(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを嫌気性発酵してメタンと二酸化炭素を発生する嫌気性発酵部と、
前記嫌気性発酵部で発生したメタンと二酸化炭素を含む混合ガスからメタンと二酸化炭素を分離するメタン・二酸化炭素分離部と、
前記メタン・二酸化炭素分離部で分離したメタンから水素を生成する水素生成手段と、
前記メタン・二酸化炭素分離部で分離した二酸化炭素を前記水素生成手段で生成した水素を用いて触媒存在下で還元して炭素を生成する二酸化炭素固定部と、を備えた炭素製造装置。
【請求項２】
前記メタン・二酸化炭素分離部で分離したメタンの一部を燃焼するメタン燃焼部と、このメタン燃焼部で発生した熱を前記嫌気性発酵部及び前記水素生成手段に供給する反応熱伝達部と、をさらに備えた請求項１に記載の炭素製造装置。
【請求項３】
前記水素生成手段で生成した水素の一部を燃焼する水素燃焼部と、この水素燃焼部で発生した熱を前記嫌気性発酵部及び前記水素生成手段に供給する反応熱伝達部と、をさらに備えた請求項１又は２に記載の炭素製造装置。
【請求項４】
バイオマスを嫌気性発酵してメタンと二酸化炭素を発生する嫌気性発酵部と、
前記嫌気性発酵部で生成したメタンと二酸化炭素を含む混合ガスが送られ、触媒存在下で反応させて炭素を生成する二酸化炭素固定部と、
前記嫌気性発酵部で生成したメタンと二酸化炭素を含む混合ガスの一部が供給され、その混合ガス中のメタンを燃焼するメタン燃焼部と、
このメタン燃焼部で発生した熱を前記嫌気性発酵部に供給する反応熱伝達部と、
を備えた炭素製造装置。
【請求項５】
前記二酸化炭素固定部で生成された発生する水素の一部を燃焼する水素燃焼部と、この水素燃焼部で発生した熱を前記嫌気性発酵部に供給する反応熱伝達部と、をさらに備えた請求項４に記載の炭素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水道処理、排煙対策、生ゴミ処理、家畜廃棄物などの環境制御分野一般のほか、カーボンブラック製造分野、メタノール製造分野、ジメチルエーテル製造分野、ガソリン製造分野などに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
気候変動に関する政府間パネル（ＩＰＣＣ）の炭素循環に関する推計データによれば、人為的に排出される二酸化炭素（ＣＯ2）は炭素換算で年間約７１億トンに達する。そのうちのおよそ半分が大気中に残留し、残りが海洋その他に吸収されていると考えられている。二酸化炭素は温室効果ガスとして知られており、地球温暖化の原因であると考えられている。
大気中の二酸化炭素濃度を低減するためには、その排出自体を抑制することが不可欠である。その二酸化炭素排出削減のために、いろいろな方法が研究されている。
【０００３】
大気中の二酸化炭素や、発電所、製鉄所、重化学工場などから大量に排出される二酸化炭素を、排出源で固定して再資源化する方法の一つに、水素（Ｈ2）雰囲気下で二酸化炭素を還元し、微粉状炭素に変換する方法が考案されている。その変換方式は、大気や排ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離装置や、その分離された二酸化炭素を濃縮する二酸化炭素濃縮装置、二酸化炭素と水素を触媒存在下で反応させて微粉状炭素を生成するＣＯ2／Ｈ2反応装置などから構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
二酸化炭素を微粉状炭素に変換して固定するために必要な水素の入手方法としては、水の電気分解、太陽電池発電利用、水素吸蔵合金の利用などが提案されているが、現状では水素は非常に高価であるので、二酸化炭素固定化装置は、未だ実現には至っていない。
