[发明专利]涉及水的电解和二氧化碳氢化为甲烷的用于能量转换和产生的方法和系统

说明书

本发明涉及将电能转换为化学能并且任选地在需要时将化学能转换回电能从而提供电能的改进的方法和系统。本发明提供了用于由电能制备可燃的燃料或石化原料的高效方法和系统，其中在某些实施方案中，可通过非化石燃料能量和相关技术来提供电能。在替代实施方案中，本发明可用于在特定时间(例如，在相对低的需求或价格的时候)将电能转换为化学能，用于之后在其他时间(例如，高的需求或价格的时候)转换为电能。本发明可涉及能量转移的再循环过程(recurrent process)，用于供应无排放的电力和任选的区域供热和用于饮用或其他目的的水源。

背景技术

事实证明致力于满足急速增长的全球人口的不断扩大的能量需求是二十一世纪早期人类所面临的最大挑战之一。能量供应的基本方式在很大程度上仍保持不变，这是因为大规模产生化石燃料(例如煤、油和天然气)的燃烧仍提供绝大多数的电力，在英国乃至世界范围均如此。然而，自从二十世纪六十年代，人们已日益关注该燃烧的主要产物之一(即二氧化碳(CO₂))对我们世界的气候的影响。气候科学家目前几乎全部认同如果任其发展的话，我们对化石燃料燃烧的持续依赖正在以将导致我们星球大幅升温的速度提高大气CO₂的水平。

对用于大多数电力产生、运输和家用供热或冷却的化石燃料的依赖推动了温室气体二氧化碳(CO₂)的水平不断升高。当气候科学家将全球变暖归因于大气中逐步升高的CO₂水平时，他们可能是正确的。在二十世纪，大气CO₂水平从300ppm升高至370ppm。因为化石燃料燃烧持续地球温度上升的风险，导致非常令人担心的失控效应。

针对缺乏决心制定以实现所提议的百分比减少的措施，已停止用于减少CO₂排放的国际协定。此外，用于减低CO₂的量的协定并非适当的解决方案并且其仅用来说明问题的规模，如果实施该协定的话仍将无法阻止大气中不断升高的CO₂水平。与此相反，普遍采用本发明将完全阻止来自电力供应的排放，相比国际能源署2010年全球30.6G吨CO₂/年的来自第一燃料燃烧的总排放量，本发明具有每年防止约14G吨CO₂进入大气的潜力。

目前，化石燃料发电站仍将燃烧期间所形成的CO₂释放入大气中，尽管进行了一些CO₂提取和埋存(sequestration)的初步研究，例如在英国法夫区的Longannet。由化石燃料燃烧所产生的大气污染导致对人体健康和生态系统的损害是被普遍承认的。现有技术不足以阻止由大气的含硫、含氮和颗粒污染所导致的损害。

现在国际上亟需采取果断行动以在全球温度升高至将导致我们的环境严重变化的水平之前阻止大气CO₂水平的上升。因此，已经显著加快探求能量产生的更小污染(“更加环保”)方法的步伐。研究致力于两个主要领域：

·捕获在化石燃料燃烧中所产生的CO₂，通常用于埋存，以及

·用于利用自然界中明显固有的巨大能量储备即所谓的可再生能源的高效装置。

CO₂回收(“碳捕获”)方法越来越吸引大规模的投资，政府通过向油气跨国公司提供经济激励来鼓励其开发。例如，“洁净煤技术”基于从烟道气中提取CO₂然后通过插入良好地质结构的气或油对其进行埋存。然而，从常规燃烧烃发电厂的烟道气中分离CO₂虽然可行，但存在两个主要缺点。第一，由于回收工艺，导致工厂的效率大幅下降，因此收益降低。第二且重要地，无法保证经埋存CO₂不会随时间从其地质监禁中逸出并找到进入大气的路径。易于CO₂回收的改进正在出现，特别是通过研究在O₂中而非空气中燃烧烃燃料的潜力——“氧燃料燃烧”，正如将在之后详细阐述的^[1]。