(57)【要約】  再生可能燃料製造装置は、大気から二酸化炭素を抽出するための二酸化炭素捕獲装置、二酸化炭素を一酸化炭素に転化させるための二酸化炭素電解槽、水を水素に転化させるための水電解槽、二酸化炭素電解槽によって製造された一酸化炭素および水電解槽によって製造された水素を燃料に転化させるための合成燃料発生機を含む。製造される燃料は合成ガソリンおよび／または合成ディーゼル油であってもよい。その装置は、また、個別の工業化学品を同時にまたは二者択一的に製造することができる。【選択図】なし
2020500258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生可能燃料および／または再生可能化学品を製造する装置であって、該装置は、
（ａ）ＣＯ２をＣＯに転化させるためのＣＯ２電解槽、
（ｂ）Ｈ２ＯをＨ２に転化させるための水電解槽、
（ｃ）ＣＯをＨ２と混合するための混合器、
（ｄ）どの製品を製造するかによってＣＯ２とＨ２の比率を変える制御装置、および
（ｅ）ＣＯ／Ｈ２混合物を燃料および／または化学品に転化させる一連の反応器
を含み、
ＣＯ２電解槽が４０〜１２０℃の温度範囲内で運転される、装置。
【請求項２】
ＣＯ２電解槽は、スチレン、ビニルベンジル−Ｒｓ（ただし、Ｒｓは正電荷を有する環状アミン基である。）およびビニルベンジル−Ｒｘ（ただし、Ｒｘは、Ｃｌ、ＯＨ、およびＯＨまたはＣｌと単純なアミンまたは環状アミン以外の化学種との反応生成物からなる群から選択される少なくとも１種の成分である。）の三元重合体を含む陰イオン伝導性重合体膜を含み、ビニルベンジル−Ｒｘ基の総質量は三元重合体の総質量の１〜２５％であり、ビニルベンジル−Ｒｓ基の総質量は三元重合体の総質量の少なくとも３０％である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
Ｒｓがテトラメチルイミダゾリウムである、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
装置が少なくとも１種の燃料および少なくとも１種の化学品を製造することができる、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
燃料が、合成ガソリン、合成ディーゼル油、合成の航空機用ガソリンおよびそれらのための混合ストックのうちの少なくとも１種である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
化学品が、メタノール、ジメチルエーテル、エタノールおよびプロピレンのうちの少なくとも１種である、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
一連の反応器が少なくとも３つの反応器を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
一連の反応器のうちの第一の反応器がＣＯとＨ２をメタノールに転化させ、第二の反応器がメタノールをジメチルエーテルに転化させ、第三の反応器がジメチルエーテルを合成燃料および化学品のうちの少なくとも１種に転化させる、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
ジメチルエーテルを合成燃料または化学品に転化させる反応器がゼオライト触媒を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
ゼオライト触媒が微孔性ゼオライト触媒である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
ゼオライト触媒が、２〜９のＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３質量比、２５０〜５００ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積および２００ｐｐｍ未満のＮａ含有量を有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
ＣＯ２電解槽は、（ａ）陰極、（ｂ）陽極および（ｃ）陰イオン伝導性重合体膜を含み、
陰極は、カーボンブラック２ｍｇ、膜重合体の１％溶液０．２ｍｌおよびエタノール０．５ｍｌを混合して５分間超音波処理し、銀ナノ粒子（２０〜４０ｎｍ）１００ｍｇをエタノール１．５ｍｌとともに添加した後、さらに５分間超音波処理することによって銀インクを調製し、その後、銀インクを５ｃｍ×５ｃｍの面積のガス拡散層の上に手塗りし、ガス拡散層を８０℃で１５分間、次いで１２０℃で１５分間焼結し、その後、ガス拡散層を、手塗りした面を下にして、１Ｍ−ＫＯＨ浴の中に１時間浸漬することによって調製され、
陽極は、１００ｍｇのＩｒＯ２を脱イオン水１ｍｌ、イソプロパノール２ｍｌおよび５％ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）溶液０．１０１ｍｌと混合することによってＩｒＯ２インクを作り、その後、ＩｒＯ２インクを６ｃｍ×６ｃｍの面積の５％防水炭素繊維紙の上に手塗りし、その後、８０℃で３０分間焼結することによって調製され、
陰イオン伝導性重合体膜は、陰極のインクが塗られた面と陽極のインクが塗られた面の間に配置されて、膜電極アセンブリーを形成し、膜電極アセンブリーは蛇行反応原料流路を有する燃料電池ハードウェア・アセンブリーに搭載され、膜は、（ｉ）６５℃で湿らされたＣＯ２を２０ｓｃｃｍの流量で陰極に供給し、１０ｍＭ−ＫＨＣＯ３を３ｍｌ／分の流量で陽極流路に供給し、（ｉｉ）電池を５０℃に加熱し、（ｉｉｉ）電源が陰極と陽極を相互に連結させ、（ｉｖ）電池を３Ｖで２時間維持し、その後、２００ｍＡ／ｃｍ２の定電流モードに切り替え、（ｖ）電池を少なくとも１００時間定電流モードに維持し、（ｖｉ）選択率を次式
選択率＝（ＣＯ生成速度）／（ＣＯ生成速度＋Ｈ２生成速度）
で計算し、そして（ｖｉｉ）ＣＯおよびＨ２の生成速度を、電池を出る１分当たりの標準立方センチメートルで測定したとき、選択率が９０％よりも高く、かつ２００ｍＡ／ｃｍ２を維持する電圧が３Ｖ未満であるという試験を満足する、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
再生可能燃料を製造する方法であって、該方法は、
（ａ）ＣＯ２捕獲装置によって持続可能な源からＣＯ２を抽出する工程、
（ｂ）ＣＯ２電解槽によってＣＯ２をＣＯに転化させる工程、
（ｃ）水電解槽によってＨ２ＯをＨ２に転化させる工程、および
（ｄ）ＣＯ２電解槽によって製造されたＣＯと水電解槽によって製造されたＨ２を燃料に転化させる工程
を含み、
ＣＯ２電解槽が４０〜１２０℃の温度範囲で運転される、方法。
【請求項１４】
ＣＯ２電解槽が４０〜９０℃の温度範囲で運転される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
