JP6200422B2 - 建物にエネルギーを供給する設備および方法 - Google Patents

Description

本発明は（請求項１の前提部に記載されているように）エネルギー供給設備に関する。本発明は、さらに（請求項１２に記載されているように）エネルギー供給方法に関する。

酸素による酸化で電流を生成する燃料電池の使用は、広く知れ渡っており、様々な分野で利用されている。燃料電池を使用する際には、酸素の存在下で極端な爆発性を示すことが知られている水素を適切に貯蔵又は保管することが、必要不可欠かつ重要となる。

今日までに、吸着式、吸収式、液体貯蔵式、高圧縮ガス式など、様々な水素貯蔵方法が研究されてきた。しかしながら、どの方法も、体積エネルギー密度の低さが弱点であり、また、一部の方法では、キャリア（担体）が高価であることも弱点になっている。

従来の一般的な水素貯蔵方法は、液体式および圧縮式であるが、多大な技術的労力およびこれに伴う高コストが特に足かせとなって、公共の場所には採用されていないことは勿論、私有の建物、別荘、商業用不動産、工場建屋などの孤立した建物には全くと言って採用されていない。

圧縮水素の容器は、密封するのが難しい。水素は、空気に対して４〜７５％で混ざると、１，０００ｍ／秒の衝撃波を伴って爆発する恐れがある。さらに、水素の最小点火エネルギーは、他種の気体化合物よりも低い。水素は、非常に強い可燃性（Ｆ＋）に分類されており、自然燃焼（自然発火）する可能性が大きい。また、自然燃焼を起こした場合には、他の気体と同様、激しい流出速度で燃焼する。さらに、空気中で爆発した際のエネルギーは、式換算で２８６ｋＪ／モルと極めて高い。

そのため、純水素によるリスクを回避した、燃料電池を用いるエネルギー供給技術の開発が望まれている。

代替的な水素貯蔵方法も知られている。特許文献１に記載された様々な芳香族化合物、なかでも、縮合多環系炭化水素は、水素貯蔵体（hydrogen storage）としての用途に利用することができる。同特許文献に記載された物質は、特に、可動システムに利用される。

拡張π共役電子系を有する縮合多環炭化水素は、基本的な作用態様として、適切な触媒の存在下において、穏やかな温度で水素化反応を生じる特性を有する。これにより、これらの物質は、不飽和二重結合の飽和によって水素を取り込む（水素化する）。

水素化によって取り込まれた水素は、単に温度を上昇させ、および／または水素圧を減少させて、逆反応で芳香族物質を再生成することによって、水素化生成物から再び取り出すことができる。

一例として、Ｎ−エチルカルバゾール（ＮＥＣ）の水素化／脱水素化を以下に説明する。開始材料としてのＮ−エチルカルバゾール（ＮＥＣ）をぺルヒドロ形態（Ｈ１２−ＮＥＣ）に変換する反応は、以下の反応スキームで表される：

上記反応を用いると、体積当たりの水素貯蔵密度を、７００バール（bar）の圧力でタンクに水素を充填させた場合の２倍にすることができる。

私有の建物、別荘、商業用不動産、工場建屋などの孤立した建造物で利用される再生可能エネルギー源としては、現在のところ、太陽電池によるエネルギー供給が最も魅力的な選択肢である。この技術であれば、他の技術では実現することのできない、数ワット〜数メガワット（MW）の可変出力レンジの再生可能発電が可能となる。住宅地に太陽電池を組み込む技術は既に一般的な技術であり、設置場所、屋根面積および向きにもよるが、一般的に最大で３０キロワット（kW）のピーク出力を得ることができる。

このように、太陽電池は、最も魅力的な再生可能発電形態ではあるが、この技術には、発電した電気を、長期間にわたって中間貯蔵することができず（高い貯蔵コストおよび低容量のため、蓄電池で貯蔵することもできず）、すぐに消費するか、あるいは、電気供給網（電力供給網：グリッド）に送電せざるを得ないという欠点がある。電気供給網に送電するという選択肢は、再生可能エネルギー法（ＥＥＧ）に規定されたものであり、業者にとって有益な規定である。しかし、これは、既に高負荷に曝されている電気供給網に、さらなる負担を強いることを意味する。

したがって、太陽光発電のさらなる成長には、太陽光発電で得られる電気の中期的な貯蔵、例えば、数日〜数週間の貯蔵を経済的に行い得ることが必要不可欠な前提条件となる。

現在頻繁に議論されている選択肢は、太陽光発電で得られた電気により、水素を製造することである。

システム全体を高効率にするには、太陽電池と、水を水素及び酸素に分解する電解装置とを、いかに効率的に結び付けるかが重要となる。ここで考慮すべき事項は、ピーク電流を重視すべきか、それとも、多少低くなるが一定の電流を長期間にわたって供給することを重視すべきか、ということである。ピーク時や急な出力低下（例えば、曇りの時など）を補償できる高速電気貯蔵技術や、部分陰(shadowing)の際などにモジュールの完全停止を防ぐことができる適切な電池技術の選択肢を提供できれば、それは大きな貢献となる。

