(57)【要約】【課題】大量、迅速かつ安全に二酸化炭素を捕捉し、地球の二酸化炭素濃度の上昇を緩和させることが可能な二酸化炭素の捕捉方法を提供する。【解決手段】二酸化炭素の捕捉方法は、（１）飽和食塩水を電解し、水酸化ナトリウムを得るステップと、（２）海水中に水酸化ナトリウムを加え、海水中の塩化マグネシウムおよび塩化カルシウムを水酸化マグネシウムおよび水酸化カルシウムに変換するステップと、（３）水酸化マグネシウムおよび水酸化カルシウムを含む水中へ二酸化炭素を導入し、炭酸マグネシウムおよび炭酸カルシウムへ変換するステップと、を含む。【選択図】図１
2010125354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）飽和食塩水を電解し、水酸化ナトリウムを得て、
２ＮａＣｌ＋２Ｈ２Ｏ→２ＮａＯＨ＋Ｃｌ２＋Ｈ２
の反応式で表されるステップと、
（２）海水中に水酸化ナトリウムを加え、海水中の塩化マグネシウムおよび塩化カルシウムを水酸化マグネシウムおよび水酸化カルシウムに変換し、
ＭｇＣｌ２＋２ＮａＯＨ→Ｍｇ（ＯＨ）２＋２ＮａＣｌ
ＣａＣｌ２＋２ＮａＯＨ→Ｃａ（ＯＨ）２＋２ＮａＣｌ
の反応式で表されるステップと、
（３）水酸化マグネシウムおよび水酸化カルシウムを含む水中へ二酸化炭素を導入し、炭酸マグネシウムおよび炭酸カルシウムへ変換し、
Ｍｇ（ＯＨ）２＋ＣＯ２→ＭｇＣＯ３＋Ｈ２Ｏ
Ｃａ（ＯＨ）２＋ＣＯ２→ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｏ
の反応式で表されるステップと、を含むことを特徴とする二酸化炭素の捕捉方法。
【請求項２】
ステップ（１）の飽和食塩水は、塩濃度が高い苦汁であることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素の捕捉方法。
【請求項３】
前記苦汁は、海水の淡水化を行った後に得られる廃棄物であることを特徴とする請求項２に記載の二酸化炭素の捕捉方法。
【請求項４】
ステップ（１）の水酸化ナトリウムは、食塩水を電解して生成された塩素の副産物であることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素の捕捉方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二酸化炭素を低減させることが可能な捕捉方法に関し、特に、排出された二酸化炭素（ＣＯ２）を化学反応により捕捉する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大気環境には多種類の化学物質が存在するが、一般の状況および濃度では生態系に悪影響を与えない。しかし、産業の発展に伴い、各種産業機械および交通手段により排出される排出濃度が安全基準を超えた化学物質が増大しており、空気汚染が発生している。
【０００３】
現在、空気を汚染させる物質には多くの種類があり、一般によく知られているものとしては、例えば、二酸化炭素（ｃａｒｂｏｎ  ｄｉｏｘｉｄｅ：ＣＯ２）、一酸化炭素（ｃａｒｂｏｎ  ｍｏｎｏｘｉｄｅ：ＣＯ）、二酸化硫黄（ｓｕｌｆｕｒ  ｄｉｏｘｉｄｅ：ＳＯ２）、窒素酸化物（ｎｉｔｒｏｇｅｎ  ｏｘｉｄｅｓ：ＮＯＸ）、浮遊粒子（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｓ）、オゾン（ｏｚｏｎｅ：Ｏ３）、揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ：ＶＯＣｓ）などがある。
【０００４】
空気汚染は人類および環境に直接的または間接的に影響を及ぼす。このうち直接的影響とは、生態圏に生存する人類および動植物の健康に与える害のことであり、間接的影響とは、酸性雨および地球温暖化がもたらす種々の環境問題のことである。
【０００５】
