(57)【要約】  間欠性再生可能エネルギー源（１０）を利用し水素および酸素を生産するためのエネルギー（１０２）を発生させ、その後にエネルギー（１０２）の少なくとも一部分を生産システム（１０３）に移動させ水素および酸素を生産し、水素の少なくとも一部分を、水素を水素運搬システム（１０５）から発電システム（１１０）または水素貯蔵システム（１０６）のうちの少なくとも１つに運搬するように構成された水素運搬システム（１０５）に導き、酸素の少なくとも一部分を、酸素を酸素運搬システム（１３０）からバイオマス原料（１４０）の部分酸化によって合成ガス（１０９）を生産するバイオマスガス化システム（１０８）へ運搬するように構成された酸素運搬システム（１３０）に導き、合成ガス（１０９）の少なくとも一部分を発電システム（１１０）に導いて、それを用いて電力（１１５）を生産する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間欠性再生可能エネルギー源（１０）を利用して、水素（１０４）および酸素（１０７）を生産するためのエネルギー（１０２）を発生させるステップと、
前記エネルギー（１０２）の少なくとも一部分を生産システム（１０３）に移動させて、前記水素（１０４）および前記酸素（１０７）を生産するステップと、
水素（１０４）を水素運搬システム（１０５）から発電システム（１１０）または水素貯蔵システム（１０６）のうちの少なくとも１つに運搬するように構成された前記水素運搬システム（１０５）に対して前記水素（１０４）の少なくとも一部分を導くステップと、
前記酸素（１０７）の少なくとも一部分を、酸素（１０７）を酸素運搬システム（１３０）からバイオマスガス化システム（１０８）へ運搬するように構成された前記酸素運搬システム（１３０）に導いて、バイオマス原料（１４０）の部分酸化によって合成ガス（１０９）を生産するステップと、
前記合成ガス（１０９）の少なくとも一部分を前記発電システム（１１０）に導いて、それによって電力（１１５）を生産するステップとを含むことを特徴とする水素（１０４）と電力（１１５）の共生産方法。
【請求項２】
前記バイオマスガス化システム（１０８）からの前記合成ガス（１０９）の少なくとも一部分を、前記水素改質システム（１１２）に導いて、水素（１０４）を改質するステップと、
前記水素改質システム（１１２）からの前記水素（１０４）を、さらに水素（１０４）を前記発電システム（１１０）または前記水素貯蔵システム（１０６）のうちの少なくとも１つに運搬するように構成された前記水素運搬システム（１０５）に導くステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記発電システム（１１０）が水素系電気生産システム（１１０）を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記水素系電気生産システム（１１０）が、燃料電池系電気生産システム、マイクロタービン系電気生産システム、内燃機関系電気生産システム、またはその組合せのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記間欠性再生可能エネルギーが、風力エネルギー、または太陽エネルギー、または潮汐エネルギーのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記エネルギー（１０２）が、熱エネルギーまたは電気エネルギーのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記生産システム（１０３）が、電気分解システム、熱分割システム、電気−熱分割システム、熱−化学分割システム、光−化学分割システム、光−電気化学分割システム、およびその組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記バイオマスガス化システム（１０８）が、固定床バイオマスガス化システムまたは流動床バイオマスガス化システムのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記バイオマス原料（１４０）が、産業廃棄物、農業廃棄物、一般廃棄物、有機性廃棄物、エネルギー作物、およびその組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
間欠性再生可能エネルギー源（１０）を利用して、水素（１０４）および酸素（１０７）を生産するためのエネルギー（１０２）を発生させるステップと、
前記エネルギー（１０２）の少なくとも一部分を生産システム（１０３）に移動させて、前記水素（１０４）および前記酸素（１０７）を生産するステップと、
前記水素（１０４）の少なくとも一部分を、水素（１０４）を水素運搬システム（１０５）から水素系電気生産システム（１１０）に運搬するように構成された前記水素運搬システム（１０５）に導いて、それによって電力（１１５）を生産するステップと、
前記酸素（１０７）の少なくとも一部分を、酸素（１０７）を酸素運搬システム（１３０）からバイオマスガス化システム（１０８）へ運搬するように構成された前記酸素運搬システム（１３０）に導いて、バイオマス原料（１４０）の部分酸化によって合成ガス（１０９）を生産するステップとを含む、水素（１０４）と電力（１１５）を共に生産する方法。
