JP7578077B2 - 燃料製造プラント - Google Patents
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Description
本発明は、燃料製造プラントに関する。
特許文献１は、バイオエタノール由来の水素と二酸化炭素を用いてメタンを生成する技術を開示している。
特許文献２は、水を電気分解する際に副生される酸素を有効活用すべく、当該副生酸素を、アンモニア誘導体を合成する際に使用される二酸化炭素を生成するのに消費することを提案している。
二酸化炭素と水素とを反応させて炭化水素を生成するコストに関して改善の余地が残されている。
本発明の目的は、二酸化炭素と水素とを反応させて炭化水素を生成するコストを低減する技術を提供することにある。
本願発明の観点によれば、水を電気分解して水素と酸素を生成する電気分解装置と、糖類を分解してエタノールと二酸化炭素を生成するエタノール生成装置と、二酸化炭素と水素とを反応させて炭化水素を生成する炭化水素生成装置と、前記電気分解装置と前記炭化水素生成装置を連結することで、前記電気分解装置で生成された水素を前記炭化水素生成装置に供給する水素供給部と、前記電気分解装置と前記エタノール生成装置を連結することで、前記電気分解装置で生成された酸素を前記エタノール生成装置に供給する酸素供給部と、前記エタノール生成装置と前記炭化水素生成装置を連結することで、前記エタノール生成装置で生成された二酸化炭素を前記炭化水素生成装置に供給する二酸化炭素供給部と、を備えた、燃料製造プラントが提供される。
前記エタノール生成装置は、酵母菌を製造する酵母菌製造部と、糖化酵素を製造する糖化酵素製造部と、ボイラと、のうち少なくとも１つを含み、前記酸素供給部によって前記エタノール生成装置に供給された酸素は、前記酵母菌製造部及び前記糖化酵素製造部、前記ボイラのうち少なくとも何れか１つで消費されてもよい。
前記エタノール生成装置は、酵母菌を用いて単糖類又は少糖類を分解する発酵部を含み、前記二酸化炭素供給部は、前記エタノール生成装置を稼働させてから所定時間が経過し、又は、前記発酵部からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が第１の閾値以上となったら、前記発酵部からの排気ガスを前記炭化水素生成装置に供給してもよい。
前記二酸化炭素供給部は、前記エタノール生成装置を稼働させてから所定時間が経過するまで、又は、前記発酵部からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が第１の閾値未満であるうちは、前記発酵部からの排気ガスを大気放出してもよい。
前記二酸化炭素供給部は、前記エタノール生成装置を稼働させてから所定時間が経過するまで、又は、前記発酵部からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が第１の閾値未満であるうちは、前記発酵部からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が上昇するように当該排気ガスを濃縮し、濃縮後の排気ガスを前記炭化水素生成装置に供給してもよい。
藻類を生育する藻類生育装置、又は、二酸化炭素を還元して有機酸を合成する有機酸合成装置を更に備え、前記二酸化炭素供給部は、前記エタノール生成装置を稼働させてから所定時間が経過するまで、又は、前記発酵部からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が第１の閾値未満であるうちは、前記発酵部からの排気ガスを、前記藻類生育装置又は前記有機酸合成装置に供給してもよい。
前記二酸化炭素供給部は、前記エタノール生成装置で生成された二酸化炭素を貯留する二酸化炭素貯留部を含み、前記エタノール生成装置で生成された二酸化炭素を前記二酸化炭素貯留部に貯留すると共に、前記二酸化炭素貯留部に貯留した二酸化炭素を前記炭化水素生成装置に供給してもよい。
大気から二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を前記二酸化炭素貯留部に供給する二酸化炭素回収装置と、前記二酸化炭素貯留部に貯留されている二酸化炭素の貯留量が所定値を下回ったとき、前記貯留量が増えるように前記二酸化炭素回収装置を稼働させるコントローラと、を更に備えてもよい。
前記エタノール生成装置は、酵母菌を製造する酵母菌製造部と、糖化酵素を製造する糖化酵素製造部と、ボイラと、のうち少なくとも１つを含み、前記酸素供給部によって前記エタノール生成装置に供給された酸素は、前記酵母菌製造部及び前記糖化酵素製造部、前記ボイラのうち少なくとも何れか１つで消費されてもよい。
