特表 2024-538151 Ｍｇ（ＯＨ）２の生産及びＣＯ２の鉱物固定化を可能にする海水の電気分解

(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】2024-10-18

(54)【発明の名称】Ｍｇ（ＯＨ）２の生産及びＣＯ２の鉱物固定化を可能にする海水の電気分解

(51)【国際特許分類】

   C01F 5/14 20060101AFI20241010BHJP

【ＦＩ】

C01F5/14

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024522672

(86)(22)【出願日】2022-10-18

(85)【翻訳文提出日】2024-04-16

(86)【国際出願番号】 US2022078300

(87)【国際公開番号】W WO2023069947

(87)【国際公開日】2023-04-27

(31)【優先権主張番号】63/256,888

(32)【優先日】2021-10-18

(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】チェン， シン

(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】サント， ガウラブ

(72)【発明者】

【氏名】ジャスビー， デイビッド

(72)【発明者】

【氏名】シモネッティ， ダンテ アダム

(72)【発明者】

【氏名】トレイナー， トーマス

【テーマコード（参考）】

4G076

【Ｆターム（参考）】

4G076AA10

4G076AB24

4G076BA13

4G076BC02

(57)【要約】

１種以上の水酸化物固体を製造する方法は、電解質溶液を含む陰極液を提供すること、陰極液を電気活性のある網目状の陰極と接触させて電気分解的に水酸化物イオンを発生させ、それによって１種以上の水酸化物固体（複数可）を析出させること、及び１種以上の水酸化物固体を、それらが堆積する場合がある網の表面から除去することを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

１種以上の水酸化物固体を製造するための方法であって、
電解質溶液を含む陰極液を提供すること、
前記陰極液を電気活性のある網目状の陰極と接触させて、水酸化物イオンを電解生成させ、それによって前記１種以上の水酸化物固体を沈殿させること、
を含む前記方法。

【請求項2】

前記電解質溶液が２価の金属陽イオンを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記２価陽イオンがＭｇ^２＋、Ｃａ^２＋、またはＭｇ^２＋及びＣａ^２＋の両方のイオンを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記２価陽イオンがＭｇ^２＋イオンを含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記電解質溶液が塩水または海水を含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

前記電解質溶液が海水を含む、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記塩水または海水中のＮａＣｌ濃度が、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以上である、請求項５または６に記載の方法。

【請求項8】

前記電解質溶液が、約２ｐｐｍ以上、約１０ｐｐｍ以上、約５０ｐｐｍ以上、約１００ｐｐｍ以上、約２００ｐｐｍ以上、約３００ｐｐｍ以上、約４００ｐｐｍ以上、約５００ｐｐｍ以上、約６００ｐｐｍ以上、約７００ｐｐｍ以上、約８００ｐｐｍ以上、約９００ｐｐｍ以上、約１０００ｐｐｍ以上、約１１００ｐｐｍ以上、約１２００ｐｐｍ以上、約１３００ｐｐｍ以上、約１４００ｐｐｍ以上、または約１５００ｐｐｍ以上のＣａ当量濃度またはＭｇ当量濃度を有する、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項9】

前記電解質溶液が約１０００ｐｐｍ以上のＭｇ換算濃度を有する、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記１種以上の水酸化物固体が、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ｃａ（ＯＨ）_２、またはＭｇ（ＯＨ）_２及びＣａ（ＯＨ）_２の両方を含む、請求項１～９のいずれか１項に記載の方法。

【請求項11】

前記１種以上の水酸化物固体がＭｇ（ＯＨ）_２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】

前記電気活性のある網目状の陰極が、その上に配置された電気活性のある網を有する回転盤型の陰極を含む、請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項13】

前記網の表面から前記１種以上の水酸化物固体を除去することをさらに含む、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。

【請求項14】

前記網の表面から前記１種以上の水酸化物固体を除去することが、前記網の表面を削ることを含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記網の表面から前記１種以上の水酸化物固体を除去することが、スクレーパーを越えて前記回転盤型の陰極を回転させることを含む、請求項１３または１４に記載の方法。