大気中で主な温室ガスには、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４）および二酸化窒素（ＮＯ２）の三種類があり、いわゆる温室ガスとは、地球の平均気温を上昇させる原因となる大気ガスのことである。地球温暖化は、現在、環境問題の中で最も重要視されている問題であり、特に二酸化炭素が地球温暖化に与える影響は大きい。地球温暖化の主な原因は大気中における温室ガスの増加である。そのため、大気中に存在する二酸化炭素濃度を低減させることが地球環境にとって最も重要な課題であり、世界各国は二酸化炭素の排出量を積極的に低減させる必要に迫られている。
【０００６】
化石燃料を継続的に使用することができない状況では、化石燃料の使用効率を高めるとともに、二酸化炭素の捕捉、貯留および再利用に関する技術は、温室効果の悪化を有効に緩和させることができ、新たなエネルギ資源が登場する次の時代にスムーズに移行することができるためにも、人類が低コストのエネルギ源を継続的に利用し続けることができるようにすることが重要である。
【０００７】
「二酸化炭素貯留」とは、二酸化炭素を特定の自然または人口の容器の中に貯留させ、物理的、化学的、生化学的などのメカニズムを利用し、二酸化炭素を百年以上貯留させることができる。森林、海洋、地層、人工貯槽、化学反応チャンバなどは全て二酸化炭素を貯留させることが可能な容器として用いることができる。
【０００８】
今までに開示された「大規模」な二酸化炭素貯留方法としては、地層貯留、地表貯留および海洋貯留の３種類がある。従来、１トン当りの二酸化炭素は、その捕捉に約５〜１１５米ドルかかり、輸送に１００キロ当り約０．４〜３．２米ドルかかり、貯留に約０．５〜１００米ドルの費用がかかった。新しいタイプのガス化複合発電プラントが１トン当りの二酸化炭素を捕捉するには、約１３〜３７米ドルのコストがかかり、１トン当たりの二酸化炭素は、地層貯留に約０．５〜８米ドルのコストがかかり、海洋貯留には約５〜３０米ドルのコストがかかり、地表貯留には約５０〜１００米ドルのコストがかかる（例えば、非特許文献１）。
【０００９】
しかし、非特許文献１の技術には、適当な貯留「容器」の有無や貯留技術が未熟であるといった問題の他に、安定性や将来に亘る監視に関わる問題があった。
【非特許文献１】林鎮國、“二酸化炭素の保存”、科學發展[２００７年５月、４１３期、２８〜３３頁]
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、大量、迅速かつ安全に二酸化炭素を捕捉し、地球の二酸化炭素濃度の上昇を緩和させることが可能な二酸化炭素の捕捉方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記問題を解決するために、本発明に係る二酸化炭素の捕捉方法は、（１）飽和食塩水を電解し、水酸化ナトリウムを得て、２ＮａＣｌ＋２Ｈ２Ｏ→２ＮａＯＨ＋Ｃｌ２＋Ｈ２の反応式で表されるステップと、（２）海水中に水酸化ナトリウムを加え、海水中の塩化マグネシウムおよび塩化カルシウムを水酸化マグネシウムおよび水酸化カルシウムに変換し、ＭｇＣｌ２＋２ＮａＯＨ→Ｍｇ（ＯＨ）２＋２ＮａＣｌ、ＣａＣｌ２＋２ＮａＯＨ→Ｃａ（ＯＨ）２＋２ＮａＣｌの反応式で表されるステップと、（３）水酸化マグネシウムおよび水酸化カルシウムを含む水中へ二酸化炭素を導入し、炭酸マグネシウムおよび炭酸カルシウムへ変換し、Ｍｇ（ＯＨ）２＋ＣＯ２→ＭｇＣＯ３＋Ｈ２Ｏ、Ｃａ（ＯＨ）２＋ＣＯ２→ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｏの反応式で表されるステップと、を含むことを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明に係る二酸化炭素の捕捉方法は、ステップ（１）の飽和食塩水は、塩濃度が高い苦汁であることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明に係る二