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公開番号2025071200
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-02
出願番号2025024993,2023195927
出願日2025-02-19,2023-11-17
発明の名称グリーン水素及びグリーン電力の生成システムの実施方法
出願人ワン、チーション
代理人個人,個人,個人
主分類C01B 3/06 20060101AFI20250424BHJP(無機化学)
要約【課題】安価なグリーン水素及びグリーン電力を生成することにより、化石燃料を原因とする世界的な気候変動及び地球温暖化の問題を有効に解決する、グリーン水素及びグリーン電力の生成システムの実施方法を提供する。
【解決手段】グリーン水素及びグリーン電力の生成システムは、原料混合ユニット1、分離ユニット4、電光プラズマ分解ユニット5及び水素エネルギー発電ユニット7を備える。原料混合ユニットは、外付け水素製造触媒の原料輸送管と接続される。原料混合ユニットは、原料輸送管を介して第1の加水分解反応ユニット2に接続される。第1の加水分解反応ユニットは、原料輸送管を介して熱回収ユニット3に接続される。第1の加水分解反応ユニットは、第1の熱交換モジュール21を有し、第1の熱交換モジュールと熱回収ユニットとは、伝熱管を介して互いに接続される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
グリーン水素及びグリーン電力の生成システムの実施方法であって、
グリーン水素及びグリーン電力の生成システムは、原料混合ユニット、分離ユニット、電光プラズマ分解ユニット及び水素エネルギー発電ユニットを備え、
前記原料混合ユニットは、外付け水素製造触媒の原料輸送管と接続され、前記原料混合ユニットは、原料輸送管を介して第１の加水分解反応ユニットに接続され、前記第１の加水分解反応ユニットは、原料輸送管を介して熱回収ユニットに接続され、前記第１の加水分解反応ユニットは、第１の熱交換モジュールを有し、前記第１の熱交換モジュールと前記熱回収ユニットとは、伝熱管を介して互いに接続され、
前記分離ユニットは、原料輸送管を介して前記熱回収ユニットに接続され、
前記電光プラズマ分解ユニットは、原料輸送管を介して前記分離ユニットに接続され、前記電光プラズマ分解ユニットは、原料輸送管を介して第２の加水分解反応ユニットに接続され、前記電光プラズマ分解ユニットは、第２の熱交換モジュールを有し、前記第２の熱交換モジュールは、伝熱管を介して前記第２の加水分解反応ユニットに接続され、前記第２の加水分解反応ユニットと前記熱回収ユニットとは、原料輸送管を介して互いに接続され、
前記水素エネルギー発電ユニットは、原料輸送管を介して前記電光プラズマ分解ユニット、前記第１の加水分解反応ユニット及び前記第２の加水分解反応ユニットに接続され、前記水素エネルギー発電ユニットと前記第２の加水分解反応ユニットとは、送水管を介して互いに接続され、前記原料混合ユニットと前記熱回収ユニットとは、外部水源に接続された送水管とそれぞれ接続され、原料輸送管を介して前記原料混合ユニット中に外付け水素製造触媒を輸送し、外部水源は、給水管を介して前記原料混合ユニットに輸送する水を供給し、水素製造触媒と水とが前記原料混合ユニット内で混合され、水素製造触媒と水との混合物が原料輸送管を介して前記第１の加水分解反応ユニットに輸送され、水素製造触媒と水との混合物が前記第１の加水分解反応ユニットで加水分解反応し、水素及び酸化水素製造触媒を生成するとともに、酸化水素製造触媒が生成されるときに発生する熱含量と、一部未だ完全に反応していない水素製造触媒とが大量に放出され、熱含量は、前記第１の加水分解反応ユニットに設けられた前記第１の熱交換モジュールにより吸収され、伝熱管を介して前記熱回収ユニットに伝送され、前記第１の加水分解反応ユニット中で未だ完全に反応していない水素製造触媒は、原料輸送管を介して前記熱回収ユニットに輸送され、外部水源は、給水管を介して前記熱回収ユニットに輸送する水を供給し、集められた熱含量及び水は、未だ反応していない水素製造触媒が励起して完全に反応し、水素及び酸化水素製造触媒を生成し、前記熱回収ユニット及び前記第１の加水分解反応ユニットが生成した水素及び酸化水素製造触媒は、原料輸送管を介して前記分離ユニットに輸送され、前記分離ユニットにより気体のグリーン水素と、固体の酸化水素製造触媒とに分離し、前記分離ユニットが分離した酸化水素製造触媒は、原料輸送管を介して前記電光プラズマ分解ユニットに輸送して新たに活性化し、脱酸素した後に還元し、水素製造触媒を生成し、還元生成された水素製造触媒は、原料輸送管を介して前記第２の加水分解反応ユニットに輸送されて加水分解され、水素及び酸化水素製造触媒が生成されるとともに、酸化水素製造触媒が生成されるときに発生する熱含量を大量に放出し、熱含量は、熱伝管を介して前記電光プラズマ分解ユニットに設けた前記第２の熱交換モジュールまで伝達されて吸収され、前記第２の加水分解反応ユニットが生成した酸化水素製造触媒は、原料輸送管を介して前記熱回収ユニットに輸送され、前記熱回収ユニット、前記分離ユニット、前記電光プラズマ分解ユニット及び前記第２の加水分解反応ユニットの間で順次繰り返して循環使用し、前記電光プラズマ分解ユニットは、酸化水素製造触媒を還元して水素製造触媒を生成するとともに酸素を生成し、酸素は、原料輸送管を介して前記水素エネルギー発電ユニットに輸送され、前記第１の加水分解反応ユニット及び前記第２の加水分解反応ユニットが生成した水素は、原料輸送管を介して前記水素エネルギー発電ユニットに輸送し、前記水素エネルギー発電ユニットに輸送された酸素と一緒にグリーン電力及び水を生成し、前記水素エネルギー発電ユニットが生成した水は、送水管を介して前記第２の加水分解反応ユニットに送水されることを特徴とする、グリーン水素及びグリーン電力の生成システムの実施方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、グリーン水素及びグリーン電力の生成システムの実施方法に関する。
続きを表示（約 7,100 文字）【背景技術】
【０００２】
温室効果を発生させる多くの汚染源の中でも、悪影響が最も大きいのは二酸化炭素排出である。
二酸化炭素は化石燃料から排出されるため、二酸化炭素の排出量を減らすためには、化石燃料の依存及び使用量を減らす必要があった。
パリ協定では、再生可能エネルギー及びグリーン水素により化石燃料を代替する解決策が示されたが、従来方式によるグリーン水素を得る方法は、水電解によりグリーン水素を生成し、ソーラーエネルギー、風力発電などの再生可能エネルギーを電力源としていたため、生成されるグリーン水素の価格が非常に高く、グリーン水素により化石燃料を代替することは困難であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の主な目的は、安価なグリーン水素及びグリーン電力を生成することにより、化石燃料を原因とする世界的な気候変動及び地球温暖化の問題を有効に解決する、グリーン水素及びグリーン電力の生成システムの実施方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によれば、グリーン水素及びグリーン電力の生成システムの実施方法であって、グリーン水素及びグリーン電力の生成システムは、原料混合ユニット、分離ユニット、電光プラズマ分解ユニット及び水素エネルギー発電ユニットを備え、前記原料混合ユニットは、外付け水素製造触媒の原料輸送管と接続され、前記原料混合ユニットは、原料輸送管を介して第１の加水分解反応ユニットに接続され、前記第１の加水分解反応ユニットは、原料輸送管を介して熱回収ユニットに接続され、前記第１の加水分解反応ユニットは、第１の熱交換モジュールを有し、前記第１の熱交換モジュールと前記熱回収ユニットとは、伝熱管を介して互いに接続され、前記分離ユニットは、原料輸送管を介して前記熱回収ユニットに接続され、前記電光プラズマ分解ユニットは、原料輸送管を介して前記分離ユニットに接続され、前記電光プラズマ分解ユニットは、原料輸送管を介して第２の加水分解反応ユニットに接続され、前記電光プラズマ分解ユニットは、第２の熱交換モジュールを有し、前記第２の熱交換モジュールは、伝熱管を介して前記第２の加水分解反応ユニットに接続され、前記第２の加水分解反応ユニットと前記熱回収ユニットとは、原料輸送管を介して互いに接続され、前記水素エネルギー発電ユニットは、原料輸送管を介して前記電光プラズマ分解ユニット、前記第１の加水分解反応ユニット及び前記第２の加水分解反応ユニットに接続され、前記水素エネルギー発電ユニットと前記第２の加水分解反応ユニットとは、送水管を介して互いに接続され、前記原料混合ユニットと前記熱回収ユニットとは、外部水源に接続された送水管とそれぞれ接続され、原料輸送管を介して前記原料混合ユニット中に外付け水素製造触媒を輸送し、外部水源は、給水管を介して前記原料混合ユニットに輸送する水を供給し、水素製造触媒と水とが前記原料混合ユニット内で混合され、水素製造触媒と水との混合物が原料輸送管を介