【請求項16】

前記電気活性のある網が、金属組成物、非金属組成物、または金属及び非金属組成物のハイブリッドから構成される網目状の陰極を含む、請求項１～１５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項17】

前記網目状の陰極が、ステンレス鋼、酸化チタン、カーボンナノチューブ、１種以上のポリマー、グラファイト、またはそれらの組合せを含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記網目状の陰極がステンレス鋼を含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記電気活性のある網が、約０．１μｍ～約１００００μｍの範囲の直径を有する細孔から構成される、請求項１～１８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項20】

ｐＨが９より大きいアルカリ化廃液を形成することをさらに含む、請求項１～１９のいずれか１項に記載の方法。

【請求項21】

１０を超えるｐＨを有するアルカリ化廃液を形成することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

陽極液が酸を含む、請求項１～２１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項23】

前記陽極液が約６未満のｐＨを有する、請求項２２に記載の方法。

【請求項24】

前記陰極液と前記陽極液とを分離する隔壁を設けることをさらに含む、請求項１～２４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項25】

前記隔壁がポリマーを含む、請求項２４に記載の方法。

【請求項26】

前記隔壁がセルロース、ポリ塩化ビニル、有機ゴム、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはそれらの任意の組合せを含む、請求項２５に記載の方法。

【請求項27】

前記陽極液を中和プールに循環させることをさらに含む、請求項１～２６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項28】

前記中和プールが苦鉄質物質、超苦鉄質物質、カルシウムに富む飛散灰、鉱滓、またはそれらの任意の組合せを含む、請求項２７に記載の方法。

【請求項29】

電気分解的に水酸化物イオンを発生させることが、５０μＡ／ｃｍ^２超の電流密度で行われる、請求項１～２８のいずれか１項に記載の方法。

【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１０月１８日に出願された米国仮出願第６３／２５６，８８８号の優先権の利益を主張するものであり、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【0002】

政府支援に関する記述
本発明は、米国エネルギー省から授与された契約番号ＤＥ－ＦＥ００３１７０５に基づく政府の支援により行われた。政府は本発明について一定の権利を有する。

【背景技術】

【0003】

海洋炭素貯留は、大気中の炭素濃度を低減するための経路である。海洋は、Ｈ_２ＣＯ_３、ＨＣＯ_３ ^－、及びＣＯ_３ ^２－種として溶解した形で貯蔵されている、約３８，０００ギガトンの炭素の広大な貯蔵庫である^１。海洋水から２価の金属炭酸塩固体を形成することによる海洋からの炭素回収は、このプロセスによるｐＨの低下により、炭素貯蔵容量を低下させる可能性がある。しかし、海洋水のｐＨが上昇すると、ヘンリーの法則に従ってこの貯蔵容量が増加する場合がある（例えば、ｐＨに対する海水のＣＯ_２吸収量のプロットを示した図１Ａを参照）。したがって、金属水酸化物のようなアルカリ性物質を海水に添加すると、ｐＨが上昇し、炭素貯蔵容量が回復する可能性がある。

【0004】

工業用途のブルース石（Ｍｇ（ＯＨ）_２）は、炭酸マグネシウムを焼成して生成したＭｇＯの水和によって自然に得られるもの、またはアルカリ性を供給することによって海水から沈殿させて得られるものがある。海水は、特に塩化物塩と硫酸塩の形で、多量のＭｇ^２＋イオンを含んでいる。したがって、海水はブルース石生成の源となり得る。海洋水からブルース石を生成する効率的な方法が必要とされている。さらに、海洋水のｐＨを上昇させる方法、特に炭素回収方法の一部として海洋水のｐＨを上昇させる方法が必要とされている。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、水酸化物固体、特にＭｇ（ＯＨ）_２固体を製造する方法に関する。いくつかの実施形態において、本開示は、１種以上の水酸化物固体を製造する方法であって、
電解質溶液を含む陰極液を提供すること、
該陰極液を電気活性のある網目状の陰極と接触させて、水酸化物イオンを電解生成させ、それによって１種以上の水酸化物固体を沈殿させること、
を含む、方法を提供する。

