(57)【要約】【課題】  循環型の有機物生成システムにおいて、有機物の生成効率を安定させる。【解決手段】  有機物生成システム１であって、アノード室４及びカソード室５を有する電解装置６と、アノード室に接続され、アノード液を循環させるアノード側循環ライン７と、カソード室に接続され、二酸化炭素を含むカソード液を循環させるカソード側循環ライン８と、アノード側循環ライン及びカソード側循環ラインのそれぞれに設けられ、アノード液及びカソード液の導電率を検出する導電率計２８、４３と、アノード側循環ライン及びカソード側循環ラインのそれぞれに設けられ、アノード液及びカソード液の導電率を所定の範囲に維持するべく、アノード液及びカソード液の導電率に基づいて電解質及び水の少なくとも一方をアノード液及びカソード液に供給する溶液調整装置２９、４４とを有する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素の電気還元によって有機物を生成する有機物生成システムであって、
隔膜によって区画されたアノード室及びカソード室を有する電解装置と、
前記アノード室に接続され、アノード液を循環させるアノード側循環ラインと、
前記カソード室に接続され、二酸化炭素を含むカソード液を循環させるカソード側循環ラインと、
前記アノード側循環ライン及び前記カソード側循環ラインのそれぞれに設けられ、前記アノード液及び前記カソード液の導電率を検出する導電率計と、
前記アノード側循環ライン及び前記カソード側循環ラインのそれぞれに設けられ、前記アノード液及び前記カソード液の導電率を所定の範囲に維持するべく、前記アノード液及び前記カソード液の導電率に基づいて電解質及び水の少なくとも一方を前記アノード液及び前記カソード液に供給する溶液調整装置とを有することを特徴とする有機物生成システム。
【請求項２】
前記溶液調整装置は、前記アノード液及び前記カソード液の導電率を０．５Ｓ／ｍ以上１５Ｓ／ｍ以下に維持することを特徴とする請求項１に記載の有機物生成システム。
【請求項３】
前記溶液調整装置が前記アノード側循環ライン及び前記カソード側循環ラインのそれぞれに供給する水の導電率が１ｍＳ／ｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機物生成システム。
【請求項４】
前記隔膜は、アニオン交換膜であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つの項に記載の有機物生成システム。
【請求項５】
前記カソード側循環ラインに設けられ、前記カソード液から気体を分離するカソード側気液分離装置と、
前記カソード側循環ラインに設けられ、前記カソード液から液状の有機物を分離する液状有機物分離装置と、
前記カソード側循環ラインに設けられ、前記カソード液に二酸化炭素を吸収させる二酸化炭素吸収槽とを更に有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載の有機物生成システム。
【請求項６】
前記カソード側循環ラインには、前記カソード液の循環方向において、前記カソード室、前記カソード側気液分離装置、前記液状有機物分離装置、前記導電率計、前記溶液調整装置、及び前記二酸化炭素吸収槽が記載の順序で配置されていることを特徴とする請求項５に記載の有機物生成システム。
【請求項７】
前記アノード側循環ラインに設けられ、前記アノード液から気体を分離するアノード側気液分離装置を更に有することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つの項に記載の有機物生成システム。
【請求項８】
前記電解質は、カリウム、ナトリウム、及びリチウムの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つの項に記載の有機物生成システム。
【請求項９】
前記有機物は、一酸化炭素、メタン、エチレン、メタノール、エタノール、プロパノール、アリルアルコール、ギ酸、及び酢酸の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つの項に記載の有機物生成システム。
