(57)【要約】本発明はメタノールを製造する方法に関する。該方法には、風力発電機（６）の回転翼（５）で形成した壁（１）を設け、該壁（１）には、炭酸脱水素酵素（３）を固定する表面（２）を有するステップと、壁（１）の該表面（２）を気体流に露出するステップと、上記炭酸脱水素酵素（３）を使用して、上記気体流から二酸化炭素を除去するステップと、を備える。そうして得た二酸化炭素を次に使用して、電気エネルギーを使用して水と二酸化炭素をメタノールに変換する化学反応で、メタノールを生産する。本発明はまた、メタノールを製造する装置に関する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電機（６）の回転翼（５）で形成した壁（１）を設け、前記壁（１）には、炭酸脱水素酵素（３）を配設する表面（２）を有するステップと、前記壁（１）の表面（２）を気体流に露出するステップと、前記炭酸脱水素酵素（３）を使用して、前記気体流から二酸化炭素を除去するステップと、そうして得た二酸化炭素を使用して、電気エネルギーを使用して水と二酸化炭素をメタノールに変換する化学反応でメタノールを生産するステップを備えること、を特徴とするメタノールを製造する方法。
【請求項２】
前記風力発電機（６）からの電気エネルギーを使用して、水と二酸化炭素をメタノールに変換すること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記気体を空気とすること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
風力発電機からの電気エネルギーを使用して、水と二酸化炭素をメタノールに変換すること、を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の方法。
【請求項５】
前記回転翼（５）を、該回転翼（５）の半径方向に互いに分離した複数のセル（８）に分割し、各セル（８）には、炭酸脱水素酵素を、各セル（８）が二酸化炭素を抽出できるように、配設する壁（１）を有すること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記獲得したメタノールを、次に使用して、燃料電池で電気エネルギーを発生させること、を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
風力発電機（６）の回転翼（５）で形成する壁（１）であって、炭酸脱水素酵素（３）を、例えば空気から二酸化炭素を抽出できるように、配設した表面（２）を有する前記壁（１）と、二酸化炭素をメタノールに変換できる燃料電池（９）であって、抽出した二酸化炭素を前記燃料電池に輸送できるように、前記壁（１）に接続する前記燃料電池（９）と、該燃料電池（９）に接続した電気エネルギー源とを備えること、を特徴とするメタノールを製造する装置。
【請求項８】
前記回転翼（５）を、該回転翼（５）の半径方向に互いに分離した複数のセル（８）に分割し、各セル（８）には、炭酸脱水素酵素（３）を、各セル（８）が二酸化炭素を抽出できるように、配設した壁（１）を有すること、を特徴とする請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタノールを製造する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メタノールをエネルギー源として使用できることが知られている。例えば、メタノールは、燃料電池の電力生成プロセスで使用できる。また、メタノールを使用して、燃焼によりエネルギーを生産できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、本発明の目的は、メタノールを生産する方法及びメタノールを生産するのに適当な装置を提供することである。本発明の更なる目的は、エネルギーを容易に利用可能になったとき、或いはエネルギー需要が低くなったときに、エネルギーを貯蔵する方法を提供し、それにより貯蔵したエネルギーを、エネルギーが不十分になった、或いは多量のエネルギーが必要となったときに、使用できるようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、メタノールを製造する方法に関する。本発明の方法には、炭酸脱水素酵素を配置、例えば固定した表面を有する壁を設けるステップと、気体流、特には空気流に、該壁を露出するステップと、該炭酸脱水素酵素を使用して、上記気体流から二酸化炭素を除去するステップとを、備える。そうして得た二酸化炭素を、その後使用して、メタノールを生産してもよい。
【０００５】
好適には、この二酸化炭素を使用して、電気エネルギーを使用して水と二酸化炭素をメタノールに変換する化学反応で、メタノールを生産する。
【０００６】