酸化炭素の捕捉方法は、前記苦汁は、海水の淡水化を行った後に得られる廃棄物であることを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明に係る二酸化炭素の捕捉方法は、ステップ（１）の水酸化ナトリウムは、食塩水を電解して生成された塩素の副産物であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の二酸化炭素の捕捉方法は、大量、迅速かつ安全に二酸化炭素を捕捉し、地球の二酸化炭素濃度の上昇を緩和させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。
【００１７】
本発明の二酸化炭素の捕捉方法には、主に以下の（１）〜（３）のステップが含まれている。
【００１８】
（１）飽和食塩水を電解し、水酸化ナトリウムを得る。
【００１９】
（２）海水中に水酸化ナトリウムを加え、海水中の塩化マグネシウムおよび塩化カルシウムを水酸化マグネシウムおよび水酸化カルシウムに変換する。
【００２０】
（３）水酸化マグネシウムおよび水酸化カルシウムを含む水中に二酸化炭素を導入し、炭酸マグネシウムおよび炭酸カルシウムに変換させる。
【００２１】
水酸化ナトリウムの製造において、この水酸化ナトリウムは、工業的に塩素が生成される副産物であり、一般の方法では、塩素が塩素ガスに変わって放出されるまで飽和食塩水を電解させるとき、溶液中には溶質の水酸化ナトリウムだけが留まり、下記反応式（１）により表される。
【００２２】
反応式（１）  ２ＮａＣｌ＋２Ｈ２Ｏ→２ＮａＯＨ＋Ｃｌ２＋Ｈ２
飽和食塩水を電解することにより、本発明の二酸化炭素の捕捉方法で必要な反応物質である水酸化ナトリウムを得る。また、飽和食塩水は、海水を淡水化した後の廃棄物から得ることができる。
【００２３】
以前、海水の淡水化は、乾燥した中東地域に集中され、現在、世界的な工商業の急速な発展と人口増大により、世界的に大量の水が必要とされており、水資源開発が日々困難となっている今日、世界各国は早急に水源を見つけ出すことが求められている。そして、先進国では、海水の淡水化技術を利用する方法を一般に採用している。
【００２４】
地球上で最も大きな面積を占める海洋は、地球で最大の水庫であり、最も安定した水源である。海洋は、一年中雨が降ったり風が吹いても、そこに存在する水量がほとんど変動しない上、最近向上している海水の淡水化技術により、海水は人類にとって品質が高い水源となっている。
【００２５】
海水の淡水化技術の原理とは、塩水を塩分の含有量が低い淡水と、塩分の含有量が高い苦汁とに分けることにより淡水化された水を得る水処理技術のことである。しかし、淡水化技術の一部は依然として試験段階にあり、２００４年７月現在、最もよく使用されている淡水化技術としては、逆浸透法（世界の淡水化能力の４７．２％を占める。）と多段フラッシュ法（世界の淡水化能力の３６．５％を占める。）との２種類がある。
【００２６】
本発明の二酸化炭素の捕捉方法は、海水の淡水化技術により得られる廃棄物である「苦汁」を利用して水酸化ナトリウムを製造するため、廃棄物を有効に利用するとともに地球資源を有効に活用することもできる。
【００２７】
水酸化ナトリウムを製造すると同時に発生する塩素は、ポリ塩化ビニル−（ＣＨ２ＣＨＣｌ）ｎ−の生産に広く利用することができる。このポリ塩化ビニルは、ビニル、塩素および触媒により製造されるため、防火耐熱機能を備えている。そのため、ポリ塩化ビニルは、例えば、電線ケーブル、光ファイバケーブル、靴、手提げ袋、袋、飾り物、看板、建築用装飾用品、家具、掛け飾り、ローラー、玩具、シャッターカーテン、シャッター、補助医療用品、手袋、サランラップ、衣服など、様々な分野の様々な製品に利用することができる。
【００２８】
海水に水酸化ナトリウムを加え、海水中の塩化マグネシウムおよび塩化カルシウムを水酸化マグネシウムおよび水酸化カルシウムへ変換する反応は、下記反応式（２）および（３）により表される。
