(57)【要約】車両に出力用に使われる炭化水素燃料の内燃機関（ICE）により放出されるＣＯ２含有排気流の車両内処理方法及びシステムが記載され、排気ガス流を、排気流からＣＯ２を抽出する所定容量を有する車両内ＣＯ２捕捉剤と接触させること、ＣＯ２容量が減った処理済み排気ガス流を大気に排出すること、捕捉剤により抽出されたＣＯ２濃度が所定レベルに達した場合、排気ガス流と捕捉剤との接触を中止すること、ＣＯ２捕捉剤を加熱して、抽出されたＣＯ２を放出し該捕捉剤を再生すること、本質的に純粋なＣＯ２ガス流を回収すること、回収されたＣＯ２ガスを前記車両内で圧縮して当該容量を縮小すること、及び圧縮されたＣＯ２を車両内で一時的に貯蔵すること、を含む。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に動力を供給するのに使用される内燃機関（Internal Combustion Engine：ＩＣＥ）によって放出される排気ガス流により、大気中に排出されるＣＯ２の量を減らす方法であって、
ａ．排気ガス流を、車両に搭載され、排気流からＣＯ２を抽出する予め定められた容量を有するＣＯ２捕捉剤と接触させること、
ｂ．減少されたＣＯ２容量を有する処理済みの排気ガス流を大気中に排出すること、
ｃ．前記捕捉剤によって抽出されたＣＯ２の濃度が予め定められたレベルに達した場合に、前記排気ガス流と前記捕捉剤との接触を中止すること
ｄ．前記ＣＯ２捕捉剤を加熱して、抽出されたＣＯ２を放出して該捕捉剤を再生すること、
ｅ．本質的に純粋なＣＯ２ガス流を回収すること、
ｆ．該回収されたＣＯ２ガスを前記車両内で圧縮して当該容量を縮小すること、及び、
ｇ．前記圧縮されたＣＯ２を前記車両内で一時的に貯蔵すること、
を含む方法。
【請求項２】
エネルギー転換媒質との接触によって、前記ＩＣＥによって放射された熱排気ガス流から熱及びエネルギーを回収し、該回収されたエネルギーを前記ステップ（ｆ）でＣＯ２を圧縮するために使用することを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記車両のＩＣＥの起動に続いて、実質的に継続して稼働する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
処理された排気ガス流に残存するＣＯ２レベルを測定し、該測定されたレベルの値を予め定められた制限値と比較することをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記予め定められた制限値は、前記ＣＯ２捕捉剤の予め定められた容量に対応し、前記排気ガス流と前記ＣＯ２捕捉剤との接触は、前記制限値に達した場合に中止されることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記ＣＯ２捕捉剤は、ステップ（ｄ）で、熱排気ガス流との熱交換によって加熱されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記熱交換は前記捕捉剤が移動している間に発生することを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記ＣＯ２捕捉剤は、ＣＯ２を吸収する液体及びＣＯ２を吸着する微粉化された流動性粉末固形物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９】
前記ＣＯ２捕捉剤が液体吸収剤であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記ＣＯ２捕捉剤は、高沸点の液体又は共融混合物であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記高沸点の液体は、イオン液体であることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記高沸点の液体は、熱伝導流体であることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記ＣＯ２捕捉剤は、高沸点液中のアルカリ金属炭酸塩の溶剤であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記ＣＯ２捕捉剤は、イオン液体炭酸塩であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記ＣＯ２捕捉剤は、小粒子の高沸点コロイド溶液であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１６】
前記ＣＯ２捕捉剤は、高沸点液中に浮遊する固体粒子を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１７】
前記ＣＯ２捕捉剤は、従来のアミン溶質のカルバミン酸塩を安定させる高沸点の溶媒であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１８】
前記ＣＯ２捕捉剤は、向流関係において排気ガス流と接触される微粉化された流動性固体吸収剤であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１９】
前記排気流の熱エネルギーの一部は、前記再生ステップ（ｄ）及びステップ（ｇ）の圧縮で利用されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２０】
前記排気ガス流のＣＯ２含有量が少なくとも５％縮小されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２１】
前記ＣＯ２捕捉剤は、排気ガス流と接触する吸収区域及び放出されたＣＯ２に加熱されて前記ＣＯ２捕捉剤が再生される再生区域から連続的に流れることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２２】
ステップ（ｄ）で、車両のエンジンからの排気ガス流が熱交換関係に通されて前記捕捉剤を再生することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２３】
前記捕捉剤の下流で前記排気流のＣＯ２含有量が測定されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２４】
前記排気ガス流から前記ＩＣＥに回収されたＣＯ２の一部を再利用することを含む請求項１記載の方法。
【請求項２５】
前記排気ガス流から回収されたＣＯ２の一部は、車両に搭載された空気調節装置の冷却ガスとして利用されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２６】
前記エネルギー転換媒質によって産出された電気的及び／又は力学的エネルギーの少なくとも一部は、車両に搭載された補助電気の及び／又は機械的なシステムに動力を供給するために使用されることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項２７】
車両から大気中に放出されるＣＯ２の量を減らすために、車両の動力供給のために使用される炭化水素燃料用の内燃機関（ＩＣＥ）により放出されるＣＯ２含有の排気ガス流の車両内処理のためのシステムであって、
ａ．排気ガス流から抽出されるＣＯ２に対する予め定められた容量を有する捕捉剤を含み前記車両に搭載される処理区域であって、
該処理区域は、前記捕捉剤流を収容するための流入口と、ＣＯ２容量が増加された前記捕捉剤の通路用の流出口とを備え、
前記処理区域は、前記排気ガス流用の流入口及び流出口と、前記排気ガス流が前記捕捉剤と接触する中間混合手段と、をさらに含み、
前記処理区域は、前記ＩＣＥからの熱排気ガス流を受け入れ、前記捕捉剤との熱交換関係に通し、ＣＯ２を放出して前記捕捉剤を再生するための流入口と、冷却された排気ガス流のための流出口と、を備えた熱交換器をさらに含み、
前記処理区域は、前記再生された捕捉剤から放出されたＣＯ２のためのＣＯ２排出口を備え、
ｂ．前記処理区域からの前記ＣＯ２排出口と流体連結する圧縮区域であって、該圧縮区域はＣＯ２の容量を縮小するための１つ以上の圧縮機を含み、
ｃ．該圧縮されたＣＯ２を、車両内の一時貯蔵用に受け入れるための貯蔵区域、
ｄ．前記処理区域からの処理済み排気ガス流出口と流体連結する排気ガス導管、及び、
ｅ．電気的または機械的エネルギーに転換するために、前記ＩＣＥへの及び／又は前記ＩＣＥからの直接の前記排気ガス流から熱エネルギーを回収するための少なくとも一つの廃熱回収区域、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項２８】
前記処理システムは、少なくとも１つの吸収区域と、前記少なくとも１つの吸収区域に車両の排気を向ける少なくとも１つの弁を備えた再生区域と、から成ることを特徴とする請求項２７記載のシステム。
【請求項２９】
大気中に放出される前に前記処理区域へ進む排気ガス流の容積量を規制するための誘導弁を含むことを特徴とする請求項２７記載のシステム。
【請求項３０】
前記誘導弁は、前記ＩＣＥの稼働状況に基づいて制御されることを特徴とする請求項２９記載のシステム。
【請求項３１】
前記排気ガス流の全て又は一部を、前記処理区域を通過させずに大気中に放出するための制御手段を含むことを特徴とする請求項２７記載のシステム。
【請求項３２】