抽出したＣＯ２が水不純物を除いて実質的に純粋である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
燃料が合成ガソリンである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
燃料が合成ディーゼル油である、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、再生可能燃料の製造から再生可能化学品の製造に容易に切り替えることができ、１２０℃以下の温度でＣＯ２電解を遂行することができる特定の膜を備えたＣＯ２電解槽を使用する装置に関する。
【０００２】
一般に、その方法は、燃料の製造を促進するまたは化学品の製造を促進する一酸化炭素と水素の混合物を製造するために二酸化炭素および水の電解槽の使用を含むであろう。その後、その方法は、所望の製品を製造するために一連の反応器を使用するであろう。
【背景技術】
【０００３】
適度の量の再生可能化学品を製造する経済的な方法が何年間も求められてきた。再生可能化学品の製造は米国がより持続可能になるのを可能にするであろう。しかし、現在の製造コストは高すぎる。問題は主として規模の問題である。もし製品が大きな規模で製造されれば、コストを低下させることができるであろう。しかし、現在の市場は大規模工場への投資を正当化するには小さすぎる。
【０００４】
状況は再生可能燃料によって異なる。米国は、再生可能燃料および化学品を生成するための装置と設備の配備を優先すべき重要課題にした。２００７年エネルギー自立・安全保障法（ＥＩＳＡ）は、米国に２０１７年までに２４０億ガロン（エタノール当量）の再生可能な燃料を生産するように要求している。米国環境保護局（ＥＰＡ）は、技術的進歩がさらに５２億ガロンの再生可能燃料を生産することを要求されるので、その量を１８８億ガロンに低下させることを提案した。ＥＩＳＡが生産目標として３６０億ガロンの再生可能燃料を設定した２０２２年には、状況はさらに悪くなり得るかもしれない。すでに「ブレンド・ウォール」（ガソリンを燃やす内燃機関の燃料の中に添加できる最大エタノール濃度）に達したので、セルロース系エタノールの製造の増強はこの差を満たすことができない。この点に関して、内燃機関で使用するのにふさわしいままであるためには、エタノールの最大混合比は９０部のガソリンに対して１０部のエタノールであり、また、エタノールに代わる実用的なものは今のところない。その差を埋めることができる他の既存の工業規模の技術はない。したがって、新しい技術的な解決策が必要である。
【０００５】
再生可能燃料の製造に関する経済もまた有望である。ＥＩＳＡは、再生可能識別番号（ＲＩＮ）証書の取引システムを設定した。そのシステムでは、生産された「エタノール等価」燃料１ガロンに対して１ＲＩＮが与えられる。再生可能ガソリンを生産すれば、ガソリン１ガロンに１．５６ＲＩＮが与えられる。「Ｄ３」ＲＩＮは、現在、約２．７０ドル／ガロンで売られている。カリフォルニアは、関連する低炭素燃料証書（ＬＣＦＳ）を有し、生産者には燃料に変換されたＣＯ２の１メートルトン（ＭＴ）に対して１枚のＬＣＦＳ証書が与えられる。カリフォルニアＬＣＦＳ証書は、現在、７０ドルで売られている。その計算によれば、１５０メガワット（ＭＷ）の電解槽に基づく再生可能ガソリンプラントからの証書の販売が４２，０００，０００ドルを超える収入（１．６３ドル／ガロン）を生み出し、それによって、現在のシステムを使用して、ガソリンを生産する純原価が低下するであろうことが示される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
正味の効果は経済的な実行可能性に近づく再生可能燃料の生産コストである。
【０００７】
再生可能燃料の成長市場を利用して再生可能化学品をも生産する方法は、今のところ見当たらない。たとえば、再生可能燃料または再生可能化学品のいずれかを生産することができる大きな工場を建設することを想像することは可能である。その方法では、工場は２つの市場に役立つことができ、したがって、工場建設の費用は２つの市場に分けることができるであろう。そのような大規模工場は今日存在しないが、それを建設することができたならば、それは再生可能燃料市場に役立ち、再生可能化学品の原価をも下げ、その市場が発展するのを促進するであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
大量の再生可能燃料および化学品を製造するための既存の装置および方法の欠点は、再生可能化学品の製造と再生可能燃料の製造の間の便利な切り替えを可能にする製造装置および方法によって克服される。その装置は、
（ａ）ＣＯ２をＣＯに転化させるためのＣＯ２電解槽、
（ｂ）Ｈ２ＯをＨ２に転化させるための水電解槽、
（ｃ）ＣＯ２電解槽の出力と水電解槽の出力を混合する混合点、
（ｄ）どの製品を製造するかによってＣＯ２とＨ２の比率を変える制御装置、および
（ｅ）ＣＯ２電解槽によって製造されたＣＯおよび水電解槽によって製造されたＨ２を燃料、化学品、または燃料および化学品に転化させるための一連の反応器
を含む。
【０００９】
好ましくは、ＣＯ２電解槽は陰イオン伝導性重合体膜を含む。
【００１０】
１つの実施形態では、陰イオン伝導性膜は、スチレン、ビニルベンジル−Ｒｓおよびビニルベンジル−Ｒｘの三元重合体を含む。ただし、
（ａ）Ｒｓは正荷電を有する環状アミン基であり、
（ｂ）Ｒｘは、Ｃｌ、ＯＨおよびＯＨまたはＣｌと単純なアミンまたは環状アミン以外の化学種との反応生成物からなる群から選択される少なくとも１種の成分であり、そして
（ｃ）ビニルベンジル−Ｒｘ基の総質量は、膜の総質量の０．３％よりも大きい。
【００１１】
代替の好ましい実施形態では、陰イオン伝導性膜は、スチレンおよびビニルベンジル−Ｒｓから本質的になる共重合体と次の（ａ）〜（ｅ）からなる群から選択される少なくとも１種の重合体成分との重合体ブレンドまたは混合物を含む。
（ａ）直鎖のまたは置換された非芳香族ポリオレフィン、
（ｂ）環状アミン基を含む重合体、
（ｃ）フェニレン基およびフェニル基のうちの少なくとも１つを含むポリスチレン以外の重合体、
（ｄ）ポリアミド、および
（ｅ）スチレンおよびビニルベンジル−Ｒｓ単量体と２個の炭素−炭素二重結合を有する架橋用単量体との反応生成物。
【００１２】
Ｒｓは好ましくは正荷電を有する環状アミン基であり、膜中の前記少なくとも１種の重合体成分の総質量は、膜中の前記共重合体の質量よりも少ない。
【００１３】
Ｒｓは好ましくはテトラメチルイミダゾリウムである。
【００１４】
前述の装置によって製造される燃料は、合成ガソリン、ディーゼル油、ジェット燃料および／または航空機用ガソリンであってもよい。
【００１５】
前述の装置によって製造される化学品は、好ましくはアルコール、オレフィンまたはエーテルであり、最も好ましくはエチレン、プロピレンまたはそれらの混合物である。