【0006】

いくつかの実施形態において、電解質溶液は二価の金属陽イオンを含む。特定の実施形態において、電解質溶液は、Ｍｇ２＋イオン、Ｃａ２＋イオン、またはＭｇ２＋イオン及びＣａ２＋イオンの両方を含む。特に好ましい実施形態において、二価陽イオンはＭｇ２＋イオンを含む。

【0007】

特定の実施形態において、電解質溶液は塩水または海水を含む。好ましくは、電解質溶液は海水を含む。

【0008】

特定の実施形態において、塩水または海水は、ＮａＣｌを塩水または海水中に約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以上の濃度で含む。好ましくは、ＮａＣｌ濃度は約３５，０００ｐｐｍ以上である。

【0009】

特定の実施形態において、電解質溶液は、約２ｐｐｍ以上、約１０ｐｐｍ以上、約５０ｐｐｍ以上、約１００ｐｐｍ以上、約２００ｐｐｍ以上、約３００ｐｐｍ以上、約４００ｐｐｍ以上、約５００ｐｐｍ以上、約６００ｐｐｍ以上、約７００ｐｐｍ以上、約８００ｐｐｍ以上、約９００ｐｐｍ以上、約１０００ｐｐｍ以上、約１１００ｐｐｍ以上、約１２００ｐｐｍ以上、約１３００ｐｐｍ以上、約１４００ｐｐｍ以上、または約１５００ｐｐｍ以上のＣａ当量濃度またはＭｇ当量濃度を有する。好ましくは、電解質溶液は、約１０００ｐｐｍ以上のＭｇ当量濃度を有する。

【0010】

いくつかの実施形態において、１種以上の水酸化物固体は、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｃａ（ＯＨ）_２、またはＭｇ（ＯＨ）₂及びＣａ（ＯＨ）_２の両方を含む。好ましくは、１種以上の水酸化物固体は、Ｍｇ（ＯＨ）_２を含む。

【0011】

いくつかの実施形態において、電気活性のある網目状の陰極は、回転盤型の陰極を備える。特定の実施形態において、回転盤型の陰極は、その上に配置された電気活性のある網を有する。

【0012】

いくつかの実施形態において、本方法は、網の表面から１種以上の水酸化物固体を除去することをさらに含む。特定の実施形態において、網の表面から１種以上の水酸化物固体を除去することは、網の表面を削ることを含む。

【0013】

陰極が回転盤型の陰極であるいくつかの実施形態において、網の表面から１種以上の水酸化物固体を除去することは、スクレーパーを越えて回転盤型の陰極を回転させることを含む。

【0014】

特定の実施形態において、電気活性のある網目状の陰極は、金属組成物、非金属組成物、または金属組成物及び非金属組成物のハイブリッドを含む。

【0015】

いくつかの実施形態において、電気活性のある網目状の陰極は、ステンレス鋼、酸化チタン、カーボンナノチューブ、１種以上のポリマー、グラファイト、またはそれらの組合せを含む。好ましくは、網目状の陰極はステンレス鋼を含む。

【0016】

いくつかの実施形態において、電気活性のある網は、約０．１μｍ～約１００００μｍの範囲の直径を有する細孔を備える。

【0017】

いくつかの実施形態において、本方法は、９より大きいｐＨ、他の実施形態においては、１０より大きいｐＨを有するアルカリ化された廃液を形成することを含む。

【0018】

いくつかの実施形態において、陽極液は酸を含む。特定の実施形態において、酸は約６未満のｐＨを有する。

【0019】

いくつかの実施形態において、本方法は、陰極液と陽極液とを分離する隔壁を提供することをさらに含む。いくつかの実施形態において、隔壁は、セルロース、ポリ塩化ビニル、有機ゴム、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはそれらの任意の組合せなどのポリマーを含む。

【0020】

他の実施形態において、本方法は、中和プールに陽極液を循環させることをさらに含む。中和プールは、苦鉄質材料、超苦鉄質材料、カルシウムに富む飛散灰、鉱滓、またはそれらの任意の組合せを含む場合がある。

【0021】

いくつかの実施形態において、水酸化物イオンの電解生成は、５０μＡ／ｃｍ^２より大きい電流密度で実施される。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1A】海水のＣＯ_２取り込み容量のｐＨに対するプロットを示す。

