(57)【要約】  本発明は、ＣＯ2を電気化学的水素化によって処理する方法に関する。この方法は以下の工程を含む。・加熱手段（１６０）からの熱を、プロトン伝導電解槽（１１０）が水蒸気を電解するために適した動作温度（Ｔ１）に到達するようにプロトン伝導電解槽へ移動させる、・加熱手段（１６０）によって生産されたＣＯ2をプロトン伝導電解槽の陰極に供給する、・陽極に水蒸気を供給する、・陽極で水蒸気を酸化する、・プロトン伝導膜のなかにプロトン化種を発生させる、・プロトン伝導膜のなかでプロトン化種を移動させる、・陰極（３３）の表面でプロトン化種を反応性水素原子の形態に還元する、・プロトン伝導電解槽（１１０）の陰極（３３）の表面でＣＯ2を前記反応性水素原子によって水素化する、これにより、ＣxＨyＯzタイプの化合物（ここでｘ≧１、０≦ｙ≦（２ｘ＋２）、および０≦ｚ≦２ｘである）を形成することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣxＨyＯzタイプの化合物（ここでｘ≧１、０≦ｙ≦（２ｘ＋２）、およびｚは０と２ｘとの間に含まれる。）を得るために、加熱手段（１６０）を介した炭素製品の燃焼によって得られているＣＯ2および／またはＣＯを電気化学的水素化によって処理する方法であって、
加熱手段（１６０）からの熱を、陽極（３２）と陰極（３３）との間に配置されたプロトン伝導膜（３１）を備えるプロトン伝導電解槽（１１０）が水蒸気を電解するために適した動作温度（Ｔ１）に到達するように前記プロトン伝導電解槽（１１０）へ移動させるステップと、    
前記加熱手段（１６０）によって生産されたＣＯ2および／またはＣＯを前記プロトン伝導電解槽（１１０）の前記陰極（３３）に供給するステップと、
前記プロトン伝導電解槽（１１０）の前記陽極（３２）に水蒸気を供給するステップと、
前記陽極（３２）で水蒸気を酸化するステップと、
前記酸化ステップの後で、前記プロトン伝導膜（３１）のなかにプロトン化種を発生させるステップと、
前記プロトン伝導膜（３１）のなかで前記プロトン化種を移動させるステップと、
前記陰極（３３）の表面で前記プロトン化種を反応性水素原子の形態に還元するステップと、
前記プロトン伝導電解槽（１１０）の前記陰極（３３）の表面でＣＯ2および／またはＣＯを前記反応性水素原子によって水素化するステップであって、ＣxＨyＯzタイプの化合物（ここでｘ≧１、０≦ｙ≦（２ｘ＋２）、および０≦ｚ≦２ｘである）を形成することができるステップと、を有する、ＣＯ2および／またはＣＯを電気化学的水素化によって処理する方法。
【請求項２】
水素化によって生産されたＣXＨYＯZタイプの化合物を前記加熱手段（１６０）の燃料として使用するステップを含む、請求項１に記載のＣＯ2および／またはＣＯを電気化学的水素化によって処理する方法。
【請求項３】
前記加熱手段（１６０）の燃料としてのＣXＨYＯZタイプの化合物の使用に先立って、ガス状のＣXＨYＯZタイプの化合物を独自に前記加熱手段（１６０）に注入することを可能にする相分離のステップを含む、請求項１または２に記載のＣＯ2および／またはＣＯを電気化学的水素化によって処理する方法。
【請求項４】
前記プロトン伝導電解槽（１１０）の陰極（３３）に前記加熱手段（１６０）によって生産されたＣＯ2および／またはＣＯを前記供給するステップに先立って、純粋なＣＯ2および／またはＣＯを得るために前記加熱手段によって生産されたＣＯ2および／またはＣＯを浄化するステップを含む、請求項１から３のいずれかに記載のＣＯ2および／またはＣＯを電気化学的水素化によって処理する方法。
【請求項５】
前記陽極（３２）での水蒸気の酸化のステップは、前記プロトン伝導電解槽（１１０）の出口で酸素を発生させる、請求項１から４のいずれかに記載のＣＯ2および／またはＣＯを電気化学的水素化によって処理する方法。
【請求項６】
