特表 2024-527315 海水電解により拡張可能な大気のＣＯ２の鉱物化が可能になる

(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】2024-07-24

(54)【発明の名称】海水電解により拡張可能な大気のＣＯ２の鉱物化が可能になる

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/14 20060101AFI20240717BHJP

   C02F 1/461 20230101ALI20240717BHJP

   B01J 19/00 20060101ALI20240717BHJP

   B01J 19/08 20060101ALI20240717BHJP

   C25B 1/18 20060101ALI20240717BHJP

   C25B 15/031 20210101ALI20240717BHJP

   C25B 15/08 20060101ALI20240717BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20240717BHJP

   C25B 9/19 20210101ALN20240717BHJP

【ＦＩ】

B01D53/14 200

C02F1/461 101Z

B01J19/00 311Z

B01J19/08 A

C25B1/18

C25B15/031

C25B15/08 304

C25B9/00 Z

C25B9/00 A

C25B9/19

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023580457

(86)(22)【出願日】2022-06-28

(85)【翻訳文提出日】2024-01-11

(86)【国際出願番号】 US2022035289

(87)【国際公開番号】W WO2023278423

(87)【国際公開日】2023-01-05

(31)【優先権主張番号】63/215,853

(32)【優先日】2021-06-28

(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】506115514

【氏名又は名称】ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｒｅｇｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】ラ プラント， エリカ キャラゴン

(72)【発明者】

【氏名】チェン， シン

(72)【発明者】

【氏名】ジャスビー， デイビッド

(72)【発明者】

【氏名】サント， ガウラブ

(72)【発明者】

【氏名】シモネッティ， ダンテ

(72)【発明者】

【氏名】ツェン， イェンウェン

(72)【発明者】

【氏名】トレイナー， トーマス

【テーマコード（参考）】

4D020

4D061

4G075

4K021

【Ｆターム（参考）】

4D020AA03

4D020BA16

4D020BB03

4D020BC10

4D061DA04

4D061DA10

4D061DB18

4D061EA02

4D061EA05

4D061EB02

4D061EB04

4D061EB13

4D061EB19

4D061EB28

4D061EB29

4D061EB30

4D061EB35

4D061FA08

4G075AA04

4G075BB04

4G075BD13

4K021AB03

4K021BB02

4K021BC02

4K021DB31

4K021DB36

4K021DC15

(57)【要約】

電気化学的に増強されたアミン回収を用いてガス源からＣＯ_２を回収して濃縮ＣＯ_２蒸気を形成し、続いて隔離ステップにおいて濃縮された蒸気からＣＯ_２を隔離する方法が本明細書に開示される。隔離ステップは、濃縮された蒸気を、不溶性炭酸塩形成が可能なイオンを含む隔離水溶液と接触させて、この隔離水溶液がＣＯ_２（隔離溶液を電気化学的に塩基性化する）を含むようにし、それによって炭酸塩固体を沈殿させ、炭酸塩固体を隔離水溶液またはメッシュの表面から分離することを含む。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス源からＣＯ_２を回収する方法であって：
（ａ）
（ｉ）前記ガス源を、溶媒及び溶質を有する吸収溶液と接触させ、ここで、前記溶媒及び／または前記溶質はアミンを含み、それによって、アミン－ＣＯ_２複合体を含む溶液を形成することと；
（ｉｉ）前記吸収溶液のｐＨを電気化学的に約７未満に電気化学的に調整し、それによってＣＯ_２を濃縮蒸気として放出することと；
（ｉｉｉ）前記濃縮蒸気を収集することと；を含む濃縮ステップにおいて前記ガス源からＣＯ_２を濃縮することと、
（ｂ）
（ｉｖ）前記濃縮された蒸気を、不溶性炭酸塩を形成し得るイオンを含む隔離水溶液と接触させて、前記隔離水溶液がＣＯ_２を含むようにすることと；
（ｖ）ＣＯ_２を含む前記隔離水溶液を電気活性表面と接触させて、ＣＯ_２を含む前記隔離水溶液を塩基性にし、それによって炭酸塩固体を沈殿させることと；
（ｖｉ）前記炭酸塩固体を前記隔離水溶液または前記電気活性表面から分離することと；を含む隔離ステップにおいて前記濃縮蒸気からＣＯ_２を隔離することと、を含む、前記方法。

【請求項2】

前記アニオン性錯体がカルバミン酸イオンを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記溶媒が、アミンを含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記溶質が、アミンを含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項5】

前記溶媒及び前記溶質が、アミンを含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項6】

前記アミンが、第一級アミン、第二級アミン、第三級アミン、またはそれらの混合物である、請求項３～５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

前記アミンが、第一級アミンまたは第二級アミンである、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

請求項６または７に記載の方法であって、前記アミンが、式Ｉの構造を有し：
Ｒ_ｘＮＨ_３－ｘ，（Ｉ）；
式中、Ｒは、任意選択で置換されたアルキル、エーテル、及びヒドロキシアルキルから選択されるか、または２つのＲは、それらが結合している窒素原子と一緒になって、窒素含有複素環を形成し；かつ
ｘは１、２、または３である、前記方法。

【請求項9】

前記アミンが、モノエタノールアミン、２－エチルアミノエタノール、２－メチルアミノエタノール、エチレンジアミン、ベンジルアミン、ジエタノールアミン、ピロリジン、モルホリン、２，６－ジメチルモルホリン、モノイソプロパノールアミン、ピペラジン２－（ジメチルアミノ）エタノール、Ｎ－ｔｅｒｔ－ブチルジエタノールアミン、３－ジメチルアミノ－１－プロパノール、３－（ジメチルアミノ）－１，２－プロパンジオール、２－ジエチルアミノエタノール、３－ジエチルアミノ－１，２－プロパンジオール、３－ジエチルアミノ－１－プロパノール、トリエタノールアミン、１－ジメチルアミノ－２－プロパノール、１－（２－ヒドロキシエチル）ピロリジン、１－ジエチルアミノ－２－プロパノール、３－ピロリジノ－１，２－プロパンジオール、２－（ジイソプロピルアミノ）エタノール、１－（２－ヒドロキシエチル）ピペリジン、２－（ジメチルアミノ）－２－メチル－１－プロパノール、３－ピペリジノ－１，２－プロパンジオール、３－ジメチルアミノ－２，２－ジメチル－１－プロパノール、３－ヒドロキシ－１－メチルピペリジン、Ｎ－エチルジエタノールアミン、１－エチル－３－ヒドロキシピペリジン、及びこれらの任意の組み合わせから選択される、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記溶媒が水を含む、請求項１～９のいずれか１項に記載の方法。

【請求項11】

ステップ（ｉｉ）が水電解を含む、請求項１～１０のいずれか１項に記載の方法。

【請求項12】

前記ガス源が、約０．４～約２５％（ｖ／ｖ）のＣＯ_２を含む、請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項13】

前記ガス源が、工業源からの流出物である、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。

【請求項14】

ステップ（ｉｉ）が、約１００℃未満の温度で行われる、請求項１～１３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項15】

前記ガス源が大気源である、請求項１～１４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項16】

前記濃縮蒸気が、約２～９９％（ｖ／ｖ）のＣＯ_２を含む、請求項１～１５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項17】

前記濃縮蒸気が、２～１５％（ｖ／ｖ）のＣＯ_２を含む、請求項１～１６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項18】

前記吸収溶液が、強塩基アニオン交換樹脂を用いて再生される、請求項１～１７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項19】

前記隔離水溶液が、前記ガス流と熱平衡にある、請求項１～１８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項20】

前記隔離水溶液が、前記ガス流と熱平衡にない、請求項１～１８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項21】

不溶性炭酸塩を形成し得る前記イオンが、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌのイオン、及びこれらの任意の組み合わせから選択される、請求項１～２０のいずれか１項に記載の方法。

【請求項22】

前記隔離水溶液が、約１，０００ｐｐｍ以上の濃度でＮａＣｌを含む、請求項１～２１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項23】

前記隔離水溶液が、約３０，０００ｐｐｍ以上の濃度でＮａＣｌを含む、請求項１～２２のいずれか１項に記載の方法。

【請求項24】

前記隔離水溶液が海水を含む、請求項１～２３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項25】

前記電気活性表面が、金属または非金属組成物を含む陽極及び／または陰極を含む、請求項１～２４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項26】

電気活性メッシュが、前記電気活性メッシュから約２～２０，０００μｍの距離内で、前記隔離水溶液の塩基性をインサイチュで、増加させる、請求項１～２５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項27】

前記隔離水溶液のｐＨが少なくとも約９である、請求項２６に記載の方法。

【請求項28】

前記隔離水溶液のｐＨは、約９～約１０である、請求項２７に記載の方法。

【請求項29】

前記電気活性表面が電気活性メッシュである、請求項１～２８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項30】

前記電気活性メッシュが、金属メッシュ、炭素系のメッシュ、または両方の組み合わせである、請求項２９に記載の方法。

【請求項31】

前記電気活性メッシュが、鋼、ステンレス鋼、酸化チタン、ニッケル及びニッケル合金、カーボンナノチューブ、ポリマー、グラファイト、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項３０に記載の方法。

【請求項32】

前記電気活性メッシュが、約０．１μｍ～約１０，０００μｍの範囲の直径を有する細孔を含む、請求項１～３１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項33】

前記隔離水溶液が、ブライン溶液である、請求項１～３２のいずれか１項に記載の方法。

【請求項34】

前記隔離水溶液が、アルカリ土類金属含有溶液である、請求項１～３３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項35】

前記炭酸塩固体を沈殿させることが、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌのイオン、またはそれらの任意の組み合わせを含む炭酸塩を沈殿させることを含む、請求項１～３４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項36】

前記溶液または前記電気活性メッシュの表面から前記炭酸塩の固体（複数可）を分離することが、表面上に前記電気活性メッシュを有する回転ディスク陰極を、スクレーパを越えて回転させることを含み、前記スクレーパが、前記メッシュの前記表面から前記沈殿した炭酸塩を除去する、請求項１～３５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項37】

ステップ（ａ）が、（ｉｖ）前記溶媒及び／または前記溶質を再生することをさらに含む、請求項１～３６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項38】

