(57)【要約】【課題】本発明は、合成ガス生成装置および燃料製造装置に関し、海水を電解液に用いてＣＯとＨ２とを同時生成し、ＨＣを合成可能な新規な合成ガス生成装置および燃料製造装置を提供することを目的とする。【解決手段】実施の形態１のシステムは、Ｃｌ２ガス循環システムを備えている。Ｃｌ２ガス循環システムは、アノード１４で生成したＣｌ２ガスをＣｌ２タンク２０に回収すると共に、回収したＣｌ２ガスを、Ｃｌ２供給口１８を介して電解セル１０に吹き込み可能に構成されている。制御装置３０によりＣｌ２ガス循環システムを作動して電解セル１０内の海水中にＣｌ２ガスを供給し、海水中のＨ＋濃度を増加させる。Ｈ＋濃度の増加後、カソード１２とアノード１４との間に電圧を印加すれば、カソード１２においてＣＯとＨ２を同時生成できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液としての海水を内部に備える電解セルと、
前記電解セルに設けられ、ＣＯ２をＣＯに還元可能な触媒を備えるカソードと、
前記電解セルに設けられ、前記カソードと１対の電極を構成するアノードと、
前記カソードと前記アノードの間に電圧を印加して海水中のＣＯ２とＨ２ＯからＣＯとＨ２とを生成する電気分解を実行する電解実行手段と、
前記電解セル内の海水中のＨ＋濃度が目標Ｈ＋濃度となるように前記電解セル内の海水中にＣｌ２ガスを供給するＣｌ２ガス供給手段と、
を備えることを特徴とする合成ガス生成装置。
【請求項２】
前記Ｃｌ２ガス供給手段はＣｌ２ガス供給源を備え、
前記Ｃｌ２ガス供給源は、前記電気分解の実行中に前記アノードにおいて生成するＣｌ２ガスを貯蔵可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の合成ガス生成装置。
【請求項３】
前記電解セル内の海水中のＣＯ２濃度を取得するＣＯ２濃度取得手段と、
電気分解の実行中に生成するＣＯとＨ２の比率が設定比となる電解液中のＣＯ２濃度およびＨ＋濃度の関係と、前記ＣＯ２濃度取得手段で取得したＣＯ２濃度とから前記目標Ｈ＋濃度を算出する目標Ｈ＋濃度算出手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の合成ガス生成装置。
【請求項４】
前記電解セル内に海水が流通する海水流路を形成する海水流路形成手段を備え、
前記Ｃｌ２ガス供給手段は、前記海水流路の電極対設置箇所よりも上流側からＣｌ２ガスを供給することを特徴とする請求項１乃至３何れか１項に記載の合成ガス生成装置。
【請求項５】
前記電解セル内に海水が流通する海水流路を形成する海水流路形成手段を備え、
前記カソードおよび前記アノードは、前記海水流路を複数の電解領域に分割するように配置された複数の電極対を構成し、
前記Ｃｌ２ガス供給手段は、前記海水流路の電極対設置箇所よりも上流側および前記電解領域の領域間からＣｌ２ガスを供給することを特徴とする請求項１乃至３何れか１項に記載の合成ガス生成装置。
【請求項６】
前記電解セル内において、前記カソードが設けられたカソード空間と前記アノードが設けられたアノード空間とを隔てる陽イオン交換膜を備え、
前記Ｃｌ２ガス供給手段は、前記アノード空間側の海水中にＣｌ２ガスを供給することを特徴とする請求項１乃至５何れか１項に記載の合成ガス生成装置。
【請求項７】
請求項１乃至６何れか１項に記載の合成ガス生成装置により生成したＣＯとＨ２とをＦＴ反応させるＦＴ反応器を備えることを特徴とする燃料製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、合成ガス生成装置および燃料製造装置に関する。より詳細には、ＣＯ２とＨ２ＯとからＣＯとＨ２とを生成する合成ガス生成装置、および該合成ガスから燃料を製造する燃料製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油、石炭、天然ガスといった化石燃料は、熱、電気の生成の原料や、運輸燃料として使用され、現代のエネルギー消費社会を支えている。しかし、このような化石燃料は使い切り燃料であり、その埋蔵量には限りがある。そのため、化石燃料が枯渇した場合の備えが必要であることは言うまでもない。
【０００３】
化石燃料に代わる代替燃料のひとつに、炭化水素系燃料（ＨＣ）がある。ＨＣに関し、例えば特許文献１には、ＣＯおよびＨ２をフィッシャー・トロプシュ反応（ＦＴ反応）させてＨＣを合成するシステムが開示されている。このシステムでは、炭素供給原料（木材、廃棄物、石炭等）の加熱によりＣＯとＨ２とを含む合成ガスを生成すると共に、海水の電気分解によりＨ２を生成し、これらをＦＴ反応させてＨＣを合成している。つまり、このシステムでは、炭素供給原料の加熱、海水の電気分解という２つのプロセスによってＨＣ原料を準備し、Ｈ２を過剰気味に用いてＦＴ反応させている。
【０００４】