太陽光発電と水素生成とを結び付ける構成として、様々な提案やモデルが知られている。一例として、特許文献２には、ＰＥＭ燃料電池とＰＥＭ電解装置とを統合させた、自己完結型集合体の燃料電池システムが記載されている。このシステムは、簡素で経済的なシステムに必要とされる条件を満たしている。また、このシステムは、太陽エネルギーや風エネルギーなどの再生可能エネルギー源を利用して電気供給を行う。

同特許文献で提案されている燃料電池システムの構造は、長寿命であり、２４時間連続運転が可能な設計である。この構造の目的は、操作を出来る限り簡単にし、かつ、保守の必要性をなくすことである。インテリジェント制御システムが、運転モードの、水素製造から電気製造への即切替えを全自動制御する。さらに、このとき、再生可能エネルギー源とＰＥＭ燃料電池／ＰＥＭ電解装置との特性曲線上の最適動作点が考慮される。

ＰＥＭ電解装置の動作には、蒸留水が必要である。上述のシステムでは、貯水容器からの水バランスを、ＰＥＭ電解装置の要求に応じて自動調節する。

上述の燃料電池システムは、さらに、水素吸蔵合金（metal hydride storage）の形態の水素貯蔵体を備える。この貯蔵体は、特定の金属合金で構成されており、水素ガスの中間貯蔵を可能にする。水素吸蔵合金は、常圧付近の圧力で、水素を充填させることができる。

しかし、水素吸蔵合金の、水素貯蔵体としての利用は、一般世帯での用途・実施に適していない。水素吸蔵合金は、高価で、非効率な場合が多いだけでなく、それ特有の安全上の問題を多数有している。

欧州特許出願公開第１４７５３４９号明細書 欧州特許出願公開第７１８９０４号明細書

以上を踏まえて、建物がまばらに建てられた地域に存在する私有のビルなどの孤立した建物について、当該建物が、エネルギーを自立して自己供給できることが所望される。

上記目的は、請求項１に記載の構成を備える本発明にかかる設備、および請求項１２に記載の構成を備える本発明にかかる方法によって達成される。

詳細には、建物、特に、私有の建物、別荘、商業用不動産、工場建屋などの単独で孤立した建物にエネルギーを供給する設備は、
電流を供給する少なくとも１つのエネルギー生成装置、特に、太陽光発電装置と、
前記エネルギー生成装置からの電流を用いて、水から水素を生成する少なくとも１つの電解装置と、
前記電解装置で生成された水素を用いて、拡張π共役系を有する少なくとも１種の基材を少なくとも部分的に水素化する、少なくとも１つの第１の化学反応装置と、
前記第１の化学反応装置で少なくとも部分的に水素化された基材を貯蔵する、少なくとも１つの貯蔵タンクと、
前記第１の化学反応装置で少なくとも部分的に水素化されて前記貯蔵タンクに貯蔵された基材を、少なくとも部分的に脱水素化することによって水素を放出させる、少なくとも１つの第２の化学反応装置と、
前記第２の化学反応装置で放出された水素を酸化することによってエネルギーを放出させる、少なくとも１つの燃料電池と、
を備える設備である。

これにより、孤立した建物にエネルギーを供給するための以下の機能要素が、互いに結び付けられ、あるいは組み合わされる：
・太陽エネルギー供給、
・電解による水素生成、
・損失のない中期的な貯蔵を可能にする、効率的、安全かつ経済的な水素貯蔵、
・水素の再転換を行う燃料電池、および
・水素化反応に伴う発熱および燃料電池の反応発熱を利用した家屋への熱及び電流の供給による、エネルギー効率の向上。

このように、従来の電解装置を用いて低圧水素を生成し、この低圧水素を適切な化合物の水素化で即変換させる構成は、水素貯蔵の難点を解消すると同時に太陽光発電との結び付けを可能にする、極めて注目すべき且つ有意義な選択肢である。さらに、その水素を再転換し、燃料電池で変換させることにより、閉じた電気回路を形成することができる。

また、本発明にかかる設備により、家屋は、既存のインフラストラクチャに基づいて（例えば、既存のオイルタンクを利用して）、年間をとおして確実に自立機能できるようになり、および／または、既存のインフラストラクチャに基づいて、余剰電気を貯蔵する中間貯蔵能力を確保することができるようになる。

本発明にかかる設備では、以下のようにして、低エネルギー基材を高エネルギー形態に変換させる：一例として、日光を用いた太陽光発電（変形例として、他の適切な再生可能エネルギー源であってもよい）により、電気エネルギーが生成される。この電気エネルギーは、水を分解して水素及び酸素を生成するのに利用される。次に、このようにして形成された水素が、使用する低エネルギー形態の炭化水素を水素化して高エネルギー形態に変換させるのに利用される。特に好適な低エネルギー基材としては、拡張π電子系を有する多環芳香族化合物が挙げられる。これら各種の多環芳香族化合物は、水素化されると、それぞれに対応する飽和多環式化合物を形成する。水素化は発熱性の反応であり、水素化時に発生した熱は、暖房システム（例えば、家屋の暖房システム）に利用されてもよい。日射光がないときには、高エネルギー形態の炭化水素を低エネルギー形態に逆変換することで水素を発生させ、この水素により燃料電池で電気エネルギー及び熱を生成させる。