して前記第１の加水分解反応ユニットに輸送され、水素製造触媒と水との混合物が前記第１の加水分解反応ユニットで加水分解反応し、水素及び酸化水素製造触媒を生成するとともに、酸化水素製造触媒が生成されるときに発生する熱含量と、一部未だ完全に反応していない水素製造触媒とが大量に放出され、熱含量は、前記第１の加水分解反応ユニットに設けられた前記第１の熱交換モジュールにより吸収され、伝熱管を介して前記熱回収ユニットに伝送され、前記第１の加水分解反応ユニット中で未だ完全に反応していない水素製造触媒は、原料輸送管を介して前記熱回収ユニットに輸送され、外部水源は、給水管を介して前記熱回収ユニットに輸送する水を供給し、集められた熱含量及び水は、未だ反応していない水素製造触媒が励起して完全に反応し、水素及び酸化水素製造触媒を生成し、前記熱回収ユニット及び前記第１の加水分解反応ユニットが生成した水素及び酸化水素製造触媒は、原料輸送管を介して前記分離ユニットに輸送され、前記分離ユニットにより気体のグリーン水素と、固体の酸化水素製造触媒とに分離し、前記分離ユニットが分離した酸化水素製造触媒は、原料輸送管を介して前記電光プラズマ分解ユニットに輸送して新たに活性化し、脱酸素した後に還元し、水素製造触媒を生成し、還元生成された水素製造触媒は、原料輸送管を介して前記第２の加水分解反応ユニットに輸送されて加水分解され、水素及び酸化水素製造触媒が生成されるとともに、酸化水素製造触媒が生成されるときに発生する熱含量を大量に放出し、熱含量は、熱伝管を介して前記電光プラズマ分解ユニットに設けた前記第２の熱交換モジュールまで伝達されて吸収され、前記第２の加水分解反応ユニットが生成した酸化水素製造触媒は、原料輸送管を介して前記熱回収ユニットに輸送され、前記熱回収ユニット、前記分離ユニット、前記電光プラズマ分解ユニット及び前記第２の加水分解反応ユニットの間で順次繰り返して循環使用し、前記電光プラズマ分解ユニットは、酸化水素製造触媒を還元して水素製造触媒を生成するとともに酸素を生成し、酸素は、原料輸送管を介して前記水素エネルギー発電ユニットに輸送され、前記第１の加水分解反応ユニット及び前記第２の加水分解反応ユニットが生成した水素は、原料輸送管を介して前記水素エネルギー発電ユニットに輸送し、前記水素エネルギー発電ユニットに輸送された酸素と一緒にグリーン電力及び水を生成し、前記水素エネルギー発電ユニットが生成した水は、送水管を介して前記第２の加水分解反応ユニットに送水されることを特徴とする、グリーン水素及びグリーン電力の生成システムの実施方法を提供する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のグリーン水素及びグリーン電力の生成システムの実施方法は、システムで使用するグリーン水素及びグリーン電力のそれぞれをシステム稼働中で循環を絶間なく行って得ることができる上、水素製造触媒、水などの原料を、システム中で回収して再利用するため、安価なグリーン水素及びグリーン電力が得られ、化石燃料を有効に代替し、世界的な気候変動及び地球温暖化の問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本発明の一実施形態に係るグリーン水素及びグリーン電力の生成システムを示すブロック図である。
本発明の一実施形態に係る電光プラズマ分解ユニットを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１を参照する。図１に示すように、本発明の一実施形態に係るグリーン水素及びグリーン電力の生成システムは、原料混合ユニット１を備える。
原料混合ユニット１は、外付け水素製造触媒の原料輸送管と接続され、原料混合ユニット１と第１の加水分解反応ユニット２とは、原料輸送管を介して互いに接続される。
第１の加水分解反応ユニット２と熱回収ユニット３とは、原料輸送管を介して互いに接続される。
第１の加水分解反応ユニット２は、第１の熱交換モジュール２１を有し、第１の熱交換モジュール２１と熱回収ユニット３とは、伝熱管を介して互いに接続される。
本発明のグリーン水素及びグリーン電力の生成システムは、分離ユニット４をさらに備える。
熱回収ユニット３は、原料輸送管を介して分離ユニット４と接続される。
本発明のグリーン水素及びグリーン電力の生成システムは、電光プラズマ分解ユニット５をさらに備える。
電光プラズマ分解ユニット５は、原料輸送管を介して分離ユニット４と接続される。
電光プラズマ分解ユニット５と第２の加水分解反応ユニット６とは、原料輸送管を介して互いに接続される。
電光プラズマ分解ユニット５は、第２の熱交換モジュール５１を有する。