上記特許文献１の海水の電気分解に関連して、例えば特許文献２には、電解液に海水を使用できること、および、電解槽内の電解液中にＣＯ２をバブリング投入することで電解液のｐＨが変化することが開示されている。また、例えば特許文献３には、電解槽とは別に設けたタンクにおいて、海水中にＣＯ２を吹き込んで海水のｐＨを８から５〜６に低下させ、ｐＨ調整後の海水を該タンクから電解槽に送液し電気分解する装置が開示されている。また、例えば特許文献４には、海水等の塩水を内部に備える電解槽に、陽イオン交換膜や陰イオン交換膜などを配置した水素発生装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５０９８５５号公報
【特許文献２】特表２０１１−５２８４０７号公報
【特許文献３】特開昭６１−７３８９３号公報
【特許文献４】特開２０００−６４０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、海水中にはＣＯ２が含まれている。そのため、海水中のＣＯ２からＣＯを生成できれば、海水からＨＣ原料のＣＯとＨ２とを同時に生成できる。ここで、上記特許文献１にあるように、Ｈ２は海水の電気分解により生成する。従って、海水中のＣＯ２の電気分解によりＣＯを生成できれば、海水からＨＣ原料のＣＯとＨ２とを同時に生成できる。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献３にあるように、海水のｐＨは弱アルカリ領域にある。そのため、海水中にはＣＯ２の電解還元反応（ＣＯ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→ＣＯ＋Ｈ２Ｏ）に必要なＨ＋が不足していると言える。故に、海水を電解液に用いてＣＯとＨ２とを同時生成してＨＣを合成するためには、従来の装置とは異なる新規な装置を用いる必要がある。
【０００８】
この発明は、上述の課題を解決するためになされたものである。即ち、海水を電解液に用いてＣＯとＨ２とを同時生成し、ＨＣを合成可能な新規な合成ガス生成装置および燃料製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、合成ガス生成装置であって、
電解液としての海水を内部に備える電解セルと、
前記電解セルに設けられ、ＣＯ２をＣＯに還元可能な触媒を備えるカソードと、
前記電解セルに設けられ、前記カソードと１対の電極を構成するアノードと、
前記カソードと前記アノードの間に電圧を印加して海水中のＣＯ２とＨ２ＯからＣＯとＨ２とを生成する電気分解を実行する電解実行手段と、
前記電解セル内の海水中のＨ＋濃度が目標Ｈ＋濃度となるように前記電解セル内の海水中にＣｌ２ガスを供給するＣｌ２ガス供給手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記Ｃｌ２ガス供給手段はＣｌ２ガス供給源を備え、
前記Ｃｌ２ガス供給源は、前記電気分解の実行中に前記アノードにおいて生成するＣｌ２ガスを貯蔵可能に構成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記電解セル内の海水中のＣＯ２濃度を取得するＣＯ２濃度取得手段と、
電気分解の実行中に生成するＣＯとＨ２の比率が設定比となる電解液中のＣＯ２濃度およびＨ＋濃度の関係と、前記ＣＯ２濃度取得手段で取得したＣＯ２濃度とから前記目標Ｈ＋濃度を算出する目標Ｈ＋濃度算出手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れか１つにおいて、
前記電解セル内に海水が流通する海水流路を形成する海水流路形成手段を備え、
前記Ｃｌ２ガス供給手段は、前記海水流路の電極対設置箇所よりも上流側からＣｌ２ガスを供給することを特徴とする。
【００１３】
また、第５の発明は、第１乃至第３の発明の何れか１つにおいて、
前記電解セル内に海水が流通する海水流路を形成する海水流路形成手段を備え、
前記カソードおよび前記アノードは、前記海水流路を複数の電解領域に分割するように配置された複数の電極対を構成し、
前記Ｃｌ２ガス供給手段は、前記海水流路の電極対設置箇所よりも上流側および前記電解領域の領域間からＣｌ２ガスを供給することを特徴とする。
【００１４】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れか１つにおいて、
前記電解セル内において、前記カソードが設けられたカソード空間と前記アノードが設けられたアノード空間とを隔てる陽イオン交換膜を備え、
前記Ｃｌ２ガス供給手段は、前記アノード空間側の海水中にＣｌ２ガスを供給することを特徴とする。
【００１５】
また、第７の発明は、上記の目的を達成するため、燃料製造装置であって、