そこで、本発明は、二酸化炭素を安価なコストで固定することができる装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの局面は、バイオマスを嫌気性発酵してメタンと二酸化炭素を発生する嫌気性発酵部と、嫌気性発酵部で発生したメタンと二酸化炭素を含む混合ガスからメタンと二酸化炭素を分離するメタン・二酸化炭素分離部と、メタン・二酸化炭素分離部で分離したメタンから水素を生成する水素生成手段と、メタン・二酸化炭素分離部で分離した二酸化炭素を水素生成手段で生成した水素を用いて触媒存在下で還元して炭素を生成する二酸化炭素固定部とを備えている。
水素生成手段の一例はメタンを触媒存在下で炭素と水素に分解するメタン改質部であり、他の例はメタンを触媒存在下で水蒸気と反応させて二酸化炭素と水素を生成するメタン水蒸気改質部である。
【０００６】
本発明の他の局面は、嫌気性発酵部と、嫌気性発酵部で生成したメタンと二酸化炭素を含む混合ガスが送られ、触媒存在下で反応させて炭素を生成する二酸化炭素固定部とを備えている。
二酸化炭素固定部では触媒存在下で二酸化炭素が水素により還元されて結晶性の微粉状炭素となる。その水素はバイオマスを嫌気性発酵して得たメタンを原料として生成するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
嫌気性発酵部は所定の温度に加温しなければならない。その他の部分でも吸熱反応をともなう部分にはエネルギーが必要である。その必要なエネルギーの少なくとも一部を系内で確保できれば、それだけコスト低減を図ることができる。そこで、嫌気性発酵部で発生したメタン（ＣＨ4）の一部を燃焼するメタン燃焼部や、系内で生成した水素の一部を燃焼する水素燃焼部を備えることにより、メタン燃焼や水素燃焼により発生する燃焼熱を利用するようにすることが好ましい。メタン燃焼部や水素燃焼部以外でも、熱を発生する部分があれば、その熱を利用することができる。このように、必要な熱を系内でまかなうことができれば、運転コストの低減に寄与することができる。
【０００８】
メタン燃焼や水素燃焼により発生する燃焼熱は、他の部分の加温に使用しても余る場合は、熱を電力に変換する反応熱利用電力発生部を設けることにより、装置を作動させる電力の一部をまかなうことができ、この点からも運転コストの低減に寄与することができる。
メタン燃焼部を設けた場合には、メタンを燃焼することにより二酸化炭素が発生するので、そこで発生した二酸化炭素も二酸化炭素固定部に導いて炭素として固定するのが好ましい。メタン燃焼部からは水蒸気と二酸化炭素を含む混合ガスが発生するが、その混合ガスを直接に二酸化炭素固定部に導いてもよく、又は復水器と気液分離器からなる系内二酸化炭素供給部を介し、気液分離器で分離された二酸化炭素を二酸化炭素固定部に供給するようにしてもよい。
【０００９】
メタン燃焼部を設けた場合、メタン燃焼部から二酸化炭素固定部に送られる二酸化炭素のモル数と、嫌気性発酵部から二酸化炭素固定部に送られる二酸化炭素のモル数の和が、二酸化炭素固定部に送られるメタンのモル数と等しくなるように、二酸化炭素固定部とメタン燃焼部に送る嫌気性発酵部の発生ガスの割合が調節されていることがこのましい。これにより、装置系内で生成する二酸化炭素を全て固定化することができる。
また、二酸化炭素固定部には系外からの二酸化炭素も供給するようにしてもよい。
【００１０】
【実施例】
図１は第１の実施例をブロック図として表わしたものである。
紙、ビール廃液、ビール粕、生ゴミなどの有機性排気物を嫌気性発酵槽で細菌によって分解し、メタンと二酸化炭素を得るために、嫌気性発酵部２が設けられている。嫌気性発酵部２には、メタン・二酸化炭素分離部４が接続されており、メタン・二酸化炭素分離部４はゼオライトなどの吸着剤を備えており、嫌気性発酵部２で発生したガスをその吸着剤の吸着・脱着作用を利用してメタンと二酸化炭素に分離する。
