TWI403353B - 二氧化碳分解及（Ｃ4＋ｎＭ）狀態碳回收裝置及方法 - Google Patents

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二氧化碳分解及(C4+nM)狀態碳回收裝置及方法
近200年來人類大量使用石化能源來支持產業及科技的發展，我們將這兩個世紀的世界文明稱之為碳的文明或碳的世代實不為過，大量使用石化能源造成了今日大氣中二氧化碳溫室氣體不斷上升的不良後果，由公元1800年的280ppm.升高到目前的380ppm.左右；設若人類依然不針對二氧化碳溫室氣體加以有效的控制，預計到本世紀中葉的2050年左右，地球上二氧化碳溫室氣體的濃度，將上升至危險的500ppm.以上的水準，這將是地球無可承受的重。
據媒體報導，2007年12月聯合國主要國家的專家代表們在印尼的巴里島達成了氣候變遷協商，希望在2050年之前將地球二氧化碳溫室氣體的濃度控制在440ppm.，這意味著人類未來半個世紀的每一天，都必須減少二氧化碳溫室氣體的排放量約30%而不影響經濟發展及生活的品質；由此看來，未來二氧化碳溫室氣體減量的工程確實浩大，而且所必需投入的成本更是驚人，但地球只有一個，有能力挽救地球的生物又只有人類，我們實在責無旁貸。
本發明二氧化碳分解回收裝置係利用一個奈米尺度的突觸狀導電結構體(nM)，外表有很多呈現鬆散突觸狀的觸鬚，這些觸鬚在溫度150℃~180℃時會糾結形成奈米孔洞，可以捕捉碳離子，成為(C4+nM)狀態碳，在溫度降低至90℃~30℃時，這些糾結的奈米觸鬚又回復為鬆散的突觸狀，可釋出由(C4+nM)狀態碳還原為碳(C)之顆粒，然後等待下次加溫再進行另一個循環的利用，本發明利用這個奈米體(nM)所具備的電子鍵結代償特 性、溫變調控特性以及可伸縮變異的機械特性等集三種性能於一體的神奇特性，使本發明能一舉破解二氧化碳〝碳--氧〞間化學鍵結牢不可破的迷失；利用分階段的工序，創造出這個全球首創的二氧化碳分解回收裝置，本發明除了能分解二氧化碳，使之能被回收為碳(C)與水(H2O)之外，又兼有燃料電池的功能，可彌補分解與回收二氧化碳時所需的能源消耗量，更可回收高純度的奈米級純碳等多重實用效果。
過去雖有些技術與能力可暫時將二氧化碳吸附並侷限於特定材質中，例如氫氧化鈉(sodium hydroxide)(NaOH)，其方程式為：NaOH+CO2→NaHCO3，但當該材質吸附達飽和時，所有的反應即已無以為繼，如同當年美國太空船阿波羅13號所曾經面對的狀況，因此使用特定吸附材料，雖可有限度的處理二氧化碳濃度太高的狀況，但對於大量溫室氣體二氧化碳減量的工程，並無多大的應用價值；最近亦有人試圖採用〝藍綠菌〞(cyanobacteria)光合作用的能力，用來對付工廠所排放的高濃度二氧化碳，但藍綠菌受陽光、溫度、及光合作用效率的限制，以及需要佔用大量的土地面積，而有實施上的瓶頸，亦非溫室氣體減量工程的優良方法。
本發明所採用的二氧化碳分解回收方法，是人類首次以工業製程的概念，達到裂解二氧化碳強固電子鍵結的效果，可以全天候進行，比植物光合作用消費二氧化碳的機制，多出一倍以上的時間效率；沒有污染，也沒有規模上的限制，更沒有地區性的差別，例如可以建造在沙漠、海上、南北極地或地底洞穴內，均無所限制，不 像植物行光合作用，必須考量太陽光照多寡、溫度高低、雲層厚薄以及有無霾害等等。
長久以來本發明團隊就一直在尋找一種能將二氧化碳(CO2)解離成碳(C)及氧(O2)的方法，但一直苦於沒有適當的工具，而且也不免陷入專業的盲點，固執的輕信二氧化碳分子〝碳--氧〞間的電子鍵結非常強固，是牢不可破的化學結構，也因此就將這個構想束之高閣而未予聞問；及至日前，忽然頓悟植物在億萬年以前早已演化出光合作用的二氧化碳解離機制，即反應式：6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2↑；能有效的分解二氧化碳，使二氧化碳成為植物自身有用的碳水化合物(C6H12O6)，以及對植物而言係屬無用的氧氣(O2)排出；我們這才跳出專業的迷障，體認到二氧化碳分子〝碳--氧〞間的電子化學鍵結，並非想像中的牢不可破，所謂牢不可破的現象，只是人類尚未找到有效的解離二氧化碳及固碳的方法而已，因此我們重新燃起希望，認真投入精神與努力，尋找可以將二氧化碳解離成碳(C)及氧(O2)的方法，終於得到一個重要的推論，亦即人類若要解離二氧化碳，絕對無法像植物一樣，僅利用光合作用即能使二氧化碳成功解離；但我們可以參考植物光合作用的原理，利用光觸媒uv紫外光的量子效應，使二氧化碳〝碳--氧〞鍵結間的電子，利用量子穿隧(quantum tunneling)效應，使自由電子進入外部的導電迴路，做為燃料電池的起電作用加以消耗，即可讓二氧化碳暫時解離成為(C4+nM)狀態碳及氧(O2)；續前所述，因為接受uv紫外光激發而暫時脫離二氧化碳鍵結軌道的電子，一旦外加的能量消失，立刻會回到原先的軌道(能階)繞行，致使暫時處於解離狀態的(C4+nM)狀態碳及氧(O2)非常不穩定，隨時可能重新鍵結，回復為二氧化碳(CO2)的穩固 狀態；如何維持(C4+nM)狀態碳，並及時將氧(O2)抽離，使兩者無法重新發生鍵結，就是本發明首要解決的技術重點。
有了以上的認知，本發明即採用分兩階段的方法，解離二氧化碳強固的〝碳--氧〞電子鍵結，使成為(C4+nM)狀態碳及氧(O2)，即：uv+CO2+△(nM)+2H2+4e-↑→C+2H2O+▽(nM)+4e-↓
uv+CO2+△(nM)→(C4+nM)+O2+4e-↑；並於二氧化碳(CO2)解離後，立刻使暫時處於游離狀態的氧(O2)與來自於氫燃料電池(H2 Fuel Cell)解離出來的質子(H+)發生鍵結，成為水(H2O)，而多出來的4個自由電子(4e-)，則由外部電路加以消費，即反應式O2+4H++4e-↓→2H2O，迫使氧無法重新與(C4+nM)狀態碳發生鍵結，因此能將碳離子(C4+)暫時固持在奈米觸鬚所糾結成的奈米孔洞內，成為(C4+nM)狀態碳，等待次一階段再將(C4+nM)狀態碳還原為碳，其反應式為：(C4+nM)+4e-↓→C+▽(nM)。
首先本發明利用uv紫外光所射出的高能粒子(光子)隨機撞擊(激發)二氧化碳(CO2)分子外圍的電子，強迫二氧化碳電子鍵結的能階由基態躍入激發態，使〝碳--氧〞原子間的鍵結力減弱，讓二氧化碳的4個自由電子(4e-)藉此開啟量子隧道而逸出，使該4個電子(4e-)脫離原本繞行的軌道而自由移動，即所謂的量子穿隧(quantum tunneling)效應；該效應可以讓失去4個自由電子(4e-)的二氧化碳鍵結束縛力暫時減弱，使二氧化碳暫時成為(C4+nM)狀態碳和游離狀態的氧，此時由外部電路強迫消費該脫離軌道的4個自由電子(4e-)的能量，即可使(C4+nM)狀態碳的能階，因為失去自由電子(4e-)而處於基態；此時游離中的氧(O2)因與4個質子(H+)進行鍵 結，並由外部電子迴路獲得4個填補電洞的自由電子(4e-)而反應生成水(2H2O)，即反應式：O2+4H++4e-↓→2H2O；至此，氧(O2)已無法重新與被侷限於奈米糾結孔洞中的碳離子(C4+)發生鍵結，此時的碳離子(C4+)因已失去4個自由電子(4e-)而與奈米觸鬚較弱的靜電力結合，而以(C4+nM)狀態碳的形式存在，並使能階回復為基態，因此我們利用氫燃料電池(H2 Fuel Cell)提供4個質子(H+)予二氧化碳電極(CO2 pole)所生成的氧(O2)，順利將二氧化碳解離成為(C4+nM)狀態碳，並使游離而出的氧(O2)與該4個質子(H+)反應成為水(2H2O)，反應程序如下列方程式所示：(H2 pole) 2H2→4H++4e-↑(CO2 pole) uv+CO2+△(nM)→(C4+nM)+O2+4e-↑(H2O pole) O2+4H++4e-↓→2H2O