前記エタノール生成装置は、酵母菌を用いて単糖類又は少糖類を分解する発酵部を含み、前記二酸化炭素供給部は、前記エタノール生成装置を稼働させてから所定時間が経過し、又は、前記発酵部からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が第１の閾値以上となったら、前記発酵部からの排気ガスを前記炭化水素生成装置に供給してもよい。
前記二酸化炭素供給部は、前記エタノール生成装置を稼働させてから所定時間が経過するまで、又は、前記発酵部からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が第１の閾値未満であるうちは、前記発酵部からの排気ガスを大気放出してもよい。
前記二酸化炭素供給部は、前記エタノール生成装置を稼働させてから所定時間が経過するまで、又は、前記発酵部からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が第１の閾値未満であるうちは、前記発酵部からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が上昇するように当該排気ガスを濃縮し、濃縮後の排気ガスを前記炭化水素生成装置に供給してもよい。
藻類を生育する藻類生育装置、又は、二酸化炭素を還元して有機酸を合成する有機酸合成装置を更に備え、前記二酸化炭素供給部は、前記エタノール生成装置を稼働させてから所定時間が経過するまで、又は、前記発酵部からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が第１の閾値未満であるうちは、前記発酵部からの排気ガスを、前記藻類生育装置又は前記有機酸合成装置に供給してもよい。
前記二酸化炭素供給部は、前記エタノール生成装置で生成された二酸化炭素を貯留する二酸化炭素貯留部を含み、前記エタノール生成装置で生成された二酸化炭素を前記二酸化炭素貯留部に貯留すると共に、前記二酸化炭素貯留部に貯留した二酸化炭素を前記炭化水素生成装置に供給してもよい。
大気から二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を前記二酸化炭素貯留部に供給する二酸化炭素回収装置と、前記二酸化炭素貯留部に貯留されている二酸化炭素の貯留量が所定値を下回ったとき、前記貯留量が増えるように前記二酸化炭素回収装置を稼働させるコントローラと、を更に備えてもよい。
本発明によれば、二酸化炭素と水素とを反応させて炭化水素を生成するコストが低減する。
以下、図１から図５を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。図１には、本実施形態の燃料製造プラント１を示している。
燃料製造プラント１は、少なくとも、電気分解装置２、エタノール生成装置３、炭化水素生成装置４、水素供給部５、酸素供給部６、二酸化炭素供給部７を含む。
電気分解装置２は、水を電気分解して水素と酸素を生成する。
エタノール生成装置３は、糖類を分解してエタノールと二酸化炭素を生成する。
炭化水素生成装置４は、二酸化炭素と水素とを反応させて炭化水素を生成する。
水素供給部５は、電気分解装置２と炭化水素生成装置４を典型的にはパイプで連結することで、電気分解装置２で生成された水素を炭化水素生成装置４に供給する。
酸素供給部６は、電気分解装置２とエタノール生成装置３を典型的にはパイプで連結することで、電気分解装置２で生成された酸素をエタノール生成装置３に供給する。
二酸化炭素供給部７は、エタノール生成装置３と炭化水素生成装置４を典型的にはパイプで連結することで、エタノール生成装置３で生成された二酸化炭素を炭化水素生成装置４に供給する。
以上の構成によれば、電気分解装置２において副生物として生成された酸素、及び、エタノール生成装置３において副生物として生成された二酸化炭素を有効活用することができるので、炭化水素生成装置４で炭化水素を低コストで生成することができる。
図１に示すように、燃料製造プラント１は、更に、藻類生育装置８、有機酸合成装置９、肥料生成装置１０を備えている。
藻類生育装置８には、エタノール生成装置３で生成された二酸化炭素が二酸化炭素供給部７を経由して供給されるように構成されている。藻類生育装置８には、エタノール生成装置３で生成されたエタノールが供給されるように構成されている。更に、藻類生育装置８には、電気分解装置２で生成された酸素が酸素供給部６を経由して供給されるように構成されている。
有機酸合成装置９には、エタノール生成装置３で生成された二酸化炭素が二酸化炭素供給部７を経由して供給されるように構成されている。有機酸合成装置９には、炭化水素生成装置４で生成された副生物としての水が供給されるように構成されている。
肥料生成装置１０には、エタノール生成装置３で生成された二酸化炭素が二酸化炭素供給部７を経由して供給されるように構成されている。
