(57)【要約】【課題】【解決手段】  グアニジン（ＣＨ５Ｎ３）を含有する組成物からエネルギィを生成する方法及び装置、及び、エネルギィを使用してグアニジンを含有する前記組成物を提供する方法及び装置が記載されている。一の実施例のエネルギィ生成方法は：（ａ）前記組成物を水と反応させてアンモニアと二酸化炭素を形成するステップと；（ｂ）ステップ（ａ）で形成したアンモニアを酸化して水と窒素を形成してエネルギィを生成するステップと；を具える。この方法及び装置を使用して、固定式及び可動式の用途のエネルギィを生成する。【選択図】図２
2008500932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グアニジンを含む組成物からエネルギィを生成する方法において、前記方法が：（ａ）前記組成物を水と反応させ、アンモニアと二酸化炭素を形成するステップと；（ｂ）ステップ（ａ）で形成した前記アンモニアを酸化して、水と窒素を形成してエネルギィを生成するステップと；を具えることを特徴とする、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記組成物のグアニジンの重量が、組成物の重量の約１０％から約１００％に等しいことを特徴とする、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記ステップ（ｂ）で形成した水の一部を、ステップ（ａ）の組成物と反応させて、アンモニアを形成することを特徴とする、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、約５０℃から約２４０℃に及ぶ温度、及び、約１気圧から５０標準気圧に及ぶ圧力で、ステップ（ａ）において前記組成物が、水と反応することを特徴とする、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、前記方法が、ステップ（ａ）において前記組成物と水の反応を触媒することのできる触媒と混合するステップ又はこの触媒と接触させるステップを具えることを特徴とする、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、前記触媒が、金属酸化物であり、当該金属が、鉄、ニッケル、バナジウム、及び亜鉛から成る群より選択されることを特徴とする、方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法において、前記触媒が、水酸化バリウムと金属酸化物の組成物であり、当該金属が、鉄、ニッケル、バナジウム、及び亜鉛から成る群より選択されることを特徴とする、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、前記組成物が、可燃性燃料、可燃性エンハンサ、アンモニア、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、水酸化アンモニウム、アミノグアニジン、重炭酸アミノグアニジン、炭酸アミノグアニジン、水酸化アミノグアニジン、ジアミノグアニジン、重炭酸ジアミノグアニジン、炭酸アミノグアニジン、水酸化ジアミノグアニジン、トリアミノグアニジン、重炭酸トリアミノグアニジン、炭酸トリアミノグアニジン、水酸化トリアミノグアニジン、グアニジン、重炭酸グアニジン、炭酸グアニジン、水酸化グアニジン、グアニル酸尿素、尿素、水、及びこれらの組み合わせから成る群より選択される成分を具えることを特徴とする、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、前記成分が、燃焼して水とグアニジンの反応を開始するのに十分な量の熱を発生する量で存在する可燃性燃料であることを特徴とする、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、前記組成物が層内にカプセル化され、前記カプセル化する層の材料が、尿素、グアニジン、炭酸グアニジン、重炭酸グアニジン、グアニル酸尿素、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム及びこれらの組み合わせから成る群より選択されることを特徴とする、方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、前記方法が、前記組成物と、前記組成物と水の反応を触媒することのできる酵素と混合させるステップ又はこの酵素と接触させるステップを具えることを特徴とする、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、前記酵素が、室温から、前記酵素の半減期が１分未満である温度に及ぶ温度で、前記組成物と水との反応を触媒することができることを特徴とする、方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法において、前記酵素が、アルギナーゼ、ウレアーゼ、及びこれらの組み合わせから成る群より選択されることを特徴とする、方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法において、ステップ（ｂ）が、ステップ（ａ）で形成した前記アンモニアを燃焼させるステップを具えることを特徴とする、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、ステップ（ｂ）で酸化窒素を形成し、前記方法が、燃焼ステップ（ｂ）の排気由来の未燃焼アンモニアの一部を酸化窒素と反応させて、酸化窒素と未燃焼アンモニアを低減するステップを更に具えることを特徴とする、方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法において、前記アンモニアが、９：１から３０：１の圧縮率、と３０：１以上の圧縮率とから成る群より選択される圧縮率を有する内燃エンジンで燃焼することを特徴とする、方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法において、大気への放出防止、化学的プロセスにおける反応体の提供、消火用不活性ガスの提供、ドライアイス用供給原料の提供、食料の保存、空気装置への電力供給用の圧縮ガスの提供及びこれらの組み合わせから選択される１つ又はそれ以上の目的を果たすために、少なくとも前記二酸化炭素の留分を圧力下で保存することを特徴とする、方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法において、ステップ（ｂ）で生成した水の一部を保持して、圧力下での二酸化炭素の保存に役立てることを特徴とする、方法。
【請求項１９】
グアニジン含有組成物からエネルギィを発生する方法において：（ａ）前記組成物を水と反応させてアンモニアと二酸化炭素を形成するステップと；（ｂ）ステップ（ａ）で形成した前記アンモニアを窒素と水素に変換するステップと；（ｃ）ステップ（ｂ）で形成した水素を酸化して、水を形成してエネルギィを発生するステップと；を具えることを特徴とする、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、前記組成物中のグアニジンの重量が、前記組成物の重量の約１０％から約１００％に等しいことを特徴とする、方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法において、前記組成物が、約５０℃から約２４０℃に及ぶ温度、及び、約１気圧から５０標準気圧に及ぶ圧力で、ステップ（ａ）の水と反応することを特徴とする、方法。
【請求項２２】
請求項１９に記載の方法において、燃料電池又は内燃又は外燃エンジンによって排気される水の一部が、前記組成物と反応して、ステップ（ａ）のアンモニアを形成することを特徴とする、方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の方法において、前記方法が、ステップ（ａ）の水と前記組成物の反応を触媒することのできる触媒と前記組成物を混合するステップ又はこの組成物と接触させるステップを具えることを特徴とする、方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法において、前記触媒が、金属酸化物であり、当該金属が、鉄、ニッケル、バナジウム及び亜鉛から成る群より選択されることを特徴とする、方法。
【請求項２５】
請求項２３に記載の方法において、前記触媒が、水酸化バリウムの組成物及び金属酸化物であり、当該金属が、鉄、ニッケル、バナジウム及び亜鉛から成る群より選択されることを特徴とする、方法。
【請求項２６】