前記溶媒及び／または前記溶質を再生することが、前記隔離水溶液のｐＨを約８より大きく調整することを含む、請求項３７に記載の方法。

【請求項39】

ステップ（ａ）が、ステップ（ｉｉｉ）の後に再生された溶媒及び／または溶質を任意選択で収集することをさらに含む、請求項３８に記載の方法。

【請求項40】

前記再生された溶媒が、少なくとも１回、ステップ（ｉ）において収集され、再利用される、請求項３８に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年６月２８日に出願された米国特許仮出願第６３／２１５，８５３号の優先権の利益を主張し、その内容全体は、参照により本明細書に援用される。

【0002】

政府支援に関する記述
本発明は、米国エネルギー省によって授与された契約番号ＤＥ－ＦＥ００３１７０５の下で政府支援を受けて行われた。政府は、本発明において特定の権利を有する。

【背景技術】

【0003】

ギガトン（Ｇｔ）のＣＯ_２を回収し得る変換技術は、環境変化を緩和するために重要である。種々のＣＯ_２回収、隔離、及び貯蔵プロセス（ＣＣＳＳ）が、種々の供給源からのＣＯ_２排出を管理するために検討されている。アミンを使用した炭素回収の現在の技術は、ＣＯ_２が気泡流塔で吸収され、その後ＣＯ_２リッチのアミン溶液の再生が１４０℃を超える充填蒸留塔で行われる熱スイングサイクルに依存している。このプロセスは発電における燃焼後の回収に使用されているが、大きなエネルギー強度（発電用はＣＯ_２１トン当たり１．２ＭＷｈ、及びＤＡＣ用はＣＯ_２１トン当たり５．０ＭＷｈ）でアミン溶液に回収されたＣＯ_２の一部（約５０％）のみを脱着するのに必要なエネルギー強度が大きいという問題がある。低いアミン再生範囲は、低い作用ＣＯ_２吸収能力（例えば、ＤＡＣ及び発電に関して、ＭＥＡ １モル当たりそれぞれ、約０．０５及び０．２５モルＣＯ_２につながる。（Ｅ．Ｓ．Ｓａｎｚ－Ｐｅｒｅｚ，ｅｔ ａｌ．，Ｄｉｒｅｃｔ Ｃａｐｔｕｒｅ ｏｆ ＣＯ_２ ｆｒｏｍ Ａｍｂｉｅｎｔ Ａｉｒ，１１６ Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．１１８４０－７６（２０１６）を参照のこと）。さらに、アミン再生に必要な高温（＞１４０℃）は、化学分解及びエバポレーションによる溶媒損失（ｓｏｌｖｅｎｔ ｌｏｓｓ）を生じる。

【0004】

直接空気回収のための苛性溶液（例えば、ＫＯＨ／Ｋ_２ＣＯ_３）の使用はまた、ｐＨスイングプロセスのための鉱物試薬を生成するのに必要な高エネルギー強度という問題がある（例えば、ＮａＯＨ及びＨＣｌを生成するための塩素－アルカリのためのＣＯ_２１トン当たり４．５ＭＷｈ）。直接空気回収のために、固体材料を用いた吸着も提案されてきたが、これらのプロセスはまた、脱着のために高いエネルギー要件（ＣＯ_２１トン当たり＞２．０ＭＷｈ）も要する。

【0005】

海水を介した間接回収のための戦略も提案されているが、これらの戦略は、複雑な電気化学電池（例えば、電気透析（ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ））及び／または遅い沈殿動態に依存する鉱物化戦略（ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｔｒａｔｅｇｙ）のいずれかを必要とする。例えば、海水からのＭｇ－炭酸塩種の沈殿は、長い時間尺度（週から月）にわたって上昇した炭酸塩濃度（＞１００ｍＭ）を必要とする。（Ｉ．Ｍ．Ｐｏｗｅｒ，ｅｔ ａｌ．，Ｒｏｏｍ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍａｇｎｅｓｉｔｅ Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ，１７ Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ Ｄｅｓ．５６５２－５９（２０１７）を参照のこと）。
従って、ＣＯ_２の直接空気回収のためのより効率的で、エネルギー集約性の低いプロセス（ｐｒｏｃｅｓｓ）に大きな関心が存在する。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】Ｅ．Ｓ．Ｓａｎｚ－Ｐｅｒｅｚ，ｅｔ ａｌ．，Ｄｉｒｅｃｔ Ｃａｐｔｕｒｅ ｏｆ ＣＯ２ ｆｒｏｍ Ａｍｂｉｅｎｔ Ａｉｒ，１１６ Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．１１８４０－７６（２０１６）

【非特許文献2】Ｉ．Ｍ．Ｐｏｗｅｒ，ｅｔ ａｌ．，Ｒｏｏｍ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍａｇｎｅｓｉｔｅ Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ，１７ Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ Ｄｅｓ．５６５２－５９（２０１７）

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

いくつかの実施形態では、本開示は、ＣＯ_２をガス源から回収する方法に関し、この方法は：（ａ）濃縮ステップでガス源からＣＯ_２を濃縮することであって：（ｉ）ガス源を、溶媒および溶質を有する吸収溶液と接触させ、この溶媒及び／または溶質がアミンを含み、それによって、アミン－ＣＯ_２複合体を含む溶液を形成することと；（ｉｉ）吸収溶液のｐＨを電気化学的に約７未満に電気化学的に調整し、それによってＣＯ_２を濃縮蒸気として放出することと；（ｉｉｉ）濃縮された蒸気を収集することと；及び（ｂ）隔離ステップにおいて、濃縮蒸気からＣＯ_２を隔離することであって；（ｉｖ）濃縮蒸気を、不溶性炭酸塩を形成し得るイオンを含む隔離水溶液と接触させ、それによって、この隔離水溶液がＣＯ_２を含むようにすることと；（ｖ）ＣＯ_２を含む隔離水溶液を、電気活性表面と接触させて、ＣＯ_２を含む隔離水溶液を塩基性化し、それによって炭酸塩固体を沈殿させることと；（ｖｉ）炭酸塩固体を隔離水溶液または電気活性表面から分離することと、を含むことと、を含む。

【0008】

いくつかの実施形態では、アニオン性錯体は、カルバミン酸イオンを含む。

【0009】

いくつかの実施形態では、溶媒はアミンを含むが、他方では、溶質はアミンを含み、さらに他の実施形態では、溶媒及び溶質はアミン（ａｍｉｎｅ）を含む。アミンは、第一級アミン、第二級アミン、第三級アミン、またはそれらの混合物であってもよい。好ましくは、アミンは第一級または第二級アミンである。

【0010】

いくつかの実施形態では、アミンは、式Ｉの構造を有し：
Ｒ_ｘＮＨ_３－ｘ，（Ｉ）；
式中、Ｒは、任意選択で置換されたアルキル、エーテル、及びヒドロキシアルキルから選択されるか、または２つのＲは、それらが結合している窒素原子と一緒になって、窒素含有複素環を形成し；
ｘは１、２、または３である。

【0011】

いくつかの実施形態では、アミンは、モノエタノールアミン、２－エチルアミノエタノール、２－メチルアミノエタノール、エチレンジアミン、ベンジルアミン、ジエタノールアミン、ピロリジン、モルホリン、２，６－ジメチルモルホリン、モノイソプロパノールアミン、ピペラジン２－（ジメチルアミノ）エタノール、Ｎ－ｔｅｒｔ－ブチルジエタノールアミン、３－ジメチルアミノ－１－プロパノール、３－（ジメチルアミノ）－１，２－プロパンジオール、２－ジエチルアミノエタノール、３－ジエチルアミノ－１，２－プロパンジオール、３－ジエチルアミノ－１－プロパノール、トリエタノールアミン、１－ジメチルアミノ－２－プロパノール、１－（２－ヒドロキシエチル）ピロリジン、１－ジエチルアミノ－２－プロパノール、３－ピロリジノ－１，２－プロパンジオール、２－（ジイソプロピルアミノ）エタノール、１－（２－ヒドロキシエチル）ピペリジン、２－（ジメチルアミノ）－２－メチル－１－プロパノール、３－ピペリジノ－１，２－プロパンジオール、３－ジメチルアミノ－２，２－ジメチル－１－プロパノール、３－ヒドロキシ－１－メチルピペリジン、Ｎ－エチルジエタノールアミン、１－エチル－３－ヒドロキシピペリジン、及びこれらの任意の組み合わせから選択される。

【0012】

いくつかの実施形態では、溶媒は、水を含む。

【0013】

いくつかの実施形態では、ガス源は、約０．４～約２５％（ｖ／ｖ）のＣＯ_２を含む。ガス源は、工業原料（ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｓｏｕｒｃｅ）からの流出物、大気、またはそれらの組み合わせのガス源であってもよい。

【0014】

いくつかの実施形態では、ｐＨ調整ステップは、水電解を介して行われる。いくつかの実施形態では、ガス源は、工業原料または周囲空気からの流出物である。いくつかの実施形態では、ｐＨ調整ステップは、１００℃未満の温度で行われる。いくつかの実施形態では、再生された溶媒を収集し、同じプロセスに再度使用する。いくつかの実施形態では、ガス源は、大気源（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｓｏｕｒｃｅ）（例えば、周囲空気）である。

【0015】

いくつかの実施形態では、濃縮蒸気は、約２～９９％（ｖ／ｖ）のＣＯ_２を含む。いくつかの実施形態では、濃縮蒸気は、２～１５％（ｖ／ｖ）のＣＯ_２を含む。

【0016】

いくつかの実施形態では、吸収溶液は、強塩基アニオン交換樹脂を用いて再生される。

【0017】

いくつかの実施形態では、隔離水溶液は、ガス流と熱平衡状態にある。いくつかの実施形態では、隔離水溶液は、ガス流と熱平衡状態にない。

【0018】

いくつかの実施形態では、不溶性炭酸塩を形成し得るイオンは、以下のＣａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、及びＡｌのうちの１つ以上を含むイオンを含む。いくつかの実施形態では、隔離水溶液（ａｑｕｅｏｕｓ ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）のＮａＣｌ濃度は約１，０００ｐｐｍ以上である。いくつかの実施形態では、この隔離水溶液（ａｑｕｅｏｕｓ ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）は、約３０，０００ｐｐｍ以上のＮａＣｌ濃度を有する。いくつかの実施形態では、この隔離水溶液は海水を含む。いくつかの実施形態では、この隔離水溶液はブライン溶液である。いくつかの実施形態では、この隔離水溶液は、アルカリ金属含有溶液である。

