JP2014201621A - 二酸化炭素消滅燃料費節約方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二酸化炭素を消滅させ、燃料費を節約させる方法を提供する。
【解決手段】エンジン等燃焼装置から出た二酸化炭素５と水分解等で得た水素８を混入し、前記二酸化炭素発生源からの熱と圧力により加熱加圧する事により得るメタンガスを、前記二酸化炭素発生源の燃料として使用する事により二酸化炭素を消滅させ、燃料費を節約する。
【選択図】図２

Description

本発明は、二酸化炭素を消滅させ、燃料費を節約させる方法に関する。

洞爺湖サミットでの議長国の日本及び地球の最大の問題は地球温暖化である。１９９０年には炭素の重さで約６０億トンだったが、２０１５年にはその１．６倍以上９７億トンにもなると予想されている。１９９０年までは発展途上国の放出量は世界の４分の１程度が、２０１５年には半分に近づく。二酸化炭素の放出量は経済活動と共に増大する。一方発展途上国に、二酸化炭素の放出量を増やすような経済活動の発展をやめるようにとは言い難い。
日本は京都議定書以来６％増加し、今後６．４％の削減義務があり、合計１２．４％削減せねばならない。そして８％の排出権を買っている。火力電力が３０％、炭素全体で２９％もＣＯ_２を排出している。

国連の気候変動に関する政府間パネルは、大気中の温室効果ガスの濃度を１９９０年の水準に保つためには、二酸化炭素などの温室効果ガスの人為的放出を６０％減らす必要がある。
このように考えると、エネルギの効率的利用や省エネルギの努力だけではなく、世界の二酸化炭素放出量を回収して処理する抜本的解決法が必要である。
増え続ける二酸化炭素は回収して処理しなければならないが、二酸化炭素を出しながら発電した電気を使って二酸化炭素を処理するのでは、発電した以上に電気を使ってしまうし、二酸化炭素を減らすことは出来ない。そこで二酸化炭素をなくし、且つエネルギを得る本発明が必須になってくるのである。

本発明による二酸化炭素消滅燃料費節約方法は、二酸化炭素や微小粒子状物質を封じ込め、ここに水分解等で得た水素を混入したチャンバーに前記二酸化炭素発生源からの圧力と熱を利用し加圧加熱する事により得るメタンガスを前記二酸化炭素発生源の燃料として使用する事により二酸化炭素、微小粒子状物質を消滅させ、燃料費を減少させる。

本発明は、自動車の排気ガスや煙突や空気からの二酸化炭素を消滅させると同時に、エネルギに変え、燃料として使い、燃料費を節減出来る発明で、地球温暖化の究極の防止法になるのみならず残り少ない石油に代るエネルギを生み出す。この発明は、地球温暖化の原因となる二酸化炭素を回収しつつ、エネルギを供給し、エネルギを節約出来る画期的効果のある発明であり、将来月に人間が住む際は貴重なエネルギを得られる。また、本発明方法を現状の自動車に搭載した場合、現状の自動車のベストの燃費が２４ｋｍ／ｌであるものを同一の自動車の燃費を４２ｋｍ／ｌ以上にする事が出来る。

また、本発明で無くしたＣＯ_２の排出枠を売ることが出来るので国家にとっても国益となり、また、その排出枠販売による入金で本方法を無料で配布出来る。そして本発明により経済成長を犠牲にせず成長しつつ低炭素と出来、地球を良くする絶大な発明である。

公知の車の二酸化炭素排出のメカニズムを示す図である。 本発明の原理および一実施例を示す構成図である。 固体高分子電解質膜フィルム１６の化学式である。 純水の電気分解の原理を説明する図である。 水素発生装置１５のシステムフローの一例である。 図２に基づく本発明の一実施例を示す構成図である。 本発明の他の実施例を示す構成図である。 タービンエンジンの場合の本発明の他の実施例を示す構成図である。 煙突からの二酸化炭素を除去する場合の本発明の他の実施例を示す構成図である。 本発明の他の実施例を示す構成図である。 二酸化炭素のメタン化反応における触媒活性の比較を示す図。 二酸化炭素のメタン化反応における流速変化を示す図である。 二酸化炭素のメタン化反応における加圧効果を示す図である。 二酸化炭素のメタン化反応における触媒活性の比較を示す図。

