JPH04198008A - 炭酸ガスの還元方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ａ６発明の技術分野 本発明は、炭酸ガスを還元して一酸化炭素に変換し、化
成品の原料や燃料として利用するための炭酸ガスの還元
方法に関するものである。

ｂ６　　従来技術と問題点 近年、地球規模の環境汚染が人類の生存を脅かす問題と
して大きくクローズアップされているが、その中で最も
対策の難しい問題が炭酸ガスによる地球温暖化である。

炭酸ガスは、これまで問題になっできた窒素酸化物やイ
オウ酸化物などと異なり、それ自身には毒性はないが、
全世界で年間約２００億トンという膨大な量が排出され
ており、大気中の炭酸ガス濃度の上昇に伴い、温室効果
による気候変動が起こり、信子万人もの環境難民が発生
すると危ぐされている。これを防止するため、エネルギ
ー代替や省エネルギーなどによる炭酸ガス排出の抑制が
政策的に推進されようとしているが、炭酸ガスの排出は
経済社会の発展と密接な関係を持っているため、その大
幅な抑制は極めて難しい情勢である。したがって、炭酸
ガスによる地球温暖化を阻止するためには炭酸ガスの還
元・固定化技術の開発が不可欠である。炭酸ガスを水素
と反応させて還元する接触水素化反応による炭酸ガスの
還元・固定化法は、光化学反応法や電気化学反応法、高
分子合成による方法、有機合成による方法などと比べ、
単位時間、単位面積当りの炭酸ガスの還元・固定化能力
が大きく、大量の炭酸ガスの処理が可能である。また、
既存のフィッシャー・トロプシュ法炭化水素合成技術な
どが応用でき、気相反応であるため、生成物の分離が容
易などの利点も持っている。これまで接触水素化反応に
よる炭酸ガスの還元・固定化法として、ルテニウムやロ
ジウムなどの貴金属触媒を用いる方法が研究されてきた
（例えば、Ｆ、　Ｓｏｌｙｍｏｓｉ　ａｎｄ　Ａ。

Ｅｒｄｏｈｅｌｙｉ　、　Ｊ、　Ｍｏ１．Ｃａｔａｌ、
　、　８．４７１　（１９８０））。

しかしこの方法は、ｌ）使用する触媒が高価であり、硫
化水素や亜硫酸ガスなどのイオウ化合物によって簡単に
被毒され、触媒活性が急激に低下する、２）この反応で
は炭酸ガスがメタンに還元されるが、この反応は原料よ
りも生成物の自由エネルギーが低い発エルゴン反応であ
るため、エネルギー歩留まりが悪い、３）一般に反応温
度が３５０℃〜５００℃と高く、その温度を発生するた
めに化石燃料を使用するため、実質的に炭酸ガスの排出
抑制にさえもならない、などの欠点を持っていた。

Ｃ０発明の目的 本発明は上記の点に鑑み、炭酸ガスによる地球温暖化に
対処して、化石燃料を使用せず、炭酸ガスを排出しない
無公害の太陽エネルギーを利用した、イオウ化合物によ
って被毒されずに耐久性があり、経済的でエネルギー歩
留まりの良い、炭酸ガスの一酸化炭素への還元方法の提
供を目的とするものである。

ｄ０発明の構成 この目的は本発明によれば、太陽集光集熱器の焦点付近
に硫化モリブデン触媒を充填した透明容器を設置し、集
光した太陽光を照射しながら、炭酸ガスと水素を含んだ
ガスを流通させることによって達成される。炭酸ガスは
硫化モリブデン触媒上で水素と反応し一酸化炭素に変換
されるが、一酸化炭素はそのまま燃料としても使用でき
るし、既存の合成ガス（一酸化炭素と水素）からのメタ
ノール製造プロセスやＣ１化学技術などを利用して、最
近、自動車用燃料として脚光を浴びているメタノールや
化成品の原料に変換して利用することもできる。この炭
酸ガスを一酸化炭素に変換する反応は吸エルゴン反応で
あるため、エネルギー歩留まりが良く、生成物である一
酸化炭素は太陽エネルギーを蓄えたことになる。本発明
に用いられる硫化モリブデン触媒としては、二硫化モリ
ブデンや三硫化モリブデンの他に低級及び高級硫化物を
含んだものや、さらにそれに酸化モリブデンを含んだも
のなどが挙げられるが、特に多孔質で表面積の大きな二
硫化モリブデンあるいは二硫化モリブデンをアルミナや
シリカ、活性炭、ゼオライト、活性白土、ボーキサイト
、ケイ素、炭化ケイ素、金属酸化物半導体、金属硫化物
半導体などの担体に担持したものが好ましい。これらの
担体も多孔質や微粒子などの表面積の大きなものが好ま
しい。二硫化モリブデンは譚水鉛鉱として地殻中に広く
分布し、潤滑剤などとして市販されており、安価で低毒
性の物質であり、黒色で太陽光の吸収率が大きく、硫化
水素や亜硫酸ガスなどのイオウ化合物によって被毒され
ず、逆に触媒性能が向上するという特長を持っている。

