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WO2009104813A1 - Method of converting solar heat energy - Google Patents

Method of converting solar heat energy Download PDF

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WO2009104813A1
WO2009104813A1 PCT/JP2009/053613 JP2009053613W WO2009104813A1 WO 2009104813 A1 WO2009104813 A1 WO 2009104813A1 JP 2009053613 W JP2009053613 W JP 2009053613W WO 2009104813 A1 WO2009104813 A1 WO 2009104813A1
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WO
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energy
ammonia
solar thermal
thermal energy
water
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/053613
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French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
中村徳彦
Original Assignee
トヨタ自動車株式会社
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Publication date
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Priority to AU2009216073A priority patent/AU2009216073B2/en
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Priority to ZA2010/05525A priority patent/ZA201005525B/en
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Priority to MA33171A priority patent/MA32189B1/en

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    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • coal energy, biomass energy, nuclear energy, and natural energy such as wind energy and solar energy are being considered as alternative energy alternatives to fossil fuel energy such as oil and natural gas.
  • JP2009 / 053613 When using coal energy as an alternative energy, JP2009 / 053613 It is considered that a large amount of carbon dioxide is released by firing. For this, it has been proposed to capture carbon dioxide during combustion and store it underground, and many studies have been carried out, but there is still uncertainty about long-term stable storage. There are also uneven locations suitable for storage. In addition, it may be a problem that a lot of cost is required to collect, transport, and throw carbon dioxide into the ground. Furthermore, the combustion of coal, sulfur oxides (so x), also considered to be a problem that is likely to cause environmental problems due to occurrence of such smoke.
  • enormous energy is required for the production and concentration of ethanol from plants, which may be disadvantageous in terms of energy efficiency.
  • corn, soybeans, sugar millet, etc. are used as raw materials for biofuels, these will naturally also be used as food and feed, which will increase the price of food and feed. . Therefore, biomass energy cannot be considered as a substantial energy source outside of special regions such as Brazil.
  • nuclear energy as an alternative energy has not been found to be a sufficient solution for the treatment of radioactive waste from nuclear power plants, and there are also many dissents based on fear of proliferation. From that, we can not expect great progress globally. Rather, the use of nuclear energy as an alternative energy is expected to decrease over the long term due to an increase in the number of decommissioned nuclear reactors.
  • wind energy is a strong alternative energy candidate, but it is not enough.
  • Solar energy is considered to be the most stable and abundant natural energy as alternative energy.
  • a vast desert spreads out and the solar energy that falls here can be said to be inexhaustible.
  • energy of as much as 7,00 GW can be obtained.
  • using only a few percent of the Arabian Peninsula and the deserts of North Africa can cover all the energy used by all centuries.
  • solar energy is directly generated by solar cells, or 2009/053613 It is converted into electric power as secondary energy indirectly by a steam turbine, etc., and it is made convenient for its use and transportation.
  • the energy transfer problem can be solved in principle because electric energy can be transferred through the transmission line.
  • a plant that obtains electric energy from solar energy is installed in a desert area rich in solar energy, it is necessary to construct and maintain a new high-capacity transmission line, which is difficult. Many.
  • the present invention solves the problems related to the storage and transfer of solar energy, thereby making it possible to use solar energy all over the world, and to solve the problem of the generation of carbon dioxide, a greenhouse gas, and the problem of drought of oil. It is intended to be resolved.
  • ammonia is synthesized from air and water using only the acquired solar thermal energy as an energy source
  • the ammonia is transferred from the first area to the second area, and the ammonia is generated in the second area so as to generate nitrogen and water.
  • 2009/053613 A method characterized by having a process of obtaining driving energy by burning.
  • the step of synthesizing the ammonia includes
  • step (2) Utilizing another part of the acquired solar thermal energy, causing a reaction to synthesize ammonia from nitrogen and hydrogen obtained in step (1),
  • the synthesized ammonia is used as a fuel to obtain at least a part of the electric power, power and Z or heat necessary for carrying out the synthesis step, (A1) to (A6) The method in any one of.
  • step (1) The method according to (A 8), wherein at least a part of the lug is obtained by a parabolic dish type concentrator and / or a solar tower type concentrator.
  • step (1) The method according to (A 6) or (A 7), wherein in step (1), the electric power is used as a heat source to cause a reaction to generate hydrogen from water.
  • step (1) water is electrolyzed with the electric power to cause a reaction to generate hydrogen from water.
  • (A 1 2) The method according to any one of (A 1 0) or (A l 1), wherein the solar thermal energy is acquired by a parabolic trough concentrator.
  • step (2) ammonia is synthesized from nitrogen and hydrogen using the obtained solar thermal energy directly as a heat source and Z or as a power source, (A 5) to (A 1 2) The method described in any one of the items.
  • step (1) the obtained solar thermal energy is directly used as a heat source to cause a reaction to generate hydrogen from water; the solar thermal energy used as a heat source in step (1) is reduced
  • part (2) the obtained solar thermal energy is directly used as a heat source and / or as a power source in the step (2).
  • ammonia is synthesized from air and water using only the acquired solar thermal energy as an energy source
  • a method comprising the step of obtaining driving energy by burning the ammonia so as to generate nitrogen and water in the second region.
  • the solar thermal energy acquisition means of the first region collects sunlight and acquires solar thermal energy
  • Ammonia synthesis means in the first region synthesizes ammonia from air and water using only the acquired solar heat energy as an energy source
  • the ammonia is liquefied
  • An ammonia transfer means for transferring the liquefied ammonia from the first region to the second region
  • the driving energy generating means in the second region comprises the step of obtaining the driving energy by burning the ammonia so as to generate nitrogen and water.
  • step (c) using another part of the acquired solar thermal energy to cause a reaction to synthesize ammonia from nitrogen and hydrogen obtained in step (b);
  • step (B 2) Using the solar thermal energy acquired in step (a), obtain at least a part of the electric power and / or power necessary for the implementation of this method.
  • (B 3) Use the synthesized ammonia as fuel to obtain at least part of the power, power and / or heat required to perform this method. 3 The method according to (B 1) or (B 2).
  • step (b) the solar heat energy obtained in the step (a) is directly used as a heat source to carry out a reaction for generating hydrogen from water (B 1) to (B 4 The method according to any one of the paragraphs).
  • At least a part of the solar heat energy used as a heat source in the step (b) is obtained by a parapoly dish type concentrator and Z or a solar evening type concentrator. 5) The method described in the paragraph.
  • step (B 7) The method according to (B 2) or (B 3), wherein in step (b), a reaction for generating hydrogen from water is performed using the electric power as a heat source.
  • step (B 8) The method according to (B 2) or (B 3), wherein in step (b), water is electrolyzed with the electric power to cause a reaction to generate hydrogen from water.
  • step (B 9) The method according to any one of (B 7) or (B 8), wherein, in step (a), the solar thermal energy is acquired by a parapoly trough-type concentrator.
  • step (c) ammonia is synthesized from nitrogen and hydrogen using the solar heat energy obtained in step (a) directly as a heat source and Z or as a power source.
  • step (B 9) ammonia is synthesized from nitrogen and hydrogen using the solar heat energy obtained in step (a) directly as a heat source and Z or as a power source.
  • step (B 1 2) the solar heat energy obtained in step (a) is directly used as a heat source to cause a reaction to generate hydrogen from water; used as a heat source in step (b) At least a part of the solar heat energy is obtained with a parapoly dish type concentrator and a Z or solar tower type concentrator; in step (c), the solar thermal energy obtained in step (a) is directly obtained. And a reaction to synthesize ammonia from nitrogen and hydrogen as a heat source and / or as a power source; and the solar heat energy used as a heat source in step (c) The method according to any one of (B1) to (B4), which is obtained by an apparatus.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining an example of the conversion system 1.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the conversion system 2.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the energy flow of the conversion system 1.
  • FIG. 4 is a diagram showing an outline of a parapoly dish type condensing device.
  • FIG. 5 is a diagram showing an outline of a solar tower type condensing device.
  • FIG. 6 is a diagram showing an outline of a parapoly trough-type concentrating device.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of equipment for implementing a solar thermal energy storage method. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • ammonia is considered to be a useful candidate.
  • Ammonia is a strongly irritating gas, and it is a deleterious substance that damages the respiratory system when inhaling high-concentration gas, but due to its strong odor, the lethal dose is less than 1/1, 0 0 0 or less Humans can detect leaks from around 5 ppm, and there are very few accidents in the actual market.
  • ammonia is used as a refrigerant for refrigeration equipment such as fish boats along with chlorofluorocarbons.
  • a fatal accident at the time of leakage of ammonia is 1/1 0 Degree. Explosive disasters during the transfer of ammonia are less than 1/5 of gasoline and liquefied petroleum gas (LPG).
  • ammonia is considered to be sufficiently socially acceptable.
  • T / JP2009 / 053613 The physical properties of ammonia are close to those of LPG, easily liquefy at about 8 atmospheres at room temperature, and have a sufficient track record for storage and transfer, and are not a particular problem.
  • ammonia is defined as a non-flammable substance, and it is difficult to ignite, and even if ignited, the burning rate is slow and the flammable range is narrow, so its handling is not considered to be a particular problem.
  • the energy density of ammonia is about half that of gasoline and almost the same as methanol, but the calorific value in theoretical mixing is higher than that of gasoline, and it can be applied to a moving body as a fuel. Furthermore, it can be sent to a thermal power plant in a remote area by a tanker or the like and burned instead of natural gas or coal. In this case, the efficiency is theoretically considered to exceed that of natural gas or coal.
  • the conversion system 1 condenses sunlight 20 0 to produce solar thermal energy, solar thermal energy acquisition means 10, and ammonia synthesis means 20 0 to synthesize ammonia from water and air using solar thermal energy For details, see Solar Energy Storage Method below.
  • the solar heat acquisition means 10 and the ammonia synthesis means 20 are arranged in the first area 3, and the drive energy generation means 40 is arranged in the second area 5 that is geographically different from the first area 3. .
  • the ammonia synthesis means 20 uses solar heat energy as reaction heat and converts ammonia (NH 3 ) and oxygen ( ⁇ 2 ) from nitrogen (N 2 ) and water (H 2 0) contained in the air. Generate.
  • the produced ammonia is optionally liquefied and transferred from the first region 3 to the second region 5 as fuel by the ammonia transfer means 30.
  • ammonia is burned by the driving energy generation means 4 0 so as to generate nitrogen and water, and driving energy 1 2 40 and thermal energy 2 5 0 are generated.
  • Nitrogen and water are non-polluting substances that are abundant in the atmosphere. Therefore, nitrogen and water generated by combustion are released into the atmosphere and circulate according to convection existing in nature, and can be used again as raw materials for ammonia synthesis means 20 in the first region 3. become.
  • the conversion system 1 has an energy balance of driving energy 2 4 0 and thermal energy 2 5 0 with sunlight 2 0 0 as input, while nitrogen + water-ammonia + oxygen (ammonia synthesis), It has a material balance of the circulation loop of ammonia + oxygen-nitrogen + water (ammonia combustion). And all the processes of the conversion system 1 do not require chemical substances containing carbon atoms, and therefore do not emit any carbon dioxide (C 0 2 ).
  • the conversion system 1 uses the ammonia generated using air and water as a solar thermal energy transfer material. Solar thermal energy acquired in Region 3 in 1 can be used as driving energy in Region 5 in the second. In addition, since the conversion system 1 converts energy by circulating chemical substances that do not contain carbon atoms (water, nitrogen in the air, ammonia), it does not emit carbon dioxide at any step in the system.
  • the solar heat acquisition means 10 is preferably located in an area with a large amount of sunlight, so the first area should have a higher solar radiation than the second area that uses drive energy. .
  • the ammonia synthesizing means 20 also discharges oxygen. Oxygen is a valuable substance for the manufacture of chemical products, so oxygen utilization facilities may be established in the first area.
  • the ammonia synthesis means 20 is composed of an ammonia synthesis brand 22, an ammonia liquefaction device 24 that liquefies compressed ammonia with cooling water, and lowers the temperature of the liquefied ammonia by the expanded self-refrigerant.
  • Power generation plant that generates power from steam turbines that use steam generated or gas turbines that use ammonia combustion (including those combined with steam turbines) 25, liquefied ammonia shipping facilities 26, cooling not shown Includes water cooling towers, water treatment equipment that purifies water from well water, seawater, etc.
  • the ammonia transfer means 30 is carried out by a liquefied ammonia ship 3 2 for on-board transfer, or tank lorry 3 4 or pipeline 3 6 for land transfer.
  • ammonia is received by the ammonia receiving facility 42, or ammonia is directly transferred to the drive energy generating means 40.
  • Drive energy generating means 4 0 gas turbine, Automobiles, etc.
  • the conversion system 2 uses the ammonia generated using air and water as a solar thermal energy transfer material, so that the solar thermal energy acquired in the first region 3 can be driven in the second region 5. It can be used as energy.
  • the conversion system 2 converts energy by circulation of chemical substances without carbon atoms (water, nitrogen in the air, ammonia), the solar heat acquisition means 10 and ammonia synthesis means 20 in the first region, Carbon dioxide is not emitted in the driving energy generation means 40 in the second region.
  • Sunlight 20 0 is converted into solar heat energy 2 10 through solar heat acquisition means 10.
  • Solar thermal energy 2 1 0 is converted to chemical energy 2 2 0 as potential energy of ammonia by ammonia synthesis means 2 0.
  • a part 2 15 of the solar thermal energy 2 10 is used for the ammonia synthesizing means 2 0 as a heat source, a power source and / or a power source.
  • the chemical energy 220 is transferred from the first region 3 to the second region 5 by the ammonia transfer means 30.
  • the ammonia transfer means 30 is combusted by the internal combustion engine of the ammonia transfer means 30 with a part of chemical energy (that is, a part of the ammonia to be transferred). Power and Z or at least part of power).
  • the chemical energy 2 2 0 is partially consumed by the ammonia transfer means 30, and becomes chemical energy 2 3 0 after being transferred to the second area 5.
  • the chemical energy 2 3 0 is obtained by combusting ammonia so that the driving energy generating means 40 generates nitrogen and water, and the driving energy 1 2 4 0
  • the thermal energy 2 50 is output (not shown in the figure, the ammonia synthesizing means 20 and the ammonia transfer means 30 can generate waste heat energy).
  • the conversion system 1 does not need to use an energy source other than the sunlight 20 0. Therefore, the conversion system 1 enables conversion of solar thermal energy 2 10 to driving energy 2 40 without emitting carbon dioxide at any step in the system.
  • Methods for storing solar thermal energy include: (a) acquiring solar thermal energy; (b) utilizing a portion of the acquired solar thermal energy, for example, as a heat source, power source and / or power source, particularly directly (C) using other part of the acquired solar thermal energy, for example as a heat source, power source and / or power Use as a source, in particular as a heat source and / or power source, to carry out a reaction to synthesize ammonia from nitrogen and hydrogen obtained in step (b).
  • solar heat energy can be stored in the form of chemical energy of ammonia by synthesizing ammonia using solar heat energy.
  • the solar heat energy obtained in step (a) is used to obtain at least a portion of the power and Z or power required to perform this method.