第１乃至第６の発明の何れかの合成ガス生成装置により生成したＣＯとＨ２とをＦＴ反応させるＦＴ反応器を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、電解セル内の海水中にＣｌ２ガスを供給できるので、このＣｌ２ガスと海水との反応によって、海水中のＨ＋濃度を増やすことができる。そのため、カソード上の触媒において上記ＣＯ２の電解還元反応を進行させてＣＯを生成できる。また、上記の通りＨ２は海水の電気分解により生成できる。この生成は、海水中のＨ＋の電解還元反応によるものであり、カソード上において進行する。従って第１の発明によれば、海水を電解液に用い、カソード上でＣＯとＨ２とを同時生成できる。
また、Ｃｌ２ガスの供給は、電解セル内の海水中のＨ＋濃度を目標Ｈ＋濃度とするように行われる。従って第１の発明によれば、カソード上で同時生成するＣＯとＨ２の比率を目標Ｈ＋濃度とすることも可能となる。
【００１７】
他方、上記電解セルのアノード上ではＣｌ２が生成する。第２の発明によれば、アノード上で生成したＣｌ２をＣｌ２ガス供給源に貯蔵可能に構成されている。そのため、生成したＣｌ２を再び電解セル内の海水中に供給できる。即ち、生成したＣｌ２の有効活用を図ることができる。
【００１８】
第３の発明によれば、電気分解の実行中に生成するＣＯとＨ２の比率が設定比となる電解液中のＣＯ２濃度およびＨ＋濃度の関係と、上記ＣＯ２濃度取得手段で取得したＣＯ２濃度とから上記目標Ｈ＋濃度を算出するので、カソード上で同時生成するＣＯとＨ２の比率を設定比とすることが可能となる。
【００１９】
上記ＣＯ２の電解還元反応が進行すれば、海水中のＣＯ２濃度が低下する。この点、第４の発明によれば、電解セル内に海水が流通する海水流路を形成できるので、電解セル内に新たな海水を流通させることができる。つまり、電解セル内にＣＯ２を常時補充できる。また、上記ＣＯ２やＨ＋の電解還元反応が進行すれば、海水中のＨ＋濃度が低下する。この点、第４の発明によれば、上記海水流路の電極対設置箇所よりも上流側からＣｌ２ガスを供給できる。つまり、ＣＯ２の補充に併せてＨ＋をも補充できる。従って、第４の発明によれば、電解還元反応の進行に伴うＣＯ２濃度やＨ＋濃度の低下を、それらの補充によって抑制できる。
【００２０】
上記第４の発明で述べたように、上記ＣＯ２やＨ＋の電解還元反応が進行すれば、海水中のＨ＋濃度が低下する。電解セル内に海水が流通する海水流路を形成した場合、このＨ＋濃度低下は、海水流路の下流側ほど顕著となる。この点、第５の発明によれば、電解セル内に海水が流通する海水流路を複数の電解領域に分割し、上記海水流路の電極対設置箇所よりも上流側および電解領域の領域間からＣｌ２ガスを供給できる。従って、海水流路を形成する場合において、Ｈ＋濃度の電解領域間格差を是正できる。
【００２１】
海水中にＣｌ２ガスを供給する場合、供給したＣｌ２ガスの全てが海水中に溶解することは稀であり、その一部は溶解せずにガス状態で残存する。また、Ｃｌ２ガスが海水中に溶解した場合であっても、その後再びガス化する可能性がある。再ガス化に関し、Ｃｌ２ガスが溶解すれば、海水中を移動可能であるため、再ガス化した場合は電解セルのあらゆる箇所において存在可能となる。この点、第６の発明によれば、陽イオン交換膜を設けると共に、この陽イオン交換膜によって隔てられたアノード空間側の海水中にＣｌ２ガスを供給できる。従って、Ｃｌ２ガスのアノード空間側からカソード空間側への移動を遮断できる。よって、カソード上で生成するＣＯとＨ２に、Ｃｌ２ガスが混入するのを良好に防止できる。
【００２２】
第７の発明によれば、第１乃至第６の発明の何れかの合成ガス生成装置により生成したＣＯとＨ２とをＦＴ反応させてＨＣを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】ＣＯ２濃度およびＨ＋濃度と、ＣＯとＨ２の生成比率との関係を示した図である。
【図３】実施の形態１において、制御装置３０により実行される電気分解処理を説明するためのフロー図である。
【図４】実施の形態２において、制御装置３０により実行される電気分解処理を説明するためのフロー図である。
【図５】電解液中のＣＯ２濃度と、その電解液を用いた電気分解の際に生成するＣＯ量との関係を示した図である。
【図６】実施の形態３のシステム構成を説明するための図である。
【図７】図６の電解セル４０の平面図である。
【図８】実施の形態３において、制御装置６０により実行される電気分解処理を説明するためのフロー図である。
【図９】図９は実施の形態４の電解セルの平面図および該電解セル内におけるＣＯ２，Ｈ＋濃度変化の一例を示した図である。
【図１０】実施の形態５の電解セル構成を説明するための図である。
【図１１】実施の形態５の電解セル構成の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