本発明にかかる設備および方法の利点を以下に述べる：私有の建物などの孤立した建物を、再生可能エネルギー（一例として太陽光が挙げられるが、風エネルギーであってもよい）を利用して自己機能させることができる。すなわち、別のエネルギー源から独立して（したがって、電気供給網から独立して）、エネルギー需要およびエネルギー供給を自己でまかなわせることができる。さらなる利点として、エネルギー供給上の重要なファクタである水素を、従来知られている方法やモデルとは違って大量に用意する必要がなく、むしろ、既存のインフラストラクチャを用いて化学物質中に期間無制限で安全に且つ圧縮することなく貯蔵できる点が挙げられる。

好ましい一実施形態において、前記少なくとも１つの電解装置は、前記第１の化学反応装置、前記貯蔵タンクおよび前記第２の化学反応装置を介して、前記少なくとも１つの燃料電池に接続されている。この構成によれば、本発明にかかる設備の各構成要素又は部分が、互いに協働することでエネルギー供給貯蔵システムを形成している。本発明にかかる設備の燃料電池および反応装置は、それぞれ、水素、低エネルギー形態の芳香族炭化水素および／または高エネルギー形態の芳香族炭化水素を移送する適切な接続ラインによって接続される。好ましくは、水素の輸送に用いられるラインは、気密性および耐圧性を有する材料で構成される。

好ましくは、拡張π共役系を有する前記少なくとも１種の低エネルギー基材は、多環芳香族炭化水素、多環ヘテロ芳香族炭化水素、π共役有機ポリマー、およびこれらの組合せからなる群から選択される。

一実施形態において、拡張π共役系を有する前記少なくとも１種の低エネルギー基材は、ヘテロ原子としてＮ、Ｓ又はＯを有しており、且つ場合によっては、置換基が当該ヘテロ原子に結合している、縮合ヘテロ芳香族炭化水素からなる群から選択される。好ましくは、前記縮合ヘテロ芳香族炭化水素は、Ｃ６〜Ｃ３０環系、より好ましくはＣ８〜Ｃ２０環系、特にＣ１２環系である。

好ましい他の実施形態において、縮合炭化水素の前記ヘテロ原子には、置換基が結合しており、当該置換基は、少なくとも１種のアルキル基、少なくとも１種のアリール基、少なくとも１種のアルケニル基、少なくとも１種のアルキニル基、少なくとも１種のシクロアルキル基、および／または少なくとも１種のシクロアルケニル基である。より好ましくは、前記ヘテロ原子に結合したその置換基は、Ｃ１〜Ｃ３０アルキル基、さらに好ましくはＣ１〜Ｃ１０アルキル基、特にＣ２〜Ｃ５アルキル基である。また、その置換基は、さらにヘテロ原子を含んでいてもよい。

特に好ましい一実施形態において、水素を貯蔵するのに適した低エネルギー基材として、Ｎ−エチルカルバゾール、Ｎ−ノルマルプロピルカルバゾール、および／またはＮ−イソプロピルカルバゾールが使用される。

「置換」又は「置換基」という表現が、「アルキル」、「アルキニル」、「アリール」等の文言と共に使用されている場合、それは、１つ以上の原子（通常、Ｈ原子）が、次の１種以上の置換基、好ましくは次の１種又は２種の置換基によって置換されていることを意味する：ハロゲン基；ヒドロキシ基；保護ヒドロキシ基；オキソ基；保護オキソ基；Ｃ３〜Ｃ７シクロアルキル基；二環式アルキル基；フェニル基；ナフチル基；アミノ基；保護アミノ基；一置換アミノ基；保護一置換アミノ基；二置換アミノ基；グアニジン基；保護グアニジン基；ヘテロ環基；置換ヘテロ環基；イミダゾリル基；インドリル基；ピロリジニル基；Ｃ１〜Ｃ１２アルコキシ基；Ｃ１〜Ｃ１２アシル基；Ｃ１〜Ｃ１２アシルオキシ基；アクリロイルオキシ基；ニトロ基；カルボキシ基；保護カルボキシ基；カルバモイル基；シアノ基；メチルスルホニルアミノ基；チオール基；Ｃ１〜Ｃ１０アルキルチオール基；およびＣ１〜Ｃ１０アルキルスルホニル基。上記置換基としてのアルキル基、アリール基、アルケニル基などは、それ自体が、置換基によって１回以上置換されたものであってもよく、好ましくは、同一の又は異なる置換基によって１回または２回置換されたものである。

本明細書において「アルキニル」という表現は、式：Ｒ−Ｒ≡Ｃで表される部位、特に、「Ｃ２〜Ｃ６アルキニル」部位を指す。「Ｃ２〜Ｃ６アルキニル」の例には：エチニル；プロピル；２−ブチニル；２−ペンチニル；３−ペンチニル；２−ヘキシニル；３−ヘキシニル；４−ヘキシニル；ビニル；ならびに、直鎖又は分岐鎖アルキル鎖のジ−インおよびトリ−インが含まれる。

本明細書において「アリール」という表現は、芳香族炭化水素、例えば、フェニル、ベンジル、ナフチル、アントリルなどを指す。置換アリール基又は置換されたアリール基とは、上述の１種以上の置換基によって置換された、上述のアリール基のことをいう。