【請求項１０】
二酸化炭素の電気還元による有機物の製造方法であって、
隔膜によって区画されたアノード室及びカソード室を有する電解装置に供給するアノード液及びカソード液の導電率を０．５Ｓ／ｍ以上１５Ｓ／ｍ以下に維持することを特徴とする有機物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素の電気還元によって有機物を生成する有機物生成システム、及び有機物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素の電気還元によってメタンやエチレン等の有機物を生成する有機物生成システムが公知である（例えば、特許文献１）。有機物生成システムは、隔膜によって区画されたアノード室及びカソード室を有する電解装置と、アノード室に接続されたアノード側循環ラインと、カソード室に接続されたカソード側循環ラインと、カソード液に二酸化炭素を吸収させる二酸化炭素吸収槽と、カソード液から有機物を分離する液状有機物分離装置と、アノード液から酸素を分離する酸素分離装置とを有する。この有機物生成システムでは、カソード室において二酸化炭素が還元されて有機物が生成され、アノード室において水が電気分解されて酸素が生成される。カソード液及びアノード液はシステム内を循環し、生成した有機物及び酸素はシステム外に取り除かれる。このように、有機物生成システムは循環型のシステムを構成し、連続運転が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１３２８００号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のようなカソード液及びアノード液が循環する有機物生成システムでは、連続運転を行うと、有機物や酸素の生成、カソード液及びアノード液の蒸発や補充によってカソード液及びアノード液の組成が変化し、有機物の生成量に変化が生じる虞がある。
【０００５】
本発明は、以上の背景を鑑み、循環型の有機物生成システムにおいて、有機物の生成効率を安定させることを課題とする。また、有機物の生成効率を安定させ得る有機物の生成方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、二酸化炭素の電気還元によって有機物を生成する有機物生成システム（１）であって、隔膜（３）によって区画されたアノード室（４）及びカソード室（５）を有する電解装置（６）と、前記アノード室に接続され、アノード液を循環させるアノード側循環ライン（７）と、前記カソード室に接続され、二酸化炭素を含むカソード液を循環させるカソード側循環ライン（８）と、前記アノード側循環ライン及び前記カソード側循環ラインのそれぞれに設けられ、前記アノード液及び前記カソード液の導電率を検出する導電率計（２８、４３）と、前記アノード側循環ライン及び前記カソード側循環ラインのそれぞれに設けられ、前記アノード液及び前記カソード液の導電率を所定の範囲に維持するべく、前記アノード液及び前記カソード液の導電率に基づいて電解質及び水の少なくとも一方を前記アノード液及び前記カソード液に供給する溶液調整装置（２９、４４）とを有することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、有機物生成システムの連続運転時にカソード液及びアノード液の導電率が所定の範囲に維持されるため、有機物の生成効率が高い状態に維持される。本願発明者らの研究によれば、カソード液及びアノード液の導電率が有機物の生成効率に大きな影響を与えることが確認されている。導電率が低下すると電気抵抗が大きくなって有機物の生成効率が低下し、逆に導電率が高すぎるとカソード電極上に不純物が析出して二酸化炭素の還元反応が阻害され、有機物の生成効率が低下する。そのため、有機物生成システムにおいて、カソード液及びアノード液の導電率を所定の最適範囲に維持することによって、連続運転に伴う導電率の変化が抑制され、有機物の生成が効率良く行われる。
【０００８】
上記の態様において、前記溶液調整装置は、前記アノード液及び前記カソード液の導電率を０．５Ｓ／ｍ以上１５Ｓ／ｍ以下に維持するとよい。