【請求項１１】
前記バイオマスガス化システム（１０８）からの前記合成ガス（１０９）を、前記水素改質システム（１１２）に導いて、水素（１０４）を改質するステップと、
前記水素改質システム（１１２）からの前記水素（１０４）を、水素（１０４）を水素運搬システム（１０５）から前記水素系電気生産システム（１１０）に運搬するように構成された前記水素運搬システム（１０５）に導いて、それによって電力（１１５）を生産するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記水素系電気生産システム（１１０）が、燃料電池系電気生産システム、マイクロタービン系電気生産システム、内燃機関系電気生産システム、またはその組合せのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記間欠性再生可能エネルギーが、風力エネルギー、または太陽エネルギー、または潮汐エネルギーのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
前記エネルギー（１０２）が、熱エネルギーまたは電気エネルギーのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
前記生産システム（１０３）が、電気分解システム、熱分割システム、電気−熱分割システム、熱−化学分割システム、光−化学分割システム、光−電気化学分割システム、およびその組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
間欠性再生可能エネルギー源（１０）を利用して、水素（１０４）および酸素（１０７）を生産するためのエネルギー（１０２）を発生させるステップと、
前記エネルギー（１０２）の少なくとも一部分を生産システム（１０３）に移動させて、前記水素（１０４）および前記酸素（１０７）を生産するステップと、
前記水素（１０４）を、水素（１０４）を水素運搬システム（１０５）から発電システム（１１０）に運搬するように構成された前記水素運搬システム（１０５）に導いて、それによって電力（１１５）を生産するステップと、
前記酸素（１０７）を、酸素（１０７）を酸素運搬システム（１３０）からバイオマスガス化システム（１０８）へ運搬するように構成された前記酸素運搬システム（１３０）に導いて、バイオマス原料（１４０）の部分酸化によって合成ガス（１０９）を生産するステップと、
前記合成ガス（１０９）を前記発電システム（１１０）に導いて、それによって電力（１１５）を生産するステップとを含む、水素（１０４）と電力（１１５）を共生産する方法。
【請求項１７】
前記発電システム（１１０）が水素系電気生産システム（１１０）を含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記水素系電気生産システム（１１０）が、燃料電池系電気生産システム、マイクロタービン系電気生産システム、内燃機関系電気生産システム、またはその組合せのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記間欠性再生可能エネルギーが、風力エネルギー、または太陽エネルギー、または潮汐エネルギーのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
前記エネルギー（１０２）が、熱エネルギーまたは電気エネルギーのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項２１】
前記生産システム（１０３）が、電気分解システム、熱分割システム、電気−熱分割システム、熱−化学分割システム、光−化学分割システム、光−電気化学分割システム、およびその組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項２２】
エネルギー（１０２）を間欠性再生可能エネルギー源（１０）から発生させるためのエネルギー発生システム（１０１）と、
前記エネルギー発生システム（１０１）とエネルギー連通した、水素（１０４）および酸素（１０７）を生産するための生産システム（１０３）と、
前記生産システム（１０３）と流体連通した、前記生産システム（１０３）からの前記水素（１０４）の少なくとも一部分を受け取るための水素運搬システム（１０５）であって、さらに前記水素（１０４）の少なくとも一部分を、発電システム（１１０）または水素貯蔵システムのうちの少なくとも１つに導くように構成された前記水素運搬システム（１０５）と、
前記生産システム（１０３）と流体連通した、前記生産システム（１０３）からの前記酸素（１０７）の少なくとも一部分を受け取るための酸素運搬システム（１３０）であって、さらに前記酸素（１０７）の少なくとも一部分をバイオマスガス化システムに導くように構成された前記酸素運搬システム（１３０）とを含み、