処理されて前記処理区域を去る排気ガス流のＣＯ２濃度を判定する手段を含むことを特徴とする請求項２７記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃熱を生成する内燃機関及び他の熱機関によって動力が供給される車両の排気ガス流からの二酸化炭素排出の削減に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在受け入れられている考えは、地球温暖化が二酸化炭素（ＣＯ２）及びメタン（ＣＨ４）のような温室効果ガスの排出が原因であるということである。現在、人間に起因する地球規模なＣＯ２放出の約４分の１は、移動発生源すなわち、内燃機関（ＩＣＥ：Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅ）によって動力が供給される自動車、トラック、バス、及び列車から生じるものと見積もられる。この比例的な寄与は、開発途上国の自動車及びトラック所有の予測される急増で近い将来に急速に増大するであろう。現在、輸送セクタは、原油のための主要輸出先であり、また、ＣＯ２放出の制御は、環境上の責任と、代替技術（例えば、電動機と蓄電池によって動力が供給される自動車）からの挑戦に直面した輸送セクタにおける原油市場の生存を維持するための望ましい目標の両面性を有する。
【０００３】
移動発生源からの二酸化炭素管理は、移動発生源に動力を供給するＩＣＥの、空間と重量の制限、スケールの任意の経済性の欠如、及び稼働の動的性質を含む多くの課題を有する。
【０００４】
燃焼ガスからのＣＯ２の捕集のための先行技術方法は、発電所のような固定汚染源に主に注目した。移動発生源からのＣＯ２放出を削減する問題に対処するものは、酸素を使用する燃焼を採用し、ＣＯ２捕捉剤を再生及び再使用するための手段及び／又は、熱源から回収された廃熱の利用を提供しない。酸素を使用する燃焼は、酸素と窒素を分離するステップを必要とし、これは、排気ガスからＣＯ２を分離することよりも多くのエネルギーが必要となり、もしも車両に搭載されて試みられたならば一層困難になるであろう。
【０００５】
ＣＯ２捕集技術の焦点は、静止の、すなわち固定発生源に関して当てられている。アミン及びアミン官能性液剤を使用して、大気温度から最大約８０℃の範囲の温度でＣＯ２を吸収するプロセスが開発されている。ＩＣＥによって出力供給され直面する１００℃以上の温度、特に、約１３０℃から３００℃の範囲では、アミンはＣＯ２吸着に対して低容量を示す。したがって、ＩＣＥ排気ガスの高温は、液体アミン溶液でＣＯ２を除去するために直接処理を行うことを実現困難にする。
【０００６】
移動発生源からのＣＯ２の捕集は、それが規模の非経済性を伴う分布システムを含んでいるので、高価すぎると一般に考えられてきた。かかる問題の解決策は、車両の内蔵（ｏｎ−ｂｏａｒｄ）空間の制限、付加的なエネルギー及び装置の必要条件、及び車両の稼働サイクル（例えば、急加速及び減速の断続的な期間）の動的な性質により、非実用的とみなされていた。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、かかる課題に対処し、ＣＯ２の一時的な内蔵の貯蔵によって、車両からのＣＯ２放出を効率的かつコスト効率が良く削減する方法、システム及び装置を提供することである。そのようなシステムの大量生産に対する適応性は、これらの移動発生源の分配される性質に関連した他のコストを少なくとも部分的に相殺するであろう。
【０００８】
本書で使用される用語「内燃機関（Internal Combustion Engine）」又はＩＣＥは、炭素含有の燃料が燃焼されて、動力または仕事を生み出し、除去または放散されなければならない廃熱を生成する熱機関を含む。
【０００９】
本書で使用される用語「移動発生源（mobile source）」は、ＣＯ２を含有する排気ガス流を生み出す１つ以上の内燃機関によって動力が供給され、物品及び／又は人々を輸送するために使用されることができる既知の運搬手段の広い種類の内の任意のものを意味する。これは、ＩＣＥからの排気が大気中に放出される前に導管へ放出される、地上移動の全ての種類のエンジン駆動車両、飛行機、及び船を含む。
【００１０】
本書で使用される用語「車両(vehicle)」は、便宜的な略語として理解され、「移動発生源」と同義であり、上で使用されたように、一般に、「運搬（conveyance）」を伴う。
【００１１】
本書で使用される用語である、「ＣＯ２捕捉剤」及び「捕捉剤(capture agent)」は、吸収性の液体または微粉化された固体の吸着性の物質又は組成物を意味し、例えば、吸収／吸着及び脱着サイクルのかなりの数にわたってＣＯ２を可逆的に吸収または吸着する予測可能な能力を有する粉末状の流動性固体吸着剤である。かかる粉末状固体吸着剤は、適切な条件下で能力を有し、液体であるかのように送り出され或いは搬送される。流動性固体吸着剤物質は、機械的なスクリューコンベア、空気圧手段、などのような当該技術分野で公知の任意の手段によって搬送されることができる。この用語は、さらに、流動性液体は任意にはまた接触時にＣＯ２を吸収することができる液体中の固体吸着剤物質のスラリー場合や、スラリーは新規化合物、例えば、水和物を形成することを意味する。この用語は、さらに、液体中の固体吸着剤物質の流動性のスラリーを意味し、この場合、かかる液体は、接触によって、または該スラリーが新規化合物（例えば、水和物）を形成することによって、ＣＯ２を吸収することができる。
【００１２】
本書で使用されるように、用語「廃熱(waste heat)」は、典型的なエンジンが生み出す熱であり、主として、高温排気ガス（約３００°−６５０°Ｃ）及び高温冷却剤（約９０°−１２０°Ｃ）に含まれる。追加の熱がエンジンブロックから出射され、 その排気ガスがマニホールド、配管、触媒コンバータと消音器を含む関連コンポーネント、及び他のコンポーネントを通過して、対流及び放散によって失われる。この熱エネルギーの合計は、典型的な炭化水素（ＨＣ）燃料が提供するエネルギーの約６０％になる。
【発明の概要】
【００１３】
（発明の要約）
本発明は、大気中に放出されるＣＯ２の量を縮小するために、車両に動力を供給するのに用いられる炭化水素燃料を燃料とする内燃機関（ＩＣＥ）により放出されるＣＯ２含有の排気流の車両内処理のための方法とシステムを広く含み、かかるシステムは、
ａ．排気流から抽出されるＣＯ２に対する予め定められた容量を有する捕捉剤を含み前記車両に搭載される処理区域であって、
該処理区域は、排気ガス流を前記捕捉剤に接触させることを認めるための流入口、及びＣＯ２量が縮小された処理済み排気流の通過のための流出口を備え、
前記処理区域は、前記ＩＣＥからの高温熱交換流体、例えば熱排気ガス流を受け入れ、前記捕捉剤との熱交換関係に通し、ＣＯ２を放出して前記捕捉剤を再生するための流入口と、冷却された熱交換流体、例えば排気ガス流のための流出口と、を備えた熱交換器をさらに含み、
前記処理区域は、前記再生された捕捉剤から放出されたＣＯ２のためのＣＯ２排出口を備え、
ｂ．前記処理区域からの前記ＣＯ２排出口と流体連結する圧縮区域であって、該圧縮区域はＣＯ２の容量を縮小するための１つ以上の圧縮機を含み、
ｃ．該圧縮されたＣＯ２を、車両内の一時貯蔵用に受け入れるための貯蔵区域、
ｄ．前記処理区域からの処理済み排気ガス流出口と流体連結する排気ガス導管、及び、
ｅ．付随的に、電気的または機械的エネルギーに転換するために、前記ＩＣＥへの及び／又は前記ＩＣＥからの直接の前記排気ガス流から熱エネルギーを回収するための少なくとも一つの廃熱回収区域、
を含む。
【００１４】
本発明の方法及びシステムは、前記捕捉剤として、液体の吸収性物質、または流動性の粉末状吸着剤、またはそれぞれの特性を両方備えたスラリーを使用して、車両に搭載されたＩＣＥの排気ガス流からＣＯ２を収着または吸着することを含む。好ましい実施形態では、収着は、可逆的であり、例えば、温度を増加させる及び／又は圧力を引き下げることによって、収着／吸着されたＣＯ２の放出、及び、収着／吸着性物質がさらなる使用のための再生を引き起こす。
【００１５】
便宜のため、さらに本発明について記述すると、説明は、流動性粉末状吸着剤及び吸着プロセスにも等しく適用可能であり、また、水和物化合物（例えば包接水和物）の形成と同様に、固体による吸着（ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）及び液体成分による収着（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）の両方を任意的に含めることができるスラリーを使用するプロセスにも等しく適用可能であることを理解した上で、液体収着剤及び液体収着プロセスについて論究する。
【００１６】
本発明は、車両に廃熱として内蔵され利用できるフリーエネルギーを用いてＣＯ２を捕集し、燃料補給されるまでの一時的貯蔵用にその密度を高めることにより、スペース制限及び補助電源の必要性という問題を解決する。本発明は、（ａ）エンジン排気ガスからＣＯ２の全てまたは多くの部分を除去するために捕捉剤を用いた吸着分離方法、（ｂ）エンジン廃熱の幾らかを使用して実質的に純粋なＣＯ２を回収し、捕捉剤を再生すること、及び、付加的に、（ｃ）エンジンの廃熱の幾らかを力（つまり仕事エネルギー）に転換すること、及び、（ｄ）この力を使用して、一時的な内蔵の貯蔵装置のために、捕集されたＣＯ２密度を増加させること、を含む。捕集、再生、及び高密度化のためのエネルギーを提供する廃熱の使用は、捕集コストを著しく引き下げ、また、高密度化は、ＣＯ２の一時的な車内貯蔵のための必要容量を縮小するであろう。廃熱をエネルギーの電気的他の使用可能な形式に変換することは、さらに、高密度化ステップに分配される燃料の量を減少させ、それにより、ＩＣＥによって行われるパワー出力又は仕事に関連した排気流中のＣＯ２の全体の量を減らす。
【００１７】
本発明は、さらに、ＣＯ２圧縮機を稼働するために、エンジンの仕事のある部分のオプションの使用を含む。かかるエンジンの仕事は、該エンジンが減速モードで作動しており、エンジンを遅くする働きをする場合、及びエンジンがアイドリング状態である場合に利用することができる。内蔵のプロセッサ及び制御機は、予め定められた適切なエンジン稼働状況で該エンジンへの圧縮機駆動リンクを取るために利用することができる。
【００１８】