【0019】

いくつかの実施形態では、電気活性表面は、金属または非金属組成物を含む陰極を含む。いくつかの実施形態では、この電気活性表面は、電気活性メッシュの約２～２００００μｍ以内の隔離水溶液中で、インサイチュで、アルカリ条件の増加を生じるメッシュである。いくつかの実施形態では、アルカリ化条件は、ｐＨ９以上である。いくつかの実施形態では、電気活性メッシュは、金属または炭素系メッシュ（ｃａｒｂｏｎ－ｂａｓｅｄ ｍｅｓｈ）からなる。いくつかの実施形態では、電気活性メッシュは、金属（鋼、ステンレス鋼、酸化チタン、ニッケル及びニッケル合金など）、カーボンナノチューブ、ポリマー、及び／もしくはグラファイト、またはこれらの材料の他のハイブリッド組成物を含む。いくつかの実施形態では、電気活性メッシュは、約０．１μｍ～約１００００μｍの範囲の直径を有する細孔を含む。

【0020】

いくつかの実施形態では、炭酸塩固体の沈殿を誘導することは、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、またはＡｌを有する少なくとも１つの炭酸塩の沈殿を誘導することを含む。

【0021】

いくつかの実施形態では、沈殿した炭酸塩固体を隔離溶液またはメッシュの表面から除去することは、表面上にメッシュを有する回転ディスク陰極を、スクレーパを越えて回転させることであって、このスクレーパが、沈殿した炭酸塩をメッシュの表面から除去することを含む。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1A】本開示によるＣＯ_２回収及び鉱物化のプロセスの概略図である。

【図1B】本開示に係るＣＯ_２吸収プロセスの概略図である。

【図2】陰極２０１、陽極２０２、第２のカチオン交換膜２０３、アニオン交換膜２０４、第１のカチオン交換膜２０５、塩基溶液２０６、塩溶液２０７、アミン溶液２０８、及び酸溶液２０９を含む、アミン系ＣＯ_２回収に有用な例示的な電気化学セル２００の概略図である。

【図3】ｐＨ値（丸）、ならびにＭＥＡの１モル当たり０．２５（赤）及び０．５（黒）モルのＣＯ_２というＣＯ_２負荷を有する２２容積％のＭＥＡ溶液についての種々の溶液プロトン：ＭＥＡ比におけるＣＯ_２脱着の程度（三角）のプロットである。

【図4A】例示的な拡張可能な二酸化炭素鉱物化リアクターの断面図であり、オンラインｐＨモニタリングシステムが、印加される電流を制御して、大気ＣＯ_２回収及び鉱物化を可能にする一定の陰極液ｐＨを達成する。このリアクターは、回転されて生成物の除去及び収集のためにスクレーパを通過する、回転ディスク陰極（ｒｏｔａｔｉｎｇ ｄｉｓｃ ｃａｔｈｏｄｅ）（３１６Ｌのステンレス鋼メッシュ）を使用する。

【図4B】実験室規模の単一区画ＣＳＴＲの断面図である。

【図5A】二酸化炭素鉱物化プロセスにおけるｐＨ発生（それぞれ１５０分．ＨＲＴ及び１０－分．ＨＲＴ）を示しており、これは、空気、海水、及びリアクター設計（図４Ｂに示される）を使用して実証された。

【図5B】二酸化炭素鉱物化プロセスにおけるｐＨ発生（それぞれ１５０分．ＨＲＴ及び１０－分．ＨＲＴ）を示しており、これは、空気、海水、及びリアクター設計（図４Ｂに示される）を使用して実証された。

【図5C】二酸化炭素鉱物化プロセスにおけるＣａ^２＋除去を示す（それぞれ１５０分．ＨＲＴ及び１０－分．ＨＲＴ）を示しており、これは、空気、海水、及びリアクター設計（図４Ｂに示される）を使用して実証された。

【図5D】二酸化炭素鉱物化プロセスにおけるＣａ^２＋除去を示す（それぞれ１５０分．ＨＲＴ及び１０－分．ＨＲＴ）を示しており、これは、空気、海水、及びリアクター設計（図４Ｂに示される）を使用して実証された。

【図5E】二酸化炭素鉱物化プロセスにおける得られた流出無機炭素（ＩＣ）を示す（それぞれ１５０分．ＨＲＴ及び１０－分．ＨＲＴ）を示しており、これは、空気、海水、及びリアクター設計（図４Ｂに示される）を使用して実証された。図５Ｅ及び図５Ｆの挿入図は、ＰＰメッシュ上に形成されたアラゴナイト（ＣａＣＯ_３）の厚い層を示す走査電子画像である。

【図5F】二酸化炭素鉱物化プロセスにおける得られた流出無機炭素（ＩＣ）を示す（それぞれ１５０分．ＨＲＴ及び１０－分．ＨＲＴ）を示しており、これは、空気、海水、及びリアクター設計（図４Ｂに示される）を使用して実証された。図５Ｅ及び図５Ｆの挿入図は、ＰＰメッシュ上に形成されたアラゴナイト（ＣａＣＯ_３）の厚い層を示す走査電子画像である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本開示によるプロセスは、エネルギー効率の良いＣＯ_２の濃縮及び貯蔵のために必要なプロトン及び／または水酸化物イオンを生成するために水電解を利用する一連の電気化学的に強化されたリアクターに基づく。全体的なプロセスにおける第１のステップは、吸収溶液（例えば、アミン水溶液）を使用する空気からのＣＯ_２の分離（例えば、ＣＯ_２の吸収）を含む。そのようなプロセスとしては、限定するものではないが、２０２２年４月１５日に出願されたＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２２／２５０２８（その全体が参照により本明細書に組み込まれる）に開示されたプロセスを含む。このプロセスにおける第２のステップは、吸収された炭素種を濃縮ＣＯ_２ガス流中に放出することを含む。プロセスの第３のステップは、水溶液（例えば、海水またはブライン）中での鉱物化によって、アミン系ＣＯ_２吸収プロセスから分離されたＣＯ_２を隔離することを含む。そのようなプロセスとしては、限定するものではないが、２０２０年６月１２日に出願されたＰＣＴ公開番号ＷＯ２０２１／０６１２１３（その全体が参照により本明細書に組み込まれる）に開示されたプロセスが挙げられる。

【0024】

図１Ｂは、本開示によるＣＯ_２回収プロセス全体を示す。簡単に述べると、ＣＯ_２は、アニオン性錯体（例えば、カルバミン酸錯体）の形成により、１つ以上のガス源（例えば、空気または工業用プロセスガス）からアミン水溶液に吸収される。次いで、電気化学的に誘導された酸性化を介して、アミンからＣＯ_２が脱着される。アミン溶液は、電気化学ステップからのアルカリ陰極液を用いて再生される強塩基アニオン交換樹脂を用いて、さらなる吸収のために再生される。

【0025】

このプロセスは、ガス源からＣＯ_２を吸収するためにアミン溶液（ｐＨ＞１０）を使用する。しかし、ＣＯ_２－リッチアミンは、プロトンが陽極の水溶液（及び陰極の水酸化物イオン）から生成される電気化学セルで再生される。これらのプロトンは、リッチアミン溶液中に拡散し、アミン溶液のｐＨの低下（ｐＨ＜７）と、カルバミン酸イオンの分解と、ＣＯ_２（例えば、ＣＯ_２を含む濃縮された蒸気として）の放出とを生じる。ＣＯ_２は、１～９９％のＣＯ_２を含有するガス流として放出され得る。塩橋（ｓａｌｔ ｂｒｉｄｇｅ）は、アミン溶液中の電荷中性を維持するためにアニオンを供給し、陰極溶液にカチオンを供給する。

【0026】

さらに図１Ｂを参照すると、ＣＯ_２が放出された後、アミン溶液は、強塩基アニオン交換樹脂を用いたイオン交換を介して高ｐＨに回復される。陰極からの塩基性溶液を用いてイオン交換樹脂を再生し、それによって塩橋溶液（ｓａｌｔ ｂｒｉｄｇｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）への再循環のために塩を回収する。

【0027】

この電気化学的に誘導されるｐＨ－スイングプロセスは、危険で、高価で、かつ炭素集約的な試薬（例えば、鉱酸）を、豊富でかつ良性の供給源（例えば、水）と置き換える一方で、再生可能なエネルギーを活用してこのプロセスを容易にさせるという利点を有する。したがって、本明細書に開示される技術は、電気化学的に生成されたプロトン及び水酸化物イオンを介してｐＨスイングを誘導し、それによって、エネルギー効率が良く低い炭素強度の様式で、より高い吸脱着量差（ｗｏｒｋｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ）を達成するために、水電解をアミン吸収プロセスに組み込むことを目的とする。このｐＨ－スイングプロセスは、周囲温度で起こり、したがって、以下の利点を提供する：（１）より単純なプロセス装置要件；（２）完全なアミン再生（したがって、最大吸脱着量差）；及び（３）溶媒損失の減少。２０２２年４月１５日に出願されたＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２２／２５０２８に開示されているような、電気化学的に誘導されたｐＨスイングプロセスの特定の態様を以下に考察する。

