JP2020024918A - 発電システム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、発電システム1の構成を示す模式図である。
直接メタノール形燃料電池10は、燃料電池の一例である。直接メタノール形燃料電池10は、比較的低温で作動するアルカリ形燃料電池(AFC:Alkaline Fuel Cel)の一種である。直接メタノール形燃料電池10は、カソード12、アノード14、及び電解質16を備える。
・アノード14: CH3OH+6OH−→6e−+CO2+5H2O
・ 全体 : CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O
メタノール合成装置20は、メタノール合成部21及び気液分離タンク22を備える。
・CO2+3H2 → CH3OH+H2O
・CO2+H2 → CO+H2O
水素生成装置30は、水から水素を生成する。本実施形態に係る水素生成装置30は、電解装置31及び太陽光発電装置32を備える。
発電システム1は、直接メタノール形燃料電池10と、メタノール合成装置20とを備える。メタノール合成装置20は、発電所、製鉄所、工業プラントなどから排出された排ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離膜24を有する。メタノール合成装置20は、水素と、二酸化炭素分離膜24によって分離された二酸化炭素との合成ガスからメタノールを合成する。直接メタノール形燃料電池10は、メタノール合成装置20において合成されたメタノールを用いて発電する。
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の変形又は変更が可能である。
上記実施形態において、発電システム1は、燃料電池の一例として直接メタノール形燃料電池(DMFC)を備えることとしたが、これに限られない。発電システム1が備える燃料電池としては、固体酸化物形燃料電池(SOFC)、固体高分子形燃料電池(PEFC)、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)、或いはリン酸形燃料電池(PAFC)などが挙げられる。SOFC、PEFC、MCFC、及びPAFCでは、メタノール合成装置20において合成されたメタノールを改質することによって水素を生成し、生成された水素を燃料として発電することができる。また、SOFCでは、メタノール合成装置20において合成されたメタノールをそのまま燃料として発電することもできる。このように、本明細書において、「メタノールを用いて発電する燃料電池」には、メタノールをそのまま燃料として用いる燃料電池と、燃料としての水素を生成するためにメタノールを用いる燃料電池とが含まれる。
上記実施形態において、発電システム1は、水素生成装置30を備えることとしたが、水素生成装置30を備えていなくてもよい。この場合、メタノール合成装置20におけるメタノールの合成に用いられる水素を外部から供給すればよい。
上記実施形態において、水素生成装置30は、水を電気分解することによって水素を生成することとしたが、水素生成装置30における水素の生成方法は特に限られない。例えば、水素生成装置30は、太陽光の熱エネルギーを利用して水を熱分解することによって水素を生成してもよいし、光触媒に太陽光を照射して水を分解することによって水素を生成してもよい。
上記実施形態において、水素生成装置30は、太陽光発電装置32が発電した直流電流を用いて水を電気分解することとしたが、直流電流の発電方法は特に限られない。例えば、太陽熱、地熱、風力、水力などを用いて発電してもよいし、外部の発電設備において発電された交流電流を直流電流に変換して利用してもよい。
上記実施形態において、水素生成装置30において生成された酸素は外部に排出されることとしたが、直接メタノール形燃料電池10のカソード12における電気化学反応に利用されてもよい。
上記実施形態において、発電システム1は、二酸化炭素含有ガスの一例である排ガスに含まれる二酸化炭素を濃縮して発電に利用することとしたが、これに限られない。二酸化炭素含有ガスとしては、排ガスのほかに、空気を挙げることができる。すなわち、発電システム1は、空気中に数百ppm含まれる二酸化炭素を濃縮して発電に利用してもよい。
上記実施形態では、発電システム1において生産される電力の用途について特に触れていないが、図2に示すように、蓄電装置17を備える発電システム1aを構築することによって、発電システム1aにおいて生産される電力を幅広い用途に利用することができる。
上記実施形態において、発電システム1では、気液分離タンク22において分離された液状のメタノールは、直接メタノール形燃料電池10のメタノール供給部15に直接供給されることとしたが、これに限られない。
上記実施形態では、直接メタノール形燃料電池10のアノード14において発生する二酸化炭素は、メタノール供給部15から外部に排出されることとしたが、図4に示すように、メタノール供給部15からメタノール合成部21に二酸化炭素を供給する発電システム1cを構築してもよい。これにより、直接メタノール形燃料電池10から排出される二酸化炭素の有効利用を図ることができる。なお、発電システム1cでは、必要に応じて、外部からメタノール合成部21へ排ガスを供給してもよい。
上記実施形態において、二酸化炭素分離膜24は、メタノール合成部21内に配置されることとしたが、図5に示すように、直接メタノール形燃料電池10の下流側かつメタノール合成部21の上流側に二酸化炭素分離膜24が配置された発電システム1dを構築してもよい。
10 直接メタノール形燃料電池
20 メタノール合成装置
21 メタノール合成部
22 気液分離タンク
23 供給空間
24 二酸化炭素分離膜
25 合成空間
26 メタノールタンク
27 二酸化炭素分離装置
28 透過側空間
30 水素生成装置
31 電解装置
32 太陽光発電装置
Claims (8)
- 二酸化炭素を含む二酸化炭素含有ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離膜と、水素と前記二酸化炭素分離膜によって分離された二酸化炭素との合成ガスからメタノールを合成するメタノール合成部とを有するメタノール合成装置と、
前記メタノール合成装置において合成されたメタノールを用いて発電する燃料電池と、
を備える発電システム。 - 前記二酸化炭素分離膜は、ゼオライト膜である、
請求項1に記載の発電システム。 - 水を電気分解することによって水素を生成する水素生成装置を更に備える、
請求項1又は2に記載の発電システム。 - 前記二酸化炭素分離膜は、前記メタノール合成部内に配置される、
請求項1乃至3のいずれかに記載の発電システム。 - 前記二酸化炭素分離膜は、前記燃料電池の下流側かつ前記メタノール合成部の上流側に配置される、
請求項1乃至3のいずれかに記載の発電システム。 - 前記メタノール合成部は、メタノールの合成に用いられなかった残留流体を、メタノールの合成に再利用する、
請求項1乃至5のいずれかに記載の発電システム。 - 前記メタノール合成装置は、合成したメタノールを貯留するメタノールタンクを有する、
請求項1乃至6のいずれかに記載の発電システム。 - 前記燃料電池と電気的に接続され、前記燃料電池からの電力を蓄電する蓄電装置を備える、
請求項1乃至7のいずれかに記載の発電システム。
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