  • the synthesized ammonia is used as a fuel to obtain at least a portion of the power, dynamics and / or heat required to perform this method. Also other preferred this way In a new embodiment, only the solar thermal energy acquired in step (a) is used as a source of energy.
  • examples of the electric power required for carrying out this method include electric power for driving a pump / compressor that flows and compresses a fluid such as a raw material, electric power for further heating of a heat source, and the like. it can.
  • the power necessary for carrying out this method may include power for driving a pump / compressor that causes a fluid such as a raw material to flow and is Z or compressed.
  • heat necessary for carrying out this method can include heat for further heating of the heat source.
  • supplying a part of the heat energy for the heat source by electric power may be preferable in order to make the temperature of the heat source higher than the temperature obtained directly by the solar heat energy.
  • the method can be implemented with reduced, and preferably no, use of conventional fossil fuels such as petroleum.
  • step (a) solar energy is acquired in step (a).
  • T / JP2009 / 053613 any solar concentrator can be used to obtain solar thermal energy.
  • the following solar collectors (1) to (3) are used. be able to :
  • the parapoly dish type condensing device shown in FIG. 4 has a dish-shaped reflecting portion 1 4 1 that reflects and collects sunlight 20 0 and a light receiving portion 1 4 2 that receives the collected light.
  • the solar receiver 1 4 2 acquires solar thermal energy.
  • Solar thermal energy obtained from the light-receiving unit 1 4 2 can be transferred to the required location using a heat carrier such as a molten alkali metal such as molten metal sodium, molten salt, oil, or water vapor. .
  • This type of concentrator is suitable for a relatively small plant, and is preferably used as solar heat energy of about 10 1 to several 10 O kw.
  • this type of condensing device has a high condensing degree, which can provide a high-temperature heat source of 2,00 ° C. or higher, but the cost is relatively high.
  • the solar tower type concentrator shown in Fig. 5 has a plurality of heliostats (reflectors) 1 5 1 that reflect sunlight 2 0 0 and collects light and a light receiver 1 5 3 that receives the collected light. And the solar light energy is acquired at the light receiving section 15 2.
  • the light receiving portion 1 5 3 is disposed on the upper portion of the light receiving tower 1 5 2.
  • the solar thermal energy obtained by the light-receiving unit 15 3 can be moved to a required location using a heat medium as required.
  • This type of concentrator is suitable for large plants ranging from 10 MW to several 100 MW.
  • this type of concentrator has a high condensing degree and can provide a high-temperature heat source of several 1,00 0 ° C. 053613 is high, and advanced technology is also required for control of the reflector.
  • the parapoly trough-type concentrator shown in Fig. 6 has a trough-type reflector 1 6 1 that reflects sunlight 2 0 0 to collect light and a light receiver 1 6 2 that receives the collected light.
  • the solar thermal energy is acquired in this light receiving unit 1 4 2.
  • the solar thermal energy obtained by the light receiving section 16 2 can be moved to a necessary location by optionally circulating the heat medium via the heat medium flow path 16 3.
  • This type of concentrator is simple in structure and low in cost, and is suitable for large-scale plants. In general, it is suitable for a number of 100 MW, but has a low concentration, and the obtained heat source is a low-temperature heat source of 400 to 500 ° C.
  • each concentrator has advantages and disadvantages. Therefore, any of these or a combination of them can be used in the energy storage method.
  • solar thermal energy for a high-temperature heat source is obtained by a concentrator with a high degree of concentration (for example, a parapoly dish type concentrator and / or a solar evening-type concentrator), and other solar heat Solar energy for generating energy, for example, a low-temperature heat source, power and / or energy, can be obtained with a concentrator with a low concentration (eg, a parapoly trough concentrator).
  • solar thermal energy obtained by a concentrating device with a high degree of concentration is less than 1/2 of the total solar thermal energy obtained by a concentrating device with a high degree of condensing and a concentrating device with a low degree of concentrating, It can be in the range of 1 Z 2.
  • limiting the proportion of light concentrators that are generally high cost and have a high degree of light condensing may be desirable with respect to the cost of the overall light concentrating equipment.
  • step (b) Production of hydrogen> 3613
  • step (b) a part of the acquired solar thermal energy is used, and in particular, only the acquired solar thermal energy is used as an energy source to cause a reaction to generate hydrogen from water. .
  • any method can be used to obtain hydrogen from water.
  • water electrolysis for example, the following (1) to (3) water splitting methods are known.
  • water decomposition is known. The focus is on reducing the reaction temperature required for the reaction: (1) Direct method
  • Equation 1 Equation 1
  • Equation 1 originally reaction, requires a temperature thousands 1 C, can be achieved with 2, 0 0 0 ° C before and after the temperature by utilizing a catalyst.
  • This method requires two types of heat sources: a high-temperature heat source (approximately 1500 ° C) and a low-temperature heat source (4200 ° C).
  • This method requires two types of heat sources: a high-temperature heat source (950 ° C) and a low-temperature heat source (400 ° C).
  • This relatively high temperature heat source can be provided by directly using the solar heat energy acquired in step (a) as a heat source, in which case at least a portion of the required solar heat energy is collected. It can be obtained with a concentrator with a high luminous intensity, such as a parapoly dish type concentrator and a Z or solar tower type concentrator.
  • this relatively high temperature heat source uses electric power, particularly electric power obtained using solar thermal energy acquired in step (a), or electric power obtained using synthesized ammonia as fuel. be able to.
  • JP2009 / 053613 Acquisition of solar thermal energy can be performed by a light collecting device having a low light collecting degree, for example, a parapoly trough type light collecting device. This may be preferable with respect to the overall cost of the light collection equipment.
  • step (C) a part of the obtained solar thermal energy was used, and in particular, only the obtained solar thermal energy was used as an energy source, and was obtained in nitrogen and step (b). A reaction for synthesizing ammonia from hydrogen is performed.
  • the synthesis of ammonia from nitrogen and hydrogen can be achieved by any method.
  • the relatively low temperature heat source for this reaction and / or the power for this reaction can be provided using the solar thermal energy obtained in step (a), in which case the necessary solar heat Collecting energy PT / JP2009 / 053613 It can be obtained with a condensing device with a low luminous intensity, for example, a parabolic trough concentrating device.
  • the electric power and Z or power obtained by using the solar thermal energy obtained in the step (a), or the electric power obtained by using the synthesized ammonia as the fuel and Power can be used.
  • the production of carbon dioxide due to the use of the fossil fuel can be suppressed and preferably eliminated.
  • Equation 7 the combustion product is only water, and the combustion product is not generated as carbon monoxide and carbon dioxide. This reduces or even eliminates the need for carbon monoxide and carbon dioxide removal. Since this reaction is an exothermic reaction, it is possible to use the heat energy generated at this time as necessary to produce the electric power required for the energy storage method.
  • One example of a solar thermal energy storage method can be implemented using equipment as shown in Figure 7.
  • solar heat energy is acquired by a solar tower type condensing device 15 0 having a relatively high light concentration, and the solar heat energy obtained here is used to distribute a heat medium that is a molten salt 1 7 8 to transfer to reactor 1 7 1.
  • the parabolic trough-type concentrator with a relatively low concentration is used to obtain solar thermal energy, and the solar thermal energy obtained here is used to circulate a heat medium that is water vapor. Transfer to reactor 1 7 1 by 9.
  • a solar collector type concentrator 1 50 having a relatively high concentration is used as a high-temperature heat source, and a parapoly trough type collector having a relatively low concentration is used.
  • Hydrogen is obtained by performing a reaction for generating hydrogen from water using the thermal energy supplied from the optical device 160 as a low-temperature heat source and / or a power source.
  • Solar thermal energy is acquired by a parabolic trough concentrator 1 60 having a relatively low concentration, and transferred to a reactor 1 7 3 by a pipe 1 7 9 through which a heat medium that is water vapor flows.
  • a reactor 1 7 3 solar thermal energy is converted into heat source and Z or power source.
  • JP2009 / 053613 is used to synthesize ammonia from nitrogen and hydrogen to obtain ammonia.
  • the nitrogen supplied to the reactor 1 7 3 is obtained by cryogenic separation of air by the air cryogenic separator 1 7 2, and the hydrogen supplied to the reactor 1 7 3 Is obtained with the reaction device 1 7 1.
  • the supply to the system of the facility 700 that performs solar thermal energy is only solar energy 20 0, water (H 2 0) and air (A ir), and from these Ammonia (NH 3) is obtained. Therefore, in this example, it does not involve the generation of oxygen dioxide to store solar thermal energy in the form of ammonia chemical energy.
  • the ammonia obtained in reactor 1 7 3 is optionally liquefied in liquefier 1 7 4 and then stored in storage tank 1 7 5 until shipping.
  • solar energy can also be used as a power source for the liquefaction device.
  • a condensing device having a relatively high condensing degree for example, a parapoly dish type condensing device can be used.
  • a solar tower type concentrator 150 and a parapoly trough concentrator 1660 instead of using two types of concentrators, only one type of concentrator can be used.

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Abstract

Provided is a method of converting a solar heat energy obtained in a first region to a driving energy to be utilized in a second region having less solar radiation than the first region. The method includes: a step in which in the first region, the solar heat energy obtained is used as the only energy source to synthesize ammonia from air and water; a step in which the ammonia is transferred from the first region to the second region; and a step in which in the second region, the ammonia is burned so as to generate nitrogen and water to thereby obtain a driving energy.

Description

9 053613  9 053613
太陽熱エネルギー変換方法 Solar thermal energy conversion method
技術分野 Technical field
近年の地球温暖化は一層深刻な事態に発展し、 将来の人類の生存 すら脅かされる可能性がでてきている。 その主原因は、 2 0世紀に 明  In recent years, global warming has developed into a more serious situation, and even the future survival of humankind may be threatened. The main cause was apparent in the 20th century
入りエネルギー源として多量に使用されてきた化石燃料から放出さ れた大気中の二酸化炭素 (C 0 2田 ) であると考えられている。 した がって近い将来、 化石燃料をこのまま書使い続けることは許されなく なると考えられる。 また、 他方で、 中国、 インド、 ブラジル等のい わゆる発展途上国の急激な経済成長に伴うエネルギー需用の増大に より、 かっては無尽蔵と考えられていた石油、 天然ガスの枯渴が現 実味を帯びてきている。 It is thought to be atmospheric carbon dioxide (C 0 2 fields) released from fossil fuels that have been used in large quantities as a source of incoming energy. Therefore, in the near future, it will not be allowed to continue writing on fossil fuels. On the other hand, with the increase in energy demand accompanying soaring economic growth in so-called developing countries such as China, India, Brazil, etc., oil and natural gas, which had been thought to be inexhaustible in the past, are now being used up. It has become real.
このままの状況では 2 0〜 3 0年後には、 石油、 天然ガス等の化 石燃料を安価なエネルギー源として利用できないことは、 昨今の急 激なオイル価格の上昇からも十分に推察できる。 よって、 持続可能 な社会の達成のために、 二酸化炭素を放出せず、 且つ限りある化石 燃料に依存しない新しいエネルギー源及び燃料を探すことが求めら れている。  In this situation, it can be fully inferred from the recent rapid increase in oil prices that fossil fuels such as oil and natural gas cannot be used as an inexpensive energy source in 20-30 years. Therefore, in order to achieve a sustainable society, there is a need to search for new energy sources and fuels that do not release carbon dioxide and do not depend on limited fossil fuels.
背景技術 Background art
石油、 天然ガス等の化石燃料エネルギーに代わる代替エネルギー としては現在、 石炭エネルギー、 バイオマスエネルギー、 核ェネル ギー、 並びに風力エネルギー及び太陽エネルギー等の自然エネルギ 一が検討されている。  Currently, coal energy, biomass energy, nuclear energy, and natural energy such as wind energy and solar energy are being considered as alternative energy alternatives to fossil fuel energy such as oil and natural gas.
代替エネルギーとして石炭エネルギーを利用する場合、 石炭の燃 JP2009/053613 焼によって多量の二酸化炭素が放出されることが問題となると考え られる。 これに対しては、 二酸化炭素を燃焼時に回収して地中に貯 留することが提案されており、 多くの研究が行われているが、 長期 間の安定的な貯留については未だに不確実性があり、 また貯留に適 した場所も偏在している。 更に、 二酸化炭素の回収、 移送、 地中へ の投入には多くのコス トがかかることも問題になると考えられる。 また更に、 石炭の燃焼が、 硫黄酸化物 ( s o x ) 、 スモーク等の発 生による環境問題を引き起す可能性があることも問題になると考え られる。 When using coal energy as an alternative energy, JP2009 / 053613 It is considered that a large amount of carbon dioxide is released by firing. For this, it has been proposed to capture carbon dioxide during combustion and store it underground, and many studies have been carried out, but there is still uncertainty about long-term stable storage. There are also uneven locations suitable for storage. In addition, it may be a problem that a lot of cost is required to collect, transport, and throw carbon dioxide into the ground. Furthermore, the combustion of coal, sulfur oxides (so x), also considered to be a problem that is likely to cause environmental problems due to occurrence of such smoke.
代替エネルギーとしてのバイオマスエネルギー、 特にエタノール を主とするバイオ燃料は、 近年非常に脚光を浴びている。 しかしな がら、 植物からのエタノールの生成及び濃縮には大きなエネルギー が必要であり、 エネルギー効率的には不利なことがある。 更に、 バ ィォ燃料のための原料としてトウモロコシ、 大豆、 砂糖キビ等を利 用する場合、 これらは当然に食料及び飼料としての用途もあること から、 食料及び飼料の価格を高騰させることになる。 したがって、 ブラジル等の特別な地域以外では、 バイォマスエネルギーを実質的 なエネルギー源として考慮することができない。  Biofuels as alternative energy, especially biofuels, mainly ethanol, have been in the spotlight in recent years. However, enormous energy is required for the production and concentration of ethanol from plants, which may be disadvantageous in terms of energy efficiency. Furthermore, when corn, soybeans, sugar millet, etc. are used as raw materials for biofuels, these will naturally also be used as food and feed, which will increase the price of food and feed. . Therefore, biomass energy cannot be considered as a substantial energy source outside of special regions such as Brazil.
代替エネルギーとしての核エネルギーの利用は、 原子力発電所か らの放射性廃棄物の処理について十分な解決策が見出されていると はいえず、 更には核拡散への恐れに基づく反対意見も多いことから 、 世界的に大きな進展は期待できない。 むしろ長期的には原子炉の 老朽化に伴う廃炉の増加によって、 代替エネルギーとしての核エネ ルギ一の利用は減少して行く と予想される。  The use of nuclear energy as an alternative energy has not been found to be a sufficient solution for the treatment of radioactive waste from nuclear power plants, and there are also many dissents based on fear of proliferation. From that, we can not expect great progress globally. Rather, the use of nuclear energy as an alternative energy is expected to decrease over the long term due to an increase in the number of decommissioned nuclear reactors.