「シクロアルキル」という表現には：シクロプロピル基；シクロブチル基；シクロペンチル基；シクロヘキシル基；およびシクロへプチル基；が包含される。

「シクロアルケニル」という表現には：シクロペンテニル基；シクロヘキセニル基；シクロヘプテニル基；およびシクロオクテニル基；が包含される。

好ましくは、拡張π共役系を有する前記低エネルギー基材は、前記第１の化学反応装置において、適切な貴金属系触媒の存在下で、５０〜１８０℃の温度（より好ましくは、８０〜１５０℃の温度）および２〜２００バールの圧力（より好ましくは、１０〜１００バールの圧力）で少なくとも部分的に水素化される。前記低エネルギー基材を水素化するのに特に適した触媒として、ルテニウム元素を含有する触媒が挙げられる。

他の実施形態では、燃料電池として、低温固体高分子形燃料電池（ＰＥＭ）が使用される。この燃料電池は、水素を酸化させる実際の機能（水素の酸化に必要な酸素は、空気中から得る）に利用できるだけでなく、逆方向に動作させて電解装置としての機能（電解装置に必要な水には、空気中の水分のみを使用する）にも利用できる。これにより、必要な水は、前記燃料電池から再利用することもできるし、タンクから取り込むこともできる。このように、好ましくは、前記少なくとも１つの電解装置は、逆動作低温固体高分子形燃料電池（ＰＥＭ）として動作される。

好ましくは、前記少なくとも１つの電解装置に、少なくとも１つの貯水媒体が設けられている。

前記貯蔵タンクは、一般的に使用される従来のヒーティングオイルタンクの形状及び構造をしていてもよい。好ましくは、前記貯蔵タンクは、使用する高エネルギー形態の炭化水素（および任意で低エネルギー形態の当該炭化水素）の中間貯蔵に利用される。

本発明にかかる設備を使用して以下の過程を実行することにより、孤立した建物にエネルギーを供給する方法を実施することができる：
少なくとも１つの再生可能エネルギー源、特に、太陽光発電装置又は風力発電装置から、電流、好ましくは、直流電流を供給する過程；
少なくとも１つの電解装置において、前記少なくとも１つの再生可能エネルギー源からの電流を用いて、水から水素を生成し、必要に応じ、発生した熱を、例えば温水の供給に利用する過程；
前記少なくとも１つの電解装置で生成された水素を、拡張π共役系を有する少なくとも１種の基材を収容する第１の化学反応装置に移送し、当該基材を少なくとも部分的に水素化する過程；
前記第１の化学反応装置から、前記少なくとも部分的に水素化された基材を、少なくとも１つの貯蔵タンクに移送し、必要に応じ、当該貯蔵タンクに、前記少なくとも部分的に水素化された基材を貯蔵する過程；
前記貯蔵タンクから、前記少なくとも部分的に水素化された基材を、少なくとも１つの第２の化学反応装置に移送し、当該第２の化学反応装置において、前記少なくとも部分的に水素化された基材を、水素を放出させることにより脱水素化する過程；および
前記第２の化学反応装置から、水素を、少なくとも１つの燃料電池に移送し、その水素を当該燃料電池において酸素で酸化することにより、水を形成すると同時に電流及び熱の形態のエネルギーを放出させる過程。

本発明にかかる方法の一実施形態では、前記電解装置で生成された水素を、中間貯蔵することなく利用し、前記第１の化学反応装置において、拡張π共役系を有する前記少なくとも１種の基材を少なくとも部分的に水素化する。好ましくは、少なくとも部分的に水素化される炭化水素は、前記第１の化学反応装置において液状形態で存在する。しかしながら、固体の凝集体状態の炭化水素が使用されてもよい。

また、好ましくは、前記第１の化学反応装置において拡張π共役系を有する前記少なくとも１種の基材を少なくとも部分的に水素化する際に発生した熱を、前記孤立したビルまたは家屋の暖房システムに導入する。好ましくは、前記第２の化学反応装置において、π共役系を有する前記少なくとも部分的に水素化された基材を、熱供給を用いて脱水素化する。好ましくは、前記脱水素化に必要な熱は、前記孤立した建物の暖房システムから供給される。しかしながら、前記脱水素化に必要な熱は、必要に応じて、別の外部の供給源（例えば、直射日光など）から供給してもよい。好ましくは、前記第２の化学反応装置において脱水素化された前記基材を、第２の化学反応装置から、前記貯蔵タンクを介して、前記第１の化学反応装置に戻して再利用する。この構成によれば、使用する物質を完全に再利用することができる。その場合、使用する基材が消費されないので、極めて長期間にわたっての使用や、高い再利用サイクル回数を追及することができる。

また、好ましくは、前記燃料電池において水素の酸化時に形成された水を、前記電解装置に移送する。また、前記燃料電池において形成された水を、一部のみ再利用するようにしてもよい。

好ましくは、前記燃料電池で放出された熱、および水素化反応装置として機能する前記第１の化学反応装置で放出された熱を、暖房システムに供給する一方で、放出された電流を、前記孤立した建物の電気回路網に供給する。この場合の本発明にかかる方法によれば、日光の違いと共に外部状況が変動しても、一様かつ一定の熱供給及びエネルギー供給を確保することができる。また、少なくとも１つの再生可能エネルギー源から生成されたエネルギーを、外部に放出するようにしてもよい。一例として、少なくとも１つの再生可能エネルギー源から生成された電流を、外部の電気供給網（グリッド）に放出し、その電気供給網の安定化を図ってもよい。電気の価格が安い場合、さらには、電気の価格がマイナスに設定されている場合には、系内で、前記エネルギーを単独で又は前記少なくとも１つの再生可能エネルギー源に加えて消費したほうが有利な場合がある。また、電気の価格が極めて高い場合には、電気を外部に供給したほうが有利な場合もある。