第２の熱交換モジュール５１と第２の加水分解反応ユニット６とは、伝熱管を介して互いに接続される。
第２の加水分解反応ユニット６と熱回収ユニット３とは、原料輸送管を介して互いに接続される。
本発明のグリーン水素及びグリーン電力の生成システムは、水素エネルギー発電ユニット７をさらに備える。
水素エネルギー発電ユニット７は、原料輸送管を介して電光プラズマ分解ユニット５、第１の加水分解反応ユニット２及び第２の加水分解反応ユニット６と接続される。
水素エネルギー発電ユニット７と第２の加水分解反応ユニット６とは、送水管を介して互いに接続される。
原料混合ユニット１と熱回収ユニット３とは、外部水源に接続された送水管とそれぞれ接続される。
水素エネルギー発電ユニット７は、プロトン交換膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ：ＰｏｌｙｍｅｒＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＦｕｅｌＣｅｌｌ）、個体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＦｕｅｌＣｅｌｌ）などの水素燃料電池、水素内燃機又は水素タービンなど、全ての水素エネルギー源発電装置を含む。
【０００８】
本発明のグリーン水素及びグリーン電力の生成システムを実際に使用するときは、原料輸送管を介して原料混合ユニット１中に外付け水素製造触媒を輸送する。
水素製造触媒は、コモンメタル（ＣｏｍｍｏｎＭｅｔａｌｓ）［ベースメタル（ＢａｓｅＭｅｔａｌｓ）とも称する］、金属合金、金属酸化物、及びにこれらの組み合わせからなるもののうちの何れか１つである。
金属は、好ましくは銅、鉄、アルミニウム、錫、鉛、亜鉛、ナトリウム、カルシウム、リチウム、カリウム、ニッケル、マグネシウム、ガリウム、カドミウム、ケイ素、チタンなどを含む。
また、金属酸化物は、好ましくは過酸化銅（ＣｕＯ
２
）、三酸化二鉄（Ｆｅ
２
Ｏ
３
）、四酸化三鉄（Ｆｅ
３
Ｏ
４
）、酸化アルミニウム（Ａｌ
２
Ｏ
３
）、二酸化錫（ＳｎＯ
２
）、二酸化鉛（ＰｂＯ
２
）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ナトリウム（Ｎａ
２
Ｏ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化リチウム（Ｌｉ
２
Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ
２
Ｏ）、酸化ニッケル（Ｎｉ
２
Ｏ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ガリウム（Ｇａ
２
Ｏ
３
）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ
２
）、二酸化チタン（ＴｉＯ
２
）などを含む。
外部水源は、給水管を介して原料混合ユニット１に輸送する水を供給する。水は、純水である。
水素製造触媒と水とが原料混合ユニット１内で均一に混合され、水素製造触媒と水との混合物が原料輸送管を介して第１の加水分解反応ユニット２に輸送され、水素製造触媒と水との混合物が第１の加水分解反応ユニット２で加水分解反応し、水素及び酸化水素製造触媒を生成するとともに、酸化水素製造触媒が生成されるときに発生する熱含量と、一部未だ完全に反応していない水素製造触媒とが大量に放出され、第１の加水分解反応ユニット２に設けられた第１の熱交換モジュール２１により熱含量が吸収され、伝熱管を介して熱回収ユニット３に伝送される。第１の加水分解反応ユニット２中で未だ完全に反応していない水素製造触媒は、原料輸送管を介して熱回収ユニット３に輸送される。
外部水源は、給水管を介して熱回収ユニット３に輸送する水を供給し、集められた熱含量及び水は、未だ反応していない水素製造触媒が励起して完全に反応し、水素及び酸化水素製造触媒が生成される。
熱回収ユニット３及び第１の加水分解反応ユニット２が生成した水素及び酸化水素製造触媒は、原料輸送管を介して分離ユニット４に輸送され、分離ユニット４により気体のグリーン水素と、固体の酸化水素製造触媒とに分離する。
グリーン水素は、システムで使用するのに提供されてもよいし、システム外部に出力されて各種応用に用いてもよい。
酸化水素製造触媒は、原料輸送管を介して電光プラズマ分解ユニット５に輸送されて新たに活性化され、脱酸素した後に還元し、水素製造触媒を生成する。還元生成された水素製造触媒は、原料輸送管を介して第２の加水分解反応ユニット６に輸送されて加水分解され、水素及び酸化水素製造触媒が生成されるとともに、酸化水素製造触媒が生成されるときに発生する熱含量（ＨｅａｔｏｆＥｎｔｈａｌｐｙ）を大量に放出する。