上述氫燃料電池與二氧化碳電極之間的持續互補反應，可在設於外部的雙電子迴路產生電壓與電流，可以輕易的回收利用或支援其他用途之消費，即係一雙迴路的燃料電池(Double-loop Fuel Cell)，當雙迴路燃料電池的輸出能力降低至額定80%時，即可推定二氧化碳極(CO2 pole)的效能因奈米孔洞即將塞滿(C4+nM)狀態碳而降低，必須進行次一階段的化學反應，即(C4+nM)狀態碳的還原程序，亦即利用靜電產生器，將4個電子(4e-)的純能量歸還予(C4+nM)狀態碳的逆反應程序，即(C4+nM)+4e-↓→C+▽(nM)。
誠如上述化學反應式(C4+nM)+4e-↓→C+▽(nM)的程序，吾人給予被侷限於奈米糾結中的(C4+nM)狀態碳增加4個電子(4e-)的純能量，使之脫離該奈米糾結的靜電 力束縛，於此同時，將該奈米體的溫度，由形成糾結狀態的150℃~180℃調降至90℃~30℃，俾使該奈米糾結觸鬚回復為鬆散的突觸狀態，以利已還原為顆粒狀的碳(C)脫離該奈米糾結的侷限；而該奈米體則回復到原有的功能及狀態，等待另一循環的加溫及再利用。
其次，前述雙迴路燃料電池的二氧化碳極板(CO2 pole)與氫氧燃料電池的氫極板(H2 pole)之間，係各自透過一層絕緣滲透膜的隔離，與具有水(H2O)還原功能之氧極板(O2 pole)組裝在一起，而成為一雙迴路燃料電池；最後在該雙迴路燃料電池的外部建立兩組導電迴路，使該氫極板(H2 pole)與二氧化碳極板(CO2 pole)兩者，於進行催化解離2個氫氣分子(2H2)與1個二氧化碳分子(CO2)時，各自產生4個自由電子(4e-)，並在各自的導電迴路之間發生起電作用加以消費，使原本處於激發態，脫離原軌道游離而出的4個自由電子(4e-)能順利填補各自的電洞，以產生電壓與電流。
由於氫極板(H2 pole)解離出來的質子(H+)，與來自二氧化碳極板(CO2 pole)解離出來的氧(O2)，雙雙係穿透各自的絕緣滲透膜後，彼此在氧極板(O2 pole)發生碰觸而啟動還原程序，最終以水的狀態排出，即O2+4H++4e-↓→2H2O；而失去氧的二氧化碳則因失去4個自由電子(4e-)，暫時以(C4+nM)狀態碳的型態儲存於奈米觸鬚所糾結孔洞之間；上述二氧化碳的解離效果，與植物葉片的光合作用有相似之處，也有不同之點；兩者都有依賴高能光粒子的量子作用力，將構成二氧化碳鍵結力的電子撞離原軌道，使成為自由電子，達到削弱二氧化碳電子鍵結力的效果；兩者都能將碳暫時解離出來，其中相當重要的差別，是植物不需要利用氫離子去捕捉氧，而是利用葉綠素分解水分子的光合作用 6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2↑，使碳與水相結合而成為碳水化合物(C6H12O6)，並直接排出氧，這是植物利用脫離軌道的自由電子與酵素ATP共振，使二氧化碳與水合成為碳水化合物及氧。植物利用葉面的葉綠體，使葉綠素α、葉綠素β、類胡蘿菠素、其他小分子以及蛋白質等所組成的光合系統(photosystem)同步共振，利用分層降低能階的方式消耗自由電子的能量，讓水裂解成為氫與副產物氧，而氫則進一步解離成為質子與電子，以合成具有高能量的ATP以及還原劑NADPH，作用在二氧化碳分子，將二氧化碳分子中的碳原子還原合成為碳水化合物，就能使二氧化碳中的碳與氧分離，不需額外給予碳離子純能量，就能使碳離子與水結合成為碳水化合物，這是植物演化上高明而有效率的地方，而本發明卻必須分二階段才能完成將二氧化碳分解及回收為碳和水的工程，即方程式：uv+CO2+△(nM)+2H2+4e-↑→C+2H2O+▽(nM)+4e-↓。
