの排気ガスであってもよく、濃縮装置により二酸化炭素が濃縮された大気であってもよい。二酸化炭素供給部３０と電解スタック１０との間の配管３１には、開閉可能に構成された電動バルブ３２が設けられる。二酸化炭素供給部３０および電動バルブ３２は、コントローラ９０（図４）により制御される。

【0024】

電解液供給部４０ａ，４０ｂは、それぞれポンプ等を含んで構成される。電解液供給部４０ａ，４０ｂは、それぞれ配管４１ａ，４１ｂを介して電解スタック１０の液流路１３ａ，１３ｂ入口に接続され、電解液を圧送することで、電解スタック１０に電解液を供給する。電解液供給部４０ａ，４０ｂには、それぞれ不図示の配管を介して電解スタック１０の液流路１３ａ，１３ｂ出口から電解液が還流される。

【0025】

装置１００は、さらに、電解スタック１０での電解により生じたガスを精製する第１精製部５０ａおよび第２精製部５０ｂと、第１精製部５０ａおよび第２精製部５０ｂから供給されるガスをそれぞれ貯留する第１貯留部６０ａおよび第２貯留部６０ｂと、を備える。また、第１貯留部６０ａおよび第２貯留部６０ｂに貯留されたガスが導かれる反応器７０と、反応器７０を昇温する昇温部８０と、をさらに備える。

【0026】

第１精製部５０ａは、二酸化炭素供給部３０により二酸化炭素が供給されるとき、電解スタック１０での電解により生じた炭素化合物を主成分とする第１ガスを精製する。第１精製部５０ａは、吸着剤を用いたＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）方式またはＴＳＡ（Thermal Swing Adsorption）方式の吸着分離装置として構成される。

【0027】

第１精製部５０ａは、配管５１ａを介して電解スタック１０のカソード部１１ｂのガス流路１５ｂ出口に接続され、配管５１ａには、開閉可能に構成された電動バルブ５２ａが設けられる。二酸化炭素供給部３０により二酸化炭素が供給されるとき、電動バルブ５２ａが開放され、電解により生じた第１ガスが電解スタック１０から第１精製部５０ａに供給され、第１ガスに含まれる炭素化合物以外の混合物が吸着材に吸着（ＰＳＡ方式の場合は加圧吸着、ＴＳＡ方式の場合は常温吸着）される。電動バルブ５２ａは、コントローラ９０（図４）により制御される。

【0028】

第１精製部５０ａは、さらに、配管５３ａを介して第１貯留部６０ａに接続されるとともに、配管５４ａを介して昇温部８０に接続される。第１精製部５０ａと第１貯留部６０ａとの間の配管５３ａには、開閉可能に構成された電動バルブ５５ａが設けられ、第１精製部５０ａと昇温部８０との間の配管５４ａには、流量調整可能に構成された電動バルブ５６ａが設けられる。

【0029】

第１精製部５０ａにおいて第１ガスに含まれる炭素化合物以外の混合物が吸着材に吸着されるとき、電動バルブ５５ａが開放されるとともに電動バルブ５６ａが閉鎖され、精製された高純度の炭素化合物が第１精製部５０ａから第１貯留部６０ａに供給され、貯留される。一方、第１精製部５０ａにおいて吸着材から炭素化合物以外の混合物が脱着（ＰＳＡ方式の場合は減圧脱着、ＴＳＡ方式の場合は高温脱着）されるとき、電動バルブ５５ａが閉鎖されるとともに電動バルブ５６ａが開放され、吸着材から脱着された混合物を含むオフガスが第１精製部５０ａから昇温部８０に供給される。第１精製部５０ａおよび電動バルブ５５ａ，５６ａは、コントローラ９０（図４）により制御される。

【0030】

第２精製部５０ｂは、二酸化炭素供給部３０による二酸化炭素の供給が停止されているとき、電解スタック１０での電解により生じた水素を主成分とする第２ガスを精製する。第２精製部５０ｂも、吸着剤を用いたＰＳＡ方式またはＴＳＡ方式の吸着分離装置として構成される。

【0031】

第２精製部５０ｂは、配管５１ｂを介して電解スタック１０のカソード部１１ｂのガス流路１５ｂ出口に接続され、配管５１ｂには、開閉可能に構成された電動バルブ５２ｂが設けられる。二酸化炭素供給部３０による二酸化炭素の供給が停止されているとき、電動バルブ５２ｂが開放され、電解により生じた第２ガスが電解スタック１０から第２精製部５０ｂに供給され、第２ガスに含まれる水素以外の混合物が吸着材に吸着される。電動バルブ５２ｂは、コントローラ９０（図４）により制御される。