【００１１】
メタン・二酸化炭素分離部４には、メタン改質部６及びメタン燃焼部８が接続されている。メタン改質部６は、例えばＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3を担体とするＮｉ、Ｃｏなどの触媒を備え、メタン・二酸化炭素分離部４で分離されたメタンの一部が供給され、４００〜９００℃、例えば５３０℃の加熱下で、メタンを炭素と水素に分解する。
メタン燃焼部８は、メタン・二酸化炭素分離部４で分離されたメタンの一部を燃焼するものであり、得られた燃焼熱は熱交換器や熱伝達路などの反応熱伝達部２１を介して嫌気性発酵部２及びメタン改質部６に供給される。
【００１２】
メタン・二酸化炭素分離部４で分離された二酸化炭素を水素で還元して炭素として固定するために、メタン・二酸化炭素分離部４とメタン改質部６に二酸化炭素固定部１０が接続されている。二酸化炭素固定部１０は、例えばＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3を担体とするＮｉ、Ｃｏなどの触媒を備え、メタン・二酸化炭素分離部４で分離された二酸化炭素をメタン改質部６で発生した水素により、４００〜９００℃の加熱下で還元して微粉状炭素を生成する。メタン燃焼部８では二酸化炭素が発生するので、この二酸化炭素も流路により二酸化炭素固定部１０に導き、炭素に変換して固定することができる。
二酸化炭素固定部１０で生成した水蒸気（Ｈ2Ｏ）とメタン燃焼部８で生成した水蒸気を凝縮するために凝縮器１２が設けられている。
【００１３】
次に、図１の実施例の動作について説明する。バイオマスをメタン細菌を収容した嫌気性発酵部２の嫌気性発酵槽に導入すると、バイオマスの嫌気性発酵によって、メタンと二酸化炭素を含むガスが発生する。そのガスはメタン・二酸化炭素分離部４に通されて、メタンと二酸化炭素に分離する。そのメタンの一部はメタン改質部６で、触媒存在下で炭素（Ｃ）と水素に分解する。メタン改質部６での炭素は結晶性の微粉状固体炭素として析出する。メタン改質部６における反応を熱化学反応式で表わすと、次のようになる。
ＣＨ4→Ｃ＋２Ｈ2−９０．１kJ/mol
なお、熱化学反応式中の反応熱は、＋符号が発熱、−符号が吸熱を表わす。以下の熱化学反応式においても同じである。
【００１４】
メタン・二酸化炭素分離部４で分離されたメタンの一部はメタン燃焼部８にも送られて燃焼させられる。その燃焼熱は、嫌気性発酵部２及びメタン改質部６の熱源として利用される。メタン燃焼部８での反応は次のようになる。
ＣＨ4＋２Ｏ2→ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ＋８００kJ/mol
【００１５】
メタン・二酸化炭素分離部４で分離された二酸化炭素とメタン改質部６で生成した水素は二酸化炭素固定部１０に送られ、触媒存在下で二酸化炭素が水素で還元されて炭素（Ｃ）と水蒸気を連続的に生成する。ここでも炭素は結晶性の微粉状固体炭素として析出し、水蒸気は凝縮部１２に導かれて凝縮し排出される。
は二酸化炭素固定部１０での反応は次のようになる。
ＣＯ2＋２Ｈ2→Ｃ＋２Ｈ2Ｏ＋９６．０kJ/mol
【００１６】
図２は第２の実施例をブロック図として表わしたものである。
図１の実施例と同様に、嫌気性発酵部２にメタン・二酸化炭素分離部４が接続されて嫌気性発酵部２で発生したガスをメタンと二酸化炭素に分離する。メタン・二酸化炭素分離部４で分離されたメタンを炭素と水素に分解するためにメタン改質部６が設けられ、メタン・二酸化炭素分離部４で分離された二酸化炭素をメタン改質部６で発生した水素で還元して微粉状炭素として固定するために二酸化炭素固定部１０が接続されている。
