特表 2024-517246 二酸化炭素を捕捉し、捕捉溶液を再生するためのシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-04-19

(54)【発明の名称】二酸化炭素を捕捉し、捕捉溶液を再生するためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 61/44 20060101AFI20240412BHJP

   B01D 61/46 20060101ALI20240412BHJP

   C02F 1/469 20230101ALI20240412BHJP

   C02F 1/44 20230101ALI20240412BHJP

   C02F 1/04 20230101ALI20240412BHJP

【ＦＩ】

B01D61/44 510

B01D61/46 500

C02F1/469

B01D61/44 500

C02F1/44 D

C02F1/04 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023568082

(86)(22)【出願日】2022-05-03

(85)【翻訳文提出日】2023-12-18

(86)【国際出願番号】 US2022027523

(87)【国際公開番号】W WO2022235708

(87)【国際公開日】2022-11-10

(31)【優先権主張番号】63/183,533

(32)【優先日】2021-05-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518273633

【氏名又は名称】カーボン・エンジニアリング・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】アンドリュー・ローガン・オステリチャー

(72)【発明者】

【氏名】カイル・ウェイン・ケンプ

(72)【発明者】

【氏名】ダグラス・エドワード・オルムステッド

(72)【発明者】

【氏名】テレサ・ジュリエット・ペナ・バスティダス

【テーマコード（参考）】

4D006

4D034

4D061

【Ｆターム（参考）】

4D006GA03

4D006GA17

4D006HA47

4D006JA42C

4D006JA42Z

4D006JA43Z

4D006JA44Z

4D006KA16

4D006KA52

4D006KA55

4D006KA57

4D006KA72

4D006KB18

4D006KB30

4D006KD14

4D006KD28

4D006KD30

4D006KE15R

4D006MA03

4D006MA13

4D006MA15

4D006PB20

4D006PB64

4D034BA01

4D034CA14

4D061DA05

4D061DB18

4D061DC13

4D061EA02

4D061EA09

4D061EB01

4D061EB04

4D061EB13

4D061EB19

4D061EB26

4D061EB33

4D061FA20

(57)【要約】

本開示による技法は、ＣＯ_２捕捉溶液で希薄気体供給源から二酸化炭素を捕捉して、炭酸塩に富む捕捉溶液を形成する工程；炭酸塩に富む捕捉溶液から炭酸塩の少なくとも一部分を分離する工程；電気透析（ＥＤ）供給溶液を形成する工程；水流及びＥＤ供給溶液をバイポーラー膜電気透析（ＢＰＭＥＤ）ユニットに流す工程；ＢＰＭＥＤユニットに電位を印加して、水酸化物を含む第１のＥＤ生成物流を含む少なくとも２つのＥＤ生成物流を形成する工程；及び、ＣＯ_２捕捉溶液と共に希薄気体供給源から二酸化炭素を捕捉するのに使用するため、第１のＥＤ生成物流を流す工程を含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＣＯ_２捕捉溶液で希薄気体供給源から二酸化炭素を捕捉して、炭酸塩に富む捕捉溶液を形成する工程、
前記炭酸塩に富む捕捉溶液から、炭酸塩の少なくとも一部分を分離する工程
電気透析（ＥＤ）供給溶液を形成する工程、
水流及び前記ＥＤ供給溶液を、バイポーラー膜電気透析（ＢＰＭＥＤ）ユニットに流す工程、
前記ＢＰＭＥＤユニットに電位を印加して、水酸化物を含む第１のＥＤ生成物流を含む少なくとも２つのＥＤ生成物流を形成する工程、及び
前記ＣＯ_２捕捉溶液と共に前記希薄気体供給源から二酸化炭素を捕捉するのに使用するため、前記第１のＥＤ生成物流を流す工程
を含む方法。

【請求項2】

前記ＢＰＭＥＤユニットに前記電位を印加する工程が、前記電位の少なくとも一部分を前記ＢＰＭＥＤユニットに印加して、前記第１のＥＤ生成物流及び第２のＥＤ生成物流を形成する工程を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第２のＥＤ生成物流が炭酸を含み、前記方法が更に、前記第２のＥＤ生成物流から二酸化炭素気体流の少なくとも一部分を回収する工程を含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記第２のＥＤ生成物流から前記二酸化炭素気体流の部分を回収する工程が、前記第２のＥＤ生成物流から前記二酸化炭素気体流の部分を回収してブライン流を形成する工程を含み、前記炭酸塩に富む捕捉溶液から炭酸塩の少なくとも一部分を分離する工程が、前記炭酸塩の部分を結晶化して、結晶質炭酸塩水和物を形成する工程を含み、前記方法が更に、
水及び前記ＥＤ供給溶液を前記ＢＰＭＥＤユニットに流す工程の前に、前記結晶質炭酸塩水和物を溶解し、前記溶解した結晶質炭酸塩水和物を前記ブライン流と混合して、ＥＤ供給溶液を形成する工程
を含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記第２のＥＤ生成物流から前記二酸化炭素気体流の部分を回収して前記ブライン流を形成する工程が、フラッシュタンク内で前記二酸化炭素気体流の部分を回収する工程を含み、前記方法は更に、
前記結晶質炭酸塩水和物を溶解するのに使用するために、前記フラッシュタンクから前記ブライン流を流す工程と、前記溶解した結晶質炭酸塩水和物を前記ブライン流と混合して、前記ＥＤ供給溶液を形成する工程と
を含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

圧縮ユニット、燃料合成システム、合成ガス発生反応器、又は電解槽セルの少なくとも１つを含む下流プロセスに、前記二酸化炭素気体流を流す工程と、
合成ガス、ＣＯ、Ｈ_２、又は水の少なくとも１種を含む１つ又は複数の下流生成物をもたらす工程と
を更に含む、請求項４に記載の方法。

【請求項7】

前記第２のＥＤ生成物流がプロトンシャトル種を含み、前記方法が更に、
前記第２のＥＤ生成物流を前記炭酸塩の部分と反応させて、二酸化炭素気体を回収し、前記ＥＤ供給溶液を形成する工程
を含む、請求項２から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記第２のＥＤ生成物流を前記炭酸塩の部分と反応させて、前記二酸化炭素気体を回収する工程が、前記第２のＥＤ生成物流の前記プロトンシャトル種を前記炭酸塩の部分と反応させて、炭酸と前記ＥＤ供給溶液とを形成する工程を含む、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

圧縮ユニット、燃料合成システム、合成ガス発生反応器、又は電解槽セルの少なくとも１つを含む下流プロセスに、前記二酸化炭素気体を流す工程と、
合成ガス、ＣＯ、Ｈ_２、又は水の少なくとも１種を含む１つ又は複数の下流生成物をもたらす工程と
を更に含む、請求項７に記載の方法。

【請求項10】

前記第２のＥＤ生成物流を前記炭酸塩の部分と反応させる工程が、重硫酸塩を含む前記プロトンシャトル種を、前記炭酸塩の部分と反応させる工程を含む、請求項７から９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

水及び前記ＥＤ供給溶液を前記ＢＰＭＥＤユニットに流す工程の前に、前記ＥＤ供給溶液をイオン交換器内に流す工程を更に含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

ＢＰＭＥＤリサイクル流を前記第１のＥＤ生成物流から分離する工程、及び前記ＢＰＭＥＤリサイクル流を前記ＢＰＭＥＤユニットに戻す工程を更に含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記炭酸塩に富む捕捉溶液から炭酸塩の部分を分離する工程が、前記炭酸塩に富む捕捉溶液をナノ濾過ユニット内に流して、炭酸塩に富む混合物を含むナノ濾過（ＮＦ）保持液流を形成し、水酸化物に富む混合物を含むＮＦ透過液流を形成する工程を含み、水及び前記ＥＤ供給溶液を前記ＢＰＭＥＤユニットに流す工程が、前記ＮＦ保持液流の少なくとも一部分を含む前記ＥＤ供給溶液を前記ＢＰＭＥＤユニットに流す工程を含み、前記方法が更に、
二酸化炭素気体を前記第２のＥＤ生成物流から回収して、ブライン流を形成する工程と、
前記ブライン流を逆浸透（ＲＯ）ユニットに流して、重炭酸塩に富む溶液を含むＲＯ保持液流を形成し、水を含むＲＯ透過液流を形成する工程と、
前記ＲＯ保持液流を前記ＮＦ保持液流と合わせて、前記ＥＤ供給溶液を形成する工程と
を含む、請求項２に記載の方法。

【請求項14】

前記ＣＯ_２捕捉溶液と共に前記希薄気体供給源から前記二酸化炭素を捕捉するのに使用するため、前記ＮＦ透過液流の少なくとも一部分を流す工程を更に含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記ＮＦ保持液流を、前記ナノ濾過ユニットの下流のイオン交換器に流して、イオン交換再生廃棄物流と、前記ＥＤ供給溶液の少なくとも一部分とを形成する工程を更に含む、請求項１３又は１４に記載の方法。

【請求項16】

水酸化物を含むＢＰＭＥＤリサイクル流を、前記第１のＥＤ生成物流から分離する工程と、前記ＢＰＭＥＤリサイクル流を前記ＢＰＭＥＤユニットに流す工程とを更に含む、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項17】

水を含む前記ＲＯ透過液流の少なくとも一部分を前記第１のＥＤ生成物流と合わせて、前記ＢＰＭＥＤリサイクル流を形成する工程を含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記ＢＰＭＥＤユニットを７から１２の間のｐＨで動作させる工程を更に含む、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項19】

前記ＢＰＭＥＤユニットを、０．００１Ｍから２．５Ｍの間に及ぶ水素イオン濃度で動作させる工程を更に含む、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項20】

前記ＣＯ_２捕捉溶液で希薄気体供給源から二酸化炭素を捕捉する工程の前に、前記第１のＥＤ生成物流中の水酸化物の濃度を増大させて、前記ＣＯ_２捕捉溶液を形成する工程を更に含む、請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項21】

前記第１のＥＤ生成物流中の水酸化物の濃度を増大させる工程が、水を前記第１のＥＤ生成物流から蒸発させる工程を含む、請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

前記炭酸塩に富む捕捉溶液から炭酸塩の部分を分離する工程が、前記炭酸塩に富む捕捉溶液を結晶化することによって前記炭酸塩に富む捕捉溶液中の炭酸塩の濃度を増大させて、母液及び結晶質炭酸塩水和物を形成する工程を含む、請求項２に記載の方法。

【請求項23】

前記結晶質炭酸塩水和物の少なくとも一部分を溶解して、炭酸塩の部分を形成する工程と、
前記炭酸塩の部分をブライン流と混合して、前記ＥＤ供給溶液を形成する工程と
を更に含む、請求項２２に記載の方法。

【請求項24】

前記結晶質炭酸塩水和物の少なくとも一部分を溶解して、炭酸塩の部分を形成する工程と、
前記炭酸塩の部分を、前記第２のＥＤ生成物流中のプロトンシャトル種と反応させて、前記ＥＤ供給溶液を形成する工程と
を更に含む、請求項２２に記載の方法。

【請求項25】

前記炭酸塩に富む捕捉溶液を結晶化する工程の前に、前記炭酸塩に富む捕捉溶液から水を蒸発させて、炭酸塩の濃度を増大させる工程を更に含む、請求項２２から２４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項26】

前記ＣＯ_２捕捉溶液と共に前記希薄気体供給源から前記二酸化炭素を捕捉するのに使用するため、前記母液の少なくとも一部分を、前記ＣＯ_２捕捉溶液の少なくとも一部分と合わせる工程を更に含む、請求項２２から２５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項27】

前記結晶質炭酸塩水和物が、炭酸カリウムセスキ水和物（Ｋ_２ＣＯ_３・１．５Ｈ_２Ｏ）、炭酸ナトリウム十水和物（Ｎａ_２ＣＯ_３・１０Ｈ_２Ｏ）、炭酸カリウムナトリウム六水和物（ＫＮａＣＯ_３・６Ｈ_２Ｏ）、又は無水炭酸塩の少なくとも１種を含む、請求項２２から２６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項28】

前記炭酸塩に富む捕捉溶液から炭酸塩の部分を分離する工程が、前記炭酸塩に富む捕捉溶液を結晶化して、低固形分流と、結晶質炭酸塩水和物を含む高固形分流とを形成する工程を含み、前記低固形分流は、前記高固形分流よりも高い液体対固体比を有しており、前記方法は更に、
前記高固形分流の前記結晶質炭酸塩水和物を水性溶液に溶解し、ブライン流と混合して、前記ＥＤ供給溶液を形成する工程と、
前記低固形分流を戻して、前記炭酸塩に富む捕捉溶液の結晶化で使用する工程と
を含む、請求項１から２７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項29】

前記炭酸塩に富む捕捉溶液中の炭酸塩の部分を分離する工程が、前記炭酸塩に富む捕捉溶液をナノ濾過ユニット内に流す工程を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項30】

前記炭酸塩に富む捕捉溶液を前記ナノ濾過ユニット内に流す工程が、前記炭酸塩に富む捕捉溶液を前記ナノ濾過ユニット内に流して、炭酸塩に富む混合物を含むＮＦ保持液流を形成し、水酸化物に富む混合物を含むＮＦ透過液流を形成する工程を含み、前記方法が更に、
前記ＣＯ_２捕捉溶液と共に前記二酸化炭素を捕捉するのに使用するため、前記ＮＦ透過液流の少なくとも一部分を戻す工程と、
前記ＮＦ保持液流の少なくとも一部分を結晶化して、母液と結晶質炭酸塩水和物とを形成する工程と
を含む、請求項２９に記載の方法。

【請求項31】

前記炭酸塩に富む捕捉溶液を前記ナノ濾過ユニット内に流す工程が、炭酸イオンの少なくとも８５％を排除する工程を含む、請求項２９又は３０に記載の方法。

【請求項32】

重炭酸塩に富む溶液を含むセル供給溶液を、ＣＯ_２電解還元ユニットに流す工程と、
前記ＣＯ_２電解還元ユニットに電位を印加して、１つ又は複数の還元反応を前記セル供給溶液で行う工程と、
前記１つ又は複数の還元反応を前記セル供給溶液で行って、１種又は複数の還元生成物をもたらす工程と
を更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項33】

１種又は複数の還元生成物をもたらす工程が、合成ガス、ＣＯ、Ｈ_２、ギ酸塩、メタン、エチレン、又はエタノールの少なくとも１種をもたらす工程を含む、請求項３２に記載の方法。

【請求項34】

前記ＣＯ_２捕捉溶液で前記希薄気体供給源から二酸化炭素を捕捉して、前記炭酸塩に富む捕捉溶液を形成する工程が、気－液接触器、空気接触器、噴霧塔、液－気スクラバー、ベンチュリスクラバー、充填塔、単一セル空気接触器、二重セル空気接触器、又は多重セル空気接触器の少なくとも１種において前記ＣＯ_２捕捉溶液で二酸化炭素を捕捉する工程を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項35】

希薄気体供給源から二酸化炭素を捕捉するためにＣＯ_２捕捉溶液を再生するための電気化学システムであって、
ＣＯ_２捕捉サブシステムから炭酸塩に富む捕捉溶液を受容し、前記炭酸塩に富む捕捉溶液から炭酸塩の少なくとも一部分を分離するように構成された炭酸塩分離サブシステムと、
前記炭酸塩分離サブシステムに流体で連結された再生サブシステムであり、前記炭酸塩分離サブシステムに流体で連結されたバイポーラー膜電気透析（ＢＰＭＥＤ）ユニットを含み、前記ＢＰＭＥＤユニットが、少なくとも１つのバイポーラー膜と交互に配置された少なくとも１つのカチオン交換膜を含む、再生サブシステムと
を含み、前記ＢＰＭＥＤユニットが、
電気透析（ＥＤ）供給溶液及び水流を受容し、
水酸化物を含む第１のＥＤ生成物流を含む少なくとも２つのＥＤ生成物流をもたらす
ように構成される、電気化学システム。

【請求項36】

前記少なくとも１つのカチオン交換膜が、アルカリ金属イオンを輸送するように構成され、前記少なくとも１つのバイポーラー膜が、ヒドロキシルイオンを提供するように動作可能である、請求項３５に記載の電気化学システム。

【請求項37】

前記炭酸塩に富む捕捉溶液が、Ｋ_２ＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、又はこれらの組合せの少なくとも１種を含む、請求項３５又は３６に記載の電気化学システム。

【請求項38】

前記炭酸塩分離サブシステムに流体で連結され、前記再生サブシステムに流体で連結されたＣＯ_２捕捉サブシステムを更に含み、前記ＣＯ_２捕捉サブシステムが、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、添加剤、又はこれらの組合せの少なくとも１種を含む前記ＣＯ_２捕捉溶液を受容するように構成される、請求項３５から３７のいずれか一項に記載の電気化学システム。

【請求項39】

前記炭酸塩分離サブシステムが、前記ＣＯ_２捕捉サブシステムに流体で連結され、前記炭酸塩に富む捕捉溶液を濃縮するように動作可能である、一次苛性蒸発器を含む、請求項３５から３９のいずれか一項に記載の電気化学システム。

【請求項40】

前記炭酸塩分離サブシステムが、前記一次苛性蒸発器に流体で連結された晶析器を含み、前記晶析器は、前記一次苛性蒸発器から受容された前記炭酸塩に富む捕捉溶液を濃縮するように動作可能である、請求項３９に記載の電気化学システム。

【請求項41】

前記一次苛性蒸発器が、機械式蒸気再圧縮（ＭＶＲ）蒸発器又は多重効果蒸発器の少なくとも１つを含む、請求項３９又は４０に記載の電気化学システム。

【請求項42】

前記炭酸塩分離サブシステムが、
前記炭酸塩に富む捕捉溶液を濃縮するよう動作可能である、ナノ濾過ユニットと、
前記ナノ濾過ユニットに流体で連結され、前記ナノ濾過ユニットから受容された前記炭酸塩に富む捕捉溶液を結晶化して結晶質炭酸塩水和物を形成するよう動作可能である、晶析器と
を含む、請求項３５に記載の電気化学システム。

【請求項43】

ナノ濾過ユニットが、炭酸イオンの少なくとも８５％を排除するように動作可能である、請求項４１に記載の電気化学システム。

【請求項44】

ナノ濾過ユニットが、２から１４のｐＨ範囲で動作可能である、請求項４１又は４２に記載の電気化学システム。

【請求項45】

晶析器が、チラー晶析器、蒸発式晶析器、共晶凍結晶析器、冷却晶析器、又は膜蒸留晶析器の少なくとも１つを含む、請求項４０から４３のいずれか一項に記載の電気化学システム。

【請求項46】

前記再生サブシステムが、前記ＣＯ_２捕捉サブシステムに及び前記ＢＰＭＥＤユニットに流体で連結された補助苛性蒸発器を含み、前記補助苛性蒸発器が、前記水酸化物を有する前記第１のＥＤ生成物流を濃縮するように動作可能である、請求項３５に記載の電気化学システム。

【請求項47】

前記補助苛性蒸発器が、機械式蒸気再圧縮（ＭＶＲ）蒸発器又は多重効果蒸発器の少なくとも１つを含む、請求項４６に記載の電気化学システム。

【請求項48】

前記再生サブシステムが、
前記炭酸塩に富む捕捉溶液を結晶化して結晶質炭酸塩水和物を形成するように動作可能な晶析器と、
前記晶析器に流体で連結され、前記結晶質炭酸塩水和物を溶解するように構成された溶解タンクと
を含む、請求項３５に記載の電気化学システム。

【請求項49】

前記再生サブシステムが、前記ＢＰＭＥＤユニットに流体で連結され、前記ＢＰＭＥＤユニットによりもたらされた前記少なくとも２つの生成物流の第２の生成物流から二酸化炭素気体流を回収するように動作可能である、フラッシュタンクを含む、請求項３５から４８のいずれか一項に記載の電気化学システム。

【請求項50】

前記再生サブシステムの前記ＢＰＭＥＤユニットが、断続的電源を含む低炭素強度電源に電気的に連結される、請求項３５から４９のいずれか一項に記載の電気化学システム。

【請求項51】

圧縮ユニット、燃料合成システム、合成ガス発生反応器、又は電解槽セルの少なくとも１つを更に含む、請求項３５から５０のいずれか一項に記載の電気化学システム。

【請求項52】

前記炭酸塩分離サブシステムが、
前記炭酸塩に富む捕捉溶液を濃縮して結晶質炭酸塩水和物にするように動作可能な晶析器と、
前記晶析器に流体で連結された固形分分離器であって、低固形分流を形成するように、結晶質炭酸塩水和物を含む高固形分流を形成するように構成された固形分分離器と、
前記固形分分離器に流体で連結された溶解タンクであって、前記固形分分離器から前記高固形分流を受容するように、前記高固形分流の前記結晶質炭酸塩水和物を溶解するように構成された溶解タンクと
を含む、請求項３５に記載の電気化学システム。

【請求項53】

前記再生サブシステムが、前記溶解タンク及び前記ＢＰＭＥＤユニットに流体で連結されたイオン交換器を含み、前記イオン交換器は、前記ＢＰＭＥＤユニットに流れる２価カチオン及び多価カチオンの一部分を除去するように構成される、請求項５２に記載の電気化学システム。

【請求項54】

前記炭酸塩分離サブシステムが、水酸化カリウムＫＯＨ、水酸化ナトリウムＮａＯＨ、添加剤、又はこれらの組合せを含むＣＯ_２捕捉溶液を受容するように構成される、請求項３５に記載の電気化学システム。

【請求項55】

前記炭酸塩に富む捕捉溶液が、炭酸カリウムＫ_２ＣＯ_３、炭酸ナトリウムＮａ_２ＣＯ_３、又はこれらの組合せを含む、請求項３５から５４のいずれか一項に記載の電気化学システム。

【請求項56】

前記ＣＯ_２捕捉サブシステムが、気－液接触器、空気接触器、噴霧塔、液－気スクラバー、ベンチュリスクラバー、充填塔、単一セル空気接触器、二重セル空気接触器、又は多重セル空気接触器の少なくとも１つを含む、請求項３５から５５のいずれか一項に記載の電気化学システム。

【請求項57】

希薄気体供給源からの二酸化炭素から還元生成物を発生させるための電気化学システムであって、
炭酸塩に富む捕捉溶液を発生させるように構成されたＣＯ_２捕捉サブシステムと、
前記ＣＯ_２捕捉サブシステムに流体で連結され、前記炭酸塩に富む捕捉溶液を受容するように動作可能である炭酸塩分離サブシステムであり、前記炭酸塩に富む捕捉溶液から少なくとも部分的に結晶質炭酸塩水和物を形成するように構成された晶析器を含む、炭酸塩分離サブシステムと、
前記ＣＯ_２捕捉サブシステムに流体で連結され、前記炭酸塩分離サブシステムに晶析器を介して流体で連結された、生成物発生サブシステムであり、
前記晶析器に流体で連結され、前記結晶質炭酸塩水和物を溶解するように構成された溶解タンクと、
前記溶解タンクに流体で連結され、１つ又は複数のバイポーラー膜、及び１種又は複数の還元生成物をもたらすように構成された触媒を含む、ＣＯ_２電解還元ユニットと
を含む生成物発生サブシステムと、
を含む、電気化学システム。

【請求項58】

前記ＣＯ_２電解還元ユニットが、重炭酸塩に富む溶液を含むセル供給溶液から、１種又は複数の還元生成物をもたらす、請求項５７に記載の電気化学システム。

【請求項59】

前記１種又は複数の還元生成物が、合成ガス、ＣＯ、Ｈ_２、ギ酸塩、メタン、エチレン、又はエタノールの少なくとも１種を含む、請求項５７又は５８に記載の電気化学システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、二酸化炭素（ＣＯ_２）を捕捉し、ＣＯ_２捕捉溶液を再生するためのシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

大気から二酸化炭素（ＣＯ_２）を捕捉することは、温室効果ガスの排出を軽減し、気候変動を遅らせるための１つの手法である。しかしながら、工業設備の煙道ガス等の点源からのＣＯ_２捕捉に向けて設計された多くの技術は、著しく低いＣＯ_２濃度、及びプロセスに必要とされる大量の空気に起因して、大気からＣＯ_２を捕捉する際に一般に効果がない。近年、大気から直接ＣＯ_２を捕捉するのにより良く適した技術を見出すことに進歩が見られた。

【0003】

一部の直接空気回収（ＤＡＣ）システムは、大気からＣＯ_２を捕捉するのに液体収着剤（溶媒又は捕捉溶液と呼ばれることもある）を使用する。そのような気－液接触システムの例は、冷却塔の設計に基づくものと考えられ、液体収着剤を含む捕捉溶液で濡れた高表面積充填フィル全体から空気を引き出すのにファンが使用される。ある場合には、捕捉溶液は、空気中のＣＯ_２と反応したときに炭酸塩に富む溶液を形成する水性アルカリ溶液とすることができる。炭酸塩に富む捕捉溶液は更に下流で処理されて、炭酸塩が少ない溶液を再生し、濃縮された炭素流、例えばＣＯ、ＣＯ_２、又はその他の炭素生成物を放出する。

【0004】

捕捉溶液を再生し、ＣＯ_２を放出するための公知の熱化学プロセスは、ペレット化カルシウム技術である。このプロセスは、炭酸塩を沈殿させて炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）固形分を形成し、ＣａＣＯ_３固形分をか焼して捕捉ＣＯ_２を回収し、それによって酸化カルシウム（ＣａＯ）を生成し、水和して水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）を生成することを含む。次いでＣａ（ＯＨ）_２をアルカリ炭酸塩（例えば、炭酸カリウムＫ_２ＣＯ_３又は炭酸ナトリウムＮａ_２ＣＯ_３）と反応させて、捕捉溶液（例えば、水酸化カリウムＫＯＨ又は水酸化ナトリウムＮａＯＨ）を再生する。熱化学再生プロセスとＤＡＣ合成とを一体化することで、商用規模でのＣＯ_２捕捉及び回収が可能になった。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施例の実現において、方法は、ＣＯ_２捕捉溶液で、希薄気体供給源から二酸化炭素を捕捉して、炭酸塩に富む捕捉溶液を形成する工程；炭酸塩に富む捕捉溶液から炭酸塩の少なくとも一部分を分離する工程；電気透析（ＥＤ）供給溶液を形成する工程；水流及びＥＤ供給溶液をバイポーラー膜電気透析（ＢＰＭＥＤ）ユニットに流す工程； ＢＰＭＥＤユニットに電位を印加して、水酸化物を含む第１のＥＤ生成物流を含む少なくとも２つのＥＤ生成物流を形成する工程；及び、ＣＯ_２捕捉溶液と共に希薄気体供給源から二酸化炭素を捕捉するのに使用するため、第１のＥＤ生成物流を流す工程を含む。

【0006】

実施例の実現と組合せ可能な態様では、ＢＰＭＥＤユニットへ電位を印加する工程は、電位の少なくとも一部分をＢＰＭＥＤユニットに印加して、第１のＥＤ生成物流及び第２のＥＤ生成物流を形成する工程を含む。

【0007】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、第２のＥＤ生成物流が炭酸を含む。

【0008】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に、第２のＥＤ生成物流から二酸化炭素気体流の少なくとも一部分を回収する工程を含む。

【0009】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、第２のＥＤ生成物流からの二酸化炭素気体流の部分を回収する工程が、第２のＥＤ生成物流から二酸化炭素気体流の部分を回収して、ブライン流を形成する工程を含み、及び炭酸塩に富む捕捉溶液から炭酸塩の少なくとも一部分を分離する工程が、炭酸塩の部分を結晶化して結晶質炭酸塩水和物を形成する工程を含む。

【0010】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に、結晶質炭酸塩水和物を溶解し、溶解した結晶質炭酸塩水和物をブライン流と混合して、ＥＤ供給溶液を形成し、その後、水及びＥＤ供給溶液をＢＰＭＥＤユニットに流す工程を含む。

【0011】

先の態様のいずれかとの組合せ可能な別の態様では、ブライン流を形成するための、第２のＥＤ生成物流からの二酸化炭素気体流の部分の回収は、フラッシュタンク内で二酸化炭素気体流の部分を回収する工程を含む。

【0012】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、結晶質炭酸塩水和物を溶解するのに使用するために、ブライン流をフラッシュタンクから流す工程と、溶解した結晶質炭酸塩水和物をブライン流と混合して、ＥＤ供給溶液を形成する工程とを更に含む。

【0013】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、圧縮ユニット、燃料合成システム、合成ガス発生反応器、又は電解槽セルの少なくとも１つを含む下流プロセスに二酸化炭素気体流を流す工程と；合成ガス、ＣＯ、Ｈ_２、又は水の少なくとも１つを含む１種又は複数の下流生成物を得る工程とを含む。

【0014】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、第２のＥＤ生成物流が、プロトンシャトル種を含む。

【0015】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に、第２のＥＤ生成物流を炭酸塩の部分と反応させて、二酸化炭素気体を回収し、ＥＤ供給溶液を形成する工程を含む。

【0016】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、二酸化炭素気体を回収するために、第２のＥＤ生成物流を炭酸塩の部分と反応させる工程は、第２のＥＤ生成物流のプロトンシャトル種を炭酸塩の部分と反応させて、炭酸及びＥＤ供給溶液を形成する工程を含む。

【0017】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に、二酸化炭素気体を：圧縮ユニット、燃料合成システム、合成ガス発生反応器、又は電解槽セルの少なくとも１つを含む下流のプロセスに流す工程と；合成ガス、ＣＯ、Ｈ_２、又は水の少なくとも１つを含む１種又は複数の下流生成物を得る工程とを含む。

【0018】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、第２のＥＤ生成物流を炭酸塩の部分と反応させる工程は、重硫酸塩を含むプロトンシャトル種を炭酸塩の部分と反応させる工程を含む。

【0019】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に、イオン交換器を通してＥＤ供給溶液を流し、その後、水及びＥＤ供給溶液をＢＰＭＥＤユニットに流す工程を含む。

【0020】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に、ＢＰＭＥＤリサイクル流を第１のＥＤ生成物流から分離し、ＢＰＭＥＤリサイクル流をＢＰＭＥＤユニットに戻す工程を含む。

【0021】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、炭酸塩に富む捕捉溶液から炭酸塩の部分を分離する工程、炭酸塩に富む溶液を、ナノ濾過ユニットを通して流して、炭酸塩に富む混合物を含むナノ濾過（ＮＦ）保持液流を形成し、水酸化物に富む混合物を含むＮＦ透過液流を形成する工程を含み、水及びＥＤ供給溶液をＢＰＭＥＤユニットに流す工程は、ＮＦ保持液流の少なくとも一部分を含むＥＤ供給溶液をＢＰＭＥＤユニットに流す工程を含む。

【0022】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に、二酸化炭素気体を第２のＥＤ生成物流から回収して、ブライン流を形成する工程と；ブライン流を逆浸透（ＲＯ）ユニットに流して、重炭酸塩に富む溶液を含むＲＯ保持液流を形成し、水を含むＲＯ透過液流を形成する工程と；ＲＯ保持液流をＮＦ保持液流と合わせて、ＥＤ供給溶液を形成する工程とを含む。

【0023】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に、ＮＦ透過液流の少なくとも一部分を流して、二酸化炭素を、ＣＯ_２捕捉溶液で、希薄気体供給源から捕捉する際に使用する工程を含む。

【0024】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は更に、ＮＦ保持液流を、ナノ濾過ユニットの下流のイオン交換器に流して、イオン交換再生廃棄物流と、ＥＤ供給溶液の少なくとも一部分とを形成する工程を含む。

【0025】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に、水酸化物を含むＢＰＭＥＤリサイクル流を第１のＥＤ生成物流から分離し、ＢＰＭＥＤリサイクル流をＢＰＭＥＤユニットに流す工程を含む。

【0026】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に、水を含むＲＯ透過液流の少なくとも一部分を第１のＥＤ生成物流と合わせて、ＢＰＭＥＤリサイクル流を形成する工程を含む。

【0027】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に、ＢＰＭＥＤユニットを７から１２の間のｐＨで動作させる工程を含む。

【0028】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に、０．００１Ｍから２．５Ｍの間に及ぶ水素イオン濃度でＢＰＭＥＤユニットを動作させる工程を含む。

【0029】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に、第１のＥＤ生成物流中の水酸化物の濃度を増大させて、ＣＯ_２捕捉溶液を形成し、その後、ＣＯ_２捕捉溶液で二酸化炭素を希薄気体供給源から捕捉する工程を含む。

【0030】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、第１のＥＤ生成物流中の水酸化物の濃度の増大は、水を第１のＥＤ生成物流から蒸発させる工程を含む。

【0031】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、炭酸塩に富む捕捉溶液から炭酸塩の部分を分離する工程は、炭酸塩に富む捕捉溶液を結晶化することによって炭酸塩に富む捕捉溶液中の炭酸塩の濃度を増大させて、母液及び結晶質炭酸塩水和物を形成する工程を含む。

【0032】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に、結晶質炭酸塩水和物の少なくとも一部分を溶解して、炭酸塩の部分を形成する工程と；炭酸塩の部分をブライン流と混合してＥＤ供給溶液を形成する工程とを含む。

【0033】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に、結晶質炭酸塩水和物の少なくとも一部分を溶解して、炭酸塩の部分を形成する工程と；炭酸塩の部分を、第２のＥＤ生成物流中でプロトンシャトル種と反応させて、ＥＤ供給溶液を形成する工程とを含む。

【0034】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に、炭酸塩に富む捕捉溶液から水を蒸発させて炭酸塩の濃度を増大させ、その後、炭酸塩に富む捕捉溶液を結晶化する工程を含む。