本発明は、化石に基づく、または炭化水素燃料の燃焼によって作動する乗用車、トラック、バス、丈夫な車両、列車、船、飛行機及びその他同種のもののような、広範囲の移動発生源で使用されることができる。本発明のシステム及び装置は、新たな移動発生源に、及び／又は既存の移動発生源を改造することによって、実装されることができる。
【００１９】
車両のＩＣＥから回収された廃熱を使用して、燃焼後の効率的なＣＯ２捕集、高密度化及び続く当該乗物に搭載される一時的貯蔵装置用のシステムを形成するために、本発明は、様々なコンポーネントの統合に基づく。かかるシステムは、（ａ）エンジン排気ガスからのＣＯ２の捕集のための吸収／分離用の処理区域、（ｂ）エンジン廃熱のうちの幾らかを使用する捕捉剤からのＣＯ２の放出のための再生区域、（ｃ）廃熱のうちの幾らかが力（仕事エネルギー）に変換される転換区域、及び、（ｄ）廃熱から引き出された力が捕集されたＣＯ２の密度を増加させるために使用される高密度化区域、及び一時的な車内貯蔵のための貯蔵区域、が含まれることができる。本発明の方法の実施では、システムを稼働するのに必要とされるエネルギーの全てまたは多くの部分は、エンジン廃熱によってもたらされる。
【００２０】
典型的なエンジンが生産する廃熱は、主として熱排気ガス（約３００℃から６５０℃）及び熱い冷却液（約９０℃から１２０℃）から成る。図１の図表中に示されるように、この熱エネルギーは、典型的な炭化水素（ＨＣ）燃料がＩＣＥ中の燃焼で生産するエネルギーの約６０％になる。エネルギーは、排気ガスからＣＯ２を分離して、かつ、効率的な内蔵の貯蔵装置用に、捕集されたＣＯ２の全てあるいは一部を圧縮し、液化し、或いは凍らせるために必要である。このエネルギーは、典型的に、仕事と熱エネルギーのミックスである。エネルギーの仕事成分は、廃熱の一部を使用してこの仕事を生産することにより生成される。ある廃熱は、吸収性物質あるいは反応生成物として形成される固体の炭酸塩のようなＣＯ２分離の中で使用される任意の物質を再生成するために、使用されることができる。
【００２１】
排気ガスからのＣＯ２分離は、炭酸塩あるいは他の合成物を形成するために、物理的吸収、化学的吸収、及び／又は化学反応の１つ以上の可逆的プロセスによって生じる。これらのメカニズムは当分野で良く知られており、また、幾らかは図２及び図３中に概要的に示される。図２中で例示されるように、燃料のエネルギー価の約６０％は廃熱に変換され、その一部は、ＣＯ２を脱着して捕捉剤を再生し、かつ電気的なエネルギー及び力の他の形式を生成するために、あるいはＣＯ２を圧縮するのに必要な仕事に使用されることができる。図３は、ＣＯ２を脱着し、かつ捕捉剤を再生するために排気ガスの熱の使用の一例を示す。水も、冷やされた排気ガスの凝縮液として除去され、縮小されたＣＯ２容量の排気ガスは、大気中に放出されることができる。
【００２２】
１つの実施形態では、排気流の全て又は予め定められた一部分の温度は、ＣＯ２の吸着を最適化するために、熱交換によって、最初に引き下げられる。かかる熱交換は、水または他の液体を使用する適切な装置、または環境空気冷却器、あるいはこれら両方の組み合わせで遂行される。冷却された排気流の予め定められた部分は、既知の液体アミン及び／又は官能性のアミン溶液との接触によって、ＣＯ２捕集のために転換される。現存するＣＯ２を除去または縮小するように効果的に処理されることができる排気ガスの体積フローは、使用される熱交換器及び冷却液の種類及び特性に基づいて、予め定められる。例えば、地理的な地方において、周囲温度が、高度、季節的変動、夜間の急速な冷え込み、などによって相対的により低い場合、排気ガス流のより大きな体積比率が処理されることができる。排気ガス流の処理されない残分は、もしあれば、大気へ放出される。資金及びあらゆる代替費用を節約し、装置のサイズ及び液体の容量を最小限にするために、また、本システムによって車両に加えられたる重量を最小限にするために、液体アミン捕集システムの稼働を最適化することが好ましい。熱交換器の冷却能力は、当該車両が使用されるであろう地理的地域用の既知の平均大気条件に基づいて決定されることができる。
【００２３】
大気温度が季節的に変動することを仮定すると、本システムは、例えば、気温がより低い冬に熱交換器への排気ガス流のより大きな比率を認め、夏には温度上昇の際により小さな比率とするための、商業上利用可能で良く知られたエンジン制御プロセス／コントローラを使用して、プログラミングされることができる。かかる容積測定のフローは、排気流誘導制御弁によって制御されることができる。弁制御機は、１以上の大気センサからの温度データ、排気ガス流、熱交換器冷却器（ら）の出口温度及び／又は吸収体における液体の温度に応答するようにプログラミングされることができる。したがって、冷却及びＣＯ２吸収のために転換される排気ガス流と、大気に放出される残余分との比率の決定の自動化のための制御方略は、除去され及び高密度化されるＣＯ２の容量を最大限にすることに基づく。排気誘導弁は、急激な加速、大きな負荷、突然のブレーキ、または同種のエンジン稼働状況下で、定常状態の条件が一時的に中断され、温度、圧力及び他のセンサ信号が、エンジン制御ユニットまたは他のプログラムされた制御機によって、リアルタイムで高密度化するためのＣＯ２捕集を最適化するための確実な処理ができない場合に、排気ガスの全てまたは実質的に全てを環境に放出するようにプログラミングされることができる。
【００２４】
移動発生源に搭載されて利用可能になることができる、制限のあるスペースの特定の用法は、多くのパラメータの綿密な分析を必要とする。捕捉剤の再生は、望ましくは、搭載された温度動揺（ｓｗｉｎｇ）または圧力動揺のプロセスによって発生するであろう。しかしながら、捕捉剤がＣＯ２の捕集及び高密度化することの両方に役立つ極めて高容量を有している場合、その再生は、燃料補給中にまたは固定ステーションで完了することができる。吸収性の材料は、適切な設備で再生のために除去されることが可能なカートリッジまたは他の除去可能なコンテナ内で、維持されることができる。拡張された車両稼働のために、多数のカートリッジが並列で実装されることができる。
【００２５】
再生及び高密度化のステップは、さらに、同時に進行することができる。捕捉剤が加熱されると、それはＣＯ２を放出し始めるであろう。ＣＯ２が除去されない又は膨張する空間を与えられない場合は、高い圧力及び高温のＣＯ２が蓄積するであろう。この場合、捕捉剤の再生は、放出されたＣＯ２が除去される場合ほど完全にはならない。しかしながら、液体の同じ動的な容量は、その再生温度を増加させることによって、維持することができる。
【００２６】
好ましい実施形態では、正の圧力を生成する装置内の捕捉剤から放出されたＣＯ２、及び圧縮機のＣＯ２の吸入は、下流に低圧区域を生成し、それによって、圧縮のための脱着されたＣＯ２ガス流のフローに帰着する。また、脱着中のＣＯ２の抽出は、ＣＯ２圧縮機の下流の真空ポンプによって促進されることができる。予め定められた量のＣＯ２が除去された場合、吸収ユニットは、エンジン排気流を受け入れるサービスに戻されることができる。好ましい運転モードでは、液体または流動性を有する固体の吸着剤は、吸着区域及び脱着区域を通って循環し、これは、例えば、固体の吸着剤を使用する熱動揺（ｓｗｉｎｇ）でのようなバッチ稼働とは対照的である。
【００２７】
効率的な内蔵の一時的貯蔵装置用の濃厚なＣＯ２の形成は、圧縮、液化、あるいは固体のＣＯ２、すなわちドライアイスを形成するためにガスを凍結することによって遂行される。ＣＯ２の最終的な密度は、その状態（すなわち、気体、液体及び／又は固体）に依存するものであり、５乃至１６００ｋｇ／ｍ３の範囲にあるだろう。高密度化に必要とされる総仕事エネルギーの少なくとも一部は、かかる廃熱から、熱電変換の使用により得られる。
【００２８】
ＣＯ２捕集サイクルの稼働立ち上げ中に、あるいは、他の特別の稼働上のニーズの要求に合致して、エンジンの出力の一部、またはそうでなければ搭載されたバッテリーに貯蔵された電気が使用されることができる。システムの正常な定常的な稼働中に、ＣＯ２捕集及び高密度化に必要とされるエネルギーの少なくとも一部は、ＩＣＥの廃熱から来るであろう。
【００２９】
固定発生源からのＣＯ２放出を減少させるための先行技術のプロセスを凌ぐ本発明により得られる１つの利点は、廃熱温度を相対的に高いものから適度にすることの即時の有効性である。石炭またはガス燃料の発電設備からの燃焼ガスの温度は、燃料のエネルギー価を最大限にし、かつ廃熱のＳＯｘのような汚染物質の環境への放出を最小限にするために、より多く引き下げられており、熱エネルギーのコストは、固定発生源からＣＯ２を捕集するための費用の主要な品目である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
本発明は、以下に、同一又は同様の要素が同一番号により識別される添付図面を参照してさらに説明される。
【図１】典型的な内燃機関によって、熱し、動力供給または作動する炭化水素燃料エネルギーの転換の概要を表した図である。
【図２】図１を組込んだ本発明の方法を概要的に表す図である。
【図３】ＩＣＥからの廃熱を使用して捕捉剤を再生する本発明の方法の実施形態の概要を示す図である。
【図４】液体の捕捉剤及び代表的な熱回収装置を採用するシステム及び装置の一実施形態の概要を示す図である。
【図５】吸収エンジン冷却液が捕捉剤として利用される他の実施形態の概要を示す図である。
【図６】スラリーが捕捉剤として利用される実施形態の概要を示す図である。
【図７】捕捉剤及び排気ガスが熱交換器によって冷却されるとともに液体吸収剤が利用される実施形態の概要を示す図である。
【図８】純粋なＣＯ２ガス流に対する固体アルミン酸塩吸着性化合物のＣＯ２吸収能力の温度での増加を例示する図表である。
【図９】固体アルカリ土類金属及びアルカリ金属化合物の実用温度に関してのＣＯ２吸収能力の典型的な変化を例示する図表である。
【図１０】高い沸騰温度の非常に小さな粒子のコロイド溶液の実用温度に関してのＣＯ２吸収能力の典型的な変化を例示する図表である。