上記の通り、 石炭エネルギー、 バイオマスエネルギー、 核ェネル ギ一のいずれもが、 持続性及び地球温暖化につながる二酸化炭素発 生の問題を解決しているとは言えない。 よって理想的なエネルギー P T/JP2009/053613 源としては、 必然的に風力エネルギー、 太陽エネルギーのような自 然エネルギーが考慮される。 As mentioned above, none of coal energy, biomass energy, or nuclear energy has solved the problem of carbon dioxide generation that leads to sustainability and global warming. So ideal energy PT / JP2009 / 053613 As a source, natural energy such as wind energy and solar energy is inevitably considered.
代替エネルギーとしての風力エネルギーの利用に関して、 近年、 世界各国で風力発電が広まりつつある。 しかしながら、 安定して風 が吹き、 台風、 ハリケーン、 落雷等の被害に合わず、 且つ風車から 生ずる騒音も問題にならない恵まれた場所は限られている。 したが つて、 風力エネルギーは有力な代替エネルギーの候補ではあるが、 それだけでは十分ではない。  With regard to the use of wind energy as an alternative energy, wind power generation is spreading around the world in recent years. However, there are limited places where the wind blows stably, does not match the damage of typhoons, hurricanes, lightning strikes, etc., and the noise generated by the windmills is not a problem. Therefore, wind energy is a strong alternative energy candidate, but it is not enough.
代替エネルギーとして最も安定しており、 且つ量の多い自然エネ ルギ一は、 太陽エネルギーであると考えられる。 特に世界のサンべ ル卜地帯と呼ばれている赤道近くには、 広大な砂漠が広がっており 、 ここに降りそそぐ太陽エネルギーは正に無尽蔵と言える。 これに 関して、 米国南西部に拡がる砂漠のわずか数%を使えば、 実に 7, 0 0 0 G Wものエネルギーを得ることが可能であると考えられてい る。 また、 アラビア半島、 北アフリカの砂漠のわずか数%を使えば 、 全人類の使うエネルギーを全て賄う ことができるとも考えられて いる。  Solar energy is considered to be the most stable and abundant natural energy as alternative energy. In particular, near the equator, which is called the world's sambel ridge, a vast desert spreads out and the solar energy that falls here can be said to be inexhaustible. In this regard, it is believed that if only a few percent of the desert that extends to the southwestern United States is used, energy of as much as 7,00 GW can be obtained. It is also believed that using only a few percent of the Arabian Peninsula and the deserts of North Africa can cover all the energy used by all mankind.
このように、 太陽エネルギーは非常に有力な代替エネルギーであ るものの、 これを社会活動の中で活用するためには、 ( 1 ) 太陽ェ ネルギ一のエネルギー密度が低いこと、 並びに ( 2 ) 太陽エネルギ 一の貯蔵及び移送が困難であることが、 問題となると考えられる。  Thus, although solar energy is a very powerful alternative energy, in order to utilize it in social activities, (1) the energy density of solar energy is low, and (2) Difficulties in storing and transferring energy may be problematic.
これに対して、 太陽エネルギーのエネルギー密度が低いという問 題は、 巨大な集光装置で太陽エネルギーを集めることによって解決 することが提案されている。 しかしながら、 太陽エネルギーの貯蔵 及び輸送は、 特にエネルギーの輸送距離が長く、 且つその量が多い 場合に、 非常に困難である。  On the other hand, it has been proposed to solve the problem of low solar energy density by collecting solar energy with a huge concentrator. However, storage and transport of solar energy is very difficult, especially when the transport distance of energy is long and large.
一般的には太陽エネルギーは、 太陽電池によって直接的に、 又は 2009/053613 蒸気タービン等によって間接的に、 2次エネルギーとしての電力に 変換して、 その利用及び輸送に便利な形にされている。 太陽エネル ギーを電力に変換する場合には、 電力エネルギーを送電線で移送で きるので、 原理的にはエネルギーの移送の問題が解決する。 しかし ながら、 太陽エネルギーから電力エネルギーを得るプラントを、 太 陽エネルギーの豊富な砂漠地帯に設ける場合、 大容量の送電線を新 たに建設し、 且つ維持する必要があり、 これは困難なことが多い。 更に、 例えば砂漠地帯のプラントで太陽エネルギーから得た電力ェ ネルギーを、 海を越えた別の大陸や島国に多量に送ることは、 非常 に困難であると考えられる。 In general, solar energy is directly generated by solar cells, or 2009/053613 It is converted into electric power as secondary energy indirectly by a steam turbine, etc., and it is made convenient for its use and transportation. In the case of converting solar energy into electric power, the energy transfer problem can be solved in principle because electric energy can be transferred through the transmission line. However, when a plant that obtains electric energy from solar energy is installed in a desert area rich in solar energy, it is necessary to construct and maintain a new high-capacity transmission line, which is difficult. Many. Furthermore, for example, it is considered extremely difficult to send large amounts of power energy obtained from solar energy at plants in desert areas to other continents and island countries across the sea.
また、 電力は、 その貯蔵が問題となることがある。 電力を貯蔵す るためのバッテリーの開発は古くから大きなテーマとして世界中で 行われている。 しかしながら、 最先端のリチウムイオン電池であつ ても、 大電力の貯蔵に関しては十分ではなく、 特に大電力用のバッ テリ一では、 安全性に関する更なる開発が必要とされている。 また 、 太陽エネルギーから電力エネルギーを得るプラントでは、 悪天候 等により発電が困難に成る事態に備えて、 バッテリーに加えて巨大 な蓄熱装置や補助ボイラー等が必要になり、 これらが、 建設コス ト を膨大なものにしている。  Also, storage of electricity can be a problem. The development of batteries for storing electric power has long been a major theme around the world. However, even state-of-the-art lithium-ion batteries are not sufficient for high-power storage, and especially for high-power batteries, further safety development is required. In addition, a plant that obtains electric energy from solar energy needs a huge heat storage device and auxiliary boiler in addition to the battery in preparation for situations where power generation becomes difficult due to bad weather, etc., which increases the construction cost. It ’s a good thing.
また、 一次エネルギーである太陽エネルギーを、 2次エネルギー としての水素に転換すること、 及びこのようにして得た水素を原料 として利用して、 アンモニアやメタン等を合成することも検討され ている (特開 2 0 0 6— 3 1 9 2 9 1 ) 。  In addition, conversion of solar energy, which is primary energy, to hydrogen as secondary energy, and synthesis of ammonia, methane, etc. using hydrogen obtained in this way as a raw material are also being studied ( Japanese Patent Laid-Open No. 20 0 6-3 1 9 2 9 1).
水素は、 クリーンエネルギーとして注目されているものの、 電力 と同様に貯蔵が大きな課題である。 燃料電池への供給のために近年 、 水素貯蔵に関する多くの研究が行われてきたが、 その実用化は容 易ではないことが明らかになりつつある。 また、 水素の移送につい ては、 水素パイプラインの建設は、 送電線の建設以上に困難であり 、 特に使用者への供給のための網の目のような水素パイプラインィ ンフラの建設は困難である。 また、 液体水素の保存は一 2 5 3 で 行う ことが必要であり、 したがってこれについても、 宇宙開発用途 のような特殊な用途以外での応用は現時点では考えられない。 発明の開示 Although hydrogen is attracting attention as a clean energy, storage is a major issue as with electricity. In recent years, a lot of research on hydrogen storage has been conducted for supplying fuel cells, but it is becoming clear that its practical application is not easy. In addition, the hydrogen transfer In particular, the construction of a hydrogen pipeline is more difficult than the construction of a transmission line, especially the construction of a hydrogen pipeline infrastructure such as a mesh for supply to users. In addition, it is necessary to store liquid hydrogen at 1 25 3, and therefore, this is not considered to be applied at any other time than for special purposes such as space development. Disclosure of the invention
上記記載のように、 突極の持続可能エネルギーである太陽エネル ギーを、 2次エネルギーとしての電力、 水素等に転換する努力が現 在世界中で行われているが、 これらについては、 貯蔵及び移送に関 する大きな問題が存在している。 この貯蔵及び移送に関する課題が 解決されなければ、 世界中に流通させることも、 車、 航空機、 船舶 等の移動体に使用することも困難である。  As described above, efforts are being made around the world to convert solar energy, which is a sustainable energy of salient poles, into electric power, hydrogen, etc. as secondary energy. There are major problems with transport. If this storage and transport problem is not solved, it will be difficult to distribute it all over the world and to use it for moving objects such as cars, aircraft and ships.
本発明は、 太陽エネルギーの貯蔵及び移送に関する課題を解決し 、 それによつて太陽エネルギーの利用を世界中で可能にして、 温室 効果ガスである二酸化炭素の発生の問題、 及び石油枯渴の問題を解 決することを意図するものである。  The present invention solves the problems related to the storage and transfer of solar energy, thereby making it possible to use solar energy all over the world, and to solve the problem of the generation of carbon dioxide, a greenhouse gas, and the problem of drought of oil. It is intended to be resolved.
上記の課題の解決を意図する第 1 の組の方法は、 下記の (A 1 ) 〜 (A 2 0 ) に記載のようなものである :  The first set of methods intended to solve the above problem is as described in (A 1) to (A 2 0) below:
( A 1 ) 第 1 の地域で得た太陽熱エネルギーを該第 1 の地域より 日射量の少ない第 2の地域で利用される駆動エネルギーに変換する 方法であつて、  (A 1) A method for converting solar thermal energy obtained in a first area into driving energy used in a second area where the amount of solar radiation is lower than that in the first area.
前記第 1.の地域で、 取得した太陽熱エネルギーのみをエネルギー 源として用いて空気及び水からアンモニアを合成し、  In the first area, ammonia is synthesized from air and water using only the acquired solar thermal energy as an energy source,
前記アンモニアを、 前記第 1 の地域から前記第 2の地域へ移送し 前記第 2の地域で、 窒素と水を生成するように前記アンモニアを 2009/053613 燃焼して駆動エネルギーを得る、 工程を有することを特徴とする方 法。 The ammonia is transferred from the first area to the second area, and the ammonia is generated in the second area so as to generate nitrogen and water. 2009/053613 A method characterized by having a process of obtaining driving energy by burning.
(A 2 ) 前記移送工程は、 前記アンモニアを燃料として利用して 、 前記移送の実施に必要な電力及び Z又は動力の少なく とも一部を 得る、 前記 (A 1 ) 項に記載の方法。  (A 2) The method according to (A 1), wherein the transfer step uses the ammonia as a fuel to obtain at least a part of electric power and Z or power necessary for the transfer.
(A 3 ) 前記燃焼により生成した窒素と水は、 大気中に放出され 、 前記合成工程でアンモニアとして再生利用され得る、 前記 (A 1 ) 又は (A 2 ) 項に記載の方法。  (A 3) The method according to (A 1) or (A 2), wherein nitrogen and water generated by the combustion are released into the atmosphere and can be recycled as ammonia in the synthesis step.
( A 4 ) 前記駆動エネルギーは、 内燃機関を利用して取得される 前記 (A 1 ) 〜 (A 3 ) 項のいずれかに記載の方法。  (A4) The method according to any one of (A1) to (A3), wherein the drive energy is acquired using an internal combustion engine.
( A 5 ) 前記アンモニアを合成する工程は、  (A5) The step of synthesizing the ammonia includes
( 1 ) 取得した前記太陽熱エネルギーの一部を利用して、 水から 水素を生成する反応を行わせること、  (1) Using a part of the acquired solar thermal energy, causing a reaction to generate hydrogen from water,
( 2 ) 取得した前記太陽熱エネルギーの他の一部を利用して、 窒 素及び工程 ( 1 ) で得た水素からアンモニアを合成する反応を行わ せること、  (2) Utilizing another part of the acquired solar thermal energy, causing a reaction to synthesize ammonia from nitrogen and hydrogen obtained in step (1),
を含む、 前記 (A 1 ) 〜 (A 4 ) 項のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of (A 1) to (A 4), comprising:
(A 6 ) 前記取得した太陽熱エネルギーを利用して、 前記合成ェ 程の実施に必要な電力及び/又は動力の少なく とも一部を得る、 前 記 (A 1 ) 〜 (A 5 ) 項のいずれかに記載の方法。  (A 6) Any one of the above items (A 1) to (A 5) is used to obtain at least a part of electric power and / or motive power necessary for performing the synthesis process by using the acquired solar thermal energy. The method of crab.
(A 7 ) 合成されたアンモニアを燃料として利用して、 前記合成 工程の実施に必要な電力、 動力及び Z又は熱の少なく とも一部を得 る、 前記 (A 1 ) 〜 (A 6 ) 項のいずれかに記載の方法。  (A7) The synthesized ammonia is used as a fuel to obtain at least a part of the electric power, power and Z or heat necessary for carrying out the synthesis step, (A1) to (A6) The method in any one of.
( A 8 ) 工程 ( 1 ) において、 前記取得した太陽熱エネルギーを 直接に熱源として利用して、 水から水素を生成する反応を行わせる 、 前記 (A 5 ) 〜 (A 7 ) 項のいずれかに記載の方法。  (A 8) In the step (1), any one of the above (A 5) to (A 7), wherein the obtained solar thermal energy is directly used as a heat source to cause a reaction to generate hydrogen from water. The method described.
(A 9 ) 工程 ( 1 ) において熱源として利用する前記太陽熱エネ ルギ一の少なく とも一部を、 パラボリ ックディ ッシュ型集光装置及 び/又はソーラータワー型集光装置で得る、 前記 (A 8 ) 項に記載 の方法。 (A 9) The solar heat energy used as a heat source in step (1) The method according to (A 8), wherein at least a part of the lug is obtained by a parabolic dish type concentrator and / or a solar tower type concentrator.
( A 1 0 ) 工程 ( 1 ) において、 前記電力を熱源として利用して 、 水から水素を生成する反応を行わせる、 前記 (A 6 ) 又は (A 7 ) 項に記載の方法。  (A 10) The method according to (A 6) or (A 7), wherein in step (1), the electric power is used as a heat source to cause a reaction to generate hydrogen from water.
(A l l ) 工程 ( 1 ) において、 前記電力によって水を電気分解 して、 水から水素を生成する反応を行わせる、 前記 (A 6 ) 又は ( A 7 ) 項に記載の方法。  (A l l) The method according to (A 6) or (A 7), wherein in step (1), water is electrolyzed with the electric power to cause a reaction to generate hydrogen from water.
( A 1 2 ) 前記太陽熱エネルギーの取得を、 パラボリック トラフ 型集光装置によって行う、 前記 (A 1 0 ) 又は (A l 1 ) 項のいず れかに記載の方法。  (A 1 2) The method according to any one of (A 1 0) or (A l 1), wherein the solar thermal energy is acquired by a parabolic trough concentrator.
( A 1 3 ) 工程 ( 2 ) において、 前記取得した太陽熱エネルギー を直接に熱源として且つ Z又は動力源として利用して、 窒素及び水 素からアンモニアを合成する、 前記 (A 5 ) 〜 (A 1 2 ) 項のいず れかに記載の方法。  (A 1 3) In the step (2), ammonia is synthesized from nitrogen and hydrogen using the obtained solar thermal energy directly as a heat source and Z or as a power source, (A 5) to (A 1 2) The method described in any one of the items.