請求項１９に記載の方法において、前記組成物が、可燃性燃料、可燃性エンハンサ、アンモニア、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、水酸化アンモニウム、アミノグアニジン、重炭酸アミノグアニジン、炭酸アミノグアニジン、水酸化アミノグアニジン、ジアミノグアニジン、重炭酸ジアミノグアニジン、炭酸アミノグアニジン、水酸化ジアミノグアニジン、トリアミノグアニジン、重炭酸トリアミノグアニジン、炭酸トリアミノグアニジン、水酸化トリアミノグアニジン、グアニジン、重炭酸グアニジン、炭酸グアニジン、水酸化グアニジン、グアニル酸尿素、尿素、水、及びこれらの組み合わせから成る群より選択される成分を具えることを特徴とする、方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法において、前記成分が、燃焼して、グアニジンと水の反応を開始することができる十分な量の熱を発生する量で存在する可燃性燃料であることを特徴とする、方法。
【請求項２８】
請求項１９に記載の方法において、前記組成物が、層中でカプセル化され、カプセル化する層の材料が、尿素、グアニジン、炭酸グアニジン、重炭酸グアニジン、グアニル酸尿素、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、及びこれらの組み合わせから成る群より選択されることを特徴とする、方法。
【請求項２９】
請求項１９に記載の方法において、前記方法が、ステップ（ａ）の水と前記組成物の反応を触媒することのできる触媒と前記組成物を混合するステップ又はこの組成物と接触させるステップを具えることを特徴とする、方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の方法において、前記酵素が、室温から、前記酵素の半減期が１分未満である温度に及ぶ温度で、前記組成物と水との反応を触媒することができることを特徴とする、方法。
【請求項３１】
請求項２９に記載の方法において、前記酵素が、アルギナーゼ、ウレアーゼ、及びこれらの組み合わせから成る群より選択されることを特徴とする、方法。
【請求項３２】
請求項１９に記載の方法において、水素は通すがその他の物質は通さない半透膜を通すことによって、前記水素を分離することを特徴とする、方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法において、前記半透膜が、Ｐｄ金属、Ｐｔ金属、又はミッシュメタル及び少なくとも１つの遷移金属から成る剛体球タイプのアモルファス金属でできた、密度がランダムな一群の薄フィルムであることを特徴とする、方法。
【請求項３４】
組成物含有グアニジンを提供する方法において、前記方法が：（ａ）エネルギィの源を使用して水から水素を分離するステップと；（ｂ）ステップ（ａ）で形成した水素を窒素と反応させてアンモニアを形成するステップと；（ｃ）ステップ（ｂ）で形成したアンモニアの一部を二酸化炭素と反応させて尿素を形成するステップと；（ｄ）ステップ（ｃ）で形成した尿素をステップ（ｂ）で形成したアンモニアの一部と反応させて、グアニジン含有組成物を形成するステップと；を具えることを特徴とする、方法。
【請求項３５】
請求項３４に記載の方法において、ステップ（ａ）のエネルギィの源が、風から発生した電気、海洋波から発生した電気、水力発電施設から発生した電気、太陽エネルギィから発生した電気、核エネルギィから発生した電気、負荷平準化プロセスの一部として提供された電力提供網からの電気、化石燃料燃焼から発生した電気、農業廃棄物燃焼から発生した電気、林業廃棄物燃焼から発生した電気、都市ゴミ燃焼から発生した電気、大洋水の潮汐流から発生した電気、水を水素と酸素へ分解する化学的プロセスで使用される太陽エネルギィ、及びこれらの組み合わせから成る群より選択されることを特徴とする、方法。
【請求項３６】
請求項３４に記載の方法において、ステップ（ｂ）の窒素の提供に使用される方法が、液化空気の分留、圧力変動吸着プロセス、燃焼プロセス由来の部分的低酸素消耗プロセス、及びこれらの組み合わせから成る群より選択されることを特徴とする、方法。
【請求項３７】
請求項３４に記載の方法において、ステップ（ｃ）の前記二酸化炭素の源が、空気から抽出した二酸化炭素、化石燃料の燃焼によって作り出した生成物から抽出した二酸化炭素、農業廃棄物の燃焼によって作り出した生成物から抽出した二酸化炭素、林業廃棄物の燃焼によって作り出した生成物から抽出された二酸化炭素、都市ゴミの燃焼によって作り出した生成物から抽出した二酸化炭素、及びこれらの組み合わせから成る群より選択されることを特徴とする、方法。
【請求項３８】
請求項３４に記載の方法において、ステップ（ｄ）で形成した前記組成物中のグアニジンの重量が、前記組成物の重量の約１０％から約１００％に等しいことを特徴とする、方法。
【請求項３９】
請求項３４に記載の方法において、前記組成物が、アンモニア、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、水酸化アンモニウム、アミノグアニジン、重炭酸アミノグアニジン、炭酸アミノグアニジン、水酸化アミノグアニジン、ジアミノグアニジン、重炭酸ジアミノグアニジン、炭酸ジアミノグアニジン、水酸化ジアミノグアニジン、トリアミノグアニジン、重炭酸トリアミノグアニジン、炭酸トリアミノグアニジン、水酸化トリアミノグアニジン、重炭酸グアニジン、炭酸グアニジン、水酸化グアニジン、グアニル酸尿素、尿素、水、及びこれらの組み合わせから成る群より選択される成分を具えることを特徴とする、方法。
【請求項４０】
請求項３４に記載の方法において、前記エネルギィを使用して、塩化ナトリウムを含有する溶液から水素を分離し、これによって、ナトリウム及び塩素含有物質を生成することを特徴とする、方法。
【請求項４１】
グアニジンを含有する組成物からエネルギィを発生する装置が：（ａ）前記組成物を提供する第１コンテナと；（ｂ）水を提供する第２コンテナと；（ｃ）前記組成物を水と反応させてアンモニアと二酸化炭素を形成する第３コンテナであって、前記第１コンテナから第３コンテナへ前記組成物を送出する手段によって、前記第１コンテナに連結され、前記第２コンテナから第３コンテナへ水を送出するために、前記第２コンテナに連結されている第３コンテナと；（ｄ）アンモニアを貯蔵するための第４コンテナであって、前記第３コンテナから第４コンテナにアンモニアを送出する手段によって前記第３コンテナに連結されている第４コンテナと；（ｅ）アンモニアを酸化して水と窒素を形成してエネルギィを発生する第５コンテナであって、前記第４コンテナから第５コンテナにアンモニアを送出する手段によって前記第４コンテナに連結されている第５コンテナと；を具えることを特徴とする、装置。
【請求項４２】
請求項４１に記載の装置において、アンモニアを酸化する前記第５コンテナが、アンモニア燃焼用エンジンであることを特徴とする、装置。
【請求項４３】
請求項４２に記載の装置において、前記アンモニアの燃焼から酸化窒素が形成され、前記装置が、未燃焼アンモニア及び酸化窒素の分解用触媒を提供する第６コンテナと；（ｂ）前記エンジンから第６コンテナに酸化窒素と未燃焼アンモニアを送出する手段と；を具えることを特徴とする、装置。
【請求項４４】
請求項４１に記載の装置において、前記第４コンテナが、燃焼して、水と前記組成物の反応を開始してアンモニアを形成するのに十分な量の熱を発生することができるアンモニアの量を提供するコンテナであることを特徴とする、装置。
【請求項４５】
請求項４１に記載の装置において、前記組成物を水と反応させてアンモニアを形成する第３コンテナが、前記組成物と水の反応を触媒することができる触媒を提供するコンテナであることを特徴とする、装置。
【請求項４６】
請求項４１に記載の装置において、前記組成物を水と反応させてアンモニアを形成する第３コンテナが、酵素を提供するコンテナであることを特徴とする、装置。
【請求項４７】
請求項４５に記載の装置において、前記第３コンテナが、前記触媒を含有する交換可能なカートリッジに取り付けられていることを特徴とする、装置。
【請求項４８】
請求項４６に記載の装置において、前記第３コンテナが、前記酵素を含有する交換可能なカートリッジに取り付けられていることを特徴とする、装置。
【請求項４９】
請求項４１に記載の装置において、前記アンモニアを酸化する第５コンテナが、アンモニア燃料電池であることを特徴とする、装置。
【請求項５０】
請求項４１に記載の装置において、前記第５コンテナから前記第３コンテナに熱を伝達し、前記組成物と水の反応を促進することを特徴とする、装置。
【請求項５１】
請求項４１に記載の装置において、前記組成物を前記装置に移動する目的で、前記第１コンテナが、前記装置から脱着可能であることを特徴とする、装置。