【００１６】
ＣＯ２電解槽は、好ましくは２５℃より高い温度で、より好ましくは３５℃より高い温度で、最も好ましくは４０℃より高い温度で運転する。
【００１７】
ＣＯ２電解槽に適する膜は次の試験を満足することが好ましい。
（１）陰極は以下のように調製される。
（ａ）銀インクは次のように作る。
カーボンブラック（たとえばフューエル・セル・アース（Fuel Cell Earth）製Ｖｕｌｃａｎ  ＸＣ  ７２ＲＸＣ７２）２ｍｇ、膜重合体の１％溶液０．２ｍｌおよびエタノール（シグマアルドリッチ（SigmaAldrich）、米国）０．５ｍｌの混合物を５分間超音波処理する。銀ナノ粒子（たとえば２０〜４０ｎｍ、４５５０９、アルファエイサー（Alfa Aesar）、マサチューセッツ州ウォードヒル）１００ｍｇを１．５ｍｌのエタノールとともに添加した後、さらに５分間超音波処理する。
（ｂ）その後、銀インクを、５ｃｍ×５ｃｍの面積のガス拡散層（たとえばＳｉｇｒａｃｅｔ  ３５  ＢＣ  ＧＤＬ、イオン・パワー社（Ion Power Inc.）、デラウェア州ニューキャッスル）の上に手塗りし、８０℃で１５分間焼結し、さらに１２０℃で１５分間焼結し、その後、手塗りした面を下にして、１Ｍ−ＫＯＨ浴に１時間浸漬する。
（２）陽極は次のように調製する。
（ａ）ＩｒＯ２（アルファエーサー（Alfa Aesar））１００ｍｇを、脱イオン水（１８．２メガオーム  ミリポア（Millipore））１ｍｌ、イソプロパノール（３０３２−１６、マクロン（Macron））２ｍｌおよび５％ナフィオン（Nafion（登録商標））溶液（１１００ＥＷ、デュポン、デラウェア州ウィルミントン）０．１０１ｍｌと混合することによって、ＩｒＯ２インクを作る。
（ｂ）その後、ＩｒＯ２インクを、６ｃｍ×６ｃｍの面積の５％防水炭素繊維紙（たとえば、ＴＧＰ−Ｈ−１２０  ５％テフロン処理東レ紙（5% Teflon-Treated Toray Paper）、ヒューエル・セル・アース（Fuel Cell Earth）製）の上に手塗りする。その後、炭素紙を８０℃で３０分間焼結する。
（３）「試験」材料の５０〜３００マイクロメートルの厚さの膜を、流延または押し出しのような従来の手段によって作る。
（４）膜を、陽極および陰極の上の金属層が膜に面するように、陽極材料の３×３ｃｍ片と陰極材料の２．５×２．５ｃｍ片の間に挟む。
（５）膜電極アセンブリーを、蛇行流路を有するフューエル・セル・テクノロジーズ（Fuel Cell Technologies）（ニューメキシコ州アルバカーキ）の５ｃｍ２の燃料電池ハードウェア・アセンブリーに搭載する。
（６）６５℃で湿らされたＣＯ２を２０ｓｃｃｍの流量で陰極に供給し、１０ｍＭ−ＫＨＣＯ３を３ｍｌ／分の流量で陽極流路に供給する。
（７）電池を５０℃に加熱し、電源を接続する。
（８）電池を３Ｖで２時間維持し、その後、２００ｍＡ／ｃｍ２の定電流モードに切り替える。
（９）電池を少なくとも１００時間定電流モードに維持する。
（１０）選択率は次のように計算する。
選択率＝（ＣＯ生成速度）／（ＣＯ生成速度＋Ｈ２生成速度）
ただし、ＣＯおよびＨ２の生成速度は、電解槽を出る１分当たりの標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）で測定する。選択率が９０％より高く、２００ｍＡ／ｃｍ２を維持する電圧が３Ｖ未満である場合、膜は適している。
【００１８】
一連の反応器は好ましくは少なくとも３つの反応器を含む。
【００１９】
一連の反応器は、好ましくは、ＣＯとＨ２をメタノールに転化させる第一の反応器を含み、その後、メタノールを第二の反応器においてジメチルエーテルに転化し、そしてジメチルエーテルを第三の反応器で合成燃料および／または化学品に転化する。
【００２０】
ジメチルエーテルの合成燃料および／または化学品への転化は、好ましくはＺＳＭ−５またはＳＡＰＯ−３４のようなゼオライト触媒を使用する。
【００２１】
ゼオライトは、好ましくは、米国特許第９，１７４，２０４号明細書に記載された触媒のような、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３質量比が２〜９、ブルナウアー・エメット・テラー（Brunauer-Emmett-Teller）（ＢＥＴ）表面積が２５０〜５００ｍ２／ｇおよびＮａ含有量が２００ｐｐｍ未満の物質からなる。
【００２２】
持続可能な源からＣＯ２を抽出するためのＣＯ２収集装置において再生可能燃料を製造する方法は、
（ａ）ＣＯ２電解槽によってＣＯ２をＣＯに転化させる工程、
（ｂ）水電解槽によってＨ２ＯをＨ２に転化させる工程、および
（ｃ）ＣＯ２電解槽によって製造されたＣＯと水電解槽によって製造されたＨ２を燃料に転化させる工程
を含む。
【００２３】
前記方法によって製造される燃料は、合成ガソリン、ディーゼル油、ジェット燃料および／または航空機用ガソリン（航空ガソリン）であってもよい。
【００２４】
持続可能なＣＯ２源は、大気、または発酵槽、都市ゴミ処理施設、木材処理装置もしくはごみ埋め立て地からのＣＯ２発生であってもよい。
【００２５】
前記方法において抽出されたＣＯ２は実質的に純粋であることが好ましい。前記方法において製造されたＨ２もまた実質的に純粋であることが好ましい。前記方法において抽出されたＣＯ２および製造されたＨ２の両方が実質的に純粋であることがより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は本発明の再生可能燃料製造装置の模式図である。
【００２７】
【図２】図２は主としてガソリンを製造するように構成された本発明の再生可能燃料製造装置の模式図である。
【００２８】
【図３】図３は主としてオレフィン（好ましくはプロピレン）を製造するように構成された本発明の再生可能燃料製造装置の模式図である。
【００２９】
【図４】図４は装置がガソリンとオレフィンの両方を製造する本発明の再生可能燃料製造装置の代替の設計の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の製造装置は空気、水および再生可能な電気を再生可能な燃料および／または化学品に転化させる。その装置は次の下位装置を含む。
・ＣＯ２をＣＯ（およびＯ２）に転化させるためのＣＯ２電解槽、
・Ｈ２ＯをＨ２（およびＯ２）に転化させるための水電解槽、
・電解槽によって製造されたＣＯとＨ２の比率を調節する制御装置、および
・ＣＯ２電解槽によって製造されたＣＯと水電解槽によって製造されたＨ２を燃料および／または化学品に転化させるための一連の反応器。
【００３１】
これらの下位装置は、それらの組合わせをガソリンの製造にとって有利にする反応原料の製造と経済効率を実証した。
【００３２】