前記プロトン伝導電解槽（１１０）によって生産された酸素の相分離のステップを含む、請求項５に記載のＣＯ2および／またはＣＯを電気化学的水素化によって処理する方法。
【請求項７】
前記加熱手段（１６０）のなかにガス状の酸素を再注入するステップを含む、請求項５または６に記載のＣＯ2および／またはＣＯを電気化学的水素化によって処理する方法。
【請求項８】
前記プロトン伝導電解槽（１１０）の陰極（３３）または端子に印加される電位および／または電流の作用によって、形成されるＣXＨYＯZタイプの化合物の種類を制御するステップを含む、請求項１から７のいずれかに記載のＣＯ2および／またはＣＯを電気化学的水素化によって処理する方法。
【請求項９】
形成される前記ＣXＨYＯZタイプの化合物は、それぞれの誘導体も含むアルカン、アルケン、またはアルキンの群であって、置換されているもの、いないものも含む群に属し、さらに、１またはそれ以上のアルコール、アルデヒド、ケトン、アセタール、エーテル、過酸化物、エステル、無水物を含むことができる、請求項１から８のいずれかに記載のＣＯ2および／またはＣＯを電気化学的水素化によって処理する方法。
【請求項１０】
形成されるＣXＨYＯZタイプの化合物は、炭素化合物燃料である、請求項１から９のいずれかに記載のＣＯ2および／またはＣＯを電気化学的水素化によって処理する方法。
【請求項１１】
前記加熱手段（１６０）から前記プロトン伝導電解槽（１１０）への熱伝達ステップは熱交換器によって行われる、請求項１から１０のいずれかに記載のＣＯ2および／またはＣＯを電気化学的水素化によって処理する方法。
【請求項１２】
前記加熱手段（１６０）からプロトン伝導前記電解槽（１１０）への前記熱伝達ステップは、直接的な熱伝達によって行われ、前記プロトン伝導電解槽（１１０）は、前記加熱手段（１６０）の近傍の加熱領域（１５０）に位置している、請求項１から１０のいずれかに記載のＣＯ2および／またはＣＯを電気化学的水素化によって処理する方法。
【請求項１３】
前記加熱手段（１６０）から前記プロトン伝導電解槽（１１０）への熱伝達は前記プロトン伝導電解槽（１１０）が２００℃以上８００℃未満、好ましくは３５０℃と６５０℃との間の温度（Ｔ１）に到達するように行われる、請求項１から１２のいずれかに記載のＣＯ2および／またはＣＯを電気化学的水素化によって処理する方法。
【請求項１４】
前記加熱手段（１６０）から前記プロトン伝導電解槽（１１０）への熱伝達は前記プロトン伝導電解槽（１１０）が５００℃と６００℃との間の温度（Ｔ１）に到達するように行われる、請求項１から１２のいずれかに記載のＣＯ2および／またはＣＯを電気化学的水素化によって処理する方法。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の方法を実施するための、炭素ガスを電気化学的水素化によって処理するシステム（１００）であって、
炭素製品の燃焼によってＣＯ2および／またはＣＯを放出する加熱手段（１６０）と、
プロトン伝導膜の形態の電解質（３１）と陽極（３２）および陰極（３３）を備えて、前記加熱手段（１６０）の近傍に位置しているプロトン伝導電解槽（１１０）と、
水蒸気を前記陽極（３２）を経由して前記電解質（３１）のなかに圧力下で注入する手段（４２）と、
前記加熱手段（１６０）によって生産されたＣＯ2および／またはＣＯを前記プロトン伝導電解槽（１１０）の前記陰極（３３）の表面に圧力下で供給する手段（４１）と、
前記プロトン伝導電解槽（１１０）の前記陰極（３３）の表面で水素化によって形成されたＣXＨYＯZタイプの化合物を排出する手段と、
水蒸気の電気分解反応によって、前記陽極で発生された酸素および水を排出する手段と、を備える、炭素ガスを電気化学的水素化によって処理するシステム（１００）。
【請求項１６】
