JPH06330364A - 電気エネルギーの化学エネルギーへの変換方法 - Google Patents
電気エネルギーの化学エネルギーへの変換方法Info
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- JPH06330364A JPH06330364A JP5124226A JP12422693A JPH06330364A JP H06330364 A JPH06330364 A JP H06330364A JP 5124226 A JP5124226 A JP 5124226A JP 12422693 A JP12422693 A JP 12422693A JP H06330364 A JPH06330364 A JP H06330364A
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- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【構成】メタンのＯＨ置換体（Ａ）、その分子内脱水物
（Ｂ）および任意のＡ、Ｂの分子間脱水物（Ｃ）からな
るアクアメタンの中で、高度にＯＨ置換されたアクアメ
タンの水溶液を電解還元を行うことにより、更に高いポ
テンシャルを有する、より低度にＯＨ置換されたアクア
メタンを製造する。 【効果】原料および製品のアクアメタンは共に液体とし
て扱うことができるので輸送および貯蔵が容易であり、
電気エネルギーを化学エネルギーに変換して需要地で有
効に活用することができる。また高効率で経済的に有利
に電気エネルギーの化学エネルギーへの変換が図られ
る。
（Ｂ）および任意のＡ、Ｂの分子間脱水物（Ｃ）からな
るアクアメタンの中で、高度にＯＨ置換されたアクアメ
タンの水溶液を電解還元を行うことにより、更に高いポ
テンシャルを有する、より低度にＯＨ置換されたアクア
メタンを製造する。 【効果】原料および製品のアクアメタンは共に液体とし
て扱うことができるので輸送および貯蔵が容易であり、
電気エネルギーを化学エネルギーに変換して需要地で有
効に活用することができる。また高効率で経済的に有利
に電気エネルギーの化学エネルギーへの変換が図られ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自然エネルギーの回
収、原子力発電および夜間電力等からの電気エネルギー
の輸送、貯蔵特性を高めるために、電気エネルギーを化
学エネルギーに変換する方法に関する。
収、原子力発電および夜間電力等からの電気エネルギー
の輸送、貯蔵特性を高めるために、電気エネルギーを化
学エネルギーに変換する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、自然エネルギーの回収、原子力発
電および夜間電力等からの電気エネルギーは余り有効な
利用方法が無く、一般的に電力システム全体の需給バラ
ンスの中で解決を求められている。現状の技術開発の方
向性は、自然エネルギーの回収を水力発電、風潮力発
電、太陽光及び地熱発電等の電力の形で回収する方法が
主体となっている。これらの自然エネルギーの回収は、
通常、回収地域が需要地域と著しく離間していること
と、時間的にも昼夜間、季節、天候等で需要、利用側の
事情とは全く無関係に大きく変化することから、回収エ
ネルギーの有効利用は困難な状況である。また原子力発
電の夜間電力についても同様な状況にあり、一定水準の
負荷が望ましい原子力発電の定常性を保持するために、
電力システムの他の火力発電で負荷調整が行われてい
る。
電および夜間電力等からの電気エネルギーは余り有効な
利用方法が無く、一般的に電力システム全体の需給バラ
ンスの中で解決を求められている。現状の技術開発の方
向性は、自然エネルギーの回収を水力発電、風潮力発
電、太陽光及び地熱発電等の電力の形で回収する方法が
主体となっている。これらの自然エネルギーの回収は、
通常、回収地域が需要地域と著しく離間していること
と、時間的にも昼夜間、季節、天候等で需要、利用側の
事情とは全く無関係に大きく変化することから、回収エ
ネルギーの有効利用は困難な状況である。また原子力発
電の夜間電力についても同様な状況にあり、一定水準の
負荷が望ましい原子力発電の定常性を保持するために、
電力システムの他の火力発電で負荷調整が行われてい
る。
【０００３】電気エネルギーの利用性を困難にしている
問題の原因は、電気エネルギーがポテンシャル型のエネ
ルギーであり、輸送、貯蔵性が良好でないことにある。
即ち電気エネルギーの陸上輸送では１００ｋｍにつき１
％程度の損失があり、海上輸送は殆ど不可能である。ま
た電気エネルギーの貯蔵は小規模の蓄電システムを除き
殆ど不可能と見られる。
問題の原因は、電気エネルギーがポテンシャル型のエネ
ルギーであり、輸送、貯蔵性が良好でないことにある。
即ち電気エネルギーの陸上輸送では１００ｋｍにつき１
％程度の損失があり、海上輸送は殆ど不可能である。ま
た電気エネルギーの貯蔵は小規模の蓄電システムを除き
殆ど不可能と見られる。
【０００４】近年、自然エネルギーを電力の形で開発
し、これを水素、メタノールなどの化学エネルギーに変
換するプロジェクト、特に海外の自然エネルギーを対象
にして先進国にエネルギーの輸送するＷＥ−ＮＥＴプロ
ジエクトが計画されている。ここでの考え方は、自然エ
ネルギーを電力の形で回収し、前述の電気エネルギー特
性に鑑み、水電解により電気エネルギーを水素エネルギ
ーとし、液体水素の形で輸送貯蔵の便を図るか、或いは
更にこの水素を用いてメタノールを合成し、メタノール
エネルギーの形で輸送貯蔵の便を図り、海上輸送を含め
た世界的な規模の化学エネルギーシステムを構成するこ
ととしている。
し、これを水素、メタノールなどの化学エネルギーに変
換するプロジェクト、特に海外の自然エネルギーを対象
にして先進国にエネルギーの輸送するＷＥ−ＮＥＴプロ