図１の実施例と異なる点は、嫌気性発酵部２及びメタン改質部６の熱源を得る部分である。図１の実施例ではメタン・二酸化炭素分離部４で分離されたメタンの一部を燃焼させるメタン燃焼部８が設けられているのに対し、この実施例では、メタン改質部６で発生した水素の一部を燃焼する水素燃焼部１４が設けられている。
【００１７】
次に、この実施例の動作について説明する。バイオマスを嫌気性発酵部２に導入して発生したメタンと二酸化炭素を含むガスは、メタン・二酸化炭素分離部４でメタンと二酸化炭素に分離される。その分離されたメタンはメタン改質部６で炭素と水素に分解される。メタン改質部６で生成した水素の一部は水素燃焼部１４で燃焼して燃焼熱を発生する。水素燃焼部１４での反応は次のようになる。
Ｈ2＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ＋２８５kJ/mol
メタン改質部６で生成した水素の残りの部分は二酸化炭素固定部１０に送られ、メタン・二酸化炭素分離部４で分離された二酸化炭素を還元して固定するのに使用される。
【００１８】
図３は、第３の実施例をブロック図として表したものである。
図１の実施例と同様に、嫌気性発酵部２にメタン・二酸化炭素分離部４が接続されて嫌気性発酵部２で発生したガスをメタンと二酸化炭素に分離し、嫌気性発酵部２及びメタン改質部６の熱源を得るために、メタン・二酸化炭素分離部４で分離されたメタンの一部を燃焼させるメタン燃焼部８が設けられている。
この実施例では、二酸化炭素を還元して固定するための水素を得るために、メタン・二酸化炭素分離部４で分離されたメタンから水素を生成するメタン水蒸気改質部１６が設けられている。メタン水蒸気改質部１６は、例えばＮｉ触媒を備え、４００〜９００℃の加熱下で、メタンを触媒存在下で水蒸気と反応させて二酸化炭素と水素を生成するものである。メタン・二酸化炭素分離部４とメタン水蒸気改質部１６には二酸化炭素固定部１０が接続されている。
【００１９】
次に、この実施例の動作について説明する。バイオマスを嫌気性発酵部２に導入して発生したメタンと二酸化炭素を含むガスは、メタン・二酸化炭素分離部４でメタンと二酸化炭素に分離される。その分離されたメタンの一部はメタン燃焼部８で燃焼されて熱量を発生し、残りはメタン水蒸気改質部１６で、触媒存在下で反応して二酸化炭素と水素に分解する。メタン水蒸気改質部１６での反応は次のようになる。
ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋４Ｈ2−１８７．４kJ/mol
【００２０】
二酸化炭素固定部１０にはメタン・二酸化炭素分離部４で分離された二酸化炭素と、メタン水蒸気改質部１６で生成した水素と二酸化炭素とが供給され、二酸化炭素が水素で還元されて微粉状炭素として固定される。メタン燃焼部８で発生した二酸化炭素も二酸化炭素固定部１０に導いて微粉状炭素として固定することができる。
二酸化炭素固定部１０で生成した水蒸気とメタン燃焼部８で生成した水蒸気は、凝縮部１２で凝縮されて排出される。
【００２１】
図４は第４の実施例をブロック図として表わしたものである。
図３の実施例と同様に、嫌気性発酵部２にメタン・二酸化炭素分離部４が接続されて嫌気性発酵部２で発生したガスをメタンと二酸化炭素に分離し、二酸化炭素を還元して固定するための水素を得るために、メタン・二酸化炭素分離部４で分離されたメタンから水素を生成するメタン水蒸気改質部１６が設けられている。メタン・二酸化炭素分離部４とメタン水蒸気改質部１６には二酸化炭素固定部１０が接続されている。