前記バイオマスガス化システム（１０８）が、合成ガス（１０９）の少なくとも一部分を前記発電システム（１１０）に導くように設計されていることを特徴とする水素（１０４）と電力（１１５）の共生産システム。
【請求項２３】
前記合成ガス（１０９）の少なくとも一部分から前記水素（１０４）を改質するための水素改質システム（１１２）をさらに含み、
前記水素改質システム（１１２）が、さらに前記水素改質システム（１１２）からの前記水素（１０４）を前記水素運搬システム（１０５）に導くように設計されている請求項２２記載のシステム。
【請求項２４】
前記発電システム（１１０）が水素系電気生産システム（１１０）を含むことを特徴とする請求項２２記載のシステム。
【請求項２５】
前記水素系電気生産システム（１１０）が、燃料電池系電気生産システム、マイクロタービン系電気生産システム、内燃機関系電気生産システム、またはその組合せのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２４記載のシステム。
【請求項２６】
前記間欠性再生可能エネルギーが、風力エネルギー、または太陽エネルギー、または潮汐エネルギーのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２２記載のシステム。
【請求項２７】
前記エネルギー（１０２）が、熱エネルギーまたは電気エネルギーのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２２記載のシステム。
【請求項２８】
前記生産システム（１０３）が、電気分解システム、熱分割システム、電気−熱分割システム、熱−化学分割システム、光−化学分割システム、光−電気化学分割システム、およびその組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項２２記載のシステム。
【請求項２９】
前記バイオマスガス化システム（１０８）が、固定床バイオマスガス化システムまたは流動床バイオマスガス化システムのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２２記載のシステム。
【請求項３０】
前記バイオマス原料（１４０）が、産業廃棄物、農業廃棄物、一般廃棄物、有機性廃棄物、エネルギー作物、およびその組合せからなる群から選択されることを特徴とする請求項２２記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に水素系エネルギー発生システムに関し、さらに詳細にはバイオマスガス化方法を利用した水素と電力の共生産に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギーに関する現在の筋書きでは、地球規模のエネルギー基盤は、通常の「化石燃料系電力生産システム」から「水素系電力生産システム」に急速に推移している。これらの水素系電力生産システム用の水素生産は、再生可能エネルギー源を利用して維持できることが望ましい。実施に際しては、再生可能エネルギー源に由来する再生可能エネルギーの不断の供給を維持することが、潜在的な問題である。というのは、大部分の再生可能エネルギーは、環境条件がそれを生産するのに好ましいまたは適した期間中、間欠的に利用できるからである。
【０００３】
一般に、通常の手法では、これらの再生可能エネルギーを利用できない間の代替水素供給は、水素を水素貯蔵システムからこれらの水素系電力生産システムに輸送することによって想定することができる。操作に際しては、これらの水素貯蔵システムに関わるいくつかの懸念によって、これらを、再生可能エネルギーを利用できない間、水素系電力生産システムへの望ましい代替水素供給源として維持することが不可能になる。これらの懸念には、例えばガス状水素の大量貯蔵容量の不足、ならびに液体水素の貯蔵および配送に関わる操作上の危険が含まれる。このような操作上の危険には、周囲環境への暴露による液体水素の爆発が含まれ得る。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２１００５４２６Ａ１号
【特許文献２】欧州特許出願公開第１２８１７４７Ａ２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、関係する技術分野において、間欠性再生可能エネルギー源を利用する、不断の水素系電力生産を維持する方法を実施する効果的なシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、水素と電力を共生産する方法は、間欠性再生可能エネルギー源を利用して、水素および酸素を生産するためのエネルギーを発生し、その後にそのエネルギーの少なくとも一部分を生産システムに移動させて、水素および酸素を生産するステップを含む。この技術は、さらに、水素の少なくとも一部分を、水素運搬システムからの水素を発電システムまたは水素貯蔵システムのうちの少なくとも１つに運搬するように構成された水素運搬システムに導くステップと、酸素の少なくとも一部分を、酸素を酸素運搬システムからバイオマスガス化システムに運搬するようにさらに構成された酸素運搬システムに導くステップとを含む。バイオマスガス化システムは、バイオマス原料の部分酸化によって合成ガスを生産する。さらに、この技術は、合成ガスの少なくとも一部分を発電システムに導いて、それによって電力を生産するステップを含む。