ジエクトが計画されている。ここでの考え方は、自然エ
ネルギーを電力の形で回収し、前述の電気エネルギー特
性に鑑み、水電解により電気エネルギーを水素エネルギ
ーとし、液体水素の形で輸送貯蔵の便を図るか、或いは
更にこの水素を用いてメタノールを合成し、メタノール
エネルギーの形で輸送貯蔵の便を図り、海上輸送を含め
た世界的な規模の化学エネルギーシステムを構成するこ
ととしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の考え方により、
自然エネルギーはメタノールまたは水素等の化学エネル
ギーに変換され、有効に利用するシステムの形成が可能
である。しかしながらこのシステムにおいては次のよう
な課題を有している。 １）液体水素を用いるシステムでは、水素の液化温度が
−２５２．８℃であることから、輸送、貯蔵、利用シス
テムを大型化しないと熱効率、経済性が向上せず、汎用
性が乏しく、開発のリスクが大きい。 ２）メタノールを用いるシステムでは、回収地にメタノ
ールを合成するための設備が必要であり、相応の操業コ
ストがかかる。またメタノール合成におけるエネルギー
消費を回避することができない。 ３）水電解の技術は現在急速に進歩しつつあり、水電解
の電力原単位は合理化されつつあるが、Ｈ2 分子の分離
型の電解系においては水素過電圧に基づく効率低下が存
在する。 なおこのシステムは現在検討中のものであり、大規模な
全体を含むシステムとしては未だ実在していないのが実
態である。
自然エネルギーはメタノールまたは水素等の化学エネル
ギーに変換され、有効に利用するシステムの形成が可能
である。しかしながらこのシステムにおいては次のよう
な課題を有している。 １）液体水素を用いるシステムでは、水素の液化温度が
−２５２．８℃であることから、輸送、貯蔵、利用シス
テムを大型化しないと熱効率、経済性が向上せず、汎用
性が乏しく、開発のリスクが大きい。 ２）メタノールを用いるシステムでは、回収地にメタノ
ールを合成するための設備が必要であり、相応の操業コ
ストがかかる。またメタノール合成におけるエネルギー
消費を回避することができない。 ３）水電解の技術は現在急速に進歩しつつあり、水電解
の電力原単位は合理化されつつあるが、Ｈ2 分子の分離
型の電解系においては水素過電圧に基づく効率低下が存
在する。 なおこのシステムは現在検討中のものであり、大規模な
全体を含むシステムとしては未だ実在していないのが実
態である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】発明者等は上記の如き課
題を有する電気エネルギーの化学エネルギーへの変換シ
ステムについて鋭意検討した結果、蟻酸または蟻酸メチ
ル等の高度にＯＨ置換されたアクアメタンの水溶液を電
解還元を行うことによりメタノールなどの高いポテンシ
ャルを有するより低度にＯＨ置換されたアクアメタンと
酸素が得られ、電気エネルギーの化学エネルギーへの変
換が高効率で行われると共に、経済性の優れたシステム
が得られることを見出し、本発明に到達した。
題を有する電気エネルギーの化学エネルギーへの変換シ
ステムについて鋭意検討した結果、蟻酸または蟻酸メチ
ル等の高度にＯＨ置換されたアクアメタンの水溶液を電
解還元を行うことによりメタノールなどの高いポテンシ
ャルを有するより低度にＯＨ置換されたアクアメタンと
酸素が得られ、電気エネルギーの化学エネルギーへの変
換が高効率で行われると共に、経済性の優れたシステム
が得られることを見出し、本発明に到達した。
【０００７】すなわち本発明は、メタンのＯＨ置換体
（Ａ）、その分子内脱水物（Ｂ）および任意のＡ、Ｂの
分子間脱水物（Ｃ）からなるアクアメタンの中で、高度
にＯＨ置換されたアクアメタンの水溶液を電解還元し
て、より低度にＯＨ置換されたアクアメタンを得ること
を特徴とする電気エネルギーの化学エネルギーへの変換
方法である。
（Ａ）、その分子内脱水物（Ｂ）および任意のＡ、Ｂの
分子間脱水物（Ｃ）からなるアクアメタンの中で、高度
にＯＨ置換されたアクアメタンの水溶液を電解還元し
て、より低度にＯＨ置換されたアクアメタンを得ること
を特徴とする電気エネルギーの化学エネルギーへの変換
方法である。
【０００８】アクアメタンは上記の如くメタンのＯＨ置
換体（Ａ）、その分子内脱水物（Ｂ）および任意のＡ、
Ｂの分子間脱水物（Ｃ）からなる物質の総称であり、本
発明においては、このようなアクアメタンの中で高度に
ＯＨ置換されたアクアメタンの水溶液を電解還元して、
より低度にＯＨ置換されたアクアメタンを得ることで電
気エネルギーの化学エネルギーへの変換を行うものであ
る。
換体（Ａ）、その分子内脱水物（Ｂ）および任意のＡ、
Ｂの分子間脱水物（Ｃ）からなる物質の総称であり、本
発明においては、このようなアクアメタンの中で高度に
ＯＨ置換されたアクアメタンの水溶液を電解還元して、
より低度にＯＨ置換されたアクアメタンを得ることで電
気エネルギーの化学エネルギーへの変換を行うものであ
る。
【０００９】本発明における電解還元の原料には、常
温、常圧付近で液相であるか、または容易に液化可能
な、高度にＯＨ置換されたアクアメタンが、輸送、貯蔵
上から好ましく、例えば、蟻酸、蟻酸メチル、メチラー
ルおよびジメチルカーボネート等が好適に用いられる。
またこの電解還元においては水可溶性有機溶媒を用いる
ことが好ましい。
温、常圧付近で液相であるか、または容易に液化可能
な、高度にＯＨ置換されたアクアメタンが、輸送、貯蔵
上から好ましく、例えば、蟻酸、蟻酸メチル、メチラー
ルおよびジメチルカーボネート等が好適に用いられる。
またこの電解還元においては水可溶性有機溶媒を用いる
ことが好ましい。
【００１０】このように高度にＯＨ置換されたアクアメ
タンを電解還元することにより、例えばメタノールのよ
うな、より低度にＯＨ置換されたアクアメタンが得られ
る。このようにより低度にＯＨ置換されたアクアメタン
は、高度にＯＨ置換されたアクアメタンよりも高いポテ