前記加熱手段がボイラーから形成される、請求項１５に記載の、炭素ガスを電気化学的水素化によって処理するシステム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣxＨyＯzタイプの化合物（特にここでｘ≧１、０≦ｙ≦（２ｘ＋２）、および０≦ｚ≦２ｘである）を得るために、炭素ガスすなわち二酸化炭素（ＣＯ2）および／または一酸化炭素（ＣＯ）を、水の電気分解により発生した非常に反応性のある水素によって処理する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、セラミック伝導膜は、それらの性能を向上させる広範な研究の主題であり、前記膜は、とりわけ、次の分野において特に興味深い用途を見いだされている。すなわち：
−  水素を製造するための高温での水の電気分解、
−  ＣxＨyＯzタイプの化合物（ｘ≧１、０≦ｙ≦（２ｘ＋２）、および０≦ｚ≦２ｘ）を得るための電気化学的水素化による炭素ガス（ＣＯ2、ＣＯ）の処理。国際公開ＷＯ２００９／１５０３５２号公報は、このような方法の例を記載している。
【０００３】
現在のところ、次の２つの水蒸気電解生産方法が知られている。    
−  通常、７５０℃と１０００℃との間の温度で動作するＯ2-陰イオン伝導体を用いた電解；
−  本特許に関係しているプロトン伝導体を用いた電解。
【０００４】
図１に示された生産方法は、プロトンを伝導することができ、通常、２００℃と８００℃の間の温度で動作する電解質を使用している。
【０００５】
より具体的には、この図１は、陽極１２および陰極１３によって分離された電解質の機能を確実にするプロトン伝導セラミック膜１１を有する電解槽１０を図式的に示す。
【０００６】
陽極１２と陰極１３との間に電位差を印加することによって、陽極１２の側でＨ2Ｏ蒸気の酸化を引き起こす。この水蒸気は陽極１２に流入し、従って酸化されて酸素Ｏ2およびＨ+イオン（またはクレーガー＝ビンク（Kroeger-Vink））の表記法ではＯＨｏ.）を形成し、この反応は式：
Ｈ2Ｏ＋２ＯoX  →  ２ＯＨo.＋（１／２）Ｏ2＋２ｅ’
によって、電子ｅ-を放出する。
【０００７】
Ｈ+イオン（またはクレーガー＝ビンクの表記法ではＯＨo.）は、電解質１１のなかを通って移動して式：
２ｅ’＋ ２ＯＨo.  →  ２ＯoX＋Ｈ2
によって、陰極１３の表面に水素Ｈ2を形成する。
【０００８】
従って、この方法は、電解槽１０の出口で、純粋な水素−陰極室、および水蒸気と混合された酸素−陽極室、を提供する。
【０００９】
より厳密に言えば、Ｈ2の形成は、陰極の表面で可変エネルギーおよび相互作用度を有して吸収された水素原子および／または水素原子ラジカルＨ・（またはクレーガー＝ビンクの表記法ではＨElectrodeX（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ：電極））である中間化合物の形成を経る。これらの種は高反応性であるので、それらは通常、式：
２ＨElectrodeX  →  Ｈ2
によって再結合して水素Ｈ2を形成する。
【００１０】
これらの高反応性の種は、電解槽１０の出口で、次の関係式によるＣxＨyＯzタイプの化合物（ｘ≧１、０≦ｙ≦（２ｘ＋２）、および０≦ｚ≦２ｘ）を得るための電気化学的水素化による炭素ガス（ＣＯ2、ＣＯ）の処理に用いられる。  
（４ｘ−２ｚ＋ｙ）ＨElectrodeX＋ｘＣＯ2  →  ＣxＨyＯz＋（２ｘ−ｚ）Ｈ2Ｏ
【発明の概要】
【００１１】
本発明の目的は、水素化による処理を行うことによって、炭素製品（石炭、木材、石油）からの熱の生産、または焼却、または廃棄によって生じた炭素ガスを再生利用すること、および、温室効果ガスの生産を最善の方法で削減することである。
【００１２】
この目的を達成するために、本発明は、ＣxＨyＯzタイプの化合物（ここでｘ≧１、０≦ｙ≦（２ｘ＋２）、およびｚは０と２ｘとの間に含まれる。）を得るために、電気化学的水素化によってＣＯ2および／またはＣＯを処理する方法を提案する。前記ＣＯ2および／またはＣＯは、加熱手段（１６０）を介した炭素製品の燃焼によって得られており、前記方法は、以下を有する。