【図1B】Ｍｇ（ＯＨ）_２溶解による海水のＣＯ_２取り込み容量向上のプロットを示す。

【図2】様々な実施形態による、ブルース石鉱物固定化（ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ）反応器の概略図を示す。

【図3A】電流密度の関数としての、海水１Ｌあたりのブルース石生成及び除去速度のプロットを示す。

【図3B】陰極上に形成されたブルース石沈殿物の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。

【図3C】陰極上に形成されたブルース石沈殿物のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを示す。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本開示によるプロセスは、海洋アルカリ度を高め、大気中の二酸化炭素の溶解を促進するためにブルース石（Ｍｇ（ＯＨ）_２）沈殿物を形成する、電気化学的に強化された電気分解反応に基づく。そのようなプロセスには、２０２２年６月２８日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２２／３５２８９号、２０２０年６月１２日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０／３７６２９号、及び２０２２年４月１５日に出願された米国出願第１７／７２２０３６号に開示されたものが含まれるが、これらに限定されず、これらの全体は参照により本明細書に組み込まれる。

【0024】

図１Ａに示すように、海水のｐＨを上昇させると、Ｈ_２ＣＯ_３、ＨＣＯ_３ ^－及びＣＯ_３ ^２－イオンの種分化を記述する平衡定数、及びヘンリーの法則に従って、海水の炭素貯蔵容量は増加する。特に、アルカリ性（例えば、カルシウム及びマグネシウムに富む）固体の海洋表面への溶解は、ｐＨを有利に上昇させ、ＣＯ_２の追加的な取り込みを可能にする。ＣＯ_２取り込み量（最初の固体または液体材料の質量あたりの、固体生成物に取り込まれたＣＯ_２の質量、または溶解イオンとして定量化される）は、気体ＣＯ_２を安定した固体または溶解イオンに隔離する材料の効率を表す。ＣＯ_２の取り込みを促進することで、人為起源のガス状ＣＯ_２を影響力のある形で除去することができる。

【0025】

図１Ｂに示すように、ブルース石（Ｍｇ（ＯＨ）_２）を海水中に、平衡になるまで添加する場合があり、その結果、ｐＨは９．１になるが、これは、海水の典型的なｐＨであるｐＨ８．２の場合と比較して、溶存ＣＯ_２の総量が約３倍増加することに相当する。工業用途のブルース石は、例えば炭酸マグネシウムを焼成して生成したＭｇＯの水和によって自然に得られるか、またはアルカリ性の供給によって海水から沈殿して得ることができる。図１Ｂは、ブルース石の溶解によって強化されたＣＯ_２吸収容量を示している。溶解したブルース石１モルあたり、約１．６モルの大気中のＣＯ_２吸収を促進することができる。

【0026】

本開示では、ブルース石のような金属水酸化物固体は、１Ｌあたり約５５ｍｍｏｌのＭｇを含む海水を使用するか、または他のＭｇに富む塩水を供給材として使用する電気化学プロセスによって製造される場合がある。いくつかの実施形態において、ブルース石沈殿物を製造するために、膜なし反応器が使用される場合がある。このような膜なし反応器の利点には、エネルギー要件が低いこと、維持費及び運転費が低減されること、ならびに規模が大きくなるにつれて製造費が低減されることが含まれる場合がある。

【0027】

いくつかの実施形態において、本開示による方法は、電解質溶液を含む陰極液を提供すること、及び該陰極液を電気活性のある網目状の陰極と接触させて電気分解的に水酸化物イオンを生成し、それによって１種以上の水酸化物固体を沈殿させることを含む。

【0028】

いくつかの実施形態において、本方法は、１種以上の水酸化物固体が堆積する場合がある網の表面から、１種以上の水酸化物固体を除去することをさらに含む。

【0029】

ＣＯ_２鉱物固定化プロセスは、中性付近のＣａ及びＭｇを含有する溶液（例えば、海水、アルカリ金属に富む地下水、工業廃水、または脱塩塩水）をアルカリ化することによって達成することができる。いくつかの実施形態において、本方法は単室型連続攪拌槽反応器（ＣＳＴＲ）を使用する。電圧、電流密度、及び水力学的滞留時間（「ＨＲＴ」）のような操作パラメータは、設計の水酸化エネルギー強度を最小化するように選択される。