【0032】

第２精製部５０ｂは、さらに、配管５３ｂを介して第２貯留部６０ｂに接続されるとともに、配管５４ｂを介して昇温部８０に接続される。第２精製部５０ｂと第２貯留部６０ｂとの間の配管５３ｂには、開閉可能に構成された電動バルブ５５ｂが設けられ、第２精製部５０ｂと昇温部８０との間の配管５４ｂには、流量調整可能に構成された電動バルブ５６ｂが設けられる。

【0033】

第２精製部５０ｂにおいて第２ガスに含まれる水素以外の混合物が吸着材に吸着されるとき、電動バルブ５５ｂが開放されるとともに電動バルブ５６ｂが閉鎖され、精製された高純度の水素が第２精製部５０ｂから第２貯留部６０ｂに供給され、貯留される。一方、第２精製部５０ｂにおいて吸着材から水素以外の混合物が脱着されるとき、電動バルブ５５ｂが閉鎖されるとともに電動バルブ５６ｂが開放され、吸着材から脱着された混合物を含むオフガスが第２精製部５０ｂから昇温部８０に供給される。第２精製部５０ｂおよび電動バルブ５５ｂ，５６ｂは、コントローラ９０（図４）により制御される。

【0034】

反応器７０は、配管７１ａを介して第１貯留部６０ａに接続されるとともに、配管７１ｂを介して第２貯留部６０ｂに接続される。配管７１ｂおよび配管７１ｂには、それぞれ流量調整可能に構成された電動バルブ７２ａ，７２ｂが設けられる。反応器７０には、電動バルブ７２ａの開度に応じて第１貯留部６０ａに貯留された高純度の炭素化合物が導かれるとともに、電動バルブ７２ｂの開度に応じて第２貯留部６０ｂに貯留された高純度の水素が導かれる。電動バルブ７２ａ，７２ｂは、コントローラ９０（図４）により制御される。

【0035】

昇温部８０は、反応器７０全体を覆うように設けられた熱交換器として構成され、第１精製部５０ａおよび第２精製部５０ｂから供給されたオフガス（熱媒）により反応器７０を昇温する。反応器７０には、反応器７０の温度を検出する温度センサ７３が設けられる。温度センサ７３は、コントローラ９０（図４）に接続され、温度センサ７３のセンサ値は、コントローラ９０に出力される。

【0036】

反応器７０では、第１貯留部６０ａから供給される炭素化合物を、第２貯留部６０ｂから供給される水素により還元することで、再生可能燃料等を製造する。例えば、ＦＴ（Fischer-Tropsch）合成により再生可能メタノール燃料を製造する。反応器７０は、所望の再生可能燃料等を得るための反応を促進可能な触媒が設けられた触媒反応装置として構成される。反応器７０の温度は、所望の再生可能燃料等を得るための反応の種類に応じ、電動バルブ５６ａ，５６ｂにより熱媒の流量を介して調整することができる。反応器７０に導入される反応物（二酸化炭素、水素）の比率や流量は、所望の再生可能燃料等を得るための反応の種類に応じ、反応器７０内の温度や圧力等を考慮して、電動バルブ７２ａ，７２ｂにより調整することができる。

【0037】

図４は、装置１００の制御構成の一例を概略的に示すブロック図である。図４に示すように、装置１００は、さらに、二酸化炭素供給部３０、電解液供給部４０ａ，４０ｂ、第１精製部５０ａ、第２精製部５０ｂ、および電動バルブ３２～７２ｂを制御するコントローラ９０を備える。コントローラ９０には、電圧センサ１６と温度センサ７３とがそれぞれ接続される。コントローラ９０は、ＣＰＵなどの演算部９１、ＲＯＭ，ＲＡＭなどの記憶部９２、およびその周辺回路などを有するコンピュータを含んで構成される。コントローラ９０の記憶部９２には、演算部９１が実行するプログラムや設定値等の情報が記憶される。

【0038】

コントローラ９０（演算部９１）は、電圧センサ１６により検出されたスタック電圧が所定値（図３）を超えるとき、電解スタック１０に二酸化炭素を供給するように二酸化炭素供給部３０および電動バルブ３２を制御する。また、電解スタック１０から第１精製部５０ａに第１ガスが供給されるように電動バルブ５２ａ，５２ｂを制御するとともに、供給された第１ガスを精製するように第１精製部５０ａを制御する。さらに、第１精製部５０ａで精製された高純度の炭素化合物が第１貯留部６０ａに供給され、吸着材から脱着された混合物を含むオフガスが昇温部８０に供給されるように電動バルブ５５ａ，５６ａを制御する。