ンシャルを有しており、低度にＯＨ置換されたアクアメ
タンから高度にＯＨ置換されたアクアメタンへの反応に
おいてポテンシャルの放出されのでこれを有効に利用す
ることができる。
タンを電解還元することにより、例えばメタノールのよ
うな、より低度にＯＨ置換されたアクアメタンが得られ
る。このようにより低度にＯＨ置換されたアクアメタン
は、高度にＯＨ置換されたアクアメタンよりも高いポテ
ンシャルを有しており、低度にＯＨ置換されたアクアメ
タンから高度にＯＨ置換されたアクアメタンへの反応に
おいてポテンシャルの放出されのでこれを有効に利用す
ることができる。
【００１１】例えば、蟻酸メチルを電解還元することに
よりメタノールが得られるが、得られたメタノールは蟻
酸メチルより高いポテンシャルを有しており、次の反応
により水素と蟻酸メチルに分解される。 ２ＣＨ3 ＯＨ ＝ ２Ｈ2 ＋ ＨＣＯＯＣＨ3 この反応は発熱反応であるので、反応熱を都市の暖房シ
ステム等に利用でき、また水素もエネルギー源として用
いられる。メタノールと蟻酸メチルは共に常温で液体で
あるから輸送および貯蔵が容易であり、従って本発明の
方法により電気エネルギーを有効に化学エネルギーへ変
換することができ、有利なエネルギーシステムが構成さ
れる。
よりメタノールが得られるが、得られたメタノールは蟻
酸メチルより高いポテンシャルを有しており、次の反応
により水素と蟻酸メチルに分解される。 ２ＣＨ3 ＯＨ ＝ ２Ｈ2 ＋ ＨＣＯＯＣＨ3 この反応は発熱反応であるので、反応熱を都市の暖房シ
ステム等に利用でき、また水素もエネルギー源として用
いられる。メタノールと蟻酸メチルは共に常温で液体で
あるから輸送および貯蔵が容易であり、従って本発明の
方法により電気エネルギーを有効に化学エネルギーへ変
換することができ、有利なエネルギーシステムが構成さ
れる。
【００１２】本発明に使用される水可溶性有機溶媒は、
水と均一に混合する溶媒であれば特に限定されず、例え
ば、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコ
ール類、エチレングリコール等のグリコール類、或いは
それらのモノメチルエーテル等のセロソルブ類、アセト
ニトリル、ジメチルホルムアミド、N-メチル-2- ピロリ
ドン、スルホラン等の非プロトン性有機溶媒などが挙げ
られる。
水と均一に混合する溶媒であれば特に限定されず、例え
ば、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコ
ール類、エチレングリコール等のグリコール類、或いは
それらのモノメチルエーテル等のセロソルブ類、アセト
ニトリル、ジメチルホルムアミド、N-メチル-2- ピロリ
ドン、スルホラン等の非プロトン性有機溶媒などが挙げ
られる。
【００１３】本発明における電解還元は、通常イオン交
換膜またはガラス隔膜等で陽極室と陰極室とに分離した
電解槽を用いる隔膜法により一般的に行われる。また酸
素過電圧の低い陽極材質を使用することにより、無隔膜
法で行うこともできる。原料の高度にＯＨ置換されたア
クアメタンは、水溶液、またはこれに水可溶性有機溶媒
を添加した状態で陰極室のみに供給される。この供給液
はｐＨが重要な因子であり、電解還元は酸性下で行うの
が好ましい。供給液を酸性に保持する手段としては、電
解反応に関与しない酸性物質ならば限定されないが、一
般に鉱酸またはスルホン酸類を該供給液に添加すること
により行われ、特に硫酸水溶液が安価であり有利に用い
られる。
換膜またはガラス隔膜等で陽極室と陰極室とに分離した
電解槽を用いる隔膜法により一般的に行われる。また酸
素過電圧の低い陽極材質を使用することにより、無隔膜
法で行うこともできる。原料の高度にＯＨ置換されたア
クアメタンは、水溶液、またはこれに水可溶性有機溶媒
を添加した状態で陰極室のみに供給される。この供給液
はｐＨが重要な因子であり、電解還元は酸性下で行うの
が好ましい。供給液を酸性に保持する手段としては、電
解反応に関与しない酸性物質ならば限定されないが、一
般に鉱酸またはスルホン酸類を該供給液に添加すること
により行われ、特に硫酸水溶液が安価であり有利に用い
られる。
【００１４】このように陰極室液として、高度にＯＨ置
換されたアクアメタンの水溶液、またはこれに水可溶性
有機溶媒を添加した溶液を酸性下で供給されるが、更
に、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、有機化合物の塩
酸塩、臭化水素酸塩、ヨウ化水素酸塩等のハロゲン含有
化合物、或いは第４級アンモニウムのp-トルエンスルホ
ン酸塩、硫酸塩、塩酸塩、臭化水素塩、ヨウ化水素酸塩
等の第４級アンモニウムを添加することもできる。
換されたアクアメタンの水溶液、またはこれに水可溶性
有機溶媒を添加した溶液を酸性下で供給されるが、更
に、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、有機化合物の塩
酸塩、臭化水素酸塩、ヨウ化水素酸塩等のハロゲン含有
化合物、或いは第４級アンモニウムのp-トルエンスルホ
ン酸塩、硫酸塩、塩酸塩、臭化水素塩、ヨウ化水素酸塩
等の第４級アンモニウムを添加することもできる。
【００１５】隔膜法で行う場合の電極には通常の電極材
料が用いられ特に限定されないが、通常、陽極材質とし
て白金、酸化鉛、鉛、カーボンなどが用いられ、陰極材
質として亜鉛、鉛、カドミウム、水銀などが用いられ
る。隔膜としては、イオン交換膜、ガラス隔膜、アスベ
スト、セラミックなどが用いられる。
料が用いられ特に限定されないが、通常、陽極材質とし
て白金、酸化鉛、鉛、カーボンなどが用いられ、陰極材
質として亜鉛、鉛、カドミウム、水銀などが用いられ
る。隔膜としては、イオン交換膜、ガラス隔膜、アスベ
スト、セラミックなどが用いられる。
【００１６】無隔膜法で行う場合の陽極材質には酸性水