【0030】

図２に目を向けると、本発明の特定の実施形態を実施するのに有用な膜なし反応器が示されている。膜なし電気分解反応器２００は、陰極液から水酸化物固体を電気化学的に沈殿させるために概念化された。いくつかの実施形態において、水酸化物形成プロセスは、海水、アルカリ金属に富む地下水、工業廃水、または脱塩塩水のような、中性付近のＣａ及びＭｇを含有する溶液をアルカリ化することによって有利に達成することができる。本発明者らは、単室型連続攪拌槽反応器（ＣＳＴＲ）を用いて、概念化された複数室型反応器の実現可能性を評価した。操作パラメータ（例えば、電圧、電流密度、及び水力学的滞留時間（「ＨＲＴ」））も、設計の炭酸化エネルギー強度を実証するために選択される場合がある。

【0031】

さらに図２を参照すると、反応器２００は、海水、アルカリ金属に富む地下水、工業廃水、脱塩塩水などの陰極液を含む貯留槽４０５を含む。反応器はさらに、陽極液入口２０３及び出口２１１を含む。電極組立体２０６は、水性隔離液貯留槽２０５と流体接触しており、隔壁層２０８によって分離された回転盤型陰極２０７及び陽極２０９を含む。回転盤型陰極２０７（例えば、３１６Ｌステンレス鋼製の網）は、生成物の除去及び収集のためにスクレーパー２１０を通過させるために、軸２０２の周りを回転する場合がある。反応器は、中和プール２１２をさらに含む場合がある。Ｏ_２は陽極２０９で生成される場合があり、Ｏ_２出口２１３で放出される場合がある。Ｈ_２は、回転盤型の陰極２０７で生成される場合があり、Ｈ_２出口２１４で放出される場合がある。

【0032】

回転盤型陰極を含む実施形態において、炭酸塩固体の沈殿を誘導することは、溶液を網の外面上に吸引しながら、溶液中の電気活性のある網を備える円筒を回転させることを含む。

【0033】

以下の理由により、電解質を多孔質隔壁で仕切る場合がある：（１）最小限度にされた陽極液及び陰極液間の中和反応は、効果的な鉱物固定化のための安定した陰極ｐＨを可能にする、（２）分離された電解質は、反応器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）は、別々に分割して回収する必要がある場合がある。

【0034】

さらに図２を参照すると、オンラインｐＨ監視システムが、例えば、陰極液ｐＨが一定または９超になるように印加電流を制御するために、使用される場合がある。陽極液は、いくつかの実施形態において、を提供し得る。

【0035】

いくつかの実施形態において、反応器は、陰極液及び陽極液を含む。陰極液は、陰極の周囲を流れるように、または陰極を通って流れるように構成された電解質溶液である場合がある。陽極液は、陽極の周りを流れるように、または陽極を通って流れるように構成された電解質である場合がある。陰極液は電解質溶液を含む場合がある。

【0036】

いくつかの実施形態において、電解質溶液は、Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋、またはＭｇ^２＋及びＣａ^２＋両方のイオンなどの二価金属陽イオンを含む。特に好ましい実施形態において、電解質溶液はＭｇ^２＋イオンを含む。

【0037】

いくつかの実施形態において、電解質溶液は、海水または塩水を含む。好ましくは、電解質は海水である。いくつかの実施形態において、電解質溶液は、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、もしくは約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、もしくは約６０，０００ｐｐｍ以上、またはそれ以上、またはそれらの間の任意の範囲もしくは値のＮａＣｌ濃度を有する。好ましい実施形態において、電解質溶液は、約３５，０００ｐｐｍ以上のＮａＣｌ濃度を有する。

