JP6667050B1 - Production of hydrogen - Google Patents
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Abstract
海水からカルボン酸化合物を製造する方法が開示される。この方法は、糖の異化作用が起こり得るような十分な期間、所定量の糖と海水とを混合し、それによってカルボン酸化合物を製造することを含む。このカルボン酸化合物を含む溶液は、とりわけ水素を製造するために電気分解され得る。A method for producing a carboxylic acid compound from seawater is disclosed. The method involves mixing a predetermined amount of sugar with seawater for a sufficient period of time such that sugar catabolism may occur, thereby producing a carboxylic acid compound. The solution containing the carboxylic acid compound can be electrolyzed, inter alia, to produce hydrogen.
Description
本開示は、水素の製造方法に関するものであるが、この方法は水素の製造に限定されない。より具体的には、海水から前駆体化合物を製造する方法が開示されている。前駆体化合物を含む溶液を電気分解して、とりわけ水素を製造することができる。 The present disclosure relates to a method for producing hydrogen, but the method is not limited to producing hydrogen. More specifically, a method for producing a precursor compound from seawater is disclosed. The solution containing the precursor compound can be electrolyzed to produce, inter alia, hydrogen.
海水は、バクテリア、ウイルス、原生生物、および古細菌等の他の単細胞微生物などの多数の固有の微生物を含む。例えば、海水は、多くは少数しか存在しないが、万を超えるほどの微生物（すなわち、２０，０００種を超える）を含み得ることが理解される。 Seawater contains many unique microorganisms, such as bacteria, viruses, protists, and other unicellular microorganisms such as archaebacteria. For example, it is understood that seawater, although often abundantly present, can contain as much as 10,000 microorganisms (ie, more than 20,000 species).
細菌と古細菌は、細胞核を持たない単細胞生物（原核生物）である。それらは、海水のカラムの至る所、ならびに海底堆積物の表面およびその内部に見られる。バクテリアと古細菌は、それぞれいくつかの代謝経路を持っている。 Bacteria and archaea are unicellular organisms (prokaryotes) without a cell nucleus. They are found throughout the columns of seawater, as well as on and inside marine sediments. Bacteria and archaea each have several metabolic pathways.
海水中の微生物の中には、好気性（酸素を必要とする）のものもあれば、嫌気性（酸素を必要としない）のものもある。 Some microorganisms in seawater are aerobic (need oxygen) and others are anaerobic (need oxygen).
背景技術および従来技術への言及は、背景技術および従来技術が、オーストラリアまたは他のいかなる国においても、当該技術分野における共通の一般的知識の一部を形成することを承認するものではないことを理解されたい。 Reference to the background and the prior art is not an admission that the background and the prior art form part of the common general knowledge in the art in Australia or any other country. I want to be understood.
本明細書に開示されているのは、海水から前駆体化合物をカルボン酸の形態で製造する方法である。前駆体化合物を含む溶液を電気分解して水素を製造することができる。言い換えれば、驚くべきことに、海水から水素を容易に製造できることが発見された。知られているように、水素は、それが燃料電池等に使用されるときなどに再生可能燃料を形成することができる。さらに、二次ガス、すなわち塩素も製造され得ることが見出された。塩素ガスも商業的価値がある。他の化合物をこの方法によって製造することができ、少なくとも部分的に脱塩された水も同様である。 Disclosed herein is a method for producing a precursor compound from seawater in the form of a carboxylic acid. Hydrogen can be produced by electrolyzing a solution containing the precursor compound. In other words, it has surprisingly been found that hydrogen can be easily produced from seawater. As is known, hydrogen can form a renewable fuel, such as when it is used in fuel cells and the like. In addition, it has been found that a secondary gas, namely chlorine, can also be produced. Chlorine gas also has commercial value. Other compounds can be prepared by this method, as well as at least partially desalted water.
本方法は、所定量の砂糖を海水と混合することを含む。得られた混合物の混合は、糖の異化作用が起こり得るように十分な期間維持することができる。糖の異化作用が起こるとき、カルボン酸化合物が製造され得る。カルボン酸は、前駆体化合物を形成することができ、この前駆体化合物は任意選択で電気分解されて水素を製造することができる。 The method includes mixing a predetermined amount of sugar with seawater. Mixing of the resulting mixture can be maintained for a period sufficient to allow catabolism of the sugar to occur. When sugar catabolism occurs, carboxylic acid compounds can be produced. The carboxylic acid can form a precursor compound, which can optionally be electrolyzed to produce hydrogen.
驚くべきことに、海水中に見いだされる固有の細菌および古細菌は、代謝経路を介して（例えば、嫌気的に）糖をカルボン酸などに転化するために利用できることが分かった。製造されるカルボン酸は、ピルビン酸もしくは同様のアルファ−ケト酸、またはベータもしくはガンマ−ケト酸であり得る。後述するように、代謝経路が促進されると、追加の酸が製造される可能性がある。 Surprisingly, it has been found that endogenous bacteria and archaea found in seawater can be used (eg, anaerobically) to convert sugars to carboxylic acids and the like via metabolic pathways. The carboxylic acid produced can be pyruvate or a similar alpha-keto acid, or beta or gamma-keto acid. As discussed below, as the metabolic pathway is accelerated, additional acids may be produced.
これに関して、糖の異化作用がさらに促進される場合、エタン酸（酢酸）およびメタン酸（ギ酸）などの化合物を含む追加の化合物を製造することができることが分かった。これらの化合物を電気分解してさらに水素を製造することもできる。さらに、電気分解からの残留溶液は、エタノエートおよびメタノエートアニオンのような溶液中のイオンを含むことがあり、それは例えばエタノールおよびメタノールを回収するために還元することができる。 In this regard, it has been found that additional compounds, including compounds such as ethanoic acid (acetic acid) and methanic acid (formic acid), can be produced if the catabolism of sugars is further enhanced. These compounds can be further electrolyzed to produce hydrogen. Further, the residual solution from the electrolysis may contain ions in solution such as ethanoate and methanoate anions, which can be reduced, for example, to recover ethanol and methanol.
有利には、異化作用によって製造される様々なイオン（ピルビン酸塩、酢酸塩など）は水に非常に溶けやすく、そのため電気分解中に電解質として機能する。したがって、これらの様々なイオンは、塩化ナトリウムなどの電解質（すなわち海水塩）に取って代わるように機能し、電気分解を促進し、そうして電気分解の段階中に消費される。 Advantageously, the various ions produced by catabolism (pyruvate, acetate, etc.) are very soluble in water and thus act as electrolytes during electrolysis. Thus, these various ions function to replace electrolytes such as sodium chloride (i.e., seawater salts) and promote electrolysis, and are thus consumed during the electrolysis stage.
本方法は、電気分解による水素抽出を増強するためにｐＨレベルを最適化することを含み得る。例えば、酸濃度を最大にすることができ、それは電気分解による水素抽出の効率を高めることができる（例えば、５程度までのｐＨではなく３程度までのｐＨで水素を抽出することがより効率的であり得る）。 The method may include optimizing the pH level to enhance hydrogen extraction by electrolysis. For example, the acid concentration can be maximized, which can increase the efficiency of hydrogen extraction by electrolysis (eg, it is more efficient to extract hydrogen at pH up to about 3 but not up to about 5 Can be).
一実施形態では、所定量の糖は海水１リットル当たり約５０ｇ未満の糖であり得る。例えば、所定量の糖は、最適には海水１リットルあたり約２５ｇであり得る。約５０ｇ／Ｌを超える糖を添加することができるが、追加のカルボン酸化合物は製造されないことが観察されている。これは、この糖を異化（代謝）させるための固有細菌の制限能力に起因している。 In one embodiment, the predetermined amount of sugar may be less than about 50 g sugar per liter of seawater. For example, a given amount of sugar may optimally be about 25 g per liter of seawater. It has been observed that more than about 50 g / L of sugar can be added, but no additional carboxylic acid compound is produced. This is due to the ability of endemic bacteria to limit the catabolism (metabolism) of this sugar.