溶液中で安定な金属酸化物が用いられる。特に酸素過電
圧の低い陽極材質としては、例えば第８族白金族の酸化
ルテニウム、酸化ロジウム、酸化パラジウム、酸化オス
ミウム、酸化イリジウム、酸化白金、或いはそれらの混
合物が挙げられる。これらの金属酸化物は金属基材表面
に被覆して用いることもできる。無隔膜法で行う場合の
陰極材質としては、亜鉛、鉛、カドミウム、水銀などが
挙げられる。
溶液中で安定な金属酸化物が用いられる。特に酸素過電
圧の低い陽極材質としては、例えば第８族白金族の酸化
ルテニウム、酸化ロジウム、酸化パラジウム、酸化オス
ミウム、酸化イリジウム、酸化白金、或いはそれらの混
合物が挙げられる。これらの金属酸化物は金属基材表面
に被覆して用いることもできる。無隔膜法で行う場合の
陰極材質としては、亜鉛、鉛、カドミウム、水銀などが
挙げられる。
【００１７】
【実施例】本発明の実施例を図面を用いて説明する。図
１は本発明を隔膜法で行う場合における電解槽の一例の
平面図を示す。図１において電解槽1 には陽極板2 と陰
極板3 を設置されており、イオン交換膜4(カチオン交換
膜）によって陽極室5 と陰極室6 に区画されている。陽
極室には流路7 より陽極室液として希硫酸水溶液を供給
・循環し、陰極室には流路8 より陰極室液として蟻酸メ
チルの希硫酸水溶液を供給・循環する。陽極板2 と陰極
板3 に直流電流を印加させることによって、陽極室液に
メタノールの希硫酸水溶液が得られ、電気エネルギーの
化学エネルギーへの変換が行われる。
１は本発明を隔膜法で行う場合における電解槽の一例の
平面図を示す。図１において電解槽1 には陽極板2 と陰
極板3 を設置されており、イオン交換膜4(カチオン交換
膜）によって陽極室5 と陰極室6 に区画されている。陽
極室には流路7 より陽極室液として希硫酸水溶液を供給
・循環し、陰極室には流路8 より陰極室液として蟻酸メ
チルの希硫酸水溶液を供給・循環する。陽極板2 と陰極
板3 に直流電流を印加させることによって、陽極室液に
メタノールの希硫酸水溶液が得られ、電気エネルギーの
化学エネルギーへの変換が行われる。
【００１８】
【発明の効果】本発明の方法による電気エネルギーの化
学エネルギーへの変換においては、次のような特徴を有
する。 1). 本発明の電解は製品として水素を得るものではな
く、より低度にＯＨ置換されたアクアメタンを得るもの
である。従って水の電解工程における如き水素の過電圧
の発生が防除され、高い電力効率が得られる。 2). 本発明において原料に常温、常圧付近で液相または
容易に液化可能な高度にＯＨ置換されたアクアメタンを
用い、製品には更に高いポテンシャルを有するより低度
にＯＨ置換されたアクアメタンが得られる。この原料お
よび製品のアクアメタンは共に液体として扱うことがで
きるので輸送および貯蔵が容易であり、電気エネルギー
を需要地で有効に活用することができる。 3). 本発明は電気を直接化学エネルギーに変換するもの
である。従って例えば、電気エネルギーを用いて得られ
た水素からメタノールを製造する場合の如くに、メタノ
ールを製造する設備等が不要であり、そのための操業コ
ストやエネルギー消費が無くなるので、経済的に極めて
有利に電気エネルギーの化学エネルギーへの変換を行う
ことができる。
学エネルギーへの変換においては、次のような特徴を有
する。 1). 本発明の電解は製品として水素を得るものではな
く、より低度にＯＨ置換されたアクアメタンを得るもの
である。従って水の電解工程における如き水素の過電圧
の発生が防除され、高い電力効率が得られる。 2). 本発明において原料に常温、常圧付近で液相または
容易に液化可能な高度にＯＨ置換されたアクアメタンを
用い、製品には更に高いポテンシャルを有するより低度
にＯＨ置換されたアクアメタンが得られる。この原料お
よび製品のアクアメタンは共に液体として扱うことがで
きるので輸送および貯蔵が容易であり、電気エネルギー
を需要地で有効に活用することができる。 3). 本発明は電気を直接化学エネルギーに変換するもの
である。従って例えば、電気エネルギーを用いて得られ
た水素からメタノールを製造する場合の如くに、メタノ
ールを製造する設備等が不要であり、そのための操業コ
ストやエネルギー消費が無くなるので、経済的に極めて
有利に電気エネルギーの化学エネルギーへの変換を行う
ことができる。
【図１】平面図 本発明を隔膜法で行う場合における電解槽の一例を示
す。
す。
1 電解槽 2 陽極板 3 陰極板 4 イオン交換膜（カチオン交換膜） 5 陽極室 6 陰極室 7 陽極室流路 8 陰極室流路
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年５月２４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 電気エネルギーの化学エネルギーへ
の変換方法
の変換方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自然エネルギーの回
収、原子力発電および夜間電力等からの電気エネルギー
の輸送、貯蔵特性を高めるために、電気エネルギーを化
学エネルギーに変換する方法に関する。
収、原子力発電および夜間電力等からの電気エネルギー
の輸送、貯蔵特性を高めるために、電気エネルギーを化
学エネルギーに変換する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、自然エネルギーの回収、原子力発
電および夜間電力等からの電気エネルギーは余り有効な
利用方法が無く、一般的に電力システム全体の需給バラ
ンスの中で解決を求められている。現状の技術開発の方
向性は、自然エネルギーの回収を水力発電、風潮力発
電、太陽光発電、太陽熱発電及び地熱発電等の電力の形
で回収する方法が主体となっている。これらの自然エネ
ルギーの回収は、通常、回収地域が需要地域と著しく離
