説明

炭素源および水素源から炭化水素類を生成するための方法および装置

代替エネルギー源のために、炭素源および水素源を、アルコール類等の炭化水素類に変換するための装置および方法を記載する。流入液は、炭酸ガス、および水素ガスまたは水を含み得、プラズマ発生または電気分解等、本明細書に記載される方法によって、大気から得ることができる。炭化水素類を生成するための一方法は、アノードと、カソードと、電解質とを備える電解装置の使用を含む。別の方法は、反応を促進するための超音波エネルギーの使用を含む。該装置および方法ならびに関連装置および方法は、例えば、化石燃料代替エネルギー源を提供するため、再生可能なエネルギーを貯蔵するため、該大気から二酸化炭素を隔離するため、地球温暖化に対抗するため、および二酸化炭素を液体燃料として貯蔵するために有用である。


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【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭化水素類を電解生成するための装置であって、
炭素含有源を受け入れるための第1の入力と、
水素含有源を受け入れるための第2の入力と、
電源と、
前記電源に接続されたカソードであって、前記第1の入力は、前記カソードと接触する、カソードと、
前記電源に接続されたアノードであって、前記第2の入力は、前記アノードと接触する、アノードと、
前記アノードとカソードを接続する電解質と、を備える、装置。
【請求項2】
前記第1の入力は、二酸化炭素および一酸化炭素のうちの1つ以上を含む、請求項1に記載の装置。
【請求項3】
前記第1の入力の上流にあり、それと流体連通している、炭酸ガスを生成するための、アノードおよびカソードを備える脱酸素装置をさらに備える、請求項2に記載の装置。
【請求項4】
前記第2の入力は、水を含む、請求項1に記載の装置。
【請求項5】
前記第2の入力の上流にあり、それと流体連通している、水素ガスを生成するための、アノードおよびカソードを備える電解装置をさらに備える、請求項4に記載の装置。
【請求項6】
前記装置は、前記アノードの層と、前記電解質の中間層と、前記カソードの第3の層と、を備えるユニットに構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項7】
請求項1に記載の装置を備える、炭化水素類を生成するための一連の装置。
【請求項8】
請求項1に記載の装置を備える、燃焼エンジン。
【請求項9】
前記カソードは、金属電極触媒、金属担持電極触媒、金属酸化物担持電極触媒、電極触媒超伝導体材料、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載の装置。
【請求項10】
前記アノードは、白金−ルテニウム電極触媒、白金−イリジウム電極触媒、lrO2電極触媒、白金と組み合わせた超微細IrO2粉末電極触媒、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載の装置。
【請求項11】
前記電解質は、高分子プロトン伝導体、固体酸プロトン伝導体、セラミック混合酸化物プロトン伝導体、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載の装置。
【請求項12】
炭化水素類を電解生成するための方法であって、
炭素源を含む第1の入力を得るステップと、
水素源を含む第2の入力を得るステップと、
電解質の存在下で、前記第1の入力をカソードと接触させるステップと、
前記電解質の存在下で、前記第2の入力をアノードと接触させるステップであって、前記カソードおよびアノードは、前記電解質を介して接続される、ステップと、
前記カソードと前記アノードとの間に電位を印加するステップであって、前記電位は、前記カソードで前記ガスを還元し、1つ以上の炭化水素類を形成する、ステップと、を含む、方法。
【請求項13】
前記方法は、前記カソードで測定される約5atm未満の圧力で行われる、請求項12に記載の方法。
【請求項14】
前記方法は、前記カソードで測定される約150℃未満の温度で行われる、請求項12に記載の方法。
【請求項15】
前記第1の入力は、一酸化炭素および二酸化炭素のうちの1つ以上を含む、請求項12に記載の方法。
【請求項16】
前記第1の入力は、前記第2の入力と接触する前に、プラズマエネルギーで処理される、請求項15に記載の方法。
【請求項17】
前記第1の入力は、前記第2の入力と接触する前に、脱酸素装置で処理される、請求項15に記載の方法。
【請求項18】
前記第1の入力は、前記第2の入力と接触する前に、アノードおよびカソードを備える装置で処理される、請求項15に記載の方法。
【請求項19】
前記第1の入力は、空気を含む、請求項12に記載の方法。
【請求項20】