【０００９】
この態様によれば、有機物の生成効率が向上する。
【００１０】
上記の態様において、前記溶液調整装置が前記アノード側循環ライン及び前記カソード側循環ラインのそれぞれに供給する水の導電率が１ｍＳ／ｍ以下であるとよい。
【００１１】
この態様によれば、カソード液及びアノード液に供給される水中の不純物濃度が低く抑えられるため、水中の不純物の電極表面への析出が抑制される。これにより、電極の劣化が抑制され、有機物の生成効率の低下が抑制される。
【００１２】
上記の態様において、前記隔膜は、アニオン交換膜であるとよい。
【００１３】
この態様によれば、連続運転時における有機物の生成効率の低下が抑制される。
【００１４】
上記の態様において、前記カソード側循環ラインに設けられ、前記カソード液から気体を分離するカソード側気液分離装置（２５）と、前記カソード側循環ラインに設けられ、前記カソード液から液状の有機物を分離する液状有機物分離装置（２６）と、前記カソード側循環ラインに設けられ、前記カソード液に二酸化炭素を吸収させる二酸化炭素吸収槽（３０）とを更に有するとよい。
【００１５】
この態様によれば、カソード液から生成した有機物の分離が可能になると共に、カソード液への二酸化炭素の供給が可能になる。
【００１６】
上記の態様において、前記カソード側循環ラインには、前記カソード液の循環方向において、前記カソード室、前記カソード側気液分離装置、前記液状有機物分離装置、前記導電率計、前記溶液調整装置、及び前記二酸化炭素吸収槽が記載の順序で配置されているとよい。
【００１７】
この態様によれば、有機物が除去された後のカソード液の導電率に基づいて、カソード液の導電率が調整されるため、カソード室に供給されるカソード液の導電率が精度良く所定の範囲に維持される。
【００１８】
上記の態様において、前記アノード側循環ラインに設けられ、前記アノード液から気体を分離するアノード側気液分離装置を更に有するとよい。
【００１９】
この態様によれば、アノード液から生成した酸素の分離が可能になる。
【００２０】
上記の態様において、前記電解質は、カリウム、ナトリウム、及びリチウムの少なくとも１つを含むとよい。上記の態様において、前記有機物は、一酸化炭素、メタン、エチレン、メタノール、エタノール、プロパノール、アリルアルコール、ギ酸、及び酢酸の少なくとも１つを含むとよい。
【００２１】
本発明の他の態様は、二酸化炭素の電気還元による有機物の製造方法であって、隔膜によって区画されたアノード室及びカソード室を有する電解装置に供給するアノード液及びカソード液の導電率を０．５Ｓ／ｍ以上１５Ｓ／ｍ以下に維持することを特徴とする。
【００２２】
この態様によれば、有機物の生成効率が向上する。
【発明の効果】
【００２３】
以上の態様によれば、循環型の有機物生成システムにおいて、有機物の生成効率を向上させることができる。また、有機物の生成効率を向上させる得る有機物の生成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態に係る有機物生成システムの概略図
【図２】電解装置を示す概略図
【図３】カソード液及びアノード液の導電率と１Ｗ当りの有機物生成効率との関係を示すグラフ
【図４】アノード液及びカソード液に供給する水の導電率と運転開始３０分後の有機物生成量に対する運転開始５０時間後の有機物生成量の比との関係を示すグラフ
【図５】隔膜の種類と有機物生成比の時間変化との関係を示す表
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る有機物生成システム及び有機物の製造方法の実施形態について説明する。
【００２６】
実施形態に係る有機物生成システム１は、二酸化炭素を含む水溶液を電気還元（電気分解）して有機物を生成する。生成される有機物は気体又は液体の状態で水溶液から分離される。有機物生成システム１によって生成される有機物は、一酸化炭素、メタン、エチレン、メタノール、エタノール、プロパノール、２−プロペン−１−オール等のアリルアルコール、ギ酸、及び酢酸等が挙げられる。
【００２７】