【0035】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に、ＣＯ_２捕捉溶液と共に二酸化炭素を希薄気体供給源から捕捉するのに使用するため、母液の少なくとも一部分をＣＯ_２捕捉溶液の少なくとも一部分と合わせる工程を含む。

【0036】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、結晶質炭酸塩水和物は：炭酸カリウムセスキ水和物（Ｋ_２ＣＯ_３・１．５Ｈ_２Ｏ）、炭酸ナトリウム十水和物（Ｎａ_２ＣＯ_３・１０Ｈ_２Ｏ）、炭酸カリウムナトリウム六水和物（ＫＮａＣＯ_３・６Ｈ_２Ｏ）、又は無水炭酸塩の少なくとも１種を含む。

【0037】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、炭酸塩に富む捕捉溶液から炭酸塩の少なくとも一部分を分離する工程は、炭酸塩に富む捕捉溶液を結晶化して、結晶質炭酸塩水和物を含む低固形分流及び高固形分流を形成する工程を含み、低固形分流は、高固形分流よりも高い液体対固体比を有するものである。

【0038】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に、高固形分流の結晶質炭酸塩水和物を水性溶液に溶解し、ブライン流と混合して、ＥＤ供給溶液を形成する工程と；炭酸塩に富む捕捉溶液の結晶化で使用するように低固形分流を戻す工程とを含む。

【0039】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、炭酸塩に富む捕捉溶液中の炭酸塩の部分を分離する工程は、炭酸塩に富む捕捉溶液をナノ濾過ユニットに通して流す工程を含む。

【0040】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、ナノ濾過ユニットに通して炭酸塩に富む捕捉溶液を流す工程は、ナノ濾過ユニットに通して炭酸塩に富む捕捉溶液を流して、炭酸塩に富む混合物を含むＮＦ保持液流を形成し、水酸化物に富む混合物を含むＮＦ透過液流を形成する工程を含む。

【0041】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に、ＣＯ_２捕捉溶液と共に二酸化炭素を捕捉するのに使用するため、ＮＦ透過液流の少なくとも一部分を戻す工程と；ＮＦ保持液流の少なくとも一部分を結晶化して、母液及び結晶質炭酸塩水和物を形成する工程とを含む。

【0042】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、ナノ濾過ユニットを通して、炭酸塩に富む捕捉溶液を流す工程は、炭酸イオンの少なくとも８５％を排除する工程を含む。

【0043】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に、重炭酸塩に富む溶液を含むセル供給溶液をＣＯ_２電解還元ユニットに流す工程と；電位をＣＯ_２電解還元ユニットに印加して、１つ又は複数の還元反応をセル供給溶液上で行う工程と；セル供給溶液上で還元反応を行って、１種又は複数の還元生成物を得る工程とを含む。

【0044】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、１種又は複数の還元生成物を得る工程は：合成ガス、ＣＯ、Ｈ_２、ギ酸塩、メタン、エチレン、又はエタノールの少なくとも１種を得る工程を含む。

【0045】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、炭酸塩に富む捕捉溶液を形成するためのＣＯ_２捕捉溶液による希薄気体供給源からの二酸化炭素を捕捉する工程は：気－液接触器、空気接触器、噴霧塔、液－気スクラバー、ベンチュリスクラバー、充填塔、単一セル空気接触器、二重セル空気接触器、又は多重セル空気接触器の少なくとも１つにおいてＣＯ_２捕捉溶液で二酸化炭素を捕捉する工程を含む。

【0046】

別の例示的な実現例、希薄気体供給源から二酸化炭素を捕捉するためのＣＯ_２捕捉溶液を再生するための電気化学システムでは、電気化学システムは、ＣＯ_２捕捉サブシステムから炭酸塩に富む捕捉溶液を受容し、炭酸塩に富む捕捉溶液から炭酸塩の少なくとも一部分を分離するように構成された炭酸塩分離サブシステムと；炭酸塩分離サブシステムに流体で連結された再生サブシステムとを含み、再生サブシステムは、炭酸塩分離サブシステムに流体で連結されたバイポーラー膜電気透析（ＢＰＭＥＤ）ユニットを含む。ＢＰＭＥＤユニットは、少なくとも１つのバイポーラー膜と交互にされた少なくとも１つのカチオン交換膜を含む。ＢＰＭＥＤユニットは：電気透析（ＥＤ）供給溶液及び水流を受容するように；及び水酸化物を含む第１のＥＤ生成物流を含む少なくとも２種のＥＤ生成物流を得るように、構成される。

【0047】

例示的な実現例と組合せ可能な態様では、少なくとも１つのカチオン交換膜は、アルカリ金属イオンを輸送するように構成され、少なくとも１つのバイポーラー膜は、ヒドロキシルイオンを提供するように動作可能である。

【0048】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、炭酸塩に富む捕捉溶液が：Ｋ_２ＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、又はこれらの組合せの少なくとも１種を含む。

【0049】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に、炭酸塩分離サブシステムに流体で連結され、再生サブシステムに流体で連結されたＣＯ_２捕捉サブシステムを含み、ＣＯ_２捕捉サブシステムは：ＫＯＨ、ＮａＯＨ、添加剤、又はこれらの組合せの少なくとも１種を含むＣＯ_２捕捉溶液を受容するように構成される。

【0050】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、炭酸塩分離サブシステムは、ＣＯ_２捕捉サブシステムに流体で連結され、炭酸塩に富む捕捉溶液を濃縮するように動作可能な、一次苛性蒸発器を含む。

【0051】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、炭酸塩分離サブシステムは、一次苛性蒸発器に流体で連結された晶析器を含み、晶析器は、一次苛性蒸発器から受容された炭酸塩に富む捕捉溶液を濃縮するように動作可能である。

【0052】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、一次苛性蒸発器は：機械式蒸気再圧縮（ＭＶＲ）蒸発器又は多重効果蒸発器の少なくとも１つを含む。

【0053】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、炭酸塩分離サブシステムは、炭酸塩に富む捕捉溶液を濃縮するように動作可能なナノ濾過ユニットと；ナノ濾過ユニットに流体で連結され、ナノ濾過ユニットから受容された炭酸塩に富む捕捉溶液を結晶化して、結晶質炭酸塩水和物を形成するように動作可能である晶析器とを含む。

【0054】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、ナノ濾過ユニットは、炭酸イオンの少なくとも８５％を排除するよう動作可能である。

【0055】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、ナノ濾過ユニットは、２から１４のｐＨ範囲で動作可能である。

【0056】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、晶析器は：チラー晶析器、蒸発式晶析器、共晶凍結晶析器、冷却晶析器、又は膜蒸留晶析器の少なくとも１つを含む。

【0057】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、再生サブシステムは、ＣＯ_２捕捉サブシステムに及びＢＰＭＥＤユニットに流体で連結された補助苛性蒸発器を含み、補助苛性蒸発器は、水酸化物を有する第１のＥＤ生成物流を濃縮するよう動作可能である。

【0058】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、補助苛性蒸発器は：機械式蒸気再圧縮（ＭＶＲ）蒸発器又は多重効果蒸発器の少なくとも１つを含む。

【0059】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、再生サブシステムは、炭酸塩に富む捕捉溶液を結晶化して結晶質炭酸塩水和物を形成するよう動作可能な晶析器と；晶析器に流体で連結され、結晶質炭酸塩水和物を溶解するよう構成された溶解タンクとを含む。

【0060】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、再生サブシステムは、ＢＰＭＥＤユニットに流体で連結され、ＢＰＭＥＤユニットによりもたらされた少なくとも２つの生成物流の第２の生成物流から二酸化炭素気体流を回収するよう動作可能なフラッシュタンクを含む。

【0061】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、再生サブシステムのＢＰＭＥＤユニットは、断続的電力源を含む低炭素強度電力源に電気的に連結される。

【0062】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様は、更に：圧縮ユニット、燃料合成システム、合成ガス発生反応器、又は電解槽セルの少なくとも１つを含む。

【0063】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、炭酸塩分離サブシステムは、炭酸塩に富む捕捉溶液を濃縮して結晶質炭酸塩水和物にするよう動作可能な晶析器と；晶析器に流体で連結された固形分分離器であって、低固形分流を形成するように、結晶質炭酸塩水和物を含む高固形分流を形成するように構成された固形分分離器と；固形分分離器に流体で連結された溶解タンクであって、固形分分離器から高固形分流を受容するように、高固形分流の結晶質炭酸塩水和物を溶解するように構成された溶解タンクとを含む。

【0064】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、再生サブシステムが、溶解タンク及びＢＰＭＥＤユニットに流体で連結されたイオン交換器を含み、イオン交換器は、ＢＰＭＥＤユニットに流れる２価のカチオン及び多価カチオンの一部分を除去するように構成される。

【0065】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、炭酸塩分離サブシステムは、水酸化カリウムＫＯＨ、水酸化ナトリウムＮａＯＨ、添加剤、又はこれらの組合せを含むＣＯ_２捕捉溶液を受容するように構成される。

【0066】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、炭酸塩に富む捕捉溶液は、炭酸カリウムＫ_２ＣＯ_３、炭酸ナトリウムＮａ_２ＣＯ_３、又はこれらの組合せを含む。

【0067】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、ＣＯ_２捕捉サブシステムは：気－液接触器、空気接触器、噴霧塔、液－気スクラバー、ベンチュリスクラバー、充填塔、単一セル空気接触器、二重セル空気接触器、又は多重セル空気接触器の少なくとも１つを含む。

【0068】

別の例示的な実現例では、希薄気体供給源からの二酸化炭素から還元生成物を発生させるための電気化学システムは、炭酸塩に富む捕捉溶液を発生するように構成されたＣＯ_２捕捉サブシステムと；ＣＯ_２捕捉サブシステムに流体で連結され、炭酸塩に富む捕捉溶液を受容するよう動作可能な炭酸塩分離サブシステムであって、炭酸塩に富む捕捉溶液から少なくとも部分的に結晶質炭酸塩水和物を形成するよう構成された晶析器を含む炭酸塩分離サブシステムと；ＣＯ_２捕捉サブシステムに流体で連結され、晶析器を介して炭酸塩分離サブシステムに流体で連結された生成物発生サブシステムとを含む。生成物発生サブシステムは、晶析器に流体で連結され、結晶質炭酸塩水和物を溶解するよう構成された溶解タンクと；溶解タンクに流体で連結されたＣＯ_２電解還元ユニットであって、１つ又は複数のバイポーラー膜、及び１種又は複数の還元生成物をもたらすよう構成された触媒を含む、ＣＯ_２電解還元ユニットとを含む。

【0069】

例示的な実現例と組合せ可能な態様では、ＣＯ_２電解還元ユニットは、重炭酸塩に富む溶液を含むセル供給溶液から１種又は複数の還元生成物をもたらす。

【0070】

先の態様のいずれかと組合せ可能な別の態様では、１種又は複数の還元生成物は：合成ガス、ＣＯ、Ｈ_２、ギ酸塩、メタン、エチレン、又はエタノールの少なくとも１種を含む。

【0071】

別の例示的な実施形態では、希薄気体供給源から捕捉溶液を再生するための電気化学システムは、ＣＯ_２捕捉溶液を受容するように、ＣＯ_２捕捉溶液中の炭酸塩の濃度よりも大きい炭酸塩の濃度を有する炭酸塩に富む捕捉溶液を形成するように構成された炭酸塩分離サブシステムと；炭酸塩分離サブシステムに流体で連結された再生サブシステムであって、気体拡散電極（ＧＤＥ）及びカチオン交換膜を含む電気透析（ＥＤ）ユニットを含む再生サブシステムとを含む。

【0072】

別の例示的な実現例では、希薄気体供給源から二酸化炭素を捕捉するための捕捉溶液を再生するための方法は、炭酸塩に富む捕捉溶液から炭酸塩の少なくとも一部分を分離する工程と；炭酸塩に富む重炭酸塩混合物を含む電気透析（ＥＤ）供給溶液を、気体拡散電極（ＧＤＥ）を含むＥＤユニットに流す工程と；水流及び水素供給流を、ＧＤＥを含むＥＤユニットに流す工程と；電位をＥＤユニットに印加して複数のＥＤ生成物流を形成する工程であって、複数のＧＤＥ生成物流が、水酸化物及び水素を含む第１のＥＤ生成物流、重炭酸塩及び水を含む第２のＥＤ生成物流、並びに気状二酸化炭素流を含むものである工程と；第１のＥＤ生成物流を、ＣＯ_２捕捉溶液及び水素に富む流れに分離する工程と；気状二酸化炭素流を、ＥＤユニットのＧＤＥに通して拡散する工程とを含む。

【0073】

本開示に記述される対象の１つ又は複数の実現例の詳細を、添付図面及び以下の記述で述べる。対象のその他の特徴、態様、及び利点は、記述、図面、及び請求項から明らかにされよう。

【図面の簡単な説明】

【0074】

【図1】捕捉溶液を再生し、直接プロトン化を用いることによってＣＯ_２を回収するための、実施例の電気化学システムを示す、ブロックフロー図である。

【図2】捕捉溶液を再生し、間接的プロトン化を用いることによってＣＯ_２を回収するための、実施例の電気化学システムを示す、ブロックフロー図である。

【図3】捕捉溶液を再生し、ナノ濾過ユニット及び直接プロトン化を用いることによってＣＯ_２を回収するための、実施例の電気化学システムを示す、ブロックフロー図である。

【図4】捕捉溶液を再生し、ナノ濾過ユニット及び間接的プロトン化を用いることによってＣＯ_２を回収するための、実施例の電気化学システムを示す、ブロックフロー図である。

【図5】電気化学システムを介してＣＯ_２捕捉溶液を再生し、ＣＯ_２を回収するための、実施例の方法を示すフローチャートである。

【図6】ＣＯ_２電解還元ユニットを用いることにより還元生成物を発生させるための実施例の電気化学システムを示す、ブロックフロー図である。

【図7】捕捉溶液を再生し、チラー晶析器及び直接プロトン化を用いてＣＯ_２を回収するための、実施例の電気化学システムを示す、ブロックフロー図である。

【図8】捕捉溶液を再生し、ナノ濾過ユニット及び逆浸透ユニットを用いてＣＯ_２を回収する、実施例の電気化学システムを示す、ブロックフロー図である。

【図9】バイポーラー膜と交互になったカチオン交換膜を含む膜積層体を有する、実施例のバイポーラー膜電気透析（ＢＰＭＥＤ）ユニットの概略図である。

【図10】気体拡散電極を含む実施例の電気透析（ＥＤ）ユニットの概略図である。

【図11】捕捉溶液を再生し、濾過ユニットを用いＥＤユニットに提供される供給材料のｐＨのスイングを使用してＣＯ_２を回収するための、実施例の電気化学システムを示す、ブロックフロー図である。

【図12】捕捉溶液を再生し、濾過ユニット及びＥＤユニットを用いてＣＯ_２を回収するための、実施例の電気化学システムを示す、ブロックフロー図である。

【図13】気体拡散電極を含む、実施例のＥＤユニットの概略図である。

【図14】本開示による、コンピューターで支援されるプロセスを実行するのに使用することができる、実施例の制御システムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0075】

本開示は、捕捉溶液で希薄供給源（大気又は周囲空気等）からＣＯ_２を捕捉し、捕捉溶液を再生し、及び電気化学プロセスを使用してＣＯ_２を回収するためのシステム及び方法について記述する。大気等の希薄供給源でのＣＯ_２濃度（約４００～４２０ｐｐｍ）は、煙道ガス等の点源でのＣＯ_２濃度（約５～１５％ｖ／ｖ）よりも非常に低い。物質移動動態は、点源からのＣＯ_２捕捉に好ましい。したがって、ＣＯ_２捕捉サブシステム及び捕捉溶液再生サブシステムに関する設計上の懸念は、点源と比較したとき、希薄供給源に関して異なる。本明細書に記述される電気化学システム及び方法は、炭酸塩分離サブシステムを介して捕捉溶液再生サブシステムに連結されたＣＯ_２捕捉サブシステムを含む。ＣＯ_２捕捉サブシステムを捕捉溶液再生システムに橋渡しする炭酸塩分離サブシステムは、サブシステムを互いに動作可能に切り離すことを可能にし、そのことがいくつかの利点をもたらす。

【0076】

ＣＯ_２捕捉サブシステムは、炭酸塩分離サブシステムによって下流プロセスから切り離されるので、より広い範囲の周囲条件で動作することができる。炭酸塩分離サブシステムは結晶質炭酸塩水和物を形成し、この生成物を形成するのに必要とされる負荷は、捕捉溶液組成物、及びＤＩＣ種の飽和曲線（例えば、炭素飽和曲線）に対するその位置によって決定される。例えば、高イオン強度捕捉溶液が使用される条件では（例えば、より速い捕捉動態に関しては高水酸化物、又はより高い晶析器回収に関しては高炭酸塩）、炭酸塩分離サブシステムは、捕捉溶液が飽和曲線に近いので、飽和に到達し、結晶質炭酸塩水和物を形成するのに低負荷を必要とする可能性がある。対照的に、希薄捕捉溶液が必要とされる条件では（例えば、高い蒸発損失のある乾燥気候）、炭酸塩分離サブシステムは、飽和に到達し、結晶質炭酸塩水和物を形成するのに高負荷を必要とする可能性がある。したがってＣＯ_２捕捉サブシステムは、下流の捕捉溶液再生サブシステムに著しく影響を及ぼすことなく、環境温度及び相対湿度と平衡にすることができる。平衡から得られる蒸発負荷は、その他の２つのサブシステムを橋渡しする炭酸塩分離サブシステムのユニットによって対応される。捕捉溶液中の炭酸塩の溶解度は、捕捉溶液再生サブシステムに炭酸塩分離サブシステムが純粋な又はほぼ純粋な炭酸塩を提供する緩衝材であるので、炭酸塩分離サブシステムに対する負荷を支配する。したがって、ＣＯ_２捕捉サブシステムで用いられる捕捉溶液は、相対湿度平衡を考慮して、捕捉するために（例えば、高水酸化物、低炭酸塩）又は水収支及び蒸発コストを改善するために最適化することができる。

【0077】

本明細書に記述される電気化学システムは、環境条件及び寒冷時の運転への適応可能性等の利点を可能にする。炭酸塩分離サブシステムはＣＯ_２捕捉サブシステムの負荷を保持することができるので、ＣＯ_２捕捉サブシステムに関して広範な動作条件が可能である。ＣＯ_２捕捉サブシステムは、電気透析（ＥＤ）ユニットへの純粋な又はほぼ純粋な炭酸塩流を維持しつつ（例えば、結晶質炭酸塩水和物を分離し溶解することによって実現することができる）、炭酸塩飽和曲線下のどこでも動作することができる。これによりＣＯ_２捕捉システムは、高イオン強度で、飽和線近くで動作することが可能になり、溶液の氷点は結果として著しく低下する。例えばＣＯ_２捕捉サブシステムは、より高い捕捉率を可能にすることができる高水酸化物濃度を含む捕捉溶液で動作することができる。

【0078】

本明細書に記述される電気化学システムの別の利点は、負荷柔軟性（ランピング）である。システムの主要なエネルギー推進器はＥＤユニットである。一部の実現例で、ＥＤユニットは、バイポーラー膜電気透析ユニット（ＢＰＭＥＤ）を含むことができる。一部の実現例では、ＥＤユニットは、気体拡散電極（ＧＤＥ）を含むことができる。ＥＤユニットは電気化学セルであるので、必要に応じてカットされ、低減され、又はランプアップされた電源を単に有することができる。このことは、容易にランプ動作することができない流動床反応器及び高温か焼炉等のカルシウム再生プロセスで使用されることもある設備よりも有利である。更に電気化学システムは、不溶性沈殿物の排除を可能にする。特に炭酸ナトリウム及び炭酸カリウムは高度に水溶性であり、これらの塩が望ましくない場所で又は汚れた設備で結晶化した場合、単なる水洗で汚れが落とされることになる。

【0079】

本開示の全体を通して、「空気接触器」及び「気－液接触器」という用語は、周囲空気又は大気等の希薄気体供給源から二酸化炭素を吸収するのに収着剤（例えば、液体捕捉溶液）を用いるＣＯ_２捕捉サブシステムの要素を記述するのに同義で使用される。

【0080】

本明細書に記述される電気化学システム及び方法は、捕捉溶液再生サブシステムを、空気接触器、例えば冷却塔スタイルの気－液接触器、噴霧塔、液－気スクラバー、ベンチュリスクラバー、充填塔、及び液体収着剤を使用して更に大きい気体流から特定の気体成分の少なくとも一部分を除去するように設計されたその他のシステムを含む、様々な異なるスタイルのＣＯ_２捕捉サブシステムと併せて使用可能にすることができる。サブシステムは、互いに容易に連結解除でき、モジュラーであるので、電気化学システムは、規模の柔軟性の利益を有する。サブシステムは、実験室規模から工業又は商用規模に及ぶ容量に順応するようにサイズを決めることができる。電気化学システムは、様々な環境条件、及び断続的供給源（例えば、風、ソーラー）を含む低炭素強度発電に適応可能である。下流生成物製造用の原料として得られたＣＯ_２生成物は、炭素放出が本来低いその他の炭素生成物をもたらすことができる。風及びソーラーエネルギー等の断続的電源は、変動する傾向にあり、制御するのが難しい。断続的電源は、典型的には電気を周期的にのみ発生させる。後続の電気化学シスム及び方法は、断続的電源並びに水力、核、及びバイオマス等の非断続的電源を含む低炭素強度電源と連結可能になるように、比較的速いランプ速度を有する。

【0081】

電気化学システムは、炭酸塩分離サブシステムを介して捕捉溶液再生サブシステムに連結されたＣＯ_２捕捉サブシステムを含むことができる。周囲空気からのＣＯ_２は、空気を、空気接触器等の気－液接触器でアルカリ水酸化物（例えば、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、又はこれらの組合せ）を含む捕捉溶液に接触させることによって、捕捉することができる。ある場合には、空気接触器又は気－液接触器は、冷却塔技術に基づいて又は既存の冷却塔システムを改造することから設計することができる。空気中のＣＯ_２をアルカリ捕捉溶液と反応させることで、炭酸塩に富む捕捉溶液（例えば、Ｋ_２ＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、又はこれらの組合せ）を形成することができ、これは下流使用のために捕捉ＣＯ_２を回収するように、捕捉溶液中のアルカリ水酸化物を再生するように、処理しなければならない。

【0082】

炭酸塩に富む捕捉溶液を処理する本開示の実現例は、ＥＤユニットの使用を含むことができる。一部の実現例では、ＥＤユニットは、バイポーラー膜（ＢＰＭ）を含む膜積層体からなるバイポーラー膜電気透析ユニット（ＢＰＭＥＤ）を含むことができ、その実施例を図９に示す。一部の実現例では、ＥＤユニットは、気体拡散電極（ＧＤＥ）及び単一セル膜積層体を含むことができ、その実施例を図１０に示す。ＢＰＭＥＤユニットは、ＢＰＭを、カチオン交換膜（ＣＥＭ）又はアニオン交換膜（ＡＥＭ）のいずれか又は両方と組み合わせることができる。ＥＤユニットは、溶液中でｐＨスイングを生成することができる。ＥＤユニットで使用することができる１つの膜積層体構成は、ＢＰＭがＣＥＭと交互に配置されたものである。この膜の配置構成はＢＰＭＥＤユニットを形成し、膜は、交互に配置された供給材放出（プロトン発生）及びアルカリ再生（水酸化物発生）区画を画定する。一部の実現例では、ＥＤユニットは、１つ又は複数のＣＥＭ又はＢＰＭと交互に配置されたＡＥＭによって画定された３つの区画（供給材区画、酸区画、及び塩基区画）を有することができる。ＥＤユニットは、再生サブシステムの要素とすることができる。アルカリ水酸化物を含む捕捉溶液を再生するには、ＢＰＭが、水の解離を介してアルカリ再生区画にヒドロキシルイオンを提供し、供給材放出区画にプロトンを提供する。再生プロトンは、アルカリ再生区画にＣＥＭを横断して選択的に輸送されたアルカリ金属イオン等のカチオンに取って代わる。例えば、捕捉溶液中で水酸化カリウム（ＫＯＨ）を再生するには、ＢＰＭがＯＨ^－イオンを提供し、ＣＥＭは、Ｋ^＋をアルカリ再生区画に通過させる。ＢＰＭＥＤユニットは、低電圧降下（例えば、２Ｖ未満のＢＰＭ電圧降下及び１Ｖ未満のＣＥＭ電圧降下）及び高電流密度（例えば、５０ｍＡ／ｃｍ^２よりも上のＢＰＭ電流密度）等の所望の特性を有するように選択又は設計することができる。ＢＰＭ及びＣＥＭは共に、低下した電圧で可能であるので、広範な動作温度で、特に高い動作温度で安定であってもよい。ＢＰＭ及びＣＥＭは共に、広範なｐＨで及び高濃度アルカリ溶液中で安定であってもよい。これにより、ＣＯ_２捕捉速度を改善することができ、蒸発器コストを削減することができる、高水酸化物濃度を有する再生捕捉溶液が可能になる。実施形態では、ＣＥＭは、積層効率を低減させる可能性のあるイオン漏出を軽減する低アオニン透過率を有する。実施例のＢＰＭＥＤユニットを、以下の図９に関して例示し記述する。一部の実現例では、ＥＤユニットは、気体拡散電極（ＧＥＤ）及び単一セル膜積層体、例えばＣＥＭを含むことができ、その実施例を以下の図１０に示す。したがってＥＤユニットは、ＥＤユニットが電気エネルギーの入力を合わせて化学反応を容易にする点で（例えば、塩分解及び酸塩基回収を可能にする）、再生サブシステムの電気化学的構成要素である。したがって図１から図１０までの構成で、再生サブシステムは、電気化学システムの「電気化学」再生サブシステムと記述されてもよい。

【0083】

ＥＤユニットを動作させるための所望のプロセス条件を実現するには、ＥＤユニットを含む再生サブシステムに純粋な炭酸塩流を提供するために、炭酸塩に富む捕捉溶液中のその他の化学種から炭酸塩を分離することを有利とすることができる。このことに関する１つの手法は、ＣＯ_２捕捉サブシステムの気－液接触器を橋渡しする炭酸塩分離サブシステムと、再生サブシステムとを一体化することである。炭酸塩分離サブシステムは、炭酸塩種を水酸化物含有プロセス溶液から選択的に分離する１つ又は複数のユニットを含むことができる。例えば、苛性蒸発器又はナノ濾過ユニットは、気－液接触器からの炭酸塩に富む捕捉溶液を濃縮するのに使用することができる。苛性蒸発器は、捕捉溶液のイオン濃度を増大させることができ、それによって、炭酸塩飽和曲線に対して溶液の組成を移動させて、溶液中の炭酸塩の溶解度を低下させ、濃縮された炭酸塩に富む溶液を生成する。苛性蒸発器の一部の実施例は、機械式蒸気再圧縮（ＭＶＲ）蒸発器及び多重効果蒸発器を含む。次いで濃縮された炭酸塩に富む流れを晶析器に送って、結晶質炭酸塩水和物を形成することができる。この固相中間生成物は、炭酸塩を、流れのその他の成分から容易に分離させて、ＥＤユニットで使用するのに純粋な又は比較的純粋な炭酸塩流を形成する。結晶質炭酸塩水和物は、再生サブシステムのＥＤユニットに供給するのに使用される水溶性溶液に溶解する。水性溶液は主に水であるが、いくつかの非水性成分を含むことができる。ある場合には、ナノ濾過システムからの濃縮炭酸塩溶液を含むナノ濾過保持液は、イオン交換システムで精製して、望ましくないイオン種（Ｃａ^＋２、Ｍｇ^＋２、Ｂａ^＋２、Ｓｒ^＋２、シリケート、ボレート）の少なくとも一部分を除去することができ、次いでＥＤユニットに流すことができる。ある場合には、ナノ濾過ユニットをＣＯ_２捕捉サブシステムの下流で用いて、再生サブシステムに供給される炭酸塩に富む又は重炭酸塩に富む混合物を生成することができる。ナノ濾過ユニットは、膜材料としてポリエーテルスルホンを含むことができ、１００～１０００ダルトンの分子カットオフを有することができる。上流のＣＯ_２捕捉サブシステムがランプアップ又はダウンする（例えば、先の容量とは異なる容量で動作する）ある場合には、得られる負荷は、炭酸塩分離サブシステムでの苛性蒸発器、ナノ濾過ユニット、晶析器、又はこれらの組合せにより順応させることができる。これはＣＯ_２捕捉システムが高いイオン強度溶液中で動作する場合、又はシステムが断続的電源に連結される場合（又は両方）、特に有用である。例えば、ＥＤユニットが限られた容量で動作する場合又は非稼動状態である場合（例えば、メンテナンスに起因して）、炭酸塩分離サブシステムは、結晶質炭酸塩水和物を保存する１つ又は複数の緩衝タンクを含むことができる。ある場合には、緩衝容量溶解タンク又はオーバーフロータンクは、結晶質炭酸塩水和物が非常に可溶性の塩であるので、動作変化の負荷を吸収するのに役立てることができる。例えば、非ピーク期間中、断続的供給源（例えば、風、ソーラー）からの電気はほとんどなく、電気透析システム、プロセスで最もエネルギーを消費するサブシステムはランプダウンするが、空気接触器及び晶析器は動作し続けることができ、ＣＯ_２を捕捉し、結晶質炭酸塩水和物を生成する。結晶質炭酸塩水和物固形分は、保存し、電気透析システムに供給して、電気がより容易に入手可能なときに再生することができる。

【0084】

ＥＤユニットは、溶解無機炭素（ＤＩＣ）の形で吸収されたＣＯ_２を運ぶブラインループ、及び捕捉溶液を再生する苛性ループを構成する。有意な電流密度がＥＤユニットに適用されるとき、水はプロトンとヒドロキシルイオンとに分解することができる。十分なプロトンの発生により、ＥＤユニットは、供給溶液中のＤＩＣ種の局所ｐＨ及び局所平衡をシフトすることができる。ＤＩＣ種は炭酸塩ＣＯ_３ ^２－、重炭酸塩ＨＣＯ_３ ^－、炭酸Ｈ_２ＣＯ_３、溶解ＣＯ_２、又はこれらの組合せを含むことができる。ＥＤユニットは、ＤＩＣの１つ又は複数を直接プロトン化して、下記の反応をもたらす：

【0085】

反応１： ＣＯ_３ ^２－＋Ｈ^＋→ＨＣＯ_３ ^－（炭酸塩から重炭酸塩）

【0086】

反応２： ＨＣＯ_３ ^－＋Ｈ^＋→Ｈ_２ＣＯ_３（重炭酸塩から炭酸）

【0087】

反応３： 解離： Ｈ_２ＣＯ_３→Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２

【0088】

高いＨ_２ＣＯ_３濃度で、平衡ＣＯ_２濃度は捕捉溶液からＣＯ_２をガス抜きするのに十分になる。ある場合には、ＣＯ_２は、ＥＤユニットセル内で部分的に脱気されてもよい。ＥＤユニットセルでのＣＯ_２脱気に起因するＣＯ_２バブル形成は、電気抵抗を増大させ、セルの活性領域を低減させる可能性があるので、外部のＣＯ_２を完全に脱気することが有益であるとすることができる。完全なＣＯ_２脱気は、外部フラッシュタンクで引き起こすことができ、ＨＣＯ_３ ^－は、ブライン流としてＥＤユニットに戻される。他の構成では、Ｈ_２ＣＯ_３の形成及びＣＯ_２の脱気は共に、ＥＤユニットでＤＩＣ種を間接的にプロトン化可能にするプロトン－シャトルループを用いることによって、個別のタンクで実施することができる。

【0089】

一部の態様では、ＥＤユニットは、ＥＤユニットのセル内でのＣＯ_２の脱気を回避するため、中間溶解イオン種を介してＤＩＣ種を間接的にプロトン化することができる。これはＥＤユニット内で最初にプロトン化され、次いでこれらのプロトンを外部ユニット内のＤＩＣ種に供与するプロトン－シャトル種（例えば、ＳＯ_４ ^２－、ＨＰＯ_４ ^２－）を用いることによって、実現することができる。一実施例の構成では、プロトン－シャトル種は、硫酸塩ＳＯ_４ ^２－、重硫酸塩ＨＳＯ_４ ^－、又はこれらの組合せである。ＥＤユニットは、下記の反応を介して硫酸塩をプロトン化する：

【0090】

反応４： ＳＯ_４ ^２－＋Ｈ^＋→ＨＳＯ_４ ^－（硫酸塩から重硫酸塩）

【0091】

外部タンクは、ＥＤユニット及び炭酸塩流から硫酸塩－重硫酸塩混合物を受容する。硫酸塩は、下記の反応を介して炭酸塩と反応して、Ｈ_２ＣＯ_３をもたらす：

【0092】

反応５： ２ＫＨＳＯ_４＋Ｋ_２ＣＯ_３→２Ｋ_２ＳＯ_４＋Ｈ_２ＣＯ_３

【0093】

したがって、重硫酸塩はその後、反応１から３を介して、外部タンク内の同じＤＩＣ ｐＨスイングに影響を及ぼす可能性がある。

【0094】

一部の態様では、カリウム系及びナトリウム系種の混合物を含むプロセス溶液を用いることを、有利とすることができる。ある場合には、カリウム系捕捉溶液は、ナトリウム系捕捉溶液よりも良好な捕捉動態を実現することができるが、ナトリウム系捕捉溶液は、晶析器の負荷を低減することができる更に低い溶解度を有することができる。したがってＣＯ_２捕捉溶液は、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、Ｋ_２ＣＯ_３、及びＮａ_２ＣＯ_３の混合物を含むことができる。これらの混合ナトリウム－カリウム系は、物質移動動態、水収支、及び動作温度の調整を可能にする。カリウム系成分の、ナトリウム系成分に対する有効な比は、動作環境に依存する可能性があり、本明細書に記述される。