先ず、図１乃至図４を参照しながら、本発明の実施の形態１について説明する。
図１は実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、実施の形態１のシステムは、電解セル１０を備えている。電解セル１０は、電解液としての海水をその内部に蓄えると共に、カソード１２とアノード１４と仕切り板１６とを備えている。
【００２５】
カソード１２は、電気分解時にＣＯ２を選択的にＣＯに還元可能なＣＯ２還元触媒と、電極本体とから構成されている。電極本体は、電気分解時にＣＯ２還元触媒での反応を阻害しない金属から構成される。ＣＯ２還元触媒は、電極本体の表面の少なくとも一部にコーティングされている。ＣＯ２還元触媒のコーティングは、例えばＣＯ２還元触媒が金属系触媒であればめっき法により、ＣＯ２還元触媒が高分子系触媒であれば電極本体の表面に塗布したモノマーを重合することにより行われる。
アノード１４は、カソード１２との組み合わせにより１対の電極を構成するものであり、電気分解時に電解液に溶解しない金属（例えばＰｔ）から構成されている。
仕切り板１６は、電解セル１０の上面から下面に向けて垂直に形成されている。仕切り板１６を設けることで、電解セル１０内での電解液の移動性を確保しつつ、カソード１２で生成したＣＯとＨ２とを含む合成ガスと、アノード１４で生成したＣｌ２ガスとの混合を防止している。なお、該合成ガスや該Ｃｌ２ガスの生成については後述する。
【００２６】
また、本実施形態のシステムは、Ｃｌ２ガス循環システムを備えている。Ｃｌ２ガス循環システムは、例えば焼結ガラスからなるＣｌ２供給口１８と、内部にＣｌ２ガスを蓄えるＣｌ２タンク２０を備えており、アノード１４で生成したＣｌ２ガスをＣｌ２タンク２０に回収すると共に、回収したＣｌ２ガスを、Ｃｌ２供給口１８を介して電解セル１０に吹き込み可能に構成されている。
【００２７】
また、本実施形態のシステムは、ＦＴ反応器２２を備えている。ＦＴ反応器２２の内部には、鉄、コバルト、ルテニウム系のＦＴ触媒（図示しない）が設けられている。ＦＴ反応器２２は、このＦＴ触媒の作用により、カソード１２で生成した合成ガスをＨＣに変換可能に構成されている。
ＦＴ反応器２２におけるＦＴ反応は、下記式（１）で表される。
ＣＯ＋２Ｈ２→−［１／ｎ（ＣＨ２）ｎ］−＋Ｈ２Ｏ      ・・・（１）
上記式（１）において、−［１／ｎ（ＣＨ２）ｎ］−は、ＨＣを表すものとする。
【００２８】
また、本実施形態のシステムは、電解セル１０での電気分解、Ｃｌ２ガス循環システムによるＣｌ２ガス循環や、ＦＴ反応器２２でのＨＣ合成を制御するための制御装置３０を備えている。制御装置３０の入力側には、電解液中のＣＯ２濃度を測定可能に構成されたＣＯ２センサ２４、電解液のｐＨを測定可能に構成されたｐＨメータ２６等が接続されている。制御装置３０の出力側には、カソード１２とアノード１４との間に電圧を印加するための電源、Ｃｌ２供給口１８から電解セル１０に吹き込むＣｌ２量を調節するためのガスバルブ（何れも図示しない）等が接続されている。
【００２９】
［実施の形態１における電気分解］
海水は地球上の水の約９７％を占め、その入手が極めて容易である。本実施形態においては電解液に海水を用いるので上記の利点を享受できる。しかしながら、海水のｐＨは８．４と弱アルカリ領域にある。即ち、海水中のＨ＋濃度が低いという問題がある。そこで、本実施形態の電気分解においては、制御装置３０によりＣｌ２ガス循環システムを作動して電解セル１０内の海水中にＣｌ２ガスを供給し、海水中のＨ＋濃度を増加させている。
【００３０】
海水中へのＣｌ２ガス供給により、海水中のＨ＋濃度を増加できるメカニズムについて説明する。一般に、アルカリ性の水溶液中にはＯＨ−が含まれる。そのため、アルカリ性の水溶液中にＣｌ２を添加すれば、下記式（２）の反応が進行する。
Ｃｌ２＋ＯＨ−→Ｃｌ−＋ＨＣｌＯ      ・・・（２）
上記式（２）の反応が進行すれば、ＯＨ−が消費されるので水溶液のｐＨが低下する。
また、アルカリ性の水溶液中では、下記式（３）の反応も進行する。
Ｃｌ２＋Ｈ２Ｏ→Ｈ＋＋Ｃｌ−＋ＨＣｌＯ      ・・・（３）
【００３１】
上述したように、海水のｐＨは８．４であり含有ＯＨ−濃度はそれほど高くない。そのため、上記式（２）の反応でＯＨ−が消費され、同時に上記式（３）の反応が進行すれば、海水のｐＨは低下してアルカリ領域から酸性領域へと移行する。更に、上記式（３）において生成するＨＣｌＯ（次亜塩素酸）は、水溶液中で下記式（４）の反応（平衡反応）によりＨ＋を生成できる。
ＨＣｌＯ→Ｈ＋＋ＣｌＯ−      ・・・（４）
よって、海水中にＣｌ２ガスを供給すれば、上記式（２），（３）の反応により海水のｐＨを酸性領域へと移行させ、上記式（４）の反応により海水中のＨ＋濃度を増加可能となる。
【００３２】