藻類生育装置８は、例えばカゲキノリやユーグレナなどの藻類を生育する装置である。カゲキノリは、牛のゲップを抑制する効果が期待されている。ユーグレナは、ジェット燃料やディーゼル燃料の原料となり得る。藻類生育装置８は、エタノール生成装置３から供給された二酸化炭素を用いて藻類の生育を促進する。また、藻類生育装置８は、エタノール生成装置３から供給されたエタノールを藻類培養の栄養源として用い得る。また、藻類生育装置８は、電気分解装置２から供給された酸素を用いて魚類の生育を促進してもよい。魚類は、魚類の排泄物が藻類に栄養源となり、生育時の養分となるので、藻類の生育に寄与すると考えられる。また、藻類生育装置８は、製鉄所から排出された鉄鋼スラグを藻類生育に活用することも考えられる。鉄鋼スラグは、鉄やリン、マグネシウム、カルシウム、マンガンを多く含むため藻類の増殖に寄与することが期待される。
有機酸合成装置９は、二酸化炭素を還元して有機酸を合成する。有機酸は、典型的には、酢酸やギ酸である。有機酸は、サイレージ(silage)に混合させることでサイレージに含まれる微生物の活性が低下し、サイレージの食味低下となる過発酵を抑制する効果を期待し得る。また、有機酸は、エタノール生成装置３における酵母菌の活性を一時的に抑制することで、酵母菌のそれ以降の活性を増大させる効果を期待し得る。従って、有機酸合成装置９で生成された有機酸がエタノール生成装置３に供給される構成も考えられる。
肥料生成装置１０は、エタノール生成装置３から供給された二酸化炭素と、大気中から分離した窒素と、を反応させてアンモニアや尿素を生成する。アンモニアや尿素は、肥料として利用し得る。
図２には、電気分解装置２の構成図を示している。図２に示すように、電気分解装置２は、例えば太陽光パネルなどの外部電源から供給された電力を用いて水を電気分解して水素と酸素を生成する電気分解部２ａを有する。
図３には、電気分解装置２の変形例を示している。図３に示すように、本変形例において、電気分解装置２は、電気分解部２ｂ及び水素分離部２ｃを有する。電気分解部２ｂは、有機ハイドライド電解合成法を用いてメチルシクロヘキサン（ＭＣＨ）と酸素を生成する。水素分離部２ｃは、電気分解部２ｂが生成したメチルシクロヘキサンから水素を分離する。なお、メチルシクロヘキサンは常温で液体であるので貯蔵及び輸送に適していると共に容易に水素を分離することができるので、電気分解装置２で生成したメチルシクロヘキサンを貯蔵したり、燃料製造プラント１から搬出することが考えられる。
図１に戻り、炭化水素生成装置４は、二酸化炭素と水素とを反応させて炭化水素を生成する。具体的には、炭化水素生成装置４は、以下の反応式に従って炭化水素を生成する。
炭化水素は典型的にはメタンであり、精留を経て液化メタンとされて合成液体燃料として多方面に利用され得る。また、最終生成物を炭素数５～１３程度のイソパラフィンとすることで、更に輸送に適した燃料とすることができる。
炭化水素生成装置４での副生物である水は、電気分解装置２で利用されてもよく、藻類生育装置８で魚類を生育するのに利用されてもよく、エタノール生成装置３の発酵部２２で利用されてもよい。
図４には、エタノール生成装置３の構成図を示している。エタノール生成装置３は、前処理部２０、糖化部２１、発酵部２２、精留部２３、ボイラ２４、糖化酵素製造部２５、酵母菌製造部２６、残渣発酵部２７を含む。
前処理部２０は、外部から供給されたバイオマス原料から多糖類であるセルロースを分離する。
糖化部２１は、前処理部２０又は外部から供給された多糖類を糖化酵素を用いて単糖類又は少糖類に分解する。外部から供給される多糖類とは、典型的には、トウモロコシである。
発酵部２２は、糖化部２１又は外部から供給された単糖類又は少糖類を酵母菌を用いて分解してエタノールと二酸化炭素を生成する。外部から供給される少糖類とは、典型的には、サトウキビである。発酵部２２は、上記の分解プロセスを連続的に行う連続式、又は、上記の分解プロセスを間欠的に行うバッチ式に構成し得る。発酵部２２は、生成した二酸化炭素を二酸化炭素供給部７に排出する。発酵部２２は、生成したエタノールを精留部２３に供給する。
精留部２３は、発酵部２２から供給されたエタノールを精留する。精留部２３によって精留されたエタノールは、典型的には、所謂バイオエタノールとして多方面で活用される。
ボイラ２４は、外部から供給された燃料や残渣発酵部２７から供給された燃料（メタンガス）を燃焼し、燃焼時に得られる燃焼熱で水蒸気を生成する。ボイラ２４で生成された水蒸気は前処理部２０に供給され、前処理部２０においてバイオマス原料の分離プロセスにおける熱源として利用される。また、ボイラ２４で生成された水蒸気は精留部２３に供給され、ボイラ２４における精留プロセスの熱源として利用される。ボイラ２４には酸素供給部６を経由して酸素が供給され、当該酸素は燃料の燃焼に利用される。この酸素供給により、空気をボイラ２４に圧送するブロワの消費電力を抑制することができる。ボイラ２４は、燃焼式に代えて電熱式であってもよい。ボイラ２４に蒸気タービンが接続され、ボイラ２４で生成された水蒸気を用いて発電することも考えられる。