【0095】

図１は、捕捉溶液を再生し、直接プロトン化を用いることによりＣＯ_２を回収するための、実施例の電気化学システム１００を示すブロックフロー図である。電気化学システム１００は、炭酸塩分離サブシステム１６２及び再生サブシステム１６４に流体で連結されたＣＯ_２捕捉サブシステム１０２を含む。炭酸塩分離サブシステム１６２は、晶析器１０４に流体で連結された一次苛性蒸発器１１２を含む。一部の実現例では、晶析器１０４は、遠心分離、圧力又は真空フィルター、スクレーパー、サイクロン、及び同様のもの等の固形分分離器に流体で連結することができる。炭酸塩分離サブシステム１６２は、炭酸塩の効率的な分離を可能にするように、捕捉溶液中の炭酸塩及び水酸化物塩の間の溶解度の差を活用する。一次苛性蒸発器１１２は、炭酸塩に富む捕捉溶液１２０をＣＯ_２捕捉サブシステム１０２から受容する。一部の実現例では、ＣＯ_２捕捉サブシステム１０２は、１つ又は複数の空気接触器１０５を含むことができる。空気接触器１０５は、冷却塔スタイルの気－液接触気、噴霧塔、液－気スクラバー、ベンチュリスクラバー、充填塔、及び特定の気体成分の少なくとも一部分をより大きい気体流から液体収着剤を使用して除去するように設計されたその他のシステムを含むことができる。空気接触器１０５は、単一又は多重セル空気接触器、二重セル空気接触器、二重流空気接触器、又はこれらの組合せを含むことができる。空気接触器は、交差流、向流、並流、又はこれらの組合せで動作することができる。

【0096】

炭酸塩に富む捕捉溶液１２０は、主に炭酸イオン、アルカリ金属炭酸塩（例えば、Ｋ_２ＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３）、又はこれらの組合せを含む水性混合物とすることができる。炭酸塩に富む捕捉溶液１２０は、水酸化物イオン、アルカリ金属水酸化物（例えば、ＫＯＨ、ＮａＯＨ）、水、及び不純物等、その他の成分を少量で含む可能性もある。例えば炭酸塩に富む捕捉溶液１２０は、０．４Ｍから６Ｍの間のＫ_２ＣＯ_３及び１Ｍから１０Ｍの間のＫＯＨを含むことができる。別の実現例では、炭酸塩に富む捕捉溶液１２０は、水性Ｎａ_２ＣＯ_３－ＮａＯＨ混合物を含むことができる。一部の実現例では、炭酸塩に富む捕捉溶液は、Ｋ_２ＣＯ_３及びＮａ_２ＣＯ_３の混合物を含むことができる。

【0097】

一部の実現例では、一次苛性蒸発器１１２は、機械式蒸気再圧縮（ＭＶＲ）蒸発器、多重効果蒸発器、又はこれらの組合せを含むことができる。一次苛性蒸発器１１２は、炭酸塩に富む捕捉溶液１２０から水を除去して、濃縮された炭酸塩に富む捕捉溶液１１８を形成する。一次苛性蒸発器１１２は、水流１１９を放出する。濃縮された炭酸塩に富む捕捉溶液１１８は、炭酸塩に富む捕捉溶液１２０よりも高い炭酸塩濃度及びより高い水酸化物濃度を含むことができる。例えば、濃縮された炭酸塩に富む捕捉溶液１１８は、０．４Ｍから６Ｍの間のＫ_２ＣＯ_３及び１Ｍから１４Ｍの間のＫＯＨを含むことができる。別の実現例では、濃縮された炭酸塩に富む捕捉溶液１１８は、濃縮された水性Ｎａ_２ＣＯ_３－ＮａＯＨ混合物を含むことができる。一部の実現例では、炭酸塩に富む捕捉溶液は、Ｋ_２ＣＯ_３及びＮａ_２ＣＯ_３の混合物を含むことができる。したがって一次苛性蒸発器１１２は、炭酸塩に富む捕捉溶液１１８中の炭酸塩がそれほど可溶性ではなくなるように、炭酸塩及び水酸化物のそれぞれの濃度を増大させ、晶析器１０４に対する晶析器の負荷（蒸発加熱又は冷却冷蔵）を低減させる。

【0098】

一部の実現例では、晶析器１０４は、蒸発式晶析器、共晶凍結晶析器、冷却晶析器（例えば、真空又は表面冷却）、膜蒸留晶析器、又はこれらの組合せを含む。晶析器１０４は、強制循環、ドラフトチューブバッフル、流動床設計、又はこれらの組合せをベースにすることができる。晶析器１０４は水酸化物濃度を増大させ、それによって、濃縮された炭酸塩に富む捕捉溶液１１８中の炭酸塩の溶解度が低下する。ある場合には、晶析器１０４は、濃縮された炭酸塩に富む捕捉溶液１１８の一部分を蒸発させて、過飽和に到達させる。この濃縮工程は、結晶質炭酸塩水和物１２２、母液１４２、及び水流１２４を形成する。晶析器１０４は、下流の処理（例えば、濾過システム、水処理システム、又は廃棄システム）のために又はシステム１００の内部若しくは越えた別の適用例での使用のために、水流１２４を放出する。結晶質炭酸塩水和物１２２は、母液１４２から少なくとも部分的に分離されて、ＥＤユニット用の供給溶液で使用することができる純粋な又はほぼ純粋な炭酸塩を形成する。母液１４２は、結晶質炭酸塩水和物１２２が分離された後、水及び水酸化物等の濃縮炭酸塩溶液１１８の残りの成分を含むことができる。結晶質炭酸塩水和物１２２は、炭酸塩セスキ水和物（Ｍ_２ＣＯ_３・１．５Ｈ_２Ｏ）又は無水炭酸塩を含むことができる。例えば結晶質炭酸塩水和物１２２は、炭酸カリウムセスキ水和物（Ｋ_２ＣＯ_３・１．５Ｈ_２Ｏ）を含むことができる。炭酸カリウムセスキ水和物結晶は、ＫＯＨ^－ Ｋ_２ＣＯ_３混合物を含むことができる母液１４２から少なくとも部分的に単離することができる。別の実施例では、結晶質炭酸塩水和物１２２は炭酸ナトリウム十水和物（Ｎａ_２ＣＯ_３・１０Ｈ_２Ｏ）を含むことができ、母液１４２は、ＮａＯＨ^－Ｎａ_２ＣＯ_３混合物を含むことができる。別の実施例では、結晶質炭酸塩水和物１２２は、炭酸カリウムナトリウム六水和物（ＫＮａＣＯ_３・６Ｈ_２Ｏ）を含むことができる。一部の実現例では、結晶質炭酸塩水和物１２２は、結晶質炭酸塩中（例えば、Ｍ_２ＣＯ_３・ｎＨ_２Ｏであり、式中、Ｍはアルカリ金属であり、ｎは整数又は小数値である）、単位炭酸塩あたり、異なる化学量論量の水分子を含むことができる。母液１４２からの分離後、結晶質炭酸塩水和物１２２は再生サブシステム１６４に送られ、母液１４２はＣＯ_２捕捉サブシステム１０２に戻される。

【0099】

再生サブシステム１６４は、ＢＰＭＥＤ １０８及びフラッシュタンク１１０に流体で連結された溶解タンク１０６を含む。ＢＰＭＥＤ １０８は、ＢＰＭ及びＣＥＭを用いるＥＤユニットの実施例であるが、ある場合には、再生サブシステム１６４は、異なるＥＤユニット（例えば、１つ又は複数のＣＥＭ、ＡＥＭ、ＢＰＭ、又はこれらの組合せを含むＥＤユニット）を含むことができる。まとめると、溶解タンク１０６、ＢＰＭＥＤ １０８、及びフラッシュタンク１１０に流入及び流出するプロセス流は、内部でＤＩＣがプロトン化され、ＣＯ_２が放出されるブラインループを形成する。溶解タンク１０６は、水流１２８、及び晶析器１０４からの結晶質炭酸塩水和物１２２を受容することができる。ある場合には、精製された水性溶液を、水流１２８の代わりに又は加えて使用することができる。精製された水性溶液は、低減された又は最小限に抑えられた微粒子及び溶解汚染物質を有する溶液とすることができる。結晶質炭酸塩水和物１２２は、水に溶解し、フラッシュタンク１１０から受容されたブライン流１３８中で重炭酸塩ＨＣＯ_３ ^－と合わせられて、ＥＤ供給溶液１２６を形成する。ＥＤ供給溶液１２６は、重炭酸塩ＨＣＯ_３ ^－に富む溶液を、炭酸塩及び水等のその他の成分の混合物と共に含むことができる。

【0100】

ＢＰＭＥＤ １０８は、２つの電極の間に位置決めされたセルの積層体を含むことができる。各セルは、ＢＰＭとＣＥＭが交互になされたものを含む構成で、配置構成することができる。電極は、電位を印加して塩分解及び酸塩基回収が可能になるように動作可能である。ある場合には、ＢＰＭＥＤ １０８の電極は、断続的低炭素強度電源（例えば、ソーラー、風、地熱）又は非断続的な低炭素強度電源（例えば、水力、核、バイオマス、再生天然ガス）に連結することができる。ＢＰＭＥＤ １０８は、ＢＰＭ及びＣＥＭにより画定された多重供給材放出区画及びアルカリ再生区画を含むことができる。

【0101】

ＢＰＭＥＤ １０８は、ＥＤ供給溶液１２６及び水流１３４を１つ又は複数の供給材放出区画で受容するように構成される。ＢＰＭＥＤ １０８のＢＰＭは、水をヒドロキシルイオン及びプロトンに分解する水分解反応を可能にする。ＢＰＭＥＤ １０８は、塩をそのカチオン及びアニオンに分解する塩分解反応を可能にする。ＣＥＭは、カチオンをアルカリ再生区画に移送するように動作可能である。アルカリ再生区画では、カチオンはヒドロキシルイオンと組み合わされて、０．５Ｍから１２Ｍの間の水酸化物濃度を有する第１のＥＤ生成物流１３２を形成する。例えばＥＤ供給溶液１２６は、重炭酸カリウムＫＨＣＯ_３に富む溶液を含むことができる。ＢＰＭＥＤ １０８のＣＥＭは、カリウムイオンＫ^＋に合わせて選択され、アルカリ再生区画内に輸送し、そこでＫ^＋がＯＨ^－と合わされて、第１のＥＤ生成物流１３２中でＫＯＨを形成する。供給材放出区画では、重炭酸ＨＣＯ_３ ^－イオンが、ＢＰＭＥＤ １０８中で直接プロトン化されて、炭酸Ｈ_２ＣＯ_３を含む第２のＥＤ生成物流１３０を形成する。ある場合には、炭酸はＣＯ_２と水とに解離し、ＣＯ_２は、ＢＰＭＥＤ １０８で部分的に脱気し得る。

【0102】

一部の実現例では、ｐＨの低減で、炭酸が解離し、ＢＰＭＥＤ １０８のセル内でＣＯ_２を放出させることができる。一部の実現例では、ＢＰＭＥＤ １０８は、各ＢＰＭとＣＥＭとの間で１ｍｍ未満の膜間距離を含むことができる。例えばＢＰＭは、ＣＥＭから０．７ｍｍで位置決めすることができる。一部の実現例では、５０ｍＡ／ｃｍ^２から２０００ｍＡ／ｃｍ^２の間の電流密度は、ＢＰＭＥＤ １０８に適用することができる。

【0103】

第２のＥＤ生成物流１３０は、炭酸Ｈ_２ＣＯ_３と重炭酸ＨＣＯ_３ ^－との水性混合物を含むことができる。例えば第２のＥＤ生成物流１３０は、炭酸Ｈ_２ＣＯ_３、及び重炭酸カリウムＫＨＣＯ_３の水性混合物を含むことができる。炭酸Ｈ_２ＣＯ_３は、ＣＯ_２及び水に解離する。第２のＥＤ生成物流１３０は、フラッシュタンク１１０に送ることができ、そこでＣＯ_２流１３６がフラッシュタンク１１０から部分的に又は完全に放出され、後続の実現例に記述される１つ又は複数の下流の処理ユニットに送られる（例えば、圧縮ユニット、精製ユニット、電解還元サブシステム、炭素生成物製造システム、合成ガス発生反応器）。重炭酸塩ＨＣＯ_３ ^－の水性混合物を含むブライン流１３８は、溶解タンク１０６に送ることができ、再生サブシステム１６４のブラインループが完成する。

【0104】

第１のＥＤ生成物流１３２は、支配的な化学種として水酸化物との水性混合物を含むことができる。例えば第１のＥＤ生成物流１３２は、水酸化カリウムＫＯＨの水性溶液を含むことができる。第１のＥＤ生成物流１３２は、ＣＯ_２捕捉溶液１４４としてＢＰＭＥＤ １０８からＣＯ_２捕捉サブシステム１０２に戻すことができる。一部の実現例では、ＣＯ_２捕捉溶液１４４は、０．５Ｍから１０Ｍの間で水酸化物濃度を含むことができる。一部の実現例では、再生サブシステム１６４は、補助苛性蒸発器１１４を必要に応じて含むことができる。補助苛性蒸発器１１４は、機械式蒸気再圧縮（ＭＶＲ）蒸発器、多重効果蒸発器、又はこれらの組合せを含むことができる。補助苛性蒸発器１１４は、水を除去しＣＯ_２捕捉溶液１４４を形成し、水流１４０を放出することによって、第１のＥＤ生成物流１３２を濃縮する。そのような実現例では、ＣＯ_２捕捉溶液１４４は、炭酸塩が希薄な混合物を含み、第１のＥＤ生成物流１３２よりも高い水酸化物濃度を有する。まとめると、補助苛性蒸発器１１４、ＣＯ_２捕捉サブシステム１０２、炭酸塩分離サブシステム１６２、溶解タンク１０６、及びＢＰＭＥＤ １０８に流入及び流出するプロセス流は、捕捉溶液が再生される苛性ループを形成する。

【0105】

実施例の電気化学システム１００並びに本開示によるその他の例示的な実現例は、ＣＯ_２を捕捉し、ｐＨスイングを用いて捕捉溶液を再生し、ＣＯ_２を放出するのに使用される電気化学システム内にプロセス流（「流れ」とも呼ぶ）を含む。ＣＯ_２の回収は、本明細書ではＣＯ_２のオフガスとも呼ばれる。プロセス流は、電気化学システムの全体を通して実装される１つ又は複数の流れ制御システム９９９を使用して流すことができる。流れ制御システム９９９は、プロセス流をポンプ送出するように１つ又は複数の流れポンプ、及び内部を通ってプロセス流が流れる１つ又は複数の流動管、及び管内を通る流れの流動を規制するように１つ又は複数の弁を、含むことができる。制御システム９９９は、１つ又は複数のｐＨモニタリングデバイスと、１つ又は複数の伝導率モニタリングデバイスとを含むことができる。一部の実現例では、制御システム９９９は、ＤＩＣ種を測定する１つ又は複数の化学分析デバイス（例えば、フーリエ変換近赤外分光測定デバイス）を含むことができる。一部の実現例では、制御システム９９９は、電気化学システムの１つ又は複数の要素から発生した熱に応答して流れ制御システム９９９の１つ又は複数の態様をモニターし制御するために、１つ又は複数の温度センサー（例えば、熱電対、サーミスター、温度計）及び温度制御器を含むことができる。

【0106】

一部の実現例では、制御システム９９９は、手作業で操作することができる。例えばオペレーターは、各ポンプごとに流量を設定し、制御システム９９９の管内を通るプロセス流の流れを規制するように弁の開閉位置を設定することができる。オペレーターが、ＣＯ_２を捕捉し、捕捉溶液を再生するために電気化学システム全体にわたって分布された全ての制御システム９９９の弁の開閉位置を設定したら、制御システム９９９は、一定の流れの条件下で、例えば一定の体積流量又はその他の流れ条件下で、流れを流動させることができる。流れ条件を変えるため、オペレーターは手作業で、例えばポンプ流量又は弁の開閉位置を変化させることによって、制御システム９９９を操作することができる。

【0107】

一部の実現例では、流れ制御システム９９９は、自動的に動作することができる。例えば流れ制御システム９９９は、操作（流れ制御操作等）を行うために１つ又は複数のプロセッサーにより実行可能な命令（流れ制御命令及びその他の命令等）を記憶するコンピューター又はコンピューター可読媒体に接続することができる。オペレーターは、流れ制御システム９９９を使用してＣＯ_２を捕捉し、捕捉溶液を再生するために、電気化学システム全体にわたり分布された全ての流れ制御システム９９９に関して流量及び弁の開閉位置を設定することができる。そのような実現例では、オペレーターは、流れ制御システム９９９を通して入力を提供することにより、流動条件を手作業で変更することができる。また、そのような実現例では、流れ制御システム９９９は、自動的に（即ち、手作業の介入なしに）、流れ制御システムの１つ又は複数を、例えば流れ制御システム９９９に接続されたフィードバックシステムを使用して制御することもできる。例えばセンサー（圧力センサー、温度センサー、又はその他のセンサー等）は、プロセス流が内部を流れる管に接続することができる。センサーは、流れ制御システム９９９へのプロセス流の流動条件（圧力、温度、又はその他の流動条件等）をモニターし提供することができる。閾値（閾圧力値、閾温度値、又はその他の閾値等）を超える流動条件に応答して、制御システム９９９は自動的に動作を行うことができる。例えば、管内の圧力又は温度がそれぞれ閾圧力値又は閾温度値を超える場合、流れ制御システム９９９は、流量を低下させるためのポンプへの信号、圧力を軽減するために弁を開くための信号、プロセス流量を遮断するための信号、又はその他の信号を提供することができる。

【0108】

図２は、間接的プロトン化及びプロトンシャトル種を用いることにより、捕捉溶液を再生し、ＣＯ_２を回収するための実施例の電気化学システム２００を示す。ある場合には、電気化学システム２００は、ＥＤユニット外でＤＩＣ種がプロトン化され、ＥＤユニットのセル内でのＣＯ_２脱気が回避されるので、図１の電気化学システム１００よりも有利とすることができる。ＥＤユニット内でのＣＯ_２の脱気は、電気抵抗を増大させ、セルの活性領域を低減させる可能性があるので、望ましくない可能性がある。したがって、間接的プロトン化システムを含むブラインループは、直接プロトン化システムを含むブラインループよりも効率的にすることができる。

【0109】

電気化学システム２００は、炭酸塩分離サブシステム２６２及び再生サブシステム２６４に流体で連結されたＣＯ_２捕捉サブシステム２０２を含む。炭酸塩分離サブシステム２６２は、晶析器２０４に流体で連結された一次苛性蒸発器２１２を含む。一部の実現例では、晶析器２０４は、遠心分離器、圧力又は真空フィルター、スクレーパー、サイクロン、及び同様のもの等の固形分分離器に流体で連結することができる。炭酸塩分離サブシステム２６２は、炭酸塩の効率的な分離が可能になるように、捕捉溶液中の炭酸塩と水酸化物塩との間の溶解度の差を活用する。一次苛性蒸発器２１２は、ＣＯ_２捕捉サブシステム２０２から炭酸塩に富む捕捉溶液２２０を受容する。一部の実現例では、ＣＯ_２捕捉サブシステム２０２は、１つ又は複数の空気接触器２０５を含むことができる。空気接触器２０５は、冷却塔スタイルの気－液接触器、噴霧塔、液－気スクラバー、ベンチュリスクラバー、充填塔、及び液体収着剤を使用して更に大きい気体流から特定の気体成分の少なくとも一部分を除去するように設計されたその他のシステムを含むことができる。空気接触器２０５は、単一又は多重セル空気接触器、二重セル空気接触器、二重流空気接触器、又はこれらの組合せを含むことができる。空気接触器は、交差流、向流、並流、又はこれらの組合せで動作することができる。

【0110】

炭酸塩に富む捕捉溶液２２０は、主に炭酸イオン、アルカリ金属炭酸塩（例えば、Ｋ_２ＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３）、又はこれらの組合せを含む水性混合物とすることができる。炭酸塩に富む捕捉溶液２２０は、少量で、水酸化物イオン、アルカリ金属水酸化物（例えば、ＫＯＨ、ＮａＯＨ）、水、並びにプロセス添加剤（例えば、塩化物、硫酸塩、酢酸塩、リン酸塩、界面活性剤）及び非プロセス要素（例えば、ケイ酸塩、ホウ酸塩、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、鉄、ニッケル）を含むその他の溶解した化学種等のその他の成分を含むこともできる。例えば炭酸塩に富む捕捉溶液２２０は、０．５Ｍから６Ｍの間のＫ_２ＣＯ_３、及び１Ｍから１０Ｍの間のＫＯＨを含むことができる。別の実現例では、炭酸塩に富む捕捉溶液２２０は、水性Ｎａ_２ＣＯ_３－ＮａＯＨ混合物を含むことができる。一部の実現例では、炭酸塩に富む捕捉溶液は、Ｋ_２ＣＯ_３及びＮａ_２ＣＯ_３の混合物を含むことができる。

【0111】

一部の実現例では、一次苛性蒸発器２１２は、機械式蒸気再圧縮（ＭＶＲ）蒸発器、多重効果蒸発器、又はこれらの組合せを含むことができる。一次苛性蒸発器２１２は、炭酸塩に富む捕捉溶液２２０から水を除去して、濃縮された炭酸塩に富む捕捉溶液２１８を形成する。一次苛性蒸発器２１２は、水流２１９を放出する。濃縮された炭酸塩に富む捕捉溶液２１８は、炭酸塩に富む捕捉溶液２２０よりも高い炭酸塩濃度及びより高い水酸化物濃度を含むことができる。例えば、濃縮された炭酸塩に富む捕捉溶液２１８は、０．５Ｍから６Ｍの間のＫ_２ＣＯ_３と、１Ｍから１４Ｍの間のＫＯＨとを含むことができる。別の態様では、濃縮された炭酸塩に富む捕捉溶液２１８は、濃縮水性Ｎａ_２ＣＯ_３－ＮａＯＨ混合物を含むことができる。一部の実現例では、濃縮された炭酸塩に富む捕捉溶液は、Ｋ_２ＣＯ_３及びＮａ_２ＣＯ_３の混合物を含むことができる。したがって一次苛性蒸発器２１２は、炭酸塩に富む捕捉溶液２１８中の炭酸塩がそれほど可溶性ではなくなるように、炭酸塩及び水酸化物のそれぞれの濃度を増大させ、晶析器２０４に対する晶析器の負荷（蒸発加熱又は冷却冷蔵）を低減させる。

【0112】

一部の実現例では、晶析器２０４は、蒸発式晶析器、共晶凍結晶析器、冷却晶析器（例えば、真空又は表面冷却された）、膜蒸留晶析器、又はこれらの組合せを含む。晶析器２０４は、強制循環、ドラフトチューブバッフル、流動床設計、又はこれらの組合せをベースにすることができる。晶析器２０４は、水酸化物濃度を増大させ、それによって濃縮された炭酸塩に富む捕捉溶液２１８中の炭酸塩の溶解度を低下させる。ある場合には、晶析器２０４は、濃縮された炭酸塩に富む捕捉溶液２１８の一部分を蒸発させて、過飽和に到達させる。これは結晶質炭酸塩水和物２２２、母液２４２、及び水流２２４を形成する。晶析器２０４は、下流の処理（例えば、濾過システム、水処理システム、又は廃棄システムで）のために又はシステム２００の内部又は越えた別の適用例で使用するために、水流２２４を放出する。結晶質炭酸塩水和物２２２は、母液２４２から少なくとも部分的に分離されて、ＥＤユニット用の供給溶液で使用することができる純粋な又はほぼ純粋な炭酸塩を形成する。母液２４２は、結晶質炭酸塩水和物２２２が分離された後、水及び水酸化物等の濃縮炭酸塩溶液２１８の残りの成分を含むことができる。結晶質炭酸塩水和物２２２は、炭酸塩セスキ水和物（Ｍ_２ＣＯ_３・１．５Ｈ_２Ｏ）又は無水炭酸塩を含むことができる。例えば結晶質炭酸塩水和物２２２は、炭酸カリウムセスキ水和物（Ｋ_２ＣＯ_３・１．５Ｈ_２Ｏ）を含むことができる。炭酸カリウムセスキ水和物結晶は、ＫＯＨ－Ｋ_２ＣＯ_３混合物を含むことができる母液２４２から少なくとも部分的に単離することができる。別の実施例では、結晶質炭酸塩水和物２２２は炭酸ナトリウム十水和物（Ｎａ_２ＣＯ_３・１０Ｈ_２Ｏ）を含むことができ、母液２４２は、ＮａＯＨ^－Ｎａ_２ＣＯ_３混合物を含むことができる。別の実施例では、結晶質炭酸塩水和物２２２は、炭酸カリウムナトリウム六水和物（ＫＮａＣＯ_３・６Ｈ_２Ｏ）を含むことができる。一部の実現例では、結晶質炭酸塩水和物２２２は、結晶質炭酸塩中、炭酸塩当たり、異なる化学量論量の水分子を含むことができる（例えば、Ｍ_２ＣＯ_３・ｎＨ_２Ｏであり、式中、Ｍはアルカリ金属であり、ｎは整数又は小数値である）。母液２４２から分離した後、結晶質炭酸塩水和物２２２を再生サブシステム２６４に送り、母液２４２をＣＯ_２捕捉サブシステム２０２に戻した。

【0113】

再生サブシステム２６４は、ＢＰＭＥＤ ２０８に流体で連結された溶解タンク２０６を含む。ＢＰＭＥＤ ２０８は、ＢＰＭ及びＣＥＭを用いるＥＤユニットの例であるが、ある場合には、再生サブシステム２６４は、異なるＥＤユニットを含むことができる（例えば、１つ又は複数のＣＥＭ、ＡＥＭ、ＢＰＭ、又はこれらの組合せを含むＥＤユニット）。ある場合には、溶解タンク２０６は、最大４０ｂａｒの圧力で動作することができる。まとめると、溶解タンク２０６及びＢＰＭＥＤ ２０８に流入及び流出するプロセス流は、プロトンシャトル種（例えば、硫酸塩ＳＯ_４ ^２－、重硫酸塩ＨＳＯ_４ ^－）がＢＰＭＥＤ内でプロトン化されるブラインループを形成し、プロトンは、プロトンシャトル種を介して溶解タンク２０６にシャトル移送される。一部の実現例では、プロトンシャトル種は、Ｃｌ^－、Ｉ^－、Ｂｒ^－、ＨＰＯ_４ ^－２、及びＨ_２ＰＯ_４ ^－１、酢酸塩、及びクエン酸塩を含むことができる。溶解タンク２０６では、プロトンシャトル種はＤＩＣ種をプロトン化して炭酸Ｈ_２ＣＯ_３を形成する。したがってブラインループにより、ＢＰＭＥＤ ２０８はＤＩＣ種を間接的にプロトン化させる。

【0114】

溶解タンク２０６は、水流２２８、結晶質炭酸塩水和物２２２を晶析器２０４から、及びブライン流２３８をＢＰＭＥＤ ２０８から受容することができる。ある場合には、精製された水性溶液は、水流２２８の代わりに又は加えて使用することができる。精製された水性溶液は、微粒子及び溶解汚染物質を実質的に含む可能性はない。結晶質炭酸塩水和物２２２は水に溶解し、ＢＰＭＥＤ ２０８から受容されたブライン流２３８中のプロトンシャトル種と反応する。例えば結晶質炭酸塩水和物２２２は、溶解タンク２０６の水に溶解して炭酸カリウムＫ_２ＣＯ_３をもたらす炭酸カリウムセスキ水和物（Ｋ_２ＣＯ_３・１．５Ｈ_２Ｏ）を含むことができる。ブライン流２３８は、重硫酸塩に富む溶液を含むことができる。例えばブライン流２３８は、プロトンシャトル種として重硫酸カリウムＫＨＳＯ_４を含むことができる。重硫酸塩に富む溶液は、溶解タンク２０６で炭酸塩と反応して、重硫酸塩が希薄な溶液及び炭酸をもたらすことができる。例えば、重硫酸カリウムＫＨＳＯ_４は、炭酸カリウムＫ_２ＣＯ_３と反応して、硫酸カリウムＫ_２ＳＯ_４及び炭酸Ｈ_２ＣＯ_３をもたらすことができる。その結果、ｐＨは低減することになる。炭酸は、水と気状ＣＯ_２とに解離させるのに十分な平衡ＣＯ_２分圧（例えば、１ｂａｒ未満）を有することになる。溶解タンク２０６は、ＣＯ_２流２３６を部分的に又は完全に放出することができる。ＣＯ_２流２３６は、後続の実現例に記述された１つ又は複数の下流の処理ユニットに送ることができる（例えば、圧縮ユニット、精製ユニット、電解還元サブシステム、炭素生成物製造システム、合成ガス発生反応器）。溶解タンク２０６での反応は、ＥＤ供給溶液２２６も形成する。ＥＤ供給溶液２２６は、重硫酸塩が希薄な溶液を含むことができる。例えばＥＤ供給溶液２２６は、重硫酸カリウム及び水等のその他の成分の混合物と共に硫酸カリウムを含むことができる。溶解タンク２０６は、ＥＤ供給溶液２２６をＢＰＭＥＤ ２０８に流すように構成される。

【0115】

ＢＰＭＥＤ ２０８は、２つの電極の間に位置決めされたセルの積層体を含むことができる。ある場合には、ＢＰＭＥＤ ２０８の電極は、断続的低炭素強度電源（例えば、ソーラー、風、地熱）又は低炭素強度電源（例えば、水力、核、再生天然ガス）に連結することができる。各セルは、ＢＰＭ及びＣＥＭが交互に配置されたものを含む構成に、配置構成することができる。電極は、塩分解及び酸塩基回収を可能にするため、電位を印加するように動作可能である。ＢＰＭＥＤ ２０８は、ＢＰＭ及びＣＥＭにより画定された、多数の供給材放出区画及びアルカリ再生区画を含むことができる。

【0116】

ＢＰＭＥＤ ２０８は、ＥＤ供給溶液２２６及び水流２３４を１つ又は複数の供給材放出区画で受容するように構成される。ＢＰＭＥＤ ２０８のＢＰＭは、水をヒドロキシルイオンとプロトンとに分解する水分解反応が可能である。ＢＰＭＥＤ ２０８は、塩をそのカチオン及びアニオンに分解する塩分解反応が可能である。ＣＥＭは、カチオンをアルカリ再生区画に移送するように動作可能である。アルカリ再生区画では、カチオンはヒドロキシルイオンと組み合わされて、０．５Ｍから１０Ｍの間の水酸化物濃度を有するＥＤ生成物流２３２を形成する。

【0117】

例えば、カリウムをベースにした系では、ＥＤ供給溶液２２６が硫酸カリウムに富む溶液を含むことができる。ＢＰＭＥＤ ２０８のＣＥＭは、カリウムイオンＫ^＋を選択し、それをアルカリ再生区画に輸送して、Ｋ^＋をＯＨ^－と組み合わせることによりＫＯＨをＥＤ生成物流２３２中で形成する。供給材放出区画では、プロトンシャトル種をプロトン化し、カチオンと組み合わせて、ブライン流２３８を形成することができる。例えば、硫酸イオンＳＯ_４ ^２－は、プロトン化してカリウムイオンＫ^＋と組み合わせて、重硫酸カリウムＫＨＳＯ_４をブライン流２３８に形成することができる。

【0118】

溶解タンク２０６は、ＢＰＭＥＤ ２０８からブライン流２３８を受容するように構成され、再生サブシステム２６４のブラインループを完成する。一部の実現例では、ブライン流２３８は、約１Ｍから約２．５Ｍの間の硫酸塩及び重硫酸塩を含むことができる。

【0119】

例えば、カリウムをベースにした系では、ブライン流２３８は、約１Ｍの硫酸カリウムＫ_２ＳＯ_４濃度及び重硫酸カリウムＫＨＳＯ_４を含むことができる。別の実施例では、ブライン流２３８は、約２．５Ｍの硫酸ナトリウムＮａ_２ＳＯ_４及び重硫酸ナトリウムＮａＨＳＯ_４を含むことができる。ある場合には、ブライン流２３８は、Ｋ２ＳＯ_４／ＫＨＳＯ_４及びＮａＳＯ_４／ＮａＨＳＯ_４の組合せを、２．５Ｍ又はそれよりも低い全濃度で含むことができる。ある場合には、ブライン流２３８は、１ＭのＫＮａＳＯ_４濃度を含むことができる。ある場合には、ブライン流２３８及びＥＤ供給溶液２２６は、ＢＰＭＥＤ ２０８の動作温度及びＢＰＭＥＤ ２０８での硫酸塩から重硫酸塩への変換に応じて、その他の硫酸塩又は重硫酸塩濃度（又は両方）を含むことができる。ＥＤ供給溶液２２６及びブライン流２３８のそれぞれの硫酸塩及び重硫酸塩濃度は、任意の所与の動作温度に関して最低溶解度の化学種に依存することになる。