【図１１】可逆的に相変化する吸着剤を利用する本発明の実施形態の概要を示す図である。
【図１２】可逆的なＣＯ２収着剤で覆われた磁性粒子を利用する実施形態の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（発明の詳細な説明）
本発明は、捕捉剤の容量が到達し、続いてＣＯ２が該捕捉剤から脱着及び回収され、捕捉剤が同時に再生されるまで、ＣＯ２がエンジンの排気ガスから抽出される実施形態に関して説明される。ガス流として回収されたＣＯ２は、その後、気体、液体及び／又は固体として貯蔵用に圧縮される。ステップの幾つか或いは全てに必要となるエネルギーの幾らか或いは全ては、エンジン排気流から回収された廃熱から引き出され、かかるエネルギーは、捕捉剤の再生に直接使用され、及び／又は、他の従来の装置によって電気または仕事に変換することができる。廃熱エネルギーも、冷却液システム及び／又はエンジンブロック及び関連部品から引き出されることができる。
【００３２】
図３で概要的に例示されるこの発明の１つの実施形態では、適切なシステム及び装置は、排気がＣＯ２に富んだ吸着剤との熱交換関係で吸着剤再生区域４０を通過した後、排気ガス流２０からＣＯ２が吸収される。かかるシステムは、２つのサブシステム、すなわち、セル４０（「再生区域」）及び５０（「ＣＯ２吸収区域」）で説明的に図示される；但し、捕捉剤の容量、排気ガス流速、及びシステムの他の特性に基づいて、追加のサブシステムが使用されることができる。各々のサブシステムは、ＣＯ２を脱着する液体の吸収性物質の温度を上げるための熱交換器を含む設計において類似し得るものであり、また、各々のサブシステムは、ＣＯ２をより大きな割合で回収するために、並列で、或いは直列で配置されることができる。
【００３３】
本発明の代表的な実施形態は、図４及び図５で概要的に示される。吸収プロセスの概要は、図４で示される。熱排気ガス流２０は、その廃熱の内の幾らかを電気的あるいは力学的エネルギーに変換するため、３００℃から６５０℃の範囲の温度で作動する熱回収（ＨＲ）ユニット３０を通過する。温度が低くなった排気ガス流は、次に、再生ユニット４０内の熱交換器を通り、ここで該ガス流はＣＯ２を脱着するのに必要な低温熱を提供し、これにより、ＣＯ２で飽和された液体の吸収性物質４２を再生する。
【００３４】
一層温度が低くなった排気ガス流は、続いて、ＨＲ３０よりも低温で作動する他の熱回収ユニット３２を通過し、ここで、付加的な廃熱が電気的或いは力学的エネルギーに変換される。さらに温度が低くなった排気ガス流２６は、続いて、吸収ユニット５０を通過し、ここで、該ガス流は、ＣＯ２を吸収または捕集する再生された液体４４と接触する。かかる再生ユニット４０からの液体吸収性物質４４は、その温度を最適な吸収能力のための目標値に低下させる熱回収ユニット３２を通過し、当該回収された熱は、追加的な電気的または力学的エネルギーに変換される。削減されたＣＯ２容量を有する処理済みの排気ガス流５２は、大気へ放出される。
【００３５】
この発明の他の実施形態は、図５で概要的に例示され、ここでは、ＩＣＥの従来の冷却液が、ＩＣＥを冷却するだけでなく、排気ガス流からＣＯ２を吸収するように機能する液体の混合物に置き換えられる。この特化された冷却液は、以下に「吸収冷却液」（ａｂｓｏｒｂｉｎｇ  ｃｏｏｌａｎｔ）と称される。エンジンでは、炭化水素燃料及び空気が燃焼されて、エネルギーとＣＯ２を含む排気ガスが生み出される。かかる熱排気ガスからの高温のＣＯ２吸収に対する能力は、非常に制限される。これらのガスの温度を下げると同時に、後のＣＯ２高密度化のために電力または仕事エネルギーを提供するために、かかる熱排気ガス流は、熱電素子或いは蒸気発生器とタービンの組み合わせのような熱電変換装置１００を通過する。変換装置１００からの電力は、ＣＯ２の密度を高めるために、例えば圧縮機１１０により使用されることができる。
【００３６】
ＣＯ２を含有する冷却された排気ガス流２６は、ＣＯ２の大部分を吸収する冷温の吸収冷却剤と接触し、また、ＣＯ２含有量が縮減された残りの排気ガスは、大気へ放出される。かかる冷温吸収冷却剤は、シリンダ内の燃料の燃焼によって加熱されるエンジンブロックに直ちに送られる。加熱された吸収冷却液は、ＣＯ２に対する能力が僅かであり、また、圧力が下がるとすぐに、ＣＯ２の大部分は、ガスとして放出され、分離器１２０中で冷却液から分離される。吸収冷却剤は、その後に再利用され、プロセスが続行される。吸収冷却剤の特性は、そのＣＯ２吸収能力、その冷却能力、及びその経時的な機能的能力を最適化するために、温度及び圧力の稼働状況に基づいて決定される。冷却ループでの金属に対する吸収冷却液の腐食性も考慮されなければならない。セパレータ１２０から回収された気体のＣＯ２  １２２は、ユニット１００によって生成された電力を使用して、ユニット１１０での高密度化の対象とされる。
【００３７】
代替的な実施形態（図示せず）では、従来のエンジン冷却液は、ラジエータでの大気との熱交換よりもむしろ、吸収液体を加熱するために使用される。さらなる実施形態では、吸収性物質は、排気ガス流２０と接触される前に、そのＣＯ２吸収度を増強するために、冷却サイクルで冷却される。
【００３８】
スラリー水酸化物ジェネレータが捕捉剤として利用される実施形態が、図６で概要的に例示される。図４の前に説明された実施形態でのように、高温の排気ガス流２０は、熱回収装置３０、吸着剤再生区域４０、続いて、熱回収装置３４を通過し、そこで排気ガス流２６としてさらに冷温化される。三方弁７０は、プログラミングされた弁制御機７２によって、スラリー水酸化物生成機５０内に排気ガス流２８の予め定められた量を認めるように作動される。この実施形態で使用される適切な捕捉剤は、ＣＯ２の分子が別の分子内に完全に囲まれる包含複合体を形成するクラスレート化合物である。その結果できる物質は、ＣＯ２の格子状の水酸化物のスラリーである。ＣＯ２捕集は、環境温度よりも僅かに下の温度、例えば環境温度−１０℃で生じる。格子状の水酸化物は、大気圧で、或いは僅かに高い、すなわち１−１０バールで形成される。
【００３９】
図６を続けて参照すると、効率的なＣＯ２捕集のために、圧縮又は吸収のいずれかを使用する冷却サイクル８０が利用される。冷温冷媒８２は、冷却装置８０からジェネレータ５０中のスラリーと熱交換して循環する。冷媒の冷却は、環境大気（例えばコイル８６）によって行われることができる。他の運転モードでは、冷却サイクルは、熱排気ガス流２０からコイル８４を通じて引き出された熱を使用して稼働される。
【００４０】
ガソリン又はディーゼル燃料を供給されたＩＣＥからの排気ガス流は、約１３％の水蒸気を含んでいる。水蒸気の存在は、排気流からＣＯ２を除去する特定の吸着剤の能力に関して、正、負、或いは効果なし、となる。例えば、図８でグラフ的に例示されるように、水蒸気の存在は、比較的低い温度では、固体吸着剤のＣＯ２のパーセンテージでの重量利得を増加させる。５００℃の温度かつ水がない状態での吸着剤に対する重量利得が約２２％であるのに対し、水蒸気が存在する場合の重量利得は、ほぼ２倍の約４２％である。３００℃及び４００℃での相対的な重量利得は、水蒸気がある状態でＣＯ２に対して約３倍である。水蒸気の存在がその物質のＣＯ２吸着容量を増強する吸着剤の場合には、ＣＯ２の規定容量に対してより少ない吸着剤が使用され採択されることができる。排気流中の水の存在から利益を得る吸着剤は、カルシウム・アルミン酸塩、ポリ（アリルアミン）、及び多孔性の固体で支持された高沸点液アミンのような、アルミン酸塩に基づいた、及びアミンに基づいた材料を含む。
【００４１】
水蒸気によって逆の影響が出る収着性の物質は、当該物質が、ＣＯ２保持について、最初の２つのカテゴリに分類される合成物を超過する初期の高容量を有していれば、本発明の実施で利用することができる。
【００４２】
どのような場合も、実質的に、水蒸気は全て、窒素及び任意の残りのＣＯ２とともに大気に放出され、あるいは、ＣＯ２の最終的な高密度化中に凝縮液として除去されるだろう。
【００４３】
本発明の中で使用されるＣＯ２捕捉剤は、固定発生源及び天然ガス浄化システムで使用される典型的なアミン溶液とは異なる。内燃機関からの典型的な熱排気ガスは、エンジン回転の度数、排気システム／パイプに沿った負荷及び位置に依存する温度において異なる。典型的なアミン溶液は、室温ないし６０℃でＣＯ２を吸収し、８０℃ないし１２０℃で再生されることから、１３０℃から６５０℃の温度範囲はアミン溶液の使用には高すぎる。排気ガス流全体の温度を低下させるために、熱交換器または熱回収システムが使用されることができるが、比較的多くの量の排気ガスを産出するＩＣＥを備える幾つかの移動発生源では、利用可能なスペース上の制約により、これらの発生源で熱交換器を使用して排気ガス流全体の温度を６０℃に低下させることは、実際的ではないかもしれない。そのような場合、ＣＯ２捕集のために、排気ガス流の一部が処理されることができる。様々なタイプの商用自動車の試験に基づいて、それらの排気ガス流の温度が熱交換によって５０℃に低下されることが可能であることが見出された。
【００４４】
他方では、ＩＣＥ排気ガス流の高温は、吸収と脱着が動力学的により速いという長所を有する。発電所のようなＣＯ２の固定源では、ＣＯ２捕集のコストを縮小するために、より低い温度及び再生の低い熱が重要な目標であるが、可動源では、通常、排気ガス流のエネルギーは大気に失われるので、同様のペナルティはない。
【００４５】
ＣＯ２捕集コンポーネント（ら）の実施形態は、以下のものを含むことができるが、これらに制限されるものではない。
【００４６】
１．捕捉剤は、排気ガスからの分離のために、ＣＯ２の化学的または物理的な吸収（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）に基づくことができる、すなわち化学吸着剤（ｃｈｅｍｉｓｏｒｂｅｎｔ）または物理吸着剤（ｐｈｙｓｉｏｓｏｒｂｅｎｔ）である。物理吸着剤は、活性炭、ゼオライト、有機骨格の金属（ＭＯＦ）物質及び有機と無機のハイブリッドを含む。