相對於自然界運作機制的奧妙，誠令人嘆服；本發明當然不是摹仿植物光合作用的機制來達成固碳的效果，本發明只是藉由植物光合作用的機制，來思考打破二氧化碳(CO2)電子鍵結的方法，因此本發明是一個非生物機制的二氧化碳(CO2)解離與還原方法，操作過程中沒有污染的疑慮，反而有化學電能以及奈米純碳可資回收的額外利益，是一個解決地球溫室氣體的絕佳方案。
續前所敘，因為二氧化碳的鍵結強固，過去縱然有方法暫時將二氧化碳的鍵結力切斷，但瞬間即又結合，這是全世界千百萬挑戰二氧化碳解離技術的專家所共同面對的難題；假設他們所採用的材料特性只有電子鍵結 代償特性一種，其實無法達成將二氧化碳解離成碳及氧的結果，因為當〝碳--氧〞的鍵結力瞬間被削弱時，若無其他力量取代〝碳--氧〞間原先的鍵結力，例如提供質子(H+)與氧發生新的鍵結，並消費多出來的自由電子，使(C4+nM)狀態碳的量子狀態暫時處於基態，則氧將立刻重新與(C4+nM)狀態碳中的碳結合成為穩定的二氧化碳。但是我們利用本發明奈米體的電子鍵結代償特性、溫變調控特性，以及可伸縮變異的機械特性來達成將二氧化碳分解回收的工作；因此本發明所建構的非生物性、工業量產式的光量子作用解離機制，勢將成為解決全球溫室氣體的具體可行方法，因為吾人可以輕易改變奈米體的溫度，將塞滿(C4+nM)狀態碳的奈米糾結觸鬚伸展開來，順利地將(C4+nM)狀態碳中的碳釋放還原為顆粒狀的碳，使該奈米體所構成的二氧化碳極板(CO2 pole)回復原狀，方便重複使用。重點是建造這種工業量產等級的二氧化碳分解回收裝置，並無體積與容量的限制，只要是一個密閉的空間就可以進行裝設，組裝後的成品可以像室內足球場般的巨大，也可以像烤麵包機一般嬌小。
本發明二氧化碳分解回收裝置的未來發展無可限量，目前已知的最佳應用方向即有下列數種：
(1).將按照本發明所組裝的巨型二氧化碳分解回收裝置，以複數個串接的方式，裝設於火力發電廠、煉鋼廠或水泥廠的排煙口，處理經過靜電除塵、水洗的高濃度二氧化碳排氣，將能有效的把二氧化碳分解回收為碳及純水，可以做為環保減碳甚或達成零碳目標的執行工具之一，本發明二氧化碳分解回收裝置在此處的應用重點，在於把二氧化碳分解回收為碳及純水，成為未來環保碳交易世代的穫利工具，讓原本屬於碳交易的買方， 搖身一變成為賣方，可以將減碳的額度，出售給技術上無法減碳的產業，例如航空、運輸、煤氣瓦斯、煉油等產業，除可獲取一筆額外的收益外，兼可為地球的未來盡一份心力；本發明當然無法一舉將大氣中的二氧化碳溫室氣體，立刻減量到公元1800年的280ppm.左右水準，但只要能有效地將二氧化碳溫室氣體控制於不再增加的水準上，目前地球上早已超量的二氧化碳溫室氣體，可留待地球上尚存的森林以及海洋珊瑚礁的自淨能力去慢慢消化，相信在兩個世紀之內，地球將逐漸找回自己的健康；重點是若無本發明二氧化碳分解回收裝置的協助，地球二氧化碳溫室氣體減量的艱鉅工程與任務，勢將耗時費日，而且將需付出數十倍或數百倍的代價。
(2).將按照本發明所生產的小型二氧化碳分解回收裝置按裝在載人的太空船上，利用太陽高能光子的光電發電能力來電解分離水，製造氫氣(H2)和氧氣(O2)，作為本發明另一項應用特點(CO2)燃料電池的燃料來源；讓本發明在太空船的艙內不斷的過濾循環，一方面產生水，以備再次利用太陽光電效應來電解水，製造氫氣和氧氣備用；氧氣可供太空人呼吸之用，氫氣則可供本發明二氧化碳分解裝置(CO2燃料電池)氫極燃料之需，太空艙內二氧化碳濃度則因二氧化碳分解回收裝置之持續運作而可避免過高；本發明二氧化碳分解回收裝置在此處的應用，主要係在於發電供太空艙使用，以及控制艙內二氧化碳的濃度，兩者同等重要；雖然平常太空船艙內的二氧化碳濃度可能不是很高，但本裝置因係屬經常性之循環操作，依然可以有效的將太空船艙內的二氧化碳濃度控制在正常標準值之下，自然可以避免人類當年登月探險過程中所面對的意外及風險，亦即阿波羅 13號太空艙二氧化碳吸收裝置飽和，導致太空人經歷二氧化碳濃度逼近極限值的危機事件重演，兼有燃料電池發電的附帶利益。