図１に示すように、有機物生成システム１は、隔膜３によって区画されたアノード室４及びカソード室５を有する電解装置６と、アノード室４に接続され、アノード液を循環させるアノード側循環ライン７と、カソード室５に接続され、二酸化炭素を含むカソード液を循環させるカソード側循環ライン８とを有する。アノード側循環ライン７及びカソード側循環ライン８は、配管によって形成された通路であり、互いに独立している。
【００２８】
アノード液はアノード室４に供給される水溶液であり、カソード液はカソード室５に供給される水溶液である。アノード液は、水に所定の電解質を溶解させた溶液である。カソード液は、水に所定の電解質と、二酸化炭素を溶解させた溶液である。アノード液及びカソード液に含まれる電解質は、カリウム、ナトリウム、リチウム、又はこれらの化合物の少なくとも１つを含む。電解質は、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素リチウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸リチウムの少なくとも１つを含むとよい。
【００２９】
アノード側循環ライン７にはアノード側送液ポンプ１１が設けられ、カソード側循環ライン８にはカソード側送液ポンプ１２が設けられている。アノード側送液ポンプ１１によってアノード液はアノード室４及びアノード側循環ライン７を循環し、カソード側送液ポンプ１２によってカソード液はカソード室５及びカソード側循環ライン８を循環する。
【００３０】
図２は、電解装置６の概略図である。図２に示すように、電解装置６は、容器としての電気分解槽１４と、電気分解槽１４の内室をアノード室４及びカソード室５に区画する隔膜３と、アノード室４に配置されたアノード１５（電極）と、カソード室５に配置されたカソード１６（電極）とを有する。電気分解槽１４は、アノード室４に接続したアノード液入口１８及びアノード液出口１９と、カソード室５に接続したカソード液入口２１及びカソード液出口２２とを有する。アノード液入口１８及びカソード液入口２１は電気分解槽１４の下部に配置され、アノード液出口１９及びカソード液出口２２は電気分解槽１４の上部に配置されている。アノード液入口１８及びアノード液出口１９はアノード側循環ライン７に接続され、カソード液入口２１及びカソード液出口２２はカソード側循環ライン８に接続されている。
【００３１】
隔膜３は、アニオン交換膜又はカチオン交換膜を含むイオン交換膜から形成されている。イオン交換膜は、アノード液及びカソード液に含まれる電解質の種類に応じて選択されるとよい。例えば、アニオン交換膜は水酸化物イオン、炭酸イオン、硫酸イオンの少なくとも１つが通過可能な膜であり、カチオン交換膜は水素イオン、カリウムイオン、ナトリウムイオン、リチウムイオンの少なくとも１つが通過可能な膜であるとよい。
【００３２】
アノード１５及びカソード１６の母材は、例えば、ニッケル、モリブデン、白金、金、銀、銅、鉄、鉛等の金属材料、カーボン又は導電性セラミックで構成されている。また、カソード１６は、それぞれが二酸化炭素還元触媒として広く知られている材料、例えば銅等の第１１族元素、亜鉛等の第１２族元素、ガリウム等の第１３存元素、及びゲルマニウム等の第１４族元素の金属材料、及びそれらの金属を有する酸化物、硫化物、及びリン化物、それらの金属とポリピリジン化合物あるいはポリピロール化合物を有する金属錯体、又は、ＧａＰなどの半導体材料を担持している。他の実施形態では、複数のカソード１６は、これら材料を担持せずに上記母材のみで構成されていてもよい。
【００３３】
アノード１５は図示しない電源装置の正極に接続され、カソード１６は電源装置の負極に接続されている。アノード１５及び複数のカソード１６間には、水溶液の電気分解に適切な電圧（例えば、電流密度が８００ｍＡ／ｃｍ２以下となり、かつ、電気分解槽１４内の反応温度が２０℃〜８０℃の範囲内となる電圧）が印加される。カソード１６及びアノード１５に電圧が印加されることによって、カソード１６では二酸化炭素を含むカソード液から上述した有機物が生成され、アノード１５ではアノード液から酸素が生成される。
【００３４】