【請求項５２】
グアニジン含有組成物からエネルギィを発生する装置が：（ａ）前記組成物を提供する第１コンテナと；（ｂ）水を提供する第２コンテナと；（ｃ）前記組成物を水と反応させてアンモニアと二酸化炭素を形成する第３コンテナであって、前記第１コンテナから第３コンテナに前記組成物を送出する手段によって前記第１コンテナに連結されており、前記第２コンテナから前記第３コンテナに水を送出する手段によって前記第２コンテナに連結されている第３コンテナと；（ｄ）アンモニアを貯蔵する第４コンテナであって、前記第３コンテナから第４コンテナにアンモニアを送出する手段により、前記第３コンテナに連結されている第４コンテナと；（ｅ）アンモニアを窒素と水素に変換する第５コンテナであって、前記第４コンテナから第５コンテナにアンモニアを送出する手段によって、前記第４コンテナに連結されている第５コンテナと；（ｅ）水素を貯蔵する第６コンテナであって、前記第５コンテナから第６コンテナに水素を送出する手段によって、前記第５コンテナに連結されている第６コンテナと；（ｆ）水素を酸化させて、水を形成してエネルギィを発生する第７コンテナであって、前記第６コンテナから第７コンテナに水素を送出する手段によって、前記第６コンテナに連結されている第７コンテナと；を具えることを特徴とする、装置。
【請求項５３】
請求項５２に記載の装置において、水素を酸化するための前記第７コンテナが、水素燃焼用のエンジンであることを特徴とする、装置。
【請求項５４】
請求項５２に記載の装置において、前記第４コンテナが、燃焼して、水と前記組成物の反応を開始してアンモニアを形成するのに十分な量の熱を発生することができるアンモニアの量を提供するコンテナであることを特徴とする、装置。
【請求項５５】
請求項５２に記載の装置において、前記組成物を水と反応させてアンモニアを形成する第３コンテナが、水と前記組成物の反応を触媒することができる触媒を提供するコンテナであることを特徴とする、装置。
【請求項５６】
請求項５２に記載の装置において、前記組成物を水と反応させてアンモニアを形成する第３コンテナが、前記組成物と水の反応を触媒することができる酵素を提供するコンテナであることを特徴とする、装置。
【請求項５７】
請求項５５に記載の装置において、前記第３コンテナが、前記触媒を含有する交換可能なカートリッジに取り付けられていることを特徴とする、装置。
【請求項５８】
請求項５６に記載の装置において、前記第３コンテナが、前記酵素を含有する交換可能なカートリッジに取り付けられていることを特徴とする、装置。
【請求項５９】
請求項５２に記載の装置において、前記水素を酸化する第７コンテナが、水素燃料電池であることを特徴とする、装置。
【請求項６０】
請求項５２に記載の装置において、前記第７コンテナから第３コンテナに熱が伝達されて、前記組成物と水との反応が促進されることを特徴とする、装置。
【請求項６１】
請求項５２に記載の装置において、前記第１コンテナが、前記装置に前記組成物を移動する目的で、前記装置から脱着可能であることを特徴とする、装置。
【請求項６２】
グアニジン含有組成物からエネルギィを発生するための装置が、（ａ）前記組成物を提供する第１コンテナと；（ｂ）水を提供する第２コンテナと；（ｃ）前記組成物を水と反応させてアンモニアを形成する第３コンテナであって、前記第１コンテナから第３コンテナに前記組成物を送出する手段によって前記第１コンテナに連結されており、前記第２コンテナから第３コンテナに水を送出するための手段によって前記第２コンテナに連結されている第３コンテナと；（ｄ）アンモニアを貯蔵する第４コンテナであって、前記第３コンテナから第４コンテナにアンモニアを送出する手段により、前記第３コンテナに連結されている第４コンテナと；（ｅ）アンモニアを窒素と水素に変換する第５コンテナであって、前記第４コンテナから第５コンテナにアンモニアを送出する手段によって、前記第４コンテナに連結されている第５コンテナと；（ｅ）水素を貯蔵する第６コンテナであって、前記第５コンテナから第６コンテナに水素を送出する手段によって、前記第５コンテナに連結されている第６コンテナと；（ｆ）燃料として水素を使用してエネルギィを発生する車輌の水素貯蔵タンクに前記第６コンテナから水素を送出する手段と；を具えることを特徴とする、装置。
【請求項６３】
請求項６２に記載の装置において、前記装置が可動であることを特徴とする、装置。
【請求項６４】
請求項６３に記載の装置において、前記装置の操作に必要な電気エネルギィの一部、及び、グアニジン組成物の吸熱分解に必要な熱の一部が、燃料電池によって提供されることを特徴とする、装置。
【請求項６５】
グアニジン含有組成物を提供するための装置が：（ａ）エネルギィを使用する水から水素を分離する第１コンテナと；（ｂ）窒素を提供する第２コンテナと；（ｃ）水素を窒素と反応させてアンモニアを形成する第３コンテナであって；前記第１コンテナから前記第２コンテナに水素を送出する手段によって前記第１コンテナに連結されており、前記第２コンテナから前記第３コンテナに窒素を送出する手段によって、前記第２コンテナに連結されているる第３コンテナと；（ｄ）二酸化炭素を提供する第４コンテナと；（ｅ）アンモニアを二酸化炭素と反応させて尿素を形成する第５コンテナであって；前記第３コンテナから第５コンテナにアンモニアを送出する手段によって前記第３コンテナに連結されており、前記第４コンテナから前記第５コンテナに二酸化炭素を送出する手段によって、前記第４コンテナに連結されている第５コンテナと；（ｆ）尿素をアンモニアと反応させて、グアニジンを含む組成物を形成する第６コンテナであって；前記第３コンテナから第６コンテナにアンモニアを送出する手段によって、前記第３コンテナに連結されており、前記第６コンテナが、前記第５コンテナから前記第６コンテナに尿素を送出する手段によって、前記第５コンテナに連結されている第６コンテナと；（ｇ）グアニジン組成物を貯蔵する第７コンテナであって；前記第６コンテナから第７コンテナにグアニジン組成物を送出する手段によって、前記第６コンテナに連結されている第７コンテナと；を具えることを特徴とする、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グアニジンベース組成物に関する。また、本発明は、グアニジンベース組成物からエネルギィを生成する方法に関する。また、本発明は、このグアニジンベース組成物を製造する方法に関する。
【０００２】
発明の背景
化石燃料は、世界最大のエネルギィ提供源を構成する。大量、高エネルギィ密度、及び比較的低コストで入手できることにより、産業及び消費の双方に多くの用途に化石燃料を燃料として選択させる。それにも関わらず、安全上の理由、環境的理由、及び比較的少ない石油生産国から輸入される石油に対する先進工業国の依存を低減するために、エネルギィ源としての化石燃料の代替物が望まれている。新しいエネルギィ源を選ぶこれらの強制的な反論に代わって、欠点のないガソリンの多くの肯定的特性を有する燃料の開発を目指して幅広い研究が行われてきたが、経済的でなく、安全且つ容易に入手できる燃料は、特に自動車や携帯電源用途の、化石燃料の実行可能な代替物であることが分かった。
【０００３】
新しい、代替燃料は、幾つかの要件を満たすべきである。燃料のコストは、現在のエネルギィ源のコストに対して競走できるものでなくてはならない。この燃料は、好ましくない排気がないものでなくてはならない。それは、ガソリンのように高エネルギィ密度を有し、頻繁な補充の必要を避けるべきである。この燃料は、安全に扱うことが容易であるべきである。好ましくは、それは、非爆発性で、毒性が低くなくてはならない。最終的に、容易に拡張できる販売設備によって入手可能であるべきである。従って、本技術分野において、上記の特性の全てを有する燃料が求められている。
【０００４】
新しい燃料に向けられている現在の努力は、ガソリンと比較して費用対効果のある燃料を提供していない。更に、エネルギィ源として提案されている代替物の効果は、いずれも費用対効果に問題がある。例えば、水素は化石又は非化石源から得られるが、搬送中の扱いや貯蔵に関する問題のため、消費者指向の燃料として水素の選択は少ない。メタノール等のその他の燃料は、毒性及び引火性があり、経済的に製造するためには、天然ガス又は一酸化炭素の形である量の化石燃料を依然として必要とする。化学的水素化物等の水素の源は、容易且つ効果的に使用できる一方で、米国特許第５，８０４，３２９号及び６，５３４，０３３号に記載されているように、水素化物を再利用することが要求される場合、リサイクルループが必要である。
【０００５】