すぐ下に定義の欄を設ける。そこでは、本方法に関係する用語を明確に定義する。個々の方法、装置および材料を記載する。ただし、ここに記載されたものに類似のまたは均等ないかなる方法および材料も本方法の実施または試験において使用することができる。
【００３３】
定義
用語「ＣＯ２の電気化学転化」とは、ここで用いるときは、二酸化炭素、炭酸塩または重炭酸塩が本方法の任意の工程において別の化学物質に転化させられる任意の電気化学的方法のことをいう。
【００３４】
用語「重合体電解質膜」とは、ここで用いるときは、一般に多数の共有結合した負電荷を有する基を有する重合体を含む陽イオン交換膜および一般に多数の共有結合した正電荷を有する基を有する重合体を含む陰イオン交換膜の両方のことをいう。典型的な陽イオン交換膜としては、デラウェア州ウィルミントンのデュポン社（E. I. du Pont de Nemours and Company）からナフィオン（NAFION）の商品名で入手可能なペルフルオロスルホン酸重合体のようなプロトン伝導性膜が挙げられる。
【００３５】
用語「陰イオン交換膜電解槽」とは、ここで用いるときは、陰極から陽極を分離する陰イオン伝導性重合体電解質膜を有する電解槽のことをいう。
【００３６】
用語「無液体陰極」とは、電解中に陰極と直接接触するバルク液体がない電解槽のことをいう。しかし、陰極上にまたは陰極中に薄い液膜があってもよく、また、時々、陰極の液体による洗浄または再水和が生じてもよい。
【００３７】
用語「誘導電流効率」とは、ここで用いるときは、電池に印加された電子のうち炭素含有製品を製造する反応に関与した電子の割合のことをいう。
【００３８】
用語「ＭＥＡ」とは、ここで用いるときは、膜電極アセンブリーのことをいう。
【００３９】
用語「ＧＣ」とは、ここで用いるときは、ガスクロマトグラフのことをいう。
【００４０】
用語「イミダゾリウム」とは、ここで用いるときは、イミダゾール基を含む正荷電を有する配位子のことをいう。これは非置換のイミダゾールまたは置換されたイミダゾールを含む。次の形：
【化１】
2020500258.tif 000003
（ただし、Ｒ１〜Ｒ５は、各々独立に、水素、ハライド、直鎖アルキル、分岐アルキル、環状アルキル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、ヘテロアルキルアリールおよびそれらの重合体（たとえばここに記載されたビニル−ベンジル共重合体）から選択される。）
の配位子が、具体的に含まれる。
【００４１】
用語「ピリジニウム」とは、ここで用いるときは、ピリジン基を含む正荷電を有する配位子のことをいう。これは非置換のピリジンまたは置換されたピリジンを含む。次の形：
【化２】
2020500258.tif 000004
（ただし、Ｒ６〜Ｒ１１は、各々独立に、水素、ハライド、直鎖アルキル、分岐アルキル、環状アルキル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、ヘテロアルキルアリールおよびそれらの重合体（たとえばここに記載されたビニル−ベンジル共重合体）から選択される。）
の配位子が、具体的に含まれる。
【００４２】
用語「ホスホニウム」とは、ここで用いるときは、リンを含む正荷電を有する配位子のことをいう。これは置換されリンを含む。次の形：
Ｐ＋（Ｒ１２Ｒ１３Ｒ１４Ｒ１５）
（ただし、Ｒ１２〜Ｒ１５は、各々独立に、水素、ハライド、直鎖アルキル、分岐アルキル、環状アルキル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、ヘテロアルキルアリールおよびそれらの重合体（たとえばここに記載されたビニル−ベンジル共重合体）から独立して選択される。）
の配位子が、具体的に含まれる。
【００４３】
用語「正荷電を有する環状アミン」とは、ここで用いるときは、環状アミンを含む正荷電を有する配位子のことをいう。これは、具体的には、イミダゾリウム、ピリジニウム、ピラゾリウム、ピロリジニウム、ピロリウム、ピリミジウム、ピペリジニウム、インドリウム、トリアジニウムおよびそれらの重合体（たとえばここに記載されたビニル−ベンジル共重合体）を含む。
【００４４】
用語「ＰＳＴＭＩＭ溶液」とは、ここで用いるときは、本明細書中の具体的実施例３に記載されたように調製された溶液のことをいう。
【００４５】
用語「持続可能な源」とは、ここで用いるときは、ＣＯ２井戸または他の自然のＣＯ２源以外のＣＯ２源のことをいう。持続可能な源としては、具体的には、空気から捕獲されたＣＯ２、発酵槽からのＣＯ２、都市廃棄物設備からのＣＯ２およびごみ埋め立て地からのＣＯ２が挙げられる。
【００４６】
用語「および／または」は、ここで用いるときは、「いずれかまたは両方」を意味する。
【実施例】
【００４７】
具体的実施例１：基本装置設計
図１は、本発明の再生可能燃料製造装置１００の模式流れ図である。装置１００は、電解槽１１１および１１２、反応器１０２、１０３、１０４、１０５および１０６、分離機１０７、圧縮機１０８、弁１６９、１７０、１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６、１７７、１７８および１７９、制御装置１５０、ならびに混合点１３３を含む。図１にさらに示されるように、装置１００は、また、再生可能なＣＯ２源１３１、水源１３２、バイオメタノール源１５２、電解槽１１１を出て混合点１３３に向かうＣＯとＣＯ２の混合物流れ１６１、電解槽１１２を出て混合点１３３に向かうＨ２流れ１６２、電解槽１１２を出るＯ２排出口流れ１６３、および電解槽１１１を出るＯ２排出口流れ１６４を含む。メタノール流れ１８１は反応器１０２を出て、反応器１０３の入口流れに向けられる。ジメチルエーテル流れ１８２は反応器１０３を出て、反応器１０４の入口流れに向けられる。ガソリンとプロピレンとタールの混合物流れ１８３は、反応器１０４を出て、反応器１０５の入口流れおよび／または分離機１０７の入口流れに向けられる。分離機１０７を出る流れは、プロピレン出口流れ１３５、ガソリン出口流れ１３６、Ｈ２とＣＯとＣＯ２の混合物流れ１８４およびＨ２Ｏ流れ１８５を含む。再生可能エネルギー源１６１は電解槽１１１に電力を供給する。再生可能エネルギー源１６２は電解槽１１２に電力を供給する。
【００４８】
電解槽１１１は、反応ＣＯ２→ＣＯ＋（１／２）Ｏ２によってＣＯ２をＣＯに転化する。好ましい設計は、共有の米国特許第９，４８１，９３９号明細書の実施例１に記述されている。
【００４９】
電解槽１１２は、反応Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋（１／２）Ｏ２によってＨ２ＯをＨ２に転化する。好ましい設計は、共有の米国特許出願第１５／４０６，９０９号明細書に記述されている。
【００５０】
制御装置１５０は、ＣＯ、Ｈ２、ＣＯ２およびＨ２Ｏの比率を調節する。
【００５１】
混合点１３３は、ＣＯ２電解槽からの出力流れと水電解槽からの出力流れを混合するように設計されている。
【００５２】