(3).將按照本發明所生產的中型二氧化碳分解回收裝置按裝在軍用或民用的潛水艇之內，足可確保潛水艇內操作人員日常生活呼吸不必擔憂二氧化碳濃度過高的問題，設若潛水艇發生意外，裝有中型二氧化碳分解回收裝置的潛水艇，將有更長的等待救援時間，在那種狀況之下，本發明將是提供潛水艇成員活命希望的珍貴設備；本二氧化碳分解回收裝置在此處的應用，主要係在於控制二氧化碳的濃度。
(4).前述二氧化碳分解回收裝置所回收的碳(C)，係屬奈米級的純碳，既無雜質又粒徑均質化，其應用範圍廣泛；可用於製造人造鑽石之原料，大幅提升人造鑽石結晶的成功率，降低製造成本，提高品質。而回收的奈米碳又可用於製造高品級的碳纖維，作為打造飛機結構等的高級材料；更可製成奈米碳管或奈米碳網，應用在燃料電池極板上。本裝置所回收的奈米碳可有效排除碳晶圓製程所面對的良率問題，加速下一世代碳晶圓產品的面世進程，用以取代目前已接近摩爾定律極限的矽晶圓世代，讓未來採用碳製程的資訊產品更輕巧、省電、快速且功能大幅提升。
本發明二氧化碳分解回收裝置(CO2燃料電池)係使用一組傳統的氫燃料電池(H2 Fuel Cell)作為正極的架構，催化2個氫氣分子(2H2)產生4個當量的質子(4H+)與4個當量的電子(4e-)；而在燃料電池負極原本提供氧氣的介面之外側，增設一個二氧化碳催化電極(CO2 pole)，做為氧氣分子(O2)的產生器；而切斷二氧化碳分子〝碳--氧〞間鍵結力的量子作用力，係採用uv紫外燈的高能光子，作為解離催化的驅動力量，使二氧化碳(CO2)解離為(C4+nM)狀態碳及氧氣分子(O2)，並產生4個當量的電子(4e-)；而該由二氧化碳(CO2)解離出來的氧氣分子(O2)則配合氫極板(H2 pole)解離出來的4個當量的質子(4H+)及4個當量的電子(4e-)，還原為2個水分子(2H2O)；請參閱第一圖所示，將這些元件組合在一個密閉的反應空間，即成為一個雙迴路燃料電池(1)，然後在該雙迴路燃料電池(1)的外側，裝設一氫氣儲存槽(2)、一二氧化碳儲存槽(3)、一電源供應器(4)、一電子負載器(5)及一靜電產生器(6)，即構成本企劃案的二氧化碳分解回收裝置(CO2燃料電池)，可有效分解二氧化碳，減少地球的溫室氣體，兼可回收奈米等級的純碳以及產生直流電能量；再請參考第一圖，首先在雙迴路燃料電池(1)內部，靠近氫氣儲存槽(2)之一側，裝置一片以碳纖維為導電材質所編織而成的碳布，在碳布上壓接有氫極輸出電路(52)，透過二極體(54)與電子負載器(5)相接，做為燃料電池氫觸媒催化極(22)之輸出相；而構成氫觸媒催化極的碳布表面，則塗佈尺度為奈米規格之碳管，該奈米碳管上濺鍍有白金鉑(Pt)或鈀(Pd)的分子顆粒，做為氫燃料接觸、質子產生、電子傳導的三接點膜，亦即氫觸媒催化極(22)；其次在雙迴路燃料電池(1)的內部，靠近二氧化碳儲存槽(3)之一側，裝置一片以銀絲線作為導電材質所編織而成的銀網，在銀網上壓接有二氧化碳極輸出電路 (51)，透過二極體(54)與電子負載器(5)相接，做為燃料電池二氧化碳奈米(nM)反應極(32)之輸出相；而構成二氧化碳奈米(nM)反應極(32)的銀網表面上，則塗佈上奈米體(nM)，做為二氧化碳接觸、光觸媒催化、碳--氧解離、電子傳導的四接點膜，並作為(C4+nM)狀態碳的暫時鍵結處所，亦即是本發明的二氧化碳奈米(nM)反應極(32)；本發明二氧化碳奈米(nM)反應極(32)，在uv紫外燈(43)照射所及之範圍，係採多皺褶方式處理，以盡量增加二氧化碳(CO2)接觸及催化面積；將按裝於氫氣儲存槽(2)頂端之氫氣連接管(21)上的氫氣控制閥(25)開啟，使氫氣流入並接觸氫觸媒催化極(22)，使氫氣在氫觸媒催化極(22)的三接點上，被解離成為質子(H+)與電子(e-)；該電子(e-)則經由氫極輸出電路(52)及二極體(54)之傳導，與電子負載器(5)相接而被消費利用；而該氫氣於三接點膜解離時所產生的質子(H+)，則被導入氫氧反應極(24)，使之與來自二氧化碳奈米(nM)反應極(32)所解離之(O2)接觸，發生還原反應而生成水(H2O)，由設於底部之排水管(7)經排水閥(71)排出；此時該二氧化碳奈米(nM)反應極(32)所產生之電子(e-)，係經由二氧化碳極輸出電路(51)及二極體(54)之傳導，與電子負載器(5)相接而被消費利用；利用電子負載器(5)消費由二氧化碳奈米(nM)反應極(32)所產生的電子(e-)，其主要的目的，係能因而讓二氧化碳的碳--氧鍵結，因暫時失去電子(e-)而被打斷，否則二氧化碳即不可能被分解為(C4+nM)狀態碳和自由游離的氧；以上所敘述的質子(H+)，則透過氫極絕緣滲透膜(23)之絕緣，與透過氧極絕緣滲透膜(33)絕緣之氧分子，在 氫氧反應極(24)接觸，而反應還原成水，並由設於底部之排水管(7)經排水閥(71)排出；該氫極絕緣滲透膜(23)與氧極絕緣滲透膜(33)之功能，係讓質子(H+)及氧分子(O2)自由滲透，但必須使自由電子之電性處於絕緣狀態之下，方能構成電子--電洞對，使雙迴路燃料電池(1)發生起電反應，尤其重要的是在於消費二氧化碳奈米(nM)反應極(32)所產生之電子(e-)，使二氧化碳強固之鍵結暫時崩解，方能達到本發明二氧化碳分解回收之主要目的。
本發明分解二氧化碳之操作方法；首先使電源供應器(4)迴路上的電源開關(41)成為導通之閉路狀態，使裝置於二氧化碳奈米(nM)反應極(32)上的電熱加溫器(42)開始加溫，於此同時，設於雙迴路燃料電池(1)內部的uv紫外燈(43)亦同時點亮，當二氧化碳奈米(nM)反應極(32)的溫度上升至150℃~180℃時，開啟氫氣控制閥(25)及二氧化碳控制閥(34)，使氫氣儲存槽(2)內的氫透過氫氣連接管(21)注入氫觸媒催化極(22)之一側；同時讓二氧化碳儲存槽(3)內的二氧化碳注入靠近二氧化碳奈米(nM)反應極(32)之一側； 此時uv紫外燈(43)所發出的高能光子，將隨機撞擊附著於二氧化碳奈米(nM)反應極(32)上的二氧化碳，使二氧化碳分子鍵結間的電子因吸收光能量而處於激發狀態，讓鍵結間之電子，因能階躍遷而產生量子穿隧效應，遂使二氧化碳分子的碳--氧鍵結暫時鬆動，此時游離而出的氧，即可輕易的與來自於氫觸媒催化極(22)的質子(H+)產生反應而生成水，而使二氧化碳分子中的碳暫時與奈米體(nM)發生鍵結，成為(C4+nM)狀態碳。
當雙迴路燃料電池的輸出能力降低至額定80%時， 即可推定二氧化碳催化極(CO2 pole)的效能因奈米孔洞即將塞滿(C4+nM)狀態碳而降低，必須進行次一階段的化學反應程序，即(C4+nM)狀態碳的還原程序，亦即利用靜電產生器(6)將4個自由電子(4e-)的純能量，歸還予(C4+nM)狀態碳的逆反應程序，即本發明(C4+nM)+4e-↓→C+▽(nM)之還原反應程序。