糖化酵素製造部２５は、糖化酵素を製造する。糖化酵素製造部２５は、製造した糖化酵素を糖化部２１に供給する。糖化酵素製造部２５には酸素供給部６を経由して酸素が供給され、当該酸素は糖化酵素の製造に利用される。この酸素供給により、空気を糖化酵素製造部２５に圧送するブロワの消費電力を抑制することができる。
酵母菌製造部２６は、酵母菌を製造する。酵母菌製造部２６は、製造した酵母菌を発酵部２２に供給する。酵母菌製造部２６には酸素供給部６を経由して酸素が供給され、当該酸素は酵母菌の製造に利用される。この酸素供給により、空気を酵母菌製造部２６に圧送するブロワの消費電力を抑制することができる。
残渣発酵部２７は、糖化部２１や発酵部２２から排出された残渣をメタン発酵させてメタンガス及び二酸化炭素を生成する。残渣発酵部２７は、生成したメタンガスをボイラ２４に供給する。また、残渣発酵部２７は、生成した二酸化炭素を二酸化炭素供給部７に排出する。
図５には、二酸化炭素供給部７の構成図を示している。前述したように、二酸化炭素供給部７は、エタノール生成装置３と炭化水素生成装置４を連結することで、エタノール生成装置３で生成された二酸化炭素を炭化水素生成装置４に供給する。しかし、エタノール生成装置３から排出される排気ガスにおける二酸化炭素の濃度は一定ではない。例えば、エタノール生成装置３の稼働を開始した直後では排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が低い。また、エタノール生成装置３を稼働してから所定時間経過した後であっても排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が一時的に低下する場合もあり得る。従って、図５に示すように、二酸化炭素供給部７は、炭化水素生成装置４に二酸化炭素を安定的に供給するために、様々な構成を具備している。
即ち、二酸化炭素供給部７は、エタノール生成装置３で生成された二酸化炭素を貯留する二酸化炭素貯留部としてのタンク３０を含む。二酸化炭素供給部７は、エタノール生成装置３で生成された二酸化炭素をタンク３０に貯留すると共に、タンク３０に貯留した二酸化炭素を炭化水素生成装置４に供給する。これにより、エタノール生成装置３から排出される排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が一時的に低下しても、安定して二酸化炭素を炭化水素生成装置４に供給できる。
具体的には、二酸化炭素供給部７は、エタノール生成装置３とタンク３０を連結する第１パイプ３１と、タンク３０と炭化水素生成装置４を連結する第２パイプ３２を備える。第１パイプ３１は、エタノール生成装置３の発酵部２２に接続されている。従って、第１パイプ３１には、主として、二酸化炭素の濃度が高い排気ガスが流れる。第１パイプ３１には、第１濃度計３１ａと第１切替弁３１ｂが排気ガスの流れの向きに沿ってこの記載順に設けられている。
二酸化炭素供給部７は、濃縮装置３３を備える。二酸化炭素供給部７は、エタノール生成装置３と濃縮装置３３を連結する第３パイプ３４と、濃縮装置３３とタンク３０を連結する第４パイプ３５と、を備える。第３パイプ３４は、エタノール生成装置３の前処理部２０、糖化部２１、精留部２３、糖化酵素製造部２５、酵母菌製造部２６、残渣発酵部２７に接続されている。従って、第３パイプ３４には、主として、二酸化炭素の濃度が中程度である排気ガスが流れる。第３パイプ３４には、第２濃度計３４ａ、第２切替弁３４ｂ、第３濃度計３４ｃ、第３切替弁３４ｄが、排気ガスの流れの向きに沿ってこの記載順に設けられている。
二酸化炭素供給部７は、装置内ＤＡＣ４０（Direct Air Capture）と装置外ＤＡＣ４１を備えている。装置内ＤＡＣ４０は、閉鎖空間を構成するエタノール生成装置３内の空気から二酸化炭素を例えばアミン吸収法を用いて捕集する。装置外ＤＡＣ４１は、エタノール生成装置３外の空気から二酸化炭素を捕集する。二酸化炭素供給部７は、装置内ＤＡＣ４０と第３パイプ３４を連結する第５パイプ４２と、装置外ＤＡＣ４１と第３パイプ３４を連結する第６パイプ４３と、を備える。
第５パイプ４２は、第３パイプ３４の第２切替弁３４ｂと第３濃度計３４ｃの間の合流点３４Ｐに接続されている。同様に、第６パイプ４３は、合流点３４Ｐに接続されている。