電解装置６は、アノード１５を備えたアノード室４及びカソード１６を備えたカソード室５からなる組を複数備えているとよい。組をなすアノード室４及びカソード室５は、互いに並列に接続されているとよい。
【００３５】
図１に示すように、カソード側循環ライン８には、カソード液の循環方向において、カソード室５のカソード液出口２２から、カソード側気液分離装置２５、液状有機物分離装置２６、カソード側タンク２７、カソード側導電率計２８、カソード側溶液調整装置２９、及び二酸化炭素吸収槽３０が記載の順序で配置されている。カソード側送液ポンプ１２は、カソード側循環ライン８における二酸化炭素吸収槽３０と電解装置６のカソード液入口２１に接続された端部との間に配置され、カソード液入口２１に向けてカソード液を送出する。
【００３６】
カソード側気液分離装置２５は、カソード室５を通過したカソード液に含まれる気体成分をカソード液から分離する。カソード側気液分離装置２５は、例えば公知のノックアウトドラムであってよい。カソード側気液分離装置２５において分離される気体には、カソード１６において生成された有機物の気体成分（気体状有機物という）や水素等が含まれる。気体状有機物は、例えば一酸化炭素、メタン、及びエチレン等を含む。
【００３７】
液状有機物分離装置２６は、カソード液に含まれる液状有機物を分離する。液状有機物分離装置２６は、例えば蒸留塔であり、水と有機物の沸点の差を利用してカソード液から液状有機物を分離する。液状有機物分離装置２６において分離される液状有機物は、カソード１６において生成された有機物の液体成分が主である。
【００３８】
カソード側タンク２７は、カソード液を一時的に貯留する容器である。カソード側タンク２７には、液位を測定するカソード側液位計２７Ａが設けられている。カソード側タンク２７は排出口を有し、カソード液の排出が可能になっている。
【００３９】
カソード側導電率計２８は、カソード液の導電率（電気伝導度）を測定する。
【００４０】
カソード側溶液調整装置２９は、電解質溶液をカソード側循環ライン８に供給する電解質供給装置２９Ａと、水をカソード側循環ライン８に供給する水供給装置２９Ｂと、電解質供給装置２９Ａ及び水供給装置２９Ｂを制御する制御装置２９Ｃとを有する。電解質供給装置２９Ａ及び水供給装置２９Ｂは電動ポンプを含み、電解質溶液及び水のカソード側循環ライン８への供給量が変更可能である。カソード側溶液調整装置２９の制御装置２９Ｃは、カソード液の導電率を所定の範囲に維持するべく、カソード側導電率計２８が測定したカソード液の導電率に基づいて電解質溶液及び水の供給量を演算し、演算した供給量に基づいて電解質供給装置２９Ａ及び水供給装置２９Ｂを駆動する。カソード液の導電率が所定の範囲よりも低い場合には電解質供給装置２９Ａから電解質溶液がカソード液に供給されて導電率が増加し、カソード液の導電率が所定の範囲よりも高い場合には水供給装置２９Ｂから水がカソード液に供給されて導電率が低下する。
【００４１】
カソード側溶液調整装置２９の制御装置２９Ｃは、カソード側タンク２７の液位を所定の範囲に維持するべく、カソード側液位計２７Ａによって検出されたカソード側タンク２７の液位の低下に応じて水供給装置２９Ｂを駆動し、水をカソード側循環ライン８に供給する。制御装置２９Ｃは、カソード側タンク２７の液位に基づく制御をカソード液の導電率に基づく制御に優先して実行することによって、両方の制御を両立させる。
【００４２】
二酸化炭素吸収槽３０は、液体のカソード液に気体の二酸化炭素を接触させ、二酸化炭素を吸収したカソード液を生成する容器である。二酸化炭素吸収槽３０は、内部に気体の二酸化炭素を供給する配管と、カソード液を天井側から噴霧する噴霧器とを有する。二酸化炭素吸収槽３０は、内部のカソード液の温度を調整する調温装置を有してもよい。
【００４３】
アノード側循環ライン７には、アノード液の循環方向において、アノード室４のアノード液出口１９から、アノード側気液分離装置４１、アノード側タンク４２、アノード側導電率計４３、及びアノード側溶液調整装置４４が記載の順序で配置されている。アノード側送液ポンプ１１は、アノード側循環ライン７におけるアノード側溶液調整装置４４と電解装置６のアノード液入口１８に接続された端部との間に配置され、アノード液入口１８に向けてアノード液を送出する。