【0028】

電気化学的に誘導されたｐＨスイングプロセス（ｐＨ－Ｓｗｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ）によるＣＯ_２吸収
従来のアミン洗浄プロセスの間、ＣＯ_２－含有ガスを濃縮（２０～５０％ｖ／ｖ）アミン水溶液と接触させる。塩基性条件下（ｐＨ＞１０）では、ＣＯ_２とアミン（例えば、ＭＥＡ；ＲＮＨ_２、式中、Ｒ＝ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ）との反応によって吸収が起こり、カルバミン酸アニオン（ＲＮＨＣＯＯ^－，ＲＮＣＯＯ^２－）、プロトン化アミン（ＲＮＨ_３ ^＋）、およびプロトン／ヒドロニウムイオン（Ｈ^＋／Ｈ_３Ｏ^＋）が、式１～３に従って形成されるが、Ｎ_２及びＯ_２などの他のガスは流出液中に逃げる。ＣＯ_２はまた、高ｐＨで炭酸塩を形成する（式４）^４。
ＲＮＨ_２＋ＣＯ_２⇔Ｈ^＋＋ＲＮＨＣＯＯ^－ （１）
ＲＮＨＣＯＯ^－＋ＲＮＨ_２⇔ＲＮＨ_３ ^＋＋ＲＮＣＯＯ^２－ （２）
ＲＮＨＣＯＯ^－＋Ｈ_２Ｏ⇔Ｈ_３Ｏ^＋＋ＲＮＣＯＯ^２－ （３）
ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ⇔ＣＯ_３ ^２－＋２Ｈ^＋ （４）

【0029】

ＣＯ_２を放出し、アミンを再生するための既存のアプローチは、熱プロセスである。この熱プロセスでは、溶液を高温（＞１４０℃）に加熱し、ここでカルバミン酸塩が分解して元のアミン分子を生成し、ＣＯ_２を濃縮蒸気として放出する^{３、５－６}。しかし、大きな熱負荷（例えば、ＤＡＣ用途に対して０．０５モル／モルの吸脱着量差についてＣＯ_２の１トン当たり＞５ＭＷｈ）^３は、熱プロセスを経済的に非魅力的なものにする。さらに、アミン再生に必要な高温は、化学分解及びエバポレーションによる溶媒損失を生じ得る^３。これらの因子は、ＣＡＰＥＸの最大５０％の増加及びＯＰＥＸの最大２５％の増加をもたらし得、これは、炭素回収の高コスト（＞＄１００／トンＣＯ_２）^７－８につながり、及び点光源エミッタ（例えば、化石燃料火力発電所）へのアミン系プロセスの使用を制限する。

【0030】

熱アミン再生の代替は、溶液のｐＨを酸性条件（ｐＨ≦７）にシフトすることであり、これは、式（１）及び（３）の逆に従って、カルバミン酸イオンの分解（酸加水分解による）を促進する。このｐＨ－スイングプロセスは、周囲温度で起こり、したがって、以下の利点を提供する：（１）より単純なプロセス装置要件；（２）アミンの最大吸脱着量差の利用；及び（３）溶媒損失の減少。しかし、ｐＨをシフトするための化学量論的試薬としての酸及び塩基の要件によって、広範囲の採用に対してｐＨ－スイングプロセスが実行不可能になる。鉱酸及び塩基の代替は、カルバミン酸イオン加水分解に必要なプロトンを生成するために（例えば、リッチアミン溶液を希薄液に変換するために）水電解を使用すること、及びＣＯ_２吸収の後続のサイクルのために希薄液のｐＨを増加させるのに必要な水酸化物イオンを生成することである（図１Ｂ（左側））。

【0031】

ここで図２を参照すると、このアプローチでは、プロトンは、以下の式（５）及び（６）に従って、電気化学セルにおいて、陽極における水溶液から生成される（陰極において生成される水酸化物イオンを伴う）。
２Ｈ_２Ｏ（ｌ）→Ｏ_２（ｇ）＋４Ｈ^＋（水溶液）＋４ｅ^－；Ｅ_０＝１．２３Ｖ ｖｓ．ＳＨＥ （５）
４Ｈ_２Ｏ（ｌ）＋４ｅ^－→２Ｈ_２（ｇ）＋４ＯＨ^－（水溶液）；Ｅ_０＝－０．８３Ｖ ｖｓ．ＳＨＥ （６）

【0032】

プロトンは、カチオン交換膜（ＣＥＭ）を介してリッチアミン溶液中に拡散し、ｐＨの低下をもたらし、これがカルバミン酸イオンの分解及びＣＯ_２の放出をもたらす。ＣＥＭは、カルバミン酸アニオンの陽極及び陰極チャンバへの拡散を防止し、それによってカルバミン酸塩／ＭＥＡの電気酸化を防止するために含まれる。電気的中性を維持するために、濃塩溶液（例えば、ＮａＣｌまたはＮａＮＯ_３）を使用して、アミン溶液に対して対アニオンを提供し、陰極液に対してカチオンを提供する。アニオン交換膜（ａｎｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ）（ＡＥＭ）は、塩溶液カチオンのＭＥＡ区画への拡散を防止する。ＣＯ_２が放出された後、アミン希薄液は、強塩基アニオン交換樹脂を使用して高ｐＨに回復される（図１Ｂ（右側））。この樹脂は、塩リザーバ（例えば、アミン溶液中に蓄積した）からの対イオン（例えば、Ｃｌ^－またはＮＯ_３ ^－）を水酸化物イオンと交換して、希薄アミンのｐＨを元の基本値まで上昇させる。

【0033】

アニオン交換樹脂は、電気化学セルの陰極区画からの水酸化物リッチ溶液を用いて再生され、それによって塩溶液区画で用いられるアニオンを回収する。この再生プロセスは、必要な試薬の効率的なリサイクルを保証し、動作コストを最小化し、廃棄物生成を防止する。この電気化学的に誘導されるｐＨ－スイングプロセスは、危険で、高価で、炭素集約的な試薬（例えば、鉱酸）を、豊富でかつ良性の供給源（例えば、水）と置き換える一方で、再生可能なエネルギーを活用してこのプロセスを容易にさせるという利点を有する。

【0034】

アミン再生のための電気化学反応の組み込み
いくつかの最近の研究は、アミン系のＣＯ_２回収のための電気化学の活用に焦点を当てている^９－１６。これらの研究では、金属（例えば、Ｃｕ^２＋イオン）とアミンの間の錯体形成反応を利用しており、これによりカルバミン酸イオンが分解されてＣＯ_２が放出される^{１１－１２、１４－１６}。この錯体形成反応は、陽極で電気化学的に進行し（Ｃｕ金属の酸化によりＣｕ^２＋イオンが生成される）、陰極ではＣｕ－アミン錯体がアミンに再生される（Ｃｕ^２＋はＣｕ金属に還元される）。

【0035】

この研究は、固体ポリアントラキノン上の電気化学ＣＯ_２回収に拡張された^９、１３。このシステムでは、ファラデーエレクトロスイングプロセスを使用して、キノン（ポリビニルフェロセンが酸化されている）とのカルボキシル化反応（還元）を介してＣＯ_２を回収し、続いてセルの極性を反転させてカルボキシル－キノン化合物を分解し（そしてポリビニルフェロセンを還元し）、それによってＣＯ_２を脱着し、そしてポリアントラキノンを再生する。これらの電気化学プロセスは、高い吸脱着量差（１２％ｖ／ｖ ＣＯ_２流に対してアミン１モル当たり０．６２モルものＣＯ_２）及び低いエネルギー要件（１トンのＣＯ_２当たり約０．６０ＭＷｈという理論上の最小要件）を示したが、それには高価なジアミン類またはキノン類を用いた複雑なＣｕ系の酸化還元化学も必要とする。更に、電子化学は、アミンに直接作用する。これらの機能はアミンまたは電極の劣化を促進し、より高価な設備投資／運用コスト（ＣＡＰＥＸ／ＯＰＥＸ）につながる可能性がある^１７。重要なことには、これらの研究はまた、直接空気（ＤＡＣ）用途（約４００ｐｐｍ）における研究ではなく、発電所（約１２％）における非常に高いＣＯ_２濃度に焦点を当てた。

【0036】

水電解をアミン再生に統合することは、２つの主要な利点を有する。第１に、分離された陽極／陰極チャンバにおいて水電解を行うことにより、化学量論的または高価な／外添剤（ｅｘｏｔｉｃ ｒｅｇｅｎｔ）、触媒、または材料を必要とせずに、アミン／電極の電気化学的分解のリスクを低減して、プロトン及び水酸化物の局所的な生成が可能になる。第２に、陰極における水電解は、Ｈ_２を生成し、それによって、進化したＨ_２を回収し使用することによって、２．０ＭＷｈ／トンＣＯ_２という現実的なエネルギー要件の機会を提供する。電気化学的処理を使用する追加の利点は、必要なエネルギーの最大１００％が再生可能な供給源から供給され得ることである。これらの革新は、プロセス設備及びエネルギー効率の両方に影響を与える。周囲温度でのアミン分子の完全な再生は、酸媒介性カルバミン酸塩分解を介して達成され得る。これは、（１）容量の増加に比例する量だけ必要とされるアミンの量を減らすこと、及び（２）複雑な蒸留塔を、より単純なモジュラー電気化学セル及びアニオン交換カラムで置き換えることによって、プロセス設備に影響を与える。この単純なプロセス装置は、ＣＡＰＥＸを低減し（例えば、アミンストリッパーカラムに対して＞＄６千万の投資コスト未満で^７）、システムの可塑性及びモジュール性を増大させる可能性を有し、その両方が、より広い用途のアレイにおけるプロセスの使用を可能にする（例えば、産業プロセスからの回収及び直接空気からの回収）。

【0037】

電気化学的に強化されたアミンプロセスに対する現実的なエネルギー要件は、ＣＯ_２の脱着に必要とされるプロトンの数と、約８０％の効率で動作する現在の最新の電気分解装置とに基づいて推定され得る（例えば、式（５）および（６）に示すように、化学量論的水素発生反応に対する熱力学需要が５４．８ ｋＷｈ／ｋｇであると仮定すると^１９、生成Ｈ_２１ｋｇ当たり６８ｋＷｈ^１８）。例えば、種々のＣＯ_２負荷での２２％ＭＥＡ溶液の滴定（図３を参照のこと；０．２５及び０．５モルＣＯ_２／モルＭＥＡ）によって、ＭＥＡの１モル当たり約１．０モルのＨ^＋が、１２から０．６へのｐＨ減少（全てのＣＯ_２が脱着される点）に必要であることが示される。この情報から、技術の２つの実施形態に対するエネルギー要件を推定することができる：（１）初期ＭＥＡ負荷を有するＤＡＣは、１モルのＭＥＡ^２０当たり０．２５モルのＣＯ_２、及び（２）１－１２％のＣＯ_２（１モルのＭＥＡ当たり０．５モルのＣＯ_２という初期負荷）を含有する工業用流出物。