(A 1 4 ) 工程 ( 2 ) において熱源として利用する前記太陽熱ェ ネルギーを、 パラポリ ック トラフ型集光装置で得る、 前記 (A 1 3 ) 項に記載の方法。  (A 14) The method according to (A 13), wherein the solar heat energy used as a heat source in the step (2) is obtained by a parapoly trough concentrator.
(A 1 5 ) 工程 ( 1 ) において、 前記取得した太陽熱エネルギー を直接に熱源として利用して、 水から水素を生成する反応を行わせ ; 工程 ( 1 ) において熱源として利用する前記太陽熱エネルギーの 少なく とも一部を、 パラポリ ックディ ッシュ型集光装置及び Z又は ソーラータワー型集光装置で得 ; 工程 ( 2 ) において、 前記取得し た太陽熱エネルギーを直接に熱源として且つ 又は動力源として利 用して、 窒素及び水素からアンモニアを合成する反応を行わせ ; 且 つ工程 ( 2 ) において熱源として利用する前記太陽熱エネルギーを 9 053613 (A 15) In step (1), the obtained solar thermal energy is directly used as a heat source to cause a reaction to generate hydrogen from water; the solar thermal energy used as a heat source in step (1) is reduced In part (2), the obtained solar thermal energy is directly used as a heat source and / or as a power source in the step (2). A reaction of synthesizing ammonia from nitrogen and hydrogen; and the solar thermal energy used as a heat source in step (2) 9 053613
、 パラポリック トラフ型集光装置で得る、 前記 (A 5 ) 〜 (A 7 ) 項のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of (A 5) to (A 7), which is obtained by using a parapolic trough concentrator.
( A 1 6 ) 前記窒素を、 前記電力及び Z又は動力を利用する空気 の深冷分離によって得る、 前記 (A 6 ) 又は (A 7 ) 項に記載の方 法。  (A 1 6) The method according to (A 6) or (A 7), wherein the nitrogen is obtained by cryogenic separation of air using the power and Z or power.
( A 1 7 ) 前記窒素を、 工程 ( 1 ) で得た水素を燃焼させて空気 中の酸素を消費することによって得る、 前記 (A 5 ) 〜 (A 1 5 ) 項のいずれかに記載の方法。  (A 17) The nitrogen according to any one of (A 5) to (A 15), wherein the nitrogen is obtained by burning the hydrogen obtained in step (1) and consuming oxygen in the air. Method.
( A 1 8 ) 第 1 の地域で得た太陽熱エネルギーを該第 1 の地域よ り 日射量の少ない第 2の地域で利用される駆動エネルギーとして用 いる方法であって、  (A 1 8) A method of using solar thermal energy obtained in a first area as driving energy used in a second area where the amount of solar radiation is lower than that in the first area,
前記第 1の地域で、 取得した太陽熱エネルギーのみをエネルギー 源として用いて空気及び水からアンモニアを合成し、  In the first region, ammonia is synthesized from air and water using only the acquired solar thermal energy as an energy source,
窒素と水を生成するように前記アンモニアを燃焼することにより 駆動エネルギーを得るために、 前記第 2の地域へ前記アンモニアを 移送する、 工程を有することを特徴とする方法。  Transferring the ammonia to the second region to obtain drive energy by burning the ammonia to produce nitrogen and water.
( A 1 9 ) 第 1 の地域で得た太陽熱エネルギーを該第 1 の地域よ り 日射量の少ない第 2の地域で利用される駆動エネルギーとして用 いる方法であって、 ' 前記第 1の地域で取得した太陽熱エネルギーのみをエネルギー源 として用いて空気及び水から合成されたアンモニアを、 前記第 2の 地域で受け入れ、  (A 19) A method of using solar thermal energy obtained in a first area as driving energy used in a second area where the amount of solar radiation is lower than that in the first area, In the second area, ammonia synthesized from air and water using only the solar thermal energy acquired in
前記第 2の地域で窒素と水を生成するように前記アンモニアを燃 焼することにより駆動エネルギーを得る、 工程を有することを特徴 とする方法。  A method comprising the step of obtaining driving energy by burning the ammonia so as to generate nitrogen and water in the second region.
( A 2 0 ) 第 1の地域で得た太陽熱エネルギーを該第 1の地域よ り 日射量の少ない第 2の地域で利用される駆動エネルギーに変換す 3 る方法であって、 (A 2 0) Convert solar thermal energy obtained in the first area into driving energy used in the second area, which has less solar radiation than the first area. 3 methods,
前記第 1の地域の太陽熱エネルギー取得手段で、 太陽光を集光し て太陽熱エネルギーを取得し、  The solar thermal energy acquisition means of the first region collects sunlight and acquires solar thermal energy,
前記第 1の地域のアンモニア合成手段で、 前記取得した太陽熱ェ ネルギーのみをエネルギー源として用いて空気及び水からアンモニ ァを合成し、  Ammonia synthesis means in the first region synthesizes ammonia from air and water using only the acquired solar heat energy as an energy source,
前記第 1の地域のアンモニア液化手段で、 前記アンモニアを液化 し、  In the ammonia liquefaction means of the first area, the ammonia is liquefied,
アンモニア移送手段で、 前記液化したアンモニアを前記第 1の地 域から前記第 2の地域へ移送し、  An ammonia transfer means for transferring the liquefied ammonia from the first region to the second region;
前記第 2の地域の駆動エネルギー生成手段で、 窒素と水を生成す るように前記アンモニアを燃焼して駆動エネルギーを得る、 工程を 有することを特徴とする方法。  The driving energy generating means in the second region comprises the step of obtaining the driving energy by burning the ammonia so as to generate nitrogen and water.
上記の課題の解決を意図する第 2の組の方法は、 下記の (B 1 ) 〜 ( B 1 4 ) に記載のようなものである :  The second set of methods intended to solve the above problems are as described in (B 1) to (B 14) below:
( B 1 ) ( a ) 太陽熱エネルギーを取得すること、  (B 1) (a) Obtaining solar thermal energy,
( b ) 取得した前記太陽熱エネルギーの一部を利用して、 水から 水素を生成する反応を行わせること、 及び  (b) using a part of the acquired solar thermal energy to cause a reaction to generate hydrogen from water; and
( c ) 取得した前記太陽熱エネルギーの他の一部を利用して、 窒 素及び工程 (b ) で得た水素からアンモニアを合成する反応を行わ せること、  (c) using another part of the acquired solar thermal energy to cause a reaction to synthesize ammonia from nitrogen and hydrogen obtained in step (b);
を含む、 太陽熱エネルギー貯蔵方法。 Including a solar thermal energy storage method.
( B 2 ) 工程 ( a ) で取得した太陽熱エネルギーを利用して、 こ の方法の実施に必要な電力及び/又は動力の少なく とも一部を得る (B 2) Using the solar thermal energy acquired in step (a), obtain at least a part of the electric power and / or power necessary for the implementation of this method.
、 前記 (B 1 ) 項に記載の方法。 The method according to item (B 1).
( B 3 ) 合成されたアンモニアを燃料として利用して、 この方法 の実施に必要な電力、 動力及び/又は熱の少なく とも一部を得る、 3 前記 (B l ) 又は (B 2 ) 項に記載の方法。 (B 3) Use the synthesized ammonia as fuel to obtain at least part of the power, power and / or heat required to perform this method. 3 The method according to (B 1) or (B 2).
( B 4 ) 工程 ( a ) で取得した太陽熱エネルギーのみをエネルギ —源として利用する、 前記 (B 1 ) 〜 (B 3 ) 項のいずれかに記載 の方法。  (B4) The method according to any one of (B1) to (B3), wherein only the solar thermal energy obtained in the step (a) is used as an energy source.
(B 5 ) 工程 (b ) において、 工程 ( a ) で取得した太陽熱エネ ルギ一を直接に熱源として利用して、 水から水素を生成する反応を 行わせる、 前記 ( B 1 ) 〜 ( B 4 ) 項のいずれかに記載の方法。  (B 5) In the step (b), the solar heat energy obtained in the step (a) is directly used as a heat source to carry out a reaction for generating hydrogen from water (B 1) to (B 4 The method according to any one of the paragraphs).
(B 6 ) 工程 ( b) において熱源として利用する前記太陽熱エネ ルギ一の少なく とも一部を、 パラポリ ックディ ッシュ型集光装置及 び Z又はソーラー夕ヮ一型集光装置で得る、 前記 (B 5 ) 項に記載 の方法。  (B 6) At least a part of the solar heat energy used as a heat source in the step (b) is obtained by a parapoly dish type concentrator and Z or a solar evening type concentrator. 5) The method described in the paragraph.
(B 7 ) 工程 (b ) において、 前記電力を熱源として利用して、 水から水素を生成する反応を行わせる、 前記 (B 2 ) 又は (B 3 ) 項に記載の方法。  (B 7) The method according to (B 2) or (B 3), wherein in step (b), a reaction for generating hydrogen from water is performed using the electric power as a heat source.
( B 8 ) 工程 (b ) において、 前記電力によって水を電気分解し て、 水から水素を生成する反応を行わせる、 前記 (B 2 ) 又は (B 3 ) 項に記載の方法。  (B 8) The method according to (B 2) or (B 3), wherein in step (b), water is electrolyzed with the electric power to cause a reaction to generate hydrogen from water.
(B 9 ) 工程 ( a ) において、 前記太陽熱エネルギーの取得を、 パラポリ ック トラフ型集光装置によって行う、 前記 (B 7 ) 又は ( B 8 ) 項のいずれかに記載の方法。  (B 9) The method according to any one of (B 7) or (B 8), wherein, in step (a), the solar thermal energy is acquired by a parapoly trough-type concentrator.
( B 1 0 ) 工程 ( c ) において、 工程 ( a ) で取得した太陽熱ェ ネルギーを直接に熱源として且つ Z又は動力源として利用して、 窒 素及び水素からアンモニアを合成する、 前記 (B 1 ) 〜 (B 9 ) 項 のいずれかに記載の方法。  (B 1 0) In step (c), ammonia is synthesized from nitrogen and hydrogen using the solar heat energy obtained in step (a) directly as a heat source and Z or as a power source. ) To (B 9)
(B 1 1 ) 工程 ( c ) において熱源として利用する前記太陽熱ェ ネルギ一を、 パラポリ ック トラフ型集光装置で得る、 前記 (B 1 0 ) 項に記載の方法。 P T/JP2009/053613 (B 11) The method according to (B 10), wherein the solar energy to be used as a heat source in the step (c) is obtained with a parapoly trough concentrator. PT / JP2009 / 053613
( B 1 2 ) 工程 ( b) において、 工程 ( a ) で取得した太陽熱ェ ネルギーを直接に熱源として利用して、 水から水素を生成する反応 を行わせ ; 工程 ( b ) において熱源として利用する前記太陽熱エネ ルギ一の少なく とも一部を、 パラポリ ックディ ッシュ型集光装置及 び Z又はソーラータワー型集光装置で得 ; 工程 ( c ) において、 ェ 程 ( a ) で取得した太陽熱エネルギーを直接に熱源として且つ/又 は動力源として利用して、 窒素及び水素からアンモニアを合成する 反応を行わせ ; 且つ工程 ( c ) において熱源.として利用する前記太 陽熱エネルギーを、 パラボリック トラフ型集光装置で得る、 前記 ( B 1 ) 〜 (B 4 ) 項のいずれかに記載の方法。 (B 1 2) In step (b), the solar heat energy obtained in step (a) is directly used as a heat source to cause a reaction to generate hydrogen from water; used as a heat source in step (b) At least a part of the solar heat energy is obtained with a parapoly dish type concentrator and a Z or solar tower type concentrator; in step (c), the solar thermal energy obtained in step (a) is directly obtained. And a reaction to synthesize ammonia from nitrogen and hydrogen as a heat source and / or as a power source; and the solar heat energy used as a heat source in step (c) The method according to any one of (B1) to (B4), which is obtained by an apparatus.
(B 1 3 ) 前記窒素を、 前記電力及び/又は動力を利用する空気 の深冷分離によって得る、 前記 (B 2 ) 又は (B 3 ) 項に記載の方 法。  (B 1 3) The method according to (B 2) or (B 3), wherein the nitrogen is obtained by cryogenic separation of air using the electric power and / or power.
(B 1 4 ) 前記窒素を、 工程 (b ) で得た水素を燃焼させて空気 中の酸素を消費することによって得る、 前記 (B 1 ) 〜 (B 1 2 ) 項のいずれかに記載の方法。  (B 1 4) The nitrogen according to any one of (B 1) to (B 1 2), wherein the nitrogen is obtained by burning the hydrogen obtained in step (b) and consuming oxygen in the air. Method.
上記の方法によれば、 無尽蔵とも言える太陽熱エネルギーを変換 又は貯蔵して利用して、 地球温暖化問題、 及び石油 , 天然ガス枯渴 といった課題を解決することができる。 図面の簡単な説明  According to the above method, solar thermal energy that can be said to be inexhaustible is converted or stored and used to solve the problems of global warming and oil and natural gas depletion. Brief Description of Drawings
図 1 は、 変換システム 1の一例を説明する図である。  FIG. 1 is a diagram for explaining an example of the conversion system 1.
図 2は、 変換システム 2の一例を説明する図である。  FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the conversion system 2.
図 3は、 変換システム 1のエネルギーフローを説明する図であ る。  FIG. 3 is a diagram for explaining the energy flow of the conversion system 1.
図 4は、 パラポリ ックディ ッシュ型集光装置の概略を示す図で ある。 図 5は、 ソ一ラータワー型集光装置の概略を示す図である。 図 6は、 パラポリ ック トラフ型集光装置の概略を示す図である 図 7は、 太陽熱エネルギー貯蔵方法を実施する設備の例を示す 図である。 発明を実施するための形態 FIG. 4 is a diagram showing an outline of a parapoly dish type condensing device. FIG. 5 is a diagram showing an outline of a solar tower type condensing device. FIG. 6 is a diagram showing an outline of a parapoly trough-type concentrating device. FIG. 7 is a diagram showing an example of equipment for implementing a solar thermal energy storage method. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
太陽エネルギーの貯蔵及び移送に関して、 水、 空気、 及び太陽熱 エネルギーから製造でき、 且つ貯蔵及び移送が容易な液体燃料の候 補としては、 次の 3つの物質が考えられる :  Regarding the storage and transfer of solar energy, the following three substances are considered as candidates for liquid fuels that can be produced from water, air and solar thermal energy and are easy to store and transfer:
( 1 ) 過酸化水素 (H22 ) (1) Hydrogen peroxide (H 2 0 2 )
( 2 ) ヒ ドラジン (NH2 NH2 ) (2) Hydrazine (NH 2 NH 2 )
( 3 ) アンモニア (NH3 ) (3) Ammonia (NH 3 )
これらの中では、 物質の取り扱い易さを考慮すると、 アンモニア が有益な候補であると考えられる。 アンモニアは強い刺激性のガス であり、 濃度の高いガスを吸入すると呼吸気系が損傷を受ける劇物 であるが、 その強烈な臭いの為に、 致死量の 1 / 1, 0 0 0以下の 5 p p m程度から人間は漏れを検知でき、 実際の市場では事故例は 極めて少ない。 例えばアンモニアは、 フロンガスと並んで、 魚船等 の冷凍機のための冷媒として用いられている力 、 アンモニアの漏洩 時の死亡事故は、 無害無臭のフロンガスの漏洩時の死亡割合の 1 / 1 0程度である。 またアンモニアの移送中の爆発災害は、 ガソリ ン 、 液化石油ガス (L P G) の 1 / 5以下である。  Among these, considering the ease of handling of substances, ammonia is considered to be a useful candidate. Ammonia is a strongly irritating gas, and it is a deleterious substance that damages the respiratory system when inhaling high-concentration gas, but due to its strong odor, the lethal dose is less than 1/1, 0 0 0 or less Humans can detect leaks from around 5 ppm, and there are very few accidents in the actual market. For example, ammonia is used as a refrigerant for refrigeration equipment such as fish boats along with chlorofluorocarbons. A fatal accident at the time of leakage of ammonia is 1/1 0 Degree. Explosive disasters during the transfer of ammonia are less than 1/5 of gasoline and liquefied petroleum gas (LPG).