【0039】

コントローラ９０は、電圧センサ１６により検出されたスタック電圧が所定値以下のとき、電解スタック１０への二酸化炭素の供給を停止するように二酸化炭素供給部３０および電動バルブ３２を制御する。また、電解スタック１０から第２精製部５０ｂに第２ガスが供給されるように電動バルブ５２ａ，５２ｂを制御するとともに、供給された第２ガスを精製するように第２精製部５０ｂを制御する。さらに、第２精製部５０ｂで精製された高純度の水素が第２貯留部６０ｂに供給され、吸着材から脱着された混合物を含むオフガスが昇温部８０に供給されるように電動バルブ５５ｂ，５６ｂを制御する。

【0040】

コントローラ９０は、さらに、温度センサ７３により検出された反応器７０の温度に応じて、反応器７０の温度が所望の再生可能燃料等を得るための反応を促進可能な所定温度となるように、電動バルブ５６ａ，５６ｂを制御する。また、反応器７０の温度が所定温度以上のとき、第１貯留部６０ａおよび第２貯留部６０ｂから反応器７０に反応物（二酸化炭素、水素）が供給されるように電動バルブ７２ａ，７２ｂを制御する。反応器７０の温度が所定温度未満のときは、反応器７０に反応物（二酸化炭素、水素）を供給しても所望の反応が進行しないため、第１貯留部６０ａおよび第２貯留部６０ｂから反応器７０への反応物の供給を停止するように電動バルブ７２ａ，７２ｂを制御する。

【0041】

図５は、装置１００による電解反応切替処理の一例を示すフローチャートであり、コントローラ９０の演算部９１により実行される処理の一例を示す。このフローチャートに示す処理は、所定時間毎に繰り返し実行される。図５に示すように、先ずステップＳ１で、電圧センサ１６により検出された電解スタック１０のスタック電圧を読み込む。次いでステップＳ２で、ステップＳ１で読み込まれたスタック電圧が所定値（図３）を超えるか否かを判定する。

【0042】

ステップＳ２で肯定されるとステップＳ３に進み、電解スタック１０に二酸化炭素を供給するように二酸化炭素供給部３０および電動バルブ３２を制御する。また、電解スタック１０から第１精製部５０ａに第１ガスが供給されるように電動バルブ５２ａ，５２ｂを制御し、第１ガスを精製するように第１精製部５０ａを制御する。また、第１精製部５０ａで精製された第１ガス（高純度の炭素化合物）が第１貯留部６０ａに供給され、吸着材から脱着された混合物を含むオフガスが昇温部８０に供給されるように電動バルブ５５ａ，５６ａを制御する。

【0043】

一方、ステップＳ２で否定されるとステップＳ４に進み、電解スタック１０への二酸化炭素の供給を停止するように二酸化炭素供給部３０および電動バルブ３２を制御する。また、電解スタック１０から第２精製部５０ｂに第２ガスが供給されるように電動バルブ５２ａ，５２ｂを制御し、第２ガスを精製するように第２精製部５０ｂを制御する。また、第２精製部５０ｂで精製された第２ガス（高純度の水素）が第２貯留部６０ｂに供給され、吸着材から脱着された混合物を含むオフガスが昇温部８０に供給されるように電動バルブ５５ｂ，５６ｂを制御する。

【0044】

太陽光等の自然エネルギーを利用する場合の発電量は、日照等の気象条件によって変動し、発電量の変動に伴ってスタック電圧も変動する。スタック電圧が二酸化炭素の電解電圧（所定値）以下の場合は、電解スタック１０への二酸化炭素の供給を停止して水電解のみを行い、スタック電圧が所定値を超える場合に限って、電解スタック１０に二酸化炭素を供給して二酸化炭素の電解を行う。このように、再生可能電力の変動に応じて電解電圧の異なる複数の電解反応を切り替えることで、複数の物質（炭素化合物と水素）を効率的に生成することができる。

【0045】

図６は、装置１００による反応器オンオフ処理の一例を示すフローチャートであり、コントローラ９０の演算部９１により実行される処理の一例を示す。このフローチャートに示す処理は、所定時間毎に繰り返し実行される。図６に示すように、先ずステップＳ１０で、温度センサ７３により検出された反応器７０の温度を読み込む。次いでステップＳ１１、ステップＳ１０で読み込まれた温度が所定温度以上であるか否かを判定する。