【０００６】
この技術の別の態様によれば、水素と電力を共生産するためのシステムは、間欠性再生可能エネルギー源からエネルギーを発生させるためのエネルギー発生システム、ならびにエネルギー発生システムとエネルギー連通した、水素および酸素を生産するための生産システムを含む。生産システムからの水素の少なくとも一部分を受け取るための水素運搬システムは、生産システムと流体連通している。水素運搬システムは、さらに、水素の少なくとも一部分を、発電システムまたは水素貯蔵システムのうちの少なくとも１つに導くように設計されている。さらに、生産システムからの酸素の少なくとも一部分を受け取るための酸素運搬システムは、生産システムと流体連通している。酸素運搬システムは、さらに、酸素の少なくとも一部分を、バイオマスガス化システムに導くように設計されている。バイオマスガス化システムは、合成ガスの少なくとも一部分を発電システムに導くように設計されている。
【０００７】
本発明の上記その他の特徴、態様、および利点は、類似の特性が図面全体を通して類似の部分を表している添付図面を参照して、以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されることになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
現在では、地球規模のエネルギー基盤は、通常の「化石燃料系電力生産システム」から「水素系電力生産システム」に急速に推移している。これらの「化石燃料系電力生産システム」は、例えば環境汚染、および地球温暖化などいくつかの潜在的危険を生命体に与える。水素系電力生産システムは、比較的「クリーンなエネルギー」を生産するその能力のため、実質的にこれらの危険を最小限に抑えることができる。さらに、これらの化石燃料供給は、例えばこれらの化石燃料の限りある資源、地政学的および経済的不安定などの要因に影響を受けやすいので、各国のエネルギー安全保障は、そのエネルギー基盤が化石燃料系エネルギーに大部分依存している場合脅威にさらされるかもしれないことに留意することは重要である。水素系電力生産システムはこれらの懸念に効果的に対処することもできる。というのは、いくつかの再生可能エネルギー源を利用して、「水素系電力生産システム」用の水素の十分な生産および供給を維持することは望ましいからである。これらの再生可能エネルギーには、制限なく、風力エネルギー、太陽エネルギー、および潮汐エネルギーが含まれる。実施に際しては、再生可能エネルギー源からの再生可能エネルギーの不断の供給を維持することは潜在的な問題となる。というのは、これらの再生可能エネルギーは、環境条件がそれを生産するのに好ましいまたは適切である期間において間欠的に利用できるからである。
【０００９】
一般に、通常の手法では、これらの再生可能エネルギーを利用できない間の水素の代替供給は、水素を水素系電力生産システムに水素貯蔵システムから輸送することによって想定することができる。操作に際しては、これらの水素貯蔵システムに関わるいくつかの懸念によって、これらの再生可能エネルギーを利用できない期間に、これらを水素系電力生産システムへの望ましい代替水素供給源として維持することが不可能になる。これらの懸念には、例えば他の通常の燃料に比べて大幅に低いその容積エネルギー密度によるガス状水素の大量貯蔵容量の不足が含まれる。ガス状水素に比べて、液体水素は相対的にある程度高い容積エネルギー密度を有しているが、液体水素の貯蔵および配送は、水素系電力生産システムの操作上の安全性を脅かす追加の潜在的リスクをもたらす。これらの操作上のリスクには、通常は周囲環境への偶発的暴露により液体水素が沸騰するために引き起こされる爆発が含まれる。さらに、実質的に低い液化温度、通常は約−２００℃〜約−３００℃の範囲で実施されるガス状水素の液化、すなわち液体水素をガス状水素から生産する実現可能性は、それに伴う極端に高い製造コストのためさらに限定される。
【００１０】
後続のパラグラフの考察から明らかなように、この技術は上記の問題に効果的に対処するように設計されている。図１は、この技術の一方法表現に従って水素と電力を共生産するためのシステムを描くものである。この技術のこの表現は、間欠性再生可能エネルギー源１０をエネルギー発生システム１０１によって利用して、熱エネルギーまたは電気エネルギーのうちの少なくとも１つを含むエネルギー１０２を発生させる第１ステップを含む。その後のステップでは、エネルギー発生システム１０１で生産されたエネルギー１０２の一部分または全部を、生産システム１０３に移動させる。生産システム１０３はエネルギー１０２を利用して、通常は水素１０４および酸素１０７を生産するための水をそれから分離する。生産システム１０３で生産された水素１０４を、さらに水素運搬システム１０５に移動させる。次のステップで、水素運搬システム１０５は、水素１０４を発電システム１１０または水素貯蔵システム１０６のうちの少なくとも１つに運搬する。
【００１１】