【0120】

一部の実現例では、ＢＰＭＥＤ ２０８は、各ＢＰＭとＣＥＭとの間で１ｍｍ未満の膜間距離を含むことができる。例えばＢＰＭは、ＣＥＭから０．７ｍｍに位置決めすることができる。一部の実現例では、５０ｍＡ／ｃｍ^２から２０００ｍＡ／ｃｍ^２の間の電流密度をＢＰＭＥＤ ２０８に適用することができる。

【0121】

ＢＰＭＥＤ ２０８で生成されたＥＤ生成物流２３２は、支配的な化学種として水酸化物を有する水性混合物を含むことができる。例えばＥＤ生成物流２３２は、水酸化カリウムＫＯＨの水性溶液を含むことができる。ＥＤ生成物流２３２は、ＣＯ_２捕捉溶液２４４としてＢＰＭＥＤ ２０８からＣＯ_２捕捉サブシステム２０２に戻ることができる。一部の実現例では、ＣＯ_２捕捉溶液２４４は、０．５Ｍから１０Ｍの間の水酸化物濃度を含むことができる。一部の実現例では、再生サブシステム２６４は、補助苛性蒸発器２１４を必要に応じて含むことができる。補助苛性蒸発器２１４は、機械式蒸気再圧縮（ＭＶＲ）蒸発器、多重効果蒸発器、又はこれらの組合せを含むことができる。補助苛性蒸発器２１４は、水を除去することによってＥＤ生成物流２３２を濃縮して、ＣＯ_２捕捉溶液２４４を形成し、水流２４０を放出する。例えば、送出されたｔ－ＣＯ_２当たり最大２０ｍ^３の水を、補助苛性蒸発器２１４によって除去することができる。そのような実現例では、ＣＯ_２捕捉溶液２４４は、炭酸塩が希薄な混合物を含み、ＥＤ生成物流２３２よりも高い水酸化物濃度を有する。まとめると、補助苛性蒸発器２１４、ＣＯ_２捕捉サブシステム２０２、炭酸塩分離サブシステム２６２、溶解タンク２０６、及びＢＰＭＥＤ ２０８に流入及び流出するプロセス流は、捕捉溶液が内部で再生される苛性ループを形成する。

【0122】

図３は、ナノ濾過ユニット３５０及び直接プロトン化を用いることによって捕捉溶液を再生し、ＣＯ_２を回収するための、実施例の電気化学システム３００を示すブロックフロー図である。ある場合には、電気化学システム３００は、苛性蒸発器とは異なって、炭酸塩の飽和を実現するためにナノ濾過が水の除去を必要とすることなく特定の濃度の炭酸塩を選択的に生成できるので、図１の電気化学システム１００及び図２の電気化学システム２００よりも有利とすることができる。電気化学システム３００は、炭酸塩分離サブシステム３６２及び再生サブシステム３６４に流体で連結されたＣＯ_２捕捉システム３０２を含む。炭酸塩分離サブシステム３６２は、晶析器３０４に流体で連結されたナノ濾過ユニット３５０を含む。一部の実現例では、晶析器３０４は、蒸発式晶析器、冷却晶析器（例えば、真空又は表面冷却）、膜蒸留晶析器、又はこれらの組合せを含む。晶析器は、強制循環、ドラフトチューブバッフル、又は流動床設計、又はこれらの組合せに基づくことができる。

【0123】

一部の実現例では、晶析器３０４は、遠心分離、圧力又は真空フィルター、スクレーパー、サイクロン、及び同様のもの等の固形分分離器に流体で連結することができる。炭酸塩分離サブシステム３６２は、捕捉溶液中の炭酸塩と水酸化物塩との間の溶解度の差を活用して、炭酸塩の効率的な分離を可能にする。ナノ濾過ユニット３５０は、炭酸塩に富む捕捉溶液３２０をＣＯ_２捕捉サブシステム３０２から受容することができる。一部の実現例では、ＣＯ_２捕捉サブシステム３０２は、１つ又は複数の空気接触器３０５を含むことができる。空気接触器３０５は、冷却塔スタイルの気－液接触器、噴霧塔、液－気スクラバー、ベンチュリスクラバー、充填塔、及び液体収着剤を使用して更に大きい気体流から特定の気体成分の少なくとも一部分を除去するように設計されたその他のシステムを含むことができる。空気接触器３０５は、単一又は多重セルの空気接触器、二重セル空気接触器、二重流空気接触器、又はこれらの組合せを含むことができる。空気接触器は、交差流、向流、並流、又はこれらの組合せで動作することができる。一部の実現例では、一次苛性蒸発器３１２は、機械式蒸気再圧縮（ＭＶＲ）蒸発器、多重効果蒸発器、又はこれらの組合せを含むことができる。

【0124】

炭酸塩に富む捕捉溶液３２０は、主に炭酸イオン、アルカリ金属炭酸塩（例えば、Ｋ_２ＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３）、又はこれらの組合せを含む水性混合物とすることができる。炭酸塩に富む捕捉溶液３２０は、水酸化物イオン、アルカリ金属水酸化物（例えば、ＫＯＨ、ＮａＯＨ）、水、及び不純物等、その他の成分を少量で含むこともできる。例えば炭酸塩に富む捕捉溶液３２０は、０．４Ｍから６Ｍの間のＫ_２ＣＯ_３及び１Ｍから１０Ｍの間のＫＯＨを含むことができる。別の実現例では、炭酸塩に富む捕捉溶液３２０は、水性Ｎａ_２ＣＯ_３－ＮａＯＨ混合物を含むことができる。一部の実現例では、炭酸塩に富む捕捉溶液は、Ｋ_２ＣＯ_３及びＮａ_２ＣＯ_３の混合物を含むことができる。

【0125】

ナノ濾過ユニット３５０は、晶析器３０４に対する蒸発負荷を低減させることができ、供給流量及び晶析器のサイジングを低減させることができる、選択的排除を介して炭酸塩を濃縮することができる。ナノ濾過ユニット３５０は、炭酸イオン等の大きい２価のイオンに対して不透過性であり又はそのようなイオンを選択する、１つ又は複数の濾過膜を含むことができる。ナノ濾過膜は、固有の表面電化を有することができ、イオン混合物の分離に特に適切なものにする。化学種の排除は、サイズ、イオン電荷、及び膜親和性に依存する可能性がある。ナノ濾過ユニット３５０は、広いｐＨ耐性を有し、０から１４に及ぶｐＨ又は最大１０Ｍの水酸化物濃度で動作するのに十分耐久性のある、膜を含むことができる。一部の実現例では、ナノ濾過ユニット３５０は、最大１０Ｍの水酸化物濃度で動作可能な膜を含むことができる。一部の実現例では、ナノ濾過ユニット３５０は、約１０Ｍまでの間の水酸化物濃度を安定に取り扱う膜を含むことができる。一部の実現例では、ナノ濾過ユニット３５０は、２価のイオン（例えば、炭酸イオン）の８５％から１００％を排除して、炭酸塩に富む保持液３５２と水酸化物に富む又は炭酸塩が希薄な透過液３５４とを得ることができる。ある場合には、ナノ濾過ユニット３５０は、２価のイオンの５０％から１００％の間を排除することができる。ある場合には、ナノ濾過ユニット３５０は、炭酸塩に富む保持液３５２を得るために、高イオン強度のドロー溶液及び圧力勾配を用いる正浸透スタイルの濾過ユニットを含むことができる。高イオン強度ドロー溶液は、膜を横断する浸透圧差を低下させることができ、水を供給溶液からドロー溶液までより容易に流すことができる電解質溶液である。ナノ濾過ユニット３５０は、スペーサー及び支持体と一緒にクランプ留めされたいくつかのナノ濾過膜（例えば、平膜シート）を保持するプレート及びフレームモジュールを含むことができる。

【0126】

ナノ濾過ユニット３５０は、供給溶液として炭酸塩に富む捕捉溶液３２０、及びドローイン溶液として母液３４２を受容することができる。ナノ濾過ユニット３５０の濾過膜は、炭酸イオンを選択し、排除することができ、それによって、主に濃縮された炭酸塩を含む保持液３５２と主に水酸化物を含む透過液３５４（ドローアウト溶液）とが生成される。例えばナノ濾過ユニット３５０は、供給材としてＫ_２ＣＯ_３に富む溶液、及びドローイン溶液として母液（ＫＯＨ、水、及び少量のＫ_２ＣＯ_３を含むことができる）を受容することができる。次いでナノ濾過ユニット３５０は、保持液３５２として濃縮されたＫ_２ＣＯ_３に富む溶液、及び透過液３５４としてＫＯＨに富む溶液を生成することができる。保持液３５２は、炭酸塩に富む捕捉溶液３２０よりも高い炭酸塩濃度を含むことができる。一部の実現例では、保持液３５２は、約０．５Ｍから６Ｍの間のＫ_２ＣＯ_３を含むことができる。一部の実現例では、ナノ濾過ユニット３５０は、供給材としてＮａ_２ＣＯ_３に富む捕捉溶液を受容することができ、保持液３５２として濃縮されたＮａ_２ＣＯ_３に富む溶液、及び透過液３５４としてＮａＯＨに富む溶液を生成することができる。一部の実現例では、ナノ濾過ユニット３５０は、供給材として、混合されたＫ_２ＣＯ_３／Ｎａ_２ＣＯ_３に富む捕捉溶液を受容することができ、保持液３５２として濃縮され混合されたＫ_２ＣＯ_３／Ｎａ_２ＣＯ_３に富む溶液、及び透過液３５４として混合されたＫＯＨ／ＮａＯＨに富む溶液を生成することができる。

【0127】

一部の実現例では、ナノ濾過ユニット３５０は、炭酸塩に富む捕捉溶液３２０を受容するように構成された供給タンクと、保持液３５２を受容するように構成された排除収集タンクとを含むことができる。したがってナノ濾過ユニット３５０は、保持液３５２中の炭酸塩がそれほど可溶性ではなくなるように、炭酸塩のそれぞれの濃度を増大させ、晶析器３０４に対する晶析器の負荷を低減させる（蒸発加熱又は冷却冷蔵）。

【0128】

晶析器３０４は、ナノ濾過ユニット３５０から保持液３５２を受容する。一部の実現例では、晶析器３０４は、蒸発式晶析器、共晶凍結晶析器、冷却晶析器（例えば、真空又は表面冷却）、膜蒸留晶析器、又はこれらの組合せを含む。晶析器３０４は、強制循環、ドラフトチューブバッフル、流動床設計、又はこれらの組合せをベースにすることができる。晶析器３０４は水酸化物濃度を増大させ、それによって保持液３５２中の炭酸塩の溶解度を低下させる。保持液３５２中の炭酸塩の溶解度は、保持液３５２の組成及びその飽和曲線に対する位置によって決定される。ある場合には、晶析器３０４は、ナノ濾過ユニット３５０から保持液３５２を受容し、保持液３５２の一部分を蒸発させて過飽和に達する。これは結晶質炭酸塩水和物３２２、母液３４２、及び水流３２４を形成する。晶析器３０４は、下流の処理に向けて（例えば、濾過システム、水処理システム、又は廃棄システム）又はシステム３００の内部又は越えた別の適用例で使用するために、水流３２４を放出する。結晶質炭酸塩水和物３２２は、母液３４２から少なくとも部分的に分離されて、ＥＤユニット用の供給溶液で使用することができる純粋な又はほぼ純粋な炭酸塩を形成する。母液３４２は、水、水酸化物、及び少量の炭酸塩を含むことができる。結晶質炭酸塩水和物３２２は、炭酸塩セスキ水和物（Ｍ_２ＣＯ_３・１．５Ｈ_２Ｏ）又は無水炭酸塩を含むことができる。例えば、結晶質炭酸塩水和物３２２は、炭酸カリウムセスキ水和物（Ｋ_２ＣＯ_３・１．５Ｈ_２Ｏ）を含むことができる。炭酸カリウムセスキ水和物結晶は、ＫＯＨ^－Ｋ_２ＣＯ_３混合物を含むことができる母液１４２から少なくとも部分的に単離することができる。別の実施例では、結晶質炭酸塩水和物３２２は、炭酸塩ナトリウム十水和物（Ｎａ_２ＣＯ_３・１０Ｈ_２Ｏ）を含むことができ、母液３４２は、ＮａＯＨ^－Ｎａ_２ＣＯ_３混合物を含むことができる。別の実施例では、結晶質炭酸塩水和物３２２は、炭酸カリウムナトリウム六水和物（ＫＮａＣＯ_３・６Ｈ_２Ｏ）を含むことができる。一部の実現例では、結晶質炭酸塩水和物３２２は、結晶質炭酸塩中の単位炭酸塩当たり、異なる化学量論量の水分子を含むことができる（例えば、Ｍ_２ＣＯ_３・ｎＨ_２Ｏであり、式中、Ｍはアルカリ金属であり、ｎは整数又は小数値である）。母液３４２からの分離後、結晶質炭酸塩水和物３２２は再生サブシステム３６４に送られ、母液３４２はナノ濾過ユニット３５０にドローイン溶液として戻される。

【0129】

再生サブシステム３６４は、ＢＰＭＥＤ ３０８及びフラッシュタンク３１０に流体で連結された溶解タンク３０６を含む。ＢＰＭＥＤ ３０８は、ＢＰＭ及びＣＥＭを用いるＥＤユニットの実施例であるが、ある場合には、再生サブシステム３６４は、異なるＥＤユニットを含むことができる（例えば、１つ又は複数のＣＥＭ、ＡＥＭ、ＢＰＭ、又はこれらの組合せを含むＥＤユニット）。まとめると、溶解タンク３０６、ＢＰＭＥＤ ３０８、及びフラッシュタンク３１０に流入及び流出するプロセス流は、ＤＩＣがプロトン化され、ＣＯ_２が放出されるブラインループを形成する。溶解タンク３０６は、水流３２８及び結晶質炭酸塩水和物３２２を晶析器３０４から受容することができる。ある場合には、精製された水性溶液は、水流３２８の代わりに又は加えて使用することができる。精製された水性溶液は、微粒子及び溶解汚染物質を実質的に含めないことができる。結晶質炭酸塩水和物３２２は、水に溶解し、ブライン流３３８中で重炭酸塩ＨＣＯ_３ ^－と組み合わされてＥＤ供給溶液３２６を形成する。ＥＤ供給溶液３２６は、重炭酸塩ＨＣＯ_３ ^－に富む溶液を、炭酸塩及び水等のその他の成分の混合物と共に含むことができる。ＢＰＭＥＤ ３０８は、２つの電極の間に位置決めされたセルの積層体を含むことができる。ある場合には、ＢＰＭＥＤ ３０８の電極は、断続的低炭素強度電源（例えば、ソーラー、風、地熱）又は低炭素強度電源（例えば、水力、核、再生可能天然ガス）に連結することができる。各セルは、ＢＰＭ及びＣＥＭが交互になされたものを含む構成に、配置構成することができる。電極は、塩分解及び酸塩基回収を可能にするため、電位を印加するように動作可能である。ＢＰＭＥＤ ３０８は、ＢＰＭ及びＣＥＭにより画定された多数の供給－放出区画及びアルカリ再生区画を含むことができる。

【0130】

ＢＰＭＥＤ ３０８は、ＥＤ供給溶液３２６及び水流３３４を１つ又は複数の供給－放出区画に受容するように構成される。ＢＰＭＥＤ ３０８のＢＰＭは、水をヒドロキシルイオンとプロトンとに分解する水分解反応を可能にする。ＢＰＭＥＤ ３０８は、塩をそのカチオン及びアニオンに分解する塩分解反応を可能にする。ＣＥＭは、カチオンをアルカリ再生区画内に移送するように動作可能である。アルカリ再生区画では、カチオンがヒドロキシルイオンと組み合わされて、０．５Ｍから１０Ｍの間の水酸化物濃度を有する第１のＥＤ生成物流３３２を形成する。

【0131】

例えばＥＤ供給溶液３２６は、重炭酸カリウムＫＨＣＯ_３に富む溶液を含むことができる。ＢＰＭＥＤ ３０８のＣＥＭは、カリウムイオンＫ^＋を選択し、それらをアルカリ再生区画に輸送し、そこでＫ^＋をＯＨ^－と組み合わせて、第１のＥＤ生成物流３３２中でＫＯＨを形成する。供給－放出区画では、重炭酸ＨＣＯ_３ ^－イオンがＢＰＭＥＤ ３０８で直接プロトン化されて、炭酸Ｈ_２ＣＯ_３を含む第２のＥＤ生成物流３３０を形成する。ある場合には、炭酸はＣＯ_２と水とに解離し、ＣＯ_２は、ＢＰＭＥＤ ３０８内で部分的に脱気され得る。

【0132】

一部の実現例では、ｐＨの低減により、炭酸を解離させてＢＰＭＥＤ ３０８のセル内でＣＯ_２を放出させることができる。一部の実現例では、ＢＰＭＥＤ ３０８は、各ＢＰＭとＣＥＭとの間で１ｍｍ未満の膜間距離を含むことができる。例えば、ＢＰＭは、ＣＥＭから０．７ｍｍに位置決めすることができる。一部の実現例では、５０ｍＡ／ｃｍ^２から２０００ｍＡ／ｃｍ^２の間の電流密度をＢＰＭＥＤ ３０８に適用することができる。

【0133】

ＢＰＭＥＤ ３０８により発生した第２のＥＤ生成物流３３０は、炭酸Ｈ_２ＣＯ_３及び重炭酸ＨＣＯ_３ ^－との水性混合物を含むことができる。例えば第２のＥＤ生成物流３３０は、炭酸Ｈ_２ＣＯ_３及び重炭酸カリウムＫＨＣＯ_３の水性混合物を含むことができる。炭酸Ｈ_２ＣＯ_３はＣＯ_２と水とに解離する。第２のＥＤ生成物流３３０はフラッシュタンク３１０に送ることができ、そこでＣＯ_２流３３６がフラッシュタンク３１０から部分的に又は完全に放出され、後続の実現例に記述された１つ又は複数の下流の処理ユニットに送られる（例えば、圧縮ユニット、精製ユニット、電解還元サブシステム、炭素生成物製造システム、合成ガス発生反応器）。重炭酸ＨＣＯ_３ ^－の水性混合物を含むブライン流３３８は、溶解タンク３０６に送ることができ、再生サブシステム３６４のブラインループを完成させる。

【0134】

第１のＥＤ生成物流３３２は、支配的な化学種として水酸化物との水性混合物を含むことができる。例えば第１のＥＤ生成物流３３２は、水酸化カリウムＫＯＨの水性溶液を含むことができる。第１のＥＤ生成物流３３２は、ＣＯ_２捕捉溶液３４４としてＢＰＭＥＤ ３０８からＣＯ_２捕捉サブシステム３０２に戻すことができる。一部の実現例では、ＣＯ_２捕捉溶液３４４は、０．５Ｍから１０Ｍの間の水酸化物濃度を含むことができる。一部の実現例では、再生サブシステム３６４は、補助苛性蒸発気３１４を必要に応じて含むことができる。補助苛性蒸発器３１４は、機械式蒸気再圧縮（ＭＶＲ）蒸発器、多重効果蒸発器、又はこれらの組合せを含むことができる。補助苛性蒸発器３１４は、ＣＯ_２捕捉溶液３４４を形成するように水を除去し、水流３４０を放出することによって、第１のＥＤ生成物流３３２を濃縮する。そのような実現例では、ＣＯ_２捕捉溶液３４４は、炭酸塩が希薄な混合物を含み、第１のＥＤ生成物流３３２よりも高い水酸化物濃度を有する。まとめると、補助苛性蒸発器３１４、ＣＯ_２捕捉サブシステム３０２、炭酸塩分離サブシステム３６２、溶解タンク３０６、及びＢＰＭＥＤ ３０８に流入及び流出するプロセス流は、捕捉溶液が再生される苛性ループを形成する。

【0135】

図１の電気化学システム１００又は図３の電気化学システム３００の各要素において、１つ又は複数のプロセス流は、ＣＯ_２、ＨＣＯ_３ ^－、及びＣＯ_３ ^２－の混合物を、部分的に、また完全に完成する反応に基づいて及びプロセス条件に基づいて、様々な濃度で含むことができる。プロセス流中の、溶解したＣＯ_２、溶解したＨ_２ＣＯ_３、ＨＣＯ_３ ^－、及びＣＯ_３ ^２－の濃度の比は、ｐＨに依存する可能性がある。例えば、ｐＨが１０から７．５に低下するにつれ、ＨＣＯ_３ ^－濃度及びＣＯ_２濃度は、ＣＯ_３ ^２－濃度が低下しつつ、増大することができる。ある場合には、有意な量の重炭酸塩が、ブラインループに含まれる各プロセス流中に存在する。図１の電気化学システム１００のＢＰＭＥＤ １０８又は図３の電気化学システム３００のＢＰＭＥＤ ３０８は、約１から１４のｐＨ範囲で動作することができる。例えばＢＰＭＥＤ １０８及びＢＰＭＥＤ ３０８は、約７から１２のｐＨ範囲で動作することができる。

【0136】

図４は、ナノ濾過ユニット４５０とプロトンシャトル種による間接的プロトン化を用いることによって、捕捉溶液を再生し、ＣＯ_２を回収するための実施例の電気化学システム４００を示す、ブロックフロー図である。ある場合には、電気化学システム４００は、ＥＤユニットの外側でＤＩＣ種がプロトン化され、ＥＤユニットのセル内でのＣＯ_２脱気が回避されるので、図１の電気化学システム１００及び図３の電気化学システム３００よりも有利とすることができる。ＥＤユニット内でのＣＯ_２脱気は、電気抵抗を増大させ、セルの活性領域を低減させる可能性があるので、望ましくない可能性がある。したがって間接的プロトン化システムを含むブラインループは、直接プロトン化システムを含むブラインループよりも効率的にすることができる。ナノ濾過ユニット４５０は、苛性蒸発器とは異なって、炭酸塩の飽和を実現するのに水の除去を必要とすることなく、特定の濃度の炭酸塩を選択的に生成することができる。

【0137】

電気化学システム４００は、炭酸塩分離サブシステム４６２及び再生サブシステム４６４に流体で連結されたＣＯ_２捕捉サブシステム４０２を含む。炭酸塩分離サブシステム４６２は、晶析器４０４に流体で連結されたナノ濾過ユニット４５０を含む。一部の実現例では、晶析器４０４は、遠心分離、圧力又は真空フィルター、スクレーパー、サイクロン、及び同様のもの等、固形分分離器に流体で連結することができる。炭酸塩分離サブシステム４６２は、炭酸塩の効率的な分離が可能になるように、捕捉溶液中の炭酸塩と水酸化物塩との間の溶解度差を活用する。ナノ濾過ユニット４５０は、炭酸塩に富む捕捉溶液４２０をＣＯ_２捕捉サブシステム４０２から受容することができる。一部の実現例では、ＣＯ_２捕捉サブシステム４０２は、１つ又は複数の空気接触器４０５を含むことができる。空気接触器４０５は、冷却塔スタイルの気－液接触器、噴霧塔、液－気スクラバー、ベンチュリスクラバー、充填塔、及び液体収着剤を使用して更に大きい気体流から特定の気体成分の少なくとも一部分を除去するように設計されたその他のシステムを含むことができる。空気接触器４０５は、単一セル空気接触器、二重セル空気接触器、多重セル空気接触器、二重流接触器、又はこれらの組合せを含むことができる。空気接触器は、交差流、向流、並流、又はこれらの組合せで動作することができる。

【0138】

炭酸塩に富む捕捉溶液４２０は、主に炭酸イオン、アルカリ金属炭酸塩（例えば、Ｋ_２ＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３）、又はこれらの組合せを含む水性混合物とすることができる。炭酸塩に富む捕捉溶液４２０は、水酸化物イオン、アルカリ金属水酸化物（例えば、ＫＯＨ、ＮａＯＨ）、水、及び不純物等、その他の成分を少量で含むこともできる。例えば炭酸塩に富む捕捉溶液４２０は、０．４Ｍから６Ｍの間のＫ_２ＣＯ_３及び１Ｍから１０Ｍの間のＫＯＨを含むことができる。別の実現例では、炭酸塩に富む捕捉溶液４２０は、水性Ｎａ_２ＣＯ_３－ＮａＯＨ混合物を含むことができる。一部の実現例では、炭酸塩に富む捕捉溶液は、Ｋ_２ＣＯ_３及びＮａ_２ＣＯ_３の混合物を含むことができる。

【0139】

ナノ濾過ユニット４５０は、選択的排除を介して炭酸塩を濃縮することができ、晶析器４０４に対する晶析器の負荷を低減させることができ（蒸発加熱又は冷却冷蔵）、供給流量及び晶析器のサイジングを低減させることができる。ナノ濾過ユニット４５０は、炭酸イオン等の大きい２価のイオンに対して不透過性の又はそのようなイオンを選択する、１つ又は複数の濾過膜を含むことができる。ナノ濾過ユニット４５０は、供給溶液として炭酸塩に富む捕捉溶液４２０及びドローイン溶液として母液４４２を受容することができる。ナノ濾過ユニット４５０の濾過膜は、炭酸イオンを選択し排除することができ、それによって、主に濃縮された炭酸塩を含む保持液４５２と、主に水酸化物を含む透過液４５４（ドローアウト溶液）とが生成される。例えばナノ濾過ユニット４５０は、Ｋ_２ＣＯ_３に富む溶液を供給材として受容することができ、母液４４２（ＫＯＨ、水、及び少量のＫ_２ＣＯ_３を含むことができる）をドローイン溶液として受容することができる。次いでナノ濾過ユニット４５０は、濃縮されたＫ_２ＣＯ_３に富む溶液を保持液４５２として、及びＫＯＨに富む溶液を透過液４５４として生成することができる。保持液４５２は、炭酸塩に富む捕捉溶液４２０よりも高い炭酸塩濃度を含むことができる。一部の実現例では、保持液４５２は、約０．５Ｍから６Ｍの間のＫ_２ＣＯ_３を含むことができる。一部の実現例では、ナノ濾過ユニット４５０は、Ｎａ_２ＣＯ_３に富む捕捉溶液を供給材として受容することができ、濃縮されたＮａ_２ＣＯ_３に富む溶液を保持液４５２として、及びＮａＯＨに富む溶液を透過液４５４として生成することができる。一部の実現例では、ナノ濾過ユニット４５０は、濃縮され混合されたＫ_２ＣＯ_３／Ｎａ_２ＣＯ_３に富む捕捉溶液を供給材として受容することができ、混合されたＫ_２ＣＯ_３／Ｎａ_２ＣＯ_３に富む溶液を保持液４５２として及び混合されたＫＯＨ／ＮａＯＨに富む溶液を透過液４５４として生成することができる。

【0140】

ナノ濾過ユニット４５０は、広いｐＨ耐性を有し、０から１４に及ぶｐＨで動作するのに十分耐久性がある膜を含むことができる。一部の実現例では、ナノ濾過ユニット４５０は、３から１４のｐＨ範囲で動作可能な膜を含むことができる。一部の実現例では、ナノ濾過ユニット４５０は、最大１０Ｍの水酸化物濃度を安定に取り扱う膜を含むことができる。一部の実現例では、ナノ濾過ユニット４５０は、２価のイオン（例えば、炭酸イオン）の８５％から１００％を排除して、炭酸塩に富む保持液４５２と、水酸化物に富む又は炭酸塩が希薄な透過液４５４とをもたらすことができる。ある場合には、ナノ濾過ユニット４５０は、２価のイオンの５０％から１００％の間で排除することができる。ある場合には、ナノ濾過ユニット４５０は、ドロー溶液と、炭酸塩に富む保持液をもたらす圧力勾配とを用いる、正浸透スタイルの濾過ユニットを含むことができる。ナノ濾過ユニット４５０は、スペーサー及び支持体と一緒にクランプ留めされたいくつかのナノ濾過膜（例えば、平膜シート）を保持する、プレート及びフレームモジュールを含むことができる。

【0141】

一部の実現例では、ナノ濾過ユニット４５０は、炭酸塩に富む捕捉溶液４２０を受容するように構成された供給タンクと、保持液４５２を受容するように構成された排除収集タンクとを含むことができる。したがってナノ濾過ユニット４５０は、炭酸塩のそれぞれの濃度を増大させて、保持液４５２中の炭酸塩がそれほど可溶性ではないようにし、したがって晶析器４０４に対する晶析器の負荷（蒸発加熱又は冷却冷蔵）が低減される。

【0142】

晶析器４０４は、ナノ濾過ユニット４５０から保持液４５２を受容する。一部の実現例では、晶析器４０４は、蒸発式晶析器、共晶凍結晶析器、冷却晶析器（例えば、真空又は表面冷却）、膜蒸留晶析器、又はこれらの組合せを含む。晶析器４０４は、強制循環、ドラフトチューブバッフル、流動床設計、又はこれらの組合せに基づくことができる。晶析器４０４は水酸化物濃度を増大させ、それによって保持液４５２中の炭酸塩の溶解度が低下する。保持液４５２中の炭酸塩の溶解度は、保持液４５２の組成及びその飽和曲線に対する位置によって決定される。ある場合には、晶析器４０４は、保持液４５２の一部分を蒸発させて過飽和に到達させる。これは結晶質炭酸塩水和物４２２、母液４４２、及び水流４２４を形成する。晶析器４０４は、下流の処理（例えば、濾過システム、水処理システム、又は廃棄システムで）又はシステム４００の内部若しくは越えた別の適用例での使用に向けて水流４２４を放出する。結晶質炭酸塩水和物４２２は、母液４４２から少なくとも部分的に分離されて、ＥＤユニット用の供給溶液中で使用できる純粋な又はほぼ純粋な炭酸塩を形成する。母液４４２は、結晶質炭酸塩水和物４２２が分離された後、水及び水酸化物等、濃縮炭酸塩溶液４１８の残りの成分を含むことができる。結晶質炭酸塩水和物４２２は、炭酸塩セスキ水和物（Ｍ_２ＣＯ_３・１．５Ｈ_２Ｏ）又は無水炭酸塩を含むことができる。例えば、結晶質炭酸塩水和物４２２は、炭酸カリウムセスキ水和物（Ｋ_２ＣＯ_３・１．５Ｈ_２Ｏ）を含むことができる。炭酸カリウムセスキ水和物結晶は、ＫＯＨ^－Ｋ_２ＣＯ_３混合物を含むことができる母液４４２から少なくとも部分的に単離することができる。別の実施例では、結晶質炭酸塩水和物４２２は炭酸ナトリウム十水和物（Ｎａ_２ＣＯ_３・１０Ｈ_２Ｏ）を含むことができ、母液４４２はＮａＯＨ^－Ｎａ_２ＣＯ_３混合物を含むことができる。別の実施例では、結晶質炭酸塩水和物４２２は、炭酸カリウムナトリウム六水和物（ＫＮａＣＯ_３・６Ｈ_２Ｏ）を含むことができる。一部の実現例では、結晶質炭酸塩水和物４２２は、結晶質炭酸塩中（例えば、Ｍ_２ＣＯ_３・ｎＨ_２Ｏであり、式中、Ｍはアルカリ金属であり、ｎは整数又は小数値である）、単位炭酸塩当たり、異なる化学量論量の水分子を含むことができる。母液４４２から分離後、結晶質炭酸塩水和物４２２は、再生サブシステム４６４に送られ、母液４４２はドローイン溶液としてナノ濾過ユニット４５０に戻される。

【0143】

再生サブシステム４６４は、ＢＰＭＥＤ ４０８に流体で連結された溶解タンク４０６を含む。ＢＰＭＥＤ ４０８は、ＢＰＭ及びＣＥＭを用いるＥＤユニットの実施例であるが、ある場合には、再生サブシステム４６４は、異なるＥＤユニットを含むことができる（例えば、１つ又は複数のＣＥＭ、ＡＥＭ、ＢＰＭ、又はこれらの組合せを含むＥＤユニット）。ある場合には、溶解タンク４０６は、最大４０ｂａｒの圧力で動作することができる。まとめると、溶解タンク４０６及びＢＰＭＥＤ ４０８に流入及び流出するプロセス流は、プロトンシャトル種（例えば、硫酸塩ＳＯ_４ ^２－、重硫酸塩ＨＳＯ_４ ^－）がＢＰＭＥＤでプロトン化され、プロトンがプロトンシャトル種を介して溶解タンク４０６にシャトル移送される、ブラインループを形成する。一部の実現例では、プロトンシャトル種は、Ｃｌ^－、Ｉ^－、Ｂｒ^－、ＨＰＯ_４ ^－２、及びＨ_２ＰＯ_４ ^－１、酢酸塩、及びクエン酸塩を含むことができる。溶解タンク４０６では、プロトンシャトル種はＤＩＣ種とプロトン化して、炭酸Ｈ_２ＣＯ_３を形成する。したがってブラインループでは、ＢＰＭＥＤ ４０８がＤＩＣ種を間接的にプロトン化させる。