この実施例では、嫌気性発酵部２及びメタン水蒸気改質部１６の熱源を得るために、メタン水蒸気改質部１６で発生した水素の一部を燃焼する水素燃焼部１４が設けられている。
【００２２】
次に、この実施例の動作について説明する。バイオマスを嫌気性発酵部２に導入して発生したメタンと二酸化炭素を含むガスは、メタン・二酸化炭素分離部４でメタンと二酸化炭素に分離される。その分離されたメタンはメタン水蒸気改質部１６で二酸化炭素と水素に分解される。メタン水蒸気改質部１６で生成した水素の一部は水素燃焼部１４で燃焼して燃焼熱を発生する。二酸化炭素固定部１０にはメタン・二酸化炭素分離部４で分離された二酸化炭素と、メタン水蒸気改質部１６で生成した水素と二酸化炭素とが供給され、二酸化炭素が水素で還元されて微粉状炭素として固定される。
二酸化炭素固定部１０で生成した水蒸気と水素燃焼部１４で生成した水蒸気は、凝縮部１２で凝縮されて排出される。
【００２３】
図５は、第５の実施例をブロック図として表わしたものである。
嫌気性発酵部２には、メタンと二酸化炭素を含む混合ガスが供給されて微粉状炭素を生成する二酸化炭素固定部２０が接続されている。二酸化炭素固定部２０は、例えばＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3を担体とするＮｉ、Ｃｏなどの触媒を備えており、４００〜９００℃の加熱下で、その触媒により、メタンを分解して水素を生成し、さらにその生成した水素により二酸化炭素還元して結晶性の微粉状炭素として固定するものである。二酸化炭素固定部２０には、系外から二酸化炭素を供給することができる。二酸化炭素固定部２０には、生成した水蒸気を凝縮して排出する凝縮器１２が接続されている。
二酸化炭素固定部２０では吸熱反応と発熱反応が起こっているが、発熱反応で発生した反応熱が吸熱反応で消費される熱量よりも大きいときに、余った熱量を嫌気性発酵部２に供給するために、これまでの実施例と同様に、反応熱伝達部２１が備えられている。
【００２４】
次に、この実施例の動作について説明する。
バイオマスを嫌気性発酵部２に導入して発生するメタンと二酸化炭素を含む混合ガス中のメタンと二酸化炭素の割合はおよそ７：３である。発生したメタン及び二酸化炭素は、系外からの二酸化炭素とともに二酸化炭素固定部２０に供給される。
二酸化炭素固定部２０では、メタンが触媒存在下で炭素と水素に分解し（メタン分解工程）、二酸化炭素と生成した水素が触媒存在下で反応して炭素と水蒸気を生成する（二酸化炭素固定化工程）。生成する炭素は、いずれの工程も結晶性の微粉状炭素として析出する。二酸化炭素固定部２０での反応は、次のようになる。
メタン分解工程：
ＣＨ4→Ｃ＋２Ｈ2−９０．１kJ/mol
二酸化炭素固定化工程：
ＣＯ2＋２Ｈ2→Ｃ＋２Ｈ2Ｏ＋９６．０kJ/mol
【００２５】
メタン分解工程は吸熱反応、二酸化炭素固定化工程は発熱反応であり、二酸化炭素固定部２０で熱量が余ったときは、その熱は、反応熱伝達部２１を経て嫌気性発酵部２の熱源として利用される。
嫌気性発酵部２から二酸化炭素固定部２０に送られるメタンと二酸化炭素の割合はおよそ７：３であり、嫌気性発酵部２からのガス供給だけでは、メタンの分解により生成した水素は余るが、系外から二酸化炭素を供給することにより、生成した水素を全て消費することができるようになる。
【００２６】
図６は第６の実施例をブロック図として表わしたものである。
図５の実施例と比較すると、二酸化炭素固定部２０に反応熱利用電力発生部３０が設けられている点で異なる。反応熱利用電力発生部３０は、二酸化炭素固定部２０で余った熱を電力に変換することにより回収して利用するものである。
【００２７】
図７は、第７の実施例をブロック図として表わしたものである。