上記壁を、例えば、風力発電機の回転翼で形成してもよい。風力発電機からの電気エネルギーを、その結果使用して、水と二酸化炭素をメタノールに変換してもよい。勿論、上記壁を風力発電機の回転翼で形成した場合でも、メタノールの生産に使用する電気エネルギーを、該風力発電機とは別のソースから得てもよい。
【０００７】
回転翼を、該回転翼の半径方向に互いに分離した複数のセルに分割してもよい。各セルには、炭酸脱水素酵素を、各セルで二酸化炭素を抽出できるように、配設、例えば固定した壁を有してもよい。
【０００８】
獲得したメタノールを、次に使用して、例えば、燃料電池において電気エネルギーを生産してもよい。
【０００９】
また、本発明はメタノールを製造する装置にも関する。本装置には、炭酸脱水素酵素を、二酸化炭素を気体、特に空気から抽出できるように、配設（例えば、固定）した表面を有する壁を、備える。本装置には、上記壁に接続した燃料電池、及び該燃料電池に接続した電気エネルギー源を、更に備える。
【００１０】
上記壁を、例えば、風力発電機の回転翼で形成してもよい。
【００１１】
実施例によっては、回転翼を、該回転翼の半径方向に互いに分離した複数のセルに分割できる。少なくとも該セルの幾つか及び場合によっては各セルには、炭酸脱水素酵素を、幾つかのセル（又は各セル）が二酸化炭素を抽出できるように、配設／固定した壁を、有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の略図である。
【図２】本発明を回転翼に適用した本発明の実施例を示す。
【図３】如何にして本発明を風力発電機に適用してもよいかについて図式的に示している。
【図４】図１と同様な断面の略図であるが、より明確に二酸化炭素の排出経路を示している。
【図５】図４で示したセルの側面図である。
【図６】燃料電池におけるプロセスを図式的に示している。
【図７】図６のプロセスに対して逆に運転するプロセスに関する略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１を参照すると、メタノールを製造する本発明の方法には、炭酸脱水素酵素３を配設した（例えば、固定した）表面２を有する壁１を設けること、を備える。炭酸脱水素酵素は、気体流（例えば、空気流）から二酸化炭素を除去する能力を有する酵素である。二酸化炭素を空気から除去するプロセスについては、例えば、米国特許第６，１４３，５５６で開示されており、該文献では、炭酸脱水素酵素、及び炭酸脱水素酵素により空気から二酸化炭素を除去するプロセスに関して、更に詳細に言及している。本発明による方法では、壁１の表面２を空気等の気体流に露出させる。それにより、炭酸脱水素酵素３を利用して、気体流から二酸化炭素を除去する。こうして得た二酸化炭素をその後使用して、メタノールを生産する。
【００１４】
図１に示すように、表面に炭酸脱水素酵素３を配置した壁１により、二酸化炭素を抽出する抽出チャンバ１９を有するセル８の外面を構成する。チャンバ１９を、前部区画２０と後部区画２１とに分割して、前部区画２０を抽出用区画として機能させてもよい。チャンバ１９を、液体で満たす。このチャンバ１９内の液体を、前部区画２０と後部区画２１との間で液体を循環させ続けるポンプ２２によって、圧送循環できる。後部区画の液圧を、好適には、前部区画２０の液圧より高くする。そのために、縮流部２３を、後部区画２１と前部区画２０との間に形成してもよい。前部区画に流入するのに、液体が縮流部２３を通過する必要があるようにする。チャンバ１９内の液体を、水性リン酸塩緩衝系、つまり水をベースとしたものにする。液体には凍結防止剤を含有してもよい。セル８の後壁４を、第１排気導管２４に接触させる。
【００１５】
二酸化炭素の抽出は、以下のように行う。空気等の気体が、壁１の表面を通過する。二酸化炭素は炭酸脱水素酵素で吸収され、壁１を通過してセル８の前部区画２０の液体中に流入する。炭酸脱水素酵素３を配置した壁１の部分を、透過性又は半透性膜、例えば、半透性のプラスチック膜または脂質膜で形成する。この膜を、イオノフォアにドープして、イオン伝導チャネルを提供してもよい。液体をポンプ２２によって後部区画２１へと循環させる。後部区画２１から、二酸化炭素が後壁４を通過して第１排気導管２４に流入する。後壁４もまた、透過性或いは半透性膜、例えば、脂質膜で形成する。このプロセス中、気圧Ｐ１を、前部区画２０の圧力Ｐ２より大きくする、即ち、Ｐ１＞Ｐ２とする。同様に、後部区画２１の圧力Ｐ３を、前部区画２０の圧力Ｐ２より高くする、即ち、Ｐ３＞Ｐ２とする。また、後部区画２１の圧力Ｐ３を、第１排気導管２４の圧力Ｐ４より高くする。
【００１６】
毎秒、１グラムの炭酸脱水素酵素で、４４０グラムの二酸化炭素に相当する１０モルの二酸化炭素を処理できる。通常空気中に、１ｍ３当たり約３４０ｍｌの二酸化炭素が存在し、これは１ｍ３当たり０．６１グラムの二酸化炭素に相当する。結果的に、１グラムの炭酸脱水素酵素により、毎秒７０ｍ３の空気中の二酸化炭素を処理できることになる。
【００１７】