典型的には、塩分、温度、圧力、微生物種およびそれらの濃度などの（しかしこれらに限定されない）要因を考慮に入れて、糖対（海水）塩の理想的な比率が達成されることが求められる。糖の塩に対する最適濃度が達成される場合、これは、海水を淡水化するなどのために、電気分解中に十分なナトリウムおよび塩素の除去をもたらし得る。 Typically, taking into account such factors as, but not limited to, salinity, temperature, pressure, microbial species and their concentrations, the ideal ratio of sugar to (seawater) salt is achieved. Desired. If the optimum concentration for sugar salts is achieved, this may result in sufficient removal of sodium and chlorine during electrolysis, such as for desalination of seawater.
一実施形態では、十分な期間は約５０時間を超えてもよい。これは、異化作用の外部的に適用された触媒作用がないと仮定している。例えば、海水中での固有細菌のインキュベーションは、以下の手段によって加速されてよい：加熱によって、ならびに／または糖分解微生物の濃度を増加させることによって、ならびに／または、糖の濃度および消費量の対応する増大を伴って、異化微生物の濃度を増大させることによって、ならびに／または、異化微生物の選択的「育種」（“ｂｒｅｅｄｉｎｇ”）によって、等々。微生物は、例えば、最初に海水を濃縮段階（例えば、蒸発；逆浸透または他の膜プロセス、例えばそこから塩水画分を除去することなど）にかけることによって濃縮することができる。 In one embodiment, the sufficient period may be greater than about 50 hours. This assumes that there is no externally applied catalysis of catabolism. For example, the incubation of endemic bacteria in seawater may be accelerated by the following means: by heating and / or by increasing the concentration of glycolytic microorganisms, and / or by coping with sugar concentration and consumption. By increasing the concentration of the catabolic microorganism, and / or by selective "breeding" of the catabolic microorganism, and so on. The microorganisms can be concentrated, for example, by first subjecting the seawater to a concentration step (eg, evaporation; reverse osmosis or other membrane processes, such as removing the brine fraction therefrom).
一実施形態では（例えば、異化作用の外部的に適用された触媒作用がまったくない場合）、十分な期間は約７０〜９０時間の範囲であり得る。より具体的かつ最適には、十分な期間は約７２〜８４時間の範囲内であり得る。 In one embodiment (e.g., without any externally applied catalysis of catabolism), a sufficient time period can range from about 70 to 90 hours. More specifically and optimally, the sufficient period may be in the range of about 72-84 hours.
一実施形態では、糖は単糖類または二糖類を含み得る。他の炭水化物も考えられる。例えば、糖は、グルコース、フルクトース、ガラクトース、ラクトース、スクロース、マルトースなどのうちの１種以上を含み得る。 In one embodiment, the sugar may include a monosaccharide or a disaccharide. Other carbohydrates are also conceivable. For example, the sugar may include one or more of glucose, fructose, galactose, lactose, sucrose, maltose, and the like.
一実施形態では、異化作用は、解糖作用、果糖分解作用または類似の代謝経路を含み得る。誘発または促進される異化作用の種類は、例えば、ピルビン酸、類似のアルファ−ケト酸、またはベータ−もしくはガンマ−ケト酸などのカルボン酸、あるいは炭酸、ギ酸、酢酸などのさらに単純なカルボン酸等を製造することである。 In one embodiment, the catabolic effect may include a glycolytic effect, a fructose degrading effect, or a similar metabolic pathway. Types of catabolism induced or promoted include, for example, carboxylic acids such as pyruvate, similar alpha-keto acids, or beta- or gamma-keto acids, or simpler carboxylic acids such as carbonic acid, formic acid, acetic acid, and the like. Is to manufacture.
一実施形態では、異化作用は、いったん混合物のｐＨが約５未満になると終了するように制御することができる。これに関して、いったん混合物のｐＨが約３〜５の範囲内になると、異化作用が終了するように制御してよい。例えば、異化溶液へのバシラスまたは類似の細菌の導入により、酢酸（エタン酸）のような酸の形成がもたらされ、ｐＨ約３に近いより低いｐＨを得ることができる（次いで、この約３以下に低下したｐＨの溶液に対して電気分解による水素抽出を行ってよい）。 In one embodiment, catabolic activity can be controlled to end once the pH of the mixture is below about 5. In this regard, once the pH of the mixture is in the range of about 3-5, control may be exercised to terminate the catabolic effect. For example, introduction of a Bacillus or similar bacterium into the catabolic solution results in the formation of an acid such as acetic acid (ethanoic acid), which can result in a lower pH close to about pH 3, which is then reduced Hydrogen extraction by electrolysis may be performed on a solution with a reduced pH below).
やはり、このｐＨ範囲は、異化作用の他の外部適用触媒作用（例えば、加熱；異化微生物および糖の濃度の増加；微生物の選択的「育種」など）がないと仮定している。そのような外部から適用される触媒作用では、さらに低いｐＨ範囲（例えば、ｐＨ２〜４）に達することがある。 Again, this pH range assumes that there is no other externally applied catalysis of catabolic activity (eg, heating; increasing concentrations of catabolic microorganisms and sugars; selective "breeding" of microorganisms, etc.). Such externally applied catalysis may reach even lower pH ranges (e.g., pH 2-4).
この方法は、水素を製造するために、異化混合物を電気分解にかけることをさらに含み得る。電気分解には、例えば、様々な供給源を介して生成され得るような再生可能な電力を用いてよい（例えば、太陽光発電および／または太陽熱などの太陽エネルギー、地熱、風、波、潮汐など）。 The method may further include subjecting the catabolic mixture to electrolysis to produce hydrogen. The electrolysis may use, for example, renewable power, such as may be generated via various sources (eg, solar energy such as solar power and / or solar heat, geothermal, wind, waves, tides, etc. ).
海水から水素を製造する方法もまた本明細書に開示される。この方法は、糖の異化作用が起こり得るように十分な期間にわたって所定量の糖と海水とを混合することを含み、それによってカルボン酸化合物が製造される。この方法はまた、カルボン酸化合物を含む異化混合物を電気分解にかけて水素を製造することを含む。この方法は、それ以外の点について、上記のとおりであってもよい。 A method for producing hydrogen from seawater is also disclosed herein. The method involves mixing a predetermined amount of sugar with seawater for a period sufficient to allow catabolic effects of the sugar to occur, thereby producing a carboxylic acid compound. The method also includes subjecting the catabolic mixture containing the carboxylic acid compound to electrolysis to produce hydrogen. The method may be otherwise as described above.
本方法によって製造される（例えば、電気分解段階の陰極で製造される）水素は、捕捉されて製品として販売され得る。 Hydrogen produced by the present method (eg, produced at the cathode of the electrolysis stage) can be captured and sold as a product.