嫌気性発酵部２がメタン燃焼部１８及び二酸化炭素固定部２０に接続され、それぞれに二酸化炭素とメタンを含む混合ガスが供給される。
メタン燃焼部１８ではメタンが燃焼され、メタン燃焼部１８から排出されるガスは二酸化炭素と水蒸気を含む混合ガスとなる。メタン燃焼部１８には、復水器２２及び気液分離器２４からなる系内二酸化炭素供給部２６が接続されており、気液分離器２４からの気体流路は、二酸化炭素固定部２０に接続されている。
【００２８】
二酸化炭素固定部２０には、嫌気性発酵部２から発生する二酸化炭素とメタンを含む混合ガスの他に、気液分離器２４からの二酸化炭素も供給されるが、系外からの二酸化炭素が供給されないので、二酸化炭素固定部２０でのメタン分解工程で発生する水素は、二酸化炭素固定化工程で消費される量よりも多くなる。そこで、その余った水素を燃焼するために、二酸化炭素固定部２０には水素燃焼部１４が接続されている。二酸化炭素固定部２０では、吸熱反応（メタン分解工程）の方が発熱反応（二酸化炭素固定化工程）よりも量的に優勢に起こるため、二酸化炭素固定部２０全体としては外部からのエネルギーを必要とする。そのエネルギーを水素燃焼部１４及びメタン燃焼部１８で得られた燃焼熱により補うために、水素燃焼部１４とメタン燃焼部１８で発生した燃焼熱を、反応熱伝達部２１を介して嫌気性発酵部２と二酸化炭素固定部２０に供給する。
【００２９】
次に、この実施例の動作について説明する。
バイオマスを嫌気性発酵部２に導入して発生したメタンと二酸化炭素を含む混合ガスの一部が二酸化炭素固定部２０に送られ、メタン分解工程で炭素と水素が生成し、二酸化炭素固定化工程でその水素が二酸化炭素を還元して固定する。嫌気性発酵部２から二酸化炭素固定部２０に送られるメタンと二酸化炭素の割合はおよそ７：３であり、気液分離器２４から供給された二酸化炭素を加えても、メタンの分解により生成した水素は二酸化炭素と反応しても余る。その余った水素は、水素燃焼部１４に送られ、燃焼させられる。
【００３０】
また、嫌気性発酵部２で発生したメタンと二酸化炭素を含む混合ガスの一部はメタン燃焼部１８にも送られ、メタンが燃焼されて熱量を発生する。
メタン燃焼部１８で生成した二酸化炭素及び水蒸気は、復水器２２に送られて凝縮した後、気液分離器２４により二酸化炭素と水に分離する。その分離された二酸化炭素は、二酸化炭素固定部２０に送ることにより、装置系内で生成する二酸化炭素を全て固定化することができる。
【００３１】
図８は第８の実施例をブロック図として表わしたものである。
図７の実施例と比較すると、水素燃焼部１４及びメタン燃焼部１８に反応熱利用電力発生部３０を設けている点で異なる。
反応熱利用電力発生部３０を設けることにより、水素燃焼部１４やメタン燃焼部１８で余った熱を、電力に変換することにより回収して利用することができる。
【００３２】
図９は第９の実施例をブロック図として表わしたものである。
嫌気性発酵部２にメタン燃焼部１８と二酸化炭素固定部２０が接続されており、嫌気性発酵部２から発生するメタンと二酸化炭素を含む混合ガスがメタン燃焼部１８と二酸化炭素固定部２０にそれぞれ供給される。メタン燃焼部１８でメタンが燃焼されて発生した二酸化炭素と水蒸気を含む混合ガスが、流路により二酸化炭素固定部２０に送られる。メタン燃焼部１８で得られた燃焼熱を嫌気性発酵部２に供給するために反応熱伝達部２１が備えられている。
【００３３】
次に、この実施例の動作について説明する。
バイオマスを嫌気性発酵部２に導入して発生したメタンと二酸化炭素を含む混合ガスの一部は、二酸化炭素固定部２０に送られ、二酸化炭素固定部２０ではメタンと二酸化炭素が触媒存在下で反応して結晶性の微粉状炭素と水蒸気を生成する。