好ましくは、前記燃料電池における水素の酸化に必要な酸素を、空気の形態又は純酸素の形態で、外部（すなわち、建物の外部）から前記燃料電池に供給する。この構成によれば、酸素生成装置を設ける必要がなくなる。しかしながら、前記電解装置において水の分解時に形成される酸素を、前記燃料電池に直接供給するようにしてもよい。

以下では、複数の例を用いて、図面を参照しながら、本発明を説明する。

本発明にかかる設備の一実施形態を示す概略図である。

図１に、本発明にかかる設備の好ましい一実施形態を概略的に示す。

建物の屋根に設置された太陽光発電装置を、エネルギー源又はエネルギー生成装置１として使用する。好ましくは、この太陽光発電装置は、複数の太陽電池パネルを備えている。好ましくは、これら太陽電池パネルは、太陽光の収量が最大となるように配置される。また、太陽光発電装置１は、直流電流を生成することができ、これを用いて、水素を安全に製造することができる。

生成された直流電流は、電解装置２に供給される。電解装置２は、例えば、ＰＥＭ電解装置である。ＰＥＭ電解装置とは、ＰＥＭ燃料電池を逆動作させて電解セルとしたものである。このような燃料電池の二重機能性により、装置を簡素にして、コストを低下させることができる。また、ＰＥＭ電解装置の代わりに、市販の電解セルと、これとは別の燃料電池とを使用するようにしてもよい。

上記の電解反応は、発熱性の反応である。電解時に発生した熱は、私有の建物において即利用するようにしてもよく、例えば、温水の供給に利用される。この点に関しては、使用する電解セルの効率は重要にならない。

生成された水素は、中間貯蔵することなく即利用され、Ｎ−エチルカルバゾールおよび／またはＮ−エチルカルバゾールを部分的に水素化して高エネルギー形態としたものを水素化する。この目的のために、タンクの中身が、化学反応装置３に圧送されて部分的に水素化される。完全に水素化することも可能であるが、必ずしも必要でない。

エネルギーを取り出す場合、貯蔵タンク４の（部分的に）水素化された中身が、吸熱性の脱水素化反応を生じる反応装置に移送され、その反応により、水素が放出される。この水素は、燃料電池６において、電気、水および熱に変換される。燃料電池６は、例えば、ＰＥＭ燃料電池である。必要に応じ、燃料電池６において生じた前記水は、電解反応に利用してもよい。燃料電池６において生じた前記熱は、前記脱水素化反応を生じる反応装置の加熱および建物の熱供給に利用してもよい。