間していることと、時間的にも昼夜間、季節、天候等で
需要、利用側の事情とは全く無関係に大きく変化するこ
とから、回収エネルギーの有効利用は困難な状況であ
る。また原子力発電の夜間電力についても同様な状況に
あり、一定水準の負荷が望ましい原子力発電の定常性を
保持するために、電力システムの他の火力発電で負荷調
整が行われている。
電および夜間電力等からの電気エネルギーは余り有効な
利用方法が無く、一般的に電力システム全体の需給バラ
ンスの中で解決を求められている。現状の技術開発の方
向性は、自然エネルギーの回収を水力発電、風潮力発
電、太陽光発電、太陽熱発電及び地熱発電等の電力の形
で回収する方法が主体となっている。これらの自然エネ
ルギーの回収は、通常、回収地域が需要地域と著しく離
間していることと、時間的にも昼夜間、季節、天候等で
需要、利用側の事情とは全く無関係に大きく変化するこ
とから、回収エネルギーの有効利用は困難な状況であ
る。また原子力発電の夜間電力についても同様な状況に
あり、一定水準の負荷が望ましい原子力発電の定常性を
保持するために、電力システムの他の火力発電で負荷調
整が行われている。
【０００３】電気エネルギーの利用性を困難にしている
原因は、電気エネルギーがポテンシャル型のエネルギー
であり、輸送、貯蔵性が良好でないことにある。即ち電
気エネルギーの陸上輸送では１００ｋｍにつき１％程度
の損失があり、海上輸送は殆ど不可能である。また電気
エネルギーの貯蔵は小規模の蓄電システムを除き殆ど不
可能と見られる。
原因は、電気エネルギーがポテンシャル型のエネルギー
であり、輸送、貯蔵性が良好でないことにある。即ち電
気エネルギーの陸上輸送では１００ｋｍにつき１％程度
の損失があり、海上輸送は殆ど不可能である。また電気
エネルギーの貯蔵は小規模の蓄電システムを除き殆ど不
可能と見られる。
【０００４】近年、自然エネルギーを電力の形で開発
し、これを水素、メタノールなどの化学エネルギーに変
換するプロジェクト、特に海外の自然エネルギーを対象
にして先進国等にエネルギーを輸送するＷＥ−ＮＥＴプ
ロジエクトが計画されている。ここでの考え方は、自然
エネルギーを電力の形で回収し、前述の電気エネルギー
特性に鑑み、水電解により電気エネルギーを水素エネル
ギーとし、液体水素の形で輸送貯蔵の便を図るか、或い
は更にこの水素を用いてメタノールを合成し、メタノー
ルエネルギーの形で輸送貯蔵の便を図り、海上輸送を含
めた世界的な規模の化学エネルギーシステムを構成する
こととしている。
し、これを水素、メタノールなどの化学エネルギーに変
換するプロジェクト、特に海外の自然エネルギーを対象
にして先進国等にエネルギーを輸送するＷＥ−ＮＥＴプ
ロジエクトが計画されている。ここでの考え方は、自然
エネルギーを電力の形で回収し、前述の電気エネルギー
特性に鑑み、水電解により電気エネルギーを水素エネル
ギーとし、液体水素の形で輸送貯蔵の便を図るか、或い
は更にこの水素を用いてメタノールを合成し、メタノー
ルエネルギーの形で輸送貯蔵の便を図り、海上輸送を含
めた世界的な規模の化学エネルギーシステムを構成する
こととしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の考え方により、
自然エネルギーはメタノールまたは水素等の化学エネル
ギーに変換され、有効に利用するシステムの形成が可能
である。しかしながらこのシステムにおいては次のよう
な課題を有している。 １）液体水素を用いるシステムでは、水素の液化温度が
−２５２．８℃であることから、輸送、貯蔵、利用シス
テムを大型化しないと熱効率、経済性が向上せず、汎用
性が乏しく、開発のリスクが大きい。 ２）メタノールを用いるシステムでは、回収地にメタノ
ールを合成するための設備が必要であり、相応のエネル
ギー消費と操業コストがかかる。 ３）水電解の技術は現在急速に進歩しつつあり、水電解
の電力原単位は合理化されつつあるが、Ｈ2 分子の分離
型の電解系においては水素過電圧に基づく効率低下が存
在する。 なおこれらのシステムは現在検討中のものであり、大規
模な全体を含むシステムとしては未だ実在していないの
が実態である。
自然エネルギーはメタノールまたは水素等の化学エネル
ギーに変換され、有効に利用するシステムの形成が可能
である。しかしながらこのシステムにおいては次のよう
な課題を有している。 １）液体水素を用いるシステムでは、水素の液化温度が
−２５２．８℃であることから、輸送、貯蔵、利用シス
テムを大型化しないと熱効率、経済性が向上せず、汎用
性が乏しく、開発のリスクが大きい。 ２）メタノールを用いるシステムでは、回収地にメタノ
ールを合成するための設備が必要であり、相応のエネル
ギー消費と操業コストがかかる。 ３）水電解の技術は現在急速に進歩しつつあり、水電解
の電力原単位は合理化されつつあるが、Ｈ2 分子の分離
型の電解系においては水素過電圧に基づく効率低下が存
在する。 なおこれらのシステムは現在検討中のものであり、大規
模な全体を含むシステムとしては未だ実在していないの
が実態である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】発明者等は上記の如き課
題を有する電気エネルギーの化学エネルギーへの変換シ
ステムについて鋭意検討した結果、蟻酸または蟻酸メチ
ル等の高度にＯＨ置換されたアクアメタンの水溶液を電
解還元を行うことによりメタノールなどの高いポテンシ
ャルを有するより低度にＯＨ置換されたアクアメタンと
酸素が得られ、電気エネルギーの化学エネルギーへの変
換が高効率で行われると共に、経済性の優れたシステム
が得られることを見出し、本発明に到達した。
題を有する電気エネルギーの化学エネルギーへの変換シ
ステムについて鋭意検討した結果、蟻酸または蟻酸メチ
ル等の高度にＯＨ置換されたアクアメタンの水溶液を電
解還元を行うことによりメタノールなどの高いポテンシ
ャルを有するより低度にＯＨ置換されたアクアメタンと