Ａｍｅｎｄｏｌａ（米国特許出願第２００３０２１９３７１号）は、尿素含有組成物から燃料であるアンモニアと水素の製造方法を提案した。Ａｍｅｎｄｏｌａは、尿素、ＮＨ２ＣＯＮＨ２、カルバミン酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、蟻酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、又は２種又はそれ以上のこれらの成分の混合物を含む市販の尿素の組成のいずれか１つを表すのに用語「尿素」を使用している。エネルギィの担体としての尿素は、尿素の溶解度及び融点によって適用範囲が制限される。尿素の融点（１３２−１３５℃）は、非常に高いので、溶解した形状の固体組成物を便利に扱うことができない。尿素の溶解度は、水１ｋｇ中に尿素ほぼ１ｋｇである。水中の尿素飽和溶液がアンモニアに変換するときに、生成したアンモニアの各ボリュームについて、ほぼ１ボリュームの水蒸気及び２分の１ボリュームの二酸化炭素が生成され、燃料としての即時使用には不十分な生成物ができる。また、水蒸気、二酸化炭素、及びアンモニアは、自発的に結合して、装置の内面に沈積する固体炭酸アンモニウムを形成し、適切な操作を妨げる。アンモニアを形成するために尿素の反応に必要な量の水を３回持ち越す必要があり、車輌の重量が実質的に増加して、燃料経済に逆に作用する。
【０００６】
尿素組成物の直面する問題を、水と反応させてアンモニアを形成できるその他のエネルギィ担体の使用によって避けることができる。例えば、遊離塩基グアニジン（ＣＨ３Ｈ５）を水の存在下でアンモニアと二酸化炭素に分解することができる。グアニジンは、水に無限に溶け、固体として輸送されるが、エンジン内では液体として扱うことができるという便利な融点（５０℃）を有する。水中の高濃縮溶液として、又は、溶融したグアニジンは、完全な反応にちょうど必要な量の水と結合することができ、これによってアンモニア生成物の水蒸気量を最小にすることができる。アンモニア形成の反応時に、各ボリューム毎のアンモニアについて３分の１のボリュームの二酸化炭素が生成され、この生成物は燃料として直ちに使用することができる。生成物中に存在する低レベルの水が、炭酸アンモニウムの装置内での沈積を最小にする。グアニジンは、乾燥尿素組成物よりもほぼ１．５倍高いエネルギィ密度を有する。２トンのグアニジンのエネルギィ含量は、およそ３トンの尿素のエネルギィ含量と等価であり、従って、燃料に使用される乾燥材料の輸送及び貯蔵コストを削減する。
【０００７】
グアニジンは、アンモニア及び尿素から作ることができ（Ｓｈａｖｅｒ，米国特許第３，１０８，９９９号）、これらの双方は、現在、非常に大量に作られている。米国特許第４，１５７，３４８号によれば、工業的に生成した尿素は、燃料のその他の源を提供するために抽出できる１％ｗ／ｗ以下のレベルで、全グアニジン（遊離塩基グアニジン、全グアニジン塩、及びグアニル酸尿素等のグアニジン誘導体の全て）を含有する。工業的尿素中のグアニジンは、尿素生成プロセスにおいて存在する二酸化炭素及び水を伴う遊離塩基グアニジンの高反応性が与えられた炭酸グアニジン及び水酸化グアニジン等の塩の形状である。尿素生成から回収されたグアニジン塩は、強塩基との反応により遊離塩基グアニジンに部分的に変換され得る。グアニジン燃料は、原料が水素、窒素、及び二酸化炭素であることから、Ｓｈａｖｅｒプロセスを用いて持続可能な方法で生成することができる。窒素は、低コストで空気から抽出することができる。二酸化炭素は、化石燃料の燃焼及びその他の源から容易に入手できる。水素は、アリューシャン列島又はノースダコタ、オレゴン、及びワシントンの一部等の遠隔サイトで風力タービンから生成した電気を使用して水の電気分解によって生成することができる。風力又はその他の持続可能なエネルギィ源を使用することにより、グアニジンを、生成し、それを、ガソリンやディーゼル燃料と競争できる価格で提供することができる。
【０００８】
グアニジンは、室温で固体であり、食料品店等の小売店で使い捨て容器、又はリサイクル容器に入れて販売することができる。また、グアニジンは、窒素含量約７１重量％肥料でもあり、これによって、風力源の近くでの農業活動が可能となり、合成肥料の使用と近代的な農業経営で使用される大規模な電力機器を動作させるために必要な燃料の双方において完全に持続可能となる。
【０００９】
本発明の簡単な要約
従って、水とグアニジンを含有する組成物からエネルギィを生成する方法を提供することが、本発明の目的である。第１の実施例の方法は：（ａ）組成物を水と反応させてアンモニアを形成するステップと；（ｂ）ステップ（ａ）で形成したアンモニアを酸化して水と窒素を形成してエネルギィを発生するステップと；を具える。
【００１０】
第２の実施例の方法は：（ａ）組成物を水と反応させてアンモニアを形成するステップと；（ｂ）ステップ（ａ）で形成したアンモニアを窒素と水素に変換するステップと；（ｃ）ステップ（ｂ）で形成した水素を酸化して水を形成してエネルギィを発生するステップと；を具える。
【００１１】
グアニジンと水を含有する組成物からエネルギィを発生する装置を提供することが、本発明のもう一つの目的である。第１の実施例の装置は：（ａ）組成物を提供するための第１コンテナと；（ｂ）水を提供するための第２コンテナと；（ｃ）組成物を水と反応させてアンモニアを形成する第３コンテナであって、第１コンテナから第３コンテナに組成物を送出する手段によって第１コンテナに連結され、第２コンテナから第３コンテナに水を送出する手段によって第２コンテナに連結されている第３コンテナと；（ｄ）アンモニアを貯蔵する第４コンテナであって、第３コンテナから第４コンテナにアンモニアを送出する手段によって第３コンテナに連結されている第４コンテナと；（ｅ）アンモニアを酸化して水と窒素を形成してエネルギィを発生する第５コンテナであって、第４コンテナから第５コンテナにアンモニアを送出する手段によって第４コンテナに連結されている第５コンテナと；を具える。
【００１２】
第２の実施例の装置は：（ａ）組成物を提供する第１コンテナと；（ｂ）水を提供する第２コンテナと；（ｃ）組成物を水と反応させてアンモニアを形成する第３コンテナであって、第１コンテナから第３コンテナに組成物を送出する手段によって第１コンテナに連結され、第２コンテナから第３コンテナに水を送出する手段によって第２コンテナに連結されている第３コンテナと；（ｄ）アンモニアを貯蔵する第４コンテナであって、第３コンテナから第４コンテナにアンモニアを送出する手段によって第３コンテナに連結されている第４コンテナと；（ｅ）アンモニアを窒素と水素に変換する第５コンテナであって、第３コンテナから第５コンテナにアンモニアを送出する手段によって第４コンテナに連結されている第５コンテナと；（ｆ）水素を提供する第６コンテナであって、第５コンテナから第６コンテナに水素を送出する手段によって第５コンテナに連結されている第６コンテナと；（ｇ）水素を酸化して水を形成してエネルギィを発生するための第７コンテナであって、第６コンテナから第７コンテナに水素を送出する手段によって第６コンテナに連結されている第７コンテナと；を具える。
【００１３】
第３の実施例の装置は：（ａ）組成物を提供する第１コンテナと；（ｂ）水を提供する第２コンテナと；（ｃ）組成物を水と反応させてアンモニアを形成する第３コンテナであって、第１コンテナから第３コンテナに組成物を送出する手段によって第１コンテナに連結され、第２コンテナから第３コンテナに水を送出する手段によって第２コンテナに連結されている第３コンテナと；（ｄ）アンモニアを貯蔵する第４コンテナであって、第３コンテナから第４コンテナにアンモニアを送出する手段によって第３コンテナに連結されている第４コンテナと；（ｅ）アンモニアを窒素と水素に変換する第５コンテナであって、第４コンテナから第５コンテナにアンモニアを送出する手段によって第４コンテナに連結されている第５コンテナと；（ｅ）水素を貯蔵する第６コンテナであって、第５コンテナから第６コンテナに水素を送出する手段によって第５コンテナに連結されている第６コンテナと；（ｆ）第６コンテナから、エネルギィを発生するための燃料として水素を使用する車輌の水素貯蔵タンクに水素を送出する手段と；を具える。
【００１４】
組成物を含有するグアニジンを提供するための方法を提供することが、本発明のもう一つの目的である。一の実施例の方法は：（ａ）エネルギィ源を使用して、水から水素を分離するステップと；（ｂ）ステップ（ａ）で形成した水素を窒素と反応させてアンモニアを形成するステップと；（ｃ）ステップ（ｂ）で形成したアンモニアの一部を二酸化炭素と反応させて尿素を形成するステップと；（ｄ）ステップ（ｃ）で形成した尿素を、ステップ（ｂ）で形成したアンモニアの一部と反応させて、グアニジンを含有する組成物を形成するステップと；を具える。
【００１５】