前記第1の入力は、二酸化炭素源から回収される、請求項12に記載の方法。
【請求項21】
前記二酸化炭素源は、工業用地である、請求項20に記載の方法。
【請求項22】
前記1つ以上の炭化水素類は、1つ以上のアルコール類を含む、請求項12に記載の方法。
【請求項23】
前記1つ以上のアルコール類は、メタノールである、請求項22に記載の方法。
【請求項24】
前記1つ以上のアルコール類は、エタノールである、請求項22に記載の方法。
【請求項25】
前記カソードは、金属電極触媒、金属担持電極触媒、金属酸化物担持電極触媒、電極触媒超伝導体材料、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項12に記載の方法。
【請求項26】
前記電解触媒カソードの選択は、結果として生じる1つ以上の炭化水素類を制御するように予め決定される、請求項25に記載の方法。
【請求項27】
前記アノードは、白金−ルテニウム電極触媒、白金−イリジウム電極触媒、IrO2電極触媒、白金と組み合わせた超微細IrO2粉末電極触媒、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項12に記載の方法。
【請求項28】
前記電解質は、高分子プロトン伝導体、固体酸プロトン伝導体、セラミック混合酸化物プロトン伝導体、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項12に記載の方法。
【請求項29】
前記第1の入力は、前記大気、工業用燃焼プロセス、および合成ガスからなる群から選択される源から得られる二酸化炭素を含む、請求項12に記載の方法。
【請求項30】
前記第1の入力は、前記接触させるステップの前に、プラズマエネルギーで処理される、請求項12に記載の方法。
【請求項31】
前記電位は、再生可能なエネルギー源からの電気を利用する電源によって供給される、請求項12に記載の方法。
【請求項32】
前記第2の入力は、H2、H2O、NH3、およびH2Sのうちの1つ以上を含む、請求項12に記載の方法。
【請求項33】
前記第2の入力は、水を含む、請求項12に記載の方法。
【請求項34】
水を水素ガスに還元するために、前記第2の入力を、前記第1の入力と接触させる前に、電解装置で処理するステップをさらに含む、請求項33に記載の方法。
【請求項35】
前記第2の入力は、水素ガスを含む、請求項12に記載の方法。
【請求項36】
前記第2の入力は、前記接触させるステップの前に、プラズマエネルギーで処理される、請求項35に記載の方法。
【請求項37】
前記第2の入力は、前記接触させるステップの前に、超音波エネルギーで処理される、請求項35に記載の方法。
【請求項38】
前記第1および第2の入力の両方は、前記接触させるステップの前に、プラズマエネルギーで処理される、請求項12に記載の方法。
【請求項39】
前記1つ以上の炭化水素類を燃料として使用するステップをさらに含む、請求項12に記載の方法。
【請求項40】
燃焼エンジン内で前記燃料を酸化するステップをさらに含む、請求項39に記載の方法。
【請求項41】
前記1つ以上の炭化水素類を、プラスチックを製造するための原料として使用するステップをさらに含む、請求項12に記載の方法。
【請求項42】
前記第1の入力は、石炭を含む、請求項12に記載の方法。
【請求項43】
前記1つ以上の炭化水素類は、炭素含有量がより高い炭化水素を形成するための反応物質として使用される、請求項12に記載の方法。
【請求項44】
炭化水素類を生成するための方法であって、
一酸化炭素ガスおよび炭酸ガスのうちの少なくとも1つを含む第1のガス入力を得るステップと、
イオン化炭酸ガスを得るために、前記第1の入力をプラズマエネルギーで処理するステップと、
水素源を含む第2の入力を得るステップと、
イオン化水素を得るために、前記第2の入力をプラズマエネルギーで処理するステップと、
触媒の存在下で、前記得られたイオン化炭酸ガスを得られたイオン化水素と接触させるステップと、を含む、方法。
【請求項45】
接触させるステップは、約150℃未満の温度である、請求項44に記載の方法。
【請求項46】
接触させるステップは、約5atm未満の圧力である、請求項44に記載の方法。
【請求項47】
カソードと、アノードと、電解質とを含む電解反応器内で前記第1と第2の入力を接触させるステップをさらに含む、請求項44に記載の方法。
【請求項48】
炭化水素類を生成するための装置であって、
炭素源を受け入れるための第1の入力と、
前記炭素源をプラズマエネルギーで処理するための第1の容器と、
水素源を受け入れるための第2の入力と、
前記水素源をプラズマエネルギーで処理するための第2の容器と、
第1および第2の容器の両方に印加されるプラズマエネルギー源と、
前記第1および第2の容器と流体連通している、前記処理された入力を混合するための第3の容器と、
前記第3の容器内の任意の触媒と、