【0144】

溶解タンク４０６は、水流４２８、晶析器４０４からの結晶質炭酸塩水和物４２２、及びＢＰＭＥＤ ４０８からのブライン流４３８を受容することができる。ある場合には、精製された水性溶液は、水流４２８の代わりに又は加えて使用することができる。精製された水性溶液は、微粒子及び溶解汚染物質を実質的に含めないことができる。結晶質炭酸塩水和物４２２は、水に溶解し、ブライン流４３８中のプロトンシャトル種と反応する。例えば結晶質炭酸塩水和物４２２は、炭酸カリウムＫ_２ＣＯ_３をもたらすように、溶解タンク４０６の水に溶解する炭酸カリウムセスキ水和物（Ｋ_２ＣＯ_３・１．５Ｈ_２Ｏ）を含むことができる。ブライン流４３８は、重硫酸塩に富む溶液を含むことができる。例えばブライン流４３８は、重硫酸カリウムＫＨＳＯ_４をプロトンシャトル種として含むことができる。一部の実現例では、ブライン流４３８は、約１Ｍから約２．５Ｍの間の硫酸塩を含むことができる。例えばブライン流４３８は、約１Ｍの硫酸カリウムＫ_２ＳＯ_４濃度を含むことができる。別の実施例では、ブライン流４３８は、約２．５Ｍの硫酸ナトリウムＮａ_２ＳＯ_４を含むことができる。ある場合には、ブライン流４３８及びＥＤ供給溶液４２６は、ＢＰＭＥＤ ４０８の動作温度に応じて、その他の硫酸塩又は重硫酸塩濃度（又は両方）を含むことができる。溶解タンク４０６では、重硫酸塩に富む溶液は炭酸塩と反応して、重硫酸塩が希薄な溶液及び炭酸をもたらすことができる。例えば重硫酸カリウムＫＨＳＯ_４は、炭酸カリウムＫ_２ＳＯ_３と反応して、硫酸カリウムＫ_２ＳＯ_４及び炭酸Ｈ_２ＣＯ_３をもたらすことができる。その結果、ｐＨは低減することになる。炭酸は、水及び気状ＣＯ_２への解離を引き起こすよう十分な平衡ＣＯ_２分圧（例えば、１ｂａｒ未満）を有することになる。溶解タンク４０６は、気状ＣＯ_２流４３６を部分的に又は完全に放出することができる。気状ＣＯ_２流４３６は、後続の実現例に記述された１つ又は複数の下流の処理ユニットに送ることができる（例えば、圧縮ユニット、精製ユニット、電解還元サブシステム、炭素生成物製造システム、合成ガス発生反応器）。

【0145】

溶解タンク４０６での反応は、ＥＤ供給溶液４２６を形成する。ＥＤ供給溶液４２６は、重硫酸塩が希薄な溶液を含むことができる。例えばＥＤ供給溶液４２６は、重硫酸カリウム及び水等のその他の成分の混合物と共に硫酸カリウムを含むことができる。溶解タンク４０６は、ＥＤ供給溶液４２６をＢＰＭＥＤ ４０８に流すように構成される。

【0146】

ＢＰＭＥＤ ４０８は、２つの電極の間に位置決めされたセルの積層体を含むことができる。ある場合には、ＢＰＭＥＤ ４０８の電極は、断続的低炭素強度電源（例えば、ソーラー、風、地熱）又は低炭素強度電源（例えば、水力、核、再生天然ガス）に連結することができる。各セルは、ＢＰＭ及びＣＥＭが交互になされたものを含む構成に、配置構成することができる。電極は、電位を印加して塩分解及び酸塩基回収が可能になるように動作可能である。ＢＰＭＥＤ ４０８は、ＢＰＭ及びＣＥＭによって画定された多数の供給－放出区画及びアルカリ再生区画を含むことができる。

【0147】

ＢＰＭＥＤ ４０８は、ＥＤ供給溶液４２６及び水流４３４を１つ又は複数の供給－放出区画に受容するように構成される。ＢＰＭＥＤ ４０８のＢＰＭは、水をヒドロキシルイオン及びプロトンに分解する水分解反応を可能にする。ＢＰＭＥＤ ４０８は、塩をそのカチオン及びアニオンに分解する塩分解反応を可能にする。ＣＥＭは、カチオンをアルカリ再生区画内に移送するように動作可能である。アルカリ再生区画では、カチオンはヒドロキシルイオンと組み合わされて、０．５Ｍから１０Ｍの間の水酸化物濃度を有するＥＤ生成物流４３２を形成する。

【0148】

例えばカリウムをベースにした系では、ＥＤ供給溶液４２６は、硫酸カリウムに富む溶液を含むことができる。ＢＰＭＥＤ ４０８のＣＥＭは、カリウムイオンＫ^＋を選択し、それらをアルカリ再生区画内に輸送して、そこでＫ^＋をＯＨ^－と組み合わせてＫＯＨをＥＤ生成物流４３２中に形成する。供給－放出区画では、プロトンシャトル種をプロトン化し、カチオンと組み合わせてブライン流４３８を形成することができる。例えば硫酸イオンＳＯ_４ ^２－は、プロトン化され、カリウムイオンＫ^＋と組み合わせて、重硫酸カリウムＫＨＳＯ_４をブライン流４３８中に形成することができる。

【0149】

溶解タンク４０６は、ブライン流４３８をＢＰＭＥＤ ４０８から受容するように構成され、再生サブシステム４６４のブラインループが完成する。一部の実現例では、ブライン流４３８は、約１Ｍから約２．５Ｍの間の硫酸塩及び重硫酸塩を含むことができる。

【0150】

例えばカリウムをベースにした系では、ブライン流４３８は、約１Ｍの硫酸カリウムＫ_２ＳＯ_４濃度及び重硫酸カリウムを含むことができる。別の実施例では、ブライン流４３８は、約２．５Ｍの硫酸ナトリウムＮａ_２ＳＯ_４及び重硫酸ナトリウムを含むことができる。ある場合には、ブライン流４３８は、Ｋ２ＳＯ_４／ＫＨＳＯ_４及びＮａＳＯ_４／ＮａＨＳＯ_４の組合せを、２．５Ｍ又はそれよりも低い全濃度で含むことができる。ある場合には、ブライン流４３８は、１ＭのＫＮａＳＯ_４濃度を含むことができる。

【0151】

ある場合には、ブライン流４３８及びＥＤ供給溶液４２６は、ＢＰＭＥＤ ４０８の動作温度及びＢＰＭＥＤ ４０８での硫酸塩から重硫酸塩への変換に応じて、その他の硫酸塩又は重硫酸塩濃度（又は両方）を含むことができる。ＥＤ供給溶液４２６及びブライン流４３８のそれぞれの硫酸塩及び重硫酸塩濃度は、任意の所与動作温度に関して最も低い溶解度の化学種に依存することになる。

【0152】

一部の実現例では、ＢＰＭＥＤ ４０８は、各ＢＰＭとＣＥＭとの間で１ｍｍ未満の膜間距離を含むことができる。例えばＢＰＭは、ＣＥＭから０．７ｍｍに位置決めすることができる。一部の実現例では、１００ｍＡ／ｃｍ^２から２０００ｍＡ／ｃｍ^２の間の電流密度をＢＰＭＥＤ ４０８に適用することができる。

【0153】

ＥＤ生成物流４３２は、支配的な化学種としての水酸化物との水性混合物を含むことができる。例えばＥＤ生成物流４３２は、水酸化カリウムＫＯＨの水性溶液を含むことができる。ＥＤ生成物流４３２は、ＣＯ_２捕捉溶液４４４として、ＢＰＭＥＤ ４０８からＣＯ_２捕捉サブシステム４０２に戻すことができる。一部の実現例では、ＣＯ_２捕捉溶液４４４は、０．５Ｍから１０Ｍの間の水酸化物濃度を含むことができる。一部の実現例では、再生サブシステム４６４は、補助苛性蒸発器４１４を必要に応じて含むことができる。補助苛性蒸発器４１４は、機械式蒸気再圧縮（ＭＶＲ）蒸発器、多重効果蒸発器、又はこれらの組合せを含むことができる。補助苛性蒸発器４１４は、ＣＯ_２捕捉溶液４４４を形成するように水を除去し、水流４４０を放出することによって、ＥＤ生成物流４３２を濃縮する。例えば送出されたｔ－ＣＯ_２当たり最大２０ｍ^３の水を、補助苛性蒸発器４１４によって除去することができる。そのような実現例では、ＣＯ_２捕捉溶液４４４は、炭酸塩が希薄な混合物を含み、ＥＤ生成物流４３２よりも高い水酸化物濃度を有する。まとめると、補助苛性蒸発器４１４、ＣＯ_２捕捉サブシステム４０２、炭酸塩分離サブシステム４６２、溶解タンク４０６、及びＢＰＭＥＤ ４０８に流入及び流出するプロセス流は、捕捉溶液が再生される苛性ループを形成する。

【0154】

図２の電気化学システム２００又は図４の電気化学システム４００の各要素において、１つ又は複数のプロセス流は、部分的に又は完全に完成する反応及びプロセス条件に基づいて濃度が様々になるＤＩＣ種又はプロトンシャトル種の混合物を含むことができる。ＣＯ_２、ＨＣＯ_３ ^－、及びＣＯ_３ ^２－の比、ＨＳＯ_４ ^－及びＳＯ_４ ^２－の濃度、並びにプロセス流中の全イオン強度は、ｐＨに依存する可能性がある。例えば、ｐＨが１０から７．５に低下するにつれ、ＨＣＯ_３ ^－濃度及びＣＯ_２濃度は増大することができ、それと共にＣＯ_３ ^２－濃度は低下する。図２の電気化学システム２００のＢＰＭＥＤ ２０８又は図４の電気化学システム４００のＢＰＭＥＤ ４０８は、約１から１４のｐＨ範囲で動作することができる。例えばＢＰＭＥＤ ２０８及びＢＰＭＥＤ ４０８は、０．００１Ｍから２．５Ｍの間に及ぶ水素イオン濃度で動作することができる。例えば、Ｋ_２ＣＯ_３中のカチオンがプロトンと置き換わってＫＨＣＯ_３を形成するにつれ、Ｋ_２ＣＯ_３分子中の３個のイオン（２個のＫ^＋及び１個のＣＯ_３ ^２－）及びＫＨＣＯ_３分子中の２個のイオン（１個のＫ^＋及び１個のＨＣＯ_３ ^－）があるので、全イオン強度は低下することになる。

【0155】

一部の実現例では、図２の電気化学システム２００又は図４の電気化学システム４００は、必要に応じたフラッシュタンクを含むことができる。必要に応じたフラッシュタンクは、溶解タンク２０６、４０６に、及びＢＰＭＥＤ ２０８、４０８に流体で連結することができる。必要に応じたフラッシュタンクは、溶解タンク２０６、４０６から出口流を受容することができる。ＣＯ_２流２３６、４３６は、溶解タンク２０６、４０６に加えて又は代わりに、必要に応じたフラッシュタンクから脱気することができる。ＥＤ供給溶液２２６、４２６は、必要に応じてフラッシュタンクからＢＰＭＥＤ ２０８、４０８に流れることができる。

【0156】

図３のナノ濾過ユニット３５０及び図４のナノ濾過ユニット４５０はそれぞれ、先行して、ケイ酸塩、硬水、界面活性添加剤、又は塩分の問題を引き起こす塩等の固形分を除去するように構成された一次濾過システム（例えば、限外濾過システム）を設けることができる。この構成では、ナノ濾過ユニット３５０及び４５０は、汽水域等の非可搬式水源の使用を可能にすることができる。この構成は、ナノ濾過ユニット３５０及び４５０を潜在的に有害な汚染物質から保護することができ、下流のプロセス及びユニットへの化学種の持越しを防止することができる。

【0157】

図５は、本開示の少なくとも１つの例示的な実施形態による、電気化学システムを介してＣＯ_２捕捉溶液を再生し、ＣＯ_２を回収するための、実施例の方法５００を示すフローチャートである。方法５００は工程５０２から５１６を含むが、他の実現例では、ある特定の工程を省略することができ、追加の工程を付加することができる。工程５０２から５１６は、図示されるように逐次行うことができ、又は図示される方法とは異なる順序で行うことができる。

【0158】

５０２で、炭酸塩に富む捕捉溶液を、晶析器を含む炭酸塩分離サブシステムに流す。Ｋ_２ＣＯ_３、ＫＯＨ、Ｈ_２Ｏ、ＮａＯＨ、Ｎａ_２ＣＯ_３、又はこれらの組合せを含む炭酸塩に富む捕捉溶液は、炭酸塩分離サブシステムに流すことができる。一部の実現例では、炭酸塩に富む捕捉溶液は、蒸発式晶析器、共晶凍結晶析器、冷却晶析器（例えば、真空又は表面冷却）、膜蒸留晶析器、又はこれらの組合せに流すことができる。一部の実現例では、炭酸塩に富む捕捉溶液は、晶析器の前に一次苛性蒸発器（例えば、機械式蒸気再圧縮（ＭＶＲ）蒸発器、多重効果蒸発器、又はこれらの組合せ）に流すことができる。

【0159】

５０４で、結晶質炭酸塩水和物及び母液が晶析器内で形成される。一部の実現例では、結晶質炭酸塩水和物は、炭酸カリウムセスキ水和物（Ｋ_２ＣＯ_３・１．５Ｈ_２Ｏ）又は無水炭酸カリウムであって、炭酸塩に富む捕捉溶液の水酸化物濃度を増大させて炭酸塩の溶解度を低下させることによって形成されるものを含むことができる。一部の実現例では、母液は、水酸化カリウムＫＯＨ、水、及び少量の炭酸カリウムＫ_２ＣＯ_３を含むことができる。一部の実現例では、結晶質炭酸塩水和物は、炭酸ナトリウム水和物又は無水炭酸ナトリウムを含むことができる。一部の実現例では、母液は、水酸化ナトリウムＮａＯＨを含むことができる。

【0160】

５０６で、結晶質炭酸塩水和物を溶解タンクに溶解する。溶解炭酸塩を、ブライン流中の重炭酸塩ＨＣＯ_３ ^－と合わせて、ＥＤ供給溶液を形成する。一部の実現例では、溶解炭酸塩をブライン流と合わせて、重炭酸塩に富む溶液であるＥＤ供給溶液を形成する。

【0161】

５０８で、水流及びＥＤ供給溶液をＥＤユニットに流す。一部の実現例では、水流を、ＥＤユニットの１つ又は複数のアルカリ再生区画に流す。一部の実現例では、ＥＤ供給溶液を、ＥＤユニットの１つ又は複数の供給－放出区画に流す。

【0162】

５１０で、電位をＥＤユニットに印加する。一部の実現例では、電位を、断続的低炭素強度電源（例えば、ソーラー、風、地熱）又は低炭素強度電源（例えば、水力、核、再生天然ガス）によって印加する。一部の実現例では、最大２０００ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度をＥＤユニットに適用することができる。ＥＤユニットのＢＰＭは、水をヒドロキシルイオンとプロトンとに分離することができ、ヒドロキシルイオンを１つ又は複数のアルカリ再生区画に提供することができる。ＥＤユニットのＣＥＭは、ＥＤ供給溶液のカチオン（例えば、アルカリ金属イオン）を、１つ又は複数のアルカリ再生区画内に移送することができる。

【0163】

５１２で、ＥＤ生成物流は、ＥＤユニットを含む苛性ループを介して形成される。カチオンを、アルカリ再生区画のヒドロキシルイオンと合わせて、ＥＤ生成物流を形成する。一部の実現例では、ＥＤ生成物流は、１Ｍから１０Ｍの間の水酸化物濃度を有していてもよい。

【0164】

５１４で、ＣＯ_２気体流が、ＥＤユニットを含むブラインループを介して放出される。重炭酸塩のプロトン化は、ＣＯ_２気体流を放出するように解離することができる炭酸を形成する。一部の実現例では、ブラインループは、直接プロトン化システムを含む。直接プロトン化で、ＤＩＣ種は、ＥＤユニットの供給－放出区画でプロトン化される。一部の実現例では、ブラインループは、間接的プロトン化システムを含む。間接的プロトン化で、ＥＤユニットは、ＤＩＣ種がプロトン化されてＣＯ_２気体流を放出する外部フラッシュタンクに移送される、プロトンシャトル種（例えば、硫酸塩、重硫酸塩）をプロトン化する。気泡形成及び電気抵抗を低減させるようにＥＤユニットを加圧することにより、ＥＤユニット内でのＣＯ_２脱気を回避することを、有益にすることができる。圧力でＥＤユニットを動作させることで、下流のＣＯ_２圧縮のコストを削減することもできる。一部の実現例では、ＥＤユニットは、ＣＯ_２オフガス圧力（例えば、約４０ｂａｒ）にほぼ等しい圧力で動作することができる。一部の実現例では、ＥＤユニットは、下流圧縮器での圧縮の第１の段階にほぼ等しい圧力（例えば、１ｂａｒ又はそれよりも高い圧力）で動作することができる。

【0165】

５１６で、ＥＤ生成物流を含むＣＯ_２捕捉溶液を、ＣＯ_２捕捉サブシステムに戻す。一部の実現例では、ＥＤ生成物流は、補助苛性蒸発器で濃縮して、ＣＯ_２捕捉溶液を形成することができ、これをＣＯ_２捕捉サブシステムに戻す。一部の実現例では、ＣＯ_２捕捉溶液は、０．５Ｍから１０Ｍの間の水酸化物濃度を含むことができる。

【0166】

上記工程のそれぞれは、異なる化学的性質を介してＣＯ_２の捕捉及び捕捉溶液の再生に順応するように修正することができる。例えばＮａＯＨをベースにした反応は、方法５００に記述されるＫＯＨをベースにした反応に替えることができる。

【0167】

図１から図４までの電気化学システム１００、２００、３００、及び４００のそれぞれ、並びに図５の方法５００では、下流の圧縮のコストを削減するため、高圧でＣＯ_２流１３６、２３６、３３６、４３６をオフガスすることが有益とすることができる。例えばＣＯ_２は、下流の圧縮器での圧縮の第１の段階に等しい又は高い圧力で（例えば、１ｂａｒ又はそれよりも高い圧力）放出することができる。ある場合には、ＣＯ_２は、約４０ｂａｒで放出することができる。ある場合には、ＢＰＭＥＤ １０８、２０８、３０８、４０８は、それぞれ加圧されて、気泡形成及び電気抵抗を低下させ、それによって積層効率を高めることができる。例えばＢＰＭＥＤ １０８、２０８、３０８、４０８は、ＣＯ_２オフガス圧力にほぼ等しい圧力で動作することができる（例えば、約４０ｂａｒ）。一部の実現例では、ＢＰＭＥＤ １０８、２０８、３０８、４０８は、２５℃から９０℃に及ぶ動作温度で動作することができる。例えばＢＰＭＥＤ １０８、２０８、３０８、４０８は、４０℃から６０℃に及ぶ動作温度で動作することができる。

【0168】

本明細書に記述される実現例は、交互に配置されたＣＥＭ－ＢＰＭ配置構成を含むＥＤユニットに関する。ＥＤユニットのその他の可能性ある構成では、図１から図４までのＢＰＭＥＤ １０８、２０８、３０８、４０８、及び図５の方法５００に記述されるＥＤユニットのそれぞれは、アニオン交換膜（ＡＥＭ）を含むことができる。例えばＢＰＭＥＤ １０８、２０８、３０８、４０８は、電極間に介在する反復ＢＰＭ－ＣＥＭ－ＡＥＭ配置構成を含むことができる。ＢＰＭＥＤ １０８、２０８、３０８、４０８は、個別のアルカリ再生、供給、及び放出区画を含むことができる。別の実施例では、ＢＰＭＥＤ １０８、２０８、３０８、４０８は、電極間に介在する、交互に配置されたＢＰＭ－ＡＥＭ配置構成を含むことができる。ＢＰＭＥＤは、個別の供給及び放出区画を含むことができる。そのような場合、電気化学システム１００、２００、３００、４００は、１つ若しくは複数の追加のプロセス流を含むことができ、又は例示されるプロセス流の１つ又は複数を除外することができる。

【0169】

図１から図４、図７、図８、図１０の電気化学システム１００、２００、３００、４００、７００、８００と、図５の方法５００のそれぞれにおいて、図１から４、図７、図８、図１０から図１３までのＣＯ_２流１３６、２３６、３３６、４３６、７３６、８３６、１０３６、１１３６、１２３６、１３３６は、下流の処理システムに送ることができる。一部の実現例では、ＣＯ_２に、単一段階又は多段階気体圧縮器（例えば、ピストン圧縮器、往復圧縮器）を含むことができる下流の圧縮ユニットで、加圧することができる。ある場合には、ＣＯ_２は、残留水及び／又はその他の不純物の少なくとも一部分を除去する清掃ユニット（例えば、精製ユニット）に送ることができる。ある場合には、下流の圧縮ユニットは、低圧でＣＯ_２を液化する冷蔵システムであって、液体ポンプでポンプ送出可能にするシステムを含むことができる。ある場合には、下流圧縮ユニットは、最大約４０ｂａｒでＣＯ_２流１３６、２３６、３３６、４３６、７３６、８３６、１０３６を含むことができる。圧縮されたＣＯ_２をダウンホールに送出し、地質学的形成、地表下リザーバー、カーボンシンク、及び同様のものに隔離することができる。ある特定のダウンホール条件で、ＣＯ_２は、炭酸カルシウム等の固体生成物にミネラル化することができる。ある場合には、圧縮されたＣＯ_２は、リザーバーからの炭化水素の生成を高めるため、１つ又は複数の坑井内に注入することによる高い油回収率に向けて使用されてもよい。一部の実現例では、ＣＯ_２流１３６、２３６、３３６、４３６、７３６、８３６、１０３６は、合成ガス発生反応器を含むことができる、下流の燃料合成システムに供給することができる。合成ガス発生反応器は、逆水性ガスシフト反応、水蒸気メタン改質反応、直接メタン改質反応、又はこれらの組合せによって、合成ガス生成物流を生成することができる。下流の燃料合成システムは、合成ガス及び水素を反応させて燃料等の炭化水素生成物を生成することができる、Ｆｉｓｃｈｅｒ－Ｔｒｏｐｓｃｈ反応器も含むことができる。一部の実現例では、下流の燃料合成システムは、電解還元ユニット又は気体拡散電極等、Ｆｉｓｃｈｅｒ－Ｔｒｏｐｓｃｈ反応器の電気化学的代替例を含むことができる。

【0170】

一部の実現例では、図１から図４、図７、図８、図１０のＣＯ_２流１３６、２３６、３３６、４３６、７３６、８３６、１０３６を、下記の反応の１つ又は複数を実施する電解槽セルに送ることができる：

【0171】

反応６： ＣＯ_２＋２ｅ^－→ＣＯ＋Ｏ^２－

【0172】

反応７： Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－→Ｈ_２＋Ｏ^２－

【0173】

反応８： Ｏ^２－→１／２Ｏ_２＋２ｅ^－

【0174】

電解槽セルは、図１から図４、図７、図８、図１０から図１３までのＣＯ_２流１３６、２３６、３３６、４３６、７３６、８３６、１０３６、１１３６、１２３６、１３３６、又は水（又は両方）等の供給材料から、合成ガス、純粋な一酸化炭素、又は純粋な水素等の下流生成物を形成することができる。電解槽セルは、ニッケル系触媒、銀系触媒、又は貴金属系触媒を含むことができる。一部の実現例では、電解槽セルは、固体酸化物電解槽セルである。一部の実現例では、電解槽セルは、付加価値のある炭素生成物（例えば、短鎖炭化水素、ＦＴ液体、ワックス等）を形成する下流のＦｉｓｃｈｅｒ－Ｔｒｏｐｓｃｈ反応に適した合成ガスの比をもたらすことができる。例えば電解槽セルは、２．５又はそれよりも高い合成ガス比をもたらすことができる。

【0175】

直接空気捕捉技術から誘導される炭素生成物は、これらの生成物がライフサイクルベースで一般に低い又はゼロの正味の排出を有するので、望ましい。図１から図４までの電気化学システム１００から４００のそれぞれは、電気化学セル用の気状ＣＯ_２供給材料を必要とすることなくｉｎ－ｓｉｔｕで、合成ガス又は短鎖炭化水素等の付加価値のある炭素生成物を発生させるための手法で修正又は一体化することができる。これは気状ＣＯ_２が、セルのｐＨを低下させ、水素形成を好む条件をもたらすことができるので、望ましい。図６は、重炭酸溶液から炭素生成物を含む還元生成物をもたらし、図１から図４までに記載される実現例による電気化学システム１００、２００、３００、４００の１つ又は複数の要素を含む、実施例の電気化学システム６００を示す。

【0176】

図６は、ＣＯ_２電解還元ユニット６１０を用いることによって還元生成物を発生させるための、実施例の電気化学システム６００を示すブロックフロー図である。電解還元は、電気化学還元と呼ぶこともできる。電気化学システム６００は、生成物発生サブシステム６０６に、炭酸塩分離サブシステム６０４を介して流体で連結されたＣＯ_２捕捉サブシステム６０２を含む。

【0177】

ＣＯ_２捕捉サブシステム６０２は、ＣＯ_２捕捉サブシステム１０２、２０２、３０２、４０２の１つ又は複数に実質的に類似してもよく、図１から図４までに記載される１つ又は複数のプロセス流又は反応を含むことができる。一部の実現例では、ＣＯ_２捕捉サブシステム６０２は、空気接触器１０５、２０５、３０５、４０５に類似する１つ又は複数の空気接触器６０５を含むことができる。空気接触器６０５は、冷却塔スタイルの気－液接触器、噴霧塔、液－気スクラバー、ベンチュリスクラバー、充填塔、及び液体収着剤を使用して更に大きい気体流から特定の気体成分の少なくとも一部分を除去するように設計されたその他のシステムを含むことができる。空気接触器６０５は、単一又は多重セル空気接触器、二重セル空気接触器、二重流空気接触器、又はこれらの組合せを含むことができる。空気接触器は、交差流、向流、並流、又はこれらの組合せで動作することができる。ＣＯ_２捕捉サブシステム６０２は、炭酸塩に富む溶液６１２を炭酸塩分離サブシステム６０４に提供する。

【0178】

炭酸塩に富む溶液６１２は、主に炭酸イオン、アルカリ金属炭酸塩（例えば、Ｋ_２ＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３）、又はこれらの組合せを含む水性混合物とすることができる。炭酸塩に富む捕捉溶液６１２は、水酸化物イオン、アルカリ金属水酸化物（例えば、ＫＯＨ、ＮａＯＨ）、水、及び不純物等、少量でその他の成分を含むこともできる。例えば炭酸塩に富む捕捉溶液６１２は、０．４Ｍから６Ｍの間のＫ_２ＣＯ_３及び１Ｍから１０Ｍの間のＫＯＨを含むことができる。別の実現例では、炭酸塩に富む捕捉溶液６１２は、水性Ｎａ_２ＣＯ_３－ＮａＯＨ混合物を含むことができる。一部の実現例では、炭酸塩に富む捕捉溶液は、Ｋ_２ＣＯ_３及びＮａ_２ＣＯ_３の混合物を含むことができる。

【0179】

炭酸塩分離サブシステム６０４は、炭酸塩に富む捕捉溶液６１２を受容する。炭酸塩分離サブシステム６０４は、図１から図４までに記載される実現例による炭酸塩分離サブシステム１６２、２６２、３６２、４６２からの、１つ又は複数の要素、プロセス流、及び反応を、含むことができる。一部の実現例では、炭酸塩分離サブシステム６０４は、苛性蒸発器又は晶析器（又は両方）、並びに図１及び図２に記載される実現例によるこれらのユニットに流入又は流出するプロセス流の１つ又は複数を、含むことができる。一部の実現例では、炭酸塩分離サブシステム６０４は、ナノ濾過ユニット又は晶析器（又は両方）と、図３及び図４に記載される実現例によるこれらユニットに流入又は流出するプロセス流の１つ又は複数を、含むことができる。炭酸塩分離サブシステム６０４は、結晶質炭酸塩水和物６１４をもたらす。

【0180】

結晶質炭酸塩水和物６１４は、炭酸塩セスキ水和物（Ｍ_２ＣＯ_３・１．５Ｈ_２Ｏ）又は無水炭酸塩を含むことができる。例えば結晶質炭酸塩水和物１２２は、炭酸カリウムセスキ水和物（Ｋ_２ＣＯ_３・１．５Ｈ_２Ｏ）を含むことができる。別の実施例では、結晶質炭酸塩水和物６１４は、炭酸ナトリウム十水和物（Ｎａ_２ＣＯ_３・１０Ｈ_２Ｏ）を含むことができる。別の実施例では、結晶質炭酸塩水和物６１４は、炭酸カリウムナトリウム六水和物（ＫＮａＣＯ_３・６Ｈ_２Ｏ）を含むことができる。一部の実現例では、結晶質炭酸塩水和物６１４は、結晶質炭酸塩の単位炭酸塩当たり、異なる化学量論量の水分子を含むことができる（例えば、Ｍ_２ＣＯ_３・ｎＨ_２Ｏであり、式中、Ｍはアルカリ金属であり、ｎは整数又は小数値である）。

【0181】

生成物発生サブシステム６０６は、結晶質炭酸塩水和物６１４を受容する。生成物発生サブシステム６０６は、ＣＯ_２電解還元ユニット６１０に流体で連結された溶解タンク６０８を含む。生成物発生サブシステム６０６は、図１及び図３に記載される実現例による再生サブシステム１６４及び３６４の、１つ又は複数の要素、プロセス流、又は反応を含むことができる。一部の実現例では、生成物発生サブシステム６０６は、苛性蒸発器と、図１及び図３に記載される実現例によるこのユニットに流入又は流出するプロセス流の１つ又は複数とを含むことができる。

【0182】

溶解タンク６０８は、炭酸塩分離サブシステム６０４からの結晶質炭酸塩水和物６１４、水流６２０、及びブライン流６２２を受容することができる。ある場合には、精製された水性溶液は、水流６２０の代わりに又は加えて使用することができる。精製された水性溶液は、微粒子及び溶解汚染物質を実質的に含まなくてもよい。結晶質炭酸塩水和物６１４は、水に溶解し、ブライン流６２２中の重炭酸塩ＨＣＯ_３ ^－と合わされて、セル供給溶液６１６を形成する。セル供給溶液６１６は、炭酸塩及び水等のその他の成分の混合物と共に重炭酸塩ＨＣＯ_３に富む溶液を含むことができる。

【0183】

ＣＯ_２電解還元ユニット６１０は、セル供給溶液６１６及び水流６２０を受容する。ＣＯ_２電解還元ユニット６１０は、１つ又は複数のＢＰＭと１つ又は複数の触媒層とを、２つの電極間に介在させて含む。電極は、ニッケル、銀、又は非金属を含むことができる。一部の実現例では、ＣＯ_２電解還元ユニット６１０は、ＣＥＭ、ＡＥＭ、又はこれらの組合せも含むこともできる。一部の実現例では、ＣＯ_２電解還元ユニット６１０は、後続の還元反応のいずれかを実施するよう、銀、水銀、スズ、銅、又はこれらの組合せを含む触媒を用いる。一部の実現例では、ＣＯ_２電解還元ユニットは、気状ＣＯ_２、溶解ＣＯ_２、又はこれらの組合せから、還元生成物流６２４をもたらすことができる。一部の実現例では、５０ｍＡ／ｃｍ^２から２０００ｍＡ／ｃｍ^２の間の電流密度を、ＣＯ_２電解還元ユニット６１０に適用することができる。

【0184】

一部の実現例では、セル供給溶液６１６は、ＣＯ_２電解還元ユニット６１０に流れる前に、図１から図４及び図７から図９までのＢＰＭＥＤ １０８、２０８、３０８、４０８、７０８、８０８、９００等のＢＰＭＥＤ、又は図１０のＥＤユニット１０００に流れることができる。そのような実現例では、ＢＰＭＥＤは、ＢＰＭＥＤ内のＣＯ_２の完全な脱気を回避しながら、ＣＯ_２電解還元ユニット６１０の動作を改善する好ましい範囲にｐＨをシフトさせることによって、セル供給溶液６１６を処理又は調製することができる。例えばＢＰＭＥＤは、セル供給溶液６１６をＣＯ_２電解還元ユニット６１０に流す前に、反応１から３までの１つ又は複数を実施することによって、セル供給溶液６１６のｐＨを８から１０の間にシフトさせることができる。

【0185】

ＣＯ_２電解還元ユニット６１０内のＢＰＭは、水分解反応を可能にしてプロトンをカソードに提供する。十分な流束により、プロトンは、セル供給溶液６１６中で重炭酸塩と反応して（例えば、反応１から３までを介して）、溶解ＣＯ_２又は気状ＣＯ_２を局所的に（又は両方）もたらすことができる。更にＣＯ_２電解還元ユニット６１０は、下記の還元反応の１つ又は複数により、局所的にもたらされたＣＯ_２（ＤＩＣ種のプロトン化によって形成された）を電気化学的に還元することができる：

【0186】

反応９： ＣＯ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ^－→ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ

【0187】

反応１０： ＣＯ_２＋８Ｈ^＋＋８ｅ^－→ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ

【0188】

反応１１： ２ＣＯ_２＋１２Ｈ^＋＋１２ｅ^－→Ｃ_２Ｈ_４＋４Ｈ_２Ｏ

【0189】

電気化学的還元は、典型的には触媒表面で生じる。ある場合には、ＣＯ_２電解還元ユニット６１０は、その他の短鎖炭化水素又はアルコールをもたらすことができる。ＣＯ_２電解還元ユニット６１０は、電解還元反応のための炭素供給源としてセル供給溶液６１６中で重炭酸塩を使用し、したがって気状ＣＯ_２供給材料の必要性が排除されるので、電解槽よりも有利にすることができる。これによりセルは、水素の生成よりも還元炭素生成物の生成に有利なｐＨで動作可能になる。還元生成物流６２４は、ＣＯ、Ｈ_２、合成ガス、ギ酸塩、メタン、エチレン、エタノール、水、又はこれらの組合せを含むことができる。

