(57)【要約】【課題】地球温暖化防止対策としてあらゆる分野で省エネルギー方式を工夫してＣＯ２の発生の低減努力が実施されつつあると同時にＣＯ２の海洋投棄や地下埋設によって大気中のＣＯ２濃度上昇を抑止する手段や自然エネルギーの利用拡大などが進められているが、ＣＯ２を直接原料として燃料や中間化学原料を合成するという真の意味におけるＣＯ２のリサイクルを目指すシステムは殆どない。【解決手段】真の意味におけるＣＯ２のリサイクルを遂行するためには自然エネルギー特に太陽の熱と光を利用する以外に方策はなく、太陽炉や太陽光発電を用いてＣＯ２と各種の炭素源、水、バイオマスなどから合成ガス（ＣＯ，Ｈ２）を製造し、一連のＣＯの水素化反応によりメタン、メタノール、エタノール、ガソリンやその他のＣ１化合物を合成すると、ここにＣＯ２のリサイクルシステムが成立する。適用する要素技術はすべて既知のもので個々のプロセス技術の改良、開発は必要とするものの最も実現の可能性の高いＣＯ２リサイクルシステムである。【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱コレクター（太陽炉を含む）及び太陽光発電エネルギーを利用して石炭又はコークス又は植物バイオマス又は主としてＣ，Ｈ，Ｏからなる高分子材料廃棄物と排気から分離、濃縮した液化二酸化炭素（ハイドレート）及び水を高温度において反応させ、ＣＯとＨ２からなる合成ガスを製造し、これを原料として一連のＣＯの水素化反応により各種のＣ１及びＣ２以上の化合物を合成することを特徴とする二酸化炭素のリサイクル方法。
【請求項２】
請求項１の植物バイオマスと主としてＣ，Ｈ，Ｏからなる高分子材料廃棄物を反応原料とする場合、両者を混合して反応させて合成ガスを製造することを特徴とする二酸化炭素のリサイクル方法。
【請求項３】
請求項１の合成ガスの組成において不足のＨ２分は太陽炉による水の分解又は太陽光発電電力による水の電解からのＨ２で補充し、目標のＨ／Ｃ比となるように合成ガス組成を調整してＣ１及びＣ２以上の化合物を合成することを特徴とする二酸化炭素のリサイクル方法。
【請求項４】
請求項１の液化二酸化炭素（ハイドレート）からＣＯ２を分離した後の水は合成ガス製造原料の他、太陽熱加熱式多重効用缶造水装置を用いて工場用水及び生活用水、灌漑用水などとして利用することを特徴とする二酸化炭素のリサイクル方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は二酸化炭素（ＣＯ２）のリサイクルシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】  地球温暖化の原因とされるＣＯ２を自然のリサイクル能力を超えて排出しているのは人間の活動によると認識されて以来、省エネルギーによるＣＯ２の排出削減に関する方策があらゆる分野において注目され、様々な提案がなされてきた。又、大気中のＣＯ２濃度抑制を目的として排気からＣＯ２を分離、濃縮し、これを海洋投棄や地下埋設しようとするやや規模の大きな技術の開発が手掛けられたり、小規模ではあるが直接ＣＯ２を原料とする高分子合成技術の開発も進められている。【０００３】  しかし上記ＣＯ２対策技術の限界から最近では排出量取引とかカーボンオフセットなど商行為までがこの分野に入り込んできているが、これ等の手段では根本的な解決はあり得ない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  究極のＣＯ２リサイクルは植物の光合成である。人工的に直接ＣＯ２を原料としてリサイクルを組み立てようとしても通常のエネルギープロセスの中では全く成り立たない所からこれまで真面目にアプローチされなかった。本発明においては自然エネルギーを単に石油や石炭の代替エネルギーとしか考えない立場から、これこそ人間が借用できる最大のエネルギー源と考えることによってＣＯ２リサイクルに関して新しい展開を試みることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本発明において利用するエネルギーはすべて太陽から受け入れる。