第５パイプ４２には、第４濃度計４２ａ、第４切替弁４２ｂが、排気ガスの流れの向きに沿ってこの記載順に設けられている。同様に、第６パイプ４３には、第５濃度計４３ａ、第５切替弁４３ｂが、排気ガスの流れの向きに沿ってこの記載順に設けられている。
また、二酸化炭素供給部７は、第１切替弁３１ｂと第３パイプ３４を連結する第７パイプ４４を備えている。第７パイプ４４は、合流点３４Ｐに接続されている。
また、二酸化炭素供給部７は、第３切替弁３４ｄと、藻類生育装置８及び有機酸合成装置９、肥料生成装置１０を連結する第８パイプ４５を備えている。
また、二酸化炭素供給部７は、タンク３０に貯留されている二酸化炭素の貯留量を測定する貯留量センサ４６と、コントローラ４７と、を備えている。
貯留量センサ４６は、典型的には、タンク３０の内圧値を測定する。
コントローラ４７は、第１濃度計３１ａ、第２濃度計３４ａ、第３濃度計３４ｃ、第４濃度計４２ａ、第５濃度計４３ａ、及び、貯留量センサ４６からの出力信号を受信する。コントローラ４７は、この受信結果に基づいて、第１切替弁３１ｂ、第２切替弁３４ｂ、第３切替弁３４ｄ、第４切替弁４２ｂ、第５切替弁４３ｂ、装置内ＤＡＣ４０、装置外ＤＡＣ４１、濃縮装置３３の動作を制御する。コントローラ４７は、典型的には、CPUとRAM、ROMを備えたコンピュータであって、CPUがROMに記憶されたプログラムを読み込んで実行することで、上記の制御を実行する。
次に、二酸化炭素供給部７の動作を詳細に説明する。
まず、エタノール生成装置３の稼働を開始すると、エタノール生成装置３から二酸化炭素を含む排気ガスが排出される。エタノール生成装置３からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度は、稼働開始直後は外気のものとほぼ同程度であり、時間の経過と共に徐々に上昇する。
コントローラ４７は、第１濃度計３１ａの出力信号に基づいて、エタノール生成装置３から第１パイプ３１に排出される排気ガスの二酸化炭素濃度を取得する。コントローラ４７は、当該排気ガスの二酸化炭素濃度が低濃度側閾値未満であるとき、第１切替弁３１ｂを制御して、当該排気ガスをエタノール生成装置３の装置内に放出する。コントローラ４７は、当該排気ガスの二酸化炭素濃度が低濃度側閾値未満であるとき、第１切替弁３１ｂを制御して、当該排気ガスをエタノール生成装置３の装置外の大気に放出する構成も考えられる。コントローラ４７は、当該排気ガスの二酸化炭素濃度が低濃度側閾値以上であって高濃度側閾値未満であるとき、第１切替弁３１ｂを制御して、当該排気ガスが第７パイプ４４に流れるようにする。コントローラ４７は、当該排気ガスの二酸化炭素濃度が高濃度側閾値以上であるとき、第１切替弁３１ｂを制御して、当該排気ガスがタンク３０に向かって流れるようにする。この制御によれば、タンク３０に二酸化炭素濃度が低い排気ガスが供給されることを防止できる。なお、低濃度側閾値は、例えば０．３～０．５vol%であり、高濃度側閾値は、例えば９５～９８vol%であるが、これらに限定されない。
コントローラ４７は、第２濃度計３４ａの出力信号に基づいて、エタノール生成装置３から第３パイプ３４に排出される排気ガスの二酸化炭素濃度を取得する。コントローラ４７は、当該排気ガスの二酸化炭素濃度が低濃度側閾値未満であるとき、第２切替弁３４ｂを制御して、当該排気ガスをエタノール生成装置３の装置内に放出する。コントローラ４７は、当該排気ガスの二酸化炭素濃度が低濃度側閾値未満であるとき、第２切替弁３４ｂを制御して、当該排気ガスをエタノール生成装置３の装置外の大気に放出する構成も考えられる。コントローラ４７は、当該排気ガスの二酸化炭素濃度が低濃度側閾値以上であるとき、第２切替弁３４ｂを制御して、当該排気ガスが合流点３４Ｐに向かって流れるようにする。
コントローラ４７は、第４濃度計４２ａの出力信号に基づいて、装置内ＤＡＣ４０から第５パイプ４２に供給されるガスの二酸化炭素濃度を取得する。コントローラ４７は、当該ガスの二酸化炭素濃度が低濃度側閾値未満であるとき、第４切替弁４２ｂを制御して、当該ガスをエタノール生成装置３の装置外の大気に放出する。コントローラ４７は、当該ガスの二酸化炭素濃度が低濃度側閾値以上であるとき、第４切替弁４２ｂを制御して、当該ガスが合流点３４Ｐに向かって流れるようにする。
コントローラ４７は、第５濃度計４３ａの出力信号に基づいて、装置外ＤＡＣ４１から第６パイプ４３に供給されるガスの二酸化炭素濃度を取得する。コントローラ４７は、当該ガスの二酸化炭素濃度が低濃度側閾値未満であるとき、第５切替弁４３ｂを制御して、当該ガスをエタノール生成装置３の装置外の大気に放出する。コントローラ４７は、当該ガスの二酸化炭素濃度が低濃度側閾値以上であるとき、第５切替弁４３ｂを制御して、当該ガスが合流点３４Ｐに向かって流れるようにする。