【0038】

いくつかの実施形態において、陰極液は、約２ｐｐｍ以上、約１０ｐｐｍ以上、約５０ｐｐｍ以上、約１００ｐｐｍ以上、約２００ｐｐｍ以上、約３００ｐｐｍ以上、約４００ｐｐｍ以上、約５００ｐｐｍ以上、約６００ｐｐｍ以上、約７００ｐｐｍ以上、約８００ｐｐｍ以上、約９００ｐｐｍ以上、約１０００ｐｐｍ以上、約１１００ｐｐｍ以上、約１２００ｐｐｍ以上、約１３００ｐｐｍ以上、約１４００ｐｐｍ以上、または約１５００ｐｐｍ以上のＣａ当量またはＭｇ当量濃度を有する。好ましくは、陰極液溶液は、約１０００ｐｐｍ以上のＭｇ当量濃度を有する。Ｃａ当量及びＭｇ当量とは、電解質溶液中のＣａ及びＭｇの塩を指す。好ましくは、塩は塩化物塩または硫酸塩である。

【0039】

いくつかの実施形態において、陽極液は酸を含む。いくつかの実施形態において、陽極液は、約７未満、約６未満、約４未満、約３未満、約２未満、約１未満までのｐＨを有する。特定の実施形態において、陽極液は、約１～約６、約１～約５、約１～約４、約１～約３、または約１～約２のｐＨを有する。

【0040】

いくつかの実施形態において、１種以上の水酸化物固体は、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ｃａ（ＯＨ）_２、またはＭｇ（ＯＨ）_２及びＣａ（ＯＨ）_２の両方を含む。特に好ましい実施形態において、１種以上の水酸化物固体は、Ｍｇ（ＯＨ）_２（本明細書ではブルース石とも呼ばれる）を含む。

【0041】

いくつかの実施形態において、陰極２０７は、電気活性のある網を備える。いくつかの実施形態において、電気活性のある網は、金属組成物もしくは非金属組成物、または金属組成物及び非金属組成物の組合せを含む。いくつかの実施形態において、電気活性のある網は、金属網または炭素系網を含むか、本質的にそれから構成されるか、またはそれから構成される。いくつかの実施形態において、電気活性のある網は、ステンレス鋼、酸化チタン、カーボンナノチューブ、ポリマー、及び／またはグラファイト、またはこれらの材料の他のハイブリッド組成物を含む。好ましくは、電気活性のある網はステンレスを含む。

【0042】

いくつかの実施形態において、電気活性のある網は、約０．０１μｍ～約１００００μｍの範囲の直径を有する細孔を備える（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、もしくは１００００μｍ、またはその間の任意の範囲）。

【0043】

いくつかの実施形態において、陰極２０７（例えば、３１６Ｌステンレス鋼網）は、ＯＥＲ－（酸素発生反応）選択的陽極（例えば、ＭｎＯ_２被覆Ｐｔ）と一体となって、アルカリ性及び酸性を生成する。

【0044】

いくつかの実施形態において、本方法は、網の表面から１種以上の水酸化物固体を除去することをさらに含む。好ましい実施形態において、１種以上の水酸化物固体は、掻き取り工程によって除去される。掻き取り工程は、金属ブラシ、ブレード、または高圧ノズルを使用する場合がある。陰極が回転盤型の陰極である特定の実施形態において、網の表面からの１種以上の水酸化物固形物は、スクレーパーを越えて回転盤型の陰極を回転させることによって、網の表面から除去される場合がある。

【0045】

いくつかの実施形態において、反応器は、陽極液を陰極液から分離する隔壁２０８をさらに含む。いくつかの実施形態において、隔壁は、セルロース、ポリ塩化ビニル、有機ゴム、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン、任意の他の適切な材料、またはそれらの組合せを含む。隔壁は、以下の目的で陰極液と陽極液とを分離する：（１）陽極液と陰極液間の中和反応を最小限に抑え、ブルース石生成に必要な安定した陰極ｐＨをもたらす、（２）反応器のエネルギー効率を高める、及び（３）ガス流（Ｈ_２及びＯ_２）の回収を容易にする。