組成物を含有するグアニジンを提供する方法を提供することが、本発明のもう一つの目的である。一の実施例の装置は：（ａ）エネルギィを使用して水から水素を分離する第１コンテナと；（ｂ）窒素を提供する第２コンテナと；（ｃ）水素を窒素と反応させてアンモニアを形成する第３コンテナであって；第１コンテナから第２コンテナに水素を送出する手段によって第１コンテナに連結され、第２コンテナから第３コンテナに窒素を送出する手段によって第２コンテナに連結されている第３コンテナと；（ｄ）二酸化炭素を提供する第４コンテナと；（ｅ）アンモニアを二酸化炭素と反応させて尿素を形成する第５コンテナであって；第３コンテナから第５コンテナにアンモニアを送出する手段によって第３コンテナに連結され、第４コンテナから第５コンテナに二酸化炭素を送出する手段によって第４コンテナに連結されている第５コンテナと；（ｆ）尿素をアンモニアと反応させてグアニジンを含有する組成物を生成する第６コンテナであって；第３コンテナから第６コンテナにアンモニアを送出する手段によって第３コンテナに連結され、第５コンテナから第６コンテナに尿素を送出する手段によって第５コンテナに連結されている第６コンテナと；を具える。
【００１６】
更に以下に述べるように、グアニジン含有組成物は、水と結合するときに、化石燃料に対する好適な代替物になる。組成物は、高い比エネルギィ及びエネルギィ密度を有し、環境に優しく、扱いやすい。グアニジンは、肥料であることが明らかであり、グアニジンの流出は、小さな環境破壊を提示するであろう。
【００１７】
本発明の詳細な説明
燃料としての使用のために製造されたグアニジンは、１００％純粋なグアニジンではない。従って、本明細書で使用される用語「グアニジン」は、米国特許第３，１０８，９９９号のＫｅｎｎｅｔｈ  Ｊ．Ｓｈａｖｅｒによって記載されているような方法を介しての量産によって生じるグアニジンの成分のいずれか１種を意味する。これらの成分には、遊離塩基グアニジン、尿素、カルバミン酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、蟻酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、ビウレット、メラミン、炭酸グアニジン、水酸化グアニジン、グアニル酸尿素、又はこれらの成分の２種又はそれ以上の混合物が含まれる。水とグアニジンの反応は、次の化学量論的式によって記載することができる：
【００１８】
ＣＮ３Ｈ５（ｓ）＋２Ｈ２Ｏ（ｌ）→３ＮＨ３（ｇ）＋ＣＯ２（ｇ）
ΔＨ＝＋９６．３ｋＪ／ｍｏｌ（ｌ）
【００１９】
この反応は、２つのステップで達成される。第１のステップでは、グアニジンの分子が、水と反応して、アンモニア分子と尿素分子を形成する。尿素分子は直ちに水と反応し、２つのアンモニア分子と１つの二酸化炭素分子を形成する。グアニジンの分解によって生成された尿素の即時反応は、顕著に有利な点である。というのも、水中での尿素の平行溶解度よりも尿素の有効溶液濃度を高くすることができるからである。反応（１）は、好ましくは、約５０℃から約２４０℃に及ぶ温度、及び、約１気圧から約５０標準気圧に及ぶ圧力で実施される。反応（１）に必要な熱は吸熱であるが、エンジン又は燃料電池によって発生した無廃な熱から得られる。この中でアンモニア、又は水素が燃焼され、又は酸化される。この熱源は、特に反応（１）を開始するために、追加のエネルギィ源を補充するようにしてもよい。好ましい追加エネルギィ源は、本発明の装置の一部であり、電源として作動するバッテリである。
【００２０】
この組成物中のグアニジンの重量は、組成物の約１０％から９０％の範囲であってよい。一の実施例では、組成物が、固体として貯蔵され、温度約５０℃で融解することによって、反応チャンバに移動することができる。純粋なグアニジンは、５０℃で融解する。尿素などの他の成分との混合物を形成することで、融点が下がり、一の例示的実施例では、この組成物は、５０℃以下の温度で、一定組成で、融解する共晶混合物中にグアニジンと尿素を含む。組成物を融解させるために必要な熱は、エンジン又は燃料電池によって発生した熱によって得ることができる。この熱源は、電気抵抗熱によって提供されてよい。ここで、加熱エレメントは、組成物を保存しているコンテナの内部又は周囲にある。図１に示す実施例では、グアニジン組成物１３は、グアニジンよりも安定である材料１４の層によってカプセル化され、グアニジン組成物と空気中の水蒸気及び二酸化炭素との反応を回避する。加えて、カプセル化したグアニジン組成物は、小売サイトで、又は装置内の貯蔵コンテナに容易に注ぐことができる小さな顆粒の形状であってよい。このカプセル化層は、グアニジン組成物を水と反応させてアンモニアを形成するために使用される動作条件で、アンモニアとその他のガス状生成物に直ちに分解され得る物質から成る。その他の実施例では、グアニジンは、水又はエタノール等の溶媒に溶解し、溶液として反応チャンバに移動する。グアニジンは、水、メタノール、又はエタノール中に無限に可溶であり、低い凝固点を有する高濃度のグアニジンを含有する組成物の使用を可能にする。水の濃度を、式（１）の化学量論的要件を正確に満足するために選択してよい。溶媒としてエタノールを使用する場合、エタノール蒸気は、アンモニアと共に反応チャンバから排出され、結果物として生じた混合物の燃焼特性を促進する働きをする。固体グアニジンを使用する明らかな利点は、過剰な水の存在を最小にするための方法において、反応チャンバ内のグアニジン及び水を正確に測定する能力をもって、固体燃料を容易に扱うことである。過剰の水は、反応（１）から生じたアンモニアの濃度を希釈し、燃料の正しい着火を回避することができる。エンジン又は燃料電池の排気から回収した水の使用は、水を運ぶ必要性を減少させ、燃料の特定のエネルギィを向上させる。
【００２１】
組成物は、可燃性燃料、燃焼エンハンサ、及びこれらの組み合わせから成る群より選択される成分を含んでいてもよい。本発明の方法の第１及び第２実施例では、可燃性燃料は、十分な量の熱を発生し、組成物と水との反応を開始してアンモニアを形成するために、燃焼できる量で存在することができる。代替的に、エンジンは、エンジン又は燃料電池によって生成した熱が、組成物と水との反応率を増加させるのに最適になるまで貯蔵アンモニアで始動する。組成物のエタノール又はメタノール濃度が、約３０％を越える場合、圧縮点火エンジンは、グアニジン組成物の注入を最初に使用して作動することができる。本発明の方法の第３の実施例では、本反応を開始するのに必要な熱を、局所電気的ユーティリティラインへの連結を電気的に使用して提供することができる。
【００２２】
水素を酸化して水を形成することは、エンジン内で水素を燃焼することによって実施される。同様に、アンモニアを酸化して窒素と水を形成することは、エンジンのアンモニアを燃焼することによって実施されてよい。代替的に、アンモニアと水素は、それぞれアンモニア燃料電池と水素燃料電池で酸化されてよい。燃料電池の例は、固体酸化燃料電池、及び溶融カルボン酸燃料電池等の高温燃料電池、及びアルカリ燃料電池、ＰＥＭ燃料電池、及びリン酸燃料電池等の比較的低温の燃料電池を含む。
【００２３】
また、アンモニアを燃焼させて水と窒素を形成することは、例えば、ＮＯ又はＮＯ２等の一般式ＮｘＯｙを有する酸化窒素を形成することがある。高レベルの酸化窒素は反応条件に依存して得られる。酸化窒素は汚染物質であり、これらの排出は規制されている。本発明の燃料としてアンモニアを使用する利点は、酸化窒素によって生じる汚染が、燃焼反応器後の酸化窒素を有する燃焼チャンバから排出する未燃焼アンモニアの反応によって、弱まり、又は、除去されることである。未燃焼アンモニアは、酸化窒素を窒素分子に変換するための還元剤として機能する。
【００２４】
アンモニアの使用、及び窒素酸化物を低減する方法は、可動性及び定置燃焼源内のＮｘＯｙを低減するための方法として、いくつかの特許に記載されている。代表的な特許には、米国特許第５，３９９，３２５号、第６，４０３，０４６号、第６，３５４，０７９号、第６，３５４，０７９号、第６，３１２，６５０号、第６，１８２，４４３号、第６，１４６，６０５号、第５，８３２，７２０号、第５，７４６，１４４号、第５，３９９，３２６号、第５，２８１，４０３号、第５，２４０，６８９号が挙げられる。
【００２５】
尿素及びアンモニアは、定置源汚染物除去剥離剤として使用されているが、これらの化合物は、可動性用途には使用されていない。恐らくは、消費者は汚染物除去剤の存在下で車輌の性能の変化に気付かずに、従って、汚染物除去剤を含有するタンクを補充することを忘れるからである。従って、製造業者は、燃料に必要な汚染物除去剤に加えて、第２の汚染物除去剤を必要としない溶液を探している。現在、この問題に対する解答として、燃料への添加剤としての３通りの触媒又は、排気反応器内への少量のガソリンを提供することが挙げられる。
