[发明专利]用于产生可再生氢并截留二氧化碳的电化学系统、装置和方法

说明书

权益要求

这个申请依据35U.S.C.119(e)要求于2007年4月3日提交的标题为“A NOVEL ELECTROCHEMICAL METHOD FORREMOVING CARBON DIOXIDE FROM GAS STREAMS ANDSIMULTANEOUSLY GENERATING HYDROGEN GAS”的美国临时专利申请No 60/921,598的权益，其全文以引用方式并入本文中。

相关申请的交叉引用

这个申请涉及于同一天提交并分配系列号No 60/921,598的标题为“RENEWABLE ENERGY SYSTEM FOR HYDROGENPRODUCTION AND CARBON DIOXIDE CAPTURE”的共同拥有和共同未决申请、涉及于同一天提交并分配系列号No.12/062,322的标题为“ELECTROCHEMICAL APPARATUS TO GENERATEHYDROGEN AND SEQUESTER CARBON DIOXIDE”的共同拥有和共同未决申请、以及涉及于同一天提交并分配系列号No.12/062,269的标题为“ELECTROCHEMICAL METHODS TOGENERATE HYDROGEN AND SEQUESTER CARBON DIOXIDE”的共同拥有和共同未决申请，所有这些申请的全文以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于生产氢(氢气，hydrogen)、氧(氧气，oxygen)、酸和碱以及用于捕获(俘获，capture)和截留(扣押，sequester)二氧化碳的电化学系统、装置(设备，apparatuse)、和方法。更具体地，本发明涉及伴随可再生能源和水电解使用的、用于生产可再生氢(renewable hydrogen)以及捕获和截留二氧化碳的电化学系统、装置和方法

背景技术

水的电化学裂解传统上被视为是一种产生氢和氧气的方法。在传统的碱性水电解中，对于产生的每分子的氢，产生和消耗两分子的氢氧化物碱(hydroxide base)。产生氢氧化物碱的一种常用方法是使用氯碱。虽然有效，但是氯碱方法产生大量的氯，其是一种毒副产品，并且在利用从化石燃料产生的电流供能时，每吨制造的碱形成若干吨的二氧化碳污染物。

从大气(环境，atmosphere)或从气体源去除二氧化碳需要非常大量的能量输入以克服与分离和浓缩扩散气体(diffuse gas)相关的熵能。目前用于从大气截留二氧化碳或用于生产氢的设备和策略要么效率低要么成本高。为了降低每年释放入大气中的二氧化碳的量，关键是开发经济上可行的设备和工艺以提供可再生氢作为燃料源，以及通过以稳定的形式截留二氧化碳或通过将其转化为有价值的商品而从大气中去除大量的二氧化碳。

发明内容

在一个实施方式中，本发明是一种用于产生氢和去除二氧化碳的综合系统(集成系统，integrated system)，其包括能源(能量来源，energy source)和水源(水来源，water source)。所述能源产生电能。水源连接于该能源并包括离子电解质。所述能源向水源供能以电解水，从而产生氧气、氢气、酸和碱。二氧化碳与碱发生反应。所述综合系统基本上不产生二氧化碳。

在另一实施方式中，本发明是一种用于产生氢、增值产品并去除二氧化碳的系统，其包括水电解过程(水电解工艺，water electrosisprocess)和能源。水电解过程产生氢气和氢氧化物碱。所述能源向水电解过程提供电(流)输入。氢气被收集并可以补充所述能源，而碱去除大气二氧化碳。所述系统去除的大气二氧化碳多于其产生的二氧化碳。

在又一实施方式中，本发明是一种用于捕获二氧化碳并将其转变为增值产品的综合系统。该综合系统包括用于产生电的可再生能源和水电解装置。来自所述可再生能源的能量被供应到水电解装置而产生氢、氧、碱和酸，它们被截留。在从可再生能源将能量供应到水电解装置之前，大气具有初始浓度的二氧化碳。在从可再生能源将能量供应到水电解装置之后，产生的碱与来自大气的二氧化碳反应，使得大气具有的所得二氧化碳的浓度小于二氧化碳的初始浓度。然后二氧化碳被转变为增值产品。