反応器１０２は、ＣＯとＣＯ２とＨ２の混合物をメタノールに転化する。反応器１０２は、好ましくは、ハルダー・トプソー（Haldor-Topsoe）（デンマーク国リンイー（Linyi））製ＭＫ−１５１  ＦＥＮＣＥ（商標）のようなＣｕ／ＺｎＯ触媒を含む。
【００５３】
反応器１０３はメタノールをジメチルエーテルに転化する。反応器１０３は、好ましくは、ＢＡＳＦ  Ｇ−２５０触媒のようなγ−Ａｌ２Ｏ３触媒を含む。
【００５４】
反応器１０４はジメチルエーテルをプロピレンのようなオレフィンまたはガソリンのいずれかに転化する。反応器１０４は、好ましくは、ＺＳＭ−５またはＳＡＰＯ−３４のようなゼオライト触媒を含む。最も好ましくは、ゼオライトは、米国特許第９，１７４，２０４号明細書に記載された触媒のような、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３質量比が２〜９、ＢＥＴ表面積が２５０〜５００ｍ２／ｇ、Ｎａ含有量が２００ｐｐｍ未満の物質からなる。
【００５５】
反応器１０５はズレンおよびその他のタール分子を水素化する。反応器１０５は、好ましくは、クライテリオン（Criterion）ＫＬ６５１５のようなアルミナ担持ニッケル触媒、またはアルファエーサー（Alfa Aesar）４５５７９のようなアルミナ担持モリブデン酸コバルト触媒を含む。
【００５６】
反応器１０６は、Ｃ５＋分子（５個以上の炭素を含む分子）を、水蒸気との反応によって、ＣＯ、Ｈ２および軽質オレフィンに転化する。反応器１０６は、好ましくは、ＺＳＭ−５触媒またはアルミナ担持ニッケル触媒のいずれかを含む。
【００５７】
図２は、主としてガソリンのような燃料を製造するための再生可能燃料製造装置１００の操作を図示する。図２に示されるように、バルブ１７３、１７４、１７５、１７６および１７８は、それらのバルブの各々の上のサークル・アンド・バックラッシュ記号
【数１】
2020500258.tif 000005
によって描かれるように、閉じており、反応器１０６は停止されているかまたは再生サイクルの中に置かれている。この場合には、タールは分離工程の前に反応器１０５において水素化され、製造されたオレフィンは、より多くのガソリンを製造するために、反応器１０４に戻される。
【００５８】
図３は、主としてプロピレンのようなオレフィンを製造するために、装置がどのように操作されるかを示す。この場合には、バルブ１６９、１７０、１７２、１７７および１７９は、それらのバルブの各々の上のサークル・アンド・バックラッシュ記号
【数２】
2020500258.tif 000006
によって描かれるように、閉じており、反応器１０５は停止されているかまたは再生サイクルの中に置かれている。制御装置２０１は、ガソリン製造を促進するために、Ｈ２に対するＣＯ、ＣＯ２の比を調節する。この場合には、タールおよびガソリンは反応器１０６へ送られ、ガソリン、タールおよびその他の炭化水素は、軽質オレフィン、ＣＯ、ＣＯ２およびＨ２を製造するために、熱分解される。
【００５９】
この設計の利点は次のとおりである。
（ａ）燃料の製造から化学品の製造への容易な切り替え。化学品は有限の市場を持っているが、それらは高価である。燃料は化学品よりもずっと大きな市場を持っているが、それらの価格は化学品より低い。２つの方法を組み合わせることによって、我々は、大量の製品の製造に関連した規模の経済性を利用し、かつ、高価格少量の製品をも作ることができる。
（ｂ）電解槽１００および１０１ならびに制御装置２０１の使用は、製品の製造を促進するために、反応器１０２への供給原料中のＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２およびＨ２Ｏの比率を調節することを可能にする。たとえば、ガソリンを製造するための好ましいＣＯ：Ｈ２比は約１：２．５であるが、たとえば、水蒸気メタン改質は約１：３を与える。
（ｃ）ここに記載された再生可能燃料製造装置および方法は、二酸化炭素の収支がマイナスであり、再生可能エネルギー、水および空気からのエネルギー密度の高い液体燃料または化学品のエネルギー効率のよい生成を提供する。
【００６０】
具体的実施例２：代替装置実施形態
図４は、プロピレンとガソリンの両方が製造される代替装置実施形態２００を示す。この実施形態においては、その設計は図１に示される装置１００において反応器１０６を省略し簡単にされている。装置２００は、電解槽２１１および２１２、反応器２０２、２０３、２０４および２０５、分離機２０７、圧縮機２０８、制御装置２５０および混合点２３３を含む。図１にさらに示されるように、装置２００は、また、再生可能なＣＯ２源２３１、水源２３２、電解槽２１１を出て混合点２３３に向かうＣＯとＣＯ２の混合物流れ２６１、電解槽２１２を出て混合点２３３に向かうＨ２流れ２６２、電解槽２１２を出て反応器２０５に向かうＨ２流れ２８７、電解槽２１２を出るＯ２排出口流れ２６３、および電解槽２１１を出るＯ２排出口流れ２６４をも含む。メタノール流れ２８１は、反応器２０２を出て、反応器２０３の入口流れへ導かれる。ジメチルエーテル流れ２８２は、反応器２０３を出て、反応器２０４の入口流れへ導かれる。ガソリンとプロピレンとタールの混合物流れ２８３は、反応器２０４を出て、分離機２０７の入口流れへ導かれる。分離機２０７を出る流れは、プロピレン出口流れ２３５、ガソリンとタールの混合物出口流れ２３６、Ｈ２とＣＯとＣＯ２の混合物流れ２８４、およびＨ２Ｏ流れ２８５を含む。ガソリン流れ２８９は反応器２０５を出る。再生可能エネルギー源２６１は電解槽２１１に電力を供給する。再生可能エネルギー源２６２は電解槽２１２に電力を供給する。
【００６１】
電解槽２１１は、反応ＣＯ２→ＣＯ＋（１／２）Ｏ２によってＣＯ２をＣＯに転化する。好ましい設計は、共有の米国特許第９，４８１，９３９号明細書の実施例１に記述されている。
【００６２】
電解槽２１２は、反応Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋（１／２）Ｏ２によってＨ２ＯをＨ２に転化する。好ましい設計は、共有の米国特許出願第１５／４０６，９０９号明細書に記述されている。
【００６３】
制御装置２５０は、ＣＯとＨ２とＣＯ２とＨ２Ｏの比率を調節する。
【００６４】
混合点２３３は、ＣＯ２電解槽からの出力流れと水電解槽からの出力流れを混合するように設計されている。
【００６５】
反応器２０２は、ＣＯとＣＯ２とＨ２の混合物をメタノールに転化する。反応器２０２は、好ましくは、ハルダー・トプソー（Haldor-Topsoe）（デンマーク国リュンビュー（Lyngby））製ＭＫ−１５１  ＦＥＮＣＥ（商標）のようなＣｕ／ＺｎＯ触媒を含む。
【００６６】
反応器２０３はメタノールをジメチルエーテルに転化する。反応器２０３は、好ましくは、ＢＡＳＦ  Ｇ−２５０触媒のようなγ−Ａｌ２Ｏ３触媒を含む。
【００６７】