【００４７】
２．捕捉剤は、物理的にＣＯ２を吸収するまたは可逆的な方法で化学的にＣＯ２と反応する、イオンの液体及び伝熱流体のような、高沸点液体または共晶混合物であり得る。
【００４８】
３．捕捉剤は、ＣＯ２と化学反応する物質の高沸点液体であり得る。適切な剤は、上記の実施形態（２）に記載された高沸点液体中のアルカリ金属炭酸塩の溶液で可逆化学吸収剤を含む。アルカリ金属炭酸塩は、水素炭酸塩（例えば重炭酸ソーダ）を形成する。カリウム水素炭酸塩は、１００℃以上で再生を開始し、また、ルビジウム水素炭酸塩は、１７５℃以上で再生を開始する。別の例は、イミダゾリウム（ｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ）に基づいた、及び、ピリジニウム（ｐｙｒｉｄｎｉｕｍ）に基づいた炭酸塩／水素炭酸塩のようなイオン液体の炭酸塩である。これらのイオン液体の炭酸塩は、純粋な状態では通常安定していないが、溶液中で安定している。
【００４９】
４．捕捉剤は、ＣＯ２と化学的または物理的に相互作用し、液体中に分散しかつ動力学的または熱力学的に安定した、非常に小さな粒子の高沸点コロイド溶液とされることができる。例は、上記実施形態（２）に記載された、高温でＣＯ２容量が高くなり、液体中で分散することができる固体で作られた粒子である。
【００５０】
５．捕捉剤は、ＣＯ２を物理的に吸収し又はＣＯ２に反応し、高沸点液中で動力学的に浮遊される固形微粒子とされることができる。これらの粒子は、前の実施形態で記載されたものよりもサイズ的により大きい。
【００５１】
６．捕捉剤は、従来のアミン溶質のカーバメート剤を安定させる高沸点溶剤とされることができ、その結果、その再生は、アミン水溶液よりも高い温度で起こる。
【００５２】
７．捕捉剤は、ＣＯ２吸収ができる固体の吸収性物質、固体の炭酸塩あるいは他の材料の形態で存在することができる。捕捉剤の例は、金属酸化物、ハイドロタルサイト、ジルコン酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩、炭酸塩、及びアミンに担持されるもの、を含む。捕捉剤は、カリウムに促進されたアルミナのような、促進された高表面積支援の形態とすることができる。ＣＯ２捕捉剤は、物質の単一のクラスまたは多数のクラスを含むことができる。
【００５３】
８．捕捉剤は、第四級アンモニウム塩の水溶液、テトラヒドロフラン（THF）、及び低圧かつ周囲温度近くでのここでは相変化（ｐｈａｓｅ  ｃｈａｎｇｅ）と称される、ＣＯ２水酸化物の形成を促進する他のプロモーターで、調製されることができる。
【００５４】
可動性の適用のための重要なパラメータは、ＣＯ２吸収容量、熱的及び化学的な安定性、及び非腐食性を含む。望ましい特性は、低い蒸気圧、低熱容量及び吸収／再生の低熱性の適度さを含む。上記実施形態（２）に記載された液体の捕捉剤は、最も単純であるが、その溶媒能力は、物理吸収では十分高くないかもしれない。上記実施形態（３）に記載された液体の捕捉剤は、最も実際的であり、炭酸塩による化学の吸収と液体による物理吸収とが組み合わされるものである。例えば、流動性を有する炭酸ナトリウムの粉末は、水とＣＯ２が存在する状態で次の化学反応を経る。
Ｎａ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２→２ＮａＨＣＯ３
【００５５】
２．捕捉剤を選択する際に、それが配備される特定の車両の種類及びシステムの各々の排気ガス温度での長期安定性について考慮されなければならない。ガソリンエンジンとディーゼルエンジンとでは、排気ガス温度が変わり得るものであり、ガソリン燃料でのエンジン排気は、一般に、比較可能な稼働状況の下では、より熱い。他に考慮されるべき要素は、次のものを含む。
ａ．異なる生産者によって使用された、精製過程での固有の制限により燃料の中に存在する任意の種類の不純物；
ｂ．窒素酸化物（ＮＯｘ）及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）のように、特定の種類の燃料に特有であり、燃焼中に酸化する化合物；
ｃ．浄化剤、染料、アンチノック及び潤滑添加剤のように、精製所で燃料に導入される化合物；及び、
ｄ．エンジンの燃焼中に形成され及び任意の微粒子のろ過システムに存する全ての微粒子の量。
次の例は、液体吸着剤の例を示す。
【００５６】
（実施例１）
モル・パーセントによる排気ガスの組成は、ＣＯ２が１３％、水蒸気（Ｈ２Ｏ）が１３％、窒素が７３％、及び、他の不活性ガスが１％である。室温では、イオン液（ｐ−ビニルベンジル)トリメチルアンモニウム ヘキサフルオロリン酸におけるＣＯ２の可溶性は、該液体の７７重量％であると推定される。その開示が参照によって本書に組込まれるＳｏｍｓａｋ  Ｓｕｐａｓｉｔｍｏｎｇｋｏｌらによる「イオン液及びテトラアルキルアンモニウムに基づいた高分子（イオン液）での高いＣＯ２可溶性」エネルギー＆環境科学、２０１０年、３、１９６１−１９７２頁を参照されたい。
【００５７】
気体のＣＯ２に対して特に有用な固体の吸着剤は、ＭｇＣＯ３またはＭｇＯのようなマグネシウム化合物とグループＩＡ金属の少なくとも１つの塩との混合塩からなる混合塩組成物であって、Ｍｇ対グループＩＡ金属のモル比は、８：１から３：１、望ましくは６：１から４：１であることが見出された。マグネシウム化合物は、望ましくはＭｇＯであり、また、グループＩＡ金属の少なくとも１つの塩は、望ましくは炭酸塩及び／又は硝酸塩である。特に好ましい吸着剤の組成は、ＭｇＯ：Ｎａ２ＣＯ３：ＮａＮＯ３であり、ここで、Ｍｇ：Ｎａのモル比は、約４：８から１までである。Ｌｉ，ＫあるいはＲｂの塩類は、好ましい組成では、ナトリウム塩類と置き換えることができる。
【００５８】
本発明の混合塩吸着剤は、例えば、後の実施例１に記載されるようなゲル化反応を通じて、または、望ましくは実施例２に記載されるような沈降反応によって作ることができる。マグネシウム塩及びグループＩＡ金属塩は、溶液の形態で準備され、反応混合物を形成するために混合させられる。この反応は、付随的に、沈殿剤とともに行なわれる。塩類は、互いに反応する際に、ＭｇＯまたはＭｇＣＯ３が沈殿物中に形成されるようなものが選択される。望ましくは、ＭｇＯそれ自体、Ｍｇ（ＯＨ）２、最も望ましくはＭｇ（ＮＯ３）２のような、きわめて可溶性に優れたＭｇ合成物が使用される。以前に注記されたように、ＭｇＣｌ２またはＭｇ（ＣＨ３ＣＯＯ）２も使用されることができる。ひとたびＭｇ塩が選択されると、当業者は、所望のＭｇＯ／ＭｇＣＯ３を産出するために、どのＮａ塩あるいは塩類がＭｇ塩と反応するかを決定することができるであろう。
【００５９】
準備の後に、吸着剤粉末は、ベーマイトのようなバインダーを加えることによって、あるいは、吸着性（ｓｏｒｂｅｎｃｙ）の損失に帰着することができる既知の特別の予備的な技術（但し、当該技術は、充填床において圧力低下を低く保つのに、及び材料をより容易に取り扱えるようにするのに役立つもの）によって、成形品に作られることができる。記載された粉末状の塩類を使用して、バインダーなしで作られた成形品に対して、より大きなＣＯ２吸着容量が見出され、３００℃で約２０重量％のＣＯ２荷重が達成された。バインダーのない成形品の粉砕強度は、０．５１のＭＰａであり、ベーマイト（０．５５のＭＰａ）で準備された成形品と等価であることが分かった。
【００６０】
この反応は、反応性の塩の濃度で行われるものであり、ここでは、マグネシウムとＩＡ族金属との比率が３：１から８：１、最も望ましくは４：１から６：１と規定される。この選択は、上述のように、比率を変えることによって異なる特性を有する吸着剤が生成されるため、当業者に委ねられる。吸着剤が作用する条件を知ることによって、採用する比率が決定される。必要に応じて、例えばＮａＮＯ３などの反応を促進するために、沈殿剤が添加されることができる。かかる沈殿剤は、望ましくは、ＩＡ族金属の塩である。
【００６１】
（実施例１）
この実施例は、ゼラチン法と呼ばれる方法により、本発明のプロセスで使用するための固体ＣＯ２吸着剤の準備について説明する。脱イオン化された水に溶かされた炭酸ナトリウム（４２．１８ｇ）及び硝酸ナトリウム（２１．６３ｇ）の溶液の８００ｍｌに対して、炭酸マグネシウム水酸化物（ＭｇＣＯ３・Ｍｇ（ＯＨ）２  ｘ  Ｈ２０）の量（３９５ｇ）が加えられた。これは、３０分間撹拌されて、混合塩スラリーを産出した。かかるスラリーは、続いて遮蔽され、ＭｇＯ：Ｎａ２ＣＯ３：ＮａＮＯ３の乾燥したケーキを形成するために、１６時間１２０℃で乾燥させた後に、室温で１６時間放置した。分析によって、７５．８：１６：８．２の質量比、及び、約４．８のＭｇ：Ｎａのモル比を示した。次に、この乾燥したケーキは、３℃／分のランプ速度で１２０℃から４５０℃まで加熱され、続いて４５０℃で４時間加熱されることにより、焼成された。焼成されたケーキは、粉砕され、残りの体積を占めるためのＳｉＣのような不活性物質での充填層での使用に適した１５０乃至４２５メッシュの画分を収集するために、篩い分けされた。 試験結果は、吸着剤のＣＯ２の負荷が３００℃で最大に達するが、かかる吸着剤は、温度の広い範囲で有効であったことを示した。
【００６２】
（実施例２）
この実施例では、沈殿プロセスと呼ばれる方法によって、発明に使用されるのと同じ混合塩組成物の固体のＣＯ２吸着剤の準備について説明する。３０００ｍｌの脱イオン化された水でのＮａ２ＣＯ３の２３３．４ｇの溶液が５．０リットルのプラスチックビーカー内に入れられ、機械的な振動器で活発に撹拌された。脱イオン化された５００ｍｌの水に１８８．４ｇのＭｇ（ＮＯ３）２：６Ｈ２Ｏの第２の溶液が、およそ３０ｍｌ／分のレートで最初の溶液中に送り込まれた。１時間撹拌されてスラリーとなった。前述されたように、かかるスラリーは夜通しで貯蔵され、次に濾過されて、多湿の沈殿ケーキを産出した。濾液を約３２００ｍｌｓ回収した。これは、１２０℃で２４時間乾燥させ、実施例１で説明され処理された乾燥ケーキを形成した。試験結果は、吸着剤上のＣＯ２負荷の量が３２５℃でピークに達することを示し、さらに、例１による吸着剤でのように、この実施例での吸着剤産品は、広い温度範囲に亘って有効であった。