【0046】

ステップＳ１１で肯定されるとステップＳ１２に進み、第１貯留部６０ａおよび第２貯留部６０ｂから反応器７０に反応物（二酸化炭素、水素）が供給されるように電動バルブ７２ａ，７２ｂを制御する。一方、ステップＳ１１で否定されるとステップＳ１３に進み、第１貯留部６０ａおよび第２貯留部６０ｂから反応器７０への反応物の供給を停止するように電動バルブ７２ａ，７２ｂを制御する。

【0047】

このように、生成された炭素化合物と水素とをそれぞれ貯留した上で反応器７０に導入することで、単一の電解スタック１０での電解反応により得られた炭素化合物と水素とを適切な比率で反応させることができる。また、精製により生じるオフガスの廃熱を利用して反応器７０を昇温し、反応温度が確保されたときに反応器７０に反応ガスを供給することで、装置１００全体の効率を一層向上することができる。

【0048】

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）装置１００は、再生可能エネルギーにより発電された電力により電解を行う電解スタック１０と、電解スタック１０に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給部３０と、二酸化炭素供給部３０により二酸化炭素が供給されるとき、電解スタック１０での電解により生じた第１ガスを貯留する第１貯留部６０ａと、二酸化炭素供給部３０による二酸化炭素の供給が停止されているとき、電解スタック１０での電解により生じた第２ガスを貯留する第２貯留部６０ｂと、第１貯留部６０ａに貯留された第１ガスと第２貯留部６０ｂに貯留された第２ガスとが導かれる反応器７０と、電解スタック１０のスタック電圧を検出する電圧センサ１６と、電圧センサ１６により検出されたスタック電圧が所定値を超えるとき、電解スタック１０に二酸化炭素を供給するように二酸化炭素供給部３０を制御する一方、電圧センサ１６により検出されたスタック電圧が所定値以下のとき、電解スタック１０への二酸化炭素の供給を停止するように二酸化炭素供給部３０を制御するコントローラ９０と、を備える（図２、図４）。

【0049】

このように、再生可能電力の変動に伴うスタック電圧の変動に応じて二酸化炭素の供給、非供給を切り替えることで、炭素化合物と水素とを効率的に製造することができる。また、単一の電解スタック１０での電解により得られた炭素化合物と水素とをそれぞれ貯留した上で反応器７０に導入することで、炭素化合物と水素とを適切な比率で反応させることができる。

【0050】

（２）装置１００は、第１ガスを精製して第１貯留部６０ａに供給する第１精製部５０ａと、第２ガスを精製して第２貯留部６０ｂに供給する第２精製部５０ｂと、第１精製部５０ａおよび第２精製部５０ｂで生じたオフガスにより反応器７０を昇温する昇温部８０と、をさらに備える（図２）。精製により生じるオフガスの廃熱を利用することで、装置１００全体の効率を一層向上することができる。

【0051】

（３）装置１００は、反応器７０の温度を検出する温度センサ７３と、電動バルブ７２ａ，７２ｂと、をさらに備える（図２、図４）。コントローラ９０は、温度センサ７３により検出された反応器７０の温度に応じて反応器７０までの第１ガスおよび第２ガスの流れを制御する。反応器７０の温度に応じて反応ガスを供給することで、装置１００全体の効率を一層向上することができる。

【0052】

上記実施形態では、図１等で二酸化炭素が供給されるときに電解スタック１０のカソード側で進行する電解反応を二酸化炭素から一酸化炭素への電解還元反応として説明したが、一酸化炭素は一例であり、二酸化炭素が供給されるときの電解により生じる第１ガスは一酸化炭素に限定されない。二酸化炭素から第１ガスを精製する電解反応は、電解電圧が副反応である水の電解反応と異なるものであればよい。

【0053】

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

【符号の説明】

【0054】

１０ 電解スタック、１６ 電圧センサ、２０ 電解電源、３０ 二酸化炭素供給部、３２，５２ａ，５２ｂ，５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂ，７２ａ，７２ｂ 電動バルブ、４０ａ，４０ｂ 電解液供給部、５０ａ 第１精製部、５０ｂ 第２精製部、６０ａ 第１貯留部、６０ｂ 第２貯留部、７０ 反応器、７３ 温度センサ、８０ 昇温部、９０ コントローラ、９１ 演算部、９２ 記憶部、１００ 二酸化炭素電解装置（装置）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】