好適には、前部区画２０のｐＨを７．０超とする。例えば、前部区画２０に関する適切なｐＨレベルを、例えば７．４としてもよい。ｐＨを７超とすると、二酸化炭素は前部区画２０（抽出用区画）において、水相に、一層容易に溶解する。ここで炭酸脱水素酵素は、二酸化炭素を、直ぐに液体中に溶解する炭酸水素塩に変換するよう働く。
【００１８】
図２を参照すると、壁１を、回転翼５で形成してもよく、及び回転翼５の一部としてもよい。図３で図式的に示すように、回転翼５を、風力発電機６の回転翼としてもよい。当然ながら、壁１は、回転翼５より他のものでも形成できる。壁１を、風で移動しない静止構造体の一部とすることもできる。例えば、壁１を、排気煙突、或いは空気等の気体流に露出可能な任意の物体で形成できる。
【００１９】
図３に見られるように、回転翼５を、風力ミル６の回転翼５としてもよい。図３では、回転翼をハブ２７に取付けて示している。該ハブを、支柱２９で支持するハウジング３０に回転可能に軸支する。
【００２０】
図４及び図５に示すように、第１排気導管２４を、複数の二酸化炭素抽出用セル８で共通にしてもよい主排気導管２５に繋げる。再度図２を参照すると、主排気導管２５を回転翼５に沿って翼５の外側部分から回転翼５のハブ２７を通してその先へと延伸させている。主排気導管２５を、風力発電機６の構造体内部に設置可能な負圧／真空源２６に接続してもよい。負圧源２６を、例えば、ポンプ又はファンとしてもよい。負圧源２６から、二酸化炭素を、図３に図式的に示したように、更なる導管２８を介して、任意に送出して、二酸化炭素をメタノール製造プロセスで使用する燃料電池９に最終的に到達させてもよい。燃料電池９を、従って壁１へと接続するが、該壁１を通り空気から抽出した二酸化炭素を、壁１から燃料電池９まで輸送可能にして、これを行う。上記で開示した実施例では、壁１を、導管２４、２５、２８、及び負圧源２６を介して燃料電池９に接続している。しかし、当然ながら、壁１から燃料電池９までの接続又は連通ラインを、上記開示した方法以外で設計することができる。例えば、負圧源２６を使用する場合、負圧源２６を必ずしも風力発電機６の構造体内部に設置する必要はない。
【００２１】
空気から抽出した二酸化炭素を使用して、電気エネルギーを使用して水と二酸化炭素をメタノールに変換する化学反応、即ち、電流＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ→ＣＨ３ＯＨ（ここでは、プロセスを簡素化した形で示しているが、実際にこのプロセスには、Ｏ２等の中間化合物の形成を含んでもよい）で、メタノールを生産できる。壁１を、風力発電機６の回転翼５で形成する場合は、風力発電機６から得た電気エネルギーを、水と二酸化炭素をメタノールに変換するプロセスで使用できる。或いは、電気エネルギーを、風力発電機６以外の別のソースから得てもよい。例えば、電気エネルギーを電源幹線から得ることができる。
【００２２】
メタノールを生産するために、燃料電池９を使用してもよい。メタノールを生産するプロセスでは、燃料電池９を、その通常の操作モードと比べて、逆に運転させる。
【００２３】
次に、メタノール生産プロセスについて、図６を参照して説明する。図６では、燃料電池９がアノード１５及びカソード１６を有して、示されているのが分かる。アノード１５とカソード１６を、膜１７で分離する。数字１８は電気回路を示す。メタノールを生産するために、二酸化炭素と水を、燃料電池９の開口部１１から、燃料電池９に注入する。電流を、電気回路１８に印加する。カソード側では、Ｏ２が開口部１４から流出している間、水を開口部１３から加える（当然ながら、図６は略図である）。図６では、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）が、燃料電池から開口部１２を通り排出される。
【００２４】
当然ながら、このプロセスを、図７に示すように逆方向に運転することも可能である。図７では、如何にしてメタノールを、燃料電池９に開口部１２から供給するかについて示している。その結果起こる反応で、電流が電気回路１８で発生する。
【００２５】
回転翼５を、回転翼５の半径方向に互いに分離した複数のセル８に分割し、各セル８には、炭酸脱水素酵素を、各セル８が二酸化炭素を抽出できるように、配設／固定した壁１を、有する。必要に応じて、更なるステップをとり、セル内を減圧してもよい。
【００２６】
当然ながら、本発明について、メタノールを製造する装置という観点から記述することもできるが、該装置には、炭酸脱水素酵素３を、二酸化炭素を例えば空気から（しかし場合によっては、他の気体から、又は他の気体と混合した空気から）抽出できるように、固定した表面２を有する壁１を、備える。この装置には、壁１と接続した燃料電池９、及び燃料電池９に接続した電気エネルギー源を、備える。該電気エネルギー源を、例えば、風力発電機６としてもよいが、他の電気エネルギー源も可能である。
【００２７】