本發明還原(C4+nM)狀態碳為碳之操作方法；首先關閉氫氣控制閥(25)及二氧化碳控制閥(34)以及設於底部之排水閥(71)，使雙迴路燃料電池(1)內部回復初始狀態；其次切斷電源供應器(4)迴路上的電源開關(41)，使迴路成為不導通之開路狀態，讓二氧化碳奈米(nM)反應極(32)之溫度下降至90℃~30℃，而uv紫外燈(43)亦因電路不導通而熄滅； 最後請參考第二圖所示，使靜電產生器(6)啟動，讓靜電產生器(6)利用摩擦生電之原理，製造正負極性相反之靜電能量，其中帶有反電子之能量，可經由靜電放電迴路(61)之導通，將4個反電子導引至靜電放電梳(63)之尖端，利用尖端放電之原理釋放至大氣中；而該靜電產生器(6)所相對生成的4個電子(4e-)，則經由靜電充電迴路(62)之傳導，將能量回充至二氧化碳奈米(nM)反應極(32)之極板上，使暫時鍵結於二氧化碳奈米(nM)反應極(32)上的(C4+nM)狀態碳，因獲得額外的4個電子(4e-)能量而還原為碳原子，此時的二氧化碳奈米(nM)反應極(32)，因為溫度已下降至90℃~30℃而回復為鬆散的突觸狀態，即可利用高頻震盪的機械力，順利的將奈米碳顆粒釋出；然後二氧化碳奈米(nM)反應極(32)經重新加溫，即可進行另一個循環的再利用。
1‧‧‧雙迴路燃料電池
2‧‧‧氫氣儲存槽
21‧‧‧氫氣連接管
22‧‧‧氫觸媒催化極
23‧‧‧氫極絕緣滲透膜
24‧‧‧氫氧反應極
25‧‧‧氫氣控制閥
3‧‧‧二氧化碳儲存槽
31‧‧‧二氧化碳連接管
32‧‧‧二氧化碳奈米(nM)反應極
33‧‧‧氧極絕緣滲透膜
34‧‧‧二氧化碳控制閥
4‧‧‧電源供應器
41‧‧‧電源開關
42‧‧‧電熱加溫器
43‧‧‧uv紫外燈
5‧‧‧電子負載器
51‧‧‧二氧化碳極輸出電路
52‧‧‧氫極輸出電路
53‧‧‧共同迴路
54‧‧‧二極體
6‧‧‧靜電產生器
61‧‧‧靜電放電迴路
62‧‧‧靜電充電迴路
63‧‧‧放電梳
7‧‧‧排水管
71‧‧‧排水閥
第一圖：(CO2)二氧化碳分解裝置及實施示意圖。
第二圖：(C4+nM)狀態碳還原裝置及實施示意圖。

Claims (8)

  1. 一種二氧化碳分解及(C4+nM)狀態碳回收裝置，其包括：一雙迴路燃料電池，該內部包含：一氫觸媒催化極、一氫極絕緣滲透膜、一氫氧反應極、一氧極絕緣滲透膜、一二氧化碳奈米(nM)反應極、一電熱加溫器及一uv紫外燈；一氫氣儲存槽，設於該雙迴路燃料電池之外側，其兩者之間用氫氣連接管及氫氣控制閥做一連接；一二氧化碳儲存槽，設於該雙迴路燃料電池之外側，其兩者之間用二氧化碳連接管及二氧化碳控制閥做一連接；一電源供應器，設於該雙迴路燃料電池之外側，與該電熱加溫器及uv紫外燈透過電源開關做一連接；一電子負載器，設於雙迴路燃料電池之外側，一端藉由該二氧化碳極輸出電路及二極體與雙迴路燃料電池之二氧化碳奈米(nM)反應極做一連接，另一端藉由該氫極輸出電路及二極體與雙迴路燃料電池之氫觸媒催化極做一連接，且設有一共同迴路連接至雙迴路燃料電池之氫氧反應極做一連接；一靜電產生器，設於該雙迴路燃料電池之外側，一端連接靜電放電迴路，並再連接至放電梳，另一端為靜電充電迴路，並與雙迴路燃料電池之二氧化碳奈米(nM)反應極相連接； 一排水管，設於雙迴路燃料電池氫氧反應極之下方，該排水管上設有一排水閥。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之「二氧化碳分解及(C4+nM)狀態碳回收裝置」，其中，該氫觸媒催化極的碳布表面，塗佈奈米規格之碳管，該奈米碳管上濺鍍有白金鉑(Pt)或鈀(Pd)的分子顆粒。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之「二氧化碳分解及(C4+nM)狀態碳回收裝置」，其中，二氧化碳奈米(nM)反應極的銀網表面上，塗佈上奈米體(nM)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之「二氧化碳分解及(C4+nM)狀態碳回收裝置」，其中，該電子負載器之二氧化碳極輸出電路及二極體係接於雙迴路燃料電池之二氧化碳奈米(nM)反應極。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之「二氧化碳分解及(C4+nM)狀態碳回收裝置」，其中，該電子負載器之氫極輸出電路及二極體係接於雙迴路燃料電池之氫觸媒催化極。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之「二氧化碳分解及(C4+nM)狀態碳回收裝置」，其中，該電子負載器之共同迴路係接於雙迴路燃料電池內之氫氧反應極。