太陽熱を集めて反応物質を直接的又は間接的に加熱したり蓄熱材を加熱して熱エネルギーを蓄える。実際には高温度の加熱ができる太陽炉や熱風炉の形をとる。もう一つは太陽光発電により必要電力を得たり二次電池に充電しておいて利用する。【０００６】  ＣＯ２ハイドレートから分離したＣＯ２と炭素源を高温で反応させるとＣＯ２はＣＯに転換される。（発生炉ガス反応）同様に水蒸気と炭素源を高温で反応させるとＣＯとＨ２が生成する。（水性ガス反応）又、植物バイオマスや主としてＣ，Ｈ，Ｏからなる高分子材料廃棄物の熱分解又はＣＯ２との反応からもＣＯとＨ２を製造することができる。即ち上記した操作によりＣ１化合物製造原料となる所謂合成ガス（ＣＯ＋Ｈ２）を得ることができる。【０００７】  この合成ガス組成のＨ／Ｃ比を調整する必要があれば、太陽炉による水分解又は水の電解によるＨ２を補充して適正組成とした上、太陽熱加熱の反応器を用いて一連のＣＯの水素化反応として有名なフィッシャー・トロプシュ反応に基づいてメタン、メタノール、エタノール、ガソリン、エチレン、オレフィン、エチレングリコール、高級アルコールなど燃料そのものの他化学工業上重要な中間原料を合成することができる。特にエネルギー源として利用されるものは大規模工業生産が要請される可能性を含んでおり、正にここにＣＯ２の完全なリサイクルシステムが成立することになる。【０００８】  合成ガスの製造において植物バイオマスや主としてＣ，Ｈ，Ｏからなる高分子材料廃棄物を原料とすることは大量に発生するこれらの物質をＣＯ２リサイクルの輪の中に組み入れることになり地球温暖化ガスの削減に一層貢献することになる。なお、この両材料物質は夫々単独で反応させることができるが両者を混合して反応させると高分子材料の反応性が改善される。【０００９】  太陽の熱と光を直接利用する時の弱点として夜間はエネルギーの生産がストップすることが挙げられる。そもそも本来のリサイクルは効率一筋のエンジニヤリングではないのだからプラントの稼動は昼間のみとし、夜間は蓄熱技術や二次電池電力による保温、保守程度のエネルギー消費で済ますのがリサイクルの本質である。植物の精緻な光合成が受け取る太陽エネルギーの２乃至３％しか利用してはいないのに比べれば、それよりは少し高い利用効率が狙える技術である。【００１０】  ＣＯ２ハイドレートの水分は前記水性ガス反応の水蒸気や水素源として利用するほか太陽熱利用多重効用缶造水設備を通してプラント用水、生活用水、灌漑用水などになる。水を単独でプラントへ輸送するのではなく、原料輸送媒体として運べるメリットは無視できない。【００１１】  植物の光合成を細部は無視して全体として眺めれば光のエネルギーを利用したＣＯ２のＨ２Ｏによる炭水化物への還元反応とみることができる。現在の所、ＣＯ２から直接ホルマリン（ＨＣＨＯ）を作る技術は完成していないが、メタノールを経てホルマリンへ到達するのは簡単である。このホルマリンをアルドール縮合させると甘いシロップ状のフォルモース（Ｆｏｒｍｏｓｅ）が生成する。フォルモースの分子式はＣ６Ｈ１２Ｏ６でありヘキソース即ち葡萄糖（���ルコース）である。少し回り道をすれば植物と同じくＣＯ２から糖を作ることが出来る。
【発明の効果】
【００１２】  本発明は省エネルギー手法によって単にＣＯ２の発生を抑制するのに終わるのではなく発生するＣＯ２を直接原料としてエネルギー物質や化学中間原料、基礎化学製品へ再生するもので、そのために必要なエネルギーはすべて太陽からのみ受け取る。これによって完全なＣＯ２リサイクルシステムができあがり、更にこの輪の中に植物バイオマスや主としてＣ，Ｈ，Ｏからなる高分子材料廃棄物まで原料として取り込めるので地球温暖化防止に直接役立つことは明らかである。【００１３】  又、付加的効果としては今後ますますその傾向を強めつつある理不尽な原油価格の高騰の抑止力となることが期待されるし、更に食糧を原料としたバイオ燃料の生産の抑制ひいては食糧価格の暴騰の歯止めに一役を担うことも期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  火力発電所、製鉄所、セメント工場など大量のＣＯ２をまとめて発生する事業所を対象として事業排気からＣＯ２を分離、液化（ハイドレート）し、これをＶＬＣＣ（巨大タンカー）に積み込んでＣ１化学プラント近くの港へ輸送する。