次に、本発明の一態様について、図４を参照して説明する。図４では、チャンバ１９内の液体の循環について、反時計回り方向に循環させて、示している。大気に隣接する前部チャンバでは、液体はそのため矢印Ｃの向きに移動する。回転翼５を、好適には、回転翼５が空気中で動作すると、空気が回転翼に対して矢印Ａの向きに移動し、それにより風がチャンバ１９内の流体を正しい方向に加圧するのを助けるように、配設する。例えば、風力発電機では、回転翼に対する風の動きの相対方向を、予め決定でき、セル８を、風により各セル８内部での液体の循環を助けるように、方向付ける。
【００２８】
図３を参照すると、本発明による装置には、燃料電池９を含んでもよく、タンク１０を、該燃料電池９に、燃料電池９で生産したメタノールを次に貯蔵タンク１０に貯蔵できるように、接続してもよい。
【００２９】
本装置の機能を、以下の通りにすることができる。空気が壁１を通過するときに、二酸化炭素を吸収し、該二酸化炭素を使用してメタノールを製造する。次に、具体的な例について、炭酸脱水素酵素３を風力発電機６の回転翼５に配置する実施例を参照して、説明する。風が吹き付ける間、風力発電機６の翼５は気流に露出される。電気エネルギーを風力発電機で発生させ、二酸化炭素を同時に、回転翼５に沿って抽出する。回転翼５から、１本又は複数本の導管２４、２５、２８を、二酸化炭素をメタノールに変換できる燃料電池９に、導いてもよい。風力発電機６で発生させた電気の一部を、抽出した二酸化炭素を使用して、その後貯蔵可能なメタノールを生産する反応に、利用する。
【００３０】
本発明の実施例によっては、電気エネルギーの必要性を監視してもよい。例えば、１つ又は複数の指標を、電気エネルギーが他の何処で必要か否かを決定するために、監視してもよい。そうした指標の１つを、例えば、電力価格としてもよい。電力価格の上昇は、電力需要が増大していることを示している可能性がある。電力需要が高いと示された時には、貯蔵したメタノールを使用して電力を生産し、それにより電力需要が大きいときに、電力を生産可能にする。
【００３１】
図２を参照すると、回転翼５を、該回転翼５の半径方向に互いに分離した複数のセル８に分割した、実施例について示している。各セル８には、炭酸脱水素酵素３を、各セル８が二酸化炭素を抽出できるように、配設／固定した壁１を、有する。セル８には液体を含むため、回転翼全体に沿って延在させた単独のセル場合では、液圧が不所望に高くなる可能性がある−液柱が高くなり、遠心力により問題は一層深刻になる。複数のセル８を使用すると、各セル内の液体を、他のセル内の液体と分離できる。このようにして、液圧を低く保つことができる。
【００３２】
場合によっては、本発明を、二酸化炭素の含有量が極めて高い環境、例えば工業における排気導管における、静止面に適用できる。勿論、かかる環境に回転翼を配置することも考えられる。
【００３３】
炭酸脱水素酵素を空気から二酸化炭素を抽出するのに使用することで、メタノールを生産するための二酸化炭素源を、地球大気中の二酸化炭素の総量は非常に多大であるため、実質上無尽蔵なものとして提供できる。炭酸脱水素酵素を使用する原理を、風力発電機と併用すると、これは、風力発電機で生成した電気エネルギーを、二酸化炭素をメタノールに変換するプロセスで使用できることになる。つまり、極めて低コストでメタノールを生産できる。かかるプロセスで製造したメタノールを、後で使用して、無風時等に電気エネルギーを生産することができる。その結果、風力発電機から得たエネルギーを、長期間に亘りより均等に分配できるため、電気エネルギーを一層確実に供給できる。
【符号の説明】
【００３４】
１            壁
２            表面
３            炭酸脱水素酵素
４            後壁
５            回転翼
６            風力発電機
８            セル
９            燃料電池
１０            貯蔵タンク
１１            開口部
１２            開口部
１３            開口部
１４            開口部
１５            アノード
１６            カソード
１７            膜
１８            電気回路
１９            抽出チャンバ
２０            前部区画
２１            後部区画
２２            ポンプ
２３            縮流部
２４            第１排気導管
２５            主排気導管
２６            負圧源
２７            ハブ
２８            導管
２９            支柱
３０            ハウジング
【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】
2010506043.tif 000009
【国際調査報告】
2010506043.tif 000010
2010506043.tif 000011
2010506043.tif 000012
2010506043.tif 000013