多孔質の二硫化モリブデンはモリブデン酸アンモニウム
の水溶液に硫化水素や硫化アンモニウムを飽和させるな
どして得られるテトラチオモリブデン酸アンモニウムを
希硫酸や硝酸によって分解したり、窒素気流中や水素気
流中で加熱することによって得られる。また、三硫化モ
リブデンを熱分解したり、三硫化モリブデンを硫化水素
気流中で加熱することなどによっても得られる。担持硫
化モリブデン触媒は、テトラチオモリブデン酸アンモニ
ウムの水溶液あるいはアンモニア水溶液に担体を攪はん
しながら加え、乾燥した後、水素気流中などで加熱分解
するなどの方法で調製される。担体に、ケイ素や炭化ケ
イ素、硫化亜鉛や硫化カドミウムなどの金属硫化物半導
体、酸化亜鉛や酸化タングステン、酸化カドミウム、二
酸化チタン、三二酸化鉄、チタン酸バリウムなどの金属
酸化物半導体のような半導体を用いた場合には、担体で
ある半導体が光の照射によって光触媒反応を起こすため
、炭酸ガスの還元が促進される。本発明に用いられる太
陽集光集熱器は田型平面鏡集光集熱器や樋型複合放物面
鏡集光集熱器、樋型放物面鏡集光集熱器、樋型放物面航
を平面鏡で疑似した集光集熱器、回転放物面鏡集光集熱
器、線型フレネルレンズ集光集熱器、円型フレネルレン
ズ集光集熱器などの集光型太陽集熱器が挙げられる１本
発明に用いられる透明容器の材質はガスを透過したり、
ガスと反応したすせず、透明で２００．　３００℃程度
の耐熱性を持つものであれば、ガラスやプラスチックな
ど、どのような材質でも良いが、特に石英やバイコール
ガラス、パイレックスガラスなどの短波長の光でも透過
するものが好ましい。また、透明容器の形状は太陽集光
集熱器として回転放物面鏡集光集熱器や円型フレネルレ
ンズ集光集熱器などの点集光型集熱器を用いる場合には
円盤状や球状、角柱状などの容器が用いられ、線型フレ
ネルレンズ集光集熱器や田型の集光集熱器などの線集光
型集熱器を用いる場合には直管状などの容器が用いられ
る。この際、円盤状容器の側面や底面をミラーにしたり
、断熱材を施したりしたものや、直管状容器を二重管に
し、外管に選択吸収膜をコーティングしたり、内管と外
管の間を真空にしたものを使用することによって、放熱
を抑制し、反応を促進させることができる。本発明で透
明容器に流通させるガスは炭酸ガスと水素を含んだガス
で、アルゴンやヘリウムなどの不活性ガス、メタンなど
の炭化水素、一酸化炭素やアルコール、硫化水素などを
含んでいても良い。炭酸ガスと水素の割合は１対１ある
いは水素の方が過剰のものが好ましい。

これらのガスを透明容器に連続的に流通させても良いし
、断続的に流通させても良い。そのとき、触媒が容器か
ら流出しないようにグラスウールなどで容器の入口と出
口に栓をすることが望ましい。

透明容器に硫化モリブデン触媒を充填し、炭酸ガスと水
素を含んだガスを流通させながら、集光した太陽光を照
射して炭酸ガスを還元する場合、この反応は吸エルゴン
反応であり、反応温度が高い方が反応率が大きいため１
反応ガスや透明容器を工場廃熱などで加熱しても良い。