反応器２０４はジメチルエーテルをプロピレンのようなオレフィンまたはガソリンのいずれかに転化する。反応器１０４は、好ましくはＺＳＭ−５またはＳＡＰＯ−３４のようなゼオライト触媒を含む。最も好ましくは、ゼオライトは、米国特許第９，１７４，２０４号明細書に記載された触媒のような、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３質量比が２〜９、ＢＥＴ表面積が２５０〜５００ｍ２／ｇ、Ｎａ含有量が２００ｐｐｍ未満の物質からなる。
【００６８】
反応器２０５はズレンおよびその他のタール分子を水素化する。反応器２０５は、好ましくは、クライテリオン（Criterion）ＫＬ６５１５のようなアルミナ担持ニッケル触媒、またはアルファエーサー（Alfa Aesar）４５５７９のようなアルミナ担持モリブデン酸コバルト触媒を含む。
【００６９】
具体的実施例３：改善されたＣＯ２電解槽
この実施例の目的は、スチレンとビニルベンジル−Ｒｓとビニルベンジル−Ｒｘの三元重合体（ただし、（ａ）Ｒｓは正荷電を有する環状アミン基であり、（ｂ）Ｒｘは、Ｃｌ、ＯＨ、ならびにＯＨまたはＣｌと単純なアミンまたは環状アミン以外の化学種との反応生成物からなる群から選択される少なくとも１種の成分であり、そして（ｃ）ビニルベンジル−Ｒｘ基の総質量は膜の総質量の０．３％よりも大きい。）がＣＯ２電解槽の膜として重要な利点があることを実証することである。
【００７０】
具体的実施例１および２は、共有の米国特許第９，４８１，９３９号明細書の実施例１に開示された二酸化炭素電解槽を用いた。この電解槽は２５℃で運転するように設計した。より高い温度で電解槽を操作することができるが、′９３９特許の実施例１の膜は劣化するので、この添加方法のＣＯへの選択率は時間とともに低下する。その結果、′９３９特許の実施例１の電解槽は２５〜３０℃よりも高い温度で安定した性能を発揮することができない。
【００７１】
３０〜１２０℃で、好ましくは４０〜９０℃で、電解槽を操作することにはいくつかの利点がある。温度が高くなるとともに、ＣＯ２転化の反応速度は増大する。電解槽を３０℃よりも高い温度で運転すれば、電解槽から熱を取り除くことがより容易になる。不純物を含まないＣＯは９０℃の自己発火温度を有する。混合物は１２０℃まで点火しないかもしれない。したがって、安全の観点から、電解槽の温度は１２０℃未満、好ましくは９０℃未満であることが望まれる。
【００７２】
現在４０〜１２０℃の温度範囲で操作されているＣＯ２電解槽の例は存在しないと考えられている。この実施例の目的は、より高い温度で重合体電解質膜系のＣＯ２電解槽の操作の成功を可能にする電解槽設計の例を提供することである。
【００７３】
最初に、三元重合体膜を、以下に記載されるように、共有の米国特許出願第１５／４００，７７５号明細書の具体的実施例１７に記載されているように、調製する。
【００７４】
工程１．ＰＳＴＭＩＭ溶液の製造
体積Ｖのスチレン（シグマ・アドリッチ（Sigma-Aldrich）、ミズーリ州セントルイス）およびＶ／４に等しい体積の４％水酸化ナトリウム水溶液を分液漏斗に加え、次いで漏斗を撹拌して水とスチレンを混合し、その後、スチレン層の上澄みを取ることによって、防止剤なしのスチレンを調製した。水層が識別可能な変色を示さなくなるまで、その工程を５回繰り返した。水酸化ナトリウム溶液の代わりに純水を用いて、その手順を水層のｐＨが中性になるまで繰り返した。洗浄したスチレンを、秤量する前に冷凍装置の中に一晩入れ、残存水が主として氷の状態にあることを確認した後、残存水を濾過またはデカンテーションによってスチレンから分離した。４−ビニルベンジルクロリド（４−ＶＢＣ）をスチレンと同じ方法で処理した。
【００７５】
その後、クロロベンゼン（シグマ・アルドリッチ）（２５０ｇ）中で、防止剤を含まないスチレン（シグマ・アルドリッチ）（１７２．３ｇ、１．６５モル）および４−ビニルベンジルクロリド（シグマ・アルドリッチ）（１４３．１ｇ、０．９４モル）の溶液を、開始剤としてのＡＩＢＮ（α，α′−アゾイソブチロニトリル、シグマ・アルドリッチ）（２．９６３５ｇ、総単量体質量を基準として０．９４質量％）と共に、窒素ガス下、油浴中、６０〜６５℃で、２２時間、加熱することによって、ポリ（４−ビニルベンジルクロリド−ｃｏ−スチレン）を合成した。共重合体をメタノール中で沈殿させ、十分に洗浄し、６０℃で一晩乾燥した。
【００７６】
次に、１，２，４，５−テトラメチルイミダゾール（ＴＣＩ、日本）（３．７００ｇ、０．０２９８モル）、前記の合成したポリ（４−ＶＢＣ−ｃｏ−Ｓｔ）（１０ｇ）、無水エタノール（１７ｇ、シグマ・アルドリッチ、米国）、無水トルエン（１２．５ｇ、シグマ・アルドリッチ、米国）、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ、１ｇのエタノール中に０．２ｇ、０．００１５４モル）およびＡＩＢＮ（０．９７ｇのエタノール中に０．００３０１ｇ）を、窒素流れの保護下で混合した。混合物を７８℃で約１時間撹拌・加熱した。溶液が透明になったとき、反応温度を５５℃に下げ、７１時間維持し、膜重合体を得た。
【００７７】
工程２．膜形成
上記の調製した重合体溶液をポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）ライナー上に直接流延することによって、膜を調製した。ライナー上の溶液の厚さは、調整可能なドクターブレードを備えたフィルムアプリケーター（ＭＴＩ社、カリフォルニア州リッチモンド）によって制御した。その後、膜を、真空乾燥器中で、温度を７０℃に上げ１時間維持して、乾燥した。真空乾燥器中でさらに１時間かけて温度をゆっくり下げた後、膜を乾燥器から取り出し、１Ｍ−ＫＯＨ溶液の中に一晩入れ、その間に膜はライナーから剥がれた。膜の塩素イオンが実質的に完全に交換されることを確実にするために、ＫＯＨ溶液を２回交換し、各回２〜３時間浸漬し、膜を実質的に完全に水酸化物形に変えた。
【００７８】
陰極材料は以下のように調製した。銀インクを以下のように作った。カーボンブラック（Ｖｕｌｃａｎ  ＸＣ  ７２ＲＸＣ７２、ヒューエル・セル・アース（Fuel Cell Earth））２ｍｇ、膜重合体の１％溶液０．２ｍｌおよびエタノール（シグマアルドリッチ、米国）０．５ｍｌの混合物を、５分間超音波処理した。１．５ｍｌのエタノールと共に、銀ナノ粒子（２０〜４０ｎｍ、４５５０９、アルファエイサー（Alfa Aesar）、マサチューセッツ州ウォードヒル）１００ｍｇを加えた後、さらに５分間超音波処理した。その後、銀インクを、５ｃｍ×５ｃｍの面積のガス拡散層（Ｓｉｇｒａｃｅｔ  ３５  ＢＣ  ＧＤＬ、イオン・パワー社、デラウェア州ニューキャッスル）の上に手塗りした。それを、８０℃で１５分、次いで１２０℃で１５分焼結した。その後、それを、手塗した面を下にして、１Ｍ−ＫＯＨ浴の中に１時間浸漬した。
【００７９】