本発明の二酸化炭素消滅燃料費節約方法を実施するための最良の形態は、二酸化炭素と微小粒子状物質を封じ込め、ここに水分解等で得た水素を混入したチャンバーに前記二酸化炭素発生源からの圧力と熱を利用し加圧加熱する事により得るメタンガスを前記二酸化炭素発生源の燃料として使用する事により二酸化炭素や微小粒子状物質を消滅させ、燃料費を節約することである。

次に、本発明について図面を参照して説明する。
図１は公知の車でエンジン１にガソリン２、空気３を気化器４を経てエンジンからＣＯ_２５や微小粒子状物質やＮＯ_Ｘを発生する。これは、石油の中のＣが空気中のＯ_２と燃料により結合し、ＣＯ_２になるのである。ディーゼルエンジンでは微小粒子状物質やＮＯ_Ｘを多く排出する。

図２は本発明の原理図と実施例を示す。エンジンから出たＣＯ_２５はエンジンのピストン６の圧力Ｐを加えられて排出されるが、ジョイント７で水素８と混合し、パイプ９に送られる。パイプ９には触媒（後述）がありエンジンシリンダ１０のまわりに巻きつかせ、反応管として機能し、エンジンの熱ｈで温度を上昇させ、ピストン６の圧力Ｐで圧力を上げて、下記式によりメタンとなる。
ＣＯ_２+４Ｈ_２→ＣＨ_４+２Ｈ_２Ｏ

この排出されたＣＨ_４とＨ_２Ｏは、ＣＨ_４１１が、気化器４からきたガソリン等１２と混合され、エンジンに送られ、燃料として爆発して、ピストン６を押しエンジンを回す。前記排出されたＨ_２Ｏは反応管９にあるドレイン３７から排出するか、純水装置１４を経て純水とし、水素発生装置１５に送られ再使用する。
水素発生装置１５の中核である固体高分子電解質膜フィルム１６は本発明者が出願した米国特許Ｎｏ．５，１５６，９２７
ＦＩＬＭ ＥＬＥＣＴＲＩＣ
ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ
にて提案したＳＯＬＩＤ
ＰＯＬＹＥＬＥＣＴＲＯＬＹＴＩＣ ＦＩＬＭ
で、この化学式は図３に示す通りである。

図４はこの膜を使った純水の電気分解の原理で、固体高分子電解質膜１６が電解質の働きをする。膜の両面に電極触媒を接合し、陽極側に純水を供給し通電すると、陽極の電極触媒層で水が分解し酸素ガスが発生し、同時に生成したＨ^＋イオンは電場の働きで固体高分子電解質膜１６内を移動し、陰極の電極触媒層２４で電子を得て水素ガスを発生する。１７は電極板であり、２３は給電体、２４は電極触媒層である。

図５は水素発生装置１５のシステムフローの一例である。これの実施例は図２の１５である。図２に於いて２２は電極１７への電源を示す。
図２の１５から排出されたＨ_２８は前記の如くＣＨ_４になり燃料となるが、
１５から排出されたＯ_２１８はＣＨ₄排出管１９に結管して送られるか又はキャブレタからの管４２に結管してエンジンに送られる。
いずれにしてもＨ_２がＣＯ_２と結合してＣＨ_４になり燃料になるので本発明によりＣＯ_２を消滅させ、かつ、燃料の使用量が減じ、燃料費を下げ、かつ、燃費を良くすることが出来る。

この図５における水素発生装置１５のシステムフローは、主に、電解セル
４６、水素分離タンク４７、酸素分離タンク４８、除湿器４９，５０、純水タンク５１、ファイナルフィルター５２、非再生ポリシャー５３、熱交換器５４および直流電源５５から構成される。