また、本実施形態の電気分解においては、制御装置３０により上記電源を制御してカソード１２とアノード１４との間に電圧を印加する。カソード１２とアノード１４との間に電圧を印加すれば、海水中のＨ＋を利用した下記式（５），（６）の反応がカソード１２において進行する。
ＣＯ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→ＣＯ＋Ｈ２Ｏ      ・・・（５）
２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２      ・・・（６）
上記式（５）の反応は、カソード１２上のＣＯ２還元触媒が海水に接する箇所において進行する。また、上記式（６）の反応は、カソード１２の本体部分が海水に接する箇所において進行する。つまり、カソード１２においては、ＣＯとＨ２を同時に生成できる。同時生成したＣＯとＨ２は、海水中に溶解することなくガス状態でＦＴ反応器２２に導入される。
【００３３】
他方、アノード１４においては、下記式（７）の反応が進行する。
２Ｃｌ−→Ｃｌ２＋２ｅ−      ・・・（７）
上記式（７）の反応は、アノード１４が海水に接する箇所において進行する。上記式（７）の反応により生成したＣｌ２は、ＣＯとＨ２同様のガス状態で、アノード１４の上方からＣｌ２タンク２０に導入される。但し、生成したＣｌ２ガスの一部は、上記式（２），（３）の反応により海水中に溶解する。
【００３４】
ところで、上記式（１）に示したように、ＦＴ反応の際、Ｈ２とＣＯはＨ２：ＣＯ＝２：１で反応する。そのため、ＣＯとＨ２のモル比率をＨ２：ＣＯ＝２：１（以下、この比率を「最適比率」と称す。）に設定してＦＴ反応させると、反応時のエネルギー効率が向上することが知られている。そのため、ＣＯとＨ２のモル比率を最適比率に調整した上でＦＴ反応させることが望ましい。ここで、上記のとおり、本実施形態の電気分解においては、カソード１２においてＣＯとＨ２を同時生成できる。そこで、本実施形態の電気分解においては、この利点を活用し、ＣＯとＨ２の比率調整を生成段階から行うべく、以下に説明するｐＨ調整制御を実行している。
【００３５】
ｐＨ調整制御は、海水中のＣＯ２濃度と最適比率とから決定される目標Ｈ＋濃度（目標ｐＨ）となるように、ｐＨメータ２６で海水のｐＨをモニタリングしつつ、Ｃｌ２供給口１８からＣｌ２ガスを吹き込む制御であり、Ｃｌ２ガス循環システムを作動させる際に行われる。このｐＨ調整制御において、海水中のＣＯ２濃度および海水のｐＨは、ＣＯ２センサ２４およびｐＨメータ２６から測定できる。また、目標ｐＨの決定は、ＣＯ２濃度およびｐＨと最適比率との関係を予め定めたマップデータに、測定した海水中のＣＯ２濃度を適用することにより行われる。図２は、ＣＯ２濃度およびＨ＋濃度と、ＣＯとＨ２の生成比率との関係を示した図である。図２の関係図は、図１の電解セル１０同様の構成電解セルを用い、電解液中のＣＯ２濃度を一定としつつｐＨを変化させた際に、生成したＣＯとＨ２のモル比率を算出することで作成できる。本実施形態においては、図２の関係図がＣＯ２濃度毎に作成され、マップデータ化された上で制御装置３０内部に予め記憶されているものとする。
【００３６】
［実施の形態１における具体的処理］
図３を参照しながら、実施の形態１における電気分解を具体的に説明する。図３は、実施の形態１において、制御装置３０により実行される電気分解処理を説明するためのフロー図である。図３に示すように、先ず制御装置３０は、海水中のＣＯ２濃度を取得する（ステップ１００）。具体的に、制御装置３０はＣＯ２センサ２４の出力値を検出し、該出力値に基づいて海水中のＣＯ２濃度を算出する。
【００３７】
続いて、制御装置３０は、目標ｐＨを算出する（ステップ１１０）。具体的に、制御装置３０は、その内部に予め記憶しておいたマップデータにステップ１００で算出した海水中のＣＯ２濃度を適用し、該ＣＯ２濃度に対応する目標ｐＨを求める。
【００３８】
続いて、制御装置３０は、ｐＨ調整制御を実行する（ステップ１２０〜１４０）。具体的に、制御装置３０は、ｐＨメータ２６の出力値を検出して海水のｐＨをモニタリングしつつ、Ｃｌ２ガス循環システムを作動してＣｌ２供給口１８からＣｌ２ガスを電解セル１０に吹き込む。これにより、海水のｐＨが目標ｐＨに調整される。
【００３９】
続いて、制御装置３０は、電気分解を実行する（ステップ１５０）。具体的に、制御装置３０は、海水のｐＨが目標ｐＨに調整されことを確認した後に、上記電源を制御してカソード１２とアノード１４との間に電圧を印加する。これにより、カソード１２においてＣＯとＨ２が最適比率で同時生成できる。
【００４０】