【００４４】
アノード側気液分離装置４１は、アノード室４を通過したアノード液に含まれる気体成分をアノード液から分離する。アノード側気液分離装置４１は、例えば公知のノックアウトドラムであってよい。アノード側気液分離装置４１において分離される気体には、アノード１５において生成された酸素が含まれる。
【００４５】
アノード側タンク４２は、アノード液を一時的に貯留する容器である。アノード側タンク４２には、液位を測定するアノード側液位計４２Ａが設けられている。アノード側タンク４２は排出口を有し、アノード液の排出が可能になっている。
【００４６】
アノード側導電率計４３は、アノード液の導電率を測定する。
【００４７】
アノード側溶液調整装置４４は、電解質溶液をアノード側循環ライン７に供給する電解質供給装置４４Ａと、水をアノード側循環ライン７に供給する水供給装置４４Ｂと、電解質供給装置４４Ａ及び水供給装置４４Ｂを制御する制御装置４４Ｃとを有する。電解質供給装置４４Ａ及び水供給装置４４Ｂは電動ポンプを含み、電解質溶液及び水のアノード側循環ライン７への供給量を変更することができる。アノード側溶液調整装置４４の制御装置４４Ｃは、アノード液の導電率を所定の目標範囲に維持するべく、アノード側導電率計４３が測定したアノード液の導電率に基づいて電解質溶液及び水の供給量を演算し、演算した供給量に基づいて電解質供給装置４４Ａ及び水供給装置４４Ｂを駆動する。アノード液の導電率が目標範囲よりも低い場合には電解質供給装置４４Ａから電解質溶液がアノード液に供給されて導電率が増加し、アノード液の導電率が目標範囲よりも高い場合には水供給装置４４Ｂから水がアノード液に供給されて導電率が低下する。アノード液及びカソード液の導電率の目標範囲は、同じ範囲に設定されている。
【００４８】
アノード側溶液調整装置４４の制御装置４４Ｃは、アノード側タンク４２の液位を所定の範囲に維持するべく、アノード側液位計４２Ａによって検出されたアノード側タンク４２の液位の低下に応じて水供給装置４４Ｂを駆動し、水をアノード側循環ライン７に供給する。制御装置４４Ｃは、アノード側タンク４２の液位に基づく制御をアノード液の導電率に基づく制御に優先して実行することによって、両方の制御を両立させる。
【００４９】
カソード側溶液調整装置２９及びアノード側溶液調整装置４４は、カソード液及びアノード液の導電率を０．５Ｓ／ｍ以上１５Ｓ／ｍ以下に維持することが好ましく、また１Ｓ／ｍ以上１０Ｓ／ｍ以下に維持することが更に好ましい。
【００５０】
カソード側溶液調整装置２９及びアノード側溶液調整装置４４の水供給装置２９Ｂ、４４Ｂが供給する水の導電率は１ｍＳ／ｍ以下であることが好ましく、また０．１ｍＳ／ｍ以下であることが更に好ましい。また、カソード側溶液調整装置２９及びアノード側溶液調整装置４４の電解質供給装置２９Ａ、４４Ａが供給する電解質溶液は、導電率が１ｍＳ／ｍ以下、より好ましくは０．１ｍＳ／ｍ以下の水に電解質を溶解して調製することが好ましい。
【００５１】
以下、有機物生成システム１の動作、及び有機物生成システム１を使用した有機物の製造方法について説明する。有機物生成システム１では、カソード液はカソード側送液ポンプ１２によってカソード室５及びカソード側循環ライン８を循環し、アノード液はアノード側送液ポンプ１１によってアノード室４及びアノード側循環ライン７を循環する。
【００５２】
電解装置６では、カソード室５においてカソード液中の二酸化炭素が還元されて有機物が生成し、アノード室４においてアノード液中の水が酸化されて酸素が生成する（電解工程）。生成された有機物は、気体状有機物及び液体状有機物を含む。
【００５３】
カソード室５を通過したカソード液は、カソード側気液分離装置２５において気体状有機物を含む気体がカソード液から分離され、液状有機物分離装置２６において液体状有機物がカソード液から分離される（有機物分離工程）。有機物が分離されたカソード液はカソード側タンク２７に一時的に貯留される。
【００５４】