【００２９】
反応式（２）  ＭｇＣｌ２＋２ＮａＯＨ→Ｍｇ（ＯＨ）２＋２ＮａＣｌ
反応式（３）  ＣａＣｌ２＋２ＮａＯＨ→Ｃａ（ＯＨ）２＋２ＮａＣｌ
地球の海水を構成する元素は、下記の表（１）により表される。
【００３０】
【表１】
2010125354.tif 000003
海水に含まれるカルシウムおよびマグネシウムの元素を利用し、これら２つの元素が海水にあるときの塩化マグネシウムと塩化カルシウムとの化合物を利用し、水酸化ナトリウムと反応させると、次のステップの反応物である水酸化マグネシウムおよび水酸化カルシウムを得ることができる。そのため、本発明の二酸化炭素の捕捉方法は、原料を取得する際にかかるコストを有効に低減させるとともに、地球の資源を有効に利用することができる。
【００３１】
上述の反応により水酸化マグネシウムおよび水酸化カルシウムを取得した後、産業で排出された二酸化炭素を導入すると、二酸化炭素が水中に存在する水酸化マグネシウムおよび水酸化カルシウムと反応し、炭酸マグネシウムおよび炭酸カルシウムに変換される。これは、下記反応式（４）および（５）により表される。
【００３２】
反応式（４）  Ｍｇ（ＯＨ）２＋ＣＯ２→ＭｇＣＯ３＋Ｈ２Ｏ
反応式（５）  Ｃａ（ＯＨ）２＋ＣＯ２→ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｏ
上述の反応により二酸化炭素を捕捉して炭酸マグネシウムおよび炭酸カルシウムに変換すると、現在の産業で発生する廃棄物（海水淡水化で得られる苦汁）または副産物（塩素を製造する際に得られる水酸化ナトリウム）により二酸化炭素を捕捉することができるため、従来の物理的方法または生物学的方法よりも全体の化学反応速度が速いだけでなく、全体のコストを有効に低減させることもできる。
【００３３】
本発明の二酸化炭素の捕捉方法では、最終物として炭酸カルシウムおよび炭酸マグネシウムがある。炭酸カルシウムは、防火建築材料およびペンキに使用され、製鋼、ポリマー、製紙などの生産工程に広く利用することができる。また、炭酸マグネシウムは、床、防火、消火製品、化粧品、歯磨き粉などに利用することができる他、充填材料として用いたり、プラスチック製品内に発煙抑制作用を持たせたり、ネオプレンゴム（ｎｅｏｐｒｅｎｅ  ｒｕｂｂｅｒ）に加えて乾燥剤にしたり、整腸剤や食品の保色剤として用いたりすることもできる。
【００３４】
以下本発明による実施例は、本発明を限定するものではなく、合理的に変更させることもできる。また、当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。
【００３５】
（実施例）
（１）水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の製造
図１に示すように、飽和食塩水または苦汁（ｂｒｉｎｅ）を連続的に導入し、電解反応の状態を維持すると、水酸化ナトリウム溶液を連続的に得ることができる。電解槽１０の中には、安定した電流４０Ａが通電され、電位が１．５Ｖよりも大きく制御されている。電解槽１０の中央部分には、イオン交換膜１６が配置され、入口１２の箇所から苦汁が導入され、苦汁が電解槽１０を通るときの電解槽の正極１７の反応は、２Ｃｌ−→Ｃｌ２＋２ｅ−であり、電解により正極から塩素が発生する。電解槽の負極１８に起きる反応は、２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→２ＯＨ−＋Ｈ２であり、電解により負極から水素が発生し、溶液中のナトリウムイオン（Ｎａ＋）と水酸化イオン（ＯＨ−）とを結合させて水酸化ナトリウム溶液（ＮａＯＨ（ａｑ））を形成し、出口１４から流出させるとともに、連続して２４時間操作すると、１時間毎に５８グラムの水酸化ナトリウムを得ることができる。
【００３６】
（２）水酸化マグネシウムおよび水酸化カルシウムの製造、ならびに二酸化炭素の捕捉