【００２６】
グアニジン含有組成物の使用は、酸化窒素によって起こる汚染問題に対する簡単で、且つ有効な解決策を提供する。また、グアニジンは、燃料及びＮＯｘ還元剤の双方として機能するアンモニアを生成するので、燃料としてグアニジンを使用する装置は、それ自身の汚染防止も提供している。車輌を動かす燃料がある限り、排気中に存在する未燃焼アンモニアがあり、燃焼によって生成したＮＯｘを除去する。燃料混合物の空気／アンモニア比は、酸化窒素を完全に分解するために必要な排気中の最小量の未燃焼アンモニアを提供するために調整することができる。従って、同じ物質が両方の目的を果たすので、消費者は、１度の補充を必要とするのみである。
【００２７】
また、組成物は、燃焼エンハンサを含んでもよい。好ましい燃焼エンハンサには、硝酸アンモニウム、硝酸グアニジン、ニトログアニジン、アンモニア、ヒドラジン、及び、イソプロパノール、エタノール及びメタノール等の、再生可能な源又は廃棄物から作られることができる、ある種の可溶性化合物が挙げられる。また、好適な燃焼に加えて、このような燃焼エンハンサは、液体で提供される場合、燃料の凝固点を低下させる。
【００２８】
いくつかの実施例を使用して、本発明の方法によって、水と反応させるときに、グアニジンを含有する組成物からエネルギィを発生させることができる。第１の実施例で、グアニジンは、式（１）に従って、水と反応してアンモニアを形成する。次いで、水とグアニジンの反応から形成したアンモニアを酸化して、水と窒素を形成してエネルギィを発生する。アンモニアの酸化はエンジン中のアンモニアを燃焼させることによって実施できる。エンジンは、９：１の圧縮率などのこの分野で通常使用される圧縮率と少なくとも同じ圧縮率、又は３０：１の圧縮率などの通常技術的に用いられる圧縮率よりも高い圧縮率又はそれ以上、又は９：１から３０：１の範囲にある圧縮率を有するエンジンであってよい。代替的に、アンモニアは、アンモニア燃料セル内で加熱されてよい。本発明の方法の第１の実施例は、燃焼排気中の十分な量の未燃焼アンモニアを、アンモニアの燃焼から形成される窒素酸化物と反応させて、窒素酸化物を低減するステップを更に含む。
【００２９】
本発明の方法の第２の実施例では、組成物中のグアニジンは、式（１）によって、水と反応してアンモニアを形成する。次いで、水とグアニジンの反応から形成されるアンモニアは、「改質され」、或いは、窒素と水素に変換される。次いで、アンモニアの変換から形成した水素を酸化してエネルギィを発生する水を形成する。水素の酸化は、エンジン内の水素を燃焼させることによって行うことができる。代替的に、水素を水素燃料電池内で酸化することができる。燃焼電池をこの反応温度にするのに必要なエネルギィ量は、電気ヒータで、又はｉｎ  ｓｉｔｕでの少量の水素を酸化することによって提供することができる。
【００３０】
本発明の方法の第３の実施例では、組成物中のグアニジンは、式（１）によって水と反応してアンモニアを形成する。次いで、水とグアニジンの反応から形成したアンモニアは、「改質され」、或いは、窒素と水素に変換される。次いで、水素は、燃料として水素を使用する車輌の燃料タンクに分配されるまで、コンテナに貯蔵される。水素を効率的に貯蔵する手段として、固体状の、比較的不燃性の、グアニジン組成物を使用し、いつでもこの装置中の少量の水素のみで要望に応じた水素を提供する安全性によって、この装置が、水素動力車輌用燃料補給所として、街中の、或いは高速道路に沿った多数の場所で安全な水素源を提供することができるようになる。
【００３１】
本発明の方法の第２及び第３の実施例においては、式（１）からの二酸化炭素生成物が「改質」する前に除去されなければ、「改質」アンモニアから形成した水素は、一酸化炭素を含むことになる。たとえ二酸化炭素を除去しても、「改質」混合物は、微量のアンモニアを含む。一酸化炭素とアンモニアの双方とも、多くの水素燃料電池の性能に有害である。これらの有害な汚染物質は、水素以外の物質は通さない半透膜に、「改質」ガスを通すことによって、水素から除去することができる。この半透膜は、Ｐｄメタル、Ｐｔメタル又はミッシュメタル及び少なくとも一の遷移金属から成る剛体球タイプのアモルファス金属でできた密度がランダムなパッキングでできた薄膜である。このパッキングは２００２年３月２８日の暫定特許出願６０／３６３，５２０号で優先権を主張するＪａｍｅｓ  Ａ．  Ｖａｎ  Ｖｅｃｈｔｅｎによって、２００３年３月１１日に出願された米国特許出願”ＤＲＰＨＳ−Ｔｙｐｅ  Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｍｅｔａｌ  Ｐｒｏｔｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｆｏｒ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌｓ”のＶａｎ  Ｖｅｃｈｔｅｎに記載されている。
【００３２】
式（１）によるグアニジンの分解を、分解率を上げる触媒の存在下で実施することができる。触媒は、水酸化バリウムを伴う酸化金属であってよい。例示的実施例では、触媒は、鉄、ニッケル、バナジウム又は亜鉛の酸化物を伴う水酸化バリウムである。触媒は、汚染、又は使用中の構造変化によって効果が低減することがある。従って、反応チャンバ中の触媒は、交換可能なカートリッジ中に含有されていてもよい。このカートリッジは、反応チャンバから取り外されて、未使用の触媒を含有するカートリッジと交換することができる。除去したカートリッジは、再活性化、或いは再利用することができる。
【００３３】
酵素の使用によって、式（１）における水とグアニジンの反応が、酵素の不存在下の反応よりも低い温度で進めることが可能になる。酵素触媒反応の温度は、室温から、酵素の半減期が１分未満である温度の範囲であってよい。酵素は、酵素を残さずに形成されたガスを透過させるフィルタを備え付けたタンクに供給する。代替的に、酵素が、基質に固定されていてもよい。好適な基質には、イオン交換樹脂、セラミックス、及び高分子材料が挙げられる。基質は、シート、又はビーズの形状をしていてもよい。
【００３４】
例示的実施例では、水とグアニジンの反応を触媒してアンモニアを形成することができる酵素は、アルギナーゼ及び尿素である。アルギナーゼは、水とグアニジンの反応を触媒してアンモニアと尿素を形成する。尿素は、水と尿素の反応を触媒してアンモニアと二酸化炭素を形成する。これらの酵素は、好ましくは約０℃から約６０℃、より好ましくは約６０℃の温度で反応を触媒する。この温度でプロセスを維持するために必要な熱は、陽イオン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池スタックから得られる。本発明の装置に容易に一体化して、このスタックは低温エネルギィシンクを提供するようにしてもよい。
【００３５】
酵素は、汚染、使用中の構造変化、又は酵素の変性によって効率が低下することがある。従って、反応チェンバ中の酵素は、交換可能なカートリッジに含有されていてもよい。このカートリッジは、反応チェンバから取り外されて、酵素を含有するカートリッジと交換することができる。取り外したカートリッジは、再活性化又は再利用することができる。
【００３６】
大気中の二酸化炭素濃度を上げることの効果についての問題は、車輌からの、及び定エネルギィ源からの二酸化炭素の排気を制限する提案を引き出す。水とグアニジン組成物の反応が、グアニジン組成物の生成中に使用される量に等しい量の二酸化炭素を放出するのみであるならば、式（１）により生成した二酸化炭素を貯蔵することには利点があり、二酸化炭素の貯蔵を伴うグアニジンの使用は、大気中に放出される二酸化炭素の量の正味減少をもたらす。二酸化炭素は、コンテナ中の圧力下で貯蔵する、又は、水を保持するコンテナ中に溶液として、加圧下で貯蔵することができる。次いで、二酸化炭素ガス又は溶液は、その他の使用のために燃料ステーションに搬送され、又は地質学的形成に隔離される。グアニジン組成物から生成した二酸化炭素を貯蔵する能力は、グアニジンの水素対炭素比率が１：９と、どの他の非水素代替燃料よりも高いので、実現可能である。
【００３７】