以上、図３に示したルーチンによれば、ｐＨ調整制御を実行することで、海水のｐＨが目標ｐＨに調整できる。この海水のｐＨ調整は、Ｃｌ２ガスの供給により行われるものであり、該Ｃｌ２ガスは海水の電気分解により生成するものである。従って、海水のｐＨ調整に海水中の既存物質を活用できる。また、図３に示したルーチンによれば、電気分解を実行することでカソード１２においてＣＯとＨ２が最適比率で同時生成できる。従って、ＣＯとＨ２の比率調整を生成段階から行うことが可能となる。
【００４１】
なお、上記実施の形態１においては、電解セル１０が上記第１の発明における「電解セル」に相当している。
また、上記実施の形態１においては、制御装置３０が、図３のステップ１５０の処理を実行することにより上記第１の発明における「電気分解実行手段」が、同図のステップ１２０〜１４０の処理を実行することにより上記第１の発明における「Ｃｌ２ガス供給手段」が、それぞれ実現されている。
また、上記実施の形態１においては、Ｃｌ２タンク２０が上記第２の発明における「Ｃｌ２ガス供給源」に相当している。
また、上記実施の形態１においては、制御装置３０が、図３のステップ１００の処理を実行することにより上記第３の発明における「ＣＯ２濃度取得手段」が、同図のステップ１１０の処理を実行することにより上記第３の発明における「目標Ｈ＋濃度算出手段」が、それぞれ実現されている。
また、上記実施の形態１においては、ＦＴ反応器２２が上記第７の発明における「ＦＴ反応器」に相当している。
【００４２】
実施の形態２．
次に、図４乃至図５を参照しながら、本発明の実施の形態２について説明する。
実施の形態２においては、図１のシステムと同一のシステム構成において、制御装置３０により図４に示す電気分解処理を実行することをその特徴とする。
【００４３】
［実施の形態２の特徴］
上記実施の形態１においては、ｐＨ調整制御を行って海水のｐＨを目標ｐＨに調整し、その後に電気分解を実行した。しかし、海水中のＣＯ２濃度はＣＯ生成に伴い低下するので、電気分解を実行すればＣＯとＨ２の生成比が最適比率から外れる可能性がある。そこで、実施の形態２においては、ｐＨ調整制御と電気分解とを同時に実行する。ｐＨ調整制御と電気分解とを同時に実行すれば、ＣＯ２濃度が変化したとしても、ＣＯとＨ２の生成比率を最適比率とするｐＨに調整できる。従って、ＣＯとＨ２の生成比率を最適比率に維持できる。
【００４４】
［実施の形態２における具体的処理］
図４を参照しながら、実施の形態２における電気分解を具体的に説明する。図４は、実施の形態２において、制御装置３０により実行される電気分解処理を説明するためのフロー図である。図４に示すように、先ず制御装置３０は、海水中のＣＯ２濃度を取得する（ステップ２００）。本ステップの処理は、図３のステップ１００の処理と同一である。
【００４５】
続いて、制御装置３０は、ステップ２００で取得した海水中のＣＯ２濃度が、所定濃度Ｃ０よりも高いか否かを判定する（ステップ２１０）。図５は、電解液中のＣＯ２濃度と、その電解液を用いた電気分解の際に生成するＣＯ量との関係を示した図である。図５に示すように、ＣＯ生成量は、所定濃度Ｃ０よりも高ＣＯ２濃度域において観測される。つまり、所定濃度Ｃ０はＣＯ生成可能な最低ＣＯ２濃度として設定されるものである。ステップ２１０において、海水中のＣＯ２濃度が、所定濃度Ｃ０よりも高い場合にはステップ２２０に進む。一方、所定濃度Ｃ０以下の場合には、ＣＯ生成が見込めないと判断できるので本ルーチンを終了する。
【００４６】
ステップ２２０において、制御装置３０は、目標ｐＨを算出する。具体的に、制御装置３０は、その内部に予め記憶しておいたマップデータにステップ２００で取得した海水中のＣＯ２濃度を適用し、該ＣＯ２濃度に対応する目標ｐＨを求める。続いて、制御装置３０は、ｐＨ調整制御を実行する（ステップ２３０〜２５０）。ステップ２３０〜２５０の処理は、図３のステップ１２０〜１４０の処理と同一である。
続いて、制御装置３０は、電気分解を実行する（ステップ２６０）。ステップ２６０の処理は、図３のステップ１５０の処理と同一である。
ステップ２６０に続いて、制御装置３０は、ステップ２００に戻り海水中のＣＯ２濃度を取得する。その後の処理については、上述のとおりである。
【００４７】
このように、図４に示したルーチンによれば、海水中のＣＯ２濃度が、所定濃度Ｃ０以下となるまでｐＨ調整制御と電気分解とが繰り返される。従って、ＣＯ生成が見込めなくなるまでの間、生成するＣＯとＨ２の生成比率を最適比率に維持できる。
【００４８】
実施の形態３．
［システム構成の説明］
次に、図６乃至図８を参照しながら、本発明の実施の形態３について説明する。
図６は実施の形態３のシステム構成を説明するための図である。図６に示すように、実施の形態３のシステムは、フロー方式の電解セル４０を備えている。電解セル４０は、外部から供給した海水をその内部に流通可能に構成されている点で図１の電解セル１０と異なる。即ち、図６に示すカソード４２、アノード４４および仕切り板４６の構成は、図１のカソード１２、アノード１４および仕切り板１６と基本的に同一である。但し、カソード４２およびアノード４４は、電解セル４０の側壁に沿って設けられている点において、図１のカソード１２およびアノード１４と異なる。