塩素ガスも電気分解段階の陽極で製造され得る。これはまた、捕捉されて製品として販売され得る。
他の記載と重複するが、本発明を以下に示す。
［発明Ａ１］
海水からカルボン酸化合物を製造する方法であって、
この方法は、
糖の異化作用が起こり得るように十分な期間にわたって所定量の糖と海水とを混合することを含み、それによってカルボン酸化合物を製造する、
上記方法。
［発明Ａ２］
前記所定量の糖が、海水１Ｌ当たり約５０ｇ未満である、発明Ａ１に記載の方法。
［発明Ａ３］
前記所定量の糖が、海水１Ｌ当たり約２５ｇ未満である、発明Ａ１またはＡ２に記載の方法。
［発明Ａ４］
前記十分な期間が約５０時間より長い、発明Ａ１〜Ａ３のいずれか１項に記載の方法。
［発明Ａ５］
前記十分な期間が、約７０〜９０時間の範囲内であり、７２〜８４時間を含む、発明Ａ１〜Ａ４のいずれか１項に記載の方法。
［発明Ａ６］
前記糖が単糖類または二糖類を含む、発明Ａ１〜Ａ５のいずれか１項に記載の方法。
［発明Ａ７］
前記糖が、グルコース、フルクトース、ガラクトース、ラクトース、スクロース、マルトースのうちの１つまたは複数を含む、発明Ａ６に記載の方法。
［発明Ａ８］
前記異化作用が、解糖作用、果糖分解作用、または類似の代謝経路を含む、発明Ａ１からＡ７のいずれか１項に記載の方法。
［発明Ａ９］
前記異化作用が、いったん混合物のｐＨが約５になると終了するように制御される、発明Ａ１〜Ａ８のいずれか１項に記載の方法。
［発明Ａ１０］
前記異化作用が、いったん混合物のｐＨが約３〜５の範囲内になると終了するように制御される、発明Ａ１〜Ａ９のいずれか１項に記載の方法。
［発明Ａ１１］
前記異化作用が、カルボン酸−ピルビン酸または類似のアルファ−ケト酸、ベータ−ケト酸またはガンマ−ケト酸を製造するように行われる、発明Ａ１〜Ａ１０のいずれか１項に記載の方法。
［発明Ａ１２］
水素を製造するように、前記の異化作用を受けた混合物を電気分解にかけることをさらに含む、発明Ａ１〜Ａ１１のいずれか１項に記載の方法。
［発明Ａ１３］
海水から水素を製造する方法であって、
この方法は、
糖の異化作用が起こり得るように十分な期間にわたって所定量の糖と海水とを混合し、それによってカルボン酸化合物を製造すること、および
水素を製造するように、このカルボン酸化合物を含む異化作用を受けた混合物を電気分解にかけることを含む、
上記方法。
［発明Ａ１４］
発明Ａ２〜Ａ１１のいずれか１項に特定されている事項（これらの発明Ａが引用する発明Ａ１に特定されている事項を除く）を含む、発明ＡＡ１３に記載の方法。
［発明Ａ１５］
発明Ａ１〜Ａ１４のいずれか１項に記載の方法によって製造される水素。
さらに、他の記載と重複するが、本発明を以下に示す。
［発明Ｂ１］
海水から水素を製造する方法であって、
この方法は、
糖の異化作用が起こり得るように十分な期間にわたって所定量の糖と海水とを混合し、それによってカルボン酸化合物を製造すること、および
このカルボン酸化合物を含む異化作用を受けた混合物を電気分解段階に通し、そこで、この異化作用を受けた混合物は電気分解に供され、それにより水素を製造すること
を含む、
上記方法。
［発明Ｂ２］
前記所定量の糖が、海水１Ｌ当たり約５０ｇ未満である、発明Ｂ１に記載の方法。
［発明Ｂ３］
前記所定量の糖が、海水１Ｌ当たり約２５ｇ未満である、発明Ｂ１またはＢ２に記載の方法。
［発明Ｂ４］
前記十分な期間が約５０時間より長い、発明Ｂ１〜Ｂ３のいずれか１項に記載の方法。
［発明Ｂ５］
前記十分な期間が、約７０〜９０時間の範囲内であり、７２〜８４時間を含む、発明Ｂ１〜Ｂ４のいずれか１項に記載の方法。
［発明Ｂ６］
前記糖が単糖類または二糖類を含む、発明Ｂ１〜Ｂ５のいずれか１項に記載の方法。
［発明Ｂ７］
前記糖が、グルコース、フルクトース、ガラクトース、ラクトース、スクロース、マルトースのうちの１つまたは複数を含む、発明Ｂ６に記載の方法。
［発明Ｂ８］
前記異化作用が、解糖作用、果糖分解作用、または類似の代謝経路を含む、発明Ｂ１からＢ７のいずれか１項に記載の方法。
［発明Ｂ９］
前記異化作用が、いったん混合物のｐＨが約５になると終了するように制御される、発明Ｂ１〜Ｂ８のいずれか１項に記載の方法。
［発明Ｂ１０］
前記異化作用が、いったん混合物のｐＨが約３〜５の範囲内になると終了するように制御される、発明Ｂ１〜Ｂ９のいずれか１項に記載の方法。
［発明Ｂ１１］
前記異化作用が、カルボン酸−ピルビン酸または類似のアルファ−ケト酸、ベータ−ケト酸またはガンマ−ケト酸を製造するように行われる、発明Ｂ１〜Ｂ１０のいずれか１項に記載の方法。
［発明Ｂ１２］
発明Ｂ１〜Ｂ１１のいずれか１項に記載の方法によって製造される水素。
［発明Ｂ１３］
海水から複数種のカルボン酸化合物を製造する方法であって、
糖の異化作用が起こり得るように十分な期間にわたって所定量の糖と海水とを混合することを含み、複数種のカルボン酸化合物が各異化相で製造されるように前記異化作用が制御されている、上記方法。
［発明Ｂ１４］
第１の相でピルビン酸を製造するように前記異化作用が行われ、かつ、さらなる酸をそれぞれ製造するように１つまたは２以上の追加の各異化相が行われる、発明Ｂ１３に記載の方法。
［発明Ｂ１５］
エタン酸およびメタン酸をそれぞれ製造するように、２つの追加の各異化相が行われる、発明Ｂ１４に記載の方法。
Chlorine gas can also be produced at the anode in the electrolysis stage. It can also be captured and sold as a product.
While overlapping with the other descriptions, the present invention is described below.
[Invention A1]
A method for producing a carboxylic acid compound from seawater,
This method
Mixing a predetermined amount of sugar and seawater for a period of time sufficient to allow catabolism of the sugar to occur, thereby producing a carboxylic acid compound;
The above method.
[Invention A2]
The method of Invention A1, wherein the predetermined amount of sugar is less than about 50 g / L of seawater.
[Invention A3]
The method of invention A1 or A2, wherein the predetermined amount of sugar is less than about 25 g / L of seawater.
[Invention A4]
The method of any one of inventions A1-A3, wherein the sufficient time period is greater than about 50 hours.
[Invention A5]
The method according to any one of inventions A1-A4, wherein the sufficient time period is in the range of about 70-90 hours, including 72-84 hours.
[Invention A6]
The method according to any one of inventions A1 to A5, wherein the saccharide comprises a monosaccharide or a disaccharide.
[Invention A7]
The method of Invention A6, wherein the sugar comprises one or more of glucose, fructose, galactose, lactose, sucrose, maltose.
[Invention A8]
The method according to any one of inventions A1 to A7, wherein the catabolic effect comprises a glycolytic effect, a fructose degrading effect, or a similar metabolic pathway.
[Invention A9]
The method according to any one of inventions A1-A8, wherein the catabolism is controlled to end once the pH of the mixture is about 5.
[Invention A10]
The method according to any one of inventions A1-A9, wherein the catabolism is controlled to end once the pH of the mixture is in the range of about 3-5.
[Invention A11]
The method according to any one of inventions A1 to A10, wherein the catabolism is effected to produce carboxylic acid-pyruvic acid or similar alpha-keto acids, beta-keto acids or gamma-keto acids.
[Invention A12]
The method according to any one of inventions A1 to A11, further comprising subjecting the catabolic mixture to electrolysis so as to produce hydrogen.
[Invention A13]
A method for producing hydrogen from seawater,
This method
Mixing a predetermined amount of sugar and seawater for a sufficient period of time to allow sugar catabolism to occur, thereby producing a carboxylic acid compound; and
Subjecting the catabolic mixture containing the carboxylic acid compound to electrolysis to produce hydrogen.
The above method.
[Invention A14]
The method according to Invention AA13, including the matters specified in any one of Inventions A2 to A11 (excluding the matters specified in Invention A1 cited by Invention A).
[Invention A15]
Hydrogen produced by the method according to any one of inventions A1 to A14.
Further, while overlapping with the other descriptions, the present invention is shown below.
[Invention B1]
A method for producing hydrogen from seawater,
This method
Mixing a predetermined amount of sugar and seawater for a sufficient period of time to allow sugar catabolism to occur, thereby producing a carboxylic acid compound; and
Passing the catabolic mixture containing the carboxylic acid compound through an electrolysis step, wherein the catabolic mixture is subjected to electrolysis, thereby producing hydrogen.
including,
The above method.
[Invention B2]
The method of Invention B1, wherein the predetermined amount of sugar is less than about 50 g / L of seawater.
[Invention B3]
The method of invention B1 or B2, wherein the predetermined amount of sugar is less than about 25 g / L of seawater.
[Invention B4]
The method according to any one of inventions B1-B3, wherein the sufficient time period is greater than about 50 hours.
[Invention B5]
The method according to any one of inventions B1-B4, wherein said sufficient time period is in the range of about 70-90 hours, including 72-84 hours.
[Invention B6]
The method according to any one of inventions B1-B5, wherein the saccharide comprises a monosaccharide or a disaccharide.
[Invention B7]
The method of invention B6, wherein the sugar comprises one or more of glucose, fructose, galactose, lactose, sucrose, maltose.