コントローラ４７は、第３濃度計３４ｃの出力信号に基づいて、合流点３４Ｐから下流に流れるガスの二酸化炭素濃度を取得する。コントローラ４７は、当該ガスの二酸化炭素濃度が中濃度側閾値未満であるとき、第３切替弁３４ｄを制御して、当該ガスを藻類生育装置８、有機酸合成装置９、又は、肥料生成装置１０の何れか１つ又は複数に供給する。コントローラ４７は、当該ガスの二酸化炭素濃度が中濃度側閾値以上であるとき、第３切替弁３４ｄを制御して、当該ガスが濃縮装置３３に向かって流れるようにする。なお、中濃度側閾値は、例えば１０vol%であるが、これに限定されない。
濃縮装置３３は、第３パイプ３４から供給されたガスにおける二酸化炭素の濃度が上昇するように当該ガスを濃縮する。典型的には、濃縮装置３３は、第３パイプ３４から供給されたガスにおける二酸化炭素の濃度が高濃度側閾値以上となるように当該ガスを濃縮する。濃縮方法としては、典型的には、天然ゼオライト（フェリエライト型）を利用した圧力スイング（PSA）型吸着法である。濃縮装置３３は、濃縮後のガスをタンク３０に排出する。
タンク３０に供給されたガスは、図示しないガス圧縮機を経由して炭化水素生成装置４へと供給される。
コントローラ４７は、貯留量センサ４６の出力信号に基づいて、タンク３０の内圧値を取得する。コントローラ４７は、当該内圧値が所定値未満であるとき、装置内ＤＡＣ４０及び装置外ＤＡＣ４１を稼働させる。これにより、タンク３０における二酸化炭素の貯留量（＝タンク３０の内圧値）を回復させることができる。コントローラ４７は、当該内圧値が所定値以上であるとき、装置内ＤＡＣ４０及び装置外ＤＡＣ４１の稼働を停止させる。これにより、二酸化炭素供給部７の消費電力を抑制することができる。
以上に、本願発明の好適な実施形態を説明したが、上記実施形態は以下の特徴を有する。
図１に示すように、燃料製造プラント１は、水を電気分解して水素と酸素を生成する電気分解装置２と、糖類を分解してエタノールと二酸化炭素を生成するエタノール生成装置３と、二酸化炭素と水素とを反応させて炭化水素を生成する炭化水素生成装置４と、を備える。燃料製造プラント１は、更に、電気分解装置２と炭化水素生成装置４を連結することで、電気分解装置２で生成された水素を炭化水素生成装置４に供給する水素供給部５と、電気分解装置２とエタノール生成装置３を連結することで、電気分解装置２で生成された酸素をエタノール生成装置３に供給する酸素供給部６と、エタノール生成装置３と炭化水素生成装置４を連結することで、エタノール生成装置３で生成された二酸化炭素を炭化水素生成装置４に供給する二酸化炭素供給部７と、を備える。以上の構成によれば、電気分解装置２において副生物として生成された酸素、及び、エタノール生成装置３において副生物として生成された二酸化炭素を有効活用することができるので、炭化水素生成装置４で炭化水素を低コストで生成することができる。
また、図４に示すように、エタノール生成装置３は、酵母菌を製造する酵母菌製造部２６と、糖化酵素を製造する糖化酵素製造部２５と、ボイラ２４と、を備える。酸素供給部６によってエタノール生成装置３に供給された酸素は、酵母菌製造部２６及び糖化酵素製造部２５、ボイラ２４で消費される。以上の構成によれば、酸素供給部６によってエタノール生成装置３に供給された酸素を有効活用することができる。なお、酵母菌製造部２６と糖化酵素製造部２５、ボイラ２４のうち何れか１つ又は複数を省略することができる。酸素供給部６によってエタノール生成装置３に供給された酸素は、酵母菌製造部２６及び糖化酵素製造部２５、ボイラ２４のうち少なくとも何れか１つ又は複数で利用され得る。
図４に示すように、エタノール生成装置３は、酵母菌を用いて単糖類又は少糖類を分解する発酵部２２を含む。二酸化炭素供給部７は、発酵部２２からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が高濃度側閾値（第１の閾値）以上となったら、発酵部２２からの排気ガスを炭化水素生成装置４に供給する。以上の構成によれば、二酸化炭素の濃度が低いガスが炭化水素生成装置４に供給されるのを防止できる。なお、二酸化炭素供給部７は、発酵部２２からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度をモニタリングし、モニタリング結果に基づいて発酵部２２からの排気ガスを炭化水素生成装置４に供給するか決定することに代えて、エタノール生成装置３の稼働開始からの経過時間に基づいて上記決定をしてもよい。例えば、エタノール生成装置３の稼働開始からの経過時間が８時間に達したら、発酵部２２からの排気ガスを炭化水素生成装置４に供給するようにしてもよい。この場合、エタノール生成装置３からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度を測定するための濃度計を省略することができる。