【0190】

ＣＯ_２電解還元ユニット６１０は、ＢＰＭによって提供されたヒドロキシルイオンを、セル供給溶液６１６中のカチオンと合わせて、炭酸塩が希薄な溶液６１８を形成するように構成される。例えばセル供給溶液６１６は、重炭酸カリウムＫＨＣＯ_３に富む溶液を含むことができる。ＣＯ_２電解還元ユニット６１０は、カリウムイオンを、ＢＰＭにより提供されたヒドロキシルイオンと合わせて、炭酸塩が希薄な溶液６１８中にＫＯＨを形成することができる。炭酸塩が希薄な溶液６１８は、再生捕捉溶液としてＣＯ_２捕捉サブシステム６０２に送ることができる。

【0191】

図７は、チラー晶析器７０４及び直接プロトン化を用いることによって、捕捉溶液を再生し、ＣＯ_２回収するための、実施例の電気化学システム７００を例示するブロックフロー図である。ある場合には、電気化学システム７００は、チラー晶析器を比較的経済的にすることができ、上流の蒸発器の必要性を除外することができるので、図１から図４の電気化学システム１００、２００、３００、４００よりも有利にすることができる。電気化学システム７００は、炭酸塩分離サブシステム７６２及び再生サブシステム７６４に流体で連結されたＣＯ_２捕捉サブシステム７０２を含む。炭酸塩分離サブシステム７６２は、固形分分離器７５０に流体で連結されたチラー晶析器７０４を含む。固形分分離器７５０の例には、遠心分離、圧力又は真空フィルター、精製器、スクレーパー、サイクロン、塩バスケット、及び同様のものを含めることができる。チラー晶析器７０４は、ＣＯ_２捕捉サブシステム７０２から、炭酸塩に富む捕捉溶液７２０を受容する。一部の実現例では、ＣＯ_２捕捉サブシステム７０２は、１つ又は複数の空気接触器７０５を含むことができる。空気接触器７０５は、冷却塔スタイルの気－液接触器、噴霧塔、液－気スクラバー、ベンチュリスクラバー、充填塔、及び液体収着剤を使用して更に大きい気体流から特定の気体成分の少なくとも一部分を除去するように設計されたその他のシステムを含むことができる。空気接触器７０５は、単一又は多重セル空気接触器、二重セル空気接触器、二重流空気接触器、又はこれらの組合せを含むことができる。空気接触器は、交差流、向流、並流、又はこれらの組合せで動作することができる。

【0192】

炭酸塩に富む捕捉溶液７２０は、主に炭酸イオン、アルカリ金属イオン、アルカリ金属炭酸塩（例えば、Ｋ_２ＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３）、又はこれらの組合せを含む、水性混合物とすることができる。炭酸塩に富む捕捉溶液７２０は、水酸化物イオン、アルカリ金属水酸化物（例えば、ＫＯＨ、ＮａＯＨ）、水、及び不純物等のその他の成分を少量で含むこともできる。例えば炭酸塩に富む捕捉溶液７２０は、０．１Ｍから６Ｍの間のＫ_２ＣＯ_３及び１Ｍから１０Ｍの間のＫＯＨを含むことができる。別の実現例では、炭酸塩に富む捕捉溶液７２０は、水性Ｎａ_２ＣＯ_３－ＮａＯＨ混合物を含むことができる。一部の実現例では、炭酸塩に富む捕捉溶液は、Ｋ_２ＣＯ_３及びＮａ_２ＣＯ_３の混合物を含むことができる。

【0193】

チラー晶析器７０４は、水酸化物濃度を増大させ、それによって炭酸塩に富む捕捉溶液７２０中の炭酸塩の溶解度が低下する。ある場合には、晶析器７０４は、炭酸塩に富む捕捉溶液７２０の一部分を濃縮して、過飽和に到達させる。これは結晶質炭酸塩水和物７２２、母液７４２、及び水流７２４を形成する。チラー晶析器７０４は、下流の処理のために（例えば、濾過システム、水処理システム、又は廃棄システムで）又はシステム７００の内部若しくは越えた別の適用例で使用するために、水流７２４を放出する。結晶質炭酸塩水和物７２２は、母液７４２から少なくとも部分的に分離されて、ＥＤユニット用の供給溶液に使用することができる純粋な又はほぼ純粋な炭酸塩を形成する。母液７４２は、結晶質炭酸塩水和物７２２が分離された後、水及び水酸化物等の炭酸塩に富む捕捉溶液７２０の残りの成分を含むことができる。結晶質炭酸塩水和物７２２は、炭酸塩セスキ水和物（Ｍ_２ＣＯ_３・１．５Ｈ_２Ｏ）又は無水炭酸塩を含むことができる。例えば結晶質炭酸塩水和物７２２は、炭酸カリウムセスキ水和物（Ｋ_２ＣＯ_３・１．５Ｈ_２Ｏ）を含むことができる。炭酸カリウムセスキ水和物結晶は、ＫＯＨ^－Ｋ_２ＣＯ_３混合物を含むことができる母液７４２から少なくとも部分的に単離することができる。別の実施例では、結晶質炭酸塩水和物７２２は炭酸ナトリウム十水和物（Ｎａ_２ＣＯ_３・１０Ｈ_２Ｏ）を含むことができ、母液７４２は、ＮａＯＨ^－Ｎａ_２ＣＯ_３混合物を含むことができる。別の実施例では、結晶質炭酸塩水和物７２２は、炭酸カリウムナトリウム六水和物（ＫＮａＣＯ_３・６Ｈ_２Ｏ）を含むことができる。一部の実現例では、結晶質炭酸塩水和物７２２は、結晶質炭酸塩中、単位炭酸塩当たり、異なる化学量論量の水分子を含むことができる（例えば、Ｍ_２ＣＯ_３・ｎＨ_２Ｏであり、式中、Ｍはアルカリ金属であり、ｎは整数又は小数値である）。母液７４２から分離後、結晶質炭酸塩水和物７２２を、固形分分離器７５０又は再生サブシステム７６４に送ることができ、母液７４２は、ＣＯ_２捕捉サブシステム７０２に戻される。固形分分離器７５０は更に、結晶質炭酸塩水和物７２２を残りの液体から単離し、溶解タンク７０６に流れることができる高固形分流７５２と、チラー晶析器７０４に戻すことができる低固形分流７６０とを形成することができる。高固形分流７５２は、主に結晶質炭酸塩水和物７２２を含む。低固形分流７６０は、高固形分流７５２よりも高い液体対固体比を有する。高固形分流７５２は、低固形分流７６０と固形分分離器７５０の入り口流との両方よりも低い液体対固体比を有する。

【0194】

実施形態では、電気化学システム７００のチラー晶析器７０４は、機械式冷蔵設備を含む。そのような機械式冷蔵設備は、１つ又は複数のポンプ、冷媒を循環させる１つ又は複数の熱交換器、配管、及び／又はその他の構成部品を含むことができる。代替の実施形態では、チラー晶析器７０４は水酸化物濃度を増大させ、それにより他の冷却手段を使用して炭酸塩に富む捕捉溶液７２０中の炭酸塩の溶解度が低下する。例えばチラー晶析器７０４は、結晶質炭酸塩水和物７２２を形成するための周囲又は環境冷却法を使用して、過飽和に到達するように、炭酸塩に富む捕捉溶液７２０の一部分を濃縮する。そのような構成では、チラー晶析器７０４は、炭酸塩に富む捕捉溶液７２０を飽和させて、機械式冷蔵手段を使用せずに又は機械式冷蔵手段にそれほど頼らずに結晶質炭酸塩水和物７２２を形成してもよく、したがって関連ある冷蔵エネルギー要件が低減される。

【0195】

再生サブシステム７６４は、ＢＰＭＥＤ ７０８及びフラッシュタンク７１０に流体で連結された溶解タンク７０６を含む。ＢＰＭＥＤ ７０８は、ＢＰＭ及びＣＥＭを用いるＥＤユニットの例であるが、ある場合には、再生サブシステム７６４は異なるＥＤユニットを含むことができる（例えば、１つ又は複数のＣＥＭ、ＡＥＭ、ＢＰＭ、又はこれらの組合せを含むＥＤユニット）。まとめると、溶解タンク７０６、ＢＰＭＥＤ ７０８、及びフラッシュタンク７１０に流入及び流出するプロセス流は、ＤＩＣがプロトン化されＣＯ_２が放出されるブラインループを形成する。一部の実現例では、溶解タンク７０６は、水流７２８及び結晶質炭酸塩水和物７２２を晶析器１０４から受容することができる。ある場合には、精製された水性溶液を、水流７２８の代わりに又は加えて使用することができる。精製された水性溶液は、微粒子及び溶解汚染物質を実質的に含まなくてもよい。一部の実現例では、溶解タンク７０６は、固形分分離器７５０からの結晶質炭酸塩水和物７２２を含む高固形分流７５２を受容することができる。高固形分流７５２中の結晶質炭酸塩水和物７２２は水に溶解し、フラッシュタンク７１０から受容されたブライン流７３５中の重炭酸塩ＨＣＯ_３ ^－と合わされて、ＥＤ供給溶液７２６を形成する。ＥＤ供給溶液７２６は、重炭酸塩ＨＣＯ_３ ^－に富む溶液を、炭酸塩及び水等のその他の成分の混合物と共に含むことができる。ある場合には、ＥＤ供給溶液７２６は、望ましくない２価及び多価カチオン（例えば、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋、鉄、亜鉛等）の少なくとも一部分を低減又は除去するために、イオン交換器７５４を通して流れることができる。捕らえられたイオンは、新しいカラムを使用し、捕らえられたイオンを酸又は塩基で置き換えることにより使用されたカラムを再生することによって、イオン交換器７５４から除去することができる。これらのカラムは、いくつかのカラムが動作したままでありそれと共にその他のカラムは再生されるように、順調に動作させるために構成することができる。使用されたカラムの再生は、廃棄塩を含むイオン交換再生廃棄物流７７０を生成する可能性がある。

【0196】

ＢＰＭＥＤ ７０８は、２つの電極間に位置決めされたセルの積層体を含むことができる。ある場合には、ＢＰＭＥＤ ７０８の電極は、断続的電源（例えば、ソーラー、風、地熱）又は低炭素強度電源（例えば、水力、核）に連結することができる。各セルは、交互になされたＢＰＭ及びＣＥＭを含む構成で、配置構成することができる。電極は、塩分解及び酸塩基回収を可能にする電位を印加するように動作可能である。ＢＰＭＥＤ ７０８は、ＢＰＭ及びＣＥＭにより画定された多数の供給－放出区画とアルカリ再生区画とを含むことができる。

【0197】

ＢＰＭＥＤ ７０８は、ＥＤ供給溶液７２６及び水流７３４を１つ又は複数の供給－放出区画に受容するように構成される。ＢＰＭＥＤ ７０８のＢＰＭは、水をヒドロキシルイオンとプロトンとに分解する水分解反応を可能にする。ＢＰＭＥＤ ７０８は、塩をそのカチオンとアニオンとに分解する塩分解反応を可能にする。ＣＥＭは、カチオンをアルカリ再生区画内に移送するように動作可能である。アルカリ再生区画では、カチオンをヒドロキシルイオンと合わせて、０．５Ｍから１２Ｍの間の水酸化物濃度を有する第１のＥＤ生成流７３２を形成する。例えば、ＥＤ供給溶液７２６は、重炭酸カリウムＫＨＣＯ_３に富む溶液を含むことができる。ＢＰＭＥＤ７０８のＣＥＭは、カリウムイオンＫ^＋を選択し、それらをアルカリ再生区画内に輸送し、そこでＫ^＋をＯＨ^－と合わせて第１のＥＤ生成物流７３２中でＫＯＨを形成する。供給－放出区画では、重炭酸塩ＨＣＯ_３ ^－イオンをＢＰＭＥＤ ７０８で直接プロトン化して、炭酸Ｈ_２ＣＯ_３を含む第２のＥＤ生成物流７３０を形成する。ある場合には、ＣＥＭは、カリウムイオンＫ^＋、ナトリウムイオンＮａ^＋、又はこれらの組合せを移送するように動作可能である。

【0198】

一部の実現例では、ｐＨの低減により、炭酸を解離させ、ＣＯ_２をＢＰＭＥＤ ７０８のセル内に放出させることができる。一部の実現例では、ＢＰＭＥＤ ７０８は、各ＢＰＭとＣＥＭとの間で１ｍｍ未満の膜間距離を含むことができる。例えばＢＰＭは、ＣＥＭから０．７ｍｍに位置決めすることができる。一部の実現例では、５０ｍＡ／ｃｍ^２から２０００ｍＡ／ｃｍ^２の間の電流密度をＢＰＭＥＤ ７０８に適用することができる。

【0199】

第２のＥＤ生成物流７３０は、炭酸Ｈ_２ＣＯ_３及び重炭酸塩ＨＣＯ_３ ^－との水性混合物を含むことができる。例えば第２のＥＤ生成物流７３０は、炭酸Ｈ_２ＣＯ_３及び重炭酸カリウムＫＨＣＯ_３の水性混合物を含むことができる。例えば第２のＥＤ生成物流７３０は、炭酸Ｈ_２ＣＯ_３、重炭酸カリウムＫＨＣＯ_３、及び重炭酸ナトリウムＮａＨＣＯ_３の水性混合物を含むことができる。炭酸Ｈ_２ＣＯ_３は、ＣＯ_２及び水に解離する。第２のＥＤ生成物流７３０をフラッシュタンク７１０に送ることができ、そこでＣＯ_２流７３６がフラッシュタンク７１０から部分的に又は完全に放出され、後続の実現例で記述される１つ又は複数の下流の処理ユニットに送られる（例えば、圧縮ユニット、電解還元サブシステム、炭素生成物製造システム、合成ガス発生反応器）。重炭酸塩ＨＣＯ_３ ^－の水性混合物を含むブライン流７３５を溶解タンク７０６に送り、再生サブシステム７６４のブラインループを完成することができる。

【0200】

第１のＥＤ生成物流７３２は、支配的な化学種としての水酸化物との水性混合物を含むことができる。例えば第１のＥＤ生成物流７３２は、水酸化カリウムＫＯＨの水性溶液を含むことができる。第１のＥＤ生成物流７３２は、ＣＯ_２捕捉溶液７４４として、ＢＰＭＥＤ １０８からＣＯ_２捕捉サブシステム７０２に戻すことができる。一部の実現例では、ＣＯ_２捕捉溶液７４４は、０．５Ｍから１０Ｍの間の水酸化物濃度を含むことができる。実現例では、第１のＥＤ生成物流７３２の一部分を、ＥＤリサイクル流７６５としてＢＰＭＥＤ ７０８に戻すことができ、処理された水７６６をＥＤリサイクル流７６５に添加することができる。例えば処理水７６６は、脱ミネラル化され、上流され、濾過され、精製され、又は処理された水を含むことができるＥＤリサイクル流７６５及び処理水７６６は、ＢＰＭＥＤ ７０８の供給－放出区画及びアルカリ再生区画で溶液の組成を維持することができる。

【0201】

一部の実現例では、再生サブシステム７６４は、補助苛性蒸発器７１４を必要に応じて含むことができる。補助苛性蒸発器７１４は、機械式蒸気再圧縮（ＭＶＲ）蒸発器、多重効果蒸発器、又はこれらの組合せを含むことができる。補助苛性蒸発器７１４は、ＣＯ_２捕捉溶液７４４を形成するように水を除去し、水流７４０を放出することによって、第１のＥＤ生成物流７３２を濃縮する。そのような実現例では、ＣＯ_２捕捉溶液７４４は、炭酸塩が希薄な混合物を含み、第１のＥＤ生成物流７３２よりも高い水酸化物濃度を有する。まとめると、補助苛性蒸発器７１４、ＣＯ_２捕捉サブシステム７０２、炭酸塩分離サブシステム７６２、溶解タンク７０６、及びＢＰＭＥＤ ７０８に流入及び流出するプロセス流は、捕捉溶液が再生される苛性ループを形成する。

【0202】

電気化学システム７００は、チラー晶析器７０４及び直接プロトン化を用いるが、一部の実現例では、フラッシュタンク７１０が電気化学システム７００から除外される、図２及び図４の電気化学システム２００、４００に記載されるチラー晶析器７０４及び間接的プロトン化を用いることを有利とすることができる。ある場合には、間接的プロトン化は、ＤＩＣ種がＥＤユニットの外側でプロトン化され、ＥＤユニットのセル内でのＣＯ_２脱気が回避されるので、有利とすることができる。例えば、結晶質炭酸塩水和物７２２を含む高固形分流７５２は、溶解タンク７０６に流れることができる。まとめると、溶解タンク７０６及びＢＰＭＥＤ ７０８に流入及び流出するプロセス流は、プロトンシャトル種（例えば、硫酸塩ＳＯ_４ ^２－、重硫酸塩ＨＳＯ_４ ^－）がＥＤユニットでプロトン化され、プロトンがプロトンシャトル種を介して溶解タンク７０６にシャトル移送される、ブラインループを形成する。一部の実現例では、プロトンシャトル種は、Ｃｌ^－、Ｉ^－、Ｂｒ^－、ＨＰＯ_４ ^－２、及びＨ_２ＰＯ_４ ^－１、酢酸塩、及びクエン酸塩を含むことができる。溶解タンク７０６では、プロトンシャトル種は、ＤＩＣ種をプロトン化して炭酸Ｈ_２ＣＯ_３を形成する。したがってブラインループは、ＢＰＭＥＤ ７０８でＤＩＣ種を間接的にプロトン化可能にする。

【0203】

フラッシュタンク７１０が排除される間接的プロトン化構成では、溶解タンク７０６は、水流７２８、チラー晶析器７０４からの結晶質炭酸塩水和物７２２を含む高固形分流７５２、及びＢＰＭＥＤ ７０８からのブライン流７３５を受容することができる。ある場合には、精製された水性溶液を、水流７２８の代わりに又は加えて使用することができる。精製された水性溶液は、微粒子及び溶解汚染物質を実質的に含まなくてもよい。結晶質炭酸塩水和物７２２は水に溶解し、ＢＰＭＥＤ ７０８に受容されたブライン流７３５中のプロトンシャトル種と反応する。ブライン流７３５は、重硫酸塩に富む溶液を含むことができる。例えばブライン流７３５は、プロトンシャトル種として重硫酸カリウムＫＨＳＯ_４を含むことができる。例えば硫酸イオンＳＯ_４ ^２－は、プロトン化し、カリウムイオンＫ^＋と合わせて、ブライン流７３５中に重硫酸カリウムＫＨＳＯ_４を形成することができる。重硫酸塩に富む溶液は、溶解タンク７０６で炭酸塩と反応して、重硫酸塩が希薄な溶液及び炭酸をもたらすことができる。例えば、重硫酸カリウムＫＨＳＯ_４は炭酸カリウムＫ_２ＣＯ_３と反応して、硫酸カリウムＫ_２ＳＯ_４及び炭酸Ｈ_２ＣＯ_３をもたらすことができる。その結果、ｐＨは低減することになる。炭酸は、水と気状ＣＯ_２とに解離させるのに十分な平衡ＣＯ_２分圧（例えば、１ｂａｒ未満）を有することになる。溶解タンク７０６は、気状ＣＯ_２流７３６を部分的に又は完全に放出することができる。溶解タンク７０６での反応は、ＥＤ供給溶液７２６も形成する。ＥＤ供給溶液７２６は、重硫酸塩が希薄な溶液を含むことができる。例えばＥＤ供給溶液７２６は、重硫酸カリウム及び水等のその他の成分の混合物と共に硫酸カリウムを含むことができる。溶解タンク７０６は、ＥＤ供給溶液７２６をＢＰＭＥＤ ７０８に流すように構成される。

【0204】

一部の実現例では、ブライン流７３５は、約１Ｍから約２．５Ｍの間の硫酸塩及び重硫酸塩を含むことができる。例えばブライン流７３５は、約１Ｍの硫酸カリウムＫ_２ＳＯ_４濃度及び重硫酸カリウムを含むことができる。別の実施例では、ブライン流７３５は、約２．５Ｍの硫酸ナトリウムＮａ_２ＳＯ_４及び重硫酸ナトリウムを含むことができる。ある場合には、ブライン流７３５及びＥＤ供給溶液７２６は、ＢＰＭＥＤ ７０８の動作温度及びＢＰＭＥＤ ７０８での硫酸塩から重硫酸塩への変換に応じて、その他の硫酸塩又は重硫酸塩濃度（又は両方）を含むことができる。ある場合には、ブライン流７３５は、１ＭのＫＮａＳＯ_４濃度を含むことができる。

【0205】

図８は、捕捉溶液を再生し、ナノ濾過ユニット８５０及び逆浸透ユニット８６８を用いてＣＯ_２を回収するための実施例の電気化学システム８００を例示するブロックフロー図である。ある場合には、電気化学システム８００は、ナノ濾過ユニット８５０及び逆浸透ユニット８６８がプロセスでの固形分の必要性を排除し、ＢＰＭＥＤ ８０８で水酸化物を形成するのに必要な水の量を低減させることができるので、有利とすることができる。ＢＰＭＥＤ ８０８は、ＢＰＭ及びＣＥＭを用いるＥＤユニットの例であるが、ある場合には、再生サブシステム８６４は、異なるＥＤユニットを含むことができる（例えば、１つ又は複数のＣＥＭ、ＡＥＭ、ＢＰＭ、又はこれらの組合せを含むＥＤユニット）。ナノ濾過ユニット８５０は、最大約２Ｍの炭酸塩濃度を生成することができる。逆浸透ユニット８６８は、高いｐＨ（例えば、１０よりも大きいｐＨ）での動作に耐えることができ、過剰な水を容易に除去又は一体化して水収支を維持できるようにする。電気化学システム８００は、炭酸塩分離サブシステム８６２及び再生サブシステム８６４に流体で連結されたＣＯ_２捕捉サブシステム８０２を含む。炭酸塩分離サブシステム８６２は、逆浸透ユニット８６８及びＢＰＭＥＤ ８０８に流体で連結されたナノ濾過ユニット８５０を含む。ナノ濾過ユニット８５０は、ＣＯ_２捕捉サブシステム８０２からの炭酸塩に富む捕捉溶液８２０を受容することができる。一部の実現例では、ＣＯ_２捕捉サブシステム８０２は、１つ又は複数の空気接触器８０５を含むことができる。空気接触器３０５は、冷却塔スタイルの気－液接触器、噴霧塔、液－気スクラバー、ベンチュリスクラバー、充填塔、及び液体収着剤を使用して更に大きい気体流からの特定の気体成分の少なくとも一部分を除去するように設計されたその他のシステムを含むことができる。空気接触器８０５は、単一又は多重セル空気接触器、二重セル空気接触器、二重流空気接触器、又はこれらの組合せを含むことができる。空気接触器は、交差流、向流、並流、又はこれらの組合せで動作することができる。

【0206】

炭酸塩に富む捕捉溶液８２０は、主に炭酸イオン、アルカリ金属イオン、アルカリ金属炭酸塩（例えば、Ｋ_２ＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３）、又はこれらの組合せを含む水性混合物とすることができる。炭酸塩に富む捕捉溶液８２０は、水酸化物イオン、アルカリ金属水酸化物（例えば、ＫＯＨ、ＮａＯＨ）、水、及び不純物等、その他の成分を少量で含むこともできる。例えば炭酸塩に富む捕捉溶液８２０は、０．１Ｍから６Ｍの間のＫ_２ＣＯ_３及び１Ｍから１０Ｍの間のＫＯＨを含むことができる。別の実現例では、炭酸塩に富む捕捉溶液８２０は、水性Ｎａ_２ＣＯ_３－ＮａＯＨ混合物を含むことができる。一部の実現例では、炭酸塩に富む捕捉溶液は、Ｋ_２ＣＯ_３及びＮａ_２ＣＯ_３の混合物を含むことができる。

【0207】

ナノ濾過ユニット８５０は、選択的排除を介して炭酸塩を濃縮することができる。ナノ濾過ユニット８５０は、炭酸イオン等の大きい２価のイオンに対して不透過性の又はそのようなイオンを選択する、１つ又は複数の濾過膜を含むことができる。ナノ濾過膜は、固有の表面電荷を有することができ、これはイオン混合物を分離するのに特に適している。化学種の排除は、サイズ、イオン電荷、及び膜親和性に依存し得る。ナノ濾過ユニット８５０は、広いｐＨ耐性を有し、０から１４に及ぶｐＨで動作するのに十分耐久性のある、膜を含むことができる。一部の実現例では、ナノ濾過ユニット８５０は、３から１４のｐＨ範囲で動作可能な膜を含むことができる。一部の実現例では、ナノ濾過８５０は、約４％から約２０％の間の水酸化物濃度を取り扱うのに安定した膜を含むことができる。一部の実現例では、ナノ濾過ユニット８５０は、ナノ濾過（ＮＦ）保持液８５２を得るため、２価のイオン（例えば、炭酸イオン）の８５％から１００％を排除することができる。ある場合には、ナノ濾過ユニット８５０は、２価のイオンの５０％から１００％の間を排除することができる。ある場合には、ナノ濾過ユニット８５０は、ドロー溶液及び圧力勾配を用いて、炭酸塩に富むナノ濾過保持液８５２をもたらす、正浸透スタイルの濾過ユニットを含むことができる。ナノ濾過ユニット８５０は、スペーサー及び支持体と一緒にクランプ留めされたいくつかのナノ濾過膜（例えば、平膜シート）を保持するプレート及びフレームモジュールを含むことができる。

【0208】

ナノ濾過ユニット８５０は、炭酸塩に富む捕捉溶液８２０を供給材料として受容することができる。ナノ濾過ユニット８５０の濾過膜は、炭酸イオンを選択し排除することができ、それによって、主に炭酸塩に富む混合物を含むナノ濾過保持液８５２と、主に水酸化物に富む混合物を含むナノ濾過透過液８５４とを生成する。例えばナノ濾過ユニット８５０は、Ｋ_２ＣＯ_３に富む溶液を供給材料として受容することができ、次いで濃縮Ｋ_２ＣＯ_３をナノ濾過保持液８５２として及びＫＯＨをナノ濾過透過液８５４として生成することができる。ナノ濾過保持液８５２は、炭酸塩に富む捕捉溶液８２０よりも高い炭酸塩濃度を含むことができる。一部の実現例では、ナノ濾過保持液８５２は、約０．５Ｍから６Ｍの間のＫ_２ＣＯ_３を含むことができる。一部の実現例では、ナノ濾過ユニット８５０は、Ｎａ_２ＣＯ_３に富む捕捉溶液を供給材料として受容することができ、濃縮Ｎａ_２ＣＯ_３をナノ濾過保持液８５２として、ＮａＯＨをナノ濾過透過液８５４として生成することができる。一部の実現例では、ナノ濾過ユニット８５０は、Ｋ_２ＣＯ_３及びＮａ_２ＣＯ_３の混合物を含むナノ濾過保持液８５２を生成することができる。

【0209】

一部の実現例では、ナノ濾過保持液８５２は、ＢＰＭＥＤ ８０８にＥＤ供給溶液８２６として送られる。一部の実現例では、ナノ濾過保持液８５２をイオン交換器８６０に流して、ＥＤ供給溶液８２６中の望ましくない２価及び多価カチオン（例えば、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋、Ｓｒ^２＋、Ｂａ^２＋、鉄、亜鉛等）の少なくとも一部分を低減又は除去することができる。捕らえられたイオンは、新しいカラムを使用し、捕らえられたイオンを酸又は塩基で置き換えることにより使用済みカラムを再生することによって、イオン交換器８６０から除去することができる。使用済みカラムの再生は、廃棄塩を含むイオン交換再生廃棄物流８７０を生成し得る。

【0210】

再生サブシステム８６４は、フラッシュタンク８１０及び逆浸透（ＲＯ）ユニット８６８に流体で連結されたＢＰＭＥＤ ３０８を含む。まとめると、ＢＰＭＥＤ ８０８、フラッシュタンク８１０、及び逆浸透ユニット８６８に流入及び流出するプロセス流は、ＤＩＣがプロトン化されＣＯ_２が放出されるブラインループを形成する。ＥＤ供給溶液８２６は、重炭酸塩ＨＣＯ_３ ^－に富む溶液を、炭酸塩及び水等のその他の成分の混合物と共に含むことができる。ＢＰＭＥＤ ８０８の各セルは、交互になされたＢＰＭ及びＣＥＭを含む構成に、配置構成することができる。電極は、塩分解及び酸塩基回収を可能にする電位を印加するように動作可能である。ＢＰＭＥＤ ８０８は、ＢＰＭ及びＣＥＭにより画定された多数の供給－放出区画及びアルカリ再生区画を含むことができる。

【0211】

ＢＰＭＥＤ ８０８は、ＥＤ供給溶液８２６及び水流８３４を１つ又は複数の供給－放出区画に受容するように構成される。ＢＰＭＥＤ ８０８のＢＰＭは、水をヒドロキシルイオンとプロトンとに分解する水分解反応を可能にする。ＢＰＭＥＤ ８０８は、塩をそのカチオン及びアニオンに分解する塩分解反応を可能にする。ＣＥＭは、カチオンをアルカリ再生区画内に移送するように動作可能である。アルカリ再生区画では、カチオンをヒドロキシルイオンと合わせて、０．５Ｍから１０Ｍの間の水酸化物濃度を有する第１のＥＤ生成物流８３２を形成する。例えばＥＤ供給溶液８２６は、重炭酸カリウムＫＨＣＯ_３に富む溶液を含むことができる。ＢＰＭＥＤ ３０８のＣＥＭは、カリウムイオンＫ^＋を選択し、それらをアルカリ再生区画内に輸送し、そこでＫ^＋をＯＨ^－と合わせてＫＯＨを第１のＥＤ生成物流８３２中に形成する。供給－放出区画では、重炭酸塩ＨＣＯ_３ ^－イオンをＢＰＭＥＤ ８０８で直接プロトン化して、炭酸Ｈ_２ＣＯ_３を含む第２のＥＤ生成物流８３０を形成する。ある場合には、ＣＥＭは、カリウムイオンＫ^＋、ナトリウムイオンＮａ^＋、又はこれらの組合せを移送するように動作可能である。

【0212】

一部の実現例では、ｐＨの低減により炭酸を解離させ、ＣＯ_２をＢＰＭＥＤ ８０８のセル内に放出することができる。一部の実現例では、ＢＰＭＥＤ ８０８は、各ＢＰＭとＣＥＭとの間に１ｍｍ未満の膜間距離を含むことができる。例えばＢＰＭは、ＣＥＭから０．７ｍｍに位置決めすることができる。一部の実現例では、５０ｍＡ／ｃｍ^２から２０００ｍＡ／ｃｍ^２の間の電流密度をＢＰＭＥＤ ８０８に適用することができる。

【0213】

ＢＰＭＥＤ ８０８により発生させた第２のＥＤ生成物流８３０は、炭酸Ｈ_２ＣＯ_３及び重炭酸塩ＨＣＯ_３ ^－との水性混合物を含むことができる。例えば、第２のＥＤ生成物流８３０は、炭酸Ｈ_２ＣＯ_３及び重炭酸カリウムＫＨＣＯ_３の水性混合物を含むことができる。炭酸Ｈ_２ＣＯ_３はＣＯ_２及び水に解離する。第２のＥＤ生成物流８３０は、フラッシュタンク８１０に送ることができ、それに対して気状ＣＯ_２流８３６は、フラッシュタンク８１０から部分的に又は完全に放出され、後続の実現例で記述される１つ又は複数の下流の処理ユニット（例えば、圧縮ユニット、電解還元サブシステム、炭素生成物製造システム、合成ガス発生反応器）に送られる。重炭酸塩ＨＣＯ_３ ^－の水性混合物を含むブライン流８３５は、逆浸透（ＲＯ）ユニット８６８に送ることができる。

【0214】

逆浸透ユニット８６８は、水収支を維持するようブラインループから水を除去する主要機能を有する。逆浸透ユニット８６８の膜は、炭酸イオンを選択及び排除することができ、それによって、重炭酸塩に富む溶液を含むＲＯ保持液８６３及び主に水を含むＲＯ透過液８６６が生成される。ＲＯ保持液８６３は、ブライン流８３５よりも高い重炭酸塩濃度を含むことができる。一部の実現例では、ＲＯ保持液８６３は、２．４Ｍ又はそれよりも低い重炭酸カリウムＫＨＣＯ_３濃度を含むことができる。一部の実現例では、ＲＯ保持液８６３は、２．４Ｍ又はそれよりも低い重炭酸ナトリウムＮａＨＣＯ_３濃度を含むことができる。一部の実現例では、ＲＯ保持液８６３は、重炭酸カリウムＫＨＣＯ_３と重炭酸ナトリウムＮａＨＣＯ_３との混合物を２．４Ｍ又はそれよりも低い濃度で含むことができる。次いでＲＯ保持液８６３は、ＮＦ保持液８５２と合わせて、ＥＤ供給流８２６を形成することができ、それによって再生サブシステム８６４のブラインループが完成する。ＲＯ透過液８６６中の水は、苛性ループと一体化させてＢＰＭＥＤ ８０８で水酸化物を生成することができる。