図２を参照する。図２に示すように、反応槽２０中には、海水を導入するために用いる海水入口２２と、前のステップで得られた水酸化溶液を導入するために用いる水酸化ナトリウム入口２４と、二酸化炭素を導入するために用いる二酸化炭素入口２６と、を備える。そして、反応槽２０中でそれら反応物である海水、水酸化ナトリウムおよび二酸化炭素を反応させる。この反応により形成される炭酸マグネシウム／炭酸カルシウム沈殿物２９は、反応槽２０の底部に沈殿され、反応後の海水は、反応廃液流出口２８から流出される。これは、下記反応式（２）〜（５）により表される。
【００３７】
反応式（２）  ＭｇＣｌ２＋２ＮａＯＨ→Ｍｇ（ＯＨ）２＋２ＮａＣｌ
反応式（４）  Ｍｇ（ＯＨ）２＋ＣＯ２→ＭｇＣＯ３＋Ｈ２Ｏ
反応式（３）  ＣａＣｌ２＋２ＮａＯＨ→Ｃａ（ＯＨ）２＋２ＮａＣｌ
反応式（５）  Ｃａ（ＯＨ）２＋ＣＯ２→ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｏ
【００３８】
塩化マグネシウムと水酸化ナトリウムとを反応させて水酸化マグネシウムを生成してから、水酸化マグネシウムを導入した二酸化炭素と反応させて炭酸マグネシウムを生成し、反応槽２０の底部に沈殿させる。塩化カルシウムと水酸化ナトリウムとを反応させて水酸化カルシウムを生成した後、水酸化カルシウムを導入した二酸化炭素と反応させて炭酸カルシウムを生成し、反応槽２０の底部に沈殿させる。
【００３９】
上述の設備では、１キログラムの海水に９０グラムの水酸化ナトリウムを加えた後、十分な量の曝気の二酸化炭素を加え、平均４４５．９グラムの炭酸マグネシウムおよび９２．３グラムの炭酸カルシウムを得る。つまり、換算すると平均１キログラムの海水に９０グラムの水酸化ナトリウムを加えると２７７グラムの二酸化炭素を捕捉することができる。
【００４０】
（３）二酸化炭素の捕捉技術に必要なコストの評価
上述の換算によると、１キログラムの海水に９０グラムの水酸化ナトリウムを加えると、２７７グラムの二酸化炭素を捕捉することができる。下記表２は、１トンの二酸化炭素を捕捉するために必要なコストを表す。
【００４１】
【表２】
2010125354.tif 000004
上記の表２から分かるように、１トンの二酸化炭素を捕捉するために必要な費用は約６２．６３８米ドルであり、現在の地層貯留技術で１トンの二酸化炭素の捕捉に必要な費用は約５０〜１００米ドルであるが、本発明の二酸化炭素の捕捉方法には、下記（Ａ）〜（Ｆ）の長所がある。
【００４２】
（Ａ）化学反応速度が物理的貯留よりも速い。
【００４３】
（Ｂ）化学反応は、物理的反応よりも安定しているため、より安全に貯留させることができる。
【００４４】
（Ｃ）貯留が環境に与える影響が小さい。
【００４５】
（Ｄ）物理的貯留の将来に亘る監視コストが必要ない。
【００４６】
（Ｅ）材料を大量に利用することによりコストをさらに低減させることができる。
【００４７】
（Ｆ）最終製品の付加価値が高い。
【００４８】
当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態による飽和食塩水（苦汁）の電解を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態による水酸化マグネシウムおよび水酸化カルシウムを製造し、二酸化炭素を捕捉するときの反応状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  電解槽
１２  入口
１４  出口
１６  イオン交換膜
１７  正極
１８  負極
２０  反応槽
２２  海水入口
２４  水酸化ナトリウム入口
２６  二酸化炭素入口
２８  反応廃液流出口
２９  炭酸マグネシウム／炭酸カルシウム沈殿物
【図１】
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【図２】
2010125354.tif 000006