【００６３】
最終的な吸着剤製品を準備するために、Ｌｉ，Ｎａ，またはＫ塩類を使用して、混合塩吸着剤組成物中のアルカリ成分の影響を評価した。塩類は、Ｍｇ：アルカリ金属のモル比が６：１を用いて、前述された方法で準備された。その結果物は、シミュレートされた排気ガス流からＣＯ２を除去するそれらの能力に関して試験された。吸着は３，１２５／時間のＧＨＳＶで１００℃乃至４５０℃の温度範囲で実行された。吸着剤は、ランプ温度が４５０℃まで、１０℃／分の速度で、及び２５００／時間のＧＨＳＶにより再生された。
【００６４】
結果は、Ｎａが最良の運用上の温度範囲を示し、ＬｉとＫのアルカリ金属が異なる温度で良く機能することを示した。ナトリウムを含有する吸着剤は、２００℃から４００℃の温度範囲にわたってＣＯ２を吸着し、３２５℃で最大に達した。リチウムを含有する粉末は、２００℃で最も効果的で、２５０℃まで有効であったのに対し、カリウムを含有する合成物は、約３００℃から約４００℃の高温でＣＯ２を吸着した。
【００６５】
追加の試験は、本発明の混合塩構成がＭｇ２ＣＯ３またはＭｇＯのいずれかを成分として有すべきことを示し、また、これらの吸着剤の準備では、これらのうちの１つをもたらすＭｇの合成物が好ましく選択される。
【００６６】
Ｍｇ（ＮＯ３）２，ＭｇＯ，及びＭｇ（ＯＨ）２は、全て実施例１及び実施例２と同じパラメータを使用して試験された。これらは全てＣＯ２を吸着したが、硝酸塩は、ＭｇＯまたはＭｇ（ＯＨ）２塩よりも、ＣＯ２を吸着する能力が著しく大きい能力を持った吸着剤を産出した。
【００６７】
Ｍｇ（ＮＯ３）２が他の合成物よりも水での著しく大きな可溶性を持っていることは注目すべきである。かかる可溶性の差違は、さらに、最終生産物が異なる反応機構に起因することを示す。硝酸塩は、例えば、ナトリウム塩類との陰イオン交換に参加するが、他方、酸化物と水酸化物はそうではない。従って、より可溶なのがマグネシウム塩であり、最終生産物の吸着能力がより大きい。Ｍｇ（ＮＯ３）２、ＭｇＣｌ２、Ｍｇ（ＣＨ３ＣＯＯ）２及び他の高溶解性マグネシウム塩は、発明の吸着剤を作る際にこのように好まれる。
【００６８】
ナトリウムの濃度は、異なる温度での最適な吸着容量とともに、吸着剤の性能に影響を及ぼす。Ｎａに対するＭｇの濃度の減少は、ＣＯ２充填温度のピークを３２５℃−３５０℃に対して２５０℃−２７５℃に変化させる結果となった。対照的に、吸着剤上に充填されたＣＯ２の増加は、１２−１３重量％と比較してより高い濃度である約２０重量％から観察された。
【００６９】
上記の試験は沈殿剤としてＮａ２ＣＯ３を使用したが、（ＮＨ４）２ＣＯ３で例示されたように、他のものが使用されることができる。
【００７０】
Ｎａ２ＣＯ３で吸着剤を準備するために、ＭｇＮＯ３の溶液に、沈殿剤が溶液の形態でゆっくりと加えられた。ＭｇＮＯ３とＮａ２ＮＯ３の溶液に、Ｍｇ：Ｎａの６：１のモル比を維持しながら（ＮＨ４）２ＣＯ３が加えられた。その結果、Ｎａ２ＣＯ３で得られた産品は広範囲での活性を示し、他方、（ＮＨ４）２ＣＯ３で準備された産品は、３００℃でＣＯ２吸着活性における非常に鋭いスパイクを示し、他の温度ではほとんど活性を示さなかった。これらの結果は、異なった適用に対する吸着剤を準備するために、沈殿剤を変えて使用することができることを示唆する。
【００７１】
本発明の実施では、ＣＯ２は、約１００℃から約４５０℃、好ましくは約２５０℃から約３５０℃の範囲の温度で、排気ガス流から吸着剤がＣＯ２の全て又は一部分を除去するのに十分な時間、説明した混合塩吸着剤と接触させることにより、排気ガス流から吸着される。前述のように、吸着剤がＣＯ２で飽和される状態となるが、このことは、吸着剤と接触する前と後の排気ガス流中のＣＯ２の含有量を測定及び比較することによって判定することができる。ＣＯ２が排気流からそれ以上除去されないことが明白な場合、該吸着剤は、例えば、その脱着温度（例えば約５００℃）に加熱されることによって、再生することができる。再び、排気ガスに含まれるＣＯ２の量を測定することによって、当業者は、吸着剤が再使用の準備ができる時期を決定することができる。
【００７２】
吸収及び脱着のセルは、異なったデザインとすることができる。脱着剤が管内で循環する場所で、シェル・アンド・チューブ交換器が使用されることができる。他の種類の熱交換器は、捕捉剤を循環させるために使用することができる。これらは、プレート式、スパイラル式、対向流式、及び他のタイプを含む。大変優れたコンパクト性及び吸収／脱着剤の熱の非常に効率的な交換を可能にするために、一つのユニットで、吸収と脱着の両方の区域を組み合わせることができる。吸収の熱は、ＣＯ２が捕集されたものとして放出され導かれる、またはそうでなければ、吸着剤の再生に必要な熱の少なくとも一部を提供するために、反対側に搬送されるであろう。吸収ユニットは、排気ガス及び捕捉剤間の直接の接触を提供すべきである。適切な装置は、静的及び動的なミキサー、充填及びトレー・カラム、及び薄膜接触器を含む。
【００７３】
２個の捕集セルが、吸収と脱着の間の動揺（ｓｗｉｎｇ）循環プロセスのために例示されたが、異なる吸収／脱着サイクルに備えるために、多数のセルが使用されることができる。
【００７４】
図３の概要的な例示で及び図４の図示で追加的特定で記載された温度動揺（ｓｗｉｎｇ）吸収に加えて、圧力動揺、真空動揺及び電気的な動揺吸収のような他のプロセスが、単独で或いは組み合わせて使用されることができる。捕集セルによる捕捉剤のガス流速は、捕捉剤のＣＯ２容量の最大／最適利用を保証するために選択された、排気出口で検知されたＣＯ２濃度、予め定められた稼働回数、及び他の基準に基づいて、規制されることができる。
【００７５】
図５及び図６は、さらに、熱エネルギーをシステムの高密度化装置及びセンサ、熱電対、システム制御ユニット及び弁のような他の補助的設備を操作するために使用することができる機械的仕事あるいは電力に変換する役目をする熱回収（ＨＲ）コンポーネント３０，３２，３４のための任意的な位置を示す。これら捕捉剤が吸収及び再生間に交換する大きな量の熱を液体が運び伝えることができるので、液体の伝熱剤で、これらの装置の低温側の能動的冷却をすることが好ましい。液体の容量の１ユニット当たりの熱容量（すなわちそれらの体積熱容量）は、気体のそれの約１００倍以上である。したがって、同じ容量について、液体は、気体の約１００倍以上の速度で熱を除去または提供することができる。同様に、加えられるまたは除去されるべき熱の同量について、液体の必要とされる容量は、気体の容量の約１／１００である。
【００７６】
そのように車両上に装備された触媒コンバーターの下流の排気ガスからＣＯ２が除去されることが望ましい。これは、かかる排気は、吸収剤に悪影響を与え得る汚染物質がより少ないであろうからである。さらに、エンジンが稼働開始で冷たい場合、触媒コンバーターの下流の排気ガスは、該コンバーターに生じる発熱を伴う反応によって、上流よりもより熱くなる。
【００７７】
ＣＯ２高密度化成分は、内蔵の一時的貯蔵装置のためにＣＯ２の気圧調節、液化或いは凝固化を保証するための適切な能動／受動の冷却システムとともに、単一又は多段の圧縮機によって達成されることができる。かかるＣＯ２貯蔵装置は、移動発生源に搭載された単一のタンク或いは多数のタンクに存することができる。燃料タンクも、燃料側とＣＯ２側の間の移動する区分を備えることで、捕集されたＣＯ２を貯蔵するために使用することができる。全てのシステム構成部の制御は、性能を最適化するために、当該移動発生源の制御システムまたは個別の制御システムに統合されることができる。
【００７８】
ここで図７を参照すると、例えば、水又は他の液体で冷却される熱交換６２及び／又は周囲の空気を排気ガス流２６が通過するコイルに又は他の経路に向ける空冷ユニット６４を含み、排気ガス流の温度を下げるための環境冷却区域６０を組込んだ本システム１０の実施形態が概要的に例示される。該冷却された排気ガス流２８は、続いて吸収区域５０に入り、ここで吸収によって冷却された排気ガス流２８内のＣＯ２の全てあるいは大部分を捕集する液体のアミン溶液と接触させられる。かかるＣＯ２含有量の無いまたは縮減された残りの排気ガス５２は、大気上に放出される。
【００７９】
吸収区域５０は、吸収剤を並列に備えた動揺（ｓｗｉｎｇ）循環モードで稼働されることができる。該稼働の動揺モードにおいて、１つの吸収剤の容量は、再生区域４０での熱排気ガス流との交換によって再生される。飽和されたアミン溶液４２は、吸収区域５０から導管４２を介して、ＣＯ２に富んだガス流４８が高密度化と貯蔵装置のために抽出される再生区域４０へと渡る。再生成された新鮮なアミン流４４は、熱回収装置３２を通過して冷却された後に吸収区域５０に戻される。再生区域４０を通過する吸収剤流４２の温度は、それが吸収区域５０へ再利用するために冷却されなければならないため、ＣＯ２の全てまたは実質的に全てを脱着して該溶液の過熱を回避するように制御される。
【００８０】
代替的な実施形態（図示せず）では、熱回収ユニット３２の代わりに、４２及び４４の流れが、互いに熱交換するように渡される。高温流４４は、部分的により熱冷却された流れ４２となり、それにより、より良い全面的な熱管理を可能にするであろう。同じ熱交換配置は、図４，図６，図７，図１１及び図１２の実施形態に適用されることができる。
【００８１】
１つ以上の圧力及び／又は温度センサー（図示せず）から信号を受信する、プログラミングされたプロセッサ／制御機７２によって、三方弁７０が作動される。図７の実施形態では、弁７０は、熱回収装置３４の下流で、吸収区域５０を通過される排気ガス流２６の比率または分率を制御し、その残余は導管２７を通じて大気に放出される。さらに、弁７０は、急激な加速または増加した負荷のように、ＩＣＥの稼働状況が稼働上のセンサ分析及び吸収ユニット５０に転換されるべき排気ガス流２６の割合のプログラミングされた制御についてのルーチン・システムを排除する場合に、排気ガス流２７の全てを大気へ放出するために作動することができる。