【００４９】
また、本実施形態のシステムは、Ｃｌ２ガス循環システムを備えている。Ｃｌ２ガス循環システムは、Ｃｌ２ガス供給口４８およびＣｌ２タンク５０を備えており、アノード４４で生成したＣｌ２ガスをＣｌ２タンク５０に回収すると共に、回収したＣｌ２ガスを、Ｃｌ２供給口４８を介して電解セル４０に吹き込み可能に構成されている。Ｃｌ２ガス供給口４８およびＣｌ２タンク５０の構成は、上記実施の形態１のＣｌ２供給口１８およびＣｌ２タンク２０と同一である。
また、本実施形態のシステムは、ＦＴ反応器５２を備えている。ＦＴ反応器５２の構成は上記実施の形態１のＦＴ反応器２２と同一である。
また、本実施形態のシステムは、制御装置６０を備えている。制御装置６０の構成は上記実施の形態１の制御装置３０と基本的に同一である。即ち、制御装置６０は、電解セル４０での電気分解、Ｃｌ２ガス循環システムによるＣｌ２ガス循環や、ＦＴ反応器５２でのＨＣ合成を制御するものであり、その入力側には、ＣＯ２センサ５４、ｐＨメータ５６等が接続されている。但し、制御装置６０は、その出力側に、電解セル４０の外部から海水を送液するための送液ポンプ（図示しない）が接続されている点において、図１の制御装置３０と異なる。
【００５０】
図７は、図６の電解セル４０の平面図である。図７に示すように、カソード４２、アノード４４および仕切り板４６は、電解液の流れ方向に沿って設けられている。また、Ｃｌ２ガス循環システムは、アノード４４の下流側においてＣｌ２ガスを回収し、アノード４４の上流側に設けたＣｌ２供給口４８を介して電解セル４０にＣｌ２ガスを吹き込み可能に構成されている。なお、電解セル４０の上流側には、上記送液ポンプを含む海水供給装置（図示しない）が接続されており、電解セル４０の下流側には、セル流通後の海水を貯留するための海水貯留槽（図示しない）が設けられているものとする。
【００５１】
上記実施の形態２においては、海水中のＣＯ２濃度が電気分解の実行に伴い変化することを考慮して、ｐＨ調整制御と電気分解とを同時に実行した。この点、本実施形態によれば、外部から供給した海水を電解セル４０内に常時流通できる。ここで、外部から供給する海水のＣＯ２濃度は略一定である。従って、電気分解中のｐＨモニタリングが不要とできる。即ち、本実施形態によれば、より簡便な制御によって、カソード１２においてＣＯとＨ２を最適比率で連続的に生成できる。
【００５２】
［実施の形態３における具体的処理］
図８を参照しながら、実施の形態３における電気分解を具体的に説明する。図８は、実施の形態３において、制御装置６０により実行される電気分解処理を説明するためのフロー図である。図８に示すように、先ず制御装置６０は、電解液の送液を開始する（ステップ３００）。具体的に、制御装置６０は、上記送液ポンプを作動して、電解セル４０に海水を導入する。
続いて、制御装置６０は、ステップ３１０〜３６０の処理を実行する。これらの処理は、図１のステップ１００〜１５０の処理と同一である。
【００５３】
以上、図８に示したルーチンによれば、図４に示したルーチンに比べてより簡便にＣＯとＨ２を最適比率で連続生成できる。
【００５４】
なお、上記実施の形態３においては、制御装置６０が図４のステップ３００の処理を実行することにより上記第４の発明における「海水流路形成手段」が実現されている。
【００５５】
実施の形態４．
［実施の形態４の特徴］
次に、図９を参照しながら、本発明の実施の形態４について説明する。
図９は実施の形態４の電解セルの平面図および該電解セル内におけるＣＯ２，Ｈ＋濃度変化の一例を示した図である。図９の上方に示すように、実施の形態４の電解セル４０は、カソード４２ａ〜４２ｃおよびアノード４４ａ〜４４ｃからなる３つの電極対を設けた点において、上記実施の形態３の電解セル４０と異なる。このように３つの電極対を設けることで、電解セル１０を３つの電解領域に分割することができる。
【００５６】
また、図９の上方に示すように、本実施形態の電解セル４０は、上記３つの電解領域の各上流側からＣｌ２ガスを吹き込み可能に構成されている点、および、カソード４２ａ〜４２ｃの各上流側にｐＨメータ５６ａ〜５６ｃが設けられている点においても、上記実施の形態３の電解セル４０と異なる。
【００５７】
上記実施の形態３で述べたように、外部供給する海水のＣＯ２濃度は一定である。しかしながら、フロー方式の電解セル４０を用いる場合、セル上流側でのＣＯ生成に伴い、セル下流側ほどＣＯ２濃度が低下する。また、この濃度低下は、Ｈ＋についても同様である。即ち、セル上流側でのＨ２生成に伴い、セル下流側ほどＨ＋濃度が低下する。また、上記式（５）で示したように、ＣＯ生成にはＨ＋が消費される。つまり、Ｈ＋濃度は、ＣＯ，Ｈ２の生成の影響を受け、セル下流側ほど大きくて低下する。