嫌気性発酵部２で発生したメタンと二酸化炭素を含む混合ガスの残りの部分はメタン燃焼部１８に送られ、メタン燃焼部１８でメタンが燃焼される。メタン燃焼部１８で得られた燃焼熱は、反応熱伝達部２１により嫌気性発酵部２に供給され、嫌気性発酵部２の熱源として利用される。
【００３４】
メタン燃焼部１８で生成した二酸化炭素と水蒸気は二酸化炭素固定部２０に送られる。嫌気性発酵部２で発生するメタンと二酸化炭素の割合はおよそ７：３であるので、メタンと二酸化炭素が１：１の割合で反応する二酸化炭素固定部２０ではメタンが余る。そこで、メタン燃焼部１８から二酸化炭素固定部２０に送られる二酸化炭素のモル数と、嫌気性発酵部２から二酸化炭素固定部２０に送られる二酸化炭素のモル数の和が、二酸化炭素固定部２０に送られるメタンのモル数と等しくなるように、二酸化炭素固定部２０とメタン燃焼部１８に送る嫌気性発酵部２の発生ガスの割合を調節することにより、装置系内で生成する二酸化炭素を全て固定化することができる。
【００３５】
図１０は第１０の実施例をブロック図として表わしたものである。
図９の実施例と比較すると、メタン燃焼部１８に反応熱利用電力発生部３０が設けられている点で異なる。
反応熱利用電力発生部３０を設けることにより、メタン燃焼部１８で余った熱を電力に変換することにより回収して利用することができる。
【００３６】
図１から図１０に示した実施例では、地球温暖化の原因の一つである温室効果ガスである二酸化炭素を大量に固定化することができるので、地球環境に貢献することができる。
メタン改質部６又は二酸化炭素固定部１０，２０で得られる微粉状炭素は、工業用カーボンブラックの代用品として使用することができるので、従来、化石燃料を原料としていたものをバイオマスを原料とするものに変換することができ、資源の節約に貢献することができる。また、ここで得られる炭素の一部には、付加価値の高いフラーレンやカーボンナノチューブが含まれている可能性があり、精製することにより副生成物として利用することができる。
【００３７】
メタン燃焼部８，１８又は水素燃焼部１４で発生する燃焼熱を、嫌気性発酵部２、メタン改質部６又はメタン水蒸気改質部１６に導くようにすれば、バイオマスの発酵を促進するために嫌気性発酵部２の嫌気性発酵槽を加温するためのエネルギーを減少することができ、メタン改質部６やメタン水蒸気改質部１６の吸熱反応の熱を補うことができ、コストの低減を図ることができる。
【００３８】
二酸化炭素固定部２０で熱が余剰に発生する場合には、その熱も他の部分を加熱するために利用することができ、これもコスト低減に寄与する。
メタン燃焼部８，１８や水素燃焼部１４その他の部分で発生する熱を電力に変換する反応熱利用電力発生部を備える場合には、装置作動の電力の一部を賄うことができ、コストの低減を図ることができる。また、メタン燃焼部８，１８や水素燃焼部１４その他の発熱部分にガスタービンを接続するなどして、廃熱を利用することもできる。
【００３９】
二酸化炭素固定部１０，２０で使用する二酸化炭素としては、主として嫌気性発酵部２、メタン・二酸化炭素分離部４又はメタン水蒸気改質部１６から供給しているが、メタン燃焼部８，１８又は水素燃焼部１４で生じる二酸化炭素も導いて固定化することにより、装置系内で発生する二酸化炭素をすべて固定化することができる。
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の変更を行なうことができる。
【００４０】
本発明は以下の態様も含んでいる。
（１）前記水素生成手段は、メタンを触媒存在下で炭素と水素に分解するメタン改質部である請求項１に記載の炭素製造装置。
（２）前記水素生成手段は、メタンを触媒存在下で水蒸気と反応させて二酸化炭素と水素を生成するメタン水蒸気改質部である請求項１に記載の炭素製造装置。