いくつかの実施形態では、生産システム１０３で生産された酸素１０７の少なくとも一部分を、酸素運搬システム１３０に輸送する。酸素運搬システム１３０は、生産システム１０３から受け取られた酸素１０７の少なくとも一部分を、バイオマスガス化システム１０８に移動させる。バイオマスガス化システム１０８で受け取られた酸素１０７は、バイオマス原料１４０の熱−化学分解を誘導する。その結果として、バイオマス原料１４０は部分酸化されて、合成ガス１０９が生産される。その後のステップでは、バイオマスガス化システム１０８で生産された合成ガス１０９を発電システム１１０に輸送する。操作に際しては、合成ガス１０９は可燃性である。さらに、この合成ガス１０９は、例えば約１０ＭＪ／Ｎｍ３〜約２０ＭＪ／Ｎｍ３の範囲のかなりの発熱量を有する。このような可燃性合成ガス１０９のエネルギー含有量は、発電システム１１０の電力１１５に変換されることが望ましい。
【００１２】
いくつかの実施形態では、発電システム１１０は、典型的な水素系電気生産システムを含む。したがって、間欠性再生可能エネルギー源１０から再生可能エネルギーが利用できる間、発電システム１１０は、水素運搬システム１０５によって運搬された水素１０４燃料の少なくとも一部分を利用して電力１１５を生産する。あるいは、再生可能エネルギーを利用できない期間、バイオマスガス化システム１０８で生産された合成ガス１０９の少なくとも一部分を、それを用いて電力１１５を生産するための発電システム１１０に輸送する。したがって、再生可能エネルギーが利用できるかどうかにかかわらず、発電システム１１０からの不断の電力供給１１５が確実になり、望ましくない水素貯蔵が十分に回避される。これらの発電システム１１０は、燃料電池系発電システム、またはマイクロタービン系発電システム、または内燃機関系発電システム、またはこれら全システムの組合せを含む。いくつかの実施形態では、水素運搬システム１０５から輸送された水素１０４とバイオマスガス化システム１０８から輸送された合成ガス１０９の少なくとも一部分とを適切な比率で含む燃料を、電力１１５を生産するために利用できるように、これらの発電システム１１０を適応させることが望ましいことが理解できる。
【００１３】
合成ガス１０９を生産するためのバイオマスガス化システム１０８によって使用されている例示的バイオマスガス化方法２００を、図４に示す。一般に、このようなバイオマスガス化方法２００では、投入された燃料、例えば有機炭化水素系バイオマス原料１４０は、酸素１０７の存在下で熱−化学部分分解を受けて、合成ガス１０９が生産される。合成ガス１０９は、通常は水素（Ｈ２）、メタン（ＣＨ４）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、および水蒸気を含む。バイオマス原料１４０の例としては、制限なく、産業廃棄物；わらや殻などの農業廃棄物；一般廃棄物；畜産副産物などの有機性廃棄物；サトウキビなどのエネルギー作物；およびこれらすべての適切な組合せがある。バイオマスガス化システム１０８用の燃料の選択は、例えばエネルギー含有量、灰分、水分含有量、揮発分、粒径およびかさ密度などこれらのバイオマス原料１４０の特性に関わる様々な要因間のトレードオフの関係に依存していることが理解できる。
【００１４】
操作に当たって、図４に示すように、第１ステップでのバイオマスガス化方法２００は、通常は相対的に乾燥したバイオマス原料１４１を得るためバイオマス原料１４０の水分含有量を実質的に除去する水分除去プロセス２０８を含む。その後の熱分解プロセス２０９では、この乾燥したバイオマス原料１４１は、約５００℃〜約８００℃の例示的温度範囲で嫌気性熱分解を受けて、熱分解された混合物２１０が形成される。この熱分解混合物２１０は、一般に固体物質、例えば木炭；液状物質、例えば木酢油、ならびにガス状物質、例えば水素および一酸化炭素を含む。さらに、酸素１０７によって誘導される部分酸化プロセス２１１は、熱分解混合物２１０を部分酸化して、部分酸化された混合物２１２が部分形成される。この部分酸化された混合物２１２は、二酸化炭素（ＣＯ２）、および水蒸気を含む。部分酸化プロセス２１１は、一般に下記に添付された一連の例示的発熱性化学転換を特徴とする。
【００１５】
Ｃ＋Ｏ２      →  ＣＯ２＋Δ（熱）
Ｈ２＋１／２Ｏ２ →  Ｈ２Ｏ＋Δ（熱）
部分酸化プロセス２１１中に発生した熱エネルギーは、バイオマスガス化システム１０８の望ましい熱環境を維持して、バイオマスガス化方法２００の全体の反応速度論が持続されると述べることは適切である。さらに、酸化された混合物２１２は、還元プロセス２１３において一連の不均一な嫌気性化学転換（すなわち、酸素誘導でない）を受けて、合成ガス１０９が放出される。合成ガス１０９は、バイオマスガス化システム１０８によって配置されたバイオマスガス化方法２００から誘導された最終生産物である。酸化された混合物２１２のこれらの不均一な化学転換には、いくつかの発熱性および吸熱性化学反応が含まれる。還元プロセス２１３を表す例示的化学転換をいくつか下記に添付する。
【００１６】
ＣＯ２＋Ｃ  →  ２ＣＯ−Δ（熱）
Ｃ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ＋Ｈ２−Δ（熱）