【0215】

第１のＥＤ生成物流８３２は、支配的な化学種としての水酸化物との水性混合物を含むことができる。例えば、第１のＥＤ生成物流８３２は、水酸化カリウムＫＯＨ、ＮａＯＨ、又はこれらの組合せの水性溶液を含むことができる。第１のＥＤ生成物流８３２は、ＣＯ_２捕捉溶液８４４として、ＢＰＭＥＤ ８０８からＣＯ_２捕捉サブシステム８０２に戻すことができる。一部の実現例では、ＣＯ_２捕捉溶液８４４は、０．５Ｍから１０Ｍの間の水酸化物濃度を含むことができる。一部の実現例では、再生サブシステム８６４は、補助苛性蒸発器８１４を必要に応じて含んで、水８４０をＣＯ_２捕捉溶液８４４から除去することができる。補助苛性蒸発器３１４は、機械式蒸気再圧縮（ＭＶＲ）蒸発器、多重効果蒸発器、又はこれらの組合せを含むことができる。そのような実現例では、ＣＯ_２捕捉溶液８４４は、炭酸塩が希薄な混合物を含み、第１のＥＤ生成物流８３２よりも高い水酸化物濃度を有する。まとめると、補助苛性蒸発器８１４、ＣＯ_２捕捉サブシステム８０２、炭酸塩分離サブシステム８６２、及びＢＰＭＥＤ ８０８に流入及び流出するプロセス流は、捕捉溶液が再生される苛性ループを形成する。

【0216】

一部の実現例では、ＲＯ透過液８６６中の水を第１のＥＤ生成物流８３２と合わせることができる。合わせた流れの一部分を、ＥＤリサイクル流８６５としてＢＰＭＥＤ ８０８に戻すことができ、合わせた流れのその他の部分は、ＣＯ_２捕捉溶液８４４としてＣＯ_２捕捉サブシステム８０２に戻すことができる。一部の実現例では、処理水８３４を、ＥＤリサイクル流８６５に添加することができる。例えば処理水８３４は、脱ミネラル化され、蒸留され、濾過され、精製され、又は処理された水を含むことができる。

【0217】

電気化学システム８００は、逆浸透ユニット８６８及び直接プロトン化を用いるが、一部の実現例では、図２及び図４の電気化学システム２００、４００に記載される逆浸透ユニット及び間接的プロトン化を用いることが有利とすることができる。ある場合には、間接的プロトン化は、ＤＩＣ種がＥＤユニットの外側でプロトン化され、ＥＤユニットのセル内でのＣＯ_２脱気を回避するので、有利とすることができる。例えば炭酸塩水和物は、オフガスタンクに流れることができる。まとめると、オフガスタンク及びＥＤユニットに流入及び流出するプロセス流は、プロトンシャトル種（例えば、硫酸塩ＳＯ_４ ^２－、重硫酸塩ＨＳＯ_４ ^－）がＥＤユニット内でプロトン化され、プロトンがプロトンシャトル種を介してオフガスタンクにシャトル移送されるブラインループを形成する。一部の実現例では、プロトンシャトル種は、Ｃｌ^－、Ｉ^－、Ｂｒ^－、ＨＰＯ_４ ^－２、及びＨ_２ＰＯ_４ ^－１、酢酸塩、及びクエン酸塩を含むことができる。オフガスタンクでは、プロトンシャトル種がＤＩＣ種をプトロン化して、炭酸Ｈ_２ＣＯ_３を形成する。したがってブラインループでは、ＥＤユニットでＤＩＣ種を間接的にプロトン化させる。

【0218】

間接的プロトン化構成では、逆浸透ユニットが、ブライン流をＥＤユニットから受容し、主に重硫酸塩を含むＲＯ保持液と主に水を含むＲＯ透過液とを生成することができる。オフガスタンクは、ナノ濾過ユニットから炭酸塩に富むＮＦ保持液、及びＲＯユニットから重硫酸塩に富むＲＯ保持液を受容することができる。オフガスタンクでは、炭酸塩がプロトンシャトル種と反応する。ＲＯ保持液は、重硫酸塩に富む溶液を含むことができる。例えばＲＯ保持液は、プロトンシャトル種として重硫酸カリウムＫＨＳＯ_４を含むことができる。例えば硫酸イオンＳＯ_４ ^２－をプロトン化し、カリウムイオンＫ^＋と合わせて、重硫酸カリウムＫＨＳＯ_４をＥＤユニット内で形成することができる。次いで重硫酸カリウムＫＨＳＯ_４を選択することができ、それによって重硫酸塩に富む溶液を含むＲＯ保持液が生成される。重硫酸塩に富む溶液は、オフガスタンク内で炭酸塩と反応して、重硫酸塩が希薄な溶液及び炭酸をもたらすことができる。例えば、重硫酸カリウムＫＨＳＯ_４は炭酸カリウムＫ_２ＣＯ_３と反応して、硫酸カリウムＫ_２ＳＯ_４及び炭酸Ｈ_２ＣＯ_３をもたらすことができる。その結果、ｐＨは低減することになる。炭酸は、水と気状ＣＯ_２とに解離させるように、十分な平衡ＣＯ_２分圧（例えば、１ｂａｒ未満）を有することになる。オフガスタンクは、部分的に又は完全に気状ＣＯ_２流を放出することができる。オフガスタンクでの反応は、ＥＤ供給流も形成する。ＥＤ供給溶液は、重硫酸塩が希薄な溶液を含むことができる。例えばＥＤ供給溶液は、重硫酸カリウム及び水等のその他の成分の混合物と共に硫酸カリウムを含むことができる。オフガスタンクは、ＥＤ供給溶液をＥＤユニットに流すように構成される。

【0219】

図９は、ＢＰＭ ９０８と交互になされたＣＥＭ ９０６を含む膜積層体を有する実施例のＢＰＭＥＤ ９００の概略図である。ＢＰＭＥＤ ９００は、図９に示されるよりも多くの又はより少ないＣＥＭ ９０６及びＢＰＭ ９０８を含んでいてもよい。膜積層体は、カソード９０２とアノード９０４との間に位置決めされる。膜は、交互になされた供給－放出（プロトン発生）区画９１０と、アルカリ再生（水酸化物発生）区画９１２とを画定する。ＢＰＭＥＤ ９００は、再生サブシステムの要素として電気化学システムに含めることができる。例えば各再生サブシステムのそれぞれにおけるＢＰＭＥＤ １０８、２０８、３０８、４０８、７０８、８０８は、ＢＰＭＥＤ ９００と同じ要素の少なくともいくつかを含むことができる。

【0220】

アルカリ水酸化物ＭＯＨを含む第１の生成物流９３０等の捕捉溶液を再生するため、ＢＰＭ ９０８は、水の解離を介して、ヒドロキシルイオンＯＨ^－をアルカリ再生区画９１２に提供し、プロトンＨ^＋を供給－放出区画９１０に提供する。発生したプロトンは、アルカリ再生区画９１２へとＣＥＭ ９０６を横断して選択的に輸送される、アルカリ金属イオン（例えば、Ｋ^＋、Ｎａ^＋等）等のカチオンＭ^＋に置き換わる。例えば、第１の生成物流９３０として捕捉溶液中で水酸化カリウム（ＫＯＨ）を再生するため、ＢＰＭ ９０８はヒドロキシルイオンＯＨ^－を提供し、ＣＥＭ ９０６はカリウムイオンＫ^＋をアルカリ再生区画９１２内部に通す。したがってアルカリ金属イオン及びヒドロキシルイオンは、アルカリ水酸化物と共に再生ＣＯ_２捕捉溶液を含む第１の生成物流９３０を形成する。第１の生成物流９３０は、ＢＰＭＥＤ ９００から、下流のＣＯ_２捕捉サブシステム又は苛性蒸発器に流れることができる。

【0221】

供給－放出区画９１０は、重炭酸塩ＨＣＯ_３ ^－（直接プロトン化用）等の溶解無機炭素種、又は硫酸塩ＳＯ_４ ^２－（間接的プロトン化用）等のプロトンシャトル種を含むことができるＥＤ供給溶液９２６を受容する。ＢＰＭ ９０８は、プロトンを供給－放出区画９１０に提供し、ＥＤ供給溶液９２６中の化学種はプロトン化して第２の生成物流９３２を形成する。第２の生成物流９３２は、炭酸Ｈ_２ＣＯ_３（直接プロトン化用）又は重硫酸塩ＨＳＯ_４ ^－（間接的プロトン化用）を含むことができる。第２の生成物流９３２は、ＢＰＭＥＤ ９００から下流のフラッシュタンク又は溶解タンクに流れることができる。

【0222】

ＢＰＭＥＤ ９００は、低い電圧降下（例えば、２Ｖ未満のＢＰＭ電圧降下及び１Ｖ未満のＣＥＭ電圧降下）及び高い電流密度（例えば、５０ｍＡ／ｃｍ^２よりも上のＢＰＭ電流密度）等、所望の特徴を有するように選択又は設計することができる。一部の実現例では、ＢＰＭＥＤ ９００は、ＡＥＭと交互になされたＢＰＭを含む膜積層体からなることができる。ＢＰＭ ９０８は、３Ｄ接合部、平面接合部、又はこれらの組合せを含むことができる。３Ｄ接合部を有するＢＰＭ ９０８は、触媒表面積及び機械的強度を改善するように絡み合うナノ繊維を有する。３Ｄ接合部は、エレクトロスピニングによって製造することができる。平面接合部を有するＢＰＭ ９０８は、カチオン交換層とアニオン交換層との間に挟まれた触媒層を有する。ＢＰＭ ９０８では、カチオン交換層はカソード９０２側に位置決めされ、アニオン交換層はアノード９０４側に位置決めされる。水の解離は、介在する触媒層で生じ、プロトンはカチオン交換層を通して輸送され、一方、ヒドロキシルイオンはアニオン交換層を通して輸送される。図９に示される膜積層体は例示を目的とし、様々にすることができる。

【0223】

図１０は、気体拡散電極（ＧＤＥ）１００４を含む実施例のＥＤユニット１０００の概略図である。この構成は、高い電流密度及び最大３５％ｗ／ｗの水酸化物濃度を可能にすることができるので、有利とすることができる。これは資本コストを低下させ、水の使用を低減させ、水処理コストを低減させることができる。膜積層体は、カソード１００２とＧＤＦ １００４との間に位置決めされたＣＥＭ １００６を含む。図１０のＥＤユニット１０００はアノードとしてＧＤＥ １００４を用いるが、一部の実現例では、ＥＤユニット１０００はカソードとしてＧＤＥ １００４を用いることができる。ＧＤＥ １００４は、触媒層１０１２を支持する気体拡散層１０１０を含む。気体拡散層１０１０は多孔質であり、触媒層１０１２に向かう気体の移動を可能にする。一部の実現例では、触媒層１０１２は、白金又は非貴金属触媒（例えば、ニッケル、ニッケル鉄、コバルト、金属合金）を含むことができる。気体拡散層１０１０は疎水性であるので、その細孔は、水性電解質溶液によってそれほど遮断されず、したがって触媒層１０１２への気体輸送が維持される。ある場合には、ＧＤＥ １００４を有するＥＤユニット１０００は、０から１４に及ぶｐＨで動作することができる。カソード１００２及びＣＥＭ １００６は、アルカリ再生（水酸化物発生）区画を画定し、捕捉溶液を再生する。ＣＥＭ １００６及びＧＤＥ １００４は、供給－放出（プロトン発生）区画を画定し、ＣＯ_２を形成する。ＥＤユニット１０００は、ＤＩＣ種の直接プロトン化又は間接的プロトン化に用いることができる。ＥＤユニット１０００は、電気化学システム１００から４００、７００、８００のいずれか等、電気化学システムの再生サブシステムの要素として含めることができる。

【0224】

直接プロトン化は、ＣＯ_２捕捉溶液を再生し、気状ＣＯ_２を回収するのに使用することができる。アルカリ水酸化物ＭＯＨを含む第１のＥＤ生成物流１０３２等のＣＯ_２捕捉溶液を再生するため、ＥＤユニット１０００は、気状水素供給流１０２４及びＥＤ供給溶液１０２６であって炭酸塩－重炭酸塩混合物を含むものを供給－放出区画内に受容する。ＥＤユニット１０００は、水をアルカリ再生区画内に受容する。電位はＥＤユニット１０００に印加される。水素Ｈ_２酸化反応はＧＤＥ １００４で生じる。発生したプロトンは、ＣＥＭ １００６を横断してアルカリ再生区画に選択的に輸送されるアルカリ金属イオン（例えば、Ｋ^＋、Ｎａ^＋等）等のカチオンＭ^＋に置き換わる。

【0225】

カソード１００２で、水解離反応が生じてヒドロキシルイオンＯＨ^－及び水素Ｈ_２を発生させる。アルカリ再生区画では、アルカリ金属イオンＭ^＋及びヒドロキシルイオンＯＨ^－が、アルカリ水酸化物ＭＯＨ及び水素Ｈ_２と共に再生捕捉溶液を含む第１のＥＤ生成物流１０３２を形成する。例えばカリウムイオンＫ^＋は、ＣＥＭ １００６を横断して輸送されて、水酸化カリウムＫＯＨを有する再生捕捉溶液を形成することができる。第１のＥＤ生成物流１０３２は、ＥＤユニット１０００から分離ユニットに流れることができ、そこで水素が再生ＣＯ_２捕捉溶液から分離される。次いでＣＯ_２捕捉溶液１０４４は、ＣＯ_２捕捉サブシステムの空気接触器に流れることができる。一部の実現例では、分離された水素は、水素供給流１０２４としてＥＤユニット１０００のＧＤＥ １００４にリサイクルすることができる。

【0226】

供給－放出区画では、アルカリ金属イオンに置き換わったプロトンが炭酸塩－重炭酸塩混合物を酸性化して、気状二酸化炭素１０３６と、水、重炭酸塩ＭＨＣＯ_３ ^－、炭酸Ｈ_２ＣＯ_３、又はこれらの組合せを含む第２のＥＤ生成物流１０３４とを形成する。一部の実現例では、気状二酸化炭素１０３６は、ＧＤＥ １００４を通してオフガスすることができる。ある場合には、供給－放出区画でのプロトン化は、完了まで反応しなくてもよく、重炭酸塩ＭＨＣＯ_３ ^－は、ＧＤＥ １００４を通してＥＤユニット１０００を離れることができる。ある場合には、ＥＤユニット１０００は、気状二酸化炭素用の下流のフラッシュタンク又はオフガスタンクに流体で連結されて、脱気することができる。

【0227】

ＧＤＥ １００４を含むＥＤユニット１０００は、低い電圧降下（例えば、１．６Ｖ未満のＣＥＭ電圧降下）及び高い電流密度（例えば、５０ｍＡ／ｃｍ^２から１０００ｍＡ／ｃｍ^２の間の電流密度）を有するように選択又は設計することができる。

【0228】

硫酸塩、重硫酸塩、又はこれらの組合せ等のプロトンシャトル種を介した間接的プロトン化は、ＣＯ_２捕捉溶液を再生するのに使用することができる。ある場合には、プロトンシャトル種は、Ｃｌ^－、Ｉ^－、Ｂｒ^－、ＨＰＯ_４ ^－２、及びＨ_２ＰＯ_４ ^－１、酢酸塩、クエン酸塩、又はこれらの組合せを含むことができる。アルカリ水酸化物ＭＯＨを含む第１のＥＤ生成物流等のＣＯ_２捕捉溶液を再生するため、ＥＤユニットは、気状水素供給流と、硫酸塩－重硫酸塩混合物を含むＥＤ供給溶液とを、供給－放出区画内で受容する。ＥＤユニットは、水をアルカリ再生区画内で受容する。電位をＥＤユニットに印加する。水素Ｈ_２酸化反応がＧＤＥで生じる。発生したプロトンが、アルカリ再生区画にＣＥＭを横断して選択的に輸送するアルカリ金属イオン等（例えば、Ｋ^＋、Ｎａ^＋等）等のカチオンＭ^＋と置き換わる。

【0229】

間接的プロトン化構成において、カソードで及びアルカリ再生区画で生じる反応は、直接プロトン化構成におけるカソード及びアルカリ再生区画で生じるものと実質的に同じである。ＥＤユニットは、アルカリ水酸化物ＭＯＨ及び水素Ｈ_２を有する再生捕捉溶液を含む第１のＥＤ生成物流を形成する。水素は分離ユニットで分離され、再生捕捉溶液はＣＯ_２捕捉サブシステムに送られる。

【0230】

間接的プロトン化構成では、供給－放出区画において、アルカリ金属イオンと置き換わったプロトンが硫酸塩－重硫酸塩混合物を酸性化して、水及び重硫酸塩ＭＨＳＯ_４を含む第２のＥＤ生成物流を形成する。ある場合には、第２のＥＤ生成物流は、硫酸Ｈ_２ＳＯ_４を含むこともできる。次いで第２のＥＤ生成物流を溶解タンクに送って、重硫酸塩を炭酸塩と反応させることにより炭酸Ｈ_２ＣＯ_３をもたらすことができる。炭酸は、水と気状ＣＯ_２とに解離するのに十分な平衡ＣＯ_２分圧を有することになる。溶解タンクは、ＣＯ_２流を部分的に又は完全に放出して、下流のプロセスで使用するために回収することができる。

【0231】

図１１は、濾過ユニット１１５０を用い、ＥＤユニット１１０７に提供された供給材料のｐＨのスイングを使用することにより、捕捉溶液を再生し、ＣＯ_２を回収するための、実施例の電気化学システム１１００を例示するブロックフロー図である。電気化学システム１１００は、ＣＯ_２捕捉システム１１０２、炭酸塩分離サブシステム１１６２、及びＥＤサブシステム１１６４を含む。

【0232】

ＣＯ_２捕捉サブシステム１１０２は、１つ又は複数の空気接触器１１０５を含んでいてもよい。空気接触器１１０５は、冷却塔スタイルの気－液接触器、噴霧塔、液－気スクラバー、ベンチュリスクラバー、充填塔、及び液体収着剤を使用して更に大きい気体流からの特定の気体成分の少なくとも一部分を除去するように設計されたその他のシステムを含んでいてもよい。空気接触器１１０５は、単一セル空気接触器、二重セル空気接触器、二重流空気接触器、又はこれらの組合せを含んでいてもよい。空気接触器１１０５は、交差流、向流、並流、又はこれらの組合せである構成で動作することができる。ＣＯ_２捕捉溶液１１４４は、水酸化物イオン、アルカリ金属水酸化物（例えば、ＫＯＨ、ＮａＯＨ）、及び不純物等、アルカリ金属炭酸塩（例えば、Ｋ_２ＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３）、水、促進剤、及びその他の化学種の１種又は複数を少量で含む水性混合物である。空気接触器１１０５で、ＣＯ_２捕捉溶液１１４４の炭酸塩及び水は、下記の反応に従い、希薄気体供給源（例えば、大気又は周囲空気）からのＣＯ_２と反応して、重炭酸イオン（ＨＣＯ_３ ^－）を形成することができる。

【0233】

反応９： ＣＯ_３ ^－＋Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２→ＨＣＯ_３ ^－

【0234】

重硫酸イオンは、ＣＯ_２捕捉溶液１１４４のアルカリ金属水酸化物により中和されて、金属炭酸塩／重炭酸塩（例えば、Ｋ_２ＣＯ_３／ＫＨＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３／ＮａＨＣＯ_３）を形成してもよい。１つの可能性ある構成では、炭酸塩は、希薄気体供給源からのＣＯ_２及びＣＯ_２捕捉溶液１１４４中の水と反応して、重炭酸イオンを形成する。１つの可能性ある構成では、ＣＯ_２捕捉溶液１１４４中の水は、空気接触器１１０５内で、希薄気体供給源からのＣＯ_２と反応して炭酸（Ｈ_２ＣＯ_３）を形成することができ、この炭酸が、ＣＯ_２捕捉溶液１１４４のアルカリ金属水酸化物と反応して、金属炭酸塩／重炭酸塩（例えば、Ｋ_２ＣＯ_３／ＫＨＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３／ＮａＨＣＯ_３）を形成する。

【0235】

炭酸塩のＣＯ_２捕捉動態は、ＣＯ_２捕捉溶液１１４４中の促進剤化学種等の添加剤の導入によって、改善されてもよい。炭酸塩によるＣＯ_２捕捉を強化するための促進剤の非限定的な例には、炭酸脱水酵素、アミン（第一級、第二級、第三級）、双性イオン性アミノ酸、及びホウ酸が含まれる。ＣＯ_２捕捉サブシステム１１０２により生成されて得られた捕捉溶液１１２０は、炭酸塩及び重炭酸塩を含み、同様に促進剤も含む。捕捉溶液１１２０の実施例の組成物は、Ｋ_２ＣＯ_３／ＫＨＣＯ_３及び促進剤を含んでいてもよい。捕捉溶液１１２０は、１１～１３の範囲のｐＨを有していてもよく、ＣＯ_２捕捉溶液１１４４からの残留水酸化物はほとんどないと考えられる。

【0236】

図１１を参照すると、炭酸塩分離サブシステム１１６２は、空気接触器１１０５から捕捉溶液１１２０を受容するためＣＯ_２捕捉サブシステム１１０２に流体で連結された濾過ユニット１１５０を含む。濾過ユニット１１５０は、ＥＤサブシステム１１６４に流体で連結される。濾過ユニット１１５０は、捕捉溶液１１２０を保持液１１５２及び透過液に分離するのに使用される任意のデバイスであってもよい。図１１の構成では、透過液は、ＣＯ_２捕捉溶液１１４４の部分として濾過ユニット１１５０から空気接触器１１０５に流れることが示され、したがって「透過液１１４４」と本明細書で呼ばれ得る。１つの可能性ある構成では、濾過ユニット１１５０はナノ濾過ユニット１１５０Ｎである。別の可能性ある構成では、濾過ユニット１１５０は限外濾過ユニット１１５０Ｕである。更に別の可能性ある構成では、濾過ユニット１１５０は、ナノ濾過及び限外濾過の組合せを含む。例えば１つのそのような構成では、濾過ユニット１１５０は、ケイ酸塩、硬水、促進剤、界面活性添加剤、又は塩分の懸念を引き起こす塩を含むがこれらに限定されない固形分を除去するように構成された、一次濾過システム（例えば、限外濾過システム）が先にある又はその下流にあるナノ濾過ユニット１１５０Ｎであってもよい。濾過ユニット１１５０のこの構成は、電気化学システム１１００での、汽水域等の非可搬性水源、例えば電気化学システム１１００の補給水の供給源等の使用を可能にし得る。この構成は、潜在的に有害な汚染物質から濾過ユニット１１５０Ｎを保護することができ、下流のプロセス及びユニットへの化学種の持越しを防止し得る。

【0237】

濾過ユニット１１５０は、炭酸及び重炭酸イオン等の大きいイオンに対して不透過性の又は選択的な、１つ又は複数の濾過膜を含んでいてもよい。濾過ユニット１１５０は、供給溶液として捕捉溶液１１２０を受容し得る。濾過ユニット１１５０の濾過膜は、炭酸塩及び重炭酸塩のイオンを含む塩種を選択し排除することができ、それによって、主に濃縮された金属炭酸塩／重炭酸塩（例えば、Ｋ_２ＣＯ_３／ＫＨＣＯ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３／ＮａＨＣＯ_３）を含む保持液１１５２を生成する。濾過ユニット１１５０の濾過膜は、促進剤化学種の場合のようなより大きい分子を排除することができ、それによって濾過ユニット１１５０の透過液１１４４（ドローアウト溶液）が生成される。透過液１１４４は、ＣＯ_２捕捉溶液１１４４中の炭酸塩でのＣＯ_２捕捉を強化するのに使用された促進剤を含む。促進剤を含む透過液１１４４は、ＣＯ_２捕捉サブシステム１１０２に戻されてＣＯ_２捕捉溶液１１４４と共に使用される。

【0238】

１つの可能性ある構成において、図１１を参照すると、濾過ユニット１１５０はＫ_２ＣＯ_３／ＫＨＣＯ_３／促進剤供給溶液を受容する。次いで濾過ユニット１１５０は、濃縮された炭酸／重炭酸カリウム（例えば、Ｋ_２ＣＯ_３／ＫＨＣＯ_３）溶液を保持液１１５２として、及び促進剤に富む溶液を透過液１１４４として生成する。別の可能性ある構成では、濾過ユニット１１５０はＮａ_２ＣＯ_３／ＮａＨＣＯ_３／促進剤供給溶液を受容する。次いで濾過ユニット１１５０は、濃縮された炭酸／重炭酸ナトリウム（例えば、Ｎａ_２ＣＯ_３／ＮａＨＣＯ_３）溶液を保持液１１５２として、及び促進剤に富む溶液を透過液１１４４として生成する。別の可能性ある構成では、濾過ユニット１１５０は、混合Ｎａ_２ＣＯ_３／ＮａＨＣＯ_３／Ｋ_２ＣＯ_３／ＫＨＣＯ_３／促進剤供給溶液を受容する。次いで濾過ユニット１１５０は、炭酸／重炭酸ナトリウム及びカリウム（例えば、Ｎａ_２ＣＯ_３／ＮａＨＣＯ_３／Ｋ_２ＣＯ_３／ＫＨＣＯ_３）溶液を保持液１１５２として、及び促進剤に富む溶液を透過液１１４４として生成する。

【0239】

濾過ユニット１１５０は、炭酸塩／重炭酸塩の飽和を実現するために蒸発による水の除去を必要とすることなく、保持液１１５２中の特定の濃度の炭酸塩／重炭酸塩を選択的に生成させ得る。濾過ユニット１１５０は、広いｐＨ耐性を有し、０から１４に及ぶｐＨで動作するのに十分な耐久性のある膜を含んでいてもよい。一部の実現例では、濾過ユニット１１５０は、１０から１４のｐＨ範囲で動作可能な膜を含むことができる。一部の実現例では、濾過ユニット１１５０は、大きいイオン（例えば、炭酸塩／重炭酸塩のイオン）の少なくとも８５％を排除して、炭酸塩／重炭酸塩に富む保持液１１５２と、炭酸塩／重炭酸塩が希薄な透過液１１４４とをもたらし得る。ある場合には、濾過ユニット１１５０は、大きいイオンの５０％から１００％の間を排除し得る。透過液１１４４及び／又は保持液１１５２は、少量の水酸化物を含んでいてもよい。濾過ユニット１１５０は、スペーサー及び支持体と一緒にクランプ留めされたいくつかの濾過膜（例えば、平膜シート）を保持するプレート及びフレームモジュールを含むことができる。一部の実現例では、濾過ユニット１１５０は、捕捉溶液１１２０を受容するように構成された供給タンクと、保持液１１５２を受容するように構成された排除収集タンクとを含むことができる。濾過ユニット１１５０は、保持液１１５２中の炭酸塩／重炭酸塩がそれほど可溶性ではないように、炭酸塩及び重炭酸塩の濃度が増大するよう動作し得る。ＥＤユニット１１０７に運ばれないよう、促進剤の少なくとも一部分を分離するのを助けることにより、濾過ユニット１１５０は、感受性ある促進剤（例えば、炭酸脱水酵素）を保護してＣＯ_２捕捉サブシステム１１０２で再使用し得るように、ＥＤユニット１１０７内を通り続ける場合よりも被る分解が少なくなるように、働き得る。ＥＤユニット１１０７に運ばれないよう促進剤の分離を助けることにより、濾過ユニット１１５０は、有機分子及びその他のイオン性種に感受性がある可能性のあるＥＤユニット１１０７の膜を保護するのを助けてもよい。

【0240】

電気化学システム１１００の代替の実施形態では、濾過ユニット１１５０が存在しない。そのような実施形態では、ＣＯ_２捕捉サブシステム１１０２で使用される促進剤の化学種は、ＥＤユニット１１０７で生じるｐＨの大きな変動又はスイングに耐えることが可能である。そのような実施形態では、電気化学システム１１００は濾過ユニット１１５０を含まず、電気化学システム１１００では、捕捉溶液１１２０中の促進剤をＥＤユニット１１０７の酸及び塩基の両方の区画を通して送り、次いで促進剤に富む流れを空気接触器１１０５へと戻させる。

【0241】

濃縮炭酸塩／重炭酸塩保持液１１５２は、ＥＤ供給溶液を形成する。ＥＤユニット１１０７は、ＥＤ供給溶液を受容するように構成される。図１１を参照すると、ＥＤユニット１１０７は、ＢＰＭＥＤ １１０８であり又は含む。ＢＰＭＥＤ １１０８は、２つの電極間に位置決めされたセルの積層体を含むことができる。ある場合には、ＢＰＭＥＤ １１０８の電極は、ベースロード電気のその他の低炭素強度電源（例えば、水力、核）に加えて又はそれとは別に、低炭素断続的電源（例えば、ソーラー、風、地熱）に連結することができる。各セルは、交互になされた膜（ＢＰＭ及びＣＥＭ）を含む構成で、配置構成することができる。膜は、交互になされた供給－放出（プロトン発生）区画と、アルカリ発生（水酸化物発生）区画とを画定する。電極は、電位を印加して塩分解及び酸塩基回収を可能にするように動作可能である。ＢＰＭＥＤ １１０８は、ＢＰＭ及びＣＥＭにより画定された多数の供給－放出区画とアルカリ区画とを含むことができる。

【0242】

ＢＰＭＥＤ １１０８は、保持液１１５２及び水流を、供給－放出区画の１つ又は複数に受容するように構成される。ＢＰＭＥＤ １１０８のＢＰＭは、水をヒドロキシルイオンとプロトンとに分解する水分解反応を可能にする。ＢＰＭＥＤ １１０８は、塩をそのカチオンとアニオンとに分解する塩分解反応を可能にする。ＣＥＭは、カチオンをアルカリ発生区画内に移送するように動作可能である。

【0243】

捕捉溶液を再生するため、ＢＰＭは、水の解離を介して、ヒドロキシルイオンＯＨ^－をアルカリ発生区画に、及びプロトンＨ^＋を供給－放出区画に提供する。発生したプロトンは、ＣＥＭを横断してアルカリ発生区画まで選択的に輸送される、アルカリ金属イオン（例えば、Ｋ^＋、Ｎａ^＋等）等のカチオンＭ^＋と置き換わる。例えば、ＢＰＭＥＤ １１０８の第１の生成物流として水酸化カリウム（ＫＯＨ）を提供するため、ＢＰＭは、ヒドロキシルイオンＯＨ^－を提供し、ＣＥＭはカリウムイオンＫ^＋をアルカリ発生区画へと通過させる。したがってアルカリ金属イオン及びヒドロキシルイオンは、アルカリ水酸化物を含む第１のＥＤ生成物流１１３２を形成する。水酸化物を有する第１のＥＤ生成物流１１３２は、ＣＯ_２捕捉サブシステム１１０２に戻されて、再生ＣＯ_２捕捉溶液のループの部分としてＣＯ_２捕捉溶液１１４４と共に使用される。

【0244】

第２のＥＤ生成物流１１３８を発生させるため、ＢＰＭＥＤ １１０８の供給－放出区画は、炭酸塩ＣＯ_３ ^２－及び重炭酸塩ＨＣＯ_３ ^－等の溶解無機炭素種を含むＥＤ供給溶液を受容する。ＢＰＭはプロトンを供給－放出区画に提供し、ＥＤ供給溶液中の化学種はプロトン化されて第２のＥＤ生成物流１１３８を形成する。第２のＥＤ生成物流１１３８は、炭酸Ｈ_２ＣＯ_３を含む。

【0245】

例えばカリウムをベースにした系では、ＢＰＭＥＤ １１０８のＣＥＭは、カリウムイオンＫ^＋を選択し、それらをアルカリ発生区画に輸送して、Ｋ^＋をＯＨ^－と合わせて第１のＥＤ生成物流１１３２中にＫＯＨを形成する。したがって第１のＥＤ生成物流１１３２は、支配的な化学種として水酸化物を有する水性混合物を含んでいてもよい。例えば第１のＥＤ生成物流１１３２は、水酸化カリウムＫＯＨの水性溶液を含むことができる。第１のＥＤ生成物流１１３２は、ＣＯ_２捕捉溶液１１４４と共に又はその部分として使用されるように、ＢＰＭＥＤ １１０８からＣＯ_２捕捉サブシステム１１０２に戻すことができる。同じ実施例では、供給－放出区画において、ＥＤ供給溶液の化学種をプロトン化し、カチオンと合わせて第２のＥＤ生成物流１１３８を形成することができる。例えば、ＥＤ供給溶液の炭酸ＣＯ_３ ^２－及び重炭酸ＨＣＯ_３ ^－イオンをプロトン化して、第２のＥＤ生成物流１１３８中に主に炭酸Ｈ_２ＣＯ_３を形成することができる。

【0246】

図１１を参照すると、第２のＥＤ生成物流１１３８は、ＥＤユニット１１０７から、ＥＤユニット１１０７の下流にある脱気スクラバー１１０６に流れることができる。脱気スクラバー１１０６は、ＢＰＭＥＤ １１０８に流体で連結される。第２のＥＤ生成物流１１３８の炭酸Ｈ_２ＣＯ_３は、脱気スクラバー１１０６内で水と気状ＣＯ_２とに解離させるのに十分な平衡ＣＯ_２分圧（例えば、約１ｂａｒ）を有することになる。脱気スクラバー１１０６は、気状ＣＯ_２流１１３６を部分的に又は完全に放出することができる。気状ＣＯ_２流１１３６は、本明細書に記述される１つ又は複数の下流の処理ユニット（例えば、圧縮ユニット、精製ユニット、電解還元サブシステム、炭素生成物製造システム、合成ガス発生反応器）に送ることができる。