[Invention B8]
The method according to any one of inventions B1 to B7, wherein the catabolic effect comprises a glycolytic effect, a fructose degrading effect, or a similar metabolic pathway.
[Invention B9]
The method according to any one of inventions B1-B8, wherein the catabolism is controlled to end once the pH of the mixture is about 5.
[Invention B10]
The method according to any one of inventions B1-B9, wherein the catabolism is controlled to end once the pH of the mixture is in the range of about 3-5.
[Invention B11]
The method according to any one of inventions B1 to B10, wherein the catabolism is effected to produce carboxylic acid-pyruvic acid or similar alpha-keto acids, beta-keto acids or gamma-keto acids.
[Invention B12]
Hydrogen produced by the method according to any one of inventions B1 to B11.
[Invention B13]
A method for producing a plurality of carboxylic acid compounds from seawater,
Including mixing a predetermined amount of sugar and seawater for a sufficient period of time so that a catabolic effect of the sugar can occur, wherein the catabolic effect is controlled so that a plurality of carboxylic acid compounds are produced in each catabolic phase. The above method.
[Invention B14]
The method of invention B13, wherein the catabolic effect is performed to produce pyruvate in the first phase, and one or more additional catabolic phases are performed to produce additional acids, respectively. Method.
[Invention B15]
The method according to Invention B14, wherein two additional respective catabolic phases are performed to produce ethaneic acid and methane acid, respectively.
次に、添付の図面を参照しながら、非限定的な実施形態を単なる例として説明する。
特定の実施形態の詳細な説明
以下の詳細な説明では、詳細な説明の一部をなす添付の図面を参照する。詳細な説明に記載され、図面に示され、特許請求の範囲にて明らかにされた例示的な実施形態は、限定的であることを意図しない。提示した主題の本質または範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、他の変更を加えることができる。本明細書で一般的に説明し図面に例示する本開示の諸態様は、種々の異なる構成で配置、置換、組み合わせ、分離、および設計することができ、そのすべてが本開示で考慮されている。
DETAILED DESCRIPTION OF SPECIFIC EMBODIMENTS The following detailed description refers to the accompanying drawings, which form a part of the detailed description. The illustrative embodiments described in the detailed description, shown in the drawings, and set forth in the claims are not intended to be limiting. Other embodiments may be utilized and other changes may be made without departing from the spirit or scope of the presented subject matter. The aspects of the present disclosure, which are generally described herein and illustrated in the drawings, can be arranged, substituted, combined, separated, and designed in a variety of different configurations, all of which are considered in the present disclosure. .
まず図１を参照すると、海水１２から水素を製造するための方法１０が概略流れ図として示されている。以下に説明されるように、方法１０は、海水が供給される局所的条件に適合させることができ、それにより任意の段階（例えば１４および２２）を選択的に追加することができる。 Referring first to FIG. 1, a method 10 for producing hydrogen from seawater 12 is shown as a schematic flow chart. As described below, the method 10 can be adapted to the local conditions at which the seawater is provided, so that optional steps (eg, 14 and 22) can be selectively added.
方法１０の第１段階１８は、カルボン酸（典型的にはピルビン酸）の形態の前駆体化合物を含む酸性溶液２０を製造する。ピルビン酸の平衡式は以下の通りである。
ＣＨ３ＣＯＣＯＯＨ（ａｑ） ←→ Ｈ＋ （ａｑ） ＋ ＣＨ３ＣＯＣＯＯ− （ａｑ）
The first step 18 of the method 10 produces an acidic solution 20 containing a precursor compound in the form of a carboxylic acid (typically pyruvic acid). The equilibrium equation for pyruvic acid is as follows:
CH 3 COCOOH (aq) ← → H + (aq) + CH 3 COCOO − (aq)
方法１０の第２段階では、カルボン酸化合物を含む酸性溶液を電気分解段階２４で電気分解して、陰極で水素ガスを製造し、陽極で塩素ガスを製造する。半反応式は、次のとおりである。
２Ｈ＋ （ａｑ） ＋ ２ｅ− → Ｈ２（ｇ）
２Ｃｌ− （ａｑ） → Ｃｌ２（ｇ） ＋ ２ｅ−
In the second stage of the method 10, the acidic solution containing the carboxylic acid compound is electrolyzed in the electrolysis stage 24 to produce hydrogen gas at the cathode and chlorine gas at the anode. The half-reaction formula is as follows.
2H + (aq) + 2e − → H 2 (g)
2Cl − (aq) → Cl 2 (g) + 2e −
残りの「廃棄」（“ｄｉｓｃａｒｄ”）溶液２６（すなわち、電気分解後）は、ナトリウムＮａ＋ （ａｑ）カチオンと共にピルビン酸ＣＨ３ＣＯＣＯＯ− （ａｑ）アニオンを含む。廃棄流２６は、海水代謝の副産物も含む。ナトリウムおよびピルビン酸イオンは今や溶液中に存在するので、この方法は（すなわち水素および塩素イオンを除去することによって）ピルビン酸ナトリウムを効果的に製造した。このピルビン酸ナトリウムは、別に回収することができる。同様に、代謝プロセスを継続させるおよび／または促進させる場合には、代謝酸種の相（ｐｈａｓｅｓ：フェイズ）の各々についての様々なナトリウム化合物（酢酸ナトリウム、ギ酸ナトリウムなどを含む）を製造および回収することができる。 The remaining “discard” solution 26 (ie, after electrolysis) contains the pyruvate CH 3 COCOO − (aq) anion along with the sodium Na + (aq) cation. Waste stream 26 also contains by-products of seawater metabolism. Because sodium and pyruvate ions are now in solution, this method effectively produced sodium pyruvate (ie, by removing hydrogen and chloride ions). This sodium pyruvate can be recovered separately. Similarly, when continuing and / or promoting metabolic processes, various sodium compounds (including sodium acetate, sodium formate, etc.) are produced and recovered for each of the phases of the metabolic acid species. be able to.
方法１０は、水素が海水から（すなわち海水と糖との単純な組み合わせから）製造され得ることを確認し認識している。知られているように、水素は再生可能燃料であり、燃料電池などに使用することができる。 Method 10 confirms and recognizes that hydrogen can be produced from seawater (ie, from a simple combination of seawater and sugar). As is known, hydrogen is a renewable fuel and can be used in fuel cells and the like.
単純な場合では、方法１０は、大気温度および圧力で運転される連続撹拌タンク反応器１８中で所定量の糖１６を海水源１２と混合することを包含する。また、温度および圧力の変動がこのプロセス段階において触媒として作用し得ることも分かっている。 In a simple case, method 10 involves mixing a predetermined amount of sugar 16 with seawater source 12 in a continuous stirred tank reactor 18 operated at ambient temperature and pressure. It has also been found that variations in temperature and pressure can act as catalysts in this process step.
得られた混合物は、海水中に見いだされる固有の細菌および古細菌によって糖が摂取されることに起因して糖の異化作用（すなわち代謝作用）が起こり得るように十分な期間攪拌される。反応器１８に添加された糖が受ける特定の代謝経路（例えば解糖作用）の結果として、前駆体カルボン酸化合物が最終的に製造される（典型的にはピルビン酸であるが、他のアルファ−ケト酸および／またはベータ−もしくはガンマ−ケト酸が製造され得る）。これは、得られた溶液２０が酸性であり、典型的には約ｐＨ５で、ｐＨ４〜５の範囲にあることを意味する。 The resulting mixture is stirred for a period of time sufficient to allow sugar catabolism (ie, metabolism) to occur due to the ingestion of sugar by native bacteria and archaea found in seawater. As a result of the particular metabolic pathways (eg, glycolysis) experienced by the sugars added to reactor 18, the precursor carboxylic acid compound is ultimately produced (typically pyruvate, but other alpha acids). -Keto acids and / or beta- or gamma-keto acids can be produced). This means that the resulting solution 20 is acidic, typically at about pH 5 and in the range of pH 4-5.