酸素が得られ、電気エネルギーの化学エネルギーへの変
換が高効率で行われると共に、経済性の優れたシステム
が得られることを見出し、本発明に到達した。
【０００７】すなわち本発明は、メタンのＯＨ置換体
（Ａ）、その分子内脱水物（Ｂ）および任意のＡ、Ｂの
分子間縮合物（Ｃ）からなるアクアメタンの中で、高度
にＯＨ置換されたアクアメタンの水溶液を電解還元し
て、より低度にＯＨ置換されたアクアメタンを得ること
を特徴とする電気エネルギーの化学エネルギーへの変換
方法である。
（Ａ）、その分子内脱水物（Ｂ）および任意のＡ、Ｂの
分子間縮合物（Ｃ）からなるアクアメタンの中で、高度
にＯＨ置換されたアクアメタンの水溶液を電解還元し
て、より低度にＯＨ置換されたアクアメタンを得ること
を特徴とする電気エネルギーの化学エネルギーへの変換
方法である。
【０００８】アクアメタンは上記の如くメタンのＯＨ置
換体（Ａ）、その分子内脱水物（Ｂ）および任意のＡ、
Ｂの分子間縮合物（Ｃ）からなる物質の総称であり、本
発明においては、このようなアクアメタンの中で高度に
ＯＨ置換されたアクアメタンの水溶液を電解還元して、
より低度にＯＨ置換されたアクアメタンを得ることで電
気エネルギーの化学エネルギーへの変換を行うものであ
る。
換体（Ａ）、その分子内脱水物（Ｂ）および任意のＡ、
Ｂの分子間縮合物（Ｃ）からなる物質の総称であり、本
発明においては、このようなアクアメタンの中で高度に
ＯＨ置換されたアクアメタンの水溶液を電解還元して、
より低度にＯＨ置換されたアクアメタンを得ることで電
気エネルギーの化学エネルギーへの変換を行うものであ
る。
【０００９】本発明における電解還元の原料には、常
温、常圧付近で液相であるか、または容易に液化可能
な、高度にＯＨ置換されたアクアメタンが、輸送、貯蔵
上から好ましく、例えば、蟻酸、蟻酸メチル、メチラー
ルおよびジメチルカーボネート等が好適に用いられる。
またこの電解還元においては水可溶性有機溶媒を用いる
ことが好ましい。
温、常圧付近で液相であるか、または容易に液化可能
な、高度にＯＨ置換されたアクアメタンが、輸送、貯蔵
上から好ましく、例えば、蟻酸、蟻酸メチル、メチラー
ルおよびジメチルカーボネート等が好適に用いられる。
またこの電解還元においては水可溶性有機溶媒を用いる
ことが好ましい。
【００１０】このように高度にＯＨ置換されたアクアメ
タンを電解還元することにより、例えばメタノールのよ
うな、より低度にＯＨ置換されたアクアメタンが得られ
る。このようにより低度にＯＨ置換されたアクアメタン
は、高度にＯＨ置換されたアクアメタンよりも高いポテ
ンシャルを有しており、低度にＯＨ置換されたアクアメ
タンから高度にＯＨ置換されたアクアメタンへの反応に
おいてポテンシャルの放出がなされるのでこれを有効に
利用することができる。
タンを電解還元することにより、例えばメタノールのよ
うな、より低度にＯＨ置換されたアクアメタンが得られ
る。このようにより低度にＯＨ置換されたアクアメタン
は、高度にＯＨ置換されたアクアメタンよりも高いポテ
ンシャルを有しており、低度にＯＨ置換されたアクアメ
タンから高度にＯＨ置換されたアクアメタンへの反応に
おいてポテンシャルの放出がなされるのでこれを有効に
利用することができる。
【００１１】例えば、蟻酸メチルを電解還元することに
よりメタノールが得られるが、得られたメタノールは蟻
酸メチルより高いポテンシャルを有しており、次の反応
により水素と蟻酸メチルに分解される。 ２ＣＨ3 ＯＨ ＝ ２Ｈ2 ＋ ＨＣＯＯＣＨ3 この反応は吸熱反応であるが、生成する水素が汎用性が
高い。またエネルギー源として用いることが可能であ
る。メタノールと蟻酸メチルは共に常温で液体であるか
ら輸送および貯蔵が容易であり、従って本発明の方法に
より電気エネルギーを有効に化学エネルギーへ変換する
ことができ、有利なエネルギーシステムが構成される。
よりメタノールが得られるが、得られたメタノールは蟻
酸メチルより高いポテンシャルを有しており、次の反応
により水素と蟻酸メチルに分解される。 ２ＣＨ3 ＯＨ ＝ ２Ｈ2 ＋ ＨＣＯＯＣＨ3 この反応は吸熱反応であるが、生成する水素が汎用性が
高い。またエネルギー源として用いることが可能であ
る。メタノールと蟻酸メチルは共に常温で液体であるか
ら輸送および貯蔵が容易であり、従って本発明の方法に
より電気エネルギーを有効に化学エネルギーへ変換する
ことができ、有利なエネルギーシステムが構成される。
【００１２】本発明に使用される水可溶性有機溶媒は、
水と均一に混合する溶媒であれば特に限定されず、例え
ば、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコ
ール類、エチレングリコール等のグリコール類、或いは
それらのモノメチルエーテル等のセロソルブ類、アセト
ニトリル、ジメチルホルムアミド、N-メチル-2- ピロリ
ドン、スルホラン等の非プロトン性有機溶媒などが挙げ
られる。
水と均一に混合する溶媒であれば特に限定されず、例え
ば、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコ
ール類、エチレングリコール等のグリコール類、或いは
それらのモノメチルエーテル等のセロソルブ類、アセト
ニトリル、ジメチルホルムアミド、N-メチル-2- ピロリ
ドン、スルホラン等の非プロトン性有機溶媒などが挙げ
られる。
【００１３】本発明における電解還元は、通常イオン交
換膜またはガラス隔膜等で陽極室と陰極室とに分離した
電解槽を用いる隔膜法により一般的に行われる。また酸
素過電圧の低い陽極材質を使用することにより、無隔膜
法で行うこともできる。原料の高度にＯＨ置換されたア
クアメタンは、水溶液、またはこれに水可溶性有機溶媒
を添加した状態で陰極室のみに供給される。この供給液
はｐＨが重要な因子であり、電解還元は酸性下で行うの
が好ましい。供給液を酸性に保持する手段としては、電
