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公開番号2025009479
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-20
出願番号2023112511
出願日2023-07-07
発明の名称二酸化炭素の電解方法、一酸化炭素又はエチレンの製造方法、二酸化炭素還元電解槽、二酸化炭素還元電解装置
出願人旭化成株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C25B 3/26 20210101AFI20250110BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】小さなセル電圧であり、且つ、二酸化炭素の還元生成物を高濃度で含むガスを得られる、二酸化炭素還元電解槽、二酸化炭素還元装置、当該二酸化炭素還元装置を用いる電解方法、並びに一酸化炭素又はエチレンの製造方法を提供する。
【解決手段】アノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとの間に配置された多孔質隔膜とを有する電解槽を用いる二酸化炭素の電解方法であって、前記アノード側から電解液を供給すること、前記電解液を、前記多孔質隔膜を通過させて前記カソードに供給すること、前記アノードと前記カソードとの間に電圧を印可することで、二酸化炭素を還元すること、を含み、前記多孔質隔膜を通過する電解液が二酸化炭素を含む、二酸化炭素の電解方法。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
アノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとの間に配置された多孔質隔膜とを有する電解槽を用いる二酸化炭素の電解方法であって、
前記アノード側から電解液を供給すること、
前記電解液を、前記多孔質隔膜を通過させて前記カソードに供給すること、
前記アノードと前記カソードとの間に電圧を印可することで、前記カソードで、二酸化炭素を還元すること、
を含み、
前記多孔質隔膜を通過する電解液が二酸化炭素を含む、二酸化炭素の電解方法。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記電解液が、二酸化炭素前駆体を含有し、
前記アノードと前記カソードとの間に電圧を印可することで、前記アノードで、前記二酸化炭素前駆体の酸化反応によって二酸化炭素を発生させること、
を更に含む、請求項１に記載の二酸化炭素の電解方法。
【請求項３】
前記電解液が、炭酸塩又は炭酸水素塩を含有し、
前記アノードと前記カソードとの間に電圧を印可することで、前記アノードで、前記炭酸塩又は炭酸水素塩のプロトン化反応によって二酸化炭素を発生させること、
を更に含む、請求項１に記載の二酸化炭素の電解方法。
【請求項４】
前記電解液が、炭酸水素塩を含有し、
前記アノードに供給する電解液を加温することで、前記炭酸水素塩の分解反応によって二酸化炭素を発生させること、
を含む、請求項１に記載の二酸化炭素の電解方法。
【請求項５】
前記電解液を供給することにおける、前記電解液が二酸化炭素を含有する、請求項１に記載の二酸化炭素の電解方法。
【請求項６】
前記アノードから前記カソードに前記多孔質隔膜を通過する電解液の量Ｑ（ｍＬ／ｍｉｎ）は、カソード単位面積Ｓ（ｃｍ
2
）に対し、以下の式（１）を満たす、請求項１に記載の電解方法。
０．１＜Ｑ／Ｓ＜１０００・・・（１）
【請求項７】
前記アノードに供給する電解液の圧力を前記カソードからの流出物の圧力より大きくする、請求項１に記載の電解方法。
【請求項８】
前記二酸化炭素前駆体が、ギ酸イオン、酢酸イオン、シュウ酸イオン、及びグリコール酸イオンから選ばれる少なくとも一種である、請求項２に記載の電解方法。
【請求項９】
前記カソードで二酸化炭素を還元することにより一酸化炭素又はエチレンを生成する、請求項１に記載の電解方法。
【請求項１０】
アノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとの間に配置された多孔質隔膜とを有する電解槽を用いる一酸化炭素又はエチレンの製造方法であって、
前記アノード側から電解液を供給すること、
前記電解液を、前記多孔質隔膜を通過させて前記カソードに供給すること、
前記アノードと前記カソードとの間に電圧を印可し、前記カソードで二酸化炭素を還元することで、一酸化炭素又はエチレンを生成すること、
を含み、
前記多孔質隔膜を通過する電解液が二酸化炭素を含む、一酸化炭素又はエチレンの製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素の電解方法、一酸化炭素又はエチレンの製造方法、二酸化炭素還元電解槽、二酸化炭素還元電解装置に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
カーボンニュートラルを通じた持続可能な社会の実現のために、二酸化炭素を燃料や化学品に変換して利用する技術が求められている。二酸化炭素電解還元反応（ＣＯ２ＲＲ）は、再生可能エネルギー由来などの電力を用いて二酸化炭素を直接電気化学的に還元し有価物へと変換する反応であり、カーボンニュートラル実現のための有力な手段として注目されている。
【０００３】
また、ＣＯ２ＲＲを利用すると、二酸化炭素の還元生成物である一酸化炭素やエチレンを、電解槽への通電によって得ることができ、通電量や通電時間によって生成量を制御できることから、一酸化炭素やエチレンを簡便に得る手段として利用できる。
【０００４】
特許文献１及び２には、二酸化炭素ガスをカソードのガス拡散電極に供給する二酸化炭素還元電解槽の構成が記載されている。
【０００５】
非特許文献１には、炭酸イオンを含む電解液をカソードに供給し、バイポーラ膜を隔膜として、カソード、多孔質隔膜、アノードを接合させた二酸化炭素還元電解槽の構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１９－５６１３６号公報
国際公開ＷＯ２０２３／０３８１１６号
【非特許文献】
【０００７】
Ｅ．Ｈ．Ｓａｒｇｅｎｔｅｔａｌ，ＡＣＳＥｎｅｒｇｙＬｅｔｔ. ，４，１４２７－１４３１，（２０１９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示されているような、カソードに二酸化炭素ガスを直接供給する電解方式の場合、二酸化炭素ガスがカソードの電解反応場に溶解・拡散することで、二酸化炭素の電解還元反応が進行する。カソードで二酸化炭素の還元反応を効率的に進行させるためには、高濃度の二酸化炭素ガスを大量に供給することが望まれる。このため、電解槽から排出されるガスは、二酸化炭素の還元生成物と、大量の未反応二酸化炭素を含むこととなり、還元生成物の濃度が低い。
【０００９】
非特許文献１に開示されているような、カソードに炭酸イオンを含む電解液を供給する電解方式の場合、バイポーラ膜を用いて電解を行うと、カソード側に水素イオンが、アノード側に水酸化物イオンが発生する。発生した水素イオンが電解液中の炭酸イオンと反応し、カソードの電解反応場周辺で二酸化炭素が発生することにより、二酸化炭素の電解還元反応が進行する。カソードの電解反応場周辺で二酸化炭素が発生するため、外部から過剰の二酸化炭素ガスを供給する必要がない。このため、電解槽から排出されるガスは、二酸化炭素の還元生成物を高濃度で含む。一方、バイポーラ膜は抵抗が大きく、セル電圧が大きくなることが問題となる。
【００１０】
そこで本発明では、小さなセル電圧であり、且つ、二酸化炭素の還元生成物を高濃度で含むガスを得られる、二酸化炭素還元電解槽、二酸化炭素還元装置、当該二酸化炭素還元装置を用いる電解方法、並びに一酸化炭素又はエチレンの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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