図１には、さらに、外部からの電流の供給を可能にする外部電力接続部９が示されている。この外部接続部９は、さらに、余剰エネルギーの電気供給網への送出も可能にする。
なお、本発明は、実施態様として以下の内容を含んでいてもよい。
［実施態様１］
建物（特に、孤立した建物）にエネルギーを供給する設備であって、
電流を供給する少なくとも１つのエネルギー生成装置（１）（特に、太陽光発電装置）と、
前記エネルギー生成装置（１）からの電流を用いて、水から水素を生成する少なくとも１つの電解装置（２）と、
前記電解装置（２）で生成された水素を用いて、拡張π共役系を有する少なくとも１種の基材を少なくとも部分的に水素化する、少なくとも１つの第１の化学反応装置（３）と、
前記第１の化学反応装置（３）で少なくとも部分的に水素化された基材を貯蔵する、少なくとも１つの貯蔵タンク（４）と、
前記第１の化学反応装置（３）で少なくとも部分的に水素化されて前記貯蔵タンク（４）に貯蔵された基材を、少なくとも部分的に脱水素化することによって水素を放出させる、少なくとも１つの第２の化学反応装置（５）と、
前記第２の化学反応装置（５）で放出された水素を酸化することによってエネルギーを放出させる、少なくとも１つの燃料電池（６）と、
を備える、エネルギー供給設備。
［実施態様２］
実施態様１に記載のエネルギー供給設備において、前記少なくとも１つの電解装置（２）が、前記第１の化学反応装置（３）、前記貯蔵タンク（４）および前記第２の化学反応装置（５）を介して、前記少なくとも１つの燃料電池（６）に接続されていることを特徴とする、エネルギー供給設備。
［実施態様３］
実施態様１または２に記載のエネルギー供給設備において、拡張π共役系を有する前記少なくとも１種の基材が、多環芳香族炭化水素、多環ヘテロ芳香族炭化水素、π共役有機ポリマー、およびこれらの組合せからなる群から選択されることを特徴とする、エネルギー供給設備。
［実施態様４］
実施態様１から３のいずれか一つの態様に記載のエネルギー供給設備において、拡張π共役系を有する前記少なくとも１種の基材が、ヘテロ原子としてＮ、Ｓ又はＯを有し、且つ場合によっては置換基が当該ヘテロ原子に結合している縮合ヘテロ芳香族炭化水素からなる群から選択されることを特徴とする、エネルギー供給設備。
［実施態様５］
実施態様４に記載のエネルギー供給設備において、前記縮合ヘテロ芳香族炭化水素が、Ｃ６〜Ｃ３０環系（好ましくはＣ８〜Ｃ２０環系、特にＣ１２環系）であることを特徴とする、エネルギー供給設備。
［実施態様６］
実施態様４または５に記載のエネルギー供給設備において、前記ヘテロ原子に置換基が結合しており、当該置換基が、少なくとも１種のアルキル基、少なくとも１種のアリール基、少なくとも１種のアルケニル基、少なくとも１種のアルキニル基、少なくとも１種のシクロアルキル基、および／または少なくとも１種のシクロアルキレン基であることを特徴とする、エネルギー供給設備。
［実施態様７］
実施態様４から６のいずれか一つの態様に記載のエネルギー供給設備において、前記ヘテロ原子に、Ｃ１〜Ｃ３０アルキル基（好ましくはＣ１〜Ｃ１０アルキル基、特にＣ２〜Ｃ５アルキル基）からなる置換基が結合していることを特徴とする、エネルギー供給設備。
［実施態様８］
実施態様１から７のいずれか一つの態様に記載のエネルギー供給設備において、拡張π共役系を有する基材として、Ｎ−エチルカルバゾール、Ｎ−ノルマルプロピルカルバゾール、および／またはＮ−イソプロピルカルバゾールが使用されることを特徴とする、エネルギー供給設備。
［実施態様９］
実施態様１から８のいずれか一つの態様に記載のエネルギー供給設備において、拡張π共役系を有する前記基材が、前記第１の化学反応装置（３）において、適切な触媒の存在下で、５０〜１８０℃の温度および２〜２００バールの圧力で少なくとも部分的に水素化されることを特徴とする、エネルギー供給設備。
［実施態様１０］
実施態様１から９のいずれか一つの態様に記載のエネルギー供給設備において、前記少なくとも１つの燃料電池（６）が、低温固体高分子形燃料電池（ＰＥＭ）であり、前記少なくとも１つの電解装置（２）が、逆動作低温固体高分子形燃料電池（ＰＥＭ）であることを特徴とする、エネルギー供給設備。
［実施態様１１］
実施態様１から１０のいずれか一つの態様に記載のエネルギー供給設備において、前記少なくとも１つの電解装置（２）に、少なくとも１つの貯水媒体が設けられていることを特徴とする、エネルギー供給設備。
［実施態様１２］
実施態様１から１１のいずれか一つの態様に記載のエネルギー供給設備を使用して、孤立した建物にエネルギーを供給する方法であって、
少なくとも１つの再生可能エネルギー源（１）（特に、太陽光発電装置）から電流（好ましくは、直流電流）を供給する過程と、
少なくとも１つの電解装置（２）において、前記少なくとも１つの再生可能エネルギー源（１）からの電流を用いて、水から水素を生成する過程と、
前記少なくとも１つの電解装置（２）で生成された水素を、拡張π共役系を有する少なくとも１種の基材を収容する第１の化学反応装置（３）に移送し、当該基材を少なくとも部分的に水素化する過程と、
前記第１の化学反応装置（３）から、前記少なくとも部分的に水素化された基材を、少なくとも１つの貯蔵タンク（４）に移送し、必要に応じ、当該貯蔵タンク（４）に、前記少なくとも部分的に水素化された基材を貯蔵する過程と、
前記貯蔵タンク（４）から、前記少なくとも部分的に水素化された基材を、少なくとも１つの第２の化学反応装置（５）に移送し、当該第２の化学反応装置（５）において、前記少なくとも部分的に水素化された基材を、水素を放出させることにより脱水素化する過程と、
前記第２の化学反応装置（５）から、水素を、少なくとも１つの燃料電池（６）に移送し、その水素を当該燃料電池において酸素で酸化することにより、水を形成すると同時に電流及び熱の形態のエネルギーを放出させる過程と、
を含む、エネルギー供給方法。
［実施態様１３］
実施態様１２に記載のエネルギー供給方法において、前記電解装置で生成された水素を、中間貯蔵することなく利用し、前記第１の化学反応装置（３）において、拡張π共役系を有する前記少なくとも１種の基材を少なくとも部分的に水素化することを特徴とする、エネルギー供給方法。
［実施態様１４］
実施態様１２または１３に記載のエネルギー供給方法において、前記第１の化学反応装置（３）において拡張π共役系を有する前記少なくとも１種の基材を少なくとも部分的に水素化する際に発生した熱を、前記孤立した建物の暖房システムに導くことを特徴とする、エネルギー供給方法。
［実施態様１５］
実施態様１２から１４のいずれか一つの態様に記載のエネルギー供給方法において、前記第２の化学反応装置（５）において、拡張π共役系を有する前記少なくとも部分的に水素化された基材を、熱供給を用いて脱水素化することを特徴とする、エネルギー供給方法。
［実施態様１６］
実施態様１５に記載のエネルギー供給方法において、前記脱水素化に必要な熱が、前記孤立した建物の暖房システム（７）から供給されることを特徴とする、エネルギー供給方法。
［実施態様１７］
実施態様１２から１６のいずれか一つの態様に記載のエネルギー供給方法において、前記第２の化学反応装置（５）において脱水素化された前記基材を、当該第２の化学反応装置（５）から、前記貯蔵タンク（４）を介して、前記第１の化学反応装置（３）に戻して再利用することを特徴とする、エネルギー供給方法。
［実施態様１８］
実施態様１２から１７のいずれか一つの態様に記載のエネルギー供給方法において、前記燃料電池（６）において水素の酸化時に形成された水を、前記電解装置（２）に移送することを特徴とする、エネルギー供給方法。
［実施態様１９］
実施態様１２から１８のいずれか一つの態様に記載のエネルギー供給方法において、前記燃料電池（６）で放出された熱を、暖房システム（７）に供給し、放出された電流を、前記孤立した建物の電気回路網（８）または外部の電気供給網に供給することを特徴とする、エネルギー供給方法。
［実施態様２０］
実施態様１２から１９のいずれか一つの態様に記載のエネルギー供給方法において、前記燃料電池（６）における水素の酸化に必要な酸素を、空気の形態で、外部から前記燃料電池（６）に供給することを特徴とする、エネルギー供給方法。
［実施態様２１］
実施態様１２から２０のいずれか一つの態様に記載のエネルギー供給方法において、前記孤立した建物の電気回路網（８）に、必要に応じて、外部電力接続部（９）を介して追加の電流を供給することを特徴とする、エネルギー供給方法。
［実施態様２２］
実施態様１２から２１のいずれか一つの態様に記載のエネルギー供給方法において、前記燃料電池（６）から、必要に応じて、外部電力接続部（９）を介して電気供給網に追加の電流を送り出すことを特徴とする、エネルギー供給方法。