【００８２】
ＣＯ２捕捉剤の吸着と脱着のサイクルを制御するために、熱管理が必要とされる。図９は、以下に記載されるような固体のアルカリ土類金属及びアルカリ金属化合物の使用温度に関してのＣＯ２吸着容量の典型的な変化を例示する図である。図９に示されるように、吸着剤のＣＯ２吸収容量は、温度に応じて著しく変わり得る。図示された例では、固体アルカリ金属化合物含有の吸着性の容量は、３５０℃に接近するにつれて最大に増加し、その後、かつ３５０℃と４００℃の間で急速に縮小する。
【００８３】
図１０は、固形微粒子の使用温度に関してのＣＯ２吸着容量の典型的な変化を例示する図表である。ＣＯ２吸着容量は、噴霧乾燥の粒子に対し、この種類の吸着剤に用いるための最適温度である３００℃で約２３％である。ＣＯ２が物理的または化学的に吸着されると吸着熱が放出されるので、当該捕集部から熱が除去される必要があるだろう。ＣＯ２が吸着剤から放出される場合に、脱着／再生に必要な熱を提供するために、当該捕集部（ら）に熱が供給される必要があるだろう。熱の供給及び除去は、伝導、対流、放射、熱生成、及び／又はこれらの方法の組み合わせを含む異なる方法を使用して遂行することができる。
【００８４】
伝導の場合には、金属のような熱導伝性の材料を使用して、熱が供給され又はＣＯ２捕捉剤から除去されることができる。ＣＯ２捕捉剤が管を通過する場合、熱は、外殻構造による伝導を用いて、管の外部から除去されることができる。管の外殻から熱を供給または除去するために、流体を使用することができる。管の内部のフィン、金属網及び他のデザイン及び既知の技術は、捕捉剤と接触する表面積を増加させて、かつ伝熱を増強するために使用することができる。フィン及び他の表面の変形も、本システムの伝熱を増強するために管の外側の外殻構造により使用することができる。また、ＣＯ２捕捉剤は、流体を用いて熱を供給または除去するために使用される管の外部及び内部を通過させることができる。
【００８５】
一般に、商業上利用可能なプレート式のコンパクトな熱交換器は、排気ガス流の温度を縮小するのに有効であることが見出された。それらは、様々なサイズ及び材料の制作において利用できる。大きな伝熱表面は、比較的小型な装置の使用を許可し、車両に加えられた容量と重量の両方を節約する。
【００８６】
放射熱交換については、熱は、再生のために捕捉剤に供給することができる。熱を供給するために、高温源またはマイクロ波が使用されることができる。例えば熱電素子により電力が供給される電気ヒーターのような熱生成コンポーネントを通じて、ＣＯ２捕捉剤に熱を供給することもできる。
【００８７】
図は、ＨＲコンポーネントの配置のための位置を識別する。廃熱を電気的なエネルギー或いは仕事に変換して、ＣＯ２を圧縮し及び補助の設備に動力を供給するために、単一の或いは複数の技術が、使用されることができる。ＨＲコンポーネントの寸法または容量、位置及び稼働状況は、（例えばエンジン排気流からの）廃熱の有効性に基づいて決定される。これは、排気であろうとエンジン冷却液であろうと、温度及び廃熱流の容積測定の流速の両方を含むであろう。単一あるいは２以上の種類の熱回収コンポーネントは、排熱流の性質及びその温度及びフロー条件に依存して使用することができる。
【００８８】
熱／エネルギー回収システムの稼働は、温度及び流速センサからデータを受信し、流量調整弁と通信を制御するプリプログラムされたプロセッサ及び制御機によって制御されることができる。例えば、エンジン排気ガスの温度は、飽和された捕捉剤のコンテナとの熱交換接触へ渡すことによってその温度を十分に上げてＣＯ２を放出するために、制御されることができる。低い温度を備える排気ガスは、続いて、電気を生成する熱電素子で、さらなる熱交換をされることができる。最後に、比較的低温の排気ガスは、大気へ放出される前に、そのＣＯ２容量の縮小のために、吸着区域に導入されることができる。
【００８９】
本発明の実施で使用される熱回収（ＨＲ）コンポーネント（ら）の種類は、以下の種類の装置を含むことができるが、但しこれらに制限されるものではない。
【００９０】
１．電力を生成する熱電素子又はモジュール。熱電素子モジュールの高温側は排気ガス側に実装され、冷温側は、能動的システムと呼ばれる閉じた冷却システムに実装され、或いは、大気（受動的システム）にさらされる。熱電モジュール（ら）は、高温側から熱の一部を除去し、高密度化装置及び／又は他の搭載された設備を稼働させるために使用することができる電力を生成する。
【００９１】
廃熱を電気的なエネルギーに変換するために使用される熱電素子は、エネルギー転換を最適化するために、異なる位置及び配列で設置することができる。かかる熱電素子は、排気管、捕集コンポーネント、エンジンブロックあるいは装置の高温側としての他のエンジンコンポーネントと熱伝導性接触するように固着されることができる。熱電素子の冷温側は、該素子を冷却するために空気対流するように露出されることができる。熱電素子の冷温側は、伝熱を促進し、さらに熱電モジュールの能力を制御するために、能動的な冷却システム（例えば循環する液体）に接触することができる。前に注記されるように、冷却液の熱容量は、熱を転送するガスの容量の約１００倍である。
【００９２】
熱電素子は、排気ガスに対する圧力低下効果を最小限にするために、断面円筒状または矩形状の管のような異なる形を担うことができる。内部及び／又は外部のフィンも、熱電素子の伝熱を増強し、その結果それらの性能を増強するために使用することができる。熱電素子は、高い温度を活用するために、エンジンブロックに非常に接近して或いはその上に搭載されることができる。かかる高温に耐えるように、適切な材料が選択される。
【００９３】
２．熱電モジュール（ら）を使用して生成された電力は、電気的な貯蔵システム（例えばバッテリー）に供給され、次には高密度化装置及び／又は他の設備に電力を供給する。熱電モジュール用の半導体の選択は、適用される温度範囲に基づく。熱回収とその結果の電気的なエネルギー生成を最適化するために、異なる熱電素子の積み重ねを用いることができる。
【００９４】
３．ＩＣＥ排気からの廃熱がエンジンのシリンダの一つ以上の壁に供給されてシリンダ内のガスを膨張させ、それによって高密度化圧縮を実行するのに、又はＣＯ２を液化または固化する冷温冷媒を提供する圧縮式冷却サイクルユニットの圧縮機を実行するのに必要な、機械的な仕事を遂行可能なピストンを駆動する、スターリングエンジン。
【００９５】
４．高密度化圧縮機を稼働し或いはＣ０２を液化又は凝固する冷却冷媒を提供する圧縮冷却サイクルユニットの圧縮機を稼働するための機械的仕事を生成するタービンに蒸気を供給するための蒸気発生器。
【００９６】
５．（ＣｕＳｎ、ＩｎＴｉ、ＴｉＮｉ及びＭｎＣｕのような）合金の形状を変更するために廃熱を利用し、捕集されたＣ０２の密度を増加させるために使用される機械的仕事を生成する、小型の形状記憶合金エンジンまたは圧縮機。かかるエンジン・圧縮機は、当該合金の高温側及び冷温側を備えることにより動作し、必要とされる圧縮を生成する。以下の特許は、これら独特な合金の種類に基づいた熱機関について記述する：米国特許第３，９１３，３２６号明細書；米国特許第４，０５５，９５５号明細書；米国特許第５，４４２，９１４号明細書；米国特許第７，４４４，８１２号明細書；及び米国特許公開第２００９／０３１５４８９号明細書。これらの特許文献の開示は、参照によって本書に組込まれる。
【００９７】
６．  単一の熱回収システムまたは複数の熱回収システムは、排気ガス及び冷却システムに実装されることができる。
【００９８】
７．  単一の熱回収システムまたは複数の熱回収システムは、必要な力を生成し、かつ排気ガスの温度を効果的に制御するために実装されることができる。
【００９９】
８．  動力供給に加えて、熱回収コンポーネント（ら）は、排気ガスの温度を制御し、その結果、ＣＯ２捕捉剤の能力を最適化するために使用されることができる。
【０１００】
上記の記述及び例から理解されるように、この発明の方法及びシステムは、炭化水素燃料の燃焼によって作動する乗用車、トラック、バス、丈夫な車両、列車、船及び他のもののような、広範囲の移動発生源で使用するのに適している。この発明は、新しい移動発生源に、あるいは既存の移動発生源を改造することによって実装されることができる。
【０１０１】
本発明は、移動発生源からの燃焼後のＣＯ２捕集及び内蔵の貯蔵装置に対処する。運転費と設備の必要条件を最小限にするために、従来通り大気中に放出される有効熱量は、燃焼ガスから抽出された吸着剤すなわち捕捉剤からのＣＯ２を分離すること、及び、効率的な内蔵の貯蔵装置のために産出されたＣＯ２の全て或いは一部を圧縮／液化するのに必要なエネルギーを提供するために、使用される。捕集されたＣＯ２は、給油所で回収のために放出または除去される場合、燃料を補給するまで、搭載され貯蔵されることができる。本発明の装置は、改質のような化学反応を含んだり、ＣＯ２に対して透過性のあるシリンダー壁を設けるなどのエンジン設計に大きな変更を伴うことが提案されている方法と比較して、車両内に配置するのがより容易である。
【０１０２】
１５０℃では、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム六フッ化リン酸のイオン液体に対するヘンリー則定数は、外挿法により２６５であると見積もられるが、かかる値は、０．０１重量％の非常に低いＣＯ２可溶性を規定し、したがってその合成物は、本発明の方法で使用するにはふさわしくない。米国特許第６，５７９，３４３号明細書を参照されたい。
【０１０３】
（実施例２）