陽極材料は以下のように調製した。ＩｒＯ２（アルファエイサー）１００ｍｇを、脱イオン水（１８．２メガオーム  ミリポア（Millipore））１ｍｌ、イソプロパノール（３０３２−１６、マクロン（Macron））２ｍｌおよび５％ナフィオン（NAFION（登録商標））溶液（１１００ＥＷ、デュポン、デラウェア州ウィルミントン）０．１０１ｍｌと混合することによって、ＩｒＯ２インクを作った。その後、ＩｒＯ２インクを、６ｃｍ×６ｃｍの面積の５％防水炭素繊維紙（ＴＧＰ−Ｈ−１２０  ５％テフロン処理東レ紙（5% Teflon-Treated Toray Paper）、ヒューエル・セル・アース（Fuel Cell Earth））の上に手塗りした。その後、インクで被覆した炭素繊維紙を８０℃で３０分間焼結した。
【００８０】
陽極および陰極の上の金属層が膜に面するように、３×３ｃｍ片の陽極材料と２．５×２．５ｃｍ片の陰極材料の間に、膜を挟み、アセンブリー全体を、蛇行流路を有するヒューエル・セル・テクノロジーズ（Fuel Cell Technologies）の５ｃｍ２の燃料電池ハードウェア・アセンブリーの中に搭載した。
【００８１】
２５℃で湿らせたＣＯ２を２０ｓｃｃｍの流量で陰極流路の中に供給し、１０ｍＭ−ＫＨＣＯ３を３ｍｌ／分の流量で陽極流路の中に供給した。次に、電池を電源に接続し、電池を３Ｖの固定電圧で２時間運転し、その後、２００ｍＡ／ｃｍ２の定電流モードに切り替え、２５０時間運転した。電池は２５０時間安定していた。′７７５出願の図５に示されるように、選択率は９０％より高かった。
【００８２】
第二の膜を上記のように調製し、上記のように電池の中に搭載した。６５℃で湿らせたＣＯ２を３０ｓｃｃｍの流量で電池の中に供給し、１０ｍＭ−ＫＨＣＯ３を３ｍｌ／分の流量で陽極流路の中に供給した。電池を５０℃に加熱し、電源を接続した。再び、電池を３Ｖで２時間維持し、その後、６００ｍＡ／ｃｍ２の定電流モードに切り替えた。電池は、ＣＯ選択率が９７％より高い状態で６００ｍＡ／ｃｍ２で２５０時間安定していた。
【００８３】
第三の膜を上記のように調製し、上記のように電池の中に搭載した。６５℃で湿らせたＣＯ２を３０ｓｃｃｍの流量で電池の中に供給し、１０ｍＭ−ＫＨＣＯ３を３ｍｌ／分の流量で陽極流路の中に供給した。電池を５０℃に加熱し、電源を接続した。再び、電池を３Ｖに維持し、電流を測定した。次に、温度を６０℃、７０℃および８０℃に上げ、それぞれ２時間、電流を測定した。表１にこれらの結果をまとめた。
【表１】
2020500258.tif 000007
【００８４】
これらの結果は、ＣＯ２電解槽を２５〜８０℃、好ましくは５０〜７０℃で成功裡に操作することができることを実証している。
【００８５】
具体的実施例４：支持された膜
この実施例の目的は、共有の米国特許第９，５８０，８２４号明細書に記載されたような、スチレンおよびビニルベンジル−Ｒｓから本質的になる共重合体と下記の（ａ）〜（ｅ）からなる群から選択される少なくとも１種の重合体成分の重合体ブレンドまたは混合物を含む膜が利点を有することを実証することである。
（ａ）直鎖のまたは置換された非芳香族ポリオレフィン、
（ｂ）環状アミン基を含む重合体、
（ｃ）フェニレン基およびフェニル基の少なくとも一方を含むポリスチレン以外の重合体、
（ｄ）ポリアミド、および
（ｅ）スチレンおよびビニルベンジル−Ｒｓ単量体と２個の炭素−炭素二重結合を有する架橋単量体との反応生成物。
ただし、Ｒｓは正電荷を有する環状アミン基であり、膜中の前記少なくとも１種の重合体成分の総質量は膜中の前記共重合体の質量より少ない。
【００８６】
工程１
具体的実施例３に記載したように、ＰＳＴＭＩＭ溶液を調製した。
【００８７】
工程２
ＰＳＴＭＩＭ溶液をエタノールで固形分２０％に薄めた。
【００８８】
工程３
ドクターブレードを用いて、ポリプロピレンで裏打ちされたシート（ホーム・デポ（Home Depot）、ジョージア州アトランタ）の上に重合体溶液の薄膜を流延するために、ＢＫＹ（ドイツ国ゲーレッツリート（Geretsried））の自動フィルムアプリケーターＬを用いた。溶液を周囲の環境で３０分間乾燥させて、約１５マイクロメートルの厚さの重合体フィルムを得た。
【００８９】
工程４
次に、表面を活性化して湿潤性をより良くするために、１０μｍの厚さの多孔性延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）フィルム（フィリップス・サイエンティフィック社（Philips Scientific Inc.）、サウスカロライナ州ロックヒル）は、エタノール浴の中に３０分間沈めた。その後、多孔性ｅＰＴＦＥフィルムを、堆積させた重合体フィルム上に緊張状態で注意深く置いた。ｅＰＴＦＥフィルムを重合体フィルム上に置いたときに、ｅＰＴＦＥフィルムの孔隙構造を十分に開けるために、ｅＰＴＦＥフィルムをｘ方向およびｙ方向の両方に伸ばした。
【００９０】
工程５
ＰＳＴＭＩＭ重合体溶液の１５μｍの層をｅＰＴＦＥの上に堆積した。重合体フィルムを周囲条件で１５分間静置し、その後、重合体とｅＰＴＦＥの接着を改善するために、強化膜全体を６５℃の乾燥器の中に６０分間置いた。加熱工程の後、カミソリの刃およびピンセットの助けを借りて、ポリプロピレンで裏打ちされたシートから膜を分離し、その後、具体的実施例３に記載したように、１Ｍ−ＫＯＨで活性化した。
【００９１】
結果として生じた膜を電池の中に搭載し、具体的実施例３と同様に試験した。表２にこれらの実験結果を示す。
【表２】
2020500258.tif 000008
【００９２】
これらの結果は、ＣＯ２電解槽を２５〜９０℃で成功裡に操作することができることを実証している。電解槽を加圧すれば、１２０℃までの温度も実行可能である。
【００９３】
ここに開示された方法および／またはプロセスの中の工程の特定の順序または階層は、典型的なアプローチの例である。設計優先度に基づいて、方法の中の工程の特定の順序または階層は、開示された主題の範囲内にとどまる限り、再配列することができる。添付の方法クレームは、様々な工程の要素をサンプルの順序で示し、必ずしも、示された特定の順序または階層に限定されることを意味するものではない。
【００９４】
ここに記載された数値範囲は、下位の値と上位の値の間に少なくとも２単位の差があるならば、下位の値から上位の値までの１単位の間隔の値をすべて含む。例として、成分の濃度またはたとえば寸法、角度、圧力、時間などのようなプロセス変量の値が、たとえば１〜９８、具体的には２０〜８０、より具体的には３０〜７０であると記載されている場合、この明細書中には１５〜８５、２２〜６８、４３〜５１、３０〜３２などのような値が明確に列挙されていると意図される。１未満の値については、１単位は、必要に応じて、０．０００１、０．００１、０．０１または０．１であるとみなす。これらは特別に意図されるものの例にすぎず、最小値および最大値の間の数値の可能なすべての組み合わせが同様に扱われるものとする。