（３）前記メタン燃焼部から発生する二酸化炭素を含むガスも前記二酸化炭素固定部に供給する流路を設け、そのガス中の二酸化炭素も炭素に還元する請求項２に記載の炭素製造装置。
（４）前記メタン燃焼部から発生する水蒸気と二酸化炭素を含む混合ガスが供給される復水器及び気液分離器からなる系内二酸化炭素供給部と、前記気液分離器で分離された二酸化炭素を前記二酸化炭素固定部に供給する流路とをさらに設け、その二酸化炭素も炭素に還元する請求項２に記載の炭素製造装置。
（５）前記二酸化炭素固定部には系外からの二酸化炭素も供給される請求項４に記載の炭素製造装置。
（６）前記メタン燃焼部から発生する二酸化炭素を含むガスも前記二酸化炭素固定部に供給する流路を設け、そのガス中の二酸化炭素も炭素に還元する請求項５に記載の炭素製造装置。
（７）前記メタン燃焼部から発生する水蒸気と二酸化炭素を含む混合ガスが供給される復水器及び気液分離器からなる系内二酸化炭素供給部と、前記気液分離器で分離された二酸化炭素を前記二酸化炭素固定部に供給する流路とをさらに設け、その二酸化炭素も炭素に還元する請求項５に記載の炭素製造装置。
（８）前記メタン燃焼部から前記二酸化炭素固定部に送られる二酸化炭素のモル数と、前記嫌気性発酵部から二酸化炭素固定部に送られる二酸化炭素のモル数の和が、二酸化炭素固定部に送られるメタンのモル数と等しくなるように、二酸化炭素固定部とメタン燃焼部に送る嫌気性発酵部の発生ガスの割合が調節されている請求項５に記載の炭素製造装置。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は、バイオマスを嫌気性発酵してメタンと二酸化炭素を発生する嫌気性発酵部と、嫌気性発酵部で発生したメタンを触媒を用いて炭素と水素に分解したり、嫌気性発酵部で発生したメタンを触媒存在下で水蒸気と反応させて二酸化炭素と水素を生成することにより、二酸化炭素の固定化エネルギーの９０％以上を占める水素を得るので、水素を安価に入手することができ、二酸化炭素固定化のコストを低下させることができる。
さらに、嫌気性発酵部で発生したメタンの一部を燃焼するメタン燃焼部、又はメタン改質部若しくはメタン水蒸気改質部で生成した水素の一部を燃焼する水素燃焼部を備えた場合には、メタン燃焼部や水素燃焼部で発生する燃焼熱を嫌気性発酵部やメタン改質部という吸熱反応を伴う部分を加温するエネルギーを補うことができ、コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施例を示すブロック図である。
【図２】  第２の実施例を示すブロック図である。
【図３】  第３の実施例を示すブロック図である。
【図４】  第４の実施例を示すブロック図である。
【図５】  第５の実施例を示すブロック図である。
【図６】  第６の実施例を示すブロック図である。
【図７】  第７の実施例を示すブロック図である。
【図８】  第８の実施例を示すブロック図である。
【図９】  第９の実施例を示すブロック図である。
【図１０】  第１０の実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
２      嫌気性発酵部
４      メタン・二酸化炭素分離部
６      メタン改質部
８，１８      メタン燃焼部
１０，２０      二酸化炭素固定部
１２      凝縮器
２１      反応熱伝達部
３０      反応熱利用電力発生部
【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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【図１０】
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