カソード側タンク２７を通過したカソード液は、カソード側導電率計２８によって導電率が測定される（導電率測定工程）。カソード側溶液調整装置２９は、測定した導電率に基づいて電解質溶液又は水をカソード液に供給することによって、カソード液の導電率を目標範囲に維持する（導電率調整工程）。また、カソード側溶液調整装置２９は、カソード側タンク２７の液位に応じて水をカソード液に供給することによって、カソード液の量を目標範囲に維持する（溶液量調整工程）。
【００５５】
カソード側溶液調整装置２９を通過したカソード液は、二酸化炭素吸収槽３０において二酸化炭素を吸収し（二酸化炭素吸収工程）、再びカソード室５に送られる。
【００５６】
アノード室４を通過したアノード液は、アノード側気液分離装置４１において酸素を含む気体がアノード液から分離される（酸素分離工程）。酸素が分離されたアノード液はアノード側タンク４２に一時的に貯留される。
【００５７】
アノード側タンク４２を通過したアノード液は、アノード側導電率計４３によって導電率が測定される（導電率測定工程）。アノード側溶液調整装置４４は、測定した導電率に基づいて電解質溶液又は水をアノード液に供給することによって、アノード液の導電率を目標範囲に維持する（導電率調整工程）。また、溶液調整装置は、アノード側タンク４２の液位に応じて水をカソード液に供給することによって、アノード液の量を目標範囲に維持する（溶液量調整工程）。
【００５８】
以上のように、有機物生成システム１はカソード液及びアノード液が循環する循環型のシステムであり、連続運転が可能である。有機物生成システム１は、カソード液及びアノード液の導電率を監視し、導電率を所定の目標範囲に維持するために電解質溶液又は水をカソード液及びアノード液に供給する。そのため、有機物生成システム１の連続運転によって有機物や酸素の生成、水の蒸発、水の補給が連続的に生じる場合においても、カソード液及びアノード液の導電率が好ましい目標範囲に維持され、有機物の生成が効率良く行われる。
【実施例】
【００５９】
（実施例１）
実施例１では、上記の有機物生成システム１において、カソード液及びアノード液の導電率が有機物の生成効率に与える影響を確認した。実験装置は、上記の有機物生成システム１と同様の構成とした。カソード液及びアノード液は、導電率が１ｍＳ／ｍの水に炭酸水素カリウムを溶解させたものであり、炭酸水素カリウムの溶解量によって導電率を様々な値に調整した。カソード液には、室温、大気圧で飽和溶解量となる二酸化炭素を溶解させた。カソード液及びアノード液の流量は６Ｌ／ｈとした。カソード１６は銅、アノード１５は白金とし、隔膜３はアニオン交換膜とした。電気分解は、カソード１６及びアノード１５間に２．３Ａの電流が流れるように電圧を印加し、室温、大気圧で２時間継続した。そして、電気分解を継続した間に生成した液状有機物（メタン、エチレン、一酸化炭素、メタノール、エタノール、プロパノール、アリルアルコール、ギ酸、及び酢酸の少なくとも１つを含む）の量を測定した。
【００６０】
図３は、カソード液及びアノード液の導電率に対する１Ｗ当りの有機物生成効率［Ｗ−１］を表す。１Ｗ当りの有機物生成効率は、有機物生成効率（生成した有機物のファラデー効率の和）を消費電力で除した値である。ファラデー効率は、カソード１６及びアノード１５間を流れた全電流に対する生成物に寄与した部分電流の割合をいう。図３から、１Ｗ当りの有機物生成効率は、導電率が約５Ｓ／ｍのときに極大値となることが判り、導電率が０．５Ｓ／ｍ以上１５Ｓ／ｍ以下の範囲において、１Ｗ当りの有機物生成効率が３以上になり、有機物生成効率が比較的高いことが判る。また、導電率が１Ｓ／ｍ以上１０Ｓ／ｍ以下の範囲において、１Ｗ当りの有機物生成効率が６以上になり、有機物生成効率が更に高いことが判る。この結果は、導電率が小さくなるとカソード液及びアノード液の電気抵抗が大きくなることと、導電率が大きくなるとカソード液及びアノード液中の不純物が大きくなり、カソード１６の表面に不純物が析出して反応サイトが減少することとに起因すると考えられる。
【００６１】
（実施例２）