高価な、又は稀少な材料を消費すること無く、十分に、且つ環境的に受け入れられる方法で製造できる場合に限り、新しい代替燃料が成功する。従って、グアニジンを含有する組成物を提供する方法を提供することが、本発明のもう一つの目的である。一の実施例の方法は：（ａ）エネルギィ源を使用して、水から水素を分離するステップと；（ｂ）ステップ（ａ）で形成した水素を窒素と反応させてアンモニアを形成するステップと；（ｃ）ステップ（ｂ）で形成したアンモニアの一部を二酸化炭素と反応させて尿素を形成するステップと；（ｄ）ステップ（ｃ）で形成した尿素をステップ（ｂ）で形成したアンモニアの一部と反応させて、グアニジン含有組成物を形成するステップと；を具える。一の例示的実施例では、ステップ（ａ）のエネルギィ源は、風力からの再生可能エネルギィである。風力の潜在能力は、アリューシャン列島又はパタゴニア等の人里離れた地域で極めて高い。このような人里離れた地域での再生可能なエネルギィを利用する潜在能力は、このエネルギィを貯蔵する又は分配する効果的な手段が欠如しているため、認識されていない。本発明の方法を介したグアニジンの生成は、風から発生した電気、海洋波から発生した電気、水力発電施設から発生した電気、太陽エネルギィから発生した電気、農業廃棄物燃焼から発生した電気、林業廃棄物燃焼から発生した電気、都市ゴミ燃焼から発生した電気、及び大洋水の潮汐流から発生した電気などの再生可能なエネルギィ源から生成された電気をエネルギィ源として利用し、保存する手段を提供する。また、再生可能なエネルギィ源に加えて、グアニジン含有組成物は、現在の需要を超える発生能力レベルの従来の手段によって生成される電気を用いて効率よく生成することができる。これは、負荷レベリングの形状であり、ここで、プラントの発生が、過剰の電気エネルギィが組成物含有グアニジンに変換されるとともに、定常レベルで操作することができる。
【００３８】
グアニジン含有組成物の生成に必要な二酸化炭素は、空気から取り出された二酸化炭素、化石燃料の燃焼によって作られた生成物から取り出された二酸化炭素、農業廃棄物の燃焼によって作られた生成物から取り出された二酸化炭素、林業廃棄物の燃焼によって作られた生成物から取り出された二酸化炭素、都市ゴミの燃焼によって作られた生成物から取り出された二酸化炭素、及びこれらの組み合わせを含む幾つかの源から提供できる。一の例示的実施例では、二酸化炭素は、燃焼プロセスの排気から取り出される。燃焼の結果として、排気は酸素を消費する。二酸化炭素の抽出後、残存ガスは、主として、アンモニアの生成に必要な源として使用できる窒素である。また、窒素は、液化空気の分留、又は、空気の圧力変動吸着を使用する従来の源から提供することができる。
【００３９】
グアニジンの生成のために電気分解によって水素を生成することに加えて、電気分解プロセスにおける塩水又はその他の塩の使用によって、高需要であるナトリウム及び塩素含有組成物を生成することができる。塩素含有組成物の生成は、利益の付加的な源を提供し、グアニジン生成設備の設置を奨励する。
【００４０】
また、本発明は、グアニジン組成物からエネルギィを発生するための装置にも向けられている。図２に示される本発明の一の実施例では、装置は、組成物供給用タンク１等のコンテナ、及び水供給用タンク２等のコンテナを含む。この組成物は、グアニジン組成物を水と反応させる反応器３等のコンテナに、タンク１から送出され、タンク２から提供されて、アンモニアを形成する。グアニジン組成物と水を反応させる反応器３は、グアニジン組成物と水の反応を触媒することができる触媒、又はグアニジン組成物と水の反応を触媒することができる酵素を提供するためのコンテナであってよい。また、装置は、反応器によって生成されるアンモニアを貯蔵する緩衝タンク４等のコンテナを含んでもよい。緩衝タンク４は、十分な量の熱を発生してグアニジン組成物の水との反応を開始する、好ましくは、グアニジン組成物と水との反応を直ちに開始するために燃焼する量のアンモニアを含むコンテナであってよい。また、緩衝タンク４は、グアニジン組成物からのアンモニアの生成率とアンモニアの消費率との差を補正する。グアニジン組成物と水の反応から生成したアンモニアは、緩衝タンク４からアンモニアを酸化して水と窒素を形成して、エネルギィを発生するためのチャンバ５等のコンテナに送出される。
【００４１】
一の例示的実施例では、チャンバ５は、アンモニア燃料電池である。
【００４２】
図３に示されるもう一つの例示的実施例では、チャンバ５は、エンジン又はアンモニア燃料電池であり、アンモニアは、エンジン中で燃焼する、又は、燃料電池中で燃焼することによって、酸化される。また、この例示的実施例では、装置は、タンク２に送出される、排気からの濃縮された水を提供するエンジン又は燃料電池に連結されるコンテナ９等のコンテナを含んでよい。これによって、グアニジン組成物と反応するために必要な水の一部を提供する。
【００４３】
図４に示されるもう一つの例示的実施例では、チャンバ５は、エンジンであり、アンモニアはエンジン中で燃焼することによって酸化される。この例示的実施例では、装置は又、排気中の未燃焼アンモニアがＮＯｘと結合し、ＮＯｘを除去する反応チャンバとして機能し、エンジン又は燃料電池に連結されているコンテナ１０などのコンテナを含んでいてもよい。
【００４４】
図５に示される本発明の装置のその他の実施例では、装置は、グアニジン含有組成物を提供するタンク１等のコンテナ、及び水を提供するタンク２のようなコンテナを含む。組成物及び水は、組成物を水と反応させる第１反応器３のようなコンテナに送出されて、アンモニアと二酸化炭素を形成する。組成物を水と反応させる第１反応器３は、グアニジン含有組成物と水との反応を触媒することができる触媒、又は、グアニジン含有組成物と水との反応を触媒することができる酵素を提供するコンテナであってよい。装置はまた、第１反応器３に連結されるアンモニアを含むための緩衝タンク４等のコンテナを含んでいてもよい。緩衝タンク４は、尿素と水との反応を開始するために、好ましくは、尿素と水との反応を直ちに開始するために、十分な熱量を発生するように燃焼できる量のアンモニアを提供するコンテナであってよい。水とグアニジンを含有する組成物の反応から生成したアンモニアは、第１反応器３から緩衝タンク４等のコンテナに、次いでアンモニアを窒素と水素に変換する第２反応器６に送出される。アンモニアの変換から形成した水素は、第２反応器６から水素貯蔵用緩衝タンクとして機能するチャンバ７等のコンテナに送出される。緩衝タンク７は、アンモニアの改質からの水素の生成率と水素の消費率との間の差を補償する。必要に応じて、次いで、水素は、チャンバ７から、水素を酸化して水を形成してエネルギィを発生するチャンバ５に送出される。一の例示的実施例では、チャンバ５は、水素燃料電池である。その他の例示的実施例では、チャンバ５がエンジンであり、水素は、エンジン内で燃焼することにより酸化される。装置はまた、タンク２に送出された排気水の一部を濃縮するためのコンテナ９を含んでもよく、それによって、グアニジン組成物と反応するために必要な水の一部を提供する。図６に示されるように、反応器６はアンモニアとクラッキングプロセスのその他の生成物から水素を分離する半透膜を含んでもよい。図６は、第２反応器６の実施例であって、Ｐｄ、Ｐｔ、又はミッシュメタル及び多孔メッシュに堆積した少なくとも一の遷移金属から成る剛体球型金属の高密度ランダムパッキングから成る半透膜によって、クラッキングプロセスのアンモニアとその他の物質から水素が分離される実施例を示す。
【００４５】
図７に示される、本発明の装置のもう一つの実施例では、装置は、グアニジン含有組成物を提供するタンク１等のコンテナ、及び水を提供するタンク２等のコンテナを含む。組成物及び水は、組成物を水と反応させて、アンモニアと二酸化炭素を形成する第１反応器３等のコンテナに送出される。組成物を水と反応させる第１反応器３は、グアニジン含有組成物と水との反応を触媒することができる触媒、又はグアニジン含有組成物の水との反応を触媒することができる酵素を提供するコンテナであってよい。また、装置は第１反応器３に連結されているアンモニアを含有する緩衝タンク４等のコンテナを含んでいてもよい。緩衝タンク４は、尿素と水の反応を開始するために、好ましくは、尿素と水の反応を直ちに開始するために十分な熱量を発生するように燃焼する量のアンモニアを提供するコンテナである。グアニジン含有組成物と水との反応から生成したアンモニアは、第１反応器３から緩衝タンク４に、次いでアンモニアを窒素と水素に変換する第２反応器６に送出される。アンモニアの変換から形成した水素は、第２反応器６から水素貯蔵用緩衝タンクとして機能するチャンバ７等のコンテナに送出される。緩衝タンク７は、アンモニアの改質からの水素の生成率と水素の消費率との間の差を補償する。水素は、水素貯蔵チャンバ７から、水素を受けるためのタンク７に一時的に連結されている可動性水素貯蔵タンク８に送出することができる。タンク７は、水素動力車輌の燃料貯蔵タンクであってよい。この実施例の装置は、水素動力エンジン又は燃料電池５から燃料補給所を操作するのに必要な動力の一部を発生する内蔵型水素燃料補給所であってもよい。次いで、必要に応じて、水素がチャンバ７から可動性水素貯蔵タンク５に送出される。また、装置は、タンク２に送出される排水の一部を濃縮するコンテナ９を含んでいてもよく、これによって、グアニジン組成物と反応するのに必要な水の一部を提供する。