ＥＮＥＶ２０１２に準じて建造された１２０平方メートル（qm）の一軒家を基準にして考える。この家の暖房には年間３０ｋＷｈ／平方メートルが必要であり、温水には年間１２．５ｋｈＷ／平方メートルが必要であり、合計で４２．５ｋＷｈ／平方メートルが必要となる。

ぺルヒドロ−Ｎ−エチルカルバゾール中の水素の発熱量に基づくと、年間２，４００リットル（既存のオイルヒーティング用タンクのサイズ）の低エネルギー物質＝５，１００ｋＷｈ／年となる。これに４，０６５ｋＷｈの電気需要を上乗せすると、総エネルギー需要は９，１６５ｋＷｈ／年となる。

太陽電池パネルの１平方メートル当たりの出力を１００Ｗとし、総負荷時間：１，０００時間のあいだ稼働させたとすると、１００ｋＷｈ／平方メートルとなる。すると、年間の総エネルギー供給：９．１６５ｋＷｈには、９２平方メートル分の太陽電池パネルが必要となる。

したがって、一世帯用の家屋は、９２平方メートル分の太陽電池パネルおよび２，４００リットルの貯蔵タンクがあれば、自己で電力をまかなうことができると試算される。

１ 再生可能エネルギー源
２ 電解装置
３ 第１の化学反応装置
４ 貯蔵タンク
５ 第２の化学反応装置
６ 燃料電池
９ 外部電力接続部

Claims (19)