図６は図２に基づく本発明実施例である。２６はガソリン、エタノール、軽油等燃料。２７はキャブレタ。２８は外からの空気。２９は水素を発生させるための純水である。エンジンからの排出圧力を利用し、また、エンジン１のまわりにＣＨ_４とＨ_２の化学反応管９を巻きつけエンジン熱を吸収して反応管９の圧力と温度を上げる。
図７も本発明実施例で、反応チャンバ２６の温度を上げるためエンジンの熱ｈを集める集熱体２８を反応チャンバ２６の下に設けたものである。

本発明実施例である反応チャンバ２６の圧力を図２のピストン６の圧力に加え更に圧力を上げるためエンジン１からの排気をコンプレッサ２５で化学反応チャンバ２６内の圧力を上げ圧入する反応チャンバには触媒がある。温度も上がっているのでメタンと水が生成され水はドレイン管３７で流され、又は純水化装置１４で純水化され水素発生に再使用される。

図８はタービンエンジンの場合の本発明実施例でコンプレッサ１９で圧縮燃焼されタービンブレード２０が回転し、この軸が発電機やプロペラを回す。このタービンエンジンからもＣＯ_２５が排出されるが、水素発生装置１５から排出されるＨ_２８がタービンエンジンの出力側に設けた壁２１により密封された空間で前記ＣＯ_２とミックスされ、これら混合体はタービンにより圧力を加えられた管９に入り、この管には触媒があり、これら混合体はタービンによる圧力Ｐと管９がタービンを巻いて得た熱ｈで、４Ｈ_２+ＣＯ_２＝ＣＨ_４+２Ｈ_２Ｏの反応により、管９からＣＨ_４が出て、これがコンプレッサ１９より圧縮され、燃料と共に燃焼しタービン２０を廻す。

前記Ｈ_２Ｏ４２はドレイン３７に落ち排除されるか純水装置１４に通し純水として、水素発生装置１５で再使用される。Ｈ_２Ｏ４２が純水ならば純水装置１４は不要でＨ_２Ｏ４２は直接水素発生装置１５に還元する。水素発生装置１５から出たＯ_２１８はコンプレッサ１９に送られ、燃焼を助け、燃料節約となる。
尚、前記純水装置はイオン交換樹脂膜と+−電極を使用し通電するものなどがある。

図９は、工場等煙突３０から発生したＣＯ_２５を除去する場合の本発明実施例である。煙突３０から発生したＣＯ₂５は水素発生装置１５から発生した水素８と混合され、コンプレッサ２５で加圧され反応チューブ３１に送られる。４３は駆動エネルギである。反応チューブ３１のまわりは加熱管３５でぐるぐる巻きにされているがこの加熱は煙突２９の熱源３３の熱を吸収する吸熱部３２から熱伝導管３４により加熱管３５に熱が送られ反応チューブ３１が加熱される水素発生装置１５から出るＯ_２４４は燃焼部４５に導かれ、ここで燃焼して反応チューブ３１を加熱し、加熱管３５とＯ_２４４による加熱４５で反応チューブ３１の温度が上り、反応を加速する。

前記加圧と加熱によりＣＯ_２とＨ_２はＣＨ_４とＨ₂Ｏになり、ＣＨ₄は搬送管３６により燃焼源３３に送られエネルギとなりエネルギを節減出来る。
Ｈ_２Ｏは排出されるか純水装置１４で純水化されＨ₂Ｏ２９として再使用される。
図１０も本発明実施例で、一般大気にあるなどのＣＯ₂３７を吸込管３８で吸込み本発明ＣＯ₂・Ｈ₂装置３９に送り込み、ＣＨ_４とＨ₂Ｏを生み、ＣＨ_４は燃料装置１３に送り込んでエネルギ化する。そのエネルギの一部ｈ４０で本発明
ＣＯ_２・Ｈ₂装置３９を加熱圧縮してＣＯ₂・Ｈ₂の反応を促進する。