実施例２では、カソード液及びアノード液を構成する水の導電率が有機物の生成効率に与える影響を確認した。実施例２では、上記の実施例１においてカソード液及びアノード液を変更し、他の条件は同様とした。カソード液及びアノード液は、水道水、ＲＯ水（逆浸透膜ろ過水）、ＲＯ＋イオン交換水（逆浸透ろ過水を更にイオン交換樹脂によって処理した水）、超純水のいずれかに、炭酸水素カリウムを溶解させ、全体の導電率を５．２Ｓ／ｍとした。水道水、ＲＯ水、ＲＯ＋イオン交換水、超純水の導電率は、１０ｍＳ／ｍ、１ｍＳ／ｍ、０．１ｍＳ／ｍ、０．０１ｍＳ／ｍである。
【００６２】
カソード１６及びアノード１５間に２．３Ａの電流が流れるように電圧を調整しながら電圧の印加を５０時間継続し、各カソード液及びアノード液に対して、測定開始３０分後及び測定開始５０時間後における有機物の生成量を測定し、各値を比較した。
【００６３】
図４は、各カソード液及びアノード液に対して、測定開始３０分後における有機物の生成量を１とした場合の、測定開始５０時間後における有機物の生成比を示す。図４に示すように、カソード液及びアノード液に使用する水の導電率が小さいほど、測定開始５０時間後においても有機物の生成量が低下しないことが判る。水の導電率が１ｍＳ／ｍの場合、５０時間後においても有機物の生成量は３０分後における生成量の８０％となり、０．１ｍＳ／ｍの場合、５０時間後においても有機物の生成量は３０分後における生成量の約９９％となる。そのため、カソード液及びアノード液を構成する水の導電率は、少なくとも１ｍＳ／ｍ以下であることが好ましく、０．１ｍＳ／ｍ以下であることが更に好ましい。水の導電率が高い場合に有機物の生成量が時間経過によって低下する原因は、水に含まれる不純物がカソード１６の表面に析出して反応サイトが減少するためと考えられる。
【００６４】
（実施例３）
実施例３では、隔膜３の種類が有機物の生成効率に与える影響を確認した。実施例３では、上記の実施例１においてカソード液及びアノード液と、隔膜３を変更し、他の条件は同様とした。カソード液及びアノード液は、導電率が０．１ｍＳ／ｍの水に炭酸水素カリウムを溶解させ、全体の導電率が５．２Ｓ／ｍとした。隔膜３は、アニオン交換膜又はカチオン交換膜とした。
【００６５】
カソード１６及びアノード１５間に２．３Ａの電流が流れるように電圧を調整しながら電圧の印加を１００時間継続し、各隔膜の場合に対して、測定開始１時間後、測定開始５０時間後、及び測定開始１００時間後における有機物の生成量を測定し、各値を比較した。
【００６６】
図５は、隔膜３がアニオン交換膜又はカチオン交換膜の場合に対して、測定開始１時間後における有機物の生成量を１とした場合の、５０時間後及び１００時間後における有機物の生成比を示す。図５に示すように、隔膜３はアニオン交換膜の方がカチオン交換膜よりも、時間経過によって有機物の生成量が低下しないことが判る。
【符号の説明】
【００６７】
１      ：有機物生成システム
３      ：隔膜
４      ：アノード室
５      ：カソード室
６      ：電解装置
７      ：アノード側循環ライン
８      ：カソード側循環ライン
１１    ：アノード側送液ポンプ
１２    ：カソード側送液ポンプ
１４    ：電気分解槽
１５    ：アノード
１６    ：カソード
１８    ：アノード液入口
１９    ：アノード液出口
２１    ：カソード液入口
２２    ：カソード液出口
２５    ：カソード側気液分離装置
２６    ：液状有機物分離装置
２７    ：カソード側タンク
２８    ：カソード側導電率計
２９    ：カソード側溶液調整装置
２９Ａ  ：電解質供給装置
２９Ｂ  ：水供給装置
２９Ｃ  ：制御装置
３０    ：二酸化炭素吸収槽
２７Ａ    ：カソード側液位計
４１    ：アノード側気液分離装置
４２    ：アノード側タンク
４２Ａ  ：アノード側液位計
４３    ：アノード側導電率計
４４    ：アノード側溶液調整装置
４４Ａ  ：電解質供給装置
４４Ｂ  ：水供給装置
４４Ｃ  ：制御装置
【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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