また、二酸化炭素供給部７は、発酵部２２からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が高濃度側閾値未満であるうちは、発酵部２２からの排気ガスを大気放出するようにしてもよい。以上の構成によれば、二酸化炭素の濃度が低いガスが炭化水素生成装置４に供給されるのを防止できる。
また、二酸化炭素供給部７は、発酵部２２からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が高濃度側閾値未満であるうちは、発酵部２２からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が上昇するように当該排気ガスを濃縮し、濃縮後の排気ガスを炭化水素生成装置４に供給するようにしてもよい。以上の構成によれば、二酸化炭素の濃度が低いガスが炭化水素生成装置４に供給されるのを防止できる。
また、燃料製造プラント１は、藻類を生育する藻類生育装置８、及び、二酸化炭素を還元して有機酸を合成する有機酸合成装置９を更に備える。二酸化炭素供給部７は、発酵部２２からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が高濃度側閾値未満であるうちは、発酵部２２からの排気ガスを、藻類生育装置８及び有機酸合成装置９に供給するようにしてもよい。以上の構成によれば、二酸化炭素濃度が低い排気ガスを有効活用することができる。
また、二酸化炭素供給部７は、エタノール生成装置３で生成された二酸化炭素を貯留するタンク３０（二酸化炭素貯留部）を含む。エタノール生成装置３で生成された二酸化炭素をタンク３０に貯留すると共に、タンク３０に貯留した二酸化炭素を炭化水素生成装置４に供給する。以上の構成によれば、炭化水素生成装置４に安定的に二酸化炭素を供給できる。
また、燃料製造プラント１は、大気から二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素をタンク３０に供給する二酸化炭素回収装置として、装置内ＤＡＣ４０及び装置外ＤＡＣ４１を備える。燃料製造プラント１は、タンク３０に貯留されている二酸化炭素の貯留量が所定値を下回ったとき、貯留量が増えるように装置内ＤＡＣ４０及び装置外ＤＡＣ４１を稼働させるコントローラ４７を更に備える。以上の構成によれば、炭化水素生成装置４に更に安定的に二酸化炭素を供給できるようになる。
１ 燃料製造プラント
２ 電気分解装置
２ａ 電気分解部
２ｂ 電気分解部
２ｃ 水素分離部
３ エタノール生成装置
４ 炭化水素生成装置
５ 水素供給部
６ 酸素供給部
７ 二酸化炭素供給部
８ 藻類生育装置
９ 有機酸合成装置
１０ 肥料生成装置
２０ 前処理部
２１ 糖化部
２２ 発酵部
２３ 精留部
２４ ボイラ
２５ 糖化酵素製造部
２６ 酵母菌製造部
２７ 残渣発酵部
３０ タンク
３１ 第１パイプ
３１ａ 第１濃度計
３１ｂ 第１切替弁
３２ 第２パイプ
３３ 濃縮装置
３４ 第３パイプ
３４ａ 第２濃度計
３４ｂ 第２切替弁
３４ｃ 第３濃度計
３４ｄ 第３切替弁
３４Ｐ 合流点
３５ 第４パイプ
４０ 装置内ＤＡＣ
４１ 装置外ＤＡＣ
４２ 第５パイプ
４２ａ 第４濃度計
４２ｂ 第４切替弁
４３ 第６パイプ
４３ａ 第５濃度計
４３ｂ 第５切替弁
４４ 第７パイプ
４５ 第８パイプ
４６ 貯留量センサ
４７ コントローラ
２ 電気分解装置
２ａ 電気分解部
２ｂ 電気分解部
２ｃ 水素分離部
３ エタノール生成装置
４ 炭化水素生成装置
５ 水素供給部
６ 酸素供給部
７ 二酸化炭素供給部
８ 藻類生育装置
９ 有機酸合成装置
１０ 肥料生成装置
２０ 前処理部
２１ 糖化部
２２ 発酵部
２３ 精留部
２４ ボイラ
２５ 糖化酵素製造部
２６ 酵母菌製造部
２７ 残渣発酵部
３０ タンク
３１ 第１パイプ
３１ａ 第１濃度計
３１ｂ 第１切替弁
３２ 第２パイプ
３３ 濃縮装置
３４ 第３パイプ
３４ａ 第２濃度計
３４ｂ 第２切替弁
３４ｃ 第３濃度計
３４ｄ 第３切替弁
３４Ｐ 合流点
３５ 第４パイプ
４０ 装置内ＤＡＣ
４１ 装置外ＤＡＣ
４２ 第５パイプ
４２ａ 第４濃度計
４２ｂ 第４切替弁
４３ 第６パイプ
４３ａ 第５濃度計
４３ｂ 第５切替弁
４４ 第７パイプ
４５ 第８パイプ
４６ 貯留量センサ
４７ コントローラ
Claims (6)
- 水を電気分解して水素と酸素を生成する電気分解装置と、
糖類を分解してエタノールと二酸化炭素を生成するエタノール生成装置と、
二酸化炭素と水素とを反応させて炭化水素を生成する炭化水素生成装置と、
前記電気分解装置と前記炭化水素生成装置を連結することで、前記電気分解装置で生成された水素を前記炭化水素生成装置に供給する水素供給部と、