ＣＯ２＋Ｈ２ →  ＣＯ＋Ｈ２Ｏ＋Δ（熱）
Ｃ＋２Ｈ２  →  ＣＨ４＋Δ（熱）
バイオマスガス化システム１０８の構成に関わるいくつかの代替実施形態は、固定床バイオマスガス化システムまたは流動床バイオマスガス化システムの少なくとも１つを含む。構造の点から見て、固定床バイオマスガス化システムは、火格子によって構造的に支持された少なくとも１つの固定ガス化反応ゾーンを特徴とする。一方、流動床バイオマスガス化システムは、通常は化学的に不活性な床材料、例えば砂で構築された移動床または循環床を含む反応ゾーンを含む。バイオマスガス化システム１０８の適切な構成の選択は、発電システム１１０の所望の出力容量；これらのガス化システムから放出される合成ガス１０９の、例えばその発熱量、粒子状物質含有量およびタール含有量を含めた典型的な特性；これらのガス化システムの製造の容易さなど、様々な要因間のトレードオフの関係に依存している。一般に、流動床ガス化システムの移動床または循環床を構築する床材料に誘導される乱流は、バイオマスガス化方法２００の様々なステップ中、反応物の相対的に均質な熱−化学混合を促進して、発電システム１１０の出力容量の増大が確実になるが、これらの合成ガス１０９の粒子状物質含有量が増大するため、これらのガス化システムから放出される合成ガス１０９が環境に与える悪影響が比較的大きくなるという犠牲を払っている。
【００１７】
いくつかの実施形態では、バイオマスガス化システム１０８によって生産される合成ガス１０９の少なくとも一部分を、水素１０４を改質するための水素改質システム１１２に輸送することが望ましい。本実施形態では、水素改質システム１１２で改質された水素１０４を水素運搬システム１０５に輸送することが望ましい。操作に際しては、水素改質システム１１２は、水性ガスシフト反応プロセスを、通常は約１５０℃〜約４５０℃の温度範囲で行う。実施に際しては、何らかの触媒、例えば酸化第一鉄（Ｆｅ３Ｏ４）の存在下、合成ガス１０９に含まれている一酸化炭素（ＣＯ）を用いて水素１０４を改質する。例示的な水性ガスシフト反応プロセスは、下記に添付されるように表すことができる。
【００１８】
Ｆｅ３Ｏ４
ＣＯ（ｇ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ）  →  ＣＯ２（ｇ）＋Ｈ２（ｇ）
他のいくつかの実施形態では、水素運搬システム１０５は、さらにシステム１０３、１１２から受け取られた水素１０４の少なくとも一部分を水素貯蔵システム１０６に運搬する。水素貯蔵システム１０６に貯蔵された水素１０４は、水素系電気生産、例えば水素系自動車用の燃料補給システムに関係しない他のいくつかの隣接する水素系システム（図示せず）によって場合によっては消費されてもよい。
【００１９】
図２は、この技術の別の方法表現に従って水素と電力を共生産するための別のシステムを示す。この表現では、水素運搬システム１０５は、システム１０３、１１２から受け取られた水素１０４のすべてを、それを用いて電力１１５を生産するための水素系電気生産システム１１０に運搬する。したがって、この実施形態によれば、再生可能エネルギーを利用できない期間の不断の電力供給１１５は、水素１０４を水素改質システム１１２から水素運搬システム１０５に移動させ、さらに水素１０４のすべてを、電力１１５を発生させるための水素系電気生産システム１１０に運搬することによって維持することが望ましい。この技術の他のいくつかの方法表現による別の代替システムを、図３に示す。この表現では、発電システム１１０は、バイオマスガス化システム１０８によって生産される合成ガス１０９のすべてを受け取る。さらに、この表現では、水素運搬システム１０５は、システム１０３、１１２から受け取られた水素１０４をすべて、発電システム１１０に運搬することが望ましい。
【００２０】
操作に際しては、生産システム１０３は、通常は水を分離してそれを用いて水素１０４および酸素１０７を生産する水分割システムである。これらの生産システム１０３の様々な代替実施形態は、例えば全体の効率、対費用効果、ならびにこれらのシステムの設計および操作の容易さなどの要因間のトレードオフの関係に依存して想定することができる。これらの生産システム１０３には、通常は制限なく、電気分解システム、熱分割システム、電気−熱分割システム、熱−化学分割システム、光−化学分割システム、光−電気化学分割システム、およびこれらのシステムすべての組合せが含まれる。
【００２１】