【0038】

いくつかの実施形態では、直接空気回収（「ＤＡＣ」）用途に関して、プロトンとＣＯ_２との比は、完全な脱着に関して約４である。現在の電気分解装置を使用すると、このプロセスは６．３ＭＷｈ／トンＣＯ_２を除去する必要がある。Ｈ_２エネルギーの約７０％が回復すると、この値は３．８ＭＷｈ／トンＣＯ_２（除去）に減少する。９５％の細胞効率では、エネルギー要件は、Ｈ_２の回収無し及び有りでそれぞれ５．３及び２．８ＭＷｈ／トンのＣＯ_２であり得る。従来のサーマルスイングプロセスと比較すると、１モルのＭＥＡ当たりＣＯ_２０．３０～０．２５モルの負荷からＣＯ_２を脱着するのに必要なリボイラーの負荷は、約５．０ＭＷｈ／トンのＣＯ_２であり^３、完全な脱着に必要な負荷は、＞２５ＭＷｈ／トンのＣＯ_２となる^３、２１。この予備的なエネルギー分析によって、このプロセスが現在、従来の熱スイングプロセスよりもはるかに低いエネルギー要件（６．３対２５．０ＭＷｈ／トンのＣＯ_２）で実行できるだけでなく、潜在的に５倍高い吸脱着量差（０．２５対０．０５モルＣＯ_２／モルＭＥＡ）の係数を達成できる可能性もあることが示される。

【0039】

ＣＯ_２を＞１％含む流出液を使用する用途では、エネルギー要件が減少する。例えば、最初のＭＥＡ負荷がＭＥＡの１モル当たり０．５モルのＣＯ_２であると仮定すると、完全な脱着に対するプロトンのＣＯ_２に対する比は約２である。８０％の効率で、このプロセスは、３．１ＭＷｈ／トンのＣＯ_２を除去する必要がある。Ｈ_２エネルギーの約７０％が回復すると、この値は１．９ＭＷｈ／トンＣＯ_２の除去までに減少する。９５％の細胞効率では、エネルギー要件は、Ｈ_２の回収無し及び有りでそれぞれ２．６及び１．４ＭＷｈ／トンのＣＯ_２である。従来のサーマルスイングプロセスと比較すると、１モルのＭＥＡ当たりＣＯ_２が０．５～０．２５モルの負荷からＣＯ_２を脱着するのに必要なリボイラーの負荷は、約１．３ＭＷｈ／トンのＣＯ_２である^５。この負荷は、脱着について＞２．２ＭＷｈ／トンのＣＯ_２まで１モルのＭＥＡ当たり０．２０モルのＣＯ_２未満まで増大し、低濃度のアミンからの脱着では＞５ＭＷｈ／トンのＣＯ_２である（例えば、１モルのＭＥＡ当たり０．３～０．２モルのＣＯ_２）^５。これらの研究に基づいて、完全な脱着に必要な負荷は＞２５ＭＷｈ／トンＣＯ_２であり、これは、低ＣＯ_２負荷ではＣＯ_２脱着が熱力学的に好ましくないためである^５、３２。この予備的なエネルギー分析によって、このプロセスが現在、従来の熱スイングプロセスと同等のエネルギー要件（１．９対１．３ＭＷｈ／トンＣＯ_２）で実行可能であり、潜在的に２倍の高い吸脱着量差（１モルのＭＥＡ当たり０．５モル対０．２５モルのＣＯ_２）を達成し得ることが示される。

【0040】

いくつかの実施形態では、本開示の方法は、ＣＯ_２を含むガス源を、アニオン性錯体を形成し得る溶媒を含むこの吸収溶液と接触させることと、吸収溶液のｐＨを電気化学的に約７未満に調整することと、ｐＨ調整ステップの間または後に放出される濃縮された蒸気としてＣＯ_２を収集することと、溶媒及び／または溶質を再生することと、任意選択で、再生された溶媒及び／または溶質を収集することとを含む、ＣＯ_２を吸収する方法またはステップを含む。いくつかの実施形態では、アニオン性錯体は、カルバミン酸イオン及び／または水酸化物（例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム）を含む。いくつかの実施形態では、溶媒はアミンである。いくつかの実施形態では、アミンは、Ｒ_ｘＮＨ_３－ｘ（式中、Ｒは任意選択で置換されたアルキル、エーテルまたはアルコールから選択される）である。

【0041】

いくつかの実施形態では、ｐＨ調整ステップは、水電解を介して行われる。いくつかの実施形態では、ＣＯ_２源は、工業源（例えば、天然ガス火力発電所、石炭火力発電所、製鉄所、製鋼所、セメント工場、エタノール工場、または化学製造プラントから放出される燃焼排ガス）からの流出物である。いくつかの実施形態では、ＣＯ_２源は、大気源（例えば、周囲空気）である。いくつかの実施形態では、ｐＨ調整ステップは、１００℃未満の温度で行われる。いくつかの実施形態では、再生されたアミンを回収し、同じプロセスに再度使用する。

【0042】

いくつかの実施形態では、アミンは、１つ以上の第一級アミン（例えば、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、２－エチルアミノエタノール、２－メチルアミノエタノール、エチレンジアミン、ベンジルアミン）；１つ以上の第二級アミン（例えば、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、ピロリジン、モルホリン、２，６－ジメチルモルホリン、モノイソプロパノールアミン、ピペラジン（ＰＺ））；１つ以上の第三級アミン（例えば、２－（ジメチルアミノ）エタノール（ＤＭＡＥ）、Ｎ－ｔｅｒｔ－ブチルジエタノールアミン（ｔＢＤＥＡ）、３－ジメチルアミノ－１－プロパノール（ＤＭＡ－１Ｐ）、３－ジエチルアミノ－１，２－プロパンジオール（ＤＭＡ－１，２－ＰＤ）、２－ジエチルアミノエタノール（ＤＥＡＥ）、３－ジエチルアミノ－１，２－プロパンジオール（ＤＥＡ－１，２－ＰＤ）、３－ジエチルアミノ－１－プロパノール（ＤＥＡ－１Ｐ）、トリエタノールアミン（ＴＥＡ）、１－ジメチルアミノ－２－プロパノール（ＤＭＡ－２Ｐ）、１－（２－ヒドロキシエチル）ピロリジン［１－（２ＨＥ）ＰＲＬＤ］、１－ジエチルアミノ－２－プロパノール（ＤＥＡ－２Ｐ）、３－ピロリジノ－１，２－プロパンジオール（ＰＲＬＤ－１，２－ＰＤ）、２－（ジイソプロピルアミノ）エタノール（ＤＩＰＡＥ）、１－（２－ヒドロキシエチル）ピペリジン［１－（２ＨＥ）ＰＰ］、２－（ジメチルアミノ）－２－メチル－１－プロパノール（ＤＭＡ－２Ｍ－１Ｐ）、３－ピペリジノ－１，２－プロパンジオール（３ＰＰ－１，２－ＰＤ）、３－ジメチルアミノ－２，２－ジメチル－１－プロパノール（ＤＭＡ－２，２－ＤＭ－１Ｐ）、３－ヒドロキシ－１－メチルピペリジン（３Ｈ－１ＭＰＰ）、Ｎ－エチルジエタノールアミン、１－エチル－３－ヒドロキシピペリジン）；およびそれらの混合物を含む。

【0043】

いくつかの実施形態では、ＣＯ_２を吸収する溶液は、塩基性ｐＨ（例えば＞７）を有する。いくつかの実施形態では、ＣＯ_２を吸収する溶液のｐＨは、約７より大きいか、約７．５より大きいか、約８より大きいか、約８．５より大きいか、約９より大きいか、約９．５より大きいか、約１０より大きいか、約１０．５より大きいか、約１１より大きいか、約１１．５より大きいか、もしくは約１２より大きいか、またはその間の任意の範囲もしくは値である。いくつかの実施形態では、ＣＯ_２を吸収する溶液は、約７、約７．５、約８、約８．５、約９、約９．５、約１０、約１０．５、約１１、約１１．５、約１２、約１２．５、約１３、約１３．５、もしくは約１４、またはその間の任意の範囲もしくは値のｐＨを有する。

【0044】

いくつかの実施形態では、ＣＯ_２吸収ステップは、約１００℃未満、約９５℃未満、約９０℃未満、約８５℃未満、約８０℃未満、約７５℃未満、約７０℃未満、約６５℃未満、約６０℃未満、約５５℃未満、約５０℃未満、約４５℃未満、約４０℃未満、約３０℃未満、もしくは約２５℃未満、またはその間の任意の範囲もしくは値の温度で行われる。いくつかの実施形態では、ＣＯ_２吸収ステップは、約１００℃、約９５℃、約９０℃、約８５℃、約８０℃、約７５℃、約７０℃、約６５℃、約６０℃、約５５℃、約５０℃、約４５℃、約４０℃、約３０℃、もしくは約２５℃、またはその間の任意の範囲もしくは値の温度で行われる。いくつかの実施形態では、ＣＯ_２吸収ステップは、周囲条件（例えば、室温及び圧力）下で行われる。

【0045】

いくつかの実施形態では、溶液のｐＨを電気化学的に調整して、ＣＯ_２を濃縮蒸気として放出する。いくつかの実施形態では、溶液のｐＨは、約７．５未満、約７未満、約６．５未満、約６未満、約５．５未満、約５未満、約４．５未満、約４未満、約３．５未満、約３未満、約２．５未満、約２未満、約１．５未満、もしくは約１未満、またはその間の任意の範囲もしくは値に調整される。いくつかの実施形態では、溶液のｐＨは、約７．５、約７、約６．５、約６、約５．５、約５、約４．５、約４、約３．５、約３、約２．５、約２、約１．５、もしくは約１、またはその間の任意の範囲もしくは値に調整される。