単純な場合では、カルボン酸化合物を含む溶液２０は、次いで電気分解段階２４に直接送られ、そこで溶液は１つ以上のセル内で電気分解される。溶液２０の酸性度のために、水素ガスが陰極で製造され、塩素ガスが陽極で製造されうる。製造された水素ガスと塩素ガスはそれぞれ捕捉され、製品として個別に販売される。電気分解段階のための電気は、太陽エネルギー（太陽光発電および／または太陽熱）、地熱、風、波、潮汐などの再生可能な供給源からのものであり得る。 In the simple case, the solution 20 containing the carboxylic acid compound is then sent directly to the electrolysis stage 24, where the solution is electrolyzed in one or more cells. Due to the acidity of the solution 20, hydrogen gas can be produced at the cathode and chlorine gas can be produced at the anode. The produced hydrogen gas and chlorine gas are captured and sold individually as products. The electricity for the electrolysis stage can be from renewable sources such as solar energy (solar power and / or solar heat), geothermal, wind, waves, tides, and the like.
方法１０は、海水中に見いだされる固有の細菌および古細菌を認識し利用して、嫌気的代謝経路を介して糖をカルボン酸化合物に変換する。典型的には、代謝経路は解糖作用または類似経路であり、そして典型的には製造されるカルボン酸はピルビン酸であるが、上述のように、他のアルファ−ケト酸および／またはベータ−もしくはガンマ−ケト酸が製造され得る。 Method 10 recognizes and utilizes native bacteria and archaea found in seawater to convert sugars to carboxylic compounds via anaerobic metabolic pathways. Typically, the metabolic pathway is a glycolytic or similar pathway, and the carboxylic acid typically produced is pyruvate, but as mentioned above, other alpha-keto acids and / or beta- Alternatively, gamma-keto acids can be produced.
方法１０は、単糖類（例えば、グルコース、ガラクトースおよびフルクトース）ならびに二糖類（例えば、ラクトース、マルトースおよびスクロース）などの一連の糖類とともに展開することができる。方法１０は、他の産業からのこれらの糖の廃棄形態を利用することができる。結果として生じる代謝経路が、溶液中に電気分解処理および水素製造に適した酸を製造するという条件で、他の炭水化物の使用も可能であり得る。 Method 10 can be deployed with a range of sugars such as monosaccharides (eg, glucose, galactose and fructose) and disaccharides (eg, lactose, maltose and sucrose). The method 10 can utilize waste forms of these sugars from other industries. The use of other carbohydrates may also be possible, provided that the resulting metabolic pathway produces acids suitable for electrolysis and hydrogen production in solution.
単純な場合では、カルボン酸を製造するため固有の細菌および古細菌によって誘発されるように混合段階１８に添加される糖１６の量は、海水１リットル当たり約５０ｇ未満の糖であり得ることが見出された。最適には、海水１Ｌあたり２５ｇ程度にすることができる。約５０ｇ／Ｌを超える糖を混合段階１８に添加することができるが、追加のカルボン酸は製造されないことが観察される。これは、この糖を代謝するための固有細菌の制限能力に起因している。さらに、この消費レベルは海水源によって変わる可能性があることにも留意されたい。 In a simple case, the amount of sugar 16 added to the mixing stage 18 as induced by native bacteria and archaea to produce carboxylic acids can be less than about 50 g sugar per liter of seawater. Was found. Optimally, it can be about 25 g per liter of seawater. It is observed that more than about 50 g / L of sugar can be added to mixing stage 18, but no additional carboxylic acid is produced. This is due to the inherent ability of bacteria to limit the metabolism of this sugar. Also note that this level of consumption may vary depending on the source of the seawater.
単純な場合では、海水と糖は混合段階１８で約５０時間より長い期間混合される。典型的な混合期間は、約７０〜９０時間の範囲内であり、そして最適には、約７２〜８４時間の範囲内である。この時間を過ぎると、追加のカルボン酸はほとんどまたは全く製造されないことに留意されたい。 In the simple case, seawater and sugar are mixed in mixing stage 18 for a period of time greater than about 50 hours. Typical mixing periods are in the range of about 70-90 hours, and optimally are in the range of about 72-84 hours. Note that after this time, little or no additional carboxylic acid is produced.
単純な場合では、混合段階１８で行われる代謝は、混合物のｐＨがいったん約５になると制御することができる（すなわち終了させることができる）。より典型的には約４〜５の範囲内である。 In the simple case, the metabolism performed in the mixing stage 18 can be controlled (ie, terminated) once the pH of the mixture reaches about 5. More typically in the range of about 4-5.
上記の方法の単純なシナリオの変形形態では、糖と混合する前に、海水を前処理することができる（任意選択の段階１４によって示される）。そのような前処理は、以下のうちの１つ以上を含むことができる：
− 海水から不純物を除去するために海水を濾過する（例えば、マイクロ濾過または膜濾過などによる）；
− 混合段階１８に供給する前に、または混合段階１８内で海水を加熱する（例えば、太陽光または地熱発電所などからの熱交換による）；
− 溶液、特に海水中の固有細菌および古細菌を含む溶液を濃縮する（例えば、蒸発、微生物刺激、微生物の供給などによる選択的「育種」、それらの水画分を除去するための逆浸透など）。
In a variation of the simple scenario of the above method, the seawater can be pre-treated before mixing with the sugar (indicated by optional step 14). Such pre-processing may include one or more of the following:
-Filtering the seawater to remove impurities from the seawater (eg by microfiltration or membrane filtration, etc.);
Heating the seawater before feeding into the mixing stage 18 or within the mixing stage 18 (for example by heat exchange from solar or geothermal power plants, etc.);
Concentrating solutions, especially solutions containing endemic and archaeal bacteria in seawater (eg selective "breeding" by evaporation, microbial stimulation, microbial supply, etc., reverse osmosis to remove their water fractions, etc.) ).
上記の方法の単純なシナリオのさらなる変形形態では、混合段階１８の後、溶液を電気分解の前に後処理することができる（任意選択の段階２２で示される）。そのような後処理は、廃棄流２６Ａを生じさせることがあり、また、濾過（例えば、代謝作用の老廃物を分離して除去するため）、加熱、濃縮等の１つまたは複数を含み得る。 In a further variation of the simple scenario of the above method, after the mixing step 18, the solution can be worked up before electrolysis (indicated by optional step 22). Such work-up may result in a waste stream 26A and may include one or more of filtration (eg, to separate and remove metabolic waste), heating, concentration, and the like.
上記の方法の単純なシナリオのさらに別の変形形態では、後処理段階２２の後、溶液の一部または全部を電気分解の前に追加の代謝作用にかけることができる（任意選択の段階３０で示す）。このような追加の代謝作用３０は、生成された中間体化合物、例えばピルビン酸、乳酸などの代謝破壊を単純カルボン酸類にまで拡張するための、さらなる細菌（例えば、バシラス）の添加および／またはより長い滞留時間を含み得る。このような追加の代謝作用３０は、一連の保持タンク中で行うことができ、それらの各々は、以下のうちの１つまたは複数によってさらに触媒作用を受けることができる：加熱；異化微生物および糖の濃度の増加；微生物の選択的「育種」等。 In yet another variation of the simple scenario of the above method, after the post-treatment step 22, some or all of the solution may be subjected to additional metabolism before electrolysis (optional step 30). Shown). Such additional metabolic effects 30 may be due to the addition of additional bacteria (eg, Bacillus) and / or more to extend the metabolic destruction of intermediate compounds produced, eg, pyruvate, lactic acid, etc., to simple carboxylic acids. It can include long residence times. Such additional metabolism 30 can be performed in a series of holding tanks, each of which can be further catalyzed by one or more of the following: heating; catabolic microorganisms and sugars Increased concentration of microorganisms; selective "breeding" of microorganisms, etc.
追加の代謝作用３０は、最終的な酸（例えば、エタン酸などの単純な酸）を製造することができる。このような酸を含有する溶液は次に電気分解２４に通すことができ、そこでそれは電気分解されて水素ガス、塩素ガスなどを製造することができる。電気分解溶液を廃棄するのではなく、これを化合物回収段階に送ることができる。そこで、単純な酸アニオン（例えばエタノアートイオン）は、（例えば膜分離により）分離し、還元し、次いで回収することができる（例えばエタノールとして）。 Additional metabolism 30 can produce the final acid (eg, a simple acid such as ethanoic acid). The solution containing such acid can then be passed to electrolysis 24, where it can be electrolyzed to produce hydrogen gas, chlorine gas, and the like. Rather than discarding the electrolysis solution, it can be sent to a compound recovery stage. Thus, simple acid anions (eg, ethanoate ions) can be separated (eg, by membrane separation), reduced, and then recovered (eg, as ethanol).