前記混合容器と流体連通している、1つ以上の炭化水素類のための出力と、を備える、装置。
【請求項49】
前記第1の入力は、二酸化炭素および一酸化炭素のうちの1つ以上を含む、請求項48に記載の装置。
【請求項50】
前記第1の入力容器の上流にあり、それと流体連通している、炭酸ガスを製造するための、アノードおよびカソードを備える脱酸素装置をさらに備える、請求項48に記載の装置。
【請求項51】
前記第2の入力は、水素ガスを含む、請求項48に記載の装置。
【請求項52】
請求項48に記載の装置を備える、炭化水素類を生成するための一連の装置。
【請求項53】
請求項48に記載の装置を備える、燃焼エンジン。
【請求項54】
前記触媒は、金属電極触媒、金属担持電極触媒、金属酸化物担持電極触媒、電極触媒超伝導体材料、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項48に記載の装置。
【請求項55】
二酸化炭素の源から炭酸ガスを除去するための方法であって、
二酸化炭素源から炭酸ガスを回収するステップと、
前記二酸化炭素源を前処理ステップを用いて処理するステップであって、前記前処理ステップは、酸素を除去するステップ、二酸化炭素を抽出するステップ、およびプラズマエネルギーを印加するステップのうちの1つ以上を含む、ステップと、
約5気圧未満の圧力、および約200℃未満の平均温度の容器内で、前記処理された二酸化炭素を水素源と接触させ、1つ以上の炭化水素類を生成するステップと、を含む、方法。
【請求項56】
前記1つ以上の炭化水素類を貯蔵するステップをさらに含む、請求項55に記載の方法。
【請求項57】
前記1つ以上の炭化水素類からプラスチックを作り出し、前記プラスチックを貯蔵するステップをさらに含む、請求項55に記載の方法。
【請求項58】
前記二酸化炭素源は、前記大気である、請求項55に記載の方法。
【請求項59】
前記処理するステップは、前記二酸化炭素にプラズマエネルギーを印加するステップである、請求項55に記載の方法。
【請求項60】
前記処理するステップは、前記二酸化炭素から酸素を除去するステップである、請求項55に記載の方法。
【請求項61】
前記処理するステップは、アノードおよびカソードを備える装置を用いて実施する、請求項55に記載の方法。
【請求項62】
前記接触させるステップは、アノードと、カソードと、電解質とを備える容器内で起こる、請求項55に記載の方法。
【請求項63】
電位は、電気の形態で前記容器に印加される、請求項55に記載の方法。
【請求項64】
超音波エネルギーは、前記接触させるステップ中に、前記容器に印加される、請求項55に記載の方法。
【請求項65】
前記接触させるステップは、事前に選択された炭化水素電極触媒の存在下で起こる、請求項55に記載の方法。
【請求項66】
炭化水素類を生成するための方法であって、
炭素源を含む第1の入力を提供するステップと、
水素源を含む第2の入力を提供するステップと、
任意の触媒の存在下で、前記第1および第2の入力を混合するステップと、
少なくとも約20kHzの超音波エネルギーを前記混合物に提供するステップと、
前記混合物に1つ以上の炭化水素類を生成させるステップと、を含む、方法。
【請求項67】
前記超音波エネルギーは、少なくとも約100kHzで提供される、請求項66記載の方法。
【請求項68】
前記方法は、約1atm未満の圧力で行われる、請求項66に記載の方法。
【請求項69】
前記方法は、約50℃未満の平均温度で行われる、請求項66に記載の方法。
【請求項70】
前記第1の入力は、一酸化炭素および二酸化炭素のうちの1つ以上を含む、請求項66に記載の方法。
【請求項71】
前記第1の入力は、前記第2の入力と接触する前に、プラズマエネルギーで処理される、請求項66に記載の方法。
【請求項72】
前記第1の入力は、前記第2の入力と接触する前に、脱酸素装置で処理される、請求項63に記載の方法。
【請求項73】
前記第1の入力は、前記第2の入力と接触する前に、アノードおよびカソードを備える装置で処理される、請求項66に記載の方法。
【請求項74】
前記第1の入力は、空気を含む、請求項66に記載の方法。
【請求項75】
前記1つ以上の炭化水素類は、1つ以上のアルコール類を含む、請求項66に記載の方法。
【請求項76】
前記1つ以上のアルコール類は、メタノールである、請求項66に記載の方法。
【請求項77】
前記1つ以上のアルコール類は、エタノールである、請求項66に記載の方法。
【請求項78】
前記第1の入力は、前記大気、工業用燃焼プロセス、および合成ガスからなる群から選択される源から得られる二酸化炭素を含む、請求項66に記載の方法。
【請求項79】
前記第1の入力は、前記接触させるステップの前に、プラズマエネルギーで処理される、請求項66に記載の方法。
【請求項80】