【0247】

脱気スクラバー１１０６は、ＢＰＭＥＤ １１０８に直接流れることができる水を主に含む残留生成物流１１１２を提供する。残留生成物流１１１２中の炭酸ＣＯ_３ ^２－及び重炭酸ＨＣＯ_３ ^－イオンがＢＰＭＥＤ １１０８のアルカリ区画に流れないようにすることが望まれる構成では、電気化学システム１１００は、逆浸透（ＲＯ）ユニット１１２８を含んでいてもよく、その例は図１１に示される。そのような実施形態では、残留生成物流１１１２は、ＲＯユニット１１２８を介して間接的に、ＢＰＭＥＤ １１０８に供給される。ＲＯユニット１１２８は、炭酸塩ＣＯ_３ ^２－及び重炭酸塩ＨＣＯ_３ ^－イオンを残留生成物流１１１２から除去する主要な機能を有する。ＲＯユニット１１２８の膜は、炭酸及び重炭酸イオンを選択し排除することができ、それによって、炭酸塩－重炭酸塩混合物を含むＲＯ保持液１１６８と、主に水を含むＲＯ透過液１１６６とが生成される。ＲＯ保持液１１６８は、残留生成物流１１１２よりも高い濃度の炭酸塩及び重炭酸塩を含んでいてもよい。ＲＯ保持液１１６８は脱気スクラバー１１０６に戻されて、炭酸ＣＯ_３ ^２－及び重炭酸ＨＣＯ_３ ^－イオンを残留生成物流１１１２の水から除去する。水を含むＲＯ透過液１１６６は、ＢＰＭＥＤ １１０８に流れてＢＰＭＥＤ １１０８中に水酸化物を生成する。

【0248】

図１１の電気化学システム１１００は、ｐＨスイングを使用して捕捉溶液からのＣＯ_２の電気化学的回収を可能にする。ＥＤユニット１１０７での水分解から発生したプロトンは、濾過ユニット１１５０からＥＤユニット１１０７に供給される保持液１１５２のｐＨを低下させ、それによって、第２のＥＤ生成物流１１３８中の炭酸の濃度を増大させることにより更に酸性の高い産出物を発生させる。ＥＤユニット１１０７は、支配的な化学種としての水酸化物によるその水性混合物に起因して、より高いｐＨを有する第１のＥＤ生成物流１１３２も生成する。例えば、ＥＤユニット１１０７への保持液１１５２供給溶液は、１１～１３の間のｐＨを有していてもよい。ｐＨは、ＥＤユニット１１０７でのプロトン化によって低下して、５～８の間のｐＨを有する第２のＥＤ生成物流１１３８を生成する。更にｐＨは、ＥＤユニット１１０７での水分解から発生したヒドロキシルアニオンによって上昇して、約１４のｐＨを有する第１のＥＤ生成物流１１３２を生成する。

【0249】

図１１の電気化学システム１１００では、ＥＤユニット１１０７に供給される保持液１１５２は、残留水酸化物を含有することができ、これはＥＤユニット１１０７で発生したプロトンによって中和されて水を形成し得る。したがって、保持液１１５２供給溶液を介してＥＤユニット１１０７内に導入された任意の残留水酸化物は、電気化学システム１１００の固定荷重として働くことになる。そのような構成では、電気化学システム１１００は、２工程（捕捉＋再生プロセス）システムであり、再生工程は、残留水酸化物がほとんどない低ｐＨ溶液で動作する。ＢＰＭＥＤ １１０８を含むとして図１１に関して記述されたが、一部の実現例では、電気化学システム１１００のＥＤユニット１１０７は、本明細書に開示される気体拡散電極（ＧＤＥ）の代わりをしてもよく、この電極を含んでもよく、又はこの電極を使用してもよい。

【0250】

図１２は、ＥＤユニット１２０７を用いることにより捕捉溶液を再生し、ＣＯ_２を収集するための、実施例の電気化学システム１２００を示すブロックフロー図である。図１２の電気化学システム１２００は、図１１の電気化学システム１１００に類似した構成要素、特徴、プロセス、及び／又は機能性を有する。したがって図１１の電気化学システム１１００の構成要素、特徴、プロセス、利点及び／又は機能性の上記記述は、図１２の電気化学システム１２００に、必要な変更を加えて適用される。図１１の特徴に適用される参照符号は、図１２の電気化学システム１２００の特徴に、必要な変更を加えて適用される。

【0251】

図１２を参照すると、ＣＯ_２捕捉溶液１２４４は、アミノ酸又はアミン等の捕捉溶媒を含む水性混合物である。空気接触器１２０５では、ＣＯ_２捕捉溶液１２４４の水及び捕捉溶媒は、希薄気体供給源からのＣＯ_２と反応して、重炭酸イオン（ＨＣＯ_３ ^－）を形成する。例えばアミン（ＡＭＰ）捕捉溶媒はＣＯ_２及び水と反応して、下記の反応による重炭酸塩を形成することができる：

【0252】

【化1】

【0253】

ある場合には、反応は完了に向かわなくてもよく、ＣＯ_２捕捉サブシステム１２０２により生成されて得られた重炭酸塩に富む捕捉溶液１２２０は、未反応の捕捉溶媒を含むことができる。重炭酸塩に富む捕捉溶液１２２０の実施例の組成は、主にＨＣＯ_３ ^－／捕捉溶媒であってもよい。濾過ユニット１２５０は、重炭酸塩に富む捕捉溶液１２２０を供給溶液として受容してもよい。濾過ユニット１２５０の濾過膜は、重炭酸イオンを含む塩の化学種を選択し排除することができ、それによって主に濃縮された重炭酸塩を含む保持液１２５２が生成される。濾過ユニット１２５０の濾過膜は、ＣＯ_２捕捉溶液１１４４で使用される捕捉溶媒を含むことができる透過液を生成する。捕捉溶媒を含む透過液は、元のＣＯ_２捕捉サブシステム１２０２に供給されて、ＣＯ_２捕捉溶液１２４４と共に使用される。水は、いくつかの場所で電気化学システム１２００に添加されてもよく、例えばＣＯ_２捕捉溶液１２４４又は空気接触器１２０５での損失を補う空気接触器１２０５の集水器に添加されてもよい。

【0254】

図１２を参照すると、重炭酸塩に富む保持液１２５２が供給溶液としてＥＤユニット１２０７に提供され、そこではプロトンを発生させる水分解反応により、重炭酸塩に富む供給溶液のプロトン化を可能にして、主に炭酸を含むＥＤ生成物流１２３８を形成する。ＥＤユニット１２０７での水分解により発生したヒドロキシルイオン及びプロトンは、水ＥＤ生成物流１２３２として提供されてもよく、これはＣＯ_２捕捉サブシステム１２０２に戻されて、再生ＣＯ_２捕捉溶液のループの部分としてＣＯ_２捕捉溶液１２４４と共に使用されることになる。ＥＤ生成物流１２３８は、ＥＤユニット１２０７から、ＥＤユニット１２０７の下流である脱気スクラバー１２０６に流れることができる。脱気スクラバー１２０６は、ＥＤユニット１２０７に流体で連結される。ＥＤ生成物流１２３８の炭酸Ｈ_２ＣＯ_３は、十分な平衡ＣＯ_２分圧（例えば、約１ｂａｒ）を有して、脱気スクラバー１２０６で水と気状ＣＯ_２との解離を引き起こすことになる。気状ＣＯ_２ １２３６は、脱気スクラバー１２０６から放出される。電気化学システム１２００には、逆浸透（ＲＯ）ユニット１２２８が設けられてもよく、その例が図１２に示される。ＲＯユニット１２２８は、炭酸ＣＯ_３ ^２－及び重炭酸ＨＣＯ_３ ^－イオンを脱気スクラバー１２０６の残留生成物流１２１２から除去する主要な機能を有する。ＲＯユニット１２２８の膜は、炭酸及び重炭酸イオンを選択し排除することができ、それによって、炭酸－重炭酸混合物を含むＲＯ保持液１２６８と主に水を含むＲＯ透過液１２６６とが生成される。ＲＯ保持液１２６８は、残留生成物流１２１２におけるよりも高い濃度の炭酸塩及び重炭酸塩を含んでいてもよい。ＲＯ保持液１２６８は、脱気スクラバー１２０６に戻されて、炭酸ＣＯ_３ ^２－及び重炭酸ＨＣＯ_３ ^－イオンを残留生成物流１２１２の水から除去する。ＲＯ透過液１２６６の水はＥＤユニット１０７に流れてヒドロキシルイオン及びプロトンを生成する。

【0255】

したがって図１２の電気化学システム１２００では、アミノ酸及びアミンを捕捉溶液として使用することにより、後で重炭酸塩を発生させるための初期炭酸塩形成の必要がなくなる。捕捉溶液は、ＣＯ_２及び水と反応させて、重炭酸イオンを直接形成することができ、次いでこれを上述のように電気化学システム１２００により処理してもよい。

【0256】

図１３は、ＧＤＥ １３０４を含む実施例ＥＤユニット１３００の概略図である。この構成は、高電流密度及び高水酸化物濃度等、図１０のＧＤＥ １００４を含むＥＤユニット１０００に類似した利点のいくつかを可能にする。膜積層体は、アノード１３０２とＧＤＥ １１３０４との間に位置決めされたＣＥＭ １３０６を含む。ＧＤＥ １３０４は、触媒層１３１２を支持する気体拡散層１３１０を含む。気体拡散層１３１０は多孔質であり、気体を触媒層１３１２に向かって移動させる。一部の実現例では、触媒層１３１２は、硫化ロジウム又は様々な金属／金属合金及びそれらの酸化物であって白金、パラジウム、イリジウム、銀、ロジウム、又は非貴金属／金属酸化物触媒（例えば、ニッケル、鉄、コバルト）を含むものを含むことができる。ある場合には、ＧＤＥ １３０４を有するＥＤユニット１３００は、０から１４の間に及ぶｐＨで動作することができる。ＧＤＥ １３０４及びＣＥＭ １３０６は、捕捉溶液が再生されるアルカリ再生（水酸化物発生）区画を画定する。ＣＥＭ １３０６及びアノード１３０２は、酸素及びプロトンシャトル種を含む生成物が形成される供給－放出（プロトン発生）区画を画定する。ＥＤユニット１３００は、ＤＩＣ種の間接的プロトン化に用いることができる。ＥＤユニット１３００は、電気化学システム２００、４００、７００、及び８００のいずれか等、電気化学システムの再生サブシステムの要素として含めることができる。

【0257】

硫酸塩、重硫酸塩、又はこれらの組合せ等のプロトンシャトル種を介した間接的プロトン化は、ＣＯ_２捕捉溶液を再生するのに使用することができる。ある場合には、プロトンシャトル種は、Ｃｌ^－、Ｉ^－、Ｂｒ^－、ＨＰＯ_４ ^－２、及びＨ_２ＰＯ_４ ^－１、酢酸塩、クエン酸塩、又はこれらの組合せを含むことができる。ＥＤユニット１３００は、間接的プロトン化構成のブラインループの部分を構成する。ＥＤユニット１３００は、水と、硫酸塩－重硫酸塩混合物を含むＥＤ供給溶液１３２６とを供給－放出区画内に受容する。電位がＥＤユニット１３００に印加される。酸素発生反応はアノード１３０２で生じる。酸素発生反応は、例えば水の電気化学分解によって分子状酸素が発生する反応である。一部の実現例では、アノード１３０２上の触媒層は、白金族金属及びそれらの酸化物、例えばイリジウム／酸化イリジウム又はルテニウム／酸化ルテニウムを含むことができる。一部の実現例では、これらの触媒は、チタン／酸化チタン電極に組み込まれて寸法安定アノード（ＤＳＡ）又は混合金属酸化物（ＭＭＯ）電極を形成してもよい。発生したプロトンは、アルカリ再生区画にＣＥＭ １３０６を横断して選択的に輸送される、アルカリ金属イオン（例えば、Ｋ^＋、Ｎａ^＋等）等のカチオンＭ^＋を置き換える。

【0258】

アルカリ水酸化物ＭＯＨを含む捕捉溶液を再生するため、ＥＤユニット１３００は水及び酸素供給材料１３２４をアルカリ再生区画内に受容する。一部の実現例では、空気又は酸素含有供給流を、酸素供給材料１３２４の代わりに又はそれと組み合わせて使用することができる。ＧＤＥ １３０４で、酸素還元反応が生じてヒドロキシルイオンＯＨ^－が発生する。アルカリ再生区画では、アルカリ金属イオンＭ^＋及びヒドロキシルイオンＯＨ^－が、アルカリ水酸化物ＭＯＨと共に再生捕捉溶液を含む第１のＥＤ生成物流１３３２を形成する。例えばカリウムイオンＫ^＋は、ＣＥＭ １３０６を横断して輸送して、水酸化カリウムＫＯＨを有する再生捕捉溶液を形成することができる。第１のＥＤ生成物流１３３２は、ＥＤユニット１３００からＣＯ_２捕捉サブシステムの空気接触器に、再生ＣＯ_２捕捉溶液として流れることができる。

【0259】

供給－放出区画では、アルカリ金属イオンと置き換わるプロトンは、硫酸塩－重硫酸塩混合物を酸性化して、発生した酸素及び重硫酸塩ＭＨＳＯ_４を含む第２のＥＤ生成物流１３３４を形成する。ある場合には、第２のＥＤ生成物流１３３４は、硫酸Ｈ_２ＳＯ_４を含むこともできる。次いで第２のＥＤ生成物流１３３４は、フラッシュタンク１３５又は脱気スパージに送り、そこで酸素流１３４２を脱気し除去することができる。一部の実現例では、酸素流１３４２は、ＧＤＥ １３０４にリサイクルし、酸素供給材料１３２４の代わりに又はそれと組み合わせて使用することができる。酸素がフラッシュタンク１３５０から脱気された後、重硫酸塩に富む溶液を含むブライン流１３３８は溶解タンク１３５２に流れる。溶解タンク１３５２は、炭酸塩－水和物塩を、例えば上流の炭酸塩分離サブシステムから受容する。

【0260】

溶解タンク１３５２では、重硫酸塩に富む溶液は、反応５に従い、炭酸塩と反応して硫酸塩に富む（重硫酸塩が希薄な）溶液及び炭酸をもたらすことができる。例えば重硫酸カリウムＫＨＳＯ_４は、炭酸カリウムＫ_２ＣＯ_３と反応して、硫酸カリウムＫ_２ＳＯ_４及び炭酸Ｈ_２ＣＯ_３をもたらすことができる。その結果、ｐＨは低減することになる。炭酸は、十分な平衡ＣＯ_２分圧（例えば、１ｂａｒ）を有して、水と気状ＣＯ_２流１３３６への解離を引き起こすことになる。溶解タンク１３５２は、気状ＣＯ_２流１３３６を部分的に又は完全に放出することができる。気状ＣＯ_２流１３３６は、後続の実現例で記述される１つ又は複数の下流の処理ユニットに送ることができる（例えば、圧縮ユニット、精製ユニット、電解還元サブシステム、炭素生成物製造システム、合成ガス発生反応器）。溶解タンク１３５２での反応は、ＥＤ供給溶液１３２６も形成する。ＥＤ供給溶液１３２６は、硫酸塩に富む（重硫酸塩が希薄な）溶液を含むことができる。例えばＥＤ供給溶液１３２６は、重硫酸カリウム及び水等のその他の成分の混合物と共に硫酸カリウムを含むことができる。

【0261】

図１から図４、図６から図８、図１１、図１２における電気化学システム１００、２００、３００、４００、６００、７００、８００、１１００、１２００、図９のＢＰＭＥＤ ９００、図１０のＥＤユニット１０００、図１３のＥＤユニット１３００、及び図５の方法５００のいずれか１つは、流れ（例えば、炭酸塩に富む捕捉溶液、結晶質炭酸塩水和物、ＥＤ供給溶液、生成物流等）を、少なくとも１つの補助ユニット又は補助装置、例えば１つ又は複数の緩衝タンク、濾過システム、水処理システム、保持タンク、混合タンク、沈降器、浄化器、コンベヤ、又は前述の電気化学システム及び方法の性能を容易にするその他のユニットに流すことを含むことができる。

【0262】

図１～４、６～８、１１、１２の電気化学システム１００、２００、３００、４００、６００、７００、８００、１１００、１２００、図９のＢＰＭＥＤ ９００、図１０のＥＤユニット１０００、図１３のＥＤユニット１３００、及び図５の方法５００では、単塩（１価の塩）等の添加剤を、１つ又は複数のプロセス流に含めることができる。塩化ナトリウム等の単塩は、ＣＯ_２捕捉サブシステムに関して伝導率を増大させ、凝固点を低下させることによって、性能を高めることができる。

【0263】

図１から図４まで並びに図７及び図８の一次苛性蒸発器１１２、２１２、３１２、４１２、補助苛性蒸発器１１４、２１４、３１４、４１４、７１４、８１４及び晶析器１０４、２０４、３０４、４０４、７０４は、それぞれ１つ又は複数の水流を放出する。ある場合には、水流は、ＢＰＭＥＤユニット１０８、２０８、３０８、４０８、７０８、８０８、９００、ＣＯ_２電解還元ユニット６１０、ＥＤユニット１０００、１１０７、１２０７、１３００、又は溶解タンク１０６、２０６、３０６、４０６、６０８、７０６、１３５２等の流入する流れとして水を必要とするその他のユニットで部分的に又は完全にリサイクルすることができる。例えば電気化学システム１００では、一次苛性蒸発器１１２は、ＢＰＭＥＤ １０８に流れる水流１３４と置き換えることができる又は合わせることができる水流１１９を放出する。例えば補助苛性蒸発器１１４は、凝縮水として水流１４０を放出し、水流１４０は、ＢＰＭＥＤ １０８に供給される水流１３４と置き換わる又は合わせることができる。ある場合には、放出された水流は、下流のユニットに流れる前に、処理（例えば、濾過システム又は水処理システムで）を必要とする可能性がある。一次苛性蒸発器１１２、２１２、３１２、４１２、補助苛性蒸発器１１４、２１４、３１４、４１４、７１４、８１４はそれぞれ、ｔ－ＣＯ_２当たり最大２０ｍ^３の水を除去することができる。プロセスからの追加の水除去が有利な場合、水は、空気接触器、晶析器、ナノ濾過ユニット、逆浸透ユニット、補助ユニット、又はこれらの組合せから除去して、プロセスの水収支を維持することができる。例えばプロセスからの水除去は、季節による又は日中の天候条件に対して調節するのに有利とすることができ、ＥＤユニットを動作させるのに淡水が必要であり、又はこれらの組合せとすることができる。除去される水は、どこかで再使用することができ、将来の使用に向けて保存することができ、又は現場以外に運び出すことができる。

【0264】

図１から図４まで、図６から図８まで、図１１、図１２の電気化学システム１００、２００、３００、４００、６００、７００、８００、１１００、１２００、図９のＢＰＭＥＤユニット９００、図１０のＥＤユニット１０００、図１３のユニット１３００、及び図５の方法５００のそれぞれで、水流を流す又は受容する１つ又は複数の要素が、ある特定の量の懸濁固形分、溶解固形分、若しくは不純物（又はこれらの組合せ）を流す又は受容することができる。例えばＢＰＭＥＤユニット１０８、２０８、３０８、４０８、７０８、８０８、９００、ＣＯ_２電解還元ユニット６１０、及びＥＤユニット１０００、１１０７、１２０７、１３００は、様々な量の懸濁固形分、溶解固形分、不純物、又はこれらの組合せをそれぞれ含む、それぞれの水流を受容することができる。ある場合には、ＢＰＭＥＤユニット１０８、２０８、３０８、４０８、７０８、８０８、９００、ＣＯ_２電解還元ユニット６１０、及びＥＤユニット１０００、１１０７、１２０７、１３００は、処理された水流を受容することができる。例えば処理水は、脱ミネラル化され、蒸留され、濾過され、精製され、又は処理された水を含むことができる。

【0265】

図１から図４まで、図６から図８まで、図１１、図１２、の電気化学システム１００、２００、３００、４００、６００、７００、８００、１１００、１２００のそれぞれで、水はＢＰＭＥＤに供給されて、第１のＥＤ生成物流及び第２のＥＤ生成物流を生成する。水は、１つ又は複数の流れから蒸発して、水収支を維持することができる。例えば水は、下記の流れの１つ又は複数から蒸発することができる：炭酸塩に富む捕捉溶液１２０、２２０、３２０、４２０、７２０、８２０、保持液３５２、４５２、８５２、又は透過液３５４、４５４、８５４。水は、ＭＶＲ蒸発器、多重効果蒸発器、又は膜濾過ユニット（例えば、限外濾過、ナノ濾過、逆浸透、及び同様のもの）を使用して蒸発することができる。水は、空気捕捉ユニットを通して蒸発することもでき、この蒸発は、少なくとも部分的に周囲環境条件に依存している。

【0266】

図１から図４まで、図６から図８まで、図１１、図１２の電気化学システム１００、２００、３００、４００、６００、７００、８００、１１００、１２００、図９のＢＰＭＥＤ ９００、図１０のＥＤユニット１０００、図１３のＥＤユニット１３００、及び図５の方法５００のそれぞれで、ＣＯ_２捕捉溶液における広範な水酸化物濃度は、希薄気体供給源からいくらかの量のＣＯ_２を吸収することができるが、最も有効な組成物は、捕捉効率を改善するために及びある特定の動作環境に順応するために調整することができる。例えばＣＯ_２捕捉溶液１４４、２４４、３４４、４４４、６１８、７４４、８４４、９３０、１０４４、１１４４、１２４４、１３３２は、１Ｍから８Ｍに及ぶ水酸化カリウムＫＯＨ濃度及び０．１Ｍから１．８Ｍに及ぶ炭酸カリウムＫ_２ＣＯ_３濃度を含むことができる。例えばＣＯ_２捕捉溶液１４４、２４４、３４４、４４４、６１８、７４４、８４４、９３０、１０４４、１１４４、１２４４、１３３２は、１Ｍから３Ｍに及ぶ水酸化ナトリウムＮａＯＨ濃度と０．１Ｍから１Ｍに及ぶ炭酸ナトリウムＮａ_２ＣＯ_３濃度とを含むことができる。

【0267】

例えばＣＯ_２捕捉溶液１４４、２４４、３４４、４４４、６１８、７４４、８４４、９３０、１０４４、１１４４、１２４４、１３３２は、２．５Ｍから５Ｍに及ぶＫＯＨ濃度、２．５Ｍから１Ｍに及ぶＮａＯＨ濃度、０．１Ｍから０．７Ｍに及ぶ炭酸カリウムＫ_２ＣＯ_３濃度、及び０．０５Ｍから０．２Ｍに及ぶ炭酸ナトリウムＮａ_２ＣＯ_３濃度を含む混合物を含むことができる。

【0268】

本明細書に記述される電気化学システム及び方法は、モジュール式に縮小拡大可能であり、したがって図１から図１３までに例示される実現例とは異なる数の要素及びサブシステムを含むことができる。例えば電気化学システムは、炭酸塩分離サブシステムに流体で連結された多数の空気接触器又はＥＤユニット（又は両方の組合せ）を含むことができる。例えば電気化学システムは、空気接触器又はＥＤユニットのそれぞれに関して、炭酸塩分離サブシステムに１つ又は複数の苛性蒸発器を含むことができる。多数の空気接触器、多数の炭酸塩分離サブシステム、及び多数の再生サブシステム、及びそのそれぞれの要素の組合せは、システム及び要素に流体で連結された１つ又は複数のトレーンを含む分布システムを必要とする可能性がある。

【0269】

図１４は、捕捉溶液を再生し、ＣＯ_２を回収するための電気化学システムの制御システム（又は制御器）１４００の概略図である。システム１４００は、例えば制御システム９９９又は本明細書に記述されるその他の制御器として又はその部分として、前述のコンピューターで支援される方法のいずれかに関連して記述される動作に使用することができる。

【0270】

システム１４００は、様々な形のデジタルコンピューター、例えばラップトップ、デスクトップ、ワークステーション、携帯情報端末、サーバー、ブレードサーバー、メインフレーム、及びその他の適切なコンピューターを含むことが意図される。システム１４００は、モバイルデバイス、例えば携帯情報端末、携帯電話、スマートフォン、及びその他類似のコンピューターデバイスを含むこともできる。更にシステムは、可搬性記憶媒体、例えばユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）フラッシュドライブを含むことができる。例えばＵＳＢフラッシュドライブは、オペレーティングシステム及びその他のアプリケーションを記憶してもよい。ＵＳＢフラッシュドライブは、入力／出力構成要素、例えばワイヤレストランスミッター又はＵＳＢコネクターであって別のコンピューターデバイスのＵＳＢポートに挿入し得るものを含むことができる。

【0271】

システム１４００は、プロセッサー１４１０、メモリー１４２０、記憶デバイス１４３０、及び入力／出力デバイス１４４０を含む。構成要素１４１０、１４２０、１４３０、及び１４４０のそれぞれは、システムバス１４５０を使用して相互接続される。プロセッサー１４１０は、システム１４００内で実行するための命令を処理することが可能である。プロセッサーは、いくつかのアーキテクチャーのいずれかを使用して設計されてもよい。例えばプロセッサー１４１０は、ＣＩＳＣ（複合命令セットコンピューター）プロセッサー、ＲＩＳＣ（縮小命令セットコンピューター）プロセッサー、又はＭＩＳＣ（最小命令セットコンピューター）プロセッサーであってもよい。

【0272】

１つの実現例では、プロセッサー１４１０は、シングルスレッドプロセッサーである。一部の実現例では、プロセッサー１４１０は、マルチスレッドプロセッサーである。プロセッサー１４１０は、入力／出力デバイス１４４０上にユーザーインターフェースに関するグラフィック情報を表示するため、メモリー１４２０又は記憶デバイス１４３０に記憶された命令を処理することが可能である。

【0273】

メモリー１４２０は、システム１４００内に情報を記憶する。１つの実現例では、メモリー１４２０は、コンピューター可読媒体である。１つの実現例では、メモリー１４２０は、揮発メモリーユニットである。一部の実現例では、メモリー１４２０は、不揮発性メモリーユニットである。

【0274】

記憶デバイス１４３０は、システム１４００にマスストレージを提供することが可能である。１つの実現例では、記憶デバイス１４３０は、コンピューター可読媒体である。様々な種々の実現例で、記憶デバイス１４３０は、フロッピーディスクデバイス、ハードディスクデバイス、光ディスクデバイス、又はテープデバイスであってもよい。

【0275】

入力／出力デバイス１４４０は、システム１４００に入力／出力オペレーションを提供する。１つの実現例では、入力／出力デバイス１４４０は、キーボード及び／又はポインティングデバイスを含む。一部の実現例では、入力／出力デバイス１４４０は、グラフィカルユーザーインターフェースを表示するためのディスプレーユニットを含む。

【0276】

記述されるある特定の特徴は、デジタル電子回路で、又はコンピューターハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアで、又はこれらの組合せで実現することができる。装置は、情報キャリアで、例えばプログラマブルプロセッサーにより実行するための機械可読記憶デバイスで実体的に具体化されたコンピュータープログラムプロダクトにおいて実現することができ；及び方法工程は、入力データ上での操作し、出力を発生させることによって記述される実現例の機能を行う命令のプログラムを実行するプログラマブルプロセッサーにより、行うことができる。記述される特徴は、データ記憶システム、少なくとも１つの入力デバイス、及び少なくとも１つの出力デバイスからデータ及び命令を受信するように、それらのシステム及びデバイスにデータ及び命令を送信するように連結された、少なくとも１つのプログラマブルプロセッサーを含むプログラマブルシステムで実行可能な１つ又は複数のコンピュータープログラムで有利に実現することができる。コンピュータープログラムは、ある特定のアクティビティを行うため又はある特定の結果をもたらすため、コンピューターで直接又は間接的に使用することができるひと組の命令である。コンピュータープログラムは、コンパイラ型又はインタプリタ型言語を含むプログラミング言語の任意の形で書くことができ、独立型プログラムとして又はモジュール、コンポーネント、サブルーチン、若しくはコンピューティング環境で使用するのに適したその他のユニットを含む任意の形で展開することができる。

【0277】

命令のプログラムを実行するための適切なプロセッサーは、例として、汎用及び専用目的のマイクロプロセッサー、並びに単独プロセッサー又は任意の種類のコンピューターのマルチプロセッサーの１つの、両方を含む。一般にプロセッサーは、命令及びデータをリードオンリーメモリー又はランダムアクセスメモリー又はその両方から受信することになる。コンピューターの必須の要素は、命令を実行するためのプロセッサーと、命令及びデータを記憶するための１つ又は複数のメモリーである。一般にコンピューターは、データファイルを記憶するための１つ又は複数のマスストレージデバイスも含むことになり又はこれらと通信するように動作可能に連結されることになり；そのようなデバイスは、磁気ディスク、例えば内部ハードディスク及び取外し可能なディスク；光磁気ディスク；及び光ディスクを含む。コンピュータープログラム命令及びデータを実体的に具体化するのに適した記憶デバイスは、例として半導体メモリーデバイス、例えばＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びフラッシュメモリーデバイス；磁気ディスク、例えば内部ハードディスク及び取外し可能なディスク；光磁気ディスク；及びＣＤ－ＲＯＭ及びＤＶＤ－ＲＯＭディスクを含む、全ての形の不揮発性メモリーを含む。プロセッサー及びメモリーは、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって補うことができ又はこれに組み込むことができる。

【0278】

ユーザーとの相互作用を提供するため、特徴は、ユーザーに情報を表示するためのＣＲＴ（陰極線管）又はＬＤＣ（液晶ディスプレー）モニター等のディスプレーデバイスと、キーボード及びポインティングデバイスであってそれによってユーザーが入力をコンピューターに提供できるマウス又はトラックボール等とを有するコンピューターで、実現することができる。更に、そのような動作はタッチスクリーンフラットパネルディスプレー及びその他の適切なメカニズムを介して実現することができる。

【0279】

特徴は、データサーバー等のバックエンドコンポーネントを含む、又はアプリケーションサーバー若しくはインターネットサーバー等のミドルウェアコンポーネントを含む、又はグラフィカルユーザーインターフェース若しくはインターネーットブラウザーを有するクライアントコンピューター等のフロントエンドコンポーネント、又はこれらの任意の組合せを含む制御システムで実現することができる。システムのコンポーネントは、通信ネットワーク等のデジタルデータ通信の任意の形又は媒体により接続することができる。通信ネットワークの例には、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）、ワイドエリアネットワーク（「ＷＡＮ」）、ピアツーピアネットワーク（アドホック又は静的メンバーを有する）、グリッドコンピューティングインフラストラクチャー、及びインターネットが含まれる。

【0280】

本記述で使用される、「連結する（ｃｏｕｐｌｅ）」という用語及びその変形例、例えば「連結された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「連結する（ｃｏｕｐｌｅｓ）」、及び「連結している（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）」は、他に指示しない限り、間接的及び直接的な接続を含むものとする。例えば、第１のデバイスが第２のデバイスに連結される場合、その連結は、直接接続を通してでもよく又はその他のデバイス及び接続を介した間接的接続を通してでもよい。同様に、第１のデバイスが第２のデバイスに流体で連結される場合、流れは、直接接続を通して、又はその他のデバイス及び接続を介した間接的接続を通してでもよい。特に流体で連結は、２つの流体で連結されたデバイスの間に流体を流すための直接又は間接的経路が設けられることを意味する。

【0281】

本記述で使用される、前述のシステム及び方法のプロセス流又は要素の１つ又は複数に関する動作又は結果を記述するのに使用される用語（例えば、「流れる（ｆｌｏｗ）」、「形成する」、「戻る」、「受容する」、「生成する」、「放出する」、「用いる」、「適用する（ａｐｐｌｙ）」、「提供する（ｐｒｏｖｉｄｅ）」、「溶解する」、及びそれらのそれぞれの動名詞）は、部分的な及び完全な動作又は結果を含むものとする。例えばサブシステムに溶液を流すことは、溶液の少なくとも一部分又は全体をサブシステムに流すことを含むことができる。例えば、溶液を受容するサブシステムは、溶液の一部分又は溶液の全体を受容するサブシステムを含むことができる。

【0282】

本開示のいくつかの実施形態について記述してきた。それにも関わらず、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく様々な修正を行ってもよいことが理解されよう。したがってその他の実施形態は、以下の特許請求の範囲内にある。様々な態様の更なる修正及び代替の実施形態は、本記述に鑑み当業者に明らかにされよう。したがって本記述は、単なる例示として解釈されることになる。本明細書に示され記述される形態は、実施形態の例と解釈されることが理解されよう。要素及び材料は、本記述の利益を有する後、全て当業者に明らかされるように、本明細書でそれらの例示され記述されたものと置き換えられてもよく、部品及びプロセスは逆にされてもよく、ある特定の特徴は独立して利用されてもよい。以下の請求項の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記述される要素に変更が行われてもよい。

【符号の説明】

【0283】

１００ 電気化学システム
１０２ ＣＯ_２捕捉サブシステム
１０４ 晶析器
１０５ 空気接触器
１０６ 溶解タンク
１０８ ＢＰＭＥＤ
１１０ フラッシュタンク
１１２ 一次苛性蒸発器
１１４ 補助苛性蒸発器
１１８ 濃縮された炭酸塩に富む捕捉溶液
１１９ 水流
１２０ 炭酸塩に富む捕捉溶液
１２２ 結晶質炭酸塩水和物
１２４ 水流
１２６ ＥＤ供給溶液
１２８ 水流
１３０ 第２のＥＤ生成物流
１３２ 第１のＥＤ生成物流
１３４ 水流
１３６ ＣＯ_２流
１３８ ブライン流
１４０ 水流
１４２ 母液
１４４ ＣＯ_２捕捉溶液
１６２ 炭酸塩分離サブシステム
１６４ 再生サブシステム
９９９ 流れ制御システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【国際調査報告】