−  加熱手段からの熱を、プロトン伝導電解槽が水蒸気を電解するために適した動作温度Ｔ１に到達するようにプロトン伝導電解槽へ移動させるステップと、なお、前記プロトン伝導電解槽は、陽極と陰極との間に配置されたプロトン伝導膜を備えており、    
−  前記加熱手段によって生産されたＣＯ2および／またはＣＯをプロトン伝導電解槽の陰極に供給するステップと、
−  前記電解槽の陽極に水蒸気を供給するステップと、
−  陽極で水蒸気を酸化するステップと、
−  前記酸化ステップの後で、プロトン伝導膜のなかにプロトン化種を発生させるステップと、
−  前記プロトン伝導膜のなかで前記プロトン化種を移動させるステップと、
−  陰極の表面で前記プロトン化種を反応性水素原子の形態に還元するステップと、
−  前記反応性水素原子によって電解槽の陰極の表面でＣＯ2および／またはＣＯを水素化するステップと、なお、前記水素化ステップは、ＣxＨyＯzタイプの化合物（ここでｘ≧１、０≦ｙ≦（２ｘ＋２）、および０≦ｚ≦２ｘである）を形成することができる、を有する。
【００１３】
反応性水素原子は、陰極の表面で吸着している水素原子および／または水素原子ラジカルＨ・（またはクレーガー＝ビンクの表記法ではＨElectrodeＸ）を意味するように理解される。
【００１４】
従って本発明による方法によれば、電解槽の陰極で高反応性水素を発生する水蒸気の電気分解と一緒に電解槽の陰極に注入された炭素製品の高反応性水素との反応による電極触媒水素化を用いることにより、炭素製品の燃焼に由来して加熱手段により作られる炭素ガスを再利用することができる。
【００１５】
例として、前記ＣxＨyＯzタイプの化合物は、パラフィンＣnＨ2n+2、オレフィンＣ2nＨ2n、アルコールＣnＨ2n+2ＯＨまたはＣnＨ2n-1ＯＨ、アルデヒドおよびケトンＣnＨ2nＯである。
【００１６】
好ましくは、生産されるＣxＨyＯz化合物は、炭素製品の外部からの投入を削減するために加熱手段の燃焼を供給することができる化合物である。好ましくは、形成される化合物は、例えば、脂肪族または芳香族であってもよく、アルカン、アルケン、またはアルキンに属する群であって、それぞれの誘導体も含み、置換されているものいないものも含む群であってもよく、（化合物は）１またはそれ以上のアルコール、アルデヒド、ケトン、アセタール、エーテル、過酸化物、エステル、無水物を含むことができるような炭素製品燃料である。
【００１７】
本発明は、好ましくは加熱手段（炭素製品の燃焼によって生じた）によって生産された熱をプロトン伝導電解槽を加熱するために用いることができる。ここで電解槽の加熱は電気分解反応および電極触媒水素化反応を行うために必要とされている。従って、電解槽は温室効果ガスを発生する特別な費用のかかる加熱手段の使用を必要としない。
【００１８】
本発明による方法は、また個別に、またはそれらの技術的に可能な組み合わせを考慮した、以下の１またはそれ以上の特徴を有してもよい。
−  本方法は、水素化によって生産されたＣXＨYＯZタイプの化合物を前記加熱手段の燃料として使用するステップを含む。
−  前記加熱手段の燃料としてのＣXＨYＯZタイプの化合物の使用に先立って、前記方法は、ＣXＨYＯZタイプの化合物をガスの形態で独自に加熱手段に注入することを可能にする相分離のステップを含む。
−  電解槽の陰極室のなかに前記加熱手段によって生産されたＣＯ2および／またはＣＯを前記供給するステップに先立って、前記方法は、純粋なＣＯ2および／またはＣＯを得るために前記加熱手段によって生産されたＣＯ2および／またはＣＯを浄化するステップを含む。
−  陽極での水蒸気の酸化の前記ステップは、陽極室の出口で酸素を発生させる。
−  前記方法は、前記電解槽によって生産された酸素の相分離のステップを含む。
−  前記方法は、前記加熱手段のなかに前記酸素をガスの形態で再注入するステップを含む。