簡潔に言えば、例示的な一実施形態では、エネルギー発生システム１０１から生産された電気エネルギー出力は、水を分離して水素１０４および酸素１０７を放出する典型的な電気分解システムによって使用される。電気分解を行うのに必要とされる電気エネルギーをエネルギー発生システム１０１から様々な方式で発生させることができる。例えば、光−電気化学分割システムでは、この電気エネルギーは、半導体系システムによる太陽光子の吸収によって得られる。一方、光−化学分割システムでは、化学増感剤、例えばエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）は太陽光子を吸収して、水素１０４および酸素１０７を生産するための水分割システムを駆動するための電気化学エネルギーを放出する。これらの生産システム１０３の他のいくつかの実施形態は、例えばエネルギー発生システム１０１によって発生された熱エネルギー出力を利用して、水を分離する熱分割システムを含む。別の実施形態では、電気−熱分割システムは、熱エネルギー出力を、エネルギー発生システム１０１によって発生された電気エネルギー出力と合わせて利用して、水分離を行う。他の代替実施形態では、熱−化学分割システムは、いくつかの化学物質、例えば臭素およびヨウ素の存在下でエネルギー発生システム１０１の熱エネルギー出力を利用して、水を分離して、水素１０４および酸素１０７を生産する。
【００２２】
水素と電力を共生産するためのシステム（図１から図３に図示）によって実施される代替の方法表現によれば、水素と電力を共生産するための典型的なシステムは、間欠性再生可能エネルギー源１０からエネルギー１０２を発生させるためのエネルギー発生システム１０１、および水素１０４および酸素１０７を生産するためのエネルギー発生システム１０１とエネルギー連通した生産システム１０３を含むことが理解できる。生産システム１０３からの水素１０４の少なくとも一部分を受け取るための水素運搬システム１０５は、生産システム１０３と流体連通している。水素運搬システム１０５は、さらに水素の少なくとも一部分１０４を、発電システム１１０または水素貯蔵システム１０６のうちの少なくとも１つに導くように設計されている。さらに、生産システム１０３からの酸素１０７の少なくとも一部分を受け取るための酸素運搬システム１３０は、生産システム１０３と流体連通している。酸素運搬システム１３０は、さらに酸素１０７の少なくとも一部分を、バイオマスガス化システム１０８に導くように設計されている。バイオマスガス化システム１０８は、合成ガス１０９の少なくとも一部分を発電システム１１０に導くように設計されている。水素と電力を共生産するためのシステムを構築するサブシステムの代替実施形態は、前のパラグラフで記載したものと同一であると述べることは適切である。
【００２３】
本発明を、特許法に従って本明細書で説明かつ記述したが、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、開示した実施形態に変形および変更をすることができることは、当分野の技術者には明らかである。したがって、添付の特許請求の範囲は、このような変形形態および変更形態のすべてを、本発明の真の精神および範囲内に含まれるものとして包含するよう意図されていることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この技術の一態様に従って水素と電力の共生産を示すシステムの線図である。
【図２】この技術の別の態様に従って水素と電力の共生産を示すシステムの別の線図である。
【図３】この技術の別の態様に従って水素と電力の共生産を示すシステムの別の線図である。
【図４】この技術の一態様に従って水素と電力を共生産するために利用するバイオマスガス化方法の線図である。
【図１】
2007525555.tif 000003
【図２】
2007525555.tif 000004
【図３】
2007525555.tif 000005
【図４】
2007525555.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成19年5月16日(2007.5.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間欠性再生可能エネルギー源（１０）を利用して、水素（１０４）および酸素（１０７）を生産するためのエネルギー（１０２）を発生させるステップと、
前記エネルギー（１０２）の少なくとも一部分を生産システム（１０３）に移動させて、前記水素（１０４）および前記酸素（１０７）を生産するステップと、
水素（１０４）を水素運搬システム（１０５）から発電システム（１１０）または水素貯蔵システム（１０６）のうちの少なくとも１つに運搬するように構成された前記水素運搬システム（１０５）に対して前記水素（１０４）の少なくとも一部分を導くステップと、
前記酸素（１０７）の少なくとも一部分を、酸素（１０７）を酸素運搬システム（１３０）からバイオマスガス化システム（１０８）へ運搬するように構成された前記酸素運搬システム（１３０）に導いて、バイオマス原料（１４０）の部分酸化によって合成ガス（１０９）を生産するステップと、
前記合成ガス（１０９）の少なくとも一部分を前記発電システム（１１０）に導いて、それによって電力（１１５）を生産するステップとを含むことを特徴とする水素（１０４）と電力（１１５）の共生産方法。
【請求項２】
前記バイオマスガス化システム（１０８）からの前記合成ガス（１０９）の少なくとも一部分を、前記水素改質システム（１１２）に導いて、水素（１０４）を改質するステップと、