また、 現在の世界のアンモニアの生産量は年間約 1. 5億トンで あり、 主として肥料用に大量に使用されている。 このように市場で 大量に使われている実績からも、 アンモニアは十分な社会受容性を 有するものと考えられる。 T/JP2009/053613 アンモニアの物理的特性は、 L P Gに近く、 常温では 8気圧程度 で簡単に液化し、 またその貯蔵及び移送に関しては十分な実績があ り、 特段の問題にはなっていない。 また、 アンモニアは不燃性物質 と定義されており、 着火はしにく く、 着火しても燃焼速度が遅く可 燃範囲も狭いので、 その取り扱いは特段の問題にならないと考えら れる。 The world's current ammonia production is about 150 million tons per year, which is mainly used for fertilizers in large quantities. In view of the fact that it is used in large quantities in the market in this way, ammonia is considered to be sufficiently socially acceptable. T / JP2009 / 053613 The physical properties of ammonia are close to those of LPG, easily liquefy at about 8 atmospheres at room temperature, and have a sufficient track record for storage and transfer, and are not a particular problem. In addition, ammonia is defined as a non-flammable substance, and it is difficult to ignite, and even if ignited, the burning rate is slow and the flammable range is narrow, so its handling is not considered to be a particular problem.
アンモニアのエネルギー密度はガソリ ンの半分程度でメタノール とほぼ同一であるが、 理論混合上の発熱量はガソリン以上であり、 燃料としては十分移動体にも適用可能である。 更にタンカー等で遠 隔地の火力発電所に送って、 天然ガス、 石炭に代えて燃やすことが でき、 その場合の効率は理論上、 天然ガス、 石炭を凌ぐと考えられ る。  The energy density of ammonia is about half that of gasoline and almost the same as methanol, but the calorific value in theoretical mixing is higher than that of gasoline, and it can be applied to a moving body as a fuel. Furthermore, it can be sent to a thermal power plant in a remote area by a tanker or the like and burned instead of natural gas or coal. In this case, the efficiency is theoretically considered to exceed that of natural gas or coal.
アンモニアの燃焼においては、 下記の式 Aで示すような燃焼反応 を行わせることができる :  In the combustion of ammonia, a combustion reaction as shown by the following formula A can be performed:
2 N H 3 + 3 / 2 O 2 →  2 N H 3 + 3/2 O 2 →
N 2 + 3 H 2 O + (発熱) (式 A ) すなわち、 アンモニアの燃焼においては、 二酸化炭素を生成せず 、 したがって地球温暖化に関して問題とならない。 N 2 + 3 H 2 O + (Exotherm) (Formula A) In other words, in the combustion of ammonia, carbon dioxide is not generated, and therefore there is no problem with respect to global warming.
なお、 上記のようにアンモニアを燃焼させて動力を得ることは、 例えば特開 5— 3 3 2 1 5 2号等に記載にされている。  Note that the power obtained by burning ammonia as described above is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-3 3 2 1 5 2.
ぐエネルギー変換方法 > Energy conversion method>
図 1 を用いて、 太陽熱エネルギーを駆動エネルギーに変換する変 換システム 1 を説明する。  With reference to Fig. 1, a conversion system 1 that converts solar thermal energy into drive energy will be described.
変換システム 1 は、 太陽光 2 0 0 を集光して、 太陽熱エネルギー を生成する太陽熱エネルギー取得手段 1 0、 太陽熱エネルギーを用 いて水と空気からアンモニアを合成するアンモニア合成手段 2 0 ( アンモニア合成の詳細は、 太陽熱エネルギー貯蔵方法に関して後述 する) 、 アンモニア移送手段 3 0、 アンモニアを燃焼して駆動エネ ルギーを生成する駆動エネルギー生成手段 4 0 を有する。 The conversion system 1 condenses sunlight 20 0 to produce solar thermal energy, solar thermal energy acquisition means 10, and ammonia synthesis means 20 0 to synthesize ammonia from water and air using solar thermal energy For details, see Solar Energy Storage Method below. A) an ammonia transfer means 30; and a drive energy generation means 40 which burns ammonia to generate drive energy.
太陽熱取得手段 1 0及びアンモニア合成手段 2 0は、 第 1 の地域 3に配置され、 駆動エネルギー生成手段 4 0は、 第 1 の地域 3 と地 理的に異なる第 2 の地域 5に配置される。  The solar heat acquisition means 10 and the ammonia synthesis means 20 are arranged in the first area 3, and the drive energy generation means 40 is arranged in the second area 5 that is geographically different from the first area 3. .
後述するように空気及び水からのアンモニア合成反応は、 全体と しては吸熱反応である。 そのため、 アンモニア合成手段 2 0は、 太 陽熱エネルギーを反応熱として利用し、 空気中に含まれる窒素 (N 2 ) と水 (H 2 〇) からアンモニア (N H 3 ) 及び酸素 (〇 2 ) を 生成する。 生成したアンモニアは、 随意に液化され、 アンモニア移 送手段 3 0 により、 燃料として第 1の地域 3から第 2の地域 5へ移 送される。 第 2の地域 5では、 駆動エネルギー生成手段 4 0 により アンモニアは、 窒素と水を生成するように燃焼され、 駆動エネルギ 一 2 4 0 と熱エネルギー 2 5 0が生成される。 As described later, the ammonia synthesis reaction from air and water is an endothermic reaction as a whole. Therefore, the ammonia synthesis means 20 uses solar heat energy as reaction heat and converts ammonia (NH 3 ) and oxygen (〇 2 ) from nitrogen (N 2 ) and water (H 2 0) contained in the air. Generate. The produced ammonia is optionally liquefied and transferred from the first region 3 to the second region 5 as fuel by the ammonia transfer means 30. In the second region 5, ammonia is burned by the driving energy generation means 4 0 so as to generate nitrogen and water, and driving energy 1 2 40 and thermal energy 2 5 0 are generated.
窒素と水は、 大気中に多く存在する無公害物質である。 そのため 、 燃焼により生成した窒素と水は大気中に放出されることで、 自然 界に存在する対流にしたがい循環し、 再度、 第 1 の地域 3にあるァ ンモニァ合成手段 2 0の原料として利用可能になる。  Nitrogen and water are non-polluting substances that are abundant in the atmosphere. Therefore, nitrogen and water generated by combustion are released into the atmosphere and circulate according to convection existing in nature, and can be used again as raw materials for ammonia synthesis means 20 in the first region 3. become.
変換システム 1 は、 太陽光 2 0 0 を入力として、 駆動エネルギー 2 4 0 と熱エネルギー 2 5 0 とを出力するエネルギーバランスを有 し、 一方で、 窒素 +水—アンモニア +酸素 (アンモニア合成) 、 ァ ンモニァ +酸素—窒素 +水 (アンモニア燃焼) の循環ループのマテ リアルバランスを有する。 そして、 変換システム 1 の全工程におい て、 炭素原子を含む化学物質を必要とせず、 そのため、 二酸化炭素 ( C 0 2 ) を一切排出しない。 The conversion system 1 has an energy balance of driving energy 2 4 0 and thermal energy 2 5 0 with sunlight 2 0 0 as input, while nitrogen + water-ammonia + oxygen (ammonia synthesis), It has a material balance of the circulation loop of ammonia + oxygen-nitrogen + water (ammonia combustion). And all the processes of the conversion system 1 do not require chemical substances containing carbon atoms, and therefore do not emit any carbon dioxide (C 0 2 ).
このように、 変換システム 1 は、 空気と水を用いて生成したアン モニァを太陽熱エネルギーの伝達物質として用いることにより、 第 1の地域 3で取得した太陽熱エネルギーを、 第 2の地域 5で駆動ェ ネルギ一として利用することができる。 また、 変換システム 1は、 炭素原子の無い化学物質 (水、 空気中の窒素、 アンモニア) の循環 によりエネルギーの変換を行うため、 システム内のいずれの工程に おいても二酸化炭素を排出しない。 As described above, the conversion system 1 uses the ammonia generated using air and water as a solar thermal energy transfer material. Solar thermal energy acquired in Region 3 in 1 can be used as driving energy in Region 5 in the second. In addition, since the conversion system 1 converts energy by circulating chemical substances that do not contain carbon atoms (water, nitrogen in the air, ammonia), it does not emit carbon dioxide at any step in the system.
なお、 太陽熱取得手段 1 0は、 太陽光の照射量の多い地域に配置 されるのが望ましいため、 第 1の地域は、 駆動エネルギー利用する 第 2の地域より 日射量の多い地域としたほうが良い。 また、 アンモ ニァ合成手段 2 0は、 酸素も排出する。 酸素は、 化学製品の製造に 貴重な物質であるため、 酸素利用設備を、 第 1 の地域に設けても良 い。  The solar heat acquisition means 10 is preferably located in an area with a large amount of sunlight, so the first area should have a higher solar radiation than the second area that uses drive energy. . The ammonia synthesizing means 20 also discharges oxygen. Oxygen is a valuable substance for the manufacture of chemical products, so oxygen utilization facilities may be established in the first area.
図 2を用いて、 変換システム 2の一例を説明する。  An example of the conversion system 2 will be described with reference to FIG.
図示のように、 アンモニア合成手段 2 0は、 アンモニア合成ブラ ント 2 2、 圧縮したアンモニアを冷却水で液化し、 膨張させた自己 冷媒により液化したアンモニアを低温化するアンモニア液化装置 2 4、 太陽熱を利用して生成した蒸気を用いた蒸気タービン、 又はァ ンモニァ燃焼を利用したガスタービン (蒸気タービンとのコンバイ ンド型を含む) により発電する発電プラント 2 5、 液化アンモニア 出荷設備 2 6、 図示しない冷却水用の冷却塔、 井戸水、 海水等から 水を精製する水処理装置を含む。 なお、 アンモニア合成プラント 2 2 については、 後述する太陽熱エネルギー貯蔵方法を参照できる。 アンモニア移送手段 3 0は、 船上移送において液化アンモニア船 3 2、 陸上移送においてはタンク ' ローリー 3 4、 又は、 パイプラ イン 3 6で行われる。  As shown in the figure, the ammonia synthesis means 20 is composed of an ammonia synthesis brand 22, an ammonia liquefaction device 24 that liquefies compressed ammonia with cooling water, and lowers the temperature of the liquefied ammonia by the expanded self-refrigerant. Power generation plant that generates power from steam turbines that use steam generated or gas turbines that use ammonia combustion (including those combined with steam turbines) 25, liquefied ammonia shipping facilities 26, cooling not shown Includes water cooling towers, water treatment equipment that purifies water from well water, seawater, etc. For the ammonia synthesis plant 2 2, the solar thermal energy storage method described later can be referred to. The ammonia transfer means 30 is carried out by a liquefied ammonia ship 3 2 for on-board transfer, or tank lorry 3 4 or pipeline 3 6 for land transfer.
第 2の地域 5では、 アンモニア受入設備 4 2によりアンモニアが 受け入れられ、 又は、 直接に駆動エネルギー生成手段 4 0にアンモ ニァが移送される。 駆動エネルギー生成手段 4 0 (ガスタービン、 自動車等) は、 内燃機関を用いて、 アンモニアを燃焼して駆動エネ ルギーを取得する。 In the second area 5, ammonia is received by the ammonia receiving facility 42, or ammonia is directly transferred to the drive energy generating means 40. Drive energy generating means 4 0 (gas turbine, Automobiles, etc.) use an internal combustion engine to burn ammonia and obtain drive energy.
このように、 変換システム 2は、 空気と水を用いて生成したアン モニァを太陽熱エネルギーの伝達物質として用いることにより、 第 1 の地域 3で取得した太陽熱エネルギーを、 第 2の地域 5で駆動ェ ネルギ一として利用することができる。 また、 変換システム 2は、 炭素原子の無い化学物質 (水、 空気中の窒素、 アンモニア) の循環 によりエネルギーの変換を行うため、 第 1の地域の太陽熱取得手段 1 0及びアンモニア合成手段 2 0、 第 2の地域の駆動エネルギー生 成手段 4 0において、 二酸化炭素を排出しない。  In this way, the conversion system 2 uses the ammonia generated using air and water as a solar thermal energy transfer material, so that the solar thermal energy acquired in the first region 3 can be driven in the second region 5. It can be used as energy. In addition, since the conversion system 2 converts energy by circulation of chemical substances without carbon atoms (water, nitrogen in the air, ammonia), the solar heat acquisition means 10 and ammonia synthesis means 20 in the first region, Carbon dioxide is not emitted in the driving energy generation means 40 in the second region.
図 3 を用いて、 変換システム 1のエネルギーフローを説明する。 太陽光 2 0 0は、 太陽熱取得手段 1 0を介して太陽熱エネルギー 2 1 0 に変換される。 太陽熱エネルギー 2 1 0は、 アンモニア合成 手段 2 0 により、 アンモニアのポテンシャルエネルギーとしての化 学エネルギー 2 2 0 に変換される。 ここで、 太陽熱エネルギー 2 1 0の一部 2 1 5は、 熱源、 動力源及び/又は電力源としてアンモニ ァ合成手段 2 0 に利用される。  Using Fig. 3, the energy flow of the conversion system 1 is explained. Sunlight 20 0 is converted into solar heat energy 2 10 through solar heat acquisition means 10. Solar thermal energy 2 1 0 is converted to chemical energy 2 2 0 as potential energy of ammonia by ammonia synthesis means 2 0. Here, a part 2 15 of the solar thermal energy 2 10 is used for the ammonia synthesizing means 2 0 as a heat source, a power source and / or a power source.