解反応に関与しない酸性物質ならば限定されないが、一
般に鉱酸またはスルホン酸類を該供給液に添加すること
により行われ、特に硫酸水溶液が安価であり有利に用い
られる。
換膜またはガラス隔膜等で陽極室と陰極室とに分離した
電解槽を用いる隔膜法により一般的に行われる。また酸
素過電圧の低い陽極材質を使用することにより、無隔膜
法で行うこともできる。原料の高度にＯＨ置換されたア
クアメタンは、水溶液、またはこれに水可溶性有機溶媒
を添加した状態で陰極室のみに供給される。この供給液
はｐＨが重要な因子であり、電解還元は酸性下で行うの
が好ましい。供給液を酸性に保持する手段としては、電
解反応に関与しない酸性物質ならば限定されないが、一
般に鉱酸またはスルホン酸類を該供給液に添加すること
により行われ、特に硫酸水溶液が安価であり有利に用い
られる。
【００１４】このように陰極室液として、高度にＯＨ置
換されたアクアメタンの水溶液、またはこれに水可溶性
有機溶媒を添加した溶液を酸性下で供給されるが、更
に、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、有機化合物の塩
酸塩、臭化水素酸塩、ヨウ化水素酸塩等のハロゲン含有
化合物、或いは第４級アンモニウムのp-トルエンスルホ
ン酸塩、硫酸塩、塩酸塩、臭化水素塩、ヨウ化水素酸塩
等の第４級アンモニウムを添加することもできる。
換されたアクアメタンの水溶液、またはこれに水可溶性
有機溶媒を添加した溶液を酸性下で供給されるが、更
に、塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、有機化合物の塩
酸塩、臭化水素酸塩、ヨウ化水素酸塩等のハロゲン含有
化合物、或いは第４級アンモニウムのp-トルエンスルホ
ン酸塩、硫酸塩、塩酸塩、臭化水素塩、ヨウ化水素酸塩
等の第４級アンモニウムを添加することもできる。
【００１５】隔膜法で行う場合の電極には通常の電極材
料が用いられ特に限定されないが、通常、陽極材質とし
て白金、酸化鉛、鉛、カーボンなどが用いられ、陰極材
質として亜鉛、鉛、カドミウム、水銀などが用いられ
る。隔膜としては、イオン交換膜、ガラス隔膜、アスベ
スト、セラミックなどが用いられる。
料が用いられ特に限定されないが、通常、陽極材質とし
て白金、酸化鉛、鉛、カーボンなどが用いられ、陰極材
質として亜鉛、鉛、カドミウム、水銀などが用いられ
る。隔膜としては、イオン交換膜、ガラス隔膜、アスベ
スト、セラミックなどが用いられる。
【００１６】無隔膜法で行う場合の陽極材質には酸性水
溶液中で安定な金属酸化物が用いられる。特に酸素過電
圧の低い陽極材質としては、例えば第８族白金族の酸化
ルテニウム、酸化ロジウム、酸化パラジウム、酸化オス
ミウム、酸化イリジウム、酸化白金、或いはそれらの混
合物が挙げられる。これらの金属酸化物は金属基材表面
に被覆して用いることもできる。無隔膜法で行う場合の
陰極材質としては、亜鉛、鉛、カドミウム、水銀などが
挙げられる。
溶液中で安定な金属酸化物が用いられる。特に酸素過電
圧の低い陽極材質としては、例えば第８族白金族の酸化
ルテニウム、酸化ロジウム、酸化パラジウム、酸化オス
ミウム、酸化イリジウム、酸化白金、或いはそれらの混
合物が挙げられる。これらの金属酸化物は金属基材表面
に被覆して用いることもできる。無隔膜法で行う場合の
陰極材質としては、亜鉛、鉛、カドミウム、水銀などが
挙げられる。
【００１７】
【実施例】本発明の実施例を図面を用いて説明する。図
１は本発明を隔膜法で行う場合における電解槽の一例の
平面図を示す。図１において電解槽1 には陽極板2 と陰
極板3 を設置されており、イオン交換膜4(カチオン交換
膜）によって陽極室5 と陰極室6 に区画されている。陽
極室には流路7 より陽極室液として希硫酸水溶液を供給
・循環し、陰極室には流路8 より陰極室液として蟻酸メ
チルの希硫酸水溶液を供給・循環する。陽極板2 と陰極
板3 に直流電流を印加させることによって、陽極室液に
メタノールの希硫酸水溶液が得られ、電気エネルギーの
化学エネルギーへの変換が行われる。
１は本発明を隔膜法で行う場合における電解槽の一例の
平面図を示す。図１において電解槽1 には陽極板2 と陰
極板3 を設置されており、イオン交換膜4(カチオン交換
膜）によって陽極室5 と陰極室6 に区画されている。陽
極室には流路7 より陽極室液として希硫酸水溶液を供給
・循環し、陰極室には流路8 より陰極室液として蟻酸メ
チルの希硫酸水溶液を供給・循環する。陽極板2 と陰極
板3 に直流電流を印加させることによって、陽極室液に
メタノールの希硫酸水溶液が得られ、電気エネルギーの
化学エネルギーへの変換が行われる。
【００１８】
【発明の効果】本発明の方法による電気エネルギーの化
学エネルギーへの変換においては、次のような特徴を有
する。 1). 本発明の電解は製品として水素を得るものではな
く、より低度にＯＨ置換されたアクアメタンを得るもの
である。従って水の電解工程における如き水素の過電圧
の発生が防除され、高い電力効率が得られる。 2). 本発明において原料に常温、常圧付近で液相または
容易に液化可能な高度にＯＨ置換されたアクアメタンを
用い、製品には更に高いポテンシャルを有するより低度
にＯＨ置換されたアクアメタンが得られる。この原料お
よび製品のアクアメタンは共に液体として扱うことがで
きるので輸送および貯蔵が容易であり、電気エネルギー
を需要地で有効に活用することができる。 3). 本発明は電気を直接化学エネルギーに変換するもの
である。従って例えば、電気エネルギーを用いて得られ
た水素からメタノールを製造する場合の如くに、メタノ
ールを製造する設備等が不要であり、そのための操業コ
ストやエネルギー消費が無くなるので、経済的に極めて
有利に電気エネルギーの化学エネルギーへの変換を行う
ことができる。
学エネルギーへの変換においては、次のような特徴を有
する。 1). 本発明の電解は製品として水素を得るものではな