前記電気分解装置と前記エタノール生成装置を連結することで、前記電気分解装置で生成された酸素を前記エタノール生成装置に供給する酸素供給部と、
前記エタノール生成装置と前記炭化水素生成装置を連結することで、前記エタノール生成装置で生成された二酸化炭素を前記炭化水素生成装置に供給する二酸化炭素供給部と、
を備え、
前記エタノール生成装置は、
酵母菌を製造する酵母菌製造部と、
糖化酵素を製造する糖化酵素製造部と、
ボイラと、
のうち少なくとも１つを含み、
前記酸素供給部によって前記エタノール生成装置に供給された酸素は、前記酵母菌製造部及び前記糖化酵素製造部、前記ボイラのうち少なくとも何れか１つで消費される、
燃料製造プラント。 - 水を電気分解して水素と酸素を生成する電気分解装置と、
糖類を分解してエタノールと二酸化炭素を生成するエタノール生成装置と、
二酸化炭素と水素とを反応させて炭化水素を生成する炭化水素生成装置と、
前記電気分解装置と前記炭化水素生成装置を連結することで、前記電気分解装置で生成された水素を前記炭化水素生成装置に供給する水素供給部と、
前記電気分解装置と前記エタノール生成装置を連結することで、前記電気分解装置で生成された酸素を前記エタノール生成装置に供給する酸素供給部と、
前記エタノール生成装置と前記炭化水素生成装置を連結することで、前記エタノール生成装置で生成された二酸化炭素を前記炭化水素生成装置に供給する二酸化炭素供給部と、
を備え、
前記エタノール生成装置は、酵母菌を用いて単糖類又は少糖類を分解する発酵部を含み、
前記二酸化炭素供給部は、
前記エタノール生成装置を稼働させてから所定時間が経過し、又は、前記発酵部からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が第１の閾値以上となったら、前記発酵部からの排気ガスを前記炭化水素生成装置に供給する、
燃料製造プラント。 - 前記二酸化炭素供給部は、
前記エタノール生成装置を稼働させてから所定時間が経過するまで、又は、前記発酵部からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が第１の閾値未満であるうちは、前記発酵部からの排気ガスを大気放出する、
請求項２に記載の燃料製造プラント。 - 前記二酸化炭素供給部は、
前記エタノール生成装置を稼働させてから所定時間が経過するまで、又は、前記発酵部からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が第１の閾値未満であるうちは、前記発酵部からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が上昇するように当該排気ガスを濃縮し、濃縮後の排気ガスを前記炭化水素生成装置に供給する、
請求項２に記載の燃料製造プラント。 - 藻類を生育する藻類生育装置、又は、二酸化炭素を還元して有機酸を合成する有機酸合成装置を更に備え、
前記二酸化炭素供給部は、
前記エタノール生成装置を稼働させてから所定時間が経過するまで、又は、前記発酵部からの排気ガスにおける二酸化炭素の濃度が第１の閾値未満であるうちは、前記発酵部からの排気ガスを、前記藻類生育装置又は前記有機酸合成装置に供給する、
請求項２に記載の燃料製造プラント。 - 水を電気分解して水素と酸素を生成する電気分解装置と、
糖類を分解してエタノールと二酸化炭素を生成するエタノール生成装置と、
二酸化炭素と水素とを反応させて炭化水素を生成する炭化水素生成装置と、
前記電気分解装置と前記炭化水素生成装置を連結することで、前記電気分解装置で生成された水素を前記炭化水素生成装置に供給する水素供給部と、
前記電気分解装置と前記エタノール生成装置を連結することで、前記電気分解装置で生成された酸素を前記エタノール生成装置に供給する酸素供給部と、
前記エタノール生成装置と前記炭化水素生成装置を連結することで、前記エタノール生成装置で生成された二酸化炭素を前記炭化水素生成装置に供給する二酸化炭素供給部と、
を備え、
前記二酸化炭素供給部は、前記エタノール生成装置で生成された二酸化炭素を貯留する二酸化炭素貯留部を含み、前記エタノール生成装置で生成された二酸化炭素を前記二酸化炭素貯留部に貯留すると共に、前記二酸化炭素貯留部に貯留した二酸化炭素を前記炭化水素生成装置に供給し、
大気から二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を前記二酸化炭素貯留部に供給する二酸化炭素回収装置と、
前記二酸化炭素貯留部に貯留されている二酸化炭素の貯留量が所定値を下回ったとき、前記貯留量が増えるように前記二酸化炭素回収装置を稼働させるコントローラと、
を更に備えた、
燃料製造プラント。
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