化学エネルギー 2 2 0は、 アンモニア移送手段 3 0 によって第 1 の地域 3から第 2の地域 5へ移送される。 移送において、 アンモニ ァ移送手段 3 0は、 化学エネルギーの一部 (つまり、 移送するアン モニァの一部) を、 アンモニア移送手段 3 0の内燃機関により燃焼 して移送エネルギー 2 2 5 (移送に必要な電力及び Z又は動力の少 なく とも一部) として利用し得る。 そして、 化学エネルギー 2 2 0 は、 アンモニア移送手段 3 0によって一部消費され、 第 2の地域 5 に移送後は、 化学エネルギー 2 3 0 となる。  The chemical energy 220 is transferred from the first region 3 to the second region 5 by the ammonia transfer means 30. In the transfer, the ammonia transfer means 30 is combusted by the internal combustion engine of the ammonia transfer means 30 with a part of chemical energy (that is, a part of the ammonia to be transferred). Power and Z or at least part of power). The chemical energy 2 2 0 is partially consumed by the ammonia transfer means 30, and becomes chemical energy 2 3 0 after being transferred to the second area 5.
化学エネルギー 2 3 0は、 駆動エネルギー生成手段 4 0で窒素と 水を生成するようにアンモニアを燃焼し、 駆動エネルギ一 2 4 0 と 、 熱エネルギー 2 5 0 とを出力する (なお、 図示しないが、 アンモ ニァ合成手段 2 0及びアンモニア移送手段 3 0においては、 廃棄熱 エネルギーが発生し得る) 。 The chemical energy 2 3 0 is obtained by combusting ammonia so that the driving energy generating means 40 generates nitrogen and water, and the driving energy 1 2 4 0 The thermal energy 2 50 is output (not shown in the figure, the ammonia synthesizing means 20 and the ammonia transfer means 30 can generate waste heat energy).
このように、 アンモニアの化学エネルギーを利用することで、 第 1の地域 3で入力された太陽光 2 0 0は、 第 2の地域 5で駆動エネ ルギー 2 4 0及び熱エネルギー 2 5 0 として移送される。 そして、 変換システム 1 は、 太陽光 2 0 0以外のエネルギー源を利用する必 要は無い。 したがって、 変換システム 1 は、 システム内のいずれの 工程においても二酸化炭素を排出せずに太陽熱エネルギー 2 1 0の 駆動エネルギー 2 4 0への変換を可能にする。  In this way, by using the chemical energy of ammonia, sunlight 20 0 input in the first region 3 is transferred as drive energy 2 4 0 and thermal energy 2 5 0 in the second region 5. Is done. The conversion system 1 does not need to use an energy source other than the sunlight 20 0. Therefore, the conversion system 1 enables conversion of solar thermal energy 2 10 to driving energy 2 40 without emitting carbon dioxide at any step in the system.
<太陽熱エネルギー貯蔵方法 > <Solar thermal energy storage method>
太陽熱エネルギーを貯蔵する方法は、 ( a ) 太陽熱エネルギーを 取得すること、 ( b ) 取得した太陽熱エネルギーの一部を利用して 、 例えば熱源、 動力源及び/又は電力源として利用して、 特に直接 に熱源として又は電力源として利用して、 水から水素を生成する反 応を行わせること、 ( c ) 取得した太陽熱エネルギーの他の一部を 利用して、 例えば熱源、 動力源及び/又は電力源として利用して、 特に熱源及び/又は動力源として利用して、 窒素及び工程 ( b ) で 得た水素からアンモニアを合成する反応を行わせることを含む。  Methods for storing solar thermal energy include: (a) acquiring solar thermal energy; (b) utilizing a portion of the acquired solar thermal energy, for example, as a heat source, power source and / or power source, particularly directly (C) using other part of the acquired solar thermal energy, for example as a heat source, power source and / or power Use as a source, in particular as a heat source and / or power source, to carry out a reaction to synthesize ammonia from nitrogen and hydrogen obtained in step (b).
このエネルギー貯蔵法によれば、 太陽熱エネルギーを利用してァ ンモニァを合成することによって、 太陽熱エネルギーをアンモニア の化学エネルギーの形で貯蔵することができる。  According to this energy storage method, solar heat energy can be stored in the form of chemical energy of ammonia by synthesizing ammonia using solar heat energy.
この方法の好ましい態様では、 工程 ( a ) で取得した太陽熱エネ ルギーを利用して、 この方法の実施に必要な電力及び Z又は動力の 少なく とも一部を得る。 また他の好ましい態様では、 合成されたァ ンモニァを燃料として利用して、 この方法の実施に必要な電力、 動 力及び/又は熱の少なく とも一部を得る。 またこの方法の他の好ま しい態様では、 工程 ( a ) で取得した太陽熱エネルギーのみをエネ ルギ一源として利用する。 In a preferred embodiment of this method, the solar heat energy obtained in step (a) is used to obtain at least a portion of the power and Z or power required to perform this method. In another preferred embodiment, the synthesized ammonia is used as a fuel to obtain at least a portion of the power, dynamics and / or heat required to perform this method. Also other preferred this way In a new embodiment, only the solar thermal energy acquired in step (a) is used as a source of energy.
ここで、 この方法の実施に必要な電力としては、 原料等の流体を 流動させ且つノ又は圧縮するポンプ /コンプレッサの駆動のための 電力、 熱源の更なる加熱のための電力等を挙げることができる。 こ の方法の実施に必要な動力としては、 原料等の流体を流動させ且つ Z又は圧縮するポンプ/コンプレッサの駆動のための動力等を挙げ ることができる。 また、 この方法の実施に必要な熱としては、 熱源 の更なる加熱のための熱等を挙げることができる。 ここで、 熱源の ための熱エネルギーの一部を電力によって供給することは、 熱源の 温度を、 太陽熱エネルギーによって直接的に得られる温度よりも高 くするために好ましいことがある。  Here, examples of the electric power required for carrying out this method include electric power for driving a pump / compressor that flows and compresses a fluid such as a raw material, electric power for further heating of a heat source, and the like. it can. The power necessary for carrying out this method may include power for driving a pump / compressor that causes a fluid such as a raw material to flow and is Z or compressed. In addition, heat necessary for carrying out this method can include heat for further heating of the heat source. Here, supplying a part of the heat energy for the heat source by electric power may be preferable in order to make the temperature of the heat source higher than the temperature obtained directly by the solar heat energy.
これらの態様によれば、 石油のような従来の化石燃料の使用を、 減らし、 好ましくはなく して、 この方法を実施することができる。  According to these aspects, the method can be implemented with reduced, and preferably no, use of conventional fossil fuels such as petroleum.
水及び窒素からのアンモニア合成の全反応は、 下記の式 Bに示す ようなものである :  The total reaction of ammonia synthesis from water and nitrogen is as shown in the following formula B:
N 2 + 3 H a O → N 2 + 3 H a O →
2 N H 3 + 3 / 2 O 2 (吸熱) (式 B ) 太陽熱エネルギー貯蔵方法では、 反応のためのエネルギー源とし て太陽熱エネルギーを利用して、 水 (H 2 〇) 及び窒素 (N 2 ) か ら、 水素 (H 2 ) と窒素 (N 2 ) との反応を経由して、 アンモニア ( N H 3 ) を合成している。 太陽熱エネルギー貯蔵方法について、 下記に詳細に説明する。 2 NH 3 + 3/2 O 2 (endothermic) (Formula B) In the solar thermal energy storage method, water (H 2 0) and nitrogen (N 2 ) are used by using solar thermal energy as an energy source for reaction. Then, ammonia (NH 3 ) is synthesized through the reaction of hydrogen (H 2 ) and nitrogen (N 2 ). The solar thermal energy storage method will be described in detail below.
ぐ太陽熱エネルギー貯蔵方法一工程 ( a ) (太陽熱エネルギーの 取得) >  (A) (Acquisition of solar thermal energy)>
太陽熱エネルギー貯蔵方法では、 工程 ( a ) において、 太陽熱ェ ネルギーを取得する。 T/JP2009/053613 工程 ( a ) において、 太陽熱エネルギ一を取得するためには、 任 意の集光装置を利用することができ、 例えば下記 ( 1 ) 〜 ( 3 ) の 集光装置を利用することができる : In the solar thermal energy storage method, solar energy is acquired in step (a). T / JP2009 / 053613 In the step (a), any solar concentrator can be used to obtain solar thermal energy. For example, the following solar collectors (1) to (3) are used. be able to :
( 1 ) パラポリックディ ッシュ型 ( P a r a b o 1 i c d i s h T y p e )  (1) Parapolic dish type (Par a b o 1 i c d i sh h T y p e)
図 4で示すパラポリ ックディ ッシュ型集光装置は、 太陽光 2 0 0 を反射させて集光する皿状反射部 1 4 1 と集光した光を受け取る受 光部 1 4 2 を有し、 この受光部 1 4 2において太陽熱エネルギーを 取得する。 受光部 1 4 2で得た太陽熱エネルギーは、 随意に溶融金 属ナトリウムのような溶融アルカリ金厲、 溶融塩、 オイル、 水蒸気 等の熱媒体を利用して、 必要な箇所まで移動させることができる。  The parapoly dish type condensing device shown in FIG. 4 has a dish-shaped reflecting portion 1 4 1 that reflects and collects sunlight 20 0 and a light receiving portion 1 4 2 that receives the collected light. The solar receiver 1 4 2 acquires solar thermal energy. Solar thermal energy obtained from the light-receiving unit 1 4 2 can be transferred to the required location using a heat carrier such as a molten alkali metal such as molten metal sodium, molten salt, oil, or water vapor. .
このタイプの集光装置は、 比較的小規模なプラントに適しており 、 太陽熱エネルギーとしては 1 0 1 〜数 1 0 O k w程度で好まし く用いられる。 一般に、 このタイプの集光装置では集光度が高く、 それによつて 2 , 0 0 0 °C以上の高温熱源が得られるが、 コス トが 比較的高い。  This type of concentrator is suitable for a relatively small plant, and is preferably used as solar heat energy of about 10 1 to several 10 O kw. In general, this type of condensing device has a high condensing degree, which can provide a high-temperature heat source of 2,00 ° C. or higher, but the cost is relatively high.
( 2 ) ソーラータワー型  (2) Solar tower type
図 5で示すソーラータワー型集光装置は、 太陽光 2 0 0を反射さ せて集光する複数のへリオスタツ ト (反射部) 1 5 1 と集光した光 を受け取る受光部 1 5 3 を有し、 この受光部 1 5 2において太陽熱 エネルギーを取得する。 ここでこの受光部 1 5 3は、 受光タワー 1 5 2の上部に配置されている。 受光部 1 5 3で得た太陽熱エネルギ 一は、 随意に熱媒体を利用して、 必要な箇所まで移動させることが できる。  The solar tower type concentrator shown in Fig. 5 has a plurality of heliostats (reflectors) 1 5 1 that reflect sunlight 2 0 0 and collects light and a light receiver 1 5 3 that receives the collected light. And the solar light energy is acquired at the light receiving section 15 2. Here, the light receiving portion 1 5 3 is disposed on the upper portion of the light receiving tower 1 5 2. The solar thermal energy obtained by the light-receiving unit 15 3 can be moved to a required location using a heat medium as required.
このタイプの集光装置は、 1 0 MW〜数 1 0 0 MWの大規模なプ ラントに適している。 一般に、 このタイプの集光装置では集光度が 大きく、 数 1 , 0 0 0 °Cの高温熱源が得られるが、 タワーの建設費 053613 が高く、 反射鏡の制御も高度の技術を要求される。 This type of concentrator is suitable for large plants ranging from 10 MW to several 100 MW. In general, this type of concentrator has a high condensing degree and can provide a high-temperature heat source of several 1,00 0 ° C. 053613 is high, and advanced technology is also required for control of the reflector.
( 3 ) パラポリック トラフ型  (3) Parapolic trough type
図 6で示すパラポリ ック トラフ型集光装 は、 太陽光 2 0 0 を反 射させて集光する トラフ型反射部 1 6 1 と集光した光を受け取る受 光部 1 6 2を有し、 この受光部 1 4 2において太陽熱エネルギーを 取得する。 受光部 1 6 2で得た太陽熱エネルギーは、 随意に熱媒体 を、 熱媒体流路 1 6 3 を経由させて流通させることによって、 必要 な箇所まで移動させることができる。  The parapoly trough-type concentrator shown in Fig. 6 has a trough-type reflector 1 6 1 that reflects sunlight 2 0 0 to collect light and a light receiver 1 6 2 that receives the collected light. The solar thermal energy is acquired in this light receiving unit 1 4 2. The solar thermal energy obtained by the light receiving section 16 2 can be moved to a necessary location by optionally circulating the heat medium via the heat medium flow path 16 3.
このタイプの集光装置は、 構造が簡単でコス トも安く、 大規模な プラントに適している。 一般に、 数 1 0 0 M Wに適しているが、 集 光度が低く、 得られる熱源は 4 0 0〜 5 0 0 °Cの低温熱源である。  This type of concentrator is simple in structure and low in cost, and is suitable for large-scale plants. In general, it is suitable for a number of 100 MW, but has a low concentration, and the obtained heat source is a low-temperature heat source of 400 to 500 ° C.
上記のように、 集光装置にはそれぞれ有利な点及び不利な点があ る。 したがってエネルギー貯蔵方法では、 これらのうちのいずれか 又はそれらの組み合わせを利用することができる。 具体的には、 高 温の熱源のための太陽熱エネルギーを、 集光度が大きい集光装置 ( 例えばパラポリックディ ッシュ型集光装置及び/又はソーラー夕ヮ —型集光装置) よって得、 且つ他の太陽熱エネルギー、 例えば低温 の熱源、 動力及び/又はの発生のための太陽熱エネルギーを、 集光 度が小さい集光装置 (例えばパラポリ ック トラフ型集光装置) で得 る事ができる。  As mentioned above, each concentrator has advantages and disadvantages. Therefore, any of these or a combination of them can be used in the energy storage method. Specifically, solar thermal energy for a high-temperature heat source is obtained by a concentrator with a high degree of concentration (for example, a parapoly dish type concentrator and / or a solar evening-type concentrator), and other solar heat Solar energy for generating energy, for example, a low-temperature heat source, power and / or energy, can be obtained with a concentrator with a low concentration (eg, a parapoly trough concentrator).
例えば、 集光度が大きい集光装置よつて得る太陽熱エネルギーを 、 集光度が大きい集光装置と集光度が小さい集光装置とで得る太陽 熱エネルギーの合計の 1 / 2以下、 例えば 1 / 3〜 1 Z 2の範囲で あるようにすることができる。 このように、 一般に高コス トである 集光度が大きい集光装置の割合を制限することは、 集光設備全体の コス 卜に関して好ましいことがある。'  For example, solar thermal energy obtained by a concentrating device with a high degree of concentration is less than 1/2 of the total solar thermal energy obtained by a concentrating device with a high degree of condensing and a concentrating device with a low degree of concentrating, It can be in the range of 1 Z 2. Thus, limiting the proportion of light concentrators that are generally high cost and have a high degree of light condensing may be desirable with respect to the cost of the overall light concentrating equipment. '
<太陽熱エネルギー貯蔵方法一工程 (b ) (水素の製造) > 3613 太陽熱エネルギー貯蔵方法では、 工程 (b) において、 取得した 太陽熱エネルギーの一部を利用して、 特に取得した太陽熱エネルギ 一のみをエネルギー源として利用して、 水から水素を生成する反応 を行わせる。 <One step of solar thermal energy storage method (b) (production of hydrogen)> 3613 In the solar thermal energy storage method, in step (b), a part of the acquired solar thermal energy is used, and in particular, only the acquired solar thermal energy is used as an energy source to cause a reaction to generate hydrogen from water. .