前記水素改質システム（１１２）からの前記水素（１０４）を、さらに水素（１０４）を前記発電システム（１１０）または前記水素貯蔵システム（１０６）のうちの少なくとも１つに運搬するように構成された前記水素運搬システム（１０５）に導くステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記発電システム（１１０）が水素系電気生産システム（１１０）を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
間欠性再生可能エネルギー源（１０）を利用して、水素（１０４）および酸素（１０７）を生産するためのエネルギー（１０２）を発生させるステップと、
前記エネルギー（１０２）の少なくとも一部分を生産システム（１０３）に移動させて、前記水素（１０４）および前記酸素（１０７）を生産するステップと、
前記水素（１０４）の少なくとも一部分を、水素（１０４）を水素運搬システム（１０５）から水素系電気生産システム（１１０）に運搬するように構成された前記水素運搬システム（１０５）に導いて、それによって電力（１１５）を生産するステップと、
前記酸素（１０７）の少なくとも一部分を、酸素（１０７）を酸素運搬システム（１３０）からバイオマスガス化システム（１０８）へ運搬するように構成された前記酸素運搬システム（１３０）に導いて、バイオマス原料（１４０）の部分酸化によって合成ガス（１０９）を生産するステップとを含む、水素（１０４）と電力（１１５）を共に生産する方法。
【請求項５】
前記バイオマスガス化システム（１０８）からの前記合成ガス（１０９）を、前記水素改質システム（１１２）に導いて、水素（１０４）を改質するステップと、
前記水素改質システム（１１２）からの前記水素（１０４）を、水素（１０４）を水素運搬システム（１０５）から前記水素系電気生産システム（１１０）に運搬するように構成された前記水素運搬システム（１０５）に導いて、それによって電力（１１５）を生産するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記水素系電気生産システム（１１０）が、燃料電池系電気生産システム、マイクロタービン系電気生産システム、内燃機関系電気生産システム、またはその組合せのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項７】
間欠性再生可能エネルギー源（１０）を利用して、水素（１０４）および酸素（１０７）を生産するためのエネルギー（１０２）を発生させるステップと、
前記エネルギー（１０２）の少なくとも一部分を生産システム（１０３）に移動させて、前記水素（１０４）および前記酸素（１０７）を生産するステップと、
前記水素（１０４）を、水素（１０４）を水素運搬システム（１０５）から発電システム（１１０）に運搬するように構成された前記水素運搬システム（１０５）に導いて、それによって電力（１１５）を生産するステップと、
前記酸素（１０７）を、酸素（１０７）を酸素運搬システム（１３０）からバイオマスガス化システム（１０８）へ運搬するように構成された前記酸素運搬システム（１３０）に導いて、バイオマス原料（１４０）の部分酸化によって合成ガス（１０９）を生産するステップと、
前記合成ガス（１０９）を前記発電システム（１１０）に導いて、それによって電力（１１５）を生産するステップとを含む、水素（１０４）と電力（１１５）を共生産する方法。
【請求項８】
前記発電システム（１１０）が水素系電気生産システム（１１０）を含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
エネルギー（１０２）を間欠性再生可能エネルギー源（１０）から発生させるためのエネルギー発生システム（１０１）と、
前記エネルギー発生システム（１０１）とエネルギー連通した、水素（１０４）および酸素（１０７）を生産するための生産システム（１０３）と、
前記生産システム（１０３）と流体連通した、前記生産システム（１０３）からの前記水素（１０４）の少なくとも一部分を受け取るための水素運搬システム（１０５）であって、さらに前記水素（１０４）の少なくとも一部分を、発電システム（１１０）または水素貯蔵システムのうちの少なくとも１つに導くように構成された前記水素運搬システム（１０５）と、
前記生産システム（１０３）と流体連通した、前記生産システム（１０３）からの前記酸素（１０７）の少なくとも一部分を受け取るための酸素運搬システム（１３０）であって、さらに前記酸素（１０７）の少なくとも一部分をバイオマスガス化システムに導くように構成された前記酸素運搬システム（１３０）とを含み、
前記バイオマスガス化システム（１０８）が、合成ガス（１０９）の少なくとも一部分を前記発電システム（１１０）に導くように設計されていることを特徴とする水素（１０４）と電力（１１５）の共生産システム。
【請求項１０】
前記合成ガス（１０９）の少なくとも一部分から前記水素（１０４）を改質するための水素改質システム（１１２）をさらに含み、
前記水素改質システム（１１２）が、さらに前記水素改質システム（１１２）からの前記水素（１０４）を前記水素運搬システム（１０５）に導くように設計されている請求項９記載のシステム。
【国際調査報告】
2007525555.tif 000007
2007525555.tif 000008
2007525555.tif 000009