−  本方法は、電解槽の陰極または端子に印加される電位および／または電流の作用によって、形成されるＣXＨYＯZタイプの化合物の種類を制御するステップを含む。
−  形成されるＣXＨYＯZタイプの化合物は、それぞれの誘導体も含むアルカン、アルケン、またはアルキンの群であって、置換されているもの、いないものも含む群に属し、（また、化合物は）１またはそれ以上のアルコール、アルデヒド、ケトン、アセタール、エーテル、過酸化物、エステル、無水物を含むことができる。
−  形成されるＣXＨYＯZタイプの化合物は、炭素化合物燃料である。
−  加熱手段から前記電解槽への前記熱伝達ステップは、熱交換器によって行われる。
−  加熱手段から前記電解槽への前記熱伝達ステップは、直接的な熱伝達によって行われ、前記電解槽は、前記加熱手段の近傍の加熱領域に位置している。
−  加熱手段からプロトン伝導電解槽への熱伝達は前記電解槽が２００℃以上８００℃未満の温度、好ましくは３５０℃と６５０℃との間の温度に到達するように行われる。
−  加熱手段からプロトン伝導電解槽への熱伝達は前記電解槽が５００℃と６００℃との間の温度に到達するように行われる。
【００１９】
本発明の主題はまた、本発明による方法を実施するための電気化学的水素化によって炭素ガスを処理するシステムであり、前記システムは以下を備える。    
−  炭素製品の燃焼によってＣＯ2および／またはＣＯを放出する加熱手段と、
−  プロトン伝導膜の形態の電解質と陽極および陰極を備えて、加熱手段の近傍に位置しているプロトン伝導電解槽と、
−  水蒸気を前記陽極を経由して前記電解質のなかに圧力下で注入する手段と、
−  加熱手段によって生産されたＣＯ2および／またはＣＯを電解槽の陰極の表面に圧力下で供給する手段と、
−  電解槽の陰極の表面で水素化によって形成されたＣXＨYＯZタイプの化合物を排出する手段と、
−  水蒸気の電気分解反応によって、陽極で発生された酸素および水を排出する手段と、を備える。
【００２０】
本発明の好ましい１実施形態によれば、加熱手段はボイラーから形成される。
【００２１】
他の特徴および利点は、添付図面を参照して、指摘としておよび限定することなく以下に与えられた説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】すでに述べたように、プロトン伝導蒸気電解槽の簡略化した配置図である。
【図２】炭素製品の燃焼の際にボイラーによって生産された炭素ガスを処理するシステムの配置図である。
【図３】本発明による方法の実施のための電解セルの一般的な簡略化した配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図２は、本発明による方法の実施を可能にする炭素ガス処理システム１００を図式的に示す。
【００２４】
処理システム１００は、以下を備える。
−  熱の生産のために用いられた炭素製品の燃焼によって生じたＣＯ2および／またはＣＯと同様に他のガスも放出するボイラーのような加熱手段１６０、
−  ＣＯ2および／またはＣＯを単離するためにボイラー１６０によって放出されたガスを浄化することができる浄化器１２０、
−  プロトン伝導膜の形態の電解質３１と、陽極３２と陰極３３とを備えるプロトン伝導電解槽１１０（図３）、
−  電解槽の陽極３２と陰極３３との間に循環する電流を誘導する手段３４（図３）、
−  陽極３２を介して、電解質のなかに水蒸気ｐＨ2Ｏを、好ましくは圧力下で注入するための手段４１、
−  電解槽１１０の陰極３３の表面に、好ましくは圧力下で、浄化された二酸化炭素（ｐＣＯ２）および／または一酸化炭素（ｐＣＯ）を供給するための手段４２、
−  電解槽１１０の陰極３３の表面に水素化によって形成されたＣXＨYＯZタイプの化合物を排出する手段、
−  水蒸気の電気分解反応によって、陽極３２で発生された酸素を排出する手段、を備える。
【００２５】