ここで前記触媒と電極について少し説明する。ここで触媒としては通常アモルファス合金から作った触媒を使用する。この触媒の入った筒に、二酸化炭素と水素の混合ガスを入れ、反応させるがこの水素は前記の如く純水からも取れるが海水からもとれ、この場合電気分解しても塩素を出さずに水素と酸素を出す電極は、資源の豊富なマンガンなどを原料とする電極がよい。海水の電気分解は、二つの電極の間に電気を流して行うが、酸素を出す電極の相手が必要な水素を作る電極である。水素を作るのには、白金の電極が一番電力を使わないことが知られるが、世界規模の二酸化炭素を処理するのに、資源が少なく高価な白金は使わずにアモルフォス・ニッケル合金で白金より高性能な電極ができる。

次に前記触媒についてもう少し詳しく説明すると、希土類金属を含む金属間化合物は、比較的温和な条件で、高速反応条件下でも高い転化率を示し、長時間、高い活性を維持できるので、二酸化炭素から効率よくメタンを製造することができる。
水素化触媒を使用して二酸化炭素を接触水素化する方法がある。例えば、主として鉄、コバルト、ニッケル等の遷移金属化合物を酸化物担体に担持してなる水素化触媒を使用する方法が知られている。
これらの水素化触媒は、一般に、高速反応条件下では、反応率が低く、また、
長時間高活性を維持することが困難であるという問題点がある。

触媒として勧められるものは活性を有する３−八面体型スメクタイト様合成多孔体からなるもの、および当該３−八面体型スメクタイト様合成多孔体を触媒とすると反応がよい。

ＬaＮi₅は、２００℃という比較的温和な条件でも触媒作用を示す事が図１１及び図１２に示す如く確認されている。図１１は二酸化炭素のメタン化反応における触媒活性の比較を示す図であり、図１２は二酸化炭素のメタン化反応における流速変化を示す図である。
Ｓｉ_４−ｘＡｌ_ｘＭ^２＋ _ｙＯ_{８−ｘ／２＋ｙ−ｚ/２}（ＯＨ）_２・ｎＨ_２Ｏ（Ｉ）（式中ｘは、
０≦ｘ≦０．８、ｙは２．２≦ｙ≦３．０、ｚは、２．０≦ｚ．４．５、
ｎは、不定比の関係を満たし、Ｍ２＋は、Ｎｉ２＋あるいはＮｉ２＋およびＭｇ２＋のいずれかの２価金属イオンを表す）で示される含水酸化物に、カオチン性有機化合物を添加し、１００〜２５０℃で水熱処理し、空気中において１００〜１０００℃で焼成して得られる触媒、およびこの３−八面体型スメクタイト様合成多孔体を２００〜６００℃で水素還元処理した触媒は有効である。

二酸化炭素のメタン化反応で二酸化炭素からメタンを生成する活性を有する触媒は、Ｓｉ_４−ｘＡｌ_ｘＭ^２＋Ｏ_{８−ｘ/2＋ｙ−ｚ/2}（ＯＨ）_２・ｎＨ_２Ｏ（Ｉ）（式中ｘは、０≦ｘ≦０．８、ｙは２．２≦ｙ≦３．０、ｚは２．０≦ｚ．４．５、nは不定比の関係を満たし、Ｍ^２＋は、Ｎｉ^２＋あるいはＮｉ^２+およびＭｇ^2＋のいずれかの２価金属イオンを表す）で示される含水酸化物に、カオチン性有機化合物を添加し、１００〜２５０℃で水熱処理し、空気中において１００〜１０００℃で焼成して得られる、比表面積が２５０から１０００ｍ²／ｇであり、平均細孔径が２０〜１００Åであり、細孔容積が０．２〜１．５ｍｌ／ｇである３−八面体型スメクタイト様合成多孔体からなることを特徴とする触媒。触媒として用いて、二酸化炭素のメタン化反応で二酸化炭素からメタンを製造出来る。