このような処理段階は、方法１０において個別にまたは集合的に用いることができる。このような各処理段階は、上述した単純な場合と比較して、混合段階１８の代謝過程の外部的に適用される触媒作用と見なすことができる。ひいては、電気分解や水素などの製造を向上させることができる。 Such processing steps can be used individually or collectively in method 10. Each such processing step can be regarded as an externally applied catalysis of the metabolic process of the mixing step 18 compared to the simple case described above. As a result, the production of electrolysis and hydrogen can be improved.
固有の細菌や古細菌の濃度を上げたり、他の細菌を加えたりすると、それに応じて糖分の濃度と消費量を増やすことができる。これは、カルボン酸などの酸製造の増加、溶液のｐＨ範囲の低下（例えばｐＨ２〜４）、理想的には、水素製造の増加（例えば容量および／または速度）をもたらす可能性がある。 Increasing the concentration of endemic and archaeal bacteria or adding other bacteria can increase the sugar concentration and consumption accordingly. This can result in increased production of acids such as carboxylic acids, reduced pH range of the solution (eg, pH 2-4), and ideally, increased hydrogen production (eg, volume and / or rate).
糖が受ける異化（代謝）経路は、解糖作用、果糖分解作用または類似の代謝経路を含み得る。上述のように、糖および異化経路の種類は、ピルビン酸などのアルファ−ケトカルボン酸または類似物を製造するようなものであり、任意選択でベータ−またはガンマ−ケト酸を製造することができ、あるいは進行させると単純カルボン酸および他の酸（例えば、炭酸、ギ酸（メタン酸）、酢酸（エタン酸）など）を製造できる。 The catabolic (metabolic) pathways that sugar undergoes can include glycolytic, fructose-degrading or similar metabolic pathways. As noted above, the type of sugar and catabolic pathway is such as to produce an alpha-keto carboxylic acid or similar, such as pyruvate, and can optionally produce beta- or gamma-keto acids; Alternatively, simple carboxylic acids and other acids (e.g., carbonic acid, formic acid (methane acid), acetic acid (ethane acid), etc.) can be produced when proceeding.
オーストラリア西部のＣａｒｎａｒｖｏｎで多数の実験手順が実施され、海水試料をＦａｓｃｉｎｅ Ｉｎｌｅｔから得た。実験手順の結果を確認するために、試料を独立した試験機関によっても試験した。 A number of experimental procedures were performed in Carnarvon, Western Australia, and seawater samples were obtained from Fascine Inlet. Samples were also tested by an independent laboratory to confirm the results of the experimental procedure.
実験手順の間、反応時間、ｐＨ、流体流れの体積、ならびに水素および塩素ガスの製造量がそうであったように、反応性細菌の濃度が変動したことが分かった。 During the experimental procedure, it was found that the concentration of reactive bacteria fluctuated, as was the reaction time, pH, volume of the fluid stream, and the production of hydrogen and chlorine gas.
実験手順は、グルコースおよびフルクトースからなる二糖類分子である、単純な生のテーブルシュガー−スクロースＣ１２Ｈ２２Ｏ１１を用いて行われた。様々な単糖類および二糖類を含む、すべての形態の糖がスクロースの代わりになり得ることが分かった。 Experimental procedures are disaccharide molecule composed of glucose and fructose, a simple raw table sugar - was performed using a sucrose C 12 H 22 O 11. It has been found that all forms of sugar can be substituted for sucrose, including various monosaccharides and disaccharides.
例１
連続的に攪拌されている混合タンク内で、スクロースと海水とを、およそ２５ｇ／Ｌの適当な比率で混合し、溶液中に完全に溶解することを観察した。多濃度のスクロースを試験したところ、その領域の海水中の微生物のレベルには約２５ｇ／Ｌまでが最適であることがわかった。海水は８〜９の範囲の初期ｐＨを有し、得られた混合溶液は約８〜９の初期ｐＨを有すると測定された。
Example 1
In a continuously stirred mixing tank, sucrose and seawater were mixed at an appropriate ratio of approximately 25 g / L and observed to dissolve completely in the solution. Testing of high concentrations of sucrose indicated that up to about 25 g / L was optimal for the level of microorganisms in seawater in that area. Seawater had an initial pH in the range of 8-9, and the resulting mixed solution was measured to have an initial pH of about 8-9.
海水中の固有微生物は、細胞呼吸の正常な機能として、エネルギーのためにスクロースを嫌気的に処理したことが分かった。微生物がスクロース分子を分解するために使用した特定の代謝経路は解糖作用であり、分子は最終的に分解されて一般化学式：ＲＣＯＯＨ（Ｒは分子の残りの部分）のカルボン酸を形成した。スクロースの場合、解糖作用により、ピルビン酸ＣＨ３ＣＯＣＯＯＨ（ａｑ）を形成することが分かったが、溶液のｐＨの低下は約５までであり、典型的には約４〜５までの範囲内であった。 Endemic microorganisms in seawater were found to anaerobically treat sucrose for energy as a normal function of cellular respiration. The particular metabolic pathway used by microorganisms to break down sucrose molecules is glycolysis, which was eventually broken down to form carboxylic acids of the general chemical formula: RCOOH, where R is the rest of the molecule. For sucrose, the glycolysis, but was found to form a pyruvate CH 3 COCOOH (aq), reduction in the pH of the solution is up to about 5, and typically within the range of about 4-5 Met.
実験手順は周囲温度および圧力で行われ、そのような温度および圧力では、解糖作用は５０時間より長くかかり、典型的には５以下のｐＨを生成するのに約７２〜８４時間かかったことが明らかになった。いくらかの残留反応が依然として起こることが観察されたが、周囲温度および圧力条件下で（すなわち、外部から適用されたいかなる触媒作用もない場合）ｐＨが４未満に低下せず、そのような残留反応ははるかに遅いことが観察された。 The experimental procedure was performed at ambient temperature and pressure, at which temperature glycolysis took longer than 50 hours and typically took about 72-84 hours to produce a pH of 5 or less. Was revealed. Although some residual reaction was observed to still occur, the pH did not drop below 4 under ambient temperature and pressure conditions (ie, without any externally applied catalysis) and such residual reaction Was observed to be much slower.
得られた溶液を電気分解セルに通し、そこで通常の（周囲温度および圧力）条件下で電気分解にかけた。電池は、陰極（−ｖｅ）で水素ガスおよび陽極（＋ｖｅ）で塩素ガスを製造した。 The resulting solution was passed through an electrolysis cell where it was subjected to electrolysis under normal (ambient temperature and pressure) conditions. The battery produced hydrogen gas at the cathode (-ve) and chlorine gas at the anode (+ ve).
ガス製造のおおよその比率は、およそ７部の水素ガスに対しておよそ０．８部の塩素ガスであることが分かった。試験はまた、塩素溶液（Ｃｌ（ａｑ））が生成されず、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ（ａｑ））または塩化ナトリウム（ＮａＣｌ（ａｑ））の存在が廃棄溶液中に明白ではなかったことを示した。 The approximate ratio of gas production was found to be approximately 7 parts hydrogen gas to approximately 0.8 parts chlorine gas. Testing also showed that no chlorine solution (Cl (aq) ) was formed and that the presence of sodium hydroxide (NaOH (aq) ) or sodium chloride (NaCl (aq) ) was not evident in the waste solution. .
電気分解後の溶液中に残った残留イオンは、ナトリウムＮａ＋ （ａｑ）カチオンと共にピルビン酸ＣＨ３ＣＯＣＯＯ− （ａｑ）アニオンであったことが理解された。このような解決策は、規制当局の承認を条件として、海への再放出に適していることが分かった。あるいは、溶液をさらに処理して、酸をエタン酸およびメタン酸などの単純な酸に分解し、これらをさらに電気分解することが可能であった。得られたアニオンを分離して対応するアルコールを回収することができた。 It was understood that the residual ions remaining in the solution after the electrolysis were pyruvate CH 3 COCO − (aq) anion together with sodium Na + (aq) cation. Such a solution was found to be suitable for re-release to the sea, subject to regulatory approval. Alternatively, the solution could be further processed to break down the acids into simple acids such as ethanoic and methane acids, which could be further electrolyzed. The resulting anion was separated to recover the corresponding alcohol.