この工程 ( b ) において、 水から水素を得るためには、 任意の方 法を利用することができる。 具体的には、 水の電気分解と並んで、 例えば下記の ( 1 ) 〜 ( 3 ) の水の分解 (W a t e r S p r i t t i n g ) 方法が知られており、 これらの方法においては、 水の分 解反応に必要な反応温度を低下させることに焦点が置かれている : ( 1 ) 直接法  In this step (b), any method can be used to obtain hydrogen from water. Specifically, along with water electrolysis, for example, the following (1) to (3) water splitting methods are known. In these methods, water decomposition is known. The focus is on reducing the reaction temperature required for the reaction: (1) Direct method
最も基本的な方法であり、 下記の式 1で示される反応によって、 高温下で直接に水を水素と酸素に分解する :  It is the most basic method, and it decomposes water into hydrogen and oxygen directly at high temperature by the reaction shown in Equation 1 below:
H 2 〇 → H 2 + 1 / 2 O 2 ( 2 , 0 0 0 °C以上) H 2 ○ → H 2 + 1/2 O 2 (2, 0 0 0 ° C or more)
(式 1 ) この反応は本来、 数千1 Cの温度を必要とするが、 触媒を利用する ことによって 2, 0 0 0 °C前後の温度で達成することができる。 (Equation 1) originally reaction, requires a temperature thousands 1 C, can be achieved with 2, 0 0 0 ° C before and after the temperature by utilizing a catalyst.
( 2 ) Z n (亜鉛) 法  (2) Zn (zinc) method
上記 ( 1 ) で必要とされる高温を下げるために、 第 3の物質を介 在させて水を分解する方法が存在する。 その代表的な例は、 亜鉛を 介在させる方法であり、 この場合の反応式は以下の通りである : In order to lower the high temperature required in (1) above, there is a method of decomposing water through the presence of a third substance. A typical example is a method involving zinc, in which the reaction formula is as follows:
Z n +H2 0→ Z n〇 + H2 (約 4 0 0 °C) (式 2 )Z n + H 2 0 → Z n〇 + H 2 (Approx. 4 0 0 ° C) (Formula 2)
Z n O→ Z n + l / 202 (約 1 5 0 0 °C ) (式 3 ) 全反応 H2 0→H2 + 1 / 2 O 2 Z n O → Z n + l / 20 2 (approx. 15 500 ° C) (Equation 3) All reactions H 2 0 → H 2 + 1/2 O 2
この方法では、 高温の熱源 (約 1 5 0 0 °C) と低温の熱源 ( 4 0 0 °C) の 2種類の熱源が必要である。  This method requires two types of heat sources: a high-temperature heat source (approximately 1500 ° C) and a low-temperature heat source (4200 ° C).
( 3 ) I - S (ヨウ素—ィォゥ) サイクル法  (3) I-S (iodine-io) cycle method
上記 ( 2 ) の方法より も更に反応温度を下げる方法としては、 I 09053613 一 sサイクル法が知られており、 その反応は以下の通りである : H 2 S O 4 →H 2 O + S O 2 + 1 / 2 O 2 (約 9 5 0 °C) As a method for lowering the reaction temperature further than the method (2) above, I 09053613 One s cycle method is known and the reaction is as follows: H 2 SO 4 → H 2 O + SO 2 + 1/2 O 2 (about 9500 ° C)
(式 4 ) (Formula 4)
2 H a O + S O 2 + I 2 →H 2 S O 4 + 2 H I (約 1 3 0 °C) 2 H a O + SO 2 + I 2 → H 2 SO 4 + 2 HI (about 1 3 0 ° C)
(式 5 ) (Formula 5)
2 H I→H2 + I 2 (約 4 0 0で) 2 HI → H 2 + I 2 (about 4 0 0)
(式 6 ) 全反応 H2 〇→H2 + 1 Z 2〇 2 (Equation 6) Total reaction H 2 0 → H 2 + 1 Z 2 0 2
この方法では、 高温の熱源 ( 9 5 0 °C) と低温の熱源 ( 4 0 0 °C ) の 2種類の熱源が必要である。  This method requires two types of heat sources: a high-temperature heat source (950 ° C) and a low-temperature heat source (400 ° C).
上記のように、 熱を利用して水から水素を生成する上記 ( 1 ) 〜 ( 3 ) の反応ではいずれも少なく ともその一部において、 比較的高 い温度の熱源を必要としている。  As described above, in the reactions (1) to (3) in which hydrogen is generated from water using heat, a heat source having a relatively high temperature is required for at least some of the reactions.
この比較的高い温度の熱源は、 工程 ( a ) で取得した太陽熱エネ ルギーを直接に熱源として利用して提供することができ、 この場合 には、 必要な太陽熱エネルギーの少なく とも一部を、 集光度が大き い集光装置、 例えばパラポリ ックディ ッシュ型集光装置及び Z又は ソーラータワー型集光装置で得ることができる。 また、 この比較的高い温度の熱源は、 電力、 特に工程 ( a ) にお いて取得した太陽熱エネルギーを利用して得た電力、 又は合成され たアンモニアを燃料として利用して得た電力を利用することができ る。 また、 比較的高い温度の熱源を用いずに、 すなわち例えば水の 電気分解によって水素を得る場合、 電力、 特に工程 ( a ) において 取得した太陽熱エネルギーを利用して得た電力、 又は合成されたァ ンモニァを燃料として利用して得た電力を利用することができる。  This relatively high temperature heat source can be provided by directly using the solar heat energy acquired in step (a) as a heat source, in which case at least a portion of the required solar heat energy is collected. It can be obtained with a concentrator with a high luminous intensity, such as a parapoly dish type concentrator and a Z or solar tower type concentrator. In addition, this relatively high temperature heat source uses electric power, particularly electric power obtained using solar thermal energy acquired in step (a), or electric power obtained using synthesized ammonia as fuel. be able to. In addition, when hydrogen is obtained without using a relatively high temperature heat source, that is, for example, by electrolysis of water, electric power, in particular, electric power obtained using solar thermal energy acquired in step (a), or synthesized energy Electricity obtained by using monmonas as fuel can be used.
このように、 電力を利用して比較的高温の熱源を提供する場合、 又は電力を利用して水を電気分解する場合、 工程 ( a ) において、 JP2009/053613 太陽熱エネルギーの取得を、 集光度が小さい集光装置、 例えばパラ ポリ ック トラフ型集光装置によって行う ことができる。 これは、 集 光設備全体のコス トに関して好ましいことがある。 Thus, in the case of providing a relatively high-temperature heat source using electric power, or in the case of electrolyzing water using electric power, in the step (a), JP2009 / 053613 Acquisition of solar thermal energy can be performed by a light collecting device having a low light collecting degree, for example, a parapoly trough type light collecting device. This may be preferable with respect to the overall cost of the light collection equipment.
<太陽熱エネルギー貯蔵方法一工程 ( C ) (アンモニアの合成) <One step of solar thermal energy storage method (C) (synthesis of ammonia)
> >
太陽熱エネルギー貯蔵方法では、 工程 ( C ) において、 取得した 太陽熱エネルギーの他の一部を利用して、 特に取得した太陽熱エネ ルギ一のみをエネルギー源として用いて、 窒素及び工程 (b ) で得 た水素からアンモニアを合成する反応を行わせる。  In the solar thermal energy storage method, in step (C), a part of the obtained solar thermal energy was used, and in particular, only the obtained solar thermal energy was used as an energy source, and was obtained in nitrogen and step (b). A reaction for synthesizing ammonia from hydrogen is performed.
この工程 ( c ) において、 窒素及び水素からアンモニアを合成す ることは、 任意の方法によって達成できる。  In this step (c), the synthesis of ammonia from nitrogen and hydrogen can be achieved by any method.
アンモニアの化学合成は、 約 1 0 0年前にドィッの研究者ハーバ —とボッシュが初めて大量生産に成功し、 窒素肥料として食物の増 産に貢献している。 ハーバー一ボッシュ合成法は、 下記に示す吸熱 反応であり、 簡便で且つ比較的効率も高いので、 現在も基本的には 変更されずに用いられており、 エネルギー貯蔵方法でもこの方法を 利用することができる :  The chemical synthesis of ammonia was the first successful mass production of scientists Herba and Bosch about 100 years ago, contributing to increased food production as a nitrogen fertilizer. The Haber-Bosch synthesis method is an endothermic reaction shown below, and it is simple and relatively efficient, so it is still used basically without modification, and this method should also be used for energy storage. Can:
N 2 + 3 H 2 → 2 NH 3 (約 4 0 0 °C) (式 8 ) すなわち、 この反応では比較的低温 ( 4 0 0 °C) の熱源を利用し ている。 なお、 従来、 この反応は鉄触媒を利用して行っていたが、 最近はルテニウム触媒を利用して更に反応温度を下げることも行わ れている。 反応温度が低い場合には、 平衡論的にアンモニアの収率 が高くなるので、 反応温度を下げるための研究は現在も行われてい る。 N 2 + 3 H 2 → 2 NH 3 (approx. 400 ° C) (Equation 8) In other words, this reaction uses a relatively low-temperature (400 ° C) heat source. Conventionally, this reaction has been carried out using an iron catalyst, but recently, the reaction temperature has been further lowered using a ruthenium catalyst. When the reaction temperature is low, the yield of ammonia is high in equilibrium, so research to lower the reaction temperature is still underway.
この反応のための比較的低い温度の熱源及び/又はこの反応のた めの動力は、 工程 ( a ) で取得した太陽熱エネルギーを利用して提 供することができ、 この場合には、 必要な太陽熱エネルギーを、 集 P T/JP2009/053613 光度が小さい集光装置、 例えばパラボリ ック トラフ型集光装置で得 ることができる。 The relatively low temperature heat source for this reaction and / or the power for this reaction can be provided using the solar thermal energy obtained in step (a), in which case the necessary solar heat Collecting energy PT / JP2009 / 053613 It can be obtained with a condensing device with a low luminous intensity, for example, a parabolic trough concentrating device.
なお、 太陽熱エネルギー貯蔵方法のための窒素を得るためには、 下記の ( 1 ) 及び ( 2 ) の方法が適用可能である :  In order to obtain nitrogen for the solar thermal energy storage method, the following methods (1) and (2) are applicable:
( 1 ) 深冷分離  (1) Cryogenic separation
この方法では、 空気を冷却しながら圧縮し、 液体空気を作り、 酸 素と窒素との沸点の差を利用して、 液体空気から窒素を分離する。 この方法では、 高純度の窒素が得られるが、 大規模な設備、 及び比 較的多くのエネルギーが必要とされる。  In this method, air is cooled and compressed to produce liquid air, and nitrogen is separated from liquid air by utilizing the difference in boiling point between oxygen and nitrogen. This method yields high purity nitrogen, but requires large equipment and a relatively large amount of energy.
ここで、 この空気の深冷分離のために、 工程 ( a ) において取得 した太陽熱エネルギーを利用して得た電力及び Z又は動力、 又は合 成されたアンモニアを燃料として利用して得た電力及び/又は動力 を利用することができる。 この場合、 この工程においても、 化石燃 料の利用による二酸化炭素の生成を、 抑制し、 好ましくはなくすこ とができる。  Here, for the cryogenic separation of the air, the electric power and Z or power obtained by using the solar thermal energy obtained in the step (a), or the electric power obtained by using the synthesized ammonia as the fuel and Power can be used. In this case, also in this step, the production of carbon dioxide due to the use of the fossil fuel can be suppressed and preferably eliminated.
( 2 ) 燃焼による酸素の除去  (2) Removal of oxygen by combustion
天然ガスを利用する従来のアンモニアプラントでは、 水素を得る ための改質工程で空気中の酸素を消費し、 残った混合ガス中から、 一酸化炭素及び二酸化炭素を吸収除去して、 窒素ガスを得ている。 エネルギー貯蔵方法においてもこの方法を利用することもできるが 、 この場合には、 窒素ガス中に含まれる一酸化炭素及び二酸化炭素 の濃度を 1 0 p p m以下にまで下げる精製処理が必要な場合があり 、 これを行わないと、 一酸化炭素及び二酸化炭素がアンモニア合成 触媒に吸着して劣化を加速することがある。  In a conventional ammonia plant that uses natural gas, oxygen in the air is consumed in the reforming process to obtain hydrogen, and carbon monoxide and carbon dioxide are absorbed and removed from the remaining mixed gas to remove nitrogen gas. It has gained. This method can also be used as an energy storage method, but in this case, a purification process may be required to reduce the concentration of carbon monoxide and carbon dioxide contained in nitrogen gas to 10 ppm or less. If this is not done, carbon monoxide and carbon dioxide may adsorb on the ammonia synthesis catalyst and accelerate the degradation.
( 3 ) これに対して、 エネルギー貯蔵方法の 1つの態様では、 下 記の式 7で示すように、 製造した水素 (H 2 ) を空気 ( 4 N 2 +〇 2 ) で燃焼させ、 空気中の酸素を消費させることによつても、 窒素 3613 ガスを製造できる : (3) On the other hand, in one embodiment of the energy storage method, as shown in the following formula 7, hydrogen (H 2 ) produced is burned with air (4 N 2 +0 2 ) Nitrogen can also be consumed by nitrogen 3613 Can produce gas:
2 H 2 + 4 N 2 + O 2 → 4 N 2 + 2 H 2 O (式 7 ) この場合には、 燃焼生成物が水のみであり、 燃焼生成物が一酸化 炭素及び二酸化炭素として生じないことから、 一酸化炭素及び二酸 化炭素の除去の必要性が少なくなり、 又は場合によってはなくなる 。 なお、 この反応は発熱発応であるので、 必要に応じてこのときに 発生する熱エネルギーを利用して、 エネルギー貯蔵方法において必 要とされる電力等を作り出すことも可能である。  2 H 2 + 4 N 2 + O 2 → 4 N 2 + 2 H 2 O (Equation 7) In this case, the combustion product is only water, and the combustion product is not generated as carbon monoxide and carbon dioxide. This reduces or even eliminates the need for carbon monoxide and carbon dioxide removal. Since this reaction is an exothermic reaction, it is possible to use the heat energy generated at this time as necessary to produce the electric power required for the energy storage method.
太陽熱エネルギー貯蔵方法の 1つの例は、 図 7に示すような設備 を用いて実施することができる。  One example of a solar thermal energy storage method can be implemented using equipment as shown in Figure 7.
この図 7 に示す設備では、 集光度が比較的大きいソーラータワー 型集光装置 1 5 0 によって太陽熱エネルギーを取得し、 ここで得た 太陽熱エネルギーを、 溶融塩である熱媒体を流通させる配管 1 7 8 によって、 反応装置 1 7 1 まで移送する。 また、 集光度が比較的小 さぃパラボリ ック トラフ型集光装置 1 6 0によつて太陽熱エネルギ 一を取得し、 ここで得た太陽熱エネルギーを、 水蒸気である熱媒体 を流通させる配管 1 7 9によって、 反応装置 1 7 1 まで移送する。  In the facility shown in Fig. 7, solar heat energy is acquired by a solar tower type condensing device 15 0 having a relatively high light concentration, and the solar heat energy obtained here is used to distribute a heat medium that is a molten salt 1 7 8 to transfer to reactor 1 7 1. In addition, the parabolic trough-type concentrator with a relatively low concentration is used to obtain solar thermal energy, and the solar thermal energy obtained here is used to circulate a heat medium that is water vapor. Transfer to reactor 1 7 1 by 9.