【0046】

ｐＨ監視システムは、例えば、一定の陰極ｐＨを達成するために印加される電流を制御するために使用される場合がある。例えば、いくつかの実施形態において、陰極液ｐＨは９超、例えば約９．５～９．６に維持される。ステンレス鋼陰極は、水酸化物触媒として疎水性の網（例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）の網）で覆われている場合があり、それによって陰極で水酸化物イオンを電解生成する。陰極液は、Ｍｇ^２＋イオンが電解生成されたＯＨ^－イオンと反応してＭｇ（ＯＨ）_２を生成するように、海水で洗浄される場合がある。電流密度や水力学的滞留時間（ＨＲＴ）を含む運転パラメータが最適化される場合がある。妥当なＨＲＴ内（例えば、数秒から数分）で、Ｍｇ（ＯＨ）_２の生成は、高い電流密度で促進される。いくつかの実施形態において、電流密度は、５０μＡ／ｃｍ^２超、１００μＡ／ｃｍ^２超、２００μＡ／ｃｍ^２超、３００μＡ／ｃｍ^２超、４００μＡ／ｃｍ^２超、もしくは５０００μＡ／ｃｍ^２超、またはその間の任意の範囲である。さらに、高い電流密度はまた、アルカリ化された廃液（例えば、ｐＨが約９超、または約１０超）をもたらす場合があり、海水などの陽極液源のＣＯ_２回収容量を向上させるために有利に使用することができる。

【0047】

いくつかの実施形態において、ＰＰで覆われたステンレス鋼陰極は、水酸化物を除去するために、回転されてスクレーパー（例えば、金属ブラシ、ブレード、または高圧ノズル）を通過する場合があり、それにより、回転盤が液体中に回転して戻る際に、その後の水酸化物生成のために陰極を再生する。いくつかの実施形態において、ノズル噴霧器を使用して、析出した水酸化物を強制的に剥離させる場合がある。

【0048】

いくつかの実施形態において、陽極液は、カルシウムに富む飛散灰、鉱滓、またはそれらの任意の組合せを含む中和プール２１２に循環され、こうして生成された酸性は、アルカリ性を回復するために消費され得る。Ｃａに富む飛散灰及び鉱物は、有利には、陽極液中のＣａ^２＋を濃縮するためにも使用される場合がある。

【0049】

図３Ａ～Ｃに示されるように、本方法の特定の実施形態によるＭｇ（ＯＨ）_２は、陰極表面にスケールを形成し、簡単な掻き取りプロセスによる容易な除去を可能にする。図３Ａは、海水１Ｌあたりのブルース石生成率と除去率を電流密度の関数としてプロットしたものである。電流密度が高いほど、生成されるブルース石の濃度が低くなり、除去率が高くなる。図３Ｂは、陰極網上に形成されたブルース石沈殿物の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。形成されたブルース石は厚く、脆く、明確な割れ目があり、それが除去の容易さを促進するのに役立っている。図３Ｃは、形成された析出物のＸ線回折（ＸＲＤ）プロットを示す。ＸＲＤプロットは、沈殿物とブルース石の間に同じピークが見られることから、ブルース石が形成されていることを示している。

【0050】

本明細書において、単数形の用語「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈から明らかに指示がない限り、複数の参照語を含む。従って、例えば、対象への言及は、文脈上明らかにそうでないと指示されない限り、複数の対象を含み得る。

【0051】

本明細書で使用される場合、「一組」という用語は、１つまたは複数の対象の集合を指す。したがって、例えば、対象の一組は、単一の対象または複数の対象を含み得る。

【0052】

本明細書で使用される場合、「実質的に」及び「約」という用語は、わずかなばらつきを説明し、考慮するために使用される。事象または状況とともに使用される場合、この用語は、事象または状況が正確に発生する例だけでなく、事象または状況が近似的に発生する例も指し得る。例えば、数値とともに使用される場合、この用語は、その数値の±１０％以下、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、±０．０５％以下の変動範囲を包含し得る。

【0053】

本明細書において、「大きさ」という用語は、対象の特徴的な寸法を指す。したがって、例えば、円形の対象の大きさは、対象の直径を指すことができる。非円形の対象の場合、非円形の対象の大きさは、対応する円形の対象の直径を指すことができ、対応する円形の対象は、非円形の対象のものと実質的に同じである、導出可能または測定可能な特性の特定の一組を示すか、または有する。代替的に、または関連して、非円形対象の大きさは、対象の様々な直交寸法の平均を指すことができる。したがって、例えば、楕円である対象の大きさは、対象の長軸と短軸の平均を指すことができる。対象の集合が特定の大きさを有すると言及する場合、対象は特定の大きさの周りに大きさの分布を有し得ることが企図される。したがって、本明細書で使用する場合、対象の集合の大きさは、大きさの平均値、大きさの中央値、または大きさのピークなどの、大きさの分布の典型的な大きさを指し得る。