  7. 一種二氧化碳分解及(C4+nM)狀態碳回收方法，首先將二氧化碳分解裝置之電源供應器迴路上的電源開關設成導通之閉路狀態，使裝置於二氧化碳奈米(nM)反應極上的電熱加溫器開始加溫，於此同時，設於雙迴路燃料電池內部的uv紫外燈亦開始點亮，當二氧化碳奈米(nM)反應極的溫度上升至150℃~180℃時，開啟氫氣控制閥及二氧化碳控制閥，使氫氣儲存 槽內的氫透過氫氣連接管注入氫觸媒催化極之一側，同時讓二氧化碳儲存槽內的二氧化碳注入靠近二氧化碳奈米(nM)反應極之一側；此時uv紫外燈所發出的高能光子，將隨機撞擊附著於二氧化碳奈米(nM)反應極上二氧化碳分子外圍的電子，強迫二氧化碳電子鍵結的能階由基態躍入激發態，使〝碳--氧〞原子間的鍵結力減弱，讓二氧化碳的4個自由電子(4e-)藉此開啟量子隧道而逸出，讓失去4個自由電子(4e-)的二氧化碳鍵結束縛力暫時減弱成為(C4+nM)狀態碳和游離狀態的氧(O2)；此時藉由外部電路強迫消費該脫離軌道的4個自由電子(4e-)的能量，即可使(C4+nM)狀態碳的能階，因為失去自由電子(4e-)而處於基態；此時游離中的氧(O2)因與4個質子(H+)進行鍵結，並由外部電子迴路獲得4個填補電洞的自由電子(4e-)而反應生成水(2H2O)；本裝置利用氫燃料電池提供4個質子(H+)予二氧化碳電極所生成的氧(O2)，並使該氧(O2)與4個質子(H+)反應成為水(2H2O)，完整反應方程式：(H2 pole) 2H2→4H++4e-↑(CO2 pole) uv+CO2+△(nM)→(C4+nM)+O2+4e-↑(H2O pole) O2+4H++4e-↓→2H2O
  8. 一種二氧化碳分解及(C4+nM)狀態碳回收方法，當雙迴路燃料電池的輸出能力降低至額定的80%時，即可推定二氧化碳極(CO2 pole)的效能因奈米孔洞即將塞滿(C4+nM)狀態碳而降低，必須進行次一階段的化學反應，即(C4+nM)狀態碳的還原程序，亦即利用靜電產生器，將4個電子(4e-)的純能量，歸還予(C4+nM)狀態碳的逆反應程序，即反應程式： (C4+nM)+4e-↓→C+▽(nM)；續前，由二氧化碳分解所產生的(C4+nM)狀態碳還原為碳之操作方法，首先關閉氫氣控制閥及二氧化碳控制閥以及設於底部之排水閥，使雙迴路燃料電池內部回復初始狀態；其次將電源供應器迴路上的電源開關設成不導通之開路狀態，使二氧化碳奈米(nM)反應極溫度降至90℃~30℃間，而uv紫外燈亦因電源不導通而熄滅；使靜電產生器啟動，讓靜電產生器利用摩擦生電之原理，製造正負極性相反之靜電能量，其中帶有反電子之能量，可經由靜電放電迴路之導通，將4個反電子導引至靜電放電梳之尖端，利用尖端放電之原理釋放至大氣中；而該靜電產生器所相對生成的4個電子(4e-)，則經由靜電充電迴路之傳導，將能量回充至二氧化碳奈米(nM)反應極之極板上，使暫時鍵結於二氧化碳奈米(nM)反應極上的(C4+nM)狀態碳，因獲得額外的4個電子(4e-)能量而還原為碳原子，此時的二氧化碳奈米(nM)反應極，因為溫度已下降至90℃~30℃而回復為鬆散的突觸狀態，即可利用高頻震盪的機械力，順利的將奈米碳顆粒釋出；然後二氧化碳奈米(nM)反應極經重新加溫，即可進行另一個循環的再利用。
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