陽極３２と陰極３３との間を循環する電流を誘導する手段３４は、電圧、電流発生器、または、ポテンショスタット（この場合、セルはまた、すくなくとも１つの陰極または陽極の参照電極を有する）である。
【００２６】
図３は、ＣＯ２および／またはＣＯを還元した後で、ＣXＨYＯZタイプの化合物（ここでｘ≧１、０≦ｙ≦（２ｘ＋２）、および０≦ｚ≦２ｘである）を形成するために用いられる電解槽１１０の電解セル３０の実施形態の例をより詳細に示す。
【００２７】
陽極３２で水が酸化されてそれと同時に電子が解放され、それと同時にＨ+イオン（ＯＨo.の形状である）が発生する。
【００２８】
これらのＨ+イオンは、電解質３１のなかを通って移動する。従って、陰極３３で注入が行われれば異なる化合物と反応することができる。ＣＯ2および／またはＣＯのタイプの炭素化合物が陰極３３で前記Ｈ+イオンと反応すればＣxＨyＯzタイプの化合物（ここで、ｘ≧１、０≦ｙ≦（２ｘ+２）、および０≦ｚ≦２ｘである）と水を陰極３３で形成する。
【００２９】
異なる反応の化学反応式は、特に以下のように書かれてもよい。
（６ｎ＋２）ＨElectrodeX＋ｎＣＯ2  →  ＣnＨ2n+2＋２ｎＨ2Ｏ
６ｎＨElectrodeX＋ｎＣＯ2  →  ＣnＨ2n＋２ｎＨ2Ｏ
６ｎＨElectrodeX＋ｎＣＯ2  →  ＣnＨ2n+2Ｏ＋（２ｎ−１）Ｈ2Ｏ
（６ｎ−２）ＨElectrodeX＋ｎＣＯ2  →  ＣnＨ2nＯ＋（２ｎ−１）Ｈ2Ｏ
【００３０】
形成される化合物の種類は作動条件に依存するが、ＣxＨyＯzの形成反応全体は以下のように書いてもよい。
（４ｘ−２ｚ＋ｙ）ＨElectrodeX＋ｘＣＯ2  →  ＣxＨyＯz＋（２ｘ−ｚ）Ｈ2Ｏ
【００３１】
陰極で合成されるＣxＨyＯz化合物の種類は、種々の作動パラメータ、たとえば、陰極室の圧力、ガスの分圧、動作温度Ｔ１、陰極３３または電解槽の端子に印加される電位／電流の組み合わせ、ガスの滞留時間、および電極の特性などに依存する。
【００３２】
電解槽の動作温度Ｔ１は、範囲２００℃から８００℃の間で、好ましくは３５０℃と６５０℃との間で構成される。この範囲の温度での動作温度Ｔ１は、また、発生させたい炭素化合物ＣxＨyＯzの種類に依存する。
【００３３】
これらの作動パラメータは、電解槽１１０の陰極３３の出口で形成される燃料化合物が、ボイラー１６０の燃焼に供給できるように形成されるように決められる。
【００３４】
これらの作動パラメータが水素を生産すると同時にＣXＨYＯZタイプの化合物も生産するように決められることがまた好ましい。水素／ＣXＨYＯZタイプの化合物の混合物は、加熱手段の中でＣXＨYＯZタイプの化合物の燃焼を助けるという利点を有する。
【００３５】
１実施形態によれば、作動パラメータはＣXＨYＯZタイプの化合物９０％および水素１０％から形成された混合物が得られるように決められる。
【００３６】
第１の実施形態によれば、陽極３２および陰極３３は、優先的に、プロトン伝導セラミックと電子伝導不動態合金との混合物から構成されるサーメットから形成される。ここで、電子伝導不動態合金とは、酸化環境において（例えば、電解槽の陽極で）それを保護するための受動的な保護層を形成することができる合金である。この不動態合金は、優先的に金属合金である。
【００３７】
不動態合金は、温度で酸化されることのない特殊性を有するサーメットを得るために例えばクロム（優先的には少なくとも４０％のクロム）を含む。合金中のクロム含有量は、合金の融点がセラミックの焼結温度を超えるように決定される。焼結温度は、電解質膜をガス漏れがないように焼結するために必要な焼結温度を意味するように理解される。
【００３８】
クロム合金は、また、不動態層の電子伝導特性を保持するために遷移金属を含んでもよい。従って、クロム合金は、クロムおよび次の遷移金属の1つの合金である：コバルト、ニッケル、鉄、チタン、ニオブ、モリブデン、タンタル、タングステン。
【００３９】