この反応装置 1 7 1では、 集光度が比較的大きいソーラータヮ一 型集光装置 1 5 0から供給される熱エネルギーを高温の熱源として 利用し、 且つ集光度が比較的小さいパラポリ ック トラフ型集光装置 1 6 0から供給される熱エネルギーを低温の熱源として且つ/又は 動力源として利用して、 水から水素を生成する反応を行わせて、 水 素を得る。  In this reactor 1 71, a solar collector type concentrator 1 50 having a relatively high concentration is used as a high-temperature heat source, and a parapoly trough type collector having a relatively low concentration is used. Hydrogen is obtained by performing a reaction for generating hydrogen from water using the thermal energy supplied from the optical device 160 as a low-temperature heat source and / or a power source.
また、 集光度が比較的小さいパラボリ ック トラフ型集光装置 1 6 0 によって太陽熱エネルギーを取得し、 水蒸気である熱媒体を流通 させる配管 1 7 9 によって、 反応装置 1 7 3まで移送し、 この反応 装置 1 7 3 において太陽熱エネルギーを、 熱源且つ Z又は動力源と JP2009/053613 して利用して、 窒素及び水素からアンモニアを合成する反応を行わ せて、 アンモニアを得る。 ここで、 この反応装置 1 7 3に供給され る窒素は、 空気深冷分離装置 1 7 2によって、 空気を深冷分離して 得るものであり、 またこの反応装置 1 7 3に供給される水素は、 反 応装置 1 7 1で得るものである。 Solar thermal energy is acquired by a parabolic trough concentrator 1 60 having a relatively low concentration, and transferred to a reactor 1 7 3 by a pipe 1 7 9 through which a heat medium that is water vapor flows. In the reactor 1 7 3, solar thermal energy is converted into heat source and Z or power source. JP2009 / 053613 is used to synthesize ammonia from nitrogen and hydrogen to obtain ammonia. Here, the nitrogen supplied to the reactor 1 7 3 is obtained by cryogenic separation of air by the air cryogenic separator 1 7 2, and the hydrogen supplied to the reactor 1 7 3 Is obtained with the reaction device 1 7 1.
すなわち、 この例の方法では、 太陽熱エネルギーを実施する設備 7 0 0の系への供給が、 太陽光エネルギー 2 0 0、 水 ( H 2 〇) 及 び空気 ( A i r ) のみであり、 これらからアンモニア ( N H 3 ) を 得ている。 したがって、 この例では、 太陽熱エネルギーをアンモニ ァの化学エネルギーの形で貯蔵するために、 二酸化酸素の発生を伴 わない。 In other words, in the method of this example, the supply to the system of the facility 700 that performs solar thermal energy is only solar energy 20 0, water (H 2 0) and air (A ir), and from these Ammonia (NH 3) is obtained. Therefore, in this example, it does not involve the generation of oxygen dioxide to store solar thermal energy in the form of ammonia chemical energy.
反応装置 1 7 3で得たアンモニアは、 随意に液化装置 1 7 4で液 化し、 その後、 出荷を行うまで貯蔵タンク 1 7 5に蓄える。 ここで は、 液化装置のための動力源としても、 太陽熱エネルギーを用いる ことができる。  The ammonia obtained in reactor 1 7 3 is optionally liquefied in liquefier 1 7 4 and then stored in storage tank 1 7 5 until shipping. Here, solar energy can also be used as a power source for the liquefaction device.
なお、 この図 7に示す例では、 ソーラータワー型集光装置 1 5 0 の代わりに、 集光度が比較的大きい他の集光装置、 例えばパラポリ ックディ ッシュ型集光装置を用いることができる。 また、 ソーラー タワー型集光装置 1 5 0 とパラポリ ック トラフ型集光装置 1 6 0 と の 2種類の集光装置を用いる代わりに、 一種類のみの集光装置を用 いることもできる。  In the example shown in FIG. 7, instead of the solar tower type condensing device 150, another condensing device having a relatively high condensing degree, for example, a parapoly dish type condensing device can be used. Also, instead of using two types of concentrators, a solar tower type concentrator 150 and a parapoly trough concentrator 1660, only one type of concentrator can be used.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
1 . 第 1 の地域で得た太陽熱エネルギーを該第 1の地域より 日射 量の少ない第 2の地域で利用される駆動エネルギーに変換する方法 であって、 1. A method of converting solar thermal energy obtained in a first area into driving energy used in a second area that has less solar radiation than the first area,
前記第 1 の地域で、 取得した太陽熱エネルギーのみをエネルギー 源として用いて空気及び水からアンモニアを合成し、  In the first region, ammonia is synthesized from air and water using only the acquired solar thermal energy as an energy source,
前記アンモニアを、 前記第 1 の地域から前記第 2の地域へ移送し 前記第 2の地域で、 窒素と水を生成するように前記アンモニアを 燃焼して駆動エネルギーを得る、 工程を有することを特徴とする方 法。  Transferring the ammonia from the first region to the second region, and burning the ammonia to produce nitrogen and water in the second region to obtain drive energy. How to do.
2 . 前記移送工程は、 前記アンモニアを燃料として利用して、 前 記移送の実施に必要な電力及び/又は動力の少なく とも一部を得る 、 請求項 1 に記載の方法。  2. The method according to claim 1, wherein the transfer step obtains at least a part of electric power and / or power required for carrying out the transfer using the ammonia as a fuel.
3 . 前記燃焼により生成した窒素と水は、 大気中に放出され、 前 記合成工程でアンモニアとして再生利用され得る、 請求項 1又は 2 に記載の方法。  3. The method according to claim 1 or 2, wherein the nitrogen and water generated by the combustion are released into the atmosphere and can be recycled as ammonia in the synthesis step.
4 . 前記駆動エネルギーは、 内燃機関を利用して取得される請求 項 1 〜 3のいずれかに記載の方法。  4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the driving energy is acquired using an internal combustion engine.
5 . 前記アンモニアを合成する工程は、  5. The step of synthesizing the ammonia comprises
( 1 ) 取得した前記太陽熱エネルギーの一部を利用して、 水から 水素を生成する反応を行わせること、  (1) Using a part of the acquired solar thermal energy, causing a reaction to generate hydrogen from water,
( 2 ) 取得した前記太陽熱エネルギーの他の一部を利用して、 窒 素及び工程 ( 1 ) で得た水素からアンモニアを合成する反応を行わ せること、  (2) Utilizing other part of the acquired solar thermal energy, a reaction for synthesizing ammonia from nitrogen and hydrogen obtained in step (1) is performed.
を含む、 請求項 1〜 4のいずれかに記載の方法。 The method according to claim 1, comprising:
6. 前記取得した太陽熱エネルギーを利用して、 前記合成工程の 実施に必要な電力及び/又は動力の少なく とも一部を得る、 請求項 1〜 5のいずれかに記載の方法。 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein at least a part of electric power and / or power necessary for performing the synthesis step is obtained by using the acquired solar thermal energy.
7. 合成されたアンモニアを燃料として利用して、 前記合成工程 の実施に必要な電力、 動力及び Z又は熱の少なく とも一部を得る、 請求項 1〜 6のいずれかに記載の方法。  7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the synthesized ammonia is used as a fuel to obtain at least a part of electric power, power and Z or heat necessary for carrying out the synthesis step.
8. 工程 ( 1 ) において、 前記取得した太陽熱エネルギーを直接 に熱源として利用して、 水から水素を生成する反応を行わせる、 請 求項 5〜 7のいずれかに記載の方法。  8. The method according to any one of claims 5 to 7, wherein in step (1), the obtained solar thermal energy is directly used as a heat source to cause a reaction to generate hydrogen from water.
9. 工程 ( 1) において熱源として利用する前記太陽熱エネルギ 一の少なく とも一部を、 パラポリ ックディ ッシュ型集光装置及び Z 又はソ一ラ一タワー型集光装置で得る、 請求項 8に記載の方法。  9. The solar thermal energy used as a heat source in step (1) is obtained by a parapoly dish type concentrator and a Z or solar tower type concentrator. Method.
1 0. 工程 ( 1 ) において、 前記電力を熱源として利用して、 水 から水素を生成する反応を行わせる、 請求項 6又は 7に記載の方法  10. The method according to claim 6 or 7, wherein in step (1), a reaction for generating hydrogen from water is performed using the electric power as a heat source.
1 1. 工程 ( 1 ) において、 前記電力によって水を電気分解して 、 水から水素を生成する反応を行わせる、 請求項 6又は 7に記載の 方法。 1 1. The method according to claim 6 or 7, wherein in step (1), water is electrolyzed with the electric power to cause a reaction to generate hydrogen from water.
1 2. 前記太陽熱エネルギーの取得を、 パラポリ ック トラフ型集 光装置によって行う、 請求項 1 0又は 1 1のいずれかに記載の方法  1 2. The method according to claim 10, wherein the solar thermal energy is acquired by a parapoly trough-type concentrator.
1 3. 工程 (2) において、 前記取得した太陽熱エネルギーを直 接に熱源として且つ/又は動力源として利用して、 窒素及び水素か らアンモニアを合成する、 請求項 5〜 1 2のいずれかに記載の方法 1 3. In the step (2), ammonia is synthesized from nitrogen and hydrogen by using the acquired solar thermal energy directly as a heat source and / or as a power source. Described method
1 4. 工程 (2) において熱源として利用する前記太陽熱ェネル ギーを、 パラポリ ック 卜ラフ型集光装置で得る、 請求項 1 3に記載 の方法。 1 4. The solar heat energy used as a heat source in the step (2) is obtained by a parapolic rough concentrator. the method of.
1 5. 工程 ( 1 ) において、 前記取得した太陽熱エネルギーを直 接に熱源として利用して、 水から水素を生成する反応を行わせ ; ェ 程 ( 1 ) において熱源として利用する前記太陽熱エネルギーの少な く とも一部を、 パラポリ ックディ ッシュ型集光装置及び/又はソ一 ラー夕ヮ—型集光装置で得 ; 工程 ( 2 ) において、 前記取得した太 陽熱エネルギーを直接に熱源として且つ /又は動力源として利用し て、 窒素及び水素からアンモニアを合成する反応を行わせ ; 且つェ 程 ( 2 ) において熱源として利用する前記太陽熱エネルギーを、 パ ラボリ ック トラフ型集光装置で得る、 請求項 5〜 7のいずれかに記 載の方法。 1 5. In step (1), the obtained solar thermal energy is directly used as a heat source to cause a reaction to generate hydrogen from water; in step (1), the amount of solar thermal energy used as a heat source is reduced. At least a part is obtained by a parapoly dish type concentrator and / or a solar dinner-type concentrator; in step ( 2) , the obtained solar thermal energy is directly used as a heat source and / or A reaction for synthesizing ammonia from nitrogen and hydrogen is performed by using as a power source; and the solar thermal energy used as a heat source in step (2) is obtained by a parabolic trough concentrator. The method described in any of 5-7.
1 6. 前記窒素を、 前記電力及び Z又は動力を利用する空気の深 冷分離によって得る、 請求項 6又は 7 に記載の方法。  1 6. The method of claim 6 or 7, wherein the nitrogen is obtained by cryogenic separation of air using the power and Z or power.
1 7. 前記窒素を、 工程 ( 1 ) で得た水素を燃焼させて空気中の 酸素を消費することによって得る、 請求項 5〜 1 5のいずれかに記 載の方法。  1 7. The method according to any one of claims 5 to 15, wherein the nitrogen is obtained by combusting the hydrogen obtained in the step (1) and consuming oxygen in the air.
1 8. 第 1の地域で得た太陽熱エネルギーを該第 1の地域より 日 射量の少ない第 2の地域で利用される駆動エネルギーとして用いる 方法であって、  1 8. A method of using solar thermal energy obtained in a first area as driving energy used in a second area with less solar radiation than the first area,
前記第 1の地域で、 取得した太陽熱エネルギーのみをエネルギー 源として用いて空気及び水からアンモニアを合成し、  In the first region, ammonia is synthesized from air and water using only the acquired solar thermal energy as an energy source,
窒素と水を生成するように前記アンモニアを燃焼することにより 駆動エネルギーを得るために、 前記第 2の地域へ前記アンモニアを 移送する、 工程を有することを特徴とする方法。  Transferring the ammonia to the second region to obtain drive energy by burning the ammonia to produce nitrogen and water.
1 9. 第 1の地域で得た太陽熱エネルギーを該第 1 の地域より 日 射量の少ない第 2の地域で利用される駆動エネルギーとして用いる 方法であって、 前記第 1の地域で取得した太陽熱エネルギーのみをエネルギー源 として用いて空気及び水から合成されたアンモニアを、 前記第 2の 地域で受け入れ、 1 9. A method of using solar thermal energy obtained in a first region as driving energy used in a second region with less solar radiation than the first region, Ammonia synthesized from air and water using only solar thermal energy acquired in the first area as an energy source is received in the second area,
前記第 2の地域で窒素と水を生成するように前記アンモニアを燃 焼することにより駆動エネルギーを得る、 工程を有することを特徴 とする方法。  A method comprising the step of obtaining driving energy by burning the ammonia so as to generate nitrogen and water in the second region.
2 0 . 第 1の地域で得た太陽熱エネルギーを該第 1 の地域より 日 射量の少ない第 2の地域で利用される駆動エネルギーに変換する方 法であって、  2 0. A method of converting solar thermal energy obtained in a first area into driving energy used in a second area that has less solar radiation than the first area,
前記第 1の地域の太陽熱エネルギー取得手段で、 太陽光を集光し て太陽熱エネルギーを取得し、  The solar thermal energy acquisition means of the first region collects sunlight and acquires solar thermal energy,
前記第 1の地域のアンモニア合成手段で、 前記取得した太陽熱ェ ネルギーのみをエネルギー源として用いて空気及び水からアンモニ ァを合成し、  Ammonia synthesis means in the first region synthesizes ammonia from air and water using only the acquired solar heat energy as an energy source,
前記第 1の地域のアンモニア液化手段で、 前記アンモニアを液化 し、  In the ammonia liquefaction means of the first area, the ammonia is liquefied,
アンモニア移送手段で、 前記液化したアンモニアを前記第 1の地 域から前記第 2の地域へ移送し、  An ammonia transfer means for transferring the liquefied ammonia from the first region to the second region;
前記第 2の地域の駆動エネルギー生成手段で、 窒素と水を生成す るように前記アンモニアを燃焼して駆動エネルギーを得る、 工程を 有することを特徴とする方法。  The driving energy generating means in the second region comprises the step of obtaining the driving energy by burning the ammonia so as to generate nitrogen and water.
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