また、低温での反応率を上げるため、アルカリ金属塩、
特に炭酸ナトリウムや炭酸リチウムを添加した硫化モリ
ブデン触媒を用いても良い。

ｅ４発明の実施例 以下、本発明の代表的な実施例を図面によって説明する
。

第１図は本発明の一実施例で、円型フレネルレンズ集光
集熱器を用いたものである。直径１．５ｍのフレネルレ
ンズ１の焦点付近に直径５ｃｍのパイレックスガラス製
の円盤状透明容器２を設置し、その中に３ｇの二酸化チ
タンに担持した硫化モリブデン触媒３を充填し、炭酸ガ
スと水素の１−＝１の混合ガス４を６ｍｌ／ｍｉｎの流
量で流通させながら、集光した太陽光を照射し、得られ
た反応生成物５をガスクロマトグラフを用いて分析した
。その結果、約１０％の炭酸ガスが一酸化炭素に変換さ
れていた。

第２図は本発明の他の実施例を示したもので、追尾機構
を用いないで集光集熱できる樋型複合放物面鏡集光集熱
器を用いたものである。内部にミラー６を施した長さ５
０ｃｍの集光集熱器７の焦点付近に、直径１ｃｍの石英
でできた直管状透明容器８を設置し、その内部に１５ｇ
の触媒９（二酸化チタンに担持した二硫化モリブデンに
炭酸ナトリウムを添加したもの）を充填し、炭酸ガスと
水素とアルゴンの１１：　　１の混合ガス１０を６ｍｌ
／ｍｉｎの流量で流通しながら、集光した太陽光を照射
し、得られた反応生成物１１をガスクロマトグラフを用
いて分析した。その結果、約１２％の炭酸ガスが一酸化
炭素に変換されていた６ｆ１発明の効果 本発明は以上説明したように、太陽集光集熱器によって
集光した太陽光を用いて、透明容器内に充填した硫化モ
リブデン上で炭酸ガスを水素と反応させて一酸化炭素に
変換するもので、黒色で太陽光の吸取率がよく、低温で
しかも常圧で反応を起こすことができる安価で低毒性で
イオウ化合物によって被毒されない硫化モリブデン触媒
を用いることによって、これまで反応温度が高かったた
め難しかった太陽エネルギーによる炭酸ガスの直接的還
元を可能にしたものである。この反応は吸エルゴン反応
であるためエネルギーの歩留まりが良く、生成物である
一酸化炭素はそのまま燃料としても利用できるし、自動
車用燃料として脚光を浴びているメタノールや化成品の
原料に変換して利用することもできるため、地球環境保
全の面からもエネルギ一対策の面からも非常に有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

ｍ１図ｍ２図は本発明の炭酸ガス還元方法の実施例を示
す模式図である。 図中符号１はフレネルレンズ、２は透明容器、３は触媒
、４は炭酸ガスと水素の混合ガス、５は反応生成物、６
はミラー、７は集光集熱器、８は炭酸ガスと水素とアル
ゴンの混合ガス。 富山朔太部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．太陽集光集熱器の焦点付近に硫化モリブデン触媒を
   充填した透明容器を設置し、その中に炭酸ガスと水素を
   含んだガスを流通させながら、集光した太陽光を透明容
   器内の触媒に照射し、触媒上で炭酸ガスを水素と反応さ
   せて、一酸化炭素に変換することを特徴とする炭酸ガス
   の還元方法。
2. ２．太陽集光集熱器として、樋形平面鏡集光集熱器、樋
   形複合放物面鏡集光集熱器、樋型放物面鏡集光集熱器、
   樋形放物面鏡を平面鏡で疑似した集光集熱器、回転放物
   面鏡集光集熱器、線型フレネルレンズ集光集熱器、円型
   フレネルレンズ集光集熱器などの集光型太陽集熱器を用
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の炭酸
   ガス還元方法。
3. ３．硫化モリブデン触媒として、アルミナ、シリカ、活
   性炭、ゼオライト、活性白土、ボーキサイト、ケイ素、
   炭化ケイ素、金属酸化物半導体、金属硫化物半導体のう
   ちの少なくとも１種類の担体に担持した二硫化モリブデ
   ンを用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の炭酸ガス還元方法。
4. ４．硫化モリブデン触媒として、アルカリ金属塩を添加
   した担持二硫化モリブデンを用いることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の炭酸ガス還元方法。