陽極および陰極の電極３２および３３のセラミックは、好ましくは、電解質３１の電解質膜を形成するために用いられたセラミックと同一のセラミックである。
【００４０】
本発明の好ましい実施形態によれば、電極３２および３３のサーメットの形成、および電解質３１の形成に用いられているプロトン伝導セラミックは、好ましくは、ランタナイド（lanthanide）から選択された要素Ａによってドープされることができる一般式がＡＺｒＯ３のジルコン酸塩タイプのペロブスカイトである。
【００４１】
膜の形成のためのセラミックのこのタイプの使用は、従って、ガス漏れがなく十分な焼きしまり得るために高い焼結温度の使用を必要とする。電解質３１の焼結温度は、セラミック特性への作用としてのみならず、望ましい空孔率への作用としてより具体的に定められる。従来方法では、ガス漏れがないためには、電解質３１は空孔率の水準が６％未満（または密度９４％を超える）でなければならない。
【００４２】
好ましくは、セラミックの焼結は、高温における金属の酸化を避けるために、例えば、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）、または、増熱（carburation）のリスクが無ければ一酸化炭素（ＣＯ）の雰囲気のような、還元性雰囲気で行われる。
【００４３】
セル３０の電極３２および３３は、また、１５００℃を超える温度（ジルコン酸塩タイプの焼結の例による）で焼結される。
【００４４】
第２の実施形態によれば、陽極３２および陰極３３は、また、ランタナイドを用いてドープされたペロブスカイトからなるセラミック材料から形成されてもよい。ペロブスカイトは、化学式ＡＺｒＯ3のジルコン酸塩でもよい。ジルコン酸塩は、ランタナイド、たとえばエルビウムによってドープされる。加えて、ランタナイドによってドープされるペロブスカイトは、次の群から採用されるドーピング元素でもよい：ニオブ、タンタル、バナジウム、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス。これらのドーピング元素は、セラミックをドープするために選択される。なぜならば、それらは５に等しい酸化状態から３の酸化状態に移ることができる、すなわち、焼結の際にそれらは酸素を解放されることができるからである。より具体的には、ドーピング元素は、好ましくは、ニオブまたはタンタルである。それぞれの電極はまた、サーメットを形成するためにセラミックと混合された金属を有する。セラミックは、例えば、０．１重量％と０．５重量％との間のニオブ、４重量％と４．５重量％との間のエルビウム、および残りはジルコン酸塩を含む。セラミックにニオブ、タンタル、バナジウム、リン、ヒ素、アンチモン、またはビスマスをドーピングするという事実によって、電子伝導セラミックにすることができる。そのセラミックはその後、混合伝導を有するセラミックである。換言すれば、それは、電子およびプロトンを伝導する。一方、これらのドーピング元素の不存在、つまり、単一の酸化状態を有するランタナイドをドープされたペロブスカイトは、電子を伝導しない。そのような構成（混合伝導）は、固体電解質と同じ性質の材料から作られた電極を有することを可能にする。それは、プロトンおよび電子の双方に良い伝導性を有し、セラミックがたとえ金属と混合（第１の実施形態の場合のように）されなくても良い伝導性を有する。
【００４５】
システム１００は、さらに、電解槽１１０の陰極３３で合成されたＣXＨYＯZタイプの化合物をその入口で受け取る凝縮器１３０を備える。凝縮器１３０は、水素化反応によって生産されたガスの形態のＣXＨYＯZタイプの化合物および水を分離することができる。従って、凝縮器１３０は、水を液体の形状でトラップすることにより凝縮器１３０の出口で、合成されたＣXＨYＯZタイプの化合物をガスの形態で独自に得ることができる（図２に示された実施形態の炭素化合物燃料）。このＣXＨYＯZタイプの化合物は、その後、乾燥剤カートリッジ１７０のなかで脱水された後で、ボイラー１６０の炭素製品供給回路のなかへ注入される。合成されたＣXＨYＯZタイプの化合物の投入によって、炭素製品の個別の投入を削減することができる。本発明によるシステムは、従って、このようなセミ閉回路で作動することができ、合成されたＣXＨYＯZタイプの化合物をボイラーに供給することによって燃料の外部からの投入を削減することができる。