熱含量は、熱伝管を介して電光プラズマ分解ユニット５に設けた第２の熱交換モジュール５１まで伝達されて吸収され、電光プラズマ分解ユニット５中で一部の還元熱を用い、消費電力を減らすとともに、酸化水素製造触媒の還元分解効率を高め、第２の加水分解反応ユニット６が生成した酸化水素製造触媒は、原料輸送管を介して熱回収ユニット３に輸送され、熱回収ユニット３、分離ユニット４、電光プラズマ分解ユニット５及び第２の加水分解反応ユニット６の間で順次繰り返して循環使用することができる。
電光プラズマ分解ユニット５は、酸化水素製造触媒を還元して水素製造触媒を生成するとともに酸素を生成する。
酸素は、原料輸送管を介して水素エネルギー発電ユニット７に輸送される。
第１の加水分解反応ユニット２及び第２の加水分解反応ユニット６が生成した水素は、原料輸送管を介して水素エネルギー発電ユニットに輸送し、水素エネルギー発電ユニット７に輸送された酸素と一緒にグリーン電力及び水を生成する。
水素エネルギー発電ユニット７が生成した水は、送水管を介して第２の加水分解反応ユニット６に送水され、第２の加水分解反応ユニット６が加水分解を行うのに必要な水を補給する。
水素エネルギー発電ユニット７が生成したグリーン電力は、システムの稼働に必要な電力を供給し、システム外部に出力して各種応用に用いてもよい。
【０００９】
本発明は、システム中で使用するグリーン水素及びグリーン電力のそれぞれをシステム稼働しながら自給自足し、循環を絶間なく行うことができる。
また、水電解を使用しなくてもグリーン水素を生成することができる上、ソーラーエネルギー、風力発電などの再生可能電力を使用する必要がないため、グリーン水素及びグリーン電力を購入するコストを有効に節減することもできる。
また、本発明はシステム中で使用する必要がある水素製造触媒、水などの原料を、水素製造触媒を使用した後でも、システムにより新たに活性化して循環使用を絶間なく行うことができる。
また、システム稼働の過程で、水を回収して再利用することができるため、外部の水の必要量を大幅に減らすことができる。
このように、本発明は、安価なグリーン水素及びグリーン電力が得られるため、化石燃料を有効に代替し、世界的な気候変動及び地球温暖化の問題を有効に解決することができる。
また、本発明は、グリーン水素及びグリーン電力の生成が可逆性（Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ）、互換性（Ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅａｂｌｅ）などの特長を備える。
そのため、電気代が安い夜間の時間帯にグリーン水素の生成及び貯蔵を行っておき、昼間のピーク時にグリーン水素を使用してグリーン電力を生成することもできる。
このように柔軟的に様々な方式で実施することができるため、収入を増やし、経済収益を高めることができる。
また、本発明のシステムは、現場の必要量（Ｏｎ－ＳｉｔｅａｎｄＯｎ－Ｄｅｍａｎｄ）に応じて、水素を使用する際に加水してグリーン水素を生成することができる。このように、固体水素製造触媒を使用してグリーン水素を生成するため、水素の貯蔵及び輸送の際の危険性、高コストなどの問題を有効に解決することができる。
【００１０】
ここで、本発明の電光プラズマ分解ユニット５は、図２に示すように、ユニット本体５２の外側に第２の熱交換モジュール５１を取り付けてもよい。
ユニット本体５２内には、人工雷モジュール（ＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＬｉｇｈｔｎｉｎｇＭｏｄｕｌｅ）５３、電光プラズマ分解モジュール５４、エネルギー保留再調節モジュール５５及び分離浄化モジュール５６が順次設けられる。酸化水素製造触媒は、電光プラズマ分解ユニット５に進入した後、人工雷処理、電光プラズマ分解処理、エネルギー保留再調節処理及び分離浄化処理を順次行い、酸化水素製造触媒を還元し、水素製造触媒を生成する。ここで、電光プラズマ分解ユニット５を利用すると、酸化水素製造触媒を新たに活性化し、脱酸素した後に還元し、新しい水素製造触媒を生成して再使用することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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