排気ガスのモルパーセントでの構成は、ＣＯ２が１３％、水蒸気（Ｈ２Ｏ）が１３％、窒素が７３％、そして、酸素及び他のガスが１％である。表１は、いくつかの液体吸着剤の最適なＣＯ２捕集温度、ＣＯ２容量及び再生温度を示す。
【０１０４】
【表１】
2014504695.tif 000003
【０１０５】
上記の表にデータを準備する際、溶剤はＣＯ２吸着容量が無いまたは非常に低いと仮定された。溶剤は、最高温度で使用するために、（ａ）１００℃越えでの気化を防ぐための上昇された圧力での水、（ｂ）イオンの液体、及び（ｃ）融解塩から選択することができる。溶液は、最適な捕集温度を増加させることによって組織される。比較的低い捕集温度は、排気ガス流を冷やすために大きな熱交換器を必要とするであろうし、しかし、排気ガスからのＣＯ２捕集のより大きな割合に結びつくより多くの溶液を再生成するために、熱排気ガスからの一層の顕熱が利用できる。排気ガスから捕集されたＣＯ２のパーセンテージは、表に載せられた溶液の最大容量と異なることに注意すべきである。かかる容量は、物理的、すなわち熱力学特性であり、また、排気ガス流から捕集されるＣＯ２のパーセンテージは、他の要因中、主に、使用された溶液の相対量及びその循環速度に依存する。
【０１０６】
さらに、上記の表では、ＭｇＯの半分だけがＣＯ２との反応に利用できると仮定された。
【０１０７】
前に注記されたように、固体のＣＯ２吸着剤、特に、グループＩＡ金属塩（例えば、Ｍｇ塩と同様に、Ｎａ，Ｌｉ，Ｋ，Ｒｂ（好ましくはＮａ））を含むものが使用されることができる。
【０１０８】
本発明のさらなる実施例は、化学的に相変化する吸着剤を使用するＣＯ２吸収プロセスの実行のためのシステム及び装置を例示する図１１を参照して説明される。かかるシステムは、再生ユニット４０、化学吸収／吸着ユニット５０、及び幾つかの熱回収（ＨＲ）装置３０，３２，３４及び３６を含む。ＣＯ２と可逆的な化学結合を形成することができるジ（ｄｉ）−アミン液体及び他のアミン・グループの官能性液体の液体のような化学吸着剤は、この実施形態で使用することができる。そのような化学吸着剤の例は、ＣＯ２と化学反応した後に固体相に可逆的に変化する液体のＧＡＰ−０カーバメート剤である。その反応は、以下のように進む：
Ｈ２Ｎ-(------)-ＮＨ２  ＋  ＣＯ２    ⇒    Ｈ３Ｎ＋-(------)ＮＨＣＯ２
（１）
（液体）                        （固体）
【０１０９】
捕集されたＣＯ２は、当該固形物を熱することによって吸着剤から放すことが可能であり、当該プロセスでは、以下に表わされるように、固体の吸着剤が液体相に変わる：
Ｈ３Ｎ＋-(------)-ＮＨＣＯ２−  ＋  熱 ⇒  Ｈ２Ｎ-(------)-ＮＨ２＋ＣＯ２
（２）
（固体）                                     （液体）
【０１１０】
ＣＯ２捕集及び再生の化学プロセスで、車両のＩＣＥからの熱排気ガス流２０は、比較的高温（例えば３００℃から６５０℃）で作動する第１の熱回収ユニット３０を通過して、当該廃熱の幾らかを電気的あるいは力学的エネルギーに変換する。かかる適度に冷やされた排気ガス流２２は、次に再生ユニット４０に渡され、ここで、固体の吸着剤４２は、排気ガス流２２からの熱を使用して熱交換されることで加熱され、上記の反応（２）によって再生成される。排気ガス流及び吸着剤は、再生ユニット４０で互いに直接に接触されるものではない。再生ユニット４０から放出された液体の吸着剤４４は、ＣＯ２との接触及び反応に対して予め定められた値に吸着剤の温度を低下させるために、熱回収ユニット３４に渡される。再生ユニット４０から放出されるより冷やされた排気ガス流２４は、排気ガス流の温度を予め定められた値に低下させるために、熱回収ユニット３６に伝搬される。ＨＲ装置３６を出る排気ガス流２６は、化学の吸収ユニット５０の液体の吸着剤と接触させられ、ここで、排気ガスに含まれていたＣＯ２が反応（１）に従って液体に吸収される。吸着ユニット５０に形成され捕集されたＣＯ２を備えた固体の吸着剤は、ユニット・オペレーション５１中のサイクロンまたはフィルタのような適切なユニットを使用して排気ガスから分離され、再生ユニット４０によって再利用されて、新鮮な液体の吸着剤を産出する。ＣＯ２の縮小された量を含む残りの排気ガス流５２は、大気に放出される。
【０１１１】
再生ユニット４０の拘束された空間に放出されたＣＯ２流４８の圧力及び温度は、比較的高い。かかるＣＯ２ガスの温度は、熱回収ユニット３２を通過することによって、引き下げることが可能であり、かかる後に、ＣＯ２は、一時的貯蔵のための圧力タンクに転送されることができ、或いは、前述された方法と装置に従って高密度化の対象とすることができる。
【０１１２】
本発明のプロセスの他の実施形態は、磁心を備えた固体の捕集試薬を使用するＣＯ２捕集プロセスのためのためのシステム及び装置を例示した図１２を参照して説明される。かかるシステムは、吸収／吸着ユニット５０、再生ユニット４０、磁界源５６を備えた磁気分離ユニット５５、及び幾つかの熱回収（ＨＲ）装置３０，３２，３４及び３６を含む。ＣＯ２捕集は、化学吸収または物理吸着に基づく。いずれの場合も、ＣＯ２は、捕捉剤を熱することにより放出され、また、図１２のシステムの全体的な稼働は、上述された図１１の稼働と類似する。適切な固体の捕捉剤は、金属炭酸塩、両（ｂｉ）炭酸塩、酸化物、活性炭、ゼオライト、有機骨格の金属（ＭＯＦ）物質及び有機と無機のハイブリッドを含む。磁心は、鉄、コバルト及びそれらの酸化物のような磁性材料を含むことができる。（例えば、米国化学工学会 (AIChE) ジャーナル、２００４年１１月、Ｖｏｌ．５０、Ｎｏ．１１、第２８３５ページ参照。）
【０１１３】
搬送液体は、（ａ）動力学または熱力学の手段によって粒子に安定を供給する高沸点液体または共晶塩混合物；あるいは、（ｂ）動力学または熱力学の手段で懸濁粒子を安定させる物質の高沸点溶液、の一つまたは組み合わせとすることができる。
【０１１４】
引き続き図１２を参照すると、磁心を備えた固体捕集試薬物質の液体懸濁液５３，５４は、ＣＯ２を捕集して放出するためにシステム内で循環する。吸収ステップの後、かかる液体懸濁液は、吸収／吸着区域５０への導入のために、粒子分離容器５５へ送られて磁界５６にさらされ、その粒子を磁界の方に急速に移動させ、それによって、再循環し排気ガス流２６とと混じり合った搬送液体５４から粒子を分離して濃縮する。
【０１１５】
ＣＯ２を含有する粒子４２は、ＣＯ２を放出する排気ガス流２２との熱交換関係で熱される再生区域４０へと伝送される。加熱され再生成された粒子４４は、ＨＲ装置３４を通過して、吸収／吸着区域５０への再導入のために冷却され、入って来る搬送液体流５４及び冷却された排気ガス流２６と混合される。
【０１１６】
本発明のさらなる実施形態では、捕捉剤の再生の後に回収されるＣＯ２の一部は、適切な導管によって、大気の空気及び燃料と混合させるために、エンジンの吸気口に戻される。システム稼働のこの側面は、エンジン稼働温度を下げて、これにより、燃料の燃焼の間に生み出されるＮＯｘ化合物の量を減らすために現在用いられる、排気ガス再循環（ＥＧＲ）のための既知の方法と類似する。排気ガス容量の５〜１５パーセントと等価なＣＯ２の量は、吸気口に戻すことができる。ＣＯ２の返還は、さらに燃料混合で引き出された空中窒素の量を減らすものであり、これは排気でのＮＯｘ化合物をさらに縮小する有益な効果が得られる。排気ガス流中のＣＯ２のパーセントも増加させられ、それによって、回収を増強する。
【０１１７】
自動車の排気ガス再循環のために従来通りに使用される同一の装置及び制御システムによって、ＣＯ２の再循環を実行することができる。ＣＯ２の再循環も、既存のＥＧＲシステムと共に試みることができる。かかるＣＯ２は、エンジン稼働状況に基づいた排気ガスの全て或いは予め定められた部分と置き換えることが可能であり、または現在の実施に従って、エンジンが冷えている場合での始動時、または急速なアクセル及び／又はＩＣＥが大負荷下にある間のような場合に、再循環が全体で中止とされる。
【０１１８】
本発明のさらなる実施形態では、排気ガス流から直接回収され或いは密度が高められた貯蔵容器からのＣＯ２の一部が、水と混じり合って、その場所で形成される水素及び一酸化炭素の一時的な反応によりメタン及び水を形成する既知の方法を使用して、触媒現象的に反応した。その後、メタンと水は、エンジン吸入部に供給された従来の炭化水素燃料を補足するために使用される。ＣＯ２と反応させられた水は、排気ガス流または個々の目的のために供給される個別に搭載された源所から回収されることができる。
【０１１９】
本発明の方法及びシステムの他の利点は、車両の空調装置で使用される車両に搭載された気圧調節されたＣＯ２の有用性である。かかるＣＯ２は、環境を損なうために危険をもたらすと指摘された人造のハイドロフルオロカーボン化学薬品及びフロン・タイプの冷媒の代わりに使用される。
【０１２０】
本発明は、特定の実例及び添付され例示された図面に関して記載されたが、本発明の貢献から逸脱することなく様々な他の修正及び変更がなされ得ることは、当業者に明白であり、その範囲は、続く請求項によって決定される。
【図１】
2014504695.tif 000004
【図２】
2014504695.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014504695.tif 000009
【図７】
2014504695.tif 000010
【図８】
2014504695.tif 000011
【図９】
2014504695.tif 000012
【図１０】
2014504695.tif 000013
【図１１】
2014504695.tif 000014
【図１２】
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【国際調査報告】
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