【００５８】
Ｈ＋濃度の低下に関し、カソード１２においてＣＯとＨ２が最適比率で生成すると仮定する。そうすると、上記式（５），（６）を足し合わせた下記式（８）から明らかなように、消費される物質量はＣＯ２が１ｍｏｌに対してＨ＋が６ｍｏｌとなる。
ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−→ＣＯ＋２Ｈ２＋Ｈ２Ｏ      ・・・（８）
従って、図９の下方に示すように、Ｈ＋の濃度はＣＯ２濃度よりも大きく低下する。この点、本実施形態では、Ｃｌ２ガスの吹き込み箇所を上記の通り３箇所設けている。そのため、図９の下方に示すように、上記３つの電解領域の各上流側において、低下度合いのより大きいＨ＋濃度を回復させることが可能となる。よって、上記実施の形態４のシステムに比して、ＣＯとＨ２の生成比率をより高精度に最適比率に調整可能となる。
【００５９】
なお、本実施形態においては、電極対が３つの例を示したが、この電極対の数は２つ以上であればよく、電極対の数に応じて上記電解領域の数を変更できる。
【００６０】
なお、上記実施の形態４においては、カソード４２ａ〜４２ｃおよびアノード４４ａ〜４４ｃが上記第５の発明における「複数の電極対」に相当している。
【００６１】
実施の形態５．
［実施の形態５の特徴］
次に、図１０乃至図１１を参照しながら、本発明の実施の形態５について説明する。
図１０は、実施の形態５の電解セル構成を説明するための図である。図１０に示すように、本実施形態の電解セル７０は、アノード７４側からカソード７２側への陽イオンの移動を可能とする陽イオン交換膜７６を備えている。陽イオン交換膜７６は、電解セル７０の上面から下面までを仕切るように設置されている。Ｃｌ２ガス供給口７８は、陽イオン交換膜７６によって分割形成されたアノード室側に設置されている。なお、上記以外の点については、上記実施の形態１の電解セル１０と同一である。即ち、カソード７２、アノード７４の構成は図１のカソード１２、アノード１４と同一である。また、Ｃｌ２ガス供給口７８を含むＣｌ２ガス循環システムについても、上記実施の形態１のＣｌ２ガス循環システムと同一である。その他、ＦＴ反応器や制御装置（何れも図示しない）についても、上記実施の形態１と同一である。
【００６２】
図１１は、実施の形態５の電解セル構成の効果を説明するための図である。図１１（Ａ）は実施の形態５の電解セル７０を示し、同図（Ｂ）は比較用として実施の形態１の電解セル１０を示したものである。ここで、図１１中の＜＜Ｃｌ２＞＞は、海水中に溶存しているＣｌ２、Ｃｌ−、ＣｌＯ−やＨＣｌＯなど、電解セル７０の気相中においてＣｌ２ガスとなり得るものの総称を示している。また、図中の矢印に付記した〇、×は、それぞれ移動可能、不可能を意味するものである。
【００６３】
制御装置３０によりＣｌ２ガス循環システムを作動すれば、Ｃｌ２ガス供給口７８からＣｌ２ガスが供給され、アノード室側において＜＜Ｃｌ２＞＞が生成等する。この点、図１１（Ａ）に示すように、陽イオン交換膜７６を設けることで、この＜＜Ｃｌ２＞＞のアノード室側からカソード室側への移動を遮断できる。よって、カソード室側の気相中にＣｌ２ガスが混入するのを良好に防止できる。他方、図１１（Ｂ）に示すように、仕切り板１６を設けた場合には、気相中でのＣｌ２ガス移動は遮断できるものの、液相中での＜＜Ｃｌ２＞＞移動は許容される。そのため、カソード１２の上方において、ＣＯとＨ２にＣｌ２ガスが不純物として混入してしまう。
【００６４】
なお、上記実施の形態５においては、陽イオン交換膜７６が上記第６の発明における「陽イオン交換膜」に相当している。
【符号の説明】
【００６５】
１０，４０，７０  電解セル
１２，４２，７２  カソード
１４，４４，７４  アノード
１６，４６  仕切り板
１８，４８，７８  Ｃｌ２供給口
２０，５０  Ｃｌ２タンク
２２，５２  ＦＴ反応器
２４，５４，８４  ＣＯ２センサ
２６，５６，８６  ｐＨメータ
３０，６０  制御装置
７６  陽イオン交換膜
【図１】
2014001431.tif 000003
【図２】
2014001431.tif 000004
【図３】
2014001431.tif 000005
【図４】
2014001431.tif 000006
【図５】
2014001431.tif 000007
【図６】
2014001431.tif 000008
【図７】
2014001431.tif 000009
【図８】
2014001431.tif 000010
【図９】
2014001431.tif 000011
【図１０】
2014001431.tif 000012
【図１１】
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