例２
未処理海水の試料を独立した試験実験室に供給した。この実験室は、試料の導電率、塩分、ｐＨおよびピルビン酸含有量を以下のように分析するように指示された：代謝に供される前；代謝後；そして電気分解の後。実験室はまた、海水を代謝に供するように指示された（上述のとおり）。
Example 2
A sample of untreated seawater was supplied to an independent test laboratory. The laboratory was instructed to analyze the samples for conductivity, salinity, pH and pyruvate content as follows: before being subjected to metabolism; after metabolism; and after electrolysis. The laboratory was also instructed to subject the seawater to metabolism (as described above).
これに関して、未処理海水の１Ｌの試料に２５ｇの生のサトウキビ糖を添加し、そして４日間にわたって代謝作用を起こさせた。 In this regard, 25 g of raw sugarcane sugar was added to a 1 L sample of untreated seawater and allowed to metabolize for 4 days.
導電率、塩分濃度およびｐＨは、「ｐＨメーターによる水中のｉＰＨ１ＷＡＳＥ ｐＨ」（“ｉＰＨ１ＷＡＳＥ ｐＨ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｂｙ ｐＨ ｍｅｔｅｒ”）を用いて、実験室により試験した。ピルビン酸含有量は、「Ｋ−ＰＹＲＵＶメガザイムピルビン酸試験キット」（“Ｋ−ＰＹＲＵＶ Ｍｅｇａｚｙｍｅ Ｐｙｒｕｖｉｃ Ａｃｉｄ ｔｅｓｔ ｋｉｔ”）を用いて試験した。次に、代謝作用を受けた溶液をホフマン装置で電気分解にかけ、そこで１２Ｖの電池を用いて電気分解した。結果を以下の表にまとめる。 The conductivity, salinity and pH were tested by the laboratory using "iPH1WASE pH in water by pH meter" with a pH meter. The pyruvic acid content was tested using a "K-PYRUV Megazyme Pyruvate Test Kit" ("K-PYRUV Megazyme Pyruvic Acid test kit"). Next, the solution subjected to the metabolic action was subjected to electrolysis with a Hoffman device, where it was electrolyzed using a 12 V battery. The results are summarized in the table below.
観察
試料のｐＨは初期値から、そして代謝作用および電気分解のそれぞれの間に低下した。ｐＨが低下し続け、溶液中の糖および酸の更なる代謝作用を示していることが分かった。このように、追加量の水素イオンが水素ガスとして電気分解による回収に利用可能になった。
The pH of the observed sample dropped from the initial value and during each of the metabolism and electrolysis. It was found that the pH continued to drop, indicating additional metabolism of sugars and acids in solution. Thus, an additional amount of hydrogen ions became available for electrolysis recovery as hydrogen gas.
従って、この方法は酸の相（フェイズ）の各々で複数の水素抽出相を提供し、それによって多数の異なる中間化合物を製造することが分かった。エタノールの抽出が達成されるまでこれらの相は進行した。さらに、これらの生成物（例えば、水素、脱塩水、塩素、エタノール、様々なナトリウム化合物など）の各々は、元の糖および海水供給原料の処理を通じて生成され得ることが、さらに分かった。 Thus, it was found that this method provided multiple hydrogen extraction phases in each of the acid phases, thereby producing a number of different intermediate compounds. These phases proceeded until ethanol extraction was achieved. Further, it has further been found that each of these products (eg, hydrogen, demineralized water, chlorine, ethanol, various sodium compounds, etc.) can be produced through processing of the original sugar and seawater feedstock.
加工条件が変化するにつれて（例えば、海水パラメータの変化と共に）、それに応じて最適なプロセス変数が調整されたこと（例えば、代謝作用および電気分解条件ならびに添加剤など）が、さらに分かった。 It was further found that as processing conditions changed (eg, with changes in seawater parameters), optimal process variables were adjusted accordingly (eg, metabolic and electrolysis conditions and additives).
試料の導電率は、初期値から、そして代謝作用および電気分解のそれぞれの間にごくわずかに低下した。したがって、継続的な代謝作用は、溶液が電気分解される能力に影響を及ぼさなかった。しかしながら、試料の塩分が低下したことも分かったが、これは、この方法が（例えば、淡水化プロセスの一部として）淡水化を補助することも可能であったことを示した。この点に関して、この方法は従来の脱塩プロセスと共に使用することができ、それによって、電気分解の廃棄溶液２６、２６Ａおよび／または段階３５からの溶液が従来の脱塩プロセスへの供給溶液を形成し得ることが分かった。 The conductivity of the sample dropped only slightly from its initial value and during each of the metabolism and electrolysis. Thus, continued metabolism did not affect the ability of the solution to be electrolyzed. However, it was also found that the sample had reduced salinity, indicating that the method could also assist desalination (eg, as part of a desalination process). In this regard, the method can be used with a conventional desalination process, whereby the waste solution 26, 26A of the electrolysis and / or the solution from step 35 forms the feed solution to the conventional desalination process. I knew I could do it.
代謝作用によって製造されたピルビン酸は、３を超える係数で上昇すると測定された。電気分解の前後に測定されたピルビン酸の量は、０．０２５ｇ／Ｌから０．０２９ｇ／Ｌへとわずかに増加したことが分かるであろう。溶液から水素が抽出されるにつれて（すなわち、水素ガスとして）、加水分解が溶液中の残りのピルビン酸ナトリウムと水との間で起こり、それによってピルビン酸ナトリウムおよび／または水分子が水素イオンを供与したと仮定される（すなわちピルビン酸の増加として示された／検出された）。ピルビン酸のわずかな増加に寄与した可能性がある他のプロセス変数には、温度変動および／または水体積の減少が含まれていたことも分かった。さらに、ナトリウムはいくつかの代謝経路において水素ポンプとして作用し得、これもまたＨ＋濃度、したがってピルビン酸読み取りに影響を及ぼし得ることが分かった。 Pyruvic acid produced by metabolism was measured to increase by a factor of more than 3. It can be seen that the amount of pyruvate measured before and after electrolysis increased slightly from 0.025 g / L to 0.029 g / L. As hydrogen is extracted from the solution (ie, as hydrogen gas), hydrolysis occurs between the remaining sodium pyruvate and water in the solution, whereby the sodium pyruvate and / or water molecules donate hydrogen ions. (Ie indicated / detected as an increase in pyruvate). It was also found that other process variables that could have contributed to the slight increase in pyruvate included temperature fluctuations and / or a decrease in water volume. In addition, it has been found that sodium can act as a hydrogen pump in several metabolic pathways, which can also affect H + concentrations, and thus pyruvate readings.
このように、実験室の試験により、前駆体カルボン酸（ピルビン酸）の製造が確認された。また、実験室の試験により、この溶液を電気分解して水素ガスを製造することができたことが確認された。 Thus, laboratory tests confirmed the production of the precursor carboxylic acid (pyruvic acid). In addition, laboratory tests confirmed that the solution could be electrolyzed to produce hydrogen gas.
例３
未処理海水のさらなる試料を独立した試験実験室に供給し、この実験室は海水を代謝作用に供するように指示された（すなわち上述のように）。実験室はまた、電気分解によって製造された水素ガスを測定するように指示された。これに関して、未処理海水の１Ｌの試料に２５ｇの生のサトウキビ糖を添加し、そして４日間にわたって代謝作用を起こさせた。この間にｐＨを測定したところ、８．０７から４．３６に低下したことが観察されたが、これは代謝作用が進行したことを示す。
Example 3
An additional sample of untreated seawater was supplied to an independent test laboratory, which was instructed to subject the seawater to metabolism (ie, as described above). The laboratory was also instructed to measure the hydrogen gas produced by electrolysis. In this regard, 25 g of raw sugarcane sugar was added to a 1 L sample of untreated seawater and allowed to metabolize for 4 days. During this time, the pH was measured and a decrease from 8.07 to 4.36 was observed, indicating that metabolic activity had progressed.
