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バイオ光化学セル及びモジュール及び光化学的処理方法

国内特許コード P110001674
整理番号 S2008-0564-N0
掲載日 2011年3月10日
出願番号 特願2008-155451
公開番号 特開2009-300271
登録番号 特許第5297699号
出願日 平成20年6月13日(2008.6.13)
公開日 平成21年12月24日(2009.12.24)
登録日 平成25年6月21日(2013.6.21)
発明者
  • 藤井 有起
  • 金子 正夫
  • 根本 純一
  • 上野 寛仁
出願人
  • 国立大学法人茨城大学
  • 株式会社バイオフォトケモニクス研究所
発明の名称 バイオ光化学セル及びモジュール及び光化学的処理方法
発明の概要 【課題】
種々のバイオマスやバイオマス廃棄物に太陽光照射して光完全分解浄化し、同時に電力を発生させるための装置や素子としてのバイオ光化学セルとその実用化方法を提供する。
【解決手段】
電子供与体を含む液体中に浸漬され、光化学的反応または光電気化学的反応を行わせるための作用電極として電導体ないし半導体からなるアノード及び酸素還元反応を行わせる対極としてカソードと、前記アノードとカソードを電気的に接続する外部導線と、電子供与体を含む液体を収容する容器と、該液体及び/又は前記アノードに対して外部光源又は内部光源からの光を照射する手段とを有し、かつ空気や酸素を吹き込むことを特徴とするバイオ光化学セル、それを用いたセンサ、化学的処理方法、分析方法及び発電方法。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


近年、バイオマスなどの環境汚染物質による環境汚染が深刻化し、人類生存環境の悪化や生物種の急速な減少が目立っている。また、化石燃料燃焼による二酸化炭素の大量排出による地球温暖化と、それに起因すると考えられる異常気象、大洪水、永久凍土の消失、氷河の確実な溶解、海面上昇等の現象が世界各地で頻繁に、且つ、高頻度で発生するようになり、人類の生存環境は急速に悪化し、脅かされつつある。かかる深刻な全地球的規模の問題を早急に解決するために、環境汚染物質の分解除去や、新しいエネルギー資源の創製や革新的な省エネルギー技術が強く求められている。環境汚染物質の分解除去法や風力発電、太陽電池による太陽光発電、バイオマス利用などの再生可能な新エネルギー資源、さらに、燃料電池を用いた省エネルギーシステムなどが、これらを解決すべき技術として期待され、普及しつつある。



しかしながら、これら新しい分解やエネルギーシステムは、これを実際に経済的に実施するためには、効率やコストなどの面でまだまだ問題があり、バイオマス廃棄物などの環境汚染物質の完全分解浄化や、二酸化炭素排出量を現実的に大幅に削減できる技術は、現実にはまだ存在しないといわざるを得ない。2年前に発効した京都議定書において、各締約国に課される二酸化炭素削減の数値目標についても、容易には達成できるものではなく、特に日本に関しての削減目標を達成することは、その達成も危ぶまれている程のものである。



二酸化炭素排出を抑制するために、現在いわゆる燃料電池が注目されている。これは、燃料から電力を得るに際し、単に燃料を燃焼してそのエネルギーで発電機を回して電力を得る火力発電に対し、燃料電池によれば、この燃料を酸素と化合せしめる際に、電極を用いて外部回路を介して当該反応を行わせ、このときに生ずる電荷のやり取りを、電力として直接得ることができるからである。



一方また、太陽エネルギーを電力に変えるため、結晶質シリコンやアモルファスシリコン半導体を用いる太陽電池が実現されているが、発電効率が限られているという問題がある。

産業上の利用分野


本発明は有機物、無機物やバイオ系化合物、バイオ系廃棄物、環境汚染物質などの光分解浄化と同時電力化、または色々な有機・無機化合物の光電気化学的分析・計測に関係する。

特許請求の範囲 【請求項1】
電導体または半導体アノード電極と酸素還元カソード電極を薄層を形成するように対向させ、当該対向させた電極により、バイオマスを含む有機化合物と無機化合物から選ばれた1種以上の電子供与体を含む溶液または懸濁液からなる液層の薄層を挟みこれを保持するように構成してなる平面型薄型セルであって、当該薄型セルの対向する壁面は、光化学的反応または光電気化学的反応を行わせるための作用電極としての電導体または半導体からなる当該アノード電極と、
及び酸素還元反応を行わせる対極としての酸素還元触媒を担持した当該カソード電極とから構成されるものであり、
かつ、当該対向する電極により液層が上部まで保持され、その壁面の全面が前記薄層を形成する液層と接触しており、
また、当該対向する電極は、当該液層と接する壁面の反対側においてそれぞれ気相と接しており、
さらに前記アノード電極と前記カソード電極を電気的に接続する外部導線と、当該電子供与体を含む溶液または懸濁液及び/又は前記アノード電極に対して外部光源又は内部光源からの光を照射する手段と、及び、空気または酸素を当該溶液または懸濁液に導入する手段を有し、当該電子供与体を酸素共存下光照射下において分解すると同時に発電することを特徴とするバイオ光化学セル。

【請求項2】
前記セルは、前記電子供与体を含む溶液または懸濁液の流入口と流出口を有することを特徴とする請求項1記載のバイオ光化学セル。

【請求項3】
請求項1又は2の記載において、酸素還元カソード電極に坦持する酸素還元触媒として、周期律表の7A族または8族から選ばれる金属またはその酸化物を、単独で用いるかまたは炭素、グラファイトあるいは無機物からなる担体に坦持して用いることを特徴とするバイオ光化学セル。

【請求項4】
請求項1からのいずれか1項の記載において、前記電子供与体を含む溶液または懸濁液中にまたは当該アノード電極を構成する電導体または半導体中に、ハロゲンイオンを存在させることを特徴とするバイオ光化学セル。

【請求項5】
請求項1からのいずれか1項の記載において、前記空気または酸素を当該溶液または懸濁液に導入する手段として、前記カソード電極および酸素還元触媒の担体として気体透過性の多孔質材料を用い、当該カソード電極の当該溶液または懸濁液と接する面の反対側において接している当該気相には空気または酸素を共存させるか流通させることを特徴とするバイオ光化学セル。

【請求項6】
請求項記載のバイオ光化学セルをサブモジュールとし、このサブモジュールを複数個接続してなることを特徴とするバイオ光化学セルモジュール。

【請求項7】
請求項1からのいずれか1項に記載のバイオ光化学セル、又は請求項に記載のバイオ光化学セルモジュールに当該電子供与体を含む溶液または懸濁液を、当該バイオ光化学セル又は当該バイオ光化学セルモジュールに収容し、当該溶液、懸濁液、またはアノード電極に光照射して、当該電子供与体の光分解と電力発生を同時に行うことを特徴とする光化学的処理方法。

【請求項8】
請求項に記載の光化学的処理方法において、当該電子供与体として環境汚染物質を用い、 当該環境汚染物質を光分解浄化すると同時に電力を発生することを特徴とする光化学的処理方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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