1. 建物にエネルギーを供給する設備であって、
   電流を供給する少なくとも１つのエネルギー生成装置（１）と、
   前記エネルギー生成装置（１）からの電流を用いて、水から水素を生成する少なくとも１つの電解装置（２）と、
   前記電解装置（２）で生成された水素を用いて、拡張π共役系を有する少なくとも１種の基材を少なくとも部分的に水素化する、少なくとも１つの第１の化学反応装置（３）と、
   前記第１の化学反応装置（３）で少なくとも部分的に水素化された基材を貯蔵する、少なくとも１つの貯蔵タンク（４）と、
   前記第１の化学反応装置（３）で少なくとも部分的に水素化されて前記貯蔵タンク（４）に貯蔵された基材を、少なくとも部分的に脱水素化することによって水素を放出させる、少なくとも１つの第２の化学反応装置（５）と、
   前記第２の化学反応装置（５）で放出された水素を酸化することによってエネルギーを放出させる、少なくとも１つの燃料電池（６）と、
   前記第1の化学反応装置で生成された熱を建物の暖房システムに供給するための熱供給手段と、
   を備える、エネルギー供給設備。
2. 請求項１に記載のエネルギー供給設備において、前記少なくとも１つの電解装置（２）が、前記第１の化学反応装置（３）、前記貯蔵タンク（４）および前記第２の化学反応装置（５）を介して、前記少なくとも１つの燃料電池（６）に接続されていることを特徴とする、エネルギー供給設備。
3. 請求項１または２に記載のエネルギー供給設備において、拡張π共役系を有する前記少なくとも１種の基材が、多環芳香族炭化水素、多環ヘテロ芳香族炭化水素、π共役有機ポリマー、およびこれらの組合せからなる群から選択されることを特徴とする、エネルギー供給設備。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のエネルギー供給設備において、拡張π共役系を有する前記少なくとも１種の基材が、ヘテロ原子としてＮ、Ｓ又はＯを有し、且つ場合によっては置換基が当該ヘテロ原子に結合している縮合ヘテロ芳香族炭化水素からなる群から選択されることを特徴とする、エネルギー供給設備。
5. 請求項４に記載のエネルギー供給設備において、前記縮合ヘテロ芳香族炭化水素が、Ｃ６〜Ｃ３０環系であることを特徴とする、エネルギー供給設備。
6. 請求項４または５に記載のエネルギー供給設備において、前記ヘテロ原子に置換基が結合しており、当該置換基が、少なくとも１種のアルキル基、少なくとも１種のアリール基、少なくとも１種のアルケニル基、少なくとも１種のアルキニル基、少なくとも１種のシクロアルキル基、および／または少なくとも１種のシクロアルキレン基であることを特徴とする、エネルギー供給設備。
7. 請求項４から６のいずれか一項に記載のエネルギー供給設備において、前記ヘテロ原子に、Ｃ１〜Ｃ３０アルキル基からなる置換基が結合していることを特徴とする、エネルギー供給設備。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のエネルギー供給設備において、拡張π共役系を有する基材として、Ｎ−エチルカルバゾール、Ｎ−ノルマルプロピルカルバゾール、および／またはＮ−イソプロピルカルバゾールが使用されることを特徴とする、エネルギー供給設備。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のエネルギー供給設備において、拡張π共役系を有する前記基材が、前記第１の化学反応装置（３）において、適切な触媒の存在下で、５０〜１８０℃の温度および２〜２００バールの圧力で少なくとも部分的に水素化されることを特徴とする、エネルギー供給設備。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のエネルギー供給設備において、前記少なくとも１つの燃料電池（６）が、低温固体高分子形燃料電池（ＰＥＭ）であり、前記少なくとも１つの電解装置（２）が、逆動作低温固体高分子形燃料電池（ＰＥＭ）であることを特徴とする、エネルギー供給設備。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載のエネルギー供給設備において、前記少なくとも１つの電解装置（２）に、少なくとも１つの貯水媒体が設けられていることを特徴とする、エネルギー供給設備。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のエネルギー供給設備を使用して、孤立した建物にエネルギーを供給する方法であって、
    少なくとも１つの再生可能エネルギー源（１）から電流を供給する過程と、
    少なくとも１つの電解装置（２）において、前記少なくとも１つの再生可能エネルギー源（１）からの電流を用いて、水から水素を生成する過程と、
    前記少なくとも１つの電解装置（２）で生成された水素を、拡張π共役系を有する少なくとも１種の基材を収容する第１の化学反応装置（３）に移送し、当該基材を少なくとも部分的に水素化する過程と、
    前記第１の化学反応装置（３）から、前記少なくとも部分的に水素化された基材を、少なくとも１つの貯蔵タンク（４）に移送し、当該貯蔵タンク（４）に、前記少なくとも部分的に水素化された基材を貯蔵する過程と、
    前記貯蔵タンク（４）から、前記少なくとも部分的に水素化された基材を、少なくとも１つの第２の化学反応装置（５）に移送し、当該第２の化学反応装置（５）において、前記少なくとも部分的に水素化された基材を、水素を放出させることにより脱水素化する過程と、
    前記第２の化学反応装置（５）から、水素を、少なくとも１つの燃料電池（６）に移送し、その水素を当該燃料電池において酸素で酸化することにより、水を形成すると同時に電流及び熱の形態のエネルギーを放出させる過程と、
    前記第１の化学反応装置（３）において拡張π共役系を有する前記少なくとも１種の基材を少なくとも部分的に水素化する際に発生した熱を建物の暖房システム（７）に供給する過程と
    を含む、エネルギー供給方法。
13. 請求項１２に記載のエネルギー供給方法において、前記電解装置で生成された水素を、中間貯蔵することなく利用し、前記第１の化学反応装置（３）において、拡張π共役系を有する前記少なくとも１種の基材を少なくとも部分的に水素化することを特徴とする、エネルギー供給方法。
14. 請求項１２または１３に記載のエネルギー供給方法において、前記第２の化学反応装置（５）において脱水素化された前記基材を、当該第２の化学反応装置（５）から、前記貯蔵タンク（４）を介して、前記第１の化学反応装置（３）に戻して再利用することを特徴とする、エネルギー供給方法。
15. 請求項１２または１３に記載のエネルギー供給方法において、前記燃料電池（６）において水素の酸化時に形成された水を、前記電解装置（２）に移送することを特徴とする、エネルギー供給方法。
16. 請求項１２に記載のエネルギー供給方法において、放出された前記電流を、前記孤立した建物の電気回路網（８）または外部の電気供給網に供給することを特徴とする、エネルギー供給方法。
17. 請求項１２または１３に記載のエネルギー供給方法において、前記燃料電池（６）における水素の酸化に必要な酸素を、空気の形態で、外部から前記燃料電池（６）に供給することを特徴とする、エネルギー供給方法。
18. 請求項１２または１３に記載のエネルギー供給方法において、前記孤立した建物の電気回路網（８）に、外部電力接続部（９）を介して追加の電流を供給することを特徴とする、エネルギー供給方法。
19. 請求項１２または１３に記載のエネルギー供給方法において、前記燃料電池（６）から、外部電力接続部（９）を介して電気供給網に追加の電流を送り出すことを特徴とする、エネルギー供給方法。

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