【0046】

いくつかの実施形態では、ｐＨ調整ステップは、約１００℃未満、約９５℃未満、約９０℃未満、約８５℃未満、約８０℃未満、約７５℃未満、約７０℃未満、約６５℃未満、約６０℃未満、約５５℃未満、約５０℃未満、約４５℃未満、約４０℃未満、約３０℃未満、もしくは約２５℃未満、またはその間の任意の範囲もしくは値の温度で行われる。いくつかの実施形態では、ｐＨ調整ステップは、約１００℃、約９５℃、約９０℃、約８５℃、約８０℃、約７５℃、約７０℃、約６５℃、約６０℃、約５５℃、約５０℃、約４５℃、約４０℃、約３０℃、もしくは約２５℃、またはその間の任意の範囲もしくは値の温度で行われる。いくつかの実施形態では、ｐＨ調整ステップは、周囲条件（例えば、室温及び圧力）下で行われる。

【0047】

いくつかの実施形態では、濃縮蒸気は、（ｖ／ｖ）で約２％～約９９％のＣＯ_２、約２％～約９５％のＣＯ_２、約２％～約９０％のＣＯ_２、約２％～約８５％のＣＯ_２、約２％～約８０％のＣＯ_２、約２％～約７５％のＣＯ_２、約２％～約７０％のＣＯ_２、約２％～約６５％のＣＯ_２、約２％～約６０％のＣＯ_２、約２％～約５５％のＣＯ_２、約２％～約５０％のＣＯ_２、約２％～約４５％のＣＯ_２、約２％～約４０％のＣＯ_２、約２％～約３５％のＣＯ_２、約２％～約３０％のＣＯ_２、約２％～約２５％のＣＯ_２、約２％～約２０％のＣＯ_２、約２％～約１５％のＣＯ_２、約２％～約１０％のＣＯ_２、約２％～約５％のＣＯ_２、またはその中の任意の範囲または値を含む。いくつかの実施形態では、濃縮された蒸気は、（ｖ／ｖ）で約２％のＣＯ_２、約５％のＣＯ_２，％のＣＯ_２、約１０％のＣＯ_２、約１５％のＣＯ_２、約２０％のＣＯ_２、約２５％のＣＯ_２、約３０％のＣＯ_２、約３５％のＣＯ_２、約４０％のＣＯ_２、約４５％のＣＯ_２、約５０％のＣＯ_２、約５５％のＣＯ_２、約６０％のＣＯ_２、約６５％のＣＯ_２、約７０％のＣＯ_２、約７５％のＣＯ_２、約８０％のＣＯ_２、約８５％のＣＯ_２、約９０％のＣＯ_２、約９５％のＣＯ_２、約９６％のＣＯ_２、約９７％のＣＯ_２、約９８％のＣＯ_２、約９９％のＣＯ_２、もしくはそれ以上、またはその間の任意の範囲もしくは値を含む。

【0048】

電気化学的ｐＨスイングシステムの概念実証は、２０２２年４月１５日に出願されたＰＣＴ国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２２／２５０２８に開示されており、これは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【0049】

鉱物化（Ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ）による回収ＣＯ_２の隔離
いくつかの実施形態では、本開示による方法は、上記で考察したＣＯ_２吸収ステップで生成された濃縮蒸気からＣＯ_２を隔離する方法またはステップを含む。いくつかの実施形態では、ＣＯ_２吸収ステップで生成された濃縮蒸気からＣＯ_２を隔離する方法またはステップは、ＣＯ_２を含有する濃縮蒸気を、不溶性炭酸塩を形成し得るイオンを含む隔離水溶液と接触させて、二酸化炭素を含む水溶液を生成することと；二酸化炭素を含む水溶液を、そのアルカリ化を誘導する電気活性メッシュと接触させて、隔離溶液からの炭酸塩固体（複数可）の沈殿を強制することと；沈殿した炭酸塩固体を隔離溶液から、またはメッシュの表面（そこで炭酸塩固体が堆積し得る）から除去することとを含む。

【0050】

いくつかの実施形態では、隔離水溶液は、ガス流と熱平衡状態にある。いくつかの実施形態では、隔離水溶液は、ガス流と熱平衡状態にない。

【0051】

いくつかの実施形態では、不溶性炭酸塩を形成し得るイオンは、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、及びＡｌのうちの１つ以上のイオンを含む。いくつかの実施形態では、この水溶液は、海水またはブラインを含む。いくつかの実施形態では、水溶液は、約１，０００ｐｐｍ以上、約２，０００ｐｐｍ以上、約３，０００ｐｐｍ以上、約４，０００ｐｐｍ以上、約５，０００ｐｐｍ以上、約６，０００ｐｐｍ以上、約７，０００ｐｐｍ以上、約８，０００ｐｐｍ以上、約９，０００ｐｐｍ以上、約１０，０００ｐｐｍ以上、約１５，０００ｐｐｍ以上、約２０，０００ｐｐｍ以上、約２５，０００ｐｐｍ以上、または約３０，０００ｐｐｍ以上、約３５，０００ｐｐｍ以上、約４０，０００ｐｐｍ以上、約４５，０００ｐｐｍ以上、約５０，０００ｐｐｍ以上、約５５，０００ｐｐｍ以上、または約６０，０００ｐｐｍ以上、またはそれ以上、またはその間の任意の範囲もしくは値のＮａＣｌ濃度を有する。

【0052】

いくつかの実施形態では、電気活性メッシュは、金属または非金属組成物を含むメッシュ陰極を含む。いくつかの実施形態では、電気活性メッシュは、金属または炭素系のメッシュを含むか、本質的にそれからなるか、またはそれからなる。いくつかの実施形態では、電気活性メッシュは、鋼、ステンレス鋼、酸化チタン、ニッケル及びニッケル合金、カーボンナノチューブ、ポリマー、及び／もしくはグラファイト、またはこれらの材料の他のハイブリッド組成物を含む。いくつかの実施形態では、電気活性メッシュは、約０．１μｍ～約１００００μｍ（例えば、約０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、１５００、２０００、３０００、４０００、５０００、６０００、７０００、８０００、９０００、または１００００μｍ）の範囲の直径を有する細孔を含む。

【0053】

いくつかの実施形態では、この方法は、鉱物化された二酸化炭素１トン当たり約２．５ＭＷｈ以下のエンドツーエンドエネルギー強度（ｅｎｄ－ｔｏ－ｅｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を利用する。いくつかの実施形態では、水溶液は、ある量の溶解した二酸化炭素を含み、この量は、大気の量まで緩衝される。

【0054】

いくつかの実施形態では、この電気活性メッシュは、電気活性メッシュの約２～２００００μｍ以内の隔離水溶液中で、インサイチュで、アルカリ条件の増加を生じる。いくつかの実施形態では、アルカリ化条件は、７以上、７．５以上、８以上、８．５以上、９以上、９．５以上、１０以上、１０．５以上、１１以上、１１．５以上、もしくは１２以上、またはその間の任意の範囲もしくは値のｐＨである。いくつかの実施形態では、アルカリ化条件は、約７、約７．５、約８、約８．５、約９、約９．５、約１０、約１０．５、約１１、約１１．５、約１２、約１２．５、約１３、約１３．５、もしくは約１４、またはその間の任意の範囲もしくは値のｐＨである。

【0055】

いくつかの実施形態では、炭酸塩固体の沈殿を誘導することは、溶液中の電気活性メッシュからなる円筒を回転させることを含み、一方、吸引を適用して、メッシュの外面上に溶液を引き込む。いくつかの実施形態では、この方法は、回転ディスク陰極（ｒｏｔａｔｉｎｇ ｄｉｓｃ ｃａｔｈｏｄｅ）を使用する。

【0056】

いくつかの実施形態では、溶液は、ブライン溶液である。いくつかの実施形態では、溶液は、アルカリ金属含有溶液である。いくつかの実施形態では、炭酸塩固体の沈殿を誘導することは、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、またはＡｌを含む少なくとも１つの炭酸塩の沈殿を誘導することを含む。いくつかの実施形態では、炭酸塩固体の沈殿を誘導することは、Ｃａ及び／またはＭｇを含む少なくとも１つの炭酸塩の沈殿を誘導することを含む。

【0057】

本開示のいくつかの実施形態は、電気活性メッシュを含む回転シリンダと流体接続する吸入装置と、固体を表面または溶液から分離するための掻取装置及び／または液体スプレー系の装置とを含む、フロースルー電解リアクター（ｆｌｏｗ－ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ ｒｅａｃｔｏｒ）を含む。

【0058】

ここで図４Ａを参照すると、膜のないリアクター４００は、数ギガトンのＣＯ_２を回収する可能性を有する海水中の電気化学的に促進された（Ｍｇ，Ｃａ）－炭酸塩及び／または水酸化物の沈殿に基づく、単一ステップの炭素隔離及び貯蔵（ｓＣＳ^２）戦略に適応するように概念化された。非限定的な例として、このようなプロセスは、２０２０年６月１２日に出願されたＰＣＴ公開番号ＷＯ２０２１／０６１２１３に開示されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0059】

塩基性ＣＯ_２鉱物化プロセスは、中性周囲のＣａ及びＭｇ含有溶液（例えば、海水、アルカリ金属に富む地下水、工業用排水、脱塩ブライン）をアルカリ化することによって達成され得る。本発明者らは、単一区画の連続攪拌タンクリアクター（ＣＳＴＲ）を使用することによって、概念化された多区画リアクター（ｍｕｌｔｉ－ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ ｒｅａｃｔｏｒ）の実現可能性を評価した。動作パラメータ（例えば、電圧、電流密度、及び水圧保持時間（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）（「ＨＲＴ」））もまた、設計の炭酸化エネルギー強度を実証するように選択され得る。

【0060】

さらに図４Ａを参照すると、リアクター４００は、大気及び／または濃縮ＣＯ_２蒸気を、リザーバ４０５内に含まれる隔離水溶液（例えば、海水）に導入するための１つ以上の空気入口４０４と流体連通する空気ポンプ４０１を含む。リアクターは、さらに、海水入口４０３及び海水出口４１１を含む。電極アセンブリ４０６は、隔離水溶液リザーバ４０５と流体的に接触し、バリア層４０８によって分離された回転ディスク陰極４０７及び陽極４０９を含む。回転ディスク陰極４０７（例えば、３１６Ｌステンレス鋼メッシュ）は、製品の除去及び回収のためにスクレーパ４１０を通過させるために、シャフト４０２の周りを回転されてもよい。このリアクターは、中和プール４１２をさらに含んでもよい。Ｏ_２は、陽極４０９で生成され得、Ｏ_２出口４１３で放出され得る。Ｈ_２は、回転ディスク陰極４０７で生成され得、Ｈ_２出口４１４で放出され得る。