【００４６】
凝縮器１３０のなかで回収された水は、水の外部からの投入を制限するために、その後、水供給回路のなかに再注入される。
【００４７】
前段落と同様な方法で、システム１００は、また、陽極３２で水蒸気の電気分解によって生産された酸素をその入口で受け取る凝縮器１４０を備える。酸素は電解槽１１０の出口で水と混合されているが、凝縮器１４０は酸素から水を分離することができる。酸素は、その後、炭素製品の燃焼に供給するためにボイラー１６０に再注入され、水は、水供給回路のなかへ再注入される。その結果注入された酸素によって、空気の代わりの酸化剤として電解槽から出されている酸素を直接的に用いて酸素燃焼を行うことができる。
【００４８】
凝縮器１３０および１４０は、冷却した化合物をシステム１００の異なる回路に８０℃から８５℃の間の温度で再注入するために、凝縮器に注入される化合物を冷却する機能も有している。
【００４９】
電解槽１１０の加熱は、電解槽が、２００℃以上８００℃未満であり、好ましくは３５０℃と６５０℃の間に含まれる温度である温度Ｔ１に到達するように、ボイラー１６０から電解槽１１０への熱伝達によって行われる。
【００５０】
水素化された有機化合物を得るために、電解槽の温度Ｔ１は、好ましくは５００℃と６００℃の間に含まれなければならない。
【００５１】
第１の実施形態によれば、熱伝達はボイラー１６０の周りの加熱領域１５０に電解槽１１０が位置することによって達成される。
【００５２】
第２の実施形態によれば、熱伝達はボイラーによって生産された熱エネルギーを電解槽に伝達することができる熱交換器（図示せず）を用いることによって達成される。
【００５３】
特に限定しない実施形態によれば、システムはさらに、電解槽の出口、より厳密には電解槽の陽極（水蒸気）および／または陰極の出口、に位置しているタービンを備える。図２においては、このようなタービンは、例として参照記号５０による点線によって示されている。この実施例においては、タービンは、電解槽の陽極で出てくるガス流の経路に位置している。このようなタービンは、ガス流の通過によって電力を発生するように構成されている。本発明の好ましい実施形態によれば、生産された電力はその後、電解槽に電気的に供給することができる。従って、この個別の実施形態によれば、電解槽の端子で電位差を発生させるための個別の発電機の消費電力を削減することができる。
【００５４】
特に限定しない実施形態によれば、本発明によるシステムは、好ましくは、水の電気分解反応によって形成された熱の形態の生産物を回収するために設けられた熱電変換デバイスを備える。
【００５５】
特に限定しない実施形態によれば、このシステムは、電気分解反応によって陽極に発生された酸素／水の混合物を冷却するように構成されているとともに、陽極を経由して電解質のなかに注入されることができる水蒸気を形成するために電解槽の入口で水を加熱するように構成されている熱交換器を備える。
【００５６】
本発明は、炭素製品（石炭、木材、石油）からの熱の生産、または廃棄物の焼却の結果としての炭素ガスを回収するためのとりわけ興味深い応用を見出している。
【００５７】
（補足説明）
ＰＣＴ出願書類における符号は、翻訳文においては、下記のように表現した。
（出願書類の符号）                （翻訳文の符号）
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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