く、より低度にＯＨ置換されたアクアメタンを得るもの
である。従って水の電解工程における如き水素の過電圧
の発生が防除され、高い電力効率が得られる。 2). 本発明において原料に常温、常圧付近で液相または
容易に液化可能な高度にＯＨ置換されたアクアメタンを
用い、製品には更に高いポテンシャルを有するより低度
にＯＨ置換されたアクアメタンが得られる。この原料お
よび製品のアクアメタンは共に液体として扱うことがで
きるので輸送および貯蔵が容易であり、電気エネルギー
を需要地で有効に活用することができる。 3). 本発明は電気を直接化学エネルギーに変換するもの
である。従って例えば、電気エネルギーを用いて得られ
た水素からメタノールを製造する場合の如くに、メタノ
ールを製造する設備等が不要であり、そのための操業コ
ストやエネルギー消費が無くなるので、経済的に極めて
有利に電気エネルギーの化学エネルギーへの変換を行う
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】平面図 本発明を隔膜法で行う場合における電解槽の一例を示
す。
す。
【符号の説明】 1 電解槽 2 陽極板 3 陰極板 4 イオン交換膜（カチオン交換膜） 5 陽極室 6 陰極室 7 陽極室流路 8 陰極室流路
Claims (5)
- 【請求項１】メタンのＯＨ置換体（Ａ）、その分子内脱
水物（Ｂ）および任意のＡ、Ｂの分子間脱水物（Ｃ）か
らなるアクアメタンの中で、高度にＯＨ置換されたアク
アメタンの水溶液を電解還元して、より低度にＯＨ置換
されたアクアメタンを得ることを特徴とする電気エネル
ギーの化学エネルギーへの変換方法 - 【請求項２】高度にＯＨ置換されたアクアメタンが、常
温、常圧付近で液相であるか、または容易に液化可能な
物質である請求項１の電気エネルギーの化学エネルギー
への変換方法 - 【請求項３】高度にＯＨ置換されたアクアメタンが、蟻
酸、蟻酸メチル、メチラールおよびジメチルカーボネー
トの群れから選ばれた少なくとも１種の化合物である請
求項２の電気エネルギーの化学エネルギーへの変換方法 - 【請求項４】電解還元により得られる物質がメタノール
である請求項１の電気エネルギーの化学エネルギーへの
変換方法 - 【請求項５】水可溶性有機溶媒の存在下で電解還元を行
う請求項１の電気エネルギーの化学エネルギーへの変換
方法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5124226A JPH06330364A (ja) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | 電気エネルギーの化学エネルギーへの変換方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5124226A JPH06330364A (ja) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | 電気エネルギーの化学エネルギーへの変換方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06330364A true JPH06330364A (ja) | 1994-11-29 |
Family
ID=14880119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5124226A Pending JPH06330364A (ja) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | 電気エネルギーの化学エネルギーへの変換方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06330364A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0792836A1 (en) * | 1996-03-01 | 1997-09-03 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Electric energy converting/ storing method and system therefor |
| JP2008537956A (ja) * | 2005-04-15 | 2008-10-02 | ユニヴァーシティー オブ サザン カリフォルニア | メタンのメタノール、ジメチルエーテルおよび派生生成物への選択的酸化的転換 |
-
1993
- 1993-05-26 JP JP5124226A patent/JPH06330364A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0792836A1 (en) * | 1996-03-01 | 1997-09-03 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Electric energy converting/ storing method and system therefor |
| EP1634852A1 (en) * | 1996-03-01 | 2006-03-15 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Electric energy converting/storing system |
| JP2008537956A (ja) * | 2005-04-15 | 2008-10-02 | ユニヴァーシティー オブ サザン カリフォルニア | メタンのメタノール、ジメチルエーテルおよび派生生成物への選択的酸化的転換 |
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