次に、代謝作用を受けた溶液をホフマン装置で電気分解にかけ、そこで１２Ｖの電池を用いて電気分解した。陰極で製造された水素ガスは、「ガスクロマトグラフィー／熱伝導率検出／フレームイオン化検出（ＧＣ／ＴＣＤ／ＦＩＤ）によるＯＲＧ５１２」（“ＯＲＧ５１２ ｂｙ Ｇａｓ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ／Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ／Ｆｌａｍｅ Ｉｏｎｉｓａｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ （ＧＣ／ＴＣＤ／ＦＩＤ）”）の方法論を用いて、実験室によって捕捉され測定された。結果を以下の表にまとめる。 Next, the solution subjected to the metabolic action was subjected to electrolysis with a Hoffman device, where it was electrolyzed using a 12 V battery. Hydrogen gas produced at the cathode is referred to as “ORG512 by Gas Chromatography / Thermal Conductivity Detection / Flame Ionization Detection (GC / TCD / FID)” (“ORG512 by Gas Chromatography / Thermal Conductivity Detection / Flame Ionization Discretion CD / DTC). / FID) ") were captured and measured by the laboratory using the methodology of"). The results are summarized in the table below.
観察
結果は、高いレベルの純度（＞９５％）の水素が代謝作用を受けた海水の電気分解によって製造されていたことを示した。
The observations indicated that high levels of purity (> 95%) hydrogen were produced by electrolysis of metabolized seawater.
例４
未処理海水のさらなる試料を独立した試験実験室に供給し、この実験室は海水を代謝作用に供するように指示された（上述のように）。実験室はまた、電気分解によって製造された水素ガスおよび塩素ガスのそれぞれを測定するように指示された。これに関して、未処理海水の１Ｌの試料に２５ｇの生のサトウキビ糖を添加し、そして４日間にわたって代謝作用を起こさせた。この間にｐＨを測定したところ、約８までから５未満に低下することが観察されたが、これもまた、代謝作用が進行したことを示している。
Example 4
An additional sample of untreated seawater was supplied to an independent test laboratory, which was instructed to subject the seawater to metabolism (as described above). The laboratory was also instructed to measure each of the hydrogen and chlorine gases produced by the electrolysis. In this regard, 25 g of raw sugarcane sugar was added to a 1 L sample of untreated seawater and allowed to metabolize for 4 days. During this time, the pH was measured and was observed to drop from about 8 to less than 5, again indicating that metabolic activity had progressed.
代謝作用を受けた溶液を、ホフマン装置で再び電気分解にかけ、そこで１２Ｖの電池を用いて電気分解した。陰極で製造された水素ガスは、「ガスクロマトグラフィー／熱伝導率検出／フレームイオン化検出（ＧＣ／ＴＣＤ／ＦＩＤ）によるＯＲＧ５１２」（“ＯＲＧ５１２ ｂｙ Ｇａｓ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ／Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ／Ｆｌａｍｅ Ｉｏｎｉｓａｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ （ＧＣ／ＴＣＤ／ＦＩＤ）”）の方法論を用いて、実験室によって捕捉され測定された。陰極で製造された塩素ガスは、「ＶＲＡＥモニターによるガスのＯＲＧ１７３分析」（“ＯＲＧ１７３ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｇａｓ ｂｙ ＶＲＡＥ ｍｏｎｉｔｏｒ”）方法論を用いて、実験室によって捕獲され測定された。結果を以下の表に要約する。 The metabolized solution was electrolyzed again in a Hoffman apparatus where it was electrolyzed using a 12V battery. Hydrogen gas produced at the cathode is referred to as “ORG512 by Gas Chromatography / Thermal Conductivity Detection / Flame Ionization Detection (GC / TCD / FID)” (“ORG512 by Gas Chromatography / Thermal Conductivity Detection / Flame Ionization Discretion CD / DTC). / FID) ") were captured and measured by the laboratory using the methodology of"). The chlorine gas produced at the cathode was captured and measured by the laboratory using the "ORG 173 analysis of gas by VRAE monitor" methodology. The results are summarized in the table below.
観察
結果から、非常に高レベルの純度（＞９９％）の水素が、代謝作用を受けた海水の電気分解によって、そして有意な速度（２時間後に４５．４ｍＬ）で製造されていたことが確認された。さらに、海水中に存在する塩素の量が比較的少ないため、水素よりはるかに遅い速度ではあるが塩素が製造されていた。このような結果から、海水から水素と塩素をそれぞれ商業的に製造できたことが確認された。
Observations confirm that very high levels of purity (> 99%) hydrogen were produced by electrolysis of metabolized seawater and at a significant rate (45.4 mL after 2 hours). Was done. In addition, the relatively small amount of chlorine present in seawater produced chlorine at a much slower rate than hydrogen. From these results, it was confirmed that hydrogen and chlorine could be commercially produced from seawater, respectively.
例５
代謝作用によって製造された溶液のｐＨをさらに下げるために次の試験を行った。この試験では、添加されたバチルス又はその類似物を用いて追加の微生物種を導入することによって溶液のｐＨを下げた。これにより、電気分解前の溶液ｐＨは約３以下になった。数種の細菌を採用することができ、いくつかのそのような細菌が、ピルビン酸塩を乳酸塩に、そして最終的にエタノエートに代謝することができる（すなわちエタノールの製造が可能になる）ことが分かった。
Example 5
The following tests were performed to further lower the pH of the solution produced by metabolism. In this test, the pH of the solution was lowered by introducing additional microbial species with added Bacillus or the like. Thereby, the solution pH before the electrolysis was reduced to about 3 or less. That several bacteria can be employed, some such bacteria being able to metabolize pyruvate to lactate and ultimately to ethanoate (i.e. enable the production of ethanol) I understood.
水素イオンのすべての増加は、水分子を分割するなどの従来からの方法を上回って本方法の効率を大幅に改善した。さらに、低ｐＨ環境は水素製造にとってより好ましいことが観察された。この方法は発酵を利用しなかったので、例えばピルビン酸などのカルボン酸の製造に有利であったが、例えば乳酸および類似の酸の製造には有利でなかった。 All increases in hydrogen ions have greatly improved the efficiency of the present method over traditional methods such as splitting water molecules. In addition, a low pH environment was observed to be more favorable for hydrogen production. Since this method did not utilize fermentation, it was advantageous for producing carboxylic acids such as, for example, pyruvate, but not for producing lactic acid and similar acids.
このように、これらの実験では、糖の代謝作用を促進すると同時に水素製造（体積と速度）を増大させるために、多くの技術を展開可能であったことが確認された。上述のように、脱塩水、塩素、エタノール、様々なナトリウム化合物（ピルビン酸ナトリウム、エタン酸ナトリウム）などを含む様々な他の製品も製造された。 Thus, these experiments confirmed that a number of techniques could be deployed to promote sugar metabolism while increasing hydrogen production (volume and rate). As mentioned above, various other products have also been produced, including demineralized water, chlorine, ethanol, various sodium compounds (sodium pyruvate, sodium ethanoate), and the like.
本開示の本質または範囲から逸脱することなく、上述の実施形態に対して種々の変形および修正を加えることができる。 Various changes and modifications can be made to the embodiments described above without departing from the spirit or scope of the present disclosure.
以下の特許請求の範囲およびこれまでの説明において、文脈上、明示的な表現または必要な暗示によって必要とされる場合を除き、「含む」（“ｃｏｍｐｒｉｓｅ”）という語または「含む」（“ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ”）もしくは「含む」（“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”）などの変形は、包括的な意味で用いられ、すなわち、これらは、記載された特徴の存在を特定するが、様々な実施形態においてさらなる特徴の存在または追加を排除するものではない。 In the following claims and the preceding description, the word "comprise" or "comprises", unless the context clearly requires otherwise, either expressly or as necessary. Variants such as ")" or "comprising" are used in a generic sense, ie, they identify the presence of the recited feature, but in various embodiments the presence of the additional feature or It does not preclude addition.
Claims (13)
この方法は、
糖の異化作用が起こり得るように十分な期間にわたって所定量の糖と海水とを混合し、それによってカルボン酸を製造すること、および
このカルボン酸を含む異化作用を受けた混合物を電気分解段階に通し、そこで、この異化作用を受けた混合物は電気分解に供され、それにより水素を製造すること
を含む、
上記方法。 A method for producing hydrogen from seawater,
This method
Catabolism of sugars are mixed with a predetermined amount of sugar and the seawater for a sufficient period of time as possible, thereby to produce a carboxylic acid, and the mixture was subjected to catabolism containing the carboxylic acid to the electrolysis stage Wherein the catabolic mixture is subjected to electrolysis, thereby producing hydrogen,
The above method.
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