【００４６】
図８は、水とグアニジンの反応用の図２−５及び図７に示す反応器３の例示的実施例を示す。グアニジン組成物と水との反応を触媒することができる触媒、又はグアニジン組成物と水との反応を触媒することができる酵素を含有する交換可能なカートリッジを取り外し、交換して未使用の触媒又は酵素を提供することができる。熱パイプアレイが、反応器を取り囲んで、エンジン又は燃料電池から反応器に熱を移動させる。電気ヒータは、吸熱反応（１）を開始するために必要な熱を提供する。
【００４７】
図２−５の実施例は、溶融組成物、水、又はグアニジン及び水を含有する溶液等の溶液を送出するための手段と同様の、アンモニア、水素、及び酸化窒素を含むガス状物質を送出する手段６０を具える。冷溶液を送出する手段は、例えば、プラスチック管及びガラス連結管等の搬送手段を含む。熱溶液及び溶融組成物を送出する手段は、例えば、鉄又はステンレス管などの搬送手段を具えていてもよい。ガス状物質送出手段６０は、例えば鉄又はステンレススチール管などの搬送手段、ポンプ等のポンプ手段又はこれらの組み合わせを具えていてもよい。このポンプ手段は、圧力差に打ち勝つために必要な範囲へガス状物質をポンピングするのに使用できる。また、図２−５の実施例は、グアニジンを具える組成物を、この組成物中のグアニジンを反応させるコンテナに送出するための手段６８を含む。
【００４８】
また、本発明の装置は、燃焼エンジン及び燃料電池の双方に燃料を提供するのに十分な柔軟性がある。従って、燃料電池への変換に対するインフラ障壁がない。
【００４９】
また、本発明は、エネルギィからグアニジン組成物を発生するための装置に関する。図９に示される本発明の一の好ましい実施例では、持続源（風力、潮力、波力）由来の電気エネルギィは、水又は塩水が電気分解して、コンテナ２１内で水素を作るコンテナに提供される。この水素は、反応器２３内でコンテナ２２から提供された窒素と化合し、ハーバプロセス（Ｈａｒｂｅｒ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を介してアンモニアを形成する。アンモニアは、尿素合成コンテナ２５に送られ、ここでアンモニアはコンテナ２４からの二酸化炭素と結合し尿素を形成する。尿素は、グアニジン合成反応器２６に送られ、ここで、コンテナ２３からの追加アンモニアと結合し、グアニジン組成物を形成する。次いで、グアニジン組成物は、コンテナ２７に貯蔵される。
【００５０】
グアニジンは、アンモニアガスと尿素との反応から生成され、尿素は、アンモニアと二酸化炭素との反応から生成される。水の存在下で反応した場合、グアニジンは、アンモニアと二酸化炭素を発生する。アンモニアは、内燃エンジン及び外燃エンジンを稼動させることができる公知のエンジンである。また、アンモニアは、分解して、その構成元素である窒素及び水素を与えることができる。次いで、水素は、エンジン又は水素燃料電池で使用できる。水素源として、尿素は８．４７重量％の水素を含む。しかしながら、２モルの水との加水分解時に、１モルのグアニジンが、水分子から来る４つの水素原子を伴う３モルのアンモニアを作る。従って、グアニジン−水系は、理論上９．４７％以下の水素を生じ、ここで、必要な全ての水の質量は、計算で検討される。必要な水が全て排気から捕獲され、質量計算に含まれない場合、グアニジンは、理論上（９／５９）＝１５．２５重量％以下の水素を産生できる。グアニジンの密度は、約１．３ｋｇ／リットルである。排気から捕獲した水を使用する場合、１リットルのグアニジンが１９８グラムの水素を提供することができる。極低温の液体水素と比較して、固体グアニジンベースの燃料の全ての肯定的な安全特性を同様に考えると、大量の極低温タンクが極低温の液体水素のエネルギィ密度値に好ましくない効果を有する事実を１リットル当たり１９８グラムの水素のこの数字は、極めて好ましい。液体水素の密度は、１リットル当たり７９グラムの水素であり、そ排気から捕獲される水を使用する純グアニジンは、与えられたボリューム中に貯蔵できる量の液体水素量を減少する大量の極低温タンクを考えることなく、液体水素よりも１リットル当たり２．５倍以上の水素を効果的に貯蔵する。
【００５１】
また、本発明は、安全に関して、化石燃料や多くの代替燃料を越えた顕著な利点を有する。本発明は、要望に応じてアンモニアを与え、所定の時間に存在するアンモニア量が非常に少なく、安全上の懸念をもたらさない。グアニジン組成物は、低毒性であり、プラスチックコンテナに貯蔵することができる。
【００５２】
上記のような、本発明の一の実施例では、水とグアニジンの反応から発生したアンモニアは、酸化され、又は燃焼してエネルギィを生成する。また、純アンモニアは、燃料として提案される一方で、純アンモニアの使用はいくつかの欠点を有する。アンモニアは、室温で気体であり、液化するためには高圧を要する。大量の腐食性材料は呼吸器問題や死さえ引き起こすことがある。水にアンモニアを溶解させて燃料を生成することが可能である一方で、生じた燃料は、ｐＨ１１を越え、強いアンモニア臭を有する。最終的に、アンモニアは、ガソリンやその他の代替燃料と比較して、比較的低エネルギィ密度である。本発明のアンモニアの源としてのグアニジンの使用は、常時、装置に少量のアンモニアのみを維持する。これは、装置に大量のアンモニアを貯蔵することに関する多くの問題を解決する。
【００５３】
また、本発明は、環境的に有利である。二酸化炭素は、反応（１）のグアニジンの電気分解の生成物の１つであるが、等量の二酸化炭素が大気から除去され、第１の場所でグアニジンを作る。従って、本発明によるアンモニアの生成は、温室効果ガス排出に正味の貢献を引き起こさない。グアニジンの生成に必要なその他の反応体はアンモニアであり、言い換えれば、その製造に水素源が必要である。この目的で使用される多くの水素は、天然ガスのスチーム改質のプロセスによって提供され、これは、大気中に二酸化炭素を放出する。しかし、水素も水の電気分解等の環境に優しい方法によって生成することができ、ここで、このプロセスで必要とされる電気が、原子力、水力、太陽熱、潮力、又は風力によって提供され、これらは、温室効果ガス放出プロセスではない。この場合、要求される二酸化炭素の量を、排煙、又は、必要に応じて、３７０ｐｐｍのＣＯ２を含む大気からの二酸化炭素を封鎖することによって得ることができる。従って、化石燃料と比較して、経済的で環境に優しい方法で、グアニジンを製造することは、現在の技術を使用することで可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、カプセル化グアニジン組成物の模式図を示す。
【図２】図２は、本発明の装置の第１の実施例の模式図を示す。
【図３】図３は、本発明の装置の第２の実施例の模式図を示す。
【図４】図４は、本発明の装置の第３の実施例の模式図を示す。
【図５】図５は、本発明の装置の第４の実施例の模式図を示す。
【図６】図６は、Ｈ２選択性半透膜を有する反応チャンバの実施例の模式図を示す。
【図７】図７は、本発明の装置の第５の実施例の模式図を示す。
【図８】図８は、交換式カートリッジ、電気ヒータ及びヒートパイプアレイを有する反応チャンバの実施例の模式図を示す。
【図９】図９は、組成物含有グアニジンを提供するための装置の実施例の模式図を示す。
【符号の説明】
【００５５】
１．グアニジン組成物を提供するコンテナ
２．水を提供するコンテナ
３．水と組成物を反応させてアンモニアを形成するコンテナ
４．アンモニアを貯蔵するコンテナ
５．内燃エンジン（ＩＣＥ）又は燃料電池（ＦＣ）として−アンモニアを酸化するコンテナ
６．アンモニアを窒素と水素に変換するコンテナ
７．水素を貯蔵するコンテナ
８．水素を酸化して、エネルギィを発生する水を形成するコンテナ
９．排気水コンデンサ
１０．選択触媒還元（ＳＣＲ）用コンテナ
１１．酸化窒素フリー排気
１２．排気
１３．グアニジン組成物
１４．カプセル化層
２１．水又は塩水の電気分解用コンテナ
２２．窒素貯蔵用コンテナ
２３．窒素と水素をアンモニアに変換するコンテナ
２４．二酸化炭素貯蔵用コンテナ
２５．アンモニアと二酸化炭素を尿素に変換するコンテナ
２６．尿素とアンモニアをグアニジン組成物に変換するコンテナ
２７．グアニジン組成物貯蔵用コンテナ
６０．ガス状物質を送出する手段
６３．液状物質を送出する手段
６８．グアニジン組成物を反応器３に送出する手段
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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