希土類金属―ニッケル系の金属間化合物 二酸化炭素と水素とを温度２００〜５００℃で反応させる。図１１に二酸化炭素のメタン化反応における触媒活性の比較を示す。
ＬaＮi_５は、２００℃という比較的温和な条件でも触媒作用を示すことが確認されている。
ＬaＮi_５（６０〜２００メッシュ）１ｇを内径１ｃｍのステンレス製反応管に充填しＨ_２とＣＯ_２を２００℃、３０００ｍｌ／ｇ−ｃａｔ・ｈで供給し圧力を１〜５気圧に変化させた場合のメタン収率を図１３に示す。この図１３は、二酸化炭素のメタン化反応における加圧効果を示す図である。

触媒としてランタン−ニッケル系金属間化合物を用いた場合の二酸化炭素のメタン化反応は、比較的低温で反応が進行するという特徴があり、特に２５０〜４００℃の範囲では反応温度の上昇に伴って転化率が向上する
１気圧でもメタン化反応は進行するが、圧力を高めることにより、メタンの反応収率が向上する。

希土類金属が二酸化炭素に対して親和性が高いこと、一方、希土類金属自体は水素に対する親和性が低いこと、そのため、二酸化炭素の接触水素化に対する活性が低いこと、しかし、希土類金属を水素に対して親和性が高い金属と組み合わせた金属間化合物が二酸化炭素の接触水素化において比較的温和な条件下でも高い活性を示し、高速反応下でも高い転化率を示すこと、及び、高い活性を長時間維持できる特性を結合した触媒がよい。

二酸化炭素が吸着、活性化されやすい希土類金属と、水素が吸着、活性化されやすい金属とを主成分とする金属間化合物を触媒にとするとよい。
希土類金属は、一般に希土類元素と総称される金属であり、具体的には、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジウム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムの１７元素それぞれに相当する金属である。これらの希土類金属の単体を、他の金属と比較すると、一般に、二酸化炭素に対する親和性は高いが、水素に対する親和性は低い傾向がある。触媒としては、前記希土類金属の中でもセリウム族に属する５元素、即ち、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジウム又はサマリウムを含むものが好ましく、中でもランタンが好ましい。

触媒としては、希土類金属以外の金属として、鉄族元素、即ち、鉄、コバルト又はニッケルを含むものが好ましく、中でもニッケルを含むものが好ましい。
一般に、鉄族元素は、水素に対する親和性が高く、接触水素化反応の触媒の活性成分として広く使用されている。触媒として使用する二成分系の金属間化合物としては、例えばＬaＮi_５、ＣeＮi₅、ＴhＮi₅、ＬaＮi₂、Ｌa_３Ｎi, Ｌa_７Ｎi₃、Ｌa₂Ｎi₇、ＬaＮi₃を挙げることができ、中でも、ＬaＮi_５が優れている。

触媒を充填した反応装置に原料ガス（二酸化炭素および水素）を導入し、反応条件については、特に限定はないが、一般に反応温度を０〜６００℃、好ましくは１００〜５００℃さらに好ましくは１５０〜４００℃、反応圧力を１〜１００気圧好ましくは5〜80気圧、更に好ましくは１０〜６０気圧とするのがよい。
反応温度２５０〜３５０℃、反応圧力５〜３０気圧でも、有効な収率でメタンを製造できる。

ガスの流通速度は、１０００〜１０００００ｍｌ／ｇ−ｃａｔ・ｈ好ましくは２０００〜２０００0ｍｌ／ｇ−ｃａｔ・ｈとするのがよい。なお一般に、空間速度を高くし過ぎると、二酸化炭素の転化率が低下する傾向がある。
二酸化炭素と水素の使用割合は、特に限定はないが、二酸化炭素１モルに対して水素２〜８モル好ましくは３〜６モル特に好ましくは約４モルとするのがよい。
希土類金属を含む金属間化合物、たとえばランタン−ニッケル系の金属間化合物である。そして、ランタン−ニッケル系の金属間化合物は高い水素吸蔵能を有することが知られているが、二酸化炭素の水素化に高い活性を有することは知られていない。