【0061】

電解質は、以下の理由により多孔質バリアで分離され得る：（１）陽極液と陰極液との間の中和反応を最小限にすることにより、ＣＯ_２回収及び鉱物化のための安定な陰極ｐＨが可能になる；（２）分離された電解質は、リアクターのより高いエネルギー効率を促進する；（３）ガス流（Ｈ_２及びＯ_２）を別々に分割及び収集する必要がある場合がある；ならびに（４）大気ＣＯ_２鉱物化は、一般に、酸性化プロセスであり、生成された酸の余剰は、海洋の酸性化を回避するために保留する必要がある。

【0062】

さらに図４Ａを参照すると、陰極液は、大気ＣＯ_２が電解アルカリ度と反応して鉱物炭酸塩及び水酸化物を生成するように、空気パージされて、海水フラッシュされてもよい。オンラインｐＨモニタリングシステムを使用して、例えば、９．５～９．６で一定の陰極液ｐＨを達成するように印加電流を制御してもよい。このｐＨは、大気中のＣＯ_２の回収、またはＣＯ_２を含む濃縮蒸気（例えば、上述の吸収ステップで生成されたもの）からの回収を有利に最大化する。ステンレス鋼陰極４０７は、炭酸化触媒として疎水性メッシュ（例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）メッシュ）で覆ってもよい。

【0063】

ＰＰで覆われたステンレス鋼の陰極は、炭酸塩を除去するためにスクレーパ（例えば、金属ブラシ、ブレード、または高圧ノズル）を通過するように回転され得、それによって、ディスクが液体中に回転して戻る際に、後続の炭酸化のために陰極を再生する。多孔質バリア４０８（例えば、セルロースまたは他のポリマーフィルム）を使用して、陽極液（例えば、酸）を陰極液（例えば、アルカリ化海水）から分離し、海水の酸性化及びＣＯ_２脱ガスを防止してもよい。次いで、陽極液を中和プール４１２に循環させてもよく、生成された酸性度は、苦鉄質、超苦鉄質鉱物、及び岩石を溶解してアルカリ性に戻すために消費される。Ｃａリッチフライアッシュ及びミネラル（例えば、石膏）を用いて、陽極液中のＣａ^２＋を濃縮してもよい。

【実施例】

【0064】

実施例１：概念実証の２チャンバリアクター
ここで図４Ｂを参照すると、本開示によるプロセスを実証するために、２チャンバＣＳＴＲリアクター５００が、陽極液リザーバ５０５と陰極液リザーバ５０６とを分離するために、バリア層（この例では濾紙）５１２と共に使用された。０．３ＭのＮａ_２ＳＯ_４溶液を陽極液として使用し、海水組成物をシミュレートする溶液（ＩＮＳＴＡＮＴ ＯＣＥＡＮ（登録商標）塩を使用して調製）を、陰極液として使用し、入口５０２を介して導入し、出口５０３を介して除去した。ＰＰメッシュで覆われた３１６ステンレス鋼メッシュを陰極５０８として使用し、白金コーティングされたチタンプレートを陽極５０９として使用した。ＣＳＴＲセットアップでは、陰極液の流量をプログラム可能なシリンジポンプ（Ｎｅｗ Ｅｒａ Ｐｕｍｐ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．）によって制御し、一方、蠕動ポンプを使用して陽極液の流量を制御した。陰極液ｐＨを９．５に維持した。効果的な混合及びＣＯ_２平衡化は、空気ポンプ５０１を用いたエアレーションによって可能にされ、これは、入口５０４を介して空気を導入する。ｐＨコントローラ５１０は、陽極チャンバ５０６および隔離水溶液リザーバ５０５内の所望のｐＨを維持する。陽極液プール５０７は、陽極チャンバ５０６と流体連結している。

【0065】

ここで図５Ａ～Ｆを参照すると、２組の実験（１５０分－ＨＲＴ及び１０分－ＨＲＴ）を様々な操作パラメータで行った。バリア（濾紙）は、酸性化された電解質及びアルカリ化された電解質を効果的に分離し、膜なし設定（ｍｅｍｂｒａｎｅ－ｌｅｓｓ ｓｅｔｕｐ）の実現可能性を実証した。約３０％のＣａ除去が１５０分－ＨＲＴ実験において達成されたが（図５Ｃ）、１０分－ＨＲＴ実験は、同様であるが、より低いＣａ除去速度を達成し（約２５％、図５Ｄ）、しかし、リアクターははるかに速い流速に対応した。

【0066】

両方の実験の海水流出液を９．５のｐＨで制御したが、１５０分－ＨＲＴ実験（１．５ｍＭ、図５Ｅ）で観察されたものと比較して、ＨＲＴが１０分の場合（図５Ｆ）、ＩＣ濃度はより高い（２ｍＭ）。Ｃａ除去及び流出物ＩＣから計算すると、１０分－ＨＲＴ実験は、１５０分－ＨＲＴ実験（約０．０７ｇの大気ＣＯ_２／Ｌ海水）と比較して、大気ＣＯ_２鉱物化（約０．０９ｇの大気ＣＯ_２／Ｌ海水）に関してはるかに効率的である。さらに、両方の実験からの流出物中のＩＣの高いｐＨ及び存在量は、海中に排出された場合に、さらなるＣＯ_２回収能力を与える。図５Ｅ及び５Ｆの挿入図に示すように、ＣＯ_２は、ＰＰメッシュ上に厚いが脆性のスケールを形成するアラゴナイト（ＣａＣＯ_３）として鉱物化され、単純な掻き取りプロセスによる容易な除去を可能にした。

【0067】

炭酸化プロセスの電気エネルギー強度（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）（ＥＥＩ）を、以下の式（７）を用いて算出した。

【数1】

式中、Ｕ及びＩは、印加電圧及び電流（それぞれＭＶ、ｋＶ、Ｖ、またはｍＶ、及びＡで表す）であり、Ｆは流量（Ｌ／ｈ）であり、Ｒは大気ＣＯ_２（ＣＯ_２（トン数）／Ｌ（海水）で表す）除去速度である。結果として、１０分－ＨＲＴ実験のエネルギー効率は、１５０分－ＨＲＴ実験（１０．７ＭＷｈ／ｔ ＣＯ_２）及び添加剤としてＮａＯＨを使用する海水アルカリ化（４．５ＭＷｈ／ｔ ＣＯ_２）と比較して、大気ＣＯ_２に対して顕著（２．１－４．０ＭＷｈ／ｔ ＣＯ_２）である。

【0068】

実施例２（予測的）：
実施例１に記載のリアクター構成は、空気パージによるＣａＣＯ_３の形成に有用であるが、ＭｇＣＯ_３の形成は、上述の動力学的制限のせいで起こらない。ＭｇＣＯ_３の形成がないと、システムのＣＯ_２除去能力が５分の１を超えて低下する。この制限に取り組むために、上述の鉱物化プロセスは、低エネルギーのアミン系ＤＡＣプロセス（例えば、２０２１年４月１６日に出願されたＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２２／２５０２８に開示されたものと同様であり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる）と組み合わされる。このプロセス（図１Ｂに概略的に示す）は、アミン溶液（ｐＨ＞１０）を使用して、気相流からＣＯ_２を吸収する。しかし、ＣＯ_２－リッチアミンは、プロトンが陽極の水溶液（及び陰極の水酸化物イオン）から生成される電気化学セルで再生される。これらのプロトンは、リッチアミン溶液中に拡散し、アミン溶液のｐＨの低下（ｐＨ＜７）と、カルバミン酸イオンの分解と、ＣＯ_２の放出とを生じる。（塩橋（ｓａｌｔ ｂｒｉｄｇｅ）は、アミン溶液中の電荷中性を維持するためのアニオンと、陰極溶液へのカチオンとを供給する。）ＣＯ_２は、１～９９％のＣＯ_２を含有するガス流として放出され、これは海水に吸収されて、溶解した無機炭素濃度を＞＞１０ｍＭレベルまで増加し得、これはＣａＣＯ_３、及びＭｇＣＯ_３の両方の鉱物化に十分である。

【0069】

ＣＯ_２が放出された後、アミン溶液は、強塩基アニオン交換樹脂を用いたイオン交換を介して高ｐＨに回復される。陰極からの塩基性溶液を用いてイオン交換樹脂を再生し、それによって塩橋溶液（ｓａｌｔ ｂｒｉｄｇｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）への再循環のために塩を回収する。このｐＨ－スイングプロセスは、周囲温度で起こり、したがって、少なくとも以下の利点を提供する：（１）より単純なプロセス装置要件；（２）完全なアミン再生（したがって、最大吸脱着量差）；及び（３）溶媒損失の減少。重要なことには、このプロセスは、熱スイングプロセス（回収された１トンのＣＯ_２当たり＞５．０ＭＷｈ）と比較して、約２ｘ低エネルギー（回収された１トンのＣＯ_２当たり２．８ＭＷｈ）を必要とする。

【0070】

本明細書で使用する場合、文脈上明らかに別段に示されている場合を除き、「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」という単数の用語には、複数の言及物が含まれる。したがって、例えば、文脈が他の方法で明確に指示しない限り、ある物体への言及は、複数の物体を含み得る。

【0071】

本明細書で使用される場合、「セット」という用語は、１つ以上の物体の集合を指す。したがって、例えば、物体のセットは、単一の物体または複数の物体を含んでもよい。

【0072】

本明細書で使用する場合、用語、「実質的に」、及び「約」は、小さな変動を記述し、説明するために使用される。事象または状況と合わせて使用するとき、この用語は、事象または状況が近い近似値で発生する事象だけではなく、その事象または状況が非常に近似して発生する事象を指す場合もある。例えば、数値と合わせて使用するとき、この用語は、例えば±５％以下、±４％以下、±３％以下、±２％以下、±１％以下、±０．５％以下、±０．１％以下、または±０．０５％以下等のその数値の±１０％以下の変動範囲を包含し得る。