【００９５】
本発明の特定の要素、実施形態および応用を示し記載してきたが、特に前記教示に照らして本発明の開示の範囲から外れずに当業者は変更を加えることができるので、本発明はそれらに限定されないことが理解されるであろう。
【図１】
2020500258.tif 000009
【図２】
2020500258.tif 000010
【図３】
2020500258.tif 000011
【図４】
2020500258.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月27日(2019.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生可能燃料および／または再生可能化学品を製造する装置であって、該装置は、
（ａ）ＣＯ２をＣＯとＯ２に転化させるためのＣＯ２電解槽（ただし、ＣＯ２電解槽は少なくとも９０％のＣＯ選択率を有する。）、
（ｂ）Ｈ２ＯをＨ２とＯ２に転化させるための別個の水電解槽、
（ｃ）前記電解槽によって製造されたＣＯとＨ２の比率を変えるために前記電解槽の各々に信号を送る制御装置、および
（ｄ）ＣＯ／Ｈ２混合物を燃料および／または化学品に転化させる一連の反応器
を含み、
ＣＯ２電解槽が４０〜１２０℃の温度範囲内で運転される、装置。
【請求項２】
再生可能燃料および／または再生可能化学品を製造する装置であって、該装置は、
（ａ）ＣＯ２をＣＯに転化させるためのＣＯ２電解槽、
（ｂ）Ｈ２ＯをＨ２に転化させるための水電解槽、
（ｃ）ＣＯをＨ２と混合するための混合器、
（ｄ）どの製品を製造するかによってＣＯとＨ２の比率を変える制御装置、および
（ｅ）ＣＯ／Ｈ２混合物を燃料および／または化学品に転化させる一連の反応器
を含み、
ＣＯ２電解槽が４０〜１２０℃の温度範囲内で運転され、
ＣＯ２電解槽は、スチレン、ビニルベンジル−Ｒｓ（ただし、Ｒｓは正電荷を有する環状アミン基である。）およびビニルベンジル−Ｒｘ（ただし、Ｒｘは、Ｃｌ、ＯＨ、およびＯＨまたはＣｌと単純なアミンまたは環状アミン以外の化学種との反応生成物からなる群から選択される少なくとも１種の成分である。）の三元重合体を含む陰イオン伝導性重合体膜を含み、
ビニルベンジル−Ｒｘ基の総質量は三元重合体の総質量の１〜２５％であり、
ビニルベンジル−Ｒｓ基の総質量は三元重合体の総質量の少なくとも３０％である、装置。
【請求項３】
Ｒｓがテトラメチルイミダゾリウムである、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
装置が少なくとも１種の燃料および少なくとも１種の化学品を製造することができる、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
燃料が、合成ガソリン、合成ディーゼル油、合成の航空機用ガソリンおよびそれらのための混合ストックのうちの少なくとも１種である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
化学品が、メタノール、ジメチルエーテル、エタノールおよびプロピレンのうちの少なくとも１種である、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
一連の反応器が少なくとも３つの反応器を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
一連の反応器のうちの第一の反応器がＣＯとＨ２をメタノールに転化させ、第二の反応器がメタノールをジメチルエーテルに転化させ、第三の反応器がジメチルエーテルを合成燃料および化学品のうちの少なくとも１種に転化させる、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
ジメチルエーテルを合成燃料または化学品に転化させる反応器がゼオライト触媒を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
ゼオライト触媒が微孔性ゼオライト触媒である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
ゼオライト触媒が、２〜９のＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３質量比、２５０〜５００ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積および２００ｐｐｍ未満のＮａ含有量を有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
ＣＯ２電解槽は、（ａ）陰極、（ｂ）陽極および（ｃ）陰イオン伝導性重合体膜を含み、
陰極は、カーボンブラック２ｍｇ、膜重合体の１％溶液０．２ｍｌおよびエタノール０．５ｍｌを混合して５分間超音波処理し、銀ナノ粒子（２０〜４０ｎｍ）１００ｍｇをエタノール１．５ｍｌとともに添加した後、さらに５分間超音波処理することによって銀インクを調製し、その後、銀インクを５ｃｍ×５ｃｍの面積のガス拡散層の上に手塗りし、ガス拡散層を８０℃で１５分間、次いで１２０℃で１５分間焼結し、その後、ガス拡散層を、手塗りした面を下にして、１Ｍ−ＫＯＨ浴の中に１時間浸漬することによって調製され、
陽極は、１００ｍｇのＩｒＯ２を脱イオン水１ｍｌ、イソプロパノール２ｍｌおよび５％ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）溶液０．１０１ｍｌと混合することによってＩｒＯ２インクを作り、その後、ＩｒＯ２インクを６ｃｍ×６ｃｍの面積の５％防水炭素繊維紙の上に手塗りし、その後、８０℃で３０分間焼結することによって調製され、
陰イオン伝導性重合体膜は、陰極のインクが塗られた面と陽極のインクが塗られた面の間に配置されて、膜電極アセンブリーを形成し、膜電極アセンブリーは蛇行反応原料流路を有する燃料電池ハードウェア・アセンブリーに搭載され、膜は、（ｉ）６５℃で湿らされたＣＯ２を２０ｓｃｃｍの流量で陰極に供給し、１０ｍＭ−ＫＨＣＯ３を３ｍｌ／分の流量で陽極流路に供給し、（ｉｉ）電池を５０℃に加熱し、（ｉｉｉ）電源が陰極と陽極を相互に連結させ、（ｉｖ）電池を３Ｖで２時間維持し、その後、２００ｍＡ／ｃｍ２の定電流モードに切り替え、（ｖ）電池を少なくとも１００時間定電流モードに維持し、（ｖｉ）選択率を次式
選択率＝（ＣＯ生成速度）／（ＣＯ生成速度＋Ｈ２生成速度）
で計算し、そして（ｖｉｉ）ＣＯおよびＨ２の生成速度を、電池を出る１分当たりの標準立方センチメートルで測定したとき、選択率が９０％よりも高く、かつ２００ｍＡ／ｃｍ２を維持する電圧が３Ｖ未満であるという試験を満足する、請求項１に記載の装置。
【国際調査報告】
2020500258.tif 000013
2020500258.tif 000014
2020500258.tif 000015