比較的低温においても高い活性を有するのは、二酸化炭素がランタン等の希土類金属に、水素がニッケル等の希土類金属以外の金属に、それぞれ吸着・活性化されやすい（高い親和性を有する）ためでもあると考えられる。その結果、例えば、固定ガス流速を上げても二酸化炭素の転化率が高い。
金属間化合物は組成が安定しているため長時間活性を維持できるものと考えられる。高活性触媒を用いて二酸化炭素と水素から高速且つ選択的にメタンを製造する。

金属間化合物触媒について、４０−２００メッシュのものを充填し、加圧、加熱下にＣＯ₂とＨ₂の混合ガスを導入してニッケル触媒（粉末）を用いた場合と、ＬaＮi_５及びＬaＮi_４Ｃrを用いた場合との活性の比較を図１４に示す。
Ni粉末と比較してランタン−ニッケル系の金属間化合物では、メタン収率が著しく向上していることが明らかである。なお、ＬaＮi_５は、２００℃という比較的温和な条件でも触媒作用を示すことが確認されている。

図１２に二酸化炭素のメタン化反応における流速変化を示し、図１４に二酸化炭素のメタン化反応における触媒活性の比較を示す。
加熱溶解により調整したＬaＮi_５（６０〜２００メッシュ）１ｇを内径１ｃｍのステンレス製反応管に充填し、原料ガス（Ｈ₂／ＣＯ_２＝４）を５０気圧、ＳＶ＝３０００ｍｌ／ｇ−ｃａｔ・ｈで供給した場合のメタン収率を実験した。生成物の分析はオンラインガスクロマトグラフにより行った。

反応ガス（Ｈ₂/ＣＯ₂＝４）を２００℃、ＳＶ＝３０００ｍｌ/ｇ−ｃａｔ・ｈで供給し、圧力を１〜５０気圧に変化させた場合のメタン収率を図１３に示す。図１３は二酸化炭素のメタン化反応における加圧効果を示す図である。

本発明は上記のものであるから地球温暖化のＣＯ_２を消滅させ、ＣＯ_２を燃料に変化させ燃料費を節減できる画期的な発明であり、本発明を地上、空中、月などの宇宙で単独で使用する場合は本発明に含まれる事は勿論、本発明装置を自動車、船などの輸送機械、ブルドーザなどの建設機械、ビル、工場などの建物、発電所その他に取付けた場合、前記輸送機械、建設機械、建物なども本発明に含まれるものである。

また、本発明で微粒子を封じ込む事も本発明に含まれるものであるが、微小粒子をフィルタで除去又は他の方法で排除するなど微粒子の処置に関係ない場合でＣＯ_２を消滅する場合も本発明に含まれるものである。
また、前記実施例以外の変形実施も本発明に含まれるものである。

１ エンジン
２ ガソリン
３ 空気
４ 気化器
６ ピストン
７ ジョイント
８ 水素
１０ エンジンシリンダ
１４ 純水化装置
１５ 水素発生装置
１６ 固体高分子電解質膜フィルム
１７ 電極板
１９ コンプレッサ
２０ タービングレード
２１ 壁
２２ 電源
２４ 電極触媒層
２５ コンプレッサ
２６ 反応チャンバ
２６’ ガソリン，エタノール等の燃料
２７ キャブレタ
３０ 煙突
３１ 反応チューブ
３２ 吸熱部
３３ 熱源
３４ 熱伝導管
３５ 加熱管
３６ 搬送管
３７ ドレイン管
３８ 吸込管
４６ 電解セル
４７ 水素分離タンク
４８ 酸素分離タンク
９、５０ 除湿器
５１ 純水タンク
５２ フィルター
５３ 非再生ポリシャー
５４ 熱交換器
５５ 直流電源

Claims (1)

1. 二酸化炭素と水分解等で得た水素を混入し前記二酸化炭素発生源からの熱と圧力により加熱加圧する事により得るメタンガスを前記二酸化炭素発生源の燃料として使用する事により二酸化炭素を消滅させ、燃料費を節約し得ることを特徴とする二酸化炭素消滅燃料費節約方法。
   
   
   

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