前記超音波エネルギーは、再生可能なエネルギー源からの電気を利用する電源によって供給される、請求項66に記載の方法。
【請求項81】
前記第2の入力は、H2、H20、NH3、およびH2Sのうちの1つ以上を含む、請求項66に記載の方法。
【請求項82】
前記第2の入力は、水を含む、請求項66に記載の方法。
【請求項83】
水を水素ガスに還元するために、前記第2の入力を、前記第1の入力と接触させる前に、電解装置で処理するステップをさらに含む、請求項82に記載の方法。
【請求項84】
前記第2の入力は、水素ガスを含む、請求項66に記載の方法。
【請求項85】
前記第2の入力は、前記接触させるステップの前に、プラズマエネルギーで処理される、請求項84に記載の方法。
【請求項86】
前記第2の入力は、前記接触させるステップの前に、超音波エネルギーで処理される、請求項84に記載の方法。
【請求項87】
前記第1および第2の入力の両方は、前記接触させるステップの前に、プラズマエネルギーで処理される、請求項66に記載の方法。
【請求項88】
前記1つ以上の炭化水素類を燃料として使用するステップをさらに含む、請求項66に記載の方法。
【請求項89】
燃焼エンジン内で前記燃料を酸化するステップをさらに含む、請求項88に記載の方法。
【請求項90】
前記1つ以上の炭化水素類を、プラスチックを製造するための原料として使用するステップをさらに含む、請求項66に記載の方法。
【請求項91】
前記第1の入力は、石炭を含む、請求項66に記載の方法。
【請求項92】
前記混合するステップは、スラリー床反応器内で実施される、請求項66に記載の方法。
【請求項93】
前記第1の入力は、液体二酸化炭素を含む、請求項66に記載の方法。
【請求項94】
前記第2の入力は、前記混合するステップの前に、電解膜を通過する、請求項66に記載の方法。
【請求項95】
前記混合するステップにおいて、溶媒をさらに使用する、請求項66に記載の方法。
【請求項96】
前記混合するステップは、1つ以上の電極を備える反応器内で起こる、請求項66に記載の方法。
【請求項97】
前記1つ以上の炭化水素類は、炭素含有量がより高い炭化水素を形成するための反応物質として使用される、請求項66に記載の方法。
【請求項98】
炭化水素類を生成するための装置であって、
炭素源を受け入れるための第1の入力と、
水素源を受け入れるための第2の入力と、
前記第1および第2の入力と流体連通している、前記第1および第2の入力を混合するための容器と、
前記容器に少なくとも約20kHzを印加することができる、超音波トランスデューサと、
任意の触媒と、
前記反応容器と流体連通している、1つ以上の炭化水素類のための出力と、を備える、装置。
【請求項99】
前記第1の入力は、二酸化炭素および一酸化炭素のうちの1つ以上を含む、請求項98に記載の装置。
【請求項100】
前記第1の入力の上流にあり、それと流体連通している、炭酸ガスを生成するための、アノードおよびカソードを備える脱酸素装置をさらに備える、請求項98に記載の装置。
【請求項101】
前記第1の入力は、水を含む、請求項98に記載の装置。
【請求項102】
前記第2の入力の上流にあり、それと流体連通している、水素ガスを生成するための、アノードおよびカソードを備える電解装置をさらに備える、請求項98に記載の装置。
【請求項103】
前記装置は、前記アノードの層と、前記電解質の中間層と、前記カソードの第3の層と、を備えるユニットに構成される、請求項98に記載の装置。
【請求項104】
請求項98に記載の装置を備える、炭化水素類を生成するための一連の装置。
【請求項105】
請求項98に記載の装置を備える、燃焼エンジン。
【請求項106】
電解膜をさらに備える、請求項98に記載の装置。
【請求項107】
溶媒をさらに備える、請求項98に記載の装置。
【請求項108】
電極をさらに備える、請求項98に記載の装置。
【請求項109】
前記触媒は、金属電極触媒、金属担持電極触媒、金属酸化物担持電極触媒、電極触媒超伝導体材料、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項98に記載の装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【公表番号】特表2010−526214(P2010−526214A)
【公表日】平成22年7月29日(2010.7.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−506780(P2010−506780)
【出願日】平成20年5月5日(2008.5.5)
【国際出願番号】PCT/CA2008/000836
【国際公開番号】WO2008/134871
【国際公開日】平成20年11月13日(2008.11.13)
【出願人】(509305239)プリンシプル エナジー ソリューションズ インコーポレイテッド (1)
【Fターム(参考)】