ここはＣＯ２原料基地であり又Ｃ１化学製品の積出港でもある。【００１５】  現状以上に悪化する恐れの少ない地域例えば日照時間の長い砂漠地帯を選んで巨大な太陽炉群、太陽熱コレクター群、太陽光発電基地を建設し、これらのエネルギーのみで稼動するＣ１化学プラントを建設する。その主なる構成はＣＯ２ハイドレート分解プラント、ＣＯ２をＣＯへ変換する発生炉ガスプラント、炭素源（石炭又はコークス）と水蒸気とから合成ガス（ＣＯ＋Ｈ２）を製造する水性ガスプラント、合成ガスのＨ／Ｃ比調整水素製造プラントなど原料系の各プラントとメタノールの合成を核としてこれからエタノール、ガソリンなど燃料合成系プラント及びホルマリン、酢酸、エチレンなど化学基礎製品系プラントが続く。尚、反応物質の内気体は太陽熱コレクターによって加熱した熱交換設備例えば溶鉱炉の付属設備の熱風炉タイプの設備を通して１０００℃以上に昇温して反応炉へ送る。このためガス加熱用の熱風炉が蓄熱用を含めて多数設置する必要がある。【００１６】  最初のプラントのＣＯ２処理量の目途を１２０万トン／年とすると約８０万トン／年のメタノールが生産される。プラントの所要面積は付属設備を含めて１００万坪程度であろう。このＣＯ２リサイクルシステムは多くのユニットプロセスから成り立っているので各分野毎に適正な設計と総合的な能力の検討を必要とする。各国がＣＯ２の排出量に応じてこの種のＣＯ２リサイクルプラントを建設していけば、今時話題のＣＯ２の海洋投棄、地下埋設、排出量取引、カーボンオフセットといった目先の手法でなく根本的な対策が根付くことになる。【００１７】  一方、上記ＣＯ２の商取引の論議の中でその根拠の適否は別としてＣＯ２の処理費という概念が生まれてきたことはＣＯ２リサイクルシステムを構築する上で推進力となることは確かである。【００１８】  太陽炉群や太陽光発電基地建設に伴い少なからぬ面積の日陰地が造成されることになるが反射光をうまく取り入れ土壌改良を行えば植物の生育は充分可能であろう。単なる樹木だけではなく果樹、果菜、野菜などの栽培はプラント環境整備としても見逃せない。更に砂漠緑化の基点としての役割を果す可能性もでてくる。【００１９】  このプラントの製品種をどの段階までにするかによって運営の形態は変わる。メタン、メタノール、エタノール、ガソリンなどの燃料物質を目標とすれば、その性格から必然的に極めて大規模な化学工業にならざるを得ない。ホルマリン、酢酸、エチレン、オレフィンなど基礎化学品や化学中間原料を目標とすれば製品毎のプラントの併設が必要となるる。何れにしても化学原料体系の流れが現行とは大きく変化することになる。言い換えれば石油至上主義からの脱却のための風穴的存在となる。【００２０】  本発明のＣＯ２リサイクル方法と植物の光合成との対比をしておきたい。先ず基本的には太陽のエネルギーのみを利用する点は同一であるが植物が常温、常圧の下、水溶液反応というソフトな過程に���いて糖や澱粉を合成するのに対し、本発明においては高温、高圧の異相反応に頼らざるを得ない点で植物の力には遥かに劣るがＣＯ２リサイクルの第一ステップとしてはやむを得ない。【００２１】  両者ともマクロ的に見れば太陽エネルギーを利用したＣＯ２のＨ２Ｏによる炭水化物又は炭化水素への還元とみることができる。ＣＯ２のＨ２ＯによるＨＣＨＯ（ホルマリン）への直接還元の完成は将来に譲るとして現在の技術でもメタノールを経てホルマリンからグルコースへの途はついている。【００２２】  従来の考え方からすれば貴重な石油や石炭のエネルギーを使って価値の低い糖を作っても何の足しにもならぬという立場から顧みられなかったが、地球温暖化の影響がここまで問題視されてくると太陽エネルギーによる人工糖合成は真面目に取り組むべき課題となってきた。【００２３】  要するに太陽エネルギーのみを利用してＣＯ２を排出せずに生産するプロセスは強力な地球温暖化防止策であるが、更に一歩進めてＣＯ２を原料とする生産プロセスは最も強力な地球温暖化防止策である。この意味から本発明のＣＯ２リサイクル方法の実現を推進する価値がある。