【0054】

さらに、量、比率、及び他の数値は、本明細書では範囲の形式で示されることがある。このような範囲形式は、便宜的かつ簡潔に使用されるものであり、範囲の限界として明示的に指定された数値を含むだけでなく、各数値及び部分範囲が明示的に指定されているかのように、その範囲内に包含されるすべての個々の数値または部分範囲を含むように柔軟に理解されるべきであることを理解されたい。例えば、約１～約２００の範囲の比率は、約１及び約２００の明示的に規定された限界を含むだけでなく、約２、約３、及び約４のような個々の比率、ならびに約１０～約５０、約２０～約１００のような部分範囲をも含むと理解されるべきである。

【0055】

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、当業者には、添付の特許請求の範囲によって定義される本開示の真の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされ、等価物が代用される場合があることが理解されるべきである。さらに、特定の状況、材料、組成物、方法、操作（複数可）を、本開示の目的、精神及び範囲に適合させるために、多くの修正がなされる場合がある。このような修正はすべて、添付の特許請求の範囲に含まれることを意図している。特に、特定の方法が、特定の順序で実行される特定の操作を参照して記載された場合があるが、これらの操作は、本開示の教示から逸脱することなく、等価な方法を形成するために、組み合わされ、小分けされ、または再順序付けされ得ることが理解されるであろう。従って、本明細書において特に示されない限り、操作の順序及びグループ化は、本開示の限定ではない。

【0056】

本明細書において例示的に記載される実施形態は、本明細書において具体的に開示されていない要素（複数可）、限定（複数可）がない場合に好適に実施される場合がある。したがって、例えば「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」などの用語は、限定することなく拡大解釈されるものとする。さらに、本明細書で採用された用語及び表現は、限定ではなく説明の用語として使用されており、このような用語及び表現の使用には、示され説明された特徴またはその一部の等価物を排除する意図はないが、特許請求された技術の範囲内で様々な変更が可能であることが認識される。さらに、「本質的に構成される」という表現は、具体的に記載された要素、及び特許請求される技術の基本的かつ新規な特性に実質的に影響を与えない追加的な要素を含むものと理解される。「から構成される」という表現は、特定されていない任意の要素を除外するものである。

【0057】

参考文献
１．Ｒｅｎｆｏｒｔｈ，Ｐ．；Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ，Ｇ．Ａｓｓｅｓｓｉｎｇ Ｏｃｅａｎ Ａｌｋａｌｉｎｉｔｙ ｆｏｒ Ｃａｒｂｏｎ Ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ． Ｒｅｖ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．２０１７，５５（３），６３６－６７４．ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１００２／２０１６ＲＧ０００５３３．
２．Ｋｈｅｓｈｇｉ，Ｈ．Ｓ．Ｓｅｑｕｅｓｔｅｒｉｎｇ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ ｂｙ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ Ｏｃｅａｎ Ａｌｋａｌｉｎｉｔｙ．Ｅｎｅｒｇｙ １９９５，２０（９），９１５－９２２．ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１０１６／０３６０－５４４２（９５）０００３５－Ｆ．

【0058】

参照による取り込み
本明細書に記載されたすべての刊行物及び特許は、個々の刊行物または特許が参照により組み込まれることが具体的かつ個別に示されているかのように、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。矛盾が生じた場合は、本明細書における定義を含め、本出願が優先する。

【0059】

等価物
主題発明の具体的な実施形態について説明してきたが、上記明細書は例示であり、制限的なものではない。本発明の多くの変形例は、本明細書及び以下の特許請求の範囲を検討すれば、当業者には明らかになるであろう。本発明の全範囲は、特許請求の範囲をそれらの等価物の全範囲と併せて、及び明細書をそのような変形と併せて参照することにより決定されるべきである。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【国際調査報告】