【0073】

本明細書で使用される場合、「サイズ」という用語は、ある物体の特性寸法（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を指す。従って、例えば、ある円形の物体のサイズは、その物体の直径を指す場合もある。非円形である物体の場合、非円形の物体のサイズは、対応する円形物体の直径を指す場合もあり、この対応する円形物体は、非円形の物体の直径と実質的に同じ導出可能なまたは測定可能な特性の特定のセットを示すか、または有する。代替として、または併せて、非円形物体のサイズは、物体の様々な直交寸法の平均を指す場合がある。従って、例えば、楕円である物体のサイズは、その物体の長軸と短軸の平均を指す場合がある。特定のサイズを有する物体のセットを参照する場合、その物体は、特定のサイズの周りのサイズの分布を有する場合があることが企図される。したがって、本明細書で使用される場合、物体のセットのサイズは、平均サイズ、中央サイズ、またはピークサイズなど、サイズの分布の典型的なサイズを指す場合がある。

【0074】

さらに、量、比率、及び他の数値は、範囲形式で本明細書に提示されることもある。係る範囲形式が便宜上、及び簡略に使用され、範囲の制限として明示的に指定された数値を含むが、あたかも各数値及び部分的な範囲が明示的に指定されるかのように、その範囲内に包含されたすべての個々の数値または部分的な範囲を含むと柔軟に解釈されるべきであることを理解されたい。例えば、約１～約２００の範囲の比は、約１～約２００の明確に記載された制限を含むが、約２、約３、及び約４などの個々の比、ならびに約１０～約５０、約２０～約１００などの部分範囲も含むと理解されるべきである。

【0075】

本開示を、その特定の実施形態を参照して説明してきたが、当業者は、添付の特許請求の範囲に定義されるような本開示の真の主旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変更が行われてもよく、均等物が置き換えられてもよいことを理解されたい。さらに、特定の状況、材料、物質の組成、方法、操作（複数可）を、本開示の目的、主旨、及び範囲に適応させるために、多くの修正が行われてもよい。すべてのそのような修正は、添付の特許請求の範囲内であることが意図される。詳細には、特定の方法が、特定の順序で実行される特定の操作に関して説明されているが、これらの操作が、本開示の教示から逸脱することなく同等の方法を形成するために組み合わされてもよく、細分化されてもよく、または再順序付けされてもよいことが理解される。したがって、本明細書において明確に示されない限り、操作の順序及び分類は本開示の制限ではない。

【0076】

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８．Ｒｏｕｓｓａｎａｌｙａ，Ｓ．；Ｆｕａ，Ｃ．；Ｖｏｌｄｓｕｎｄａ，Ｍ．；Ａｎａｎｔｈａｒａｍａｎａ，Ｒ．；Ｓｐｉｎｅｌｌｉｂ，Ｍ．；Ｒｏｍａｎｏｂ，Ｍ．，Ｔｅｃｈｎｏ－ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＭＥＡ ＣＯ２ ｃａｐｔｕｒｅ ｆｒｏｍ ａ ｃｅｍｅｎｔ ｋｉｌｎ － ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｓｔｅａｍ ｓｕｐｐｌｙ ｓｃｅｎａｒｉｏ．Ｅｎｅｒｇｙ Ｐｒｏｃｅｄｉａ ２０１７，１１４，６２２９－６２３９．
９．Ｌｉｕ，Ｙ．；Ｙｅ，Ｈ．－Ｚ．；Ｄｉｅｄｅｒｉｃｈｓｅｎ，Ｋ．Ｍ．；Ｖａｎ Ｖｏｏｒｈｉｓ，Ｔ．；Ｈａｔｔｏｎ，Ｔ．Ａ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ ｍｅｄｉａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｑｕｉｎｏｎｅ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｉｎ ｓａｌｔ－ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ａｑｕｅｏｕｓ ｍｅｄｉａ．Ｎａｔ Ｃｏｍｍｕｎ ２０２０，１１（１），２２７８－２２７８．
１０．Ｒａｈｉｍｉ，Ｍ．；Ｃａｔａｌｉｎｉ，Ｇ．；Ｐｕｃｃｉｎｉ，Ｍ．；Ｈａｔｔｏｎ，Ｔ．Ａ．，Ｂｅｎｃｈ－ｓｃａｌｅ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＯ２ ｃａｐｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ａｎ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ ｄｒｉｖｅｎ ｐｒｏｔｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．ＲＳＣ Ａｄｖａｎｃｅｓ ２０２０，１０（２９），１６８３２－１６８４３．
１１．Ｓｔｅｒｎ，Ｍ．Ｃ．；Ｈａｔｔｏｎ，Ｔ．Ａ．，Ｂｅｎｃｈ－ｓｃａｌｅ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＯ２ ｃａｐｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ－ｍｅｄｉａｔｅｄ ａｍｉｎｅ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ．ＲＳＣ Ａｄｖａｎｃｅｓ ２０１４，４（１２），５９０６．
１２．Ｓｔｅｒｎ，Ｍ．Ｃ．；Ｓｉｍｅｏｎ，Ｆ．；Ｈｅｒｚｏｇ，Ｈ．；Ｈａｔｔｏｎ，Ｔ．Ａ．，Ｐｏｓｔ－ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｃａｐｔｕｒｅ ｕｓｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ ｍｅｄｉａｔｅｄ ａｍｉｎｅ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ．Ｅｎｅｒｇｙ ＆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２０１３，６（８），２５０５．
１３．Ｖｏｓｋｉａｎ，Ｓ．；Ｈａｔｔｏｎ，Ｔ．Ａ．，Ｆａｒａｄａｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏ－ｓｗｉｎｇ ｒｅａｃｔｉｖｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｆｏｒ ＣＯ２ ｃａｐｔｕｒｅ．Ｅｎｅｒｇｙ ＆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２０１９，１２（１２），３５３０－３５４７．
１４．Ｗａｎｇ，Ｍ．；Ｈａｒｉｈａｒａｎ，Ｓ．；Ｓｈａｗ，Ｒ．Ａ．；Ｈａｔｔｏｎ，Ｔ．Ａ．，Ｅｎｅｒｇｅｔｉｃｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ ｍｅｄｉａｔｅｄ ａｍｉｎｅ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｆｌｕｅ ｇａｓ ＣＯ２ ｃａｐｔｕｒｅ．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ Ｇａｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ ２０１９，８２，４８－５８．
１５．Ｗａｎｇ，Ｍ．；Ｈｅｒｚｏｇ，Ｈ．Ｊ．；Ｈａｔｔｏｎ，Ｔ．Ａ．，ＣＯ２ Ｃａｐｔｕｒｅ Ｕｓｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ Ｍｅｄｉａｔｅｄ Ａｍｉｎｅ Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ．Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ２０２０，５９（１５），７０８７－７０９６．
１６．Ｗａｎｇ，Ｍ．；Ｒａｈｉｍｉ，Ｍ．；Ｋｕｍａｒ，Ａ．；Ｈａｒｉｈａｒａｎ，Ｓ．；Ｃｈｏｉ，Ｗ．；Ｈａｔｔｏｎ，Ｔ．Ａ．，Ｆｌｕｅ ｇａｓ ＣＯ２ ｃａｐｔｕｒｅ ｖｉａ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ ｍｅｄｉａｔｅｄ ａｍｉｎｅ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ： Ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ ２０１９，２５５，１１３８７９．
１７．Ａｄｅｎｉｅｒ，Ａ．；Ｃｈｅｈｉｍｉ，Ｍ．Ｍ．；Ｇａｌｌａｒｄｏ，Ｉ．；Ｐｉｎｓｏｎ，Ｊ．；Ｖｉｌａ，Ｎ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｌｉｐｈａｔｉｃ Ａｍｉｎｅｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ ｔｏ Ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ Ｍｅｔａｌ Ｓｕｒｆａｃｅｓ．Ｌａｎｇｍｕｉｒ ２００４，２０，８２４３－８２５３．
１８．Ｉｖｙ，Ｊ．Ｓｕｍｍａｒｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ；Ｍｉｌｅｓｔｏｎｅ Ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ Ｒｅｐｏｒｔ ＮＲＥＬ／ＭＰ－５６０－３６７３４；２００４．
１９．Ｒａｕ，Ｇ．Ｈ．；Ｃａｒｒｏｌｌ，Ｓ．Ａ．；Ｂｏｕｒｃｉｅｒ，Ｗ．Ｌ．；Ｓｉｎｇｌｅｔｏｎ，Ｍ．Ｊ．；Ｓｍｉｔｈ，Ｍ．Ｍ．；Ａｉｎｅｓ，Ｒ．Ｄ．，Ｄｉｒｅｃｔ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｍｉｎｅｒａｌｓ ｆｏｒ ａｉｒ ＣＯ２ ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃａｒｂｏｎ－ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｈ２ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｐｒｏｃ Ｎａｔｌ Ａｃａｄ Ｓｃｉ Ｕ Ｓ Ａ ２０１３，１１０（２５），１００９５－１０１００．
２０．Ａｒｓｈａｄ，Ｍ．Ｗ．；Ｆｏｓｂｏｌ，Ｐ．Ｌ．；ｖｏｎ Ｓｏｌｍｓ，Ｎ．；Ｓｖｅｎｄｓｅｎ，Ｈ．Ｆ．；Ｔｈｏｍｓｅｎ，Ｋ．，Ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＣＯ２ ｉｎ Ａｌｋａｎｏｌａｍｉｎｅｓ．Ｅｎｅｒｇｙ Ｐｒｏｃｅｄｉａ ２０１４，５１，２１７－２３３．
２１．Ａｒｓｈａｄａ，Ｍ．Ｗ．；Ｆｏｓｂｏｌａ，Ｐ．Ｌ．；Ｎｉｃｏｌａｓ ｖｏｎ Ｓｏｌｍｓａ，Ｈ．；Ｓｖｅｎｄｓｅｎｂ，Ｆ．；Ｔｈｏｍｓｅｎａ，Ｋ．，Ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＣＯ２ ｉｎ Ａｌｋａｎｏｌａｍｉｎｅｓ．Ｅｎｅｒｇｙ Ｐｒｏｃｅｄｉａ ２０１４，５１，２１７－２２３．

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図5F】

【国際調査報告】