酸化マグネシウム還元方法及び反応装置
【課題】水酸化マグネシウム粉末から水素化マグネシウム粉末へのリサイクルを可能にする酸化マグネシウム還元方法及び反応装置を提供する。
【解決手段】不活性ガスの熱プラズマを生成するプラズマ反応炉に酸化マグネシウム粉末と、メタン及び／又は水素とを供給し、酸化マグネシウム粉末をマグネシウムにプラズマ還元し、プラズマ還元された気体のマグネシウムを凝縮させることによって、マグネシウム粉末又は水素化マグネシウム粉末の混合物或いは水素化マグネシウム粉末を生成する。反応装置に、プラズマ反応炉と、プラズマ反応炉の上部に設けられた筒状のトーチ電極と、トーチ電極を囲繞するトーチノズルと、プラズマ反応炉の下部に設けられた下部電極と、トーチ電極及び下部電極に電力を供給する電源と、トーチ電極を通じてメタンを供給する第１供給路と、トーチノズルを通じて酸化マグネシウムを供給する第２供給路とを備える。
【解決手段】不活性ガスの熱プラズマを生成するプラズマ反応炉に酸化マグネシウム粉末と、メタン及び／又は水素とを供給し、酸化マグネシウム粉末をマグネシウムにプラズマ還元し、プラズマ還元された気体のマグネシウムを凝縮させることによって、マグネシウム粉末又は水素化マグネシウム粉末の混合物或いは水素化マグネシウム粉末を生成する。反応装置に、プラズマ反応炉と、プラズマ反応炉の上部に設けられた筒状のトーチ電極と、トーチ電極を囲繞するトーチノズルと、プラズマ反応炉の下部に設けられた下部電極と、トーチ電極及び下部電極に電力を供給する電源と、トーチ電極を通じてメタンを供給する第１供給路と、トーチノズルを通じて酸化マグネシウムを供給する第２供給路とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化マグネシウム粉末を、マグネシウム粉末又は水素化マグネシウム粉末に還元する酸化マグネシウム還元方法及び該酸化マグネシウム還元方法を実施するための反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境エネルギー問題の解決手段として燃料電池が注目されている。燃料電池は、水素Ｈ2 をエネルギー源としており、化石燃料を燃やすことで発生する温室効果ガス、環境汚染物質等を放出しないため、地球温暖化、環境汚染、化石燃料の枯渇といった問題を解決する手段として期待されている。
【０００３】
燃料電池のエネルギー源である水素Ｈ2 の貯蔵方法としては、水素Ｈ2 を例えば３５０気圧の高圧でボンベ内に貯蔵する高圧ボンベ方式、水素Ｈ2 を−２５３℃以下の極低温で液化して貯蔵する液体水素方式、水素吸蔵合金に水素Ｈ2 を吸蔵する吸蔵合金方式等が挙げられる。特に、吸蔵合金方式は、超高圧、極低温といった特殊状態で水素Ｈ2 を貯蔵する必要がないため、取り扱いが容易で安全性が高く、しかも単位体積当たりの水素貯蔵量が高いという優れた特徴を有している。
【０００４】
特許文献１には、平均粒径が４５μｍ未満の水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末を収容した反応容器と、該反応容器に水を供給する貯水容器と、反応容器中の水素化マグネシウムＭｇＨ2 に超音波を与える音波発生部とを備え、水素化マグネシウムＭｇＨ2 の加水分解によって発生した水素Ｈ2 を用いて発電を行う発電装置が開示されている。
【０００５】
水素化マグネシウムＭｇＨ2 は、マグネシウムＭｇを水素Ｈ2 ガス雰囲気中に保持し、水素Ｈ2 ガス雰囲気中の温度及び圧力を増減させることによって生成することができる（例えば、特許文献２）。ところが、マグネシウムＭｇは反応性が非常に高いため、平均粒径が４５μｍを下回ると、安全に取り扱うことが困難になる。また、マグネシウムＭｇは延性、展性が高いため、平均粒径４５μｍ未満に粉砕すること自体が困難である。そこで、まずは、平均粒径４５μｍ以上のマグネシウムＭｇ原料粒子を用いて水素化マグネシウムＭｇＨ2 粗粒子を生成し、生成した水素化マグネシウムＭｇＨ2 粗粒子を粒子間衝突方式のジェット粉砕機で４５μｍ未満に粉砕することにより、水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末を製造している。
【０００６】
一方、燃料電池のエネルギー源である水素Ｈ2 を水素化マグネシウムの加水分解によって発生させた場合、残留物として水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）2 粉末が生成されるが、水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）2 粉末から水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末への効果的なリサイクル方法は未だ提案されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−９９５３４号公報
【特許文献２】特開２００８−４４８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、水酸化マグネシウムの加熱脱水によって得られた酸化マグネシウム粉末及びメタンをプラズマ炉に供給し、酸化マグネシウム粉末をプラズマ還元することによって、マグネシウム粉末又は水素化マグネシウム粉末を生成することができ、水酸化マグネシウム粉末から水素化マグネシウム粉末へのリサイクルを可能にする酸化マグネシウム還元方法及び該酸化マグネシウム還元方法を実施するための反応装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る酸化マグネシウム還元方法は、不活性ガスの熱プラズマを生成するプラズマ反応炉に酸化マグネシウム粉末と、メタン及び／又は水素とを供給し、不活性ガス、メタン及び／又は水素にて生成された還元雰囲気の熱プラズマにて酸化マグネシウム粉末をマグネシウムに還元し、還元された気体のマグネシウムを凝縮させることによって、マグネシウム粉末及び／又は水素化マグネシウム粉末を生成することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る酸化マグネシウム還元方法は、プラズマ還元にてマグネシウム粉末を生成した場合、水素を前記プラズマ反応炉に供給して、該プラズマ反応炉中のマグネシウム粉末と、水素とを接触させることにより、水素化マグネシウム粉末を生成することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る酸化マグネシウム還元方法は、発電所の電力を用いて前記熱プラズマを生成することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る酸化マグネシウム還元方法は、前記プラズマ反応炉の上部に設けられた筒状のトーチ電極と、該トーチ電極を囲繞するトーチノズルと、前記トーチ電極に対向した下部電極とを準備し、前記トーチ電極を通じて酸化マグネシウム粉末（又はメタン及び／又は水素）を供給し、前記トーチノズルを通じてメタン及び／又は水素（又は酸化マグネシウム粉末）を供給することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る反応装置は、プラズマ反応炉と、該プラズマ反応炉の上部に設けられた筒状のトーチ電極と、該トーチ電極を囲繞するトーチノズルと、前記トーチ電極に対向するように、前記プラズマ反応炉の下部に設けられた下部電極と、前記トーチ電極及び下部電極に電力を供給する電源と、前記トーチ電極を通じて酸化マグネシウム粉末（又はメタン及び／又は水素）を供給する第１供給路と、前記トーチノズルを通じてメタン及び／又は水素（又は酸化マグネシウム粉末）を供給する第２供給路とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明にあっては、プラズマ反応炉に供給された不活性ガスと、メタンとによって、還元雰囲気の熱プラズマが生成される。また、不活性ガスと、メタン及び水素とによって、還元雰囲気の熱プラズマを生成しても良い。更に、不活性ガスと、水素とによって、還元雰囲気の熱プラズマを生成しても良い。
そして、該熱プラズマに供給された酸化マグネシウム粉末は、マグネシウムに還元される。メタンを供給している場合、熱プラズマの温度が約２０００度になると、マグネシウム、一酸化炭素及び水素ガスを主成分とするプラズマが得られ、更にマグネシウムを冷却すると、気体のマグネシウムが凝縮し、マグネシウム粉末及び／又は水素化マグネシウム粉末が生成される。なお、メタンを供給している場合、プラズマの主成分に水が含まれないため、マグネシウムが再び酸化するおそれはない。マグネシウム粉末及び／又は水素化マグネシウム粉末は、マグネシウム粉末、水素化マグネシウム粉末、又はマグネシウム粉末及び水素化マグネシウム粉末を意味する。
また、メタン及び水素を供給している場合、又は水素を供給している場合も、マグネシウム粉末及び／又は水素化マグネシウム粉末が生成される。
【００１５】
本発明にあっては、プラズマ還元にてマグネシウム粉末を生成した場合、水素をプラズマ反応炉に供給することによって、マグネシウム粉末を水素化する。従って、水素化マグネシウム粉末が生成される。
【００１６】
本発明にあっては、発電所の電力を用いて熱プラズマを生成する。従って、例えば、原子力発電所、水力発電所等の余剰電力エネルギー特に、夜間電力をマグネシウム粉末又は水素化マグネシウム粉末として貯蓄することが可能になる。
【００１７】
本発明にあっては、プラズマ反応炉の上部に設けられた筒状のトーチ電極を通じて酸化マグネシウム粉末を供給し、トーチ電極を囲繞するトーチノズルを通じてメタン及び／又は水素を供給する。従って、酸化マグネシウム粉末と、メタン及び／又は水素は略同一箇所からプラズマ反応炉に供給され、プラズマ還元される。プラズマ還元にて得られたマグネシウム粉末は、トーチ電極に対向した下部電極に蓄積する。
同様に、トーチ電極を通じてメタン及び／又は水素を供給し、トーチノズルを通じて酸化マグネシウム粉末を供給しても良い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、酸化マグネシウム粉末をプラズマ還元することによって、マグネシウム粉末又は水素化マグネシウム粉末を生成することができ、水酸化マグネシウム粉末から水素化マグネシウム粉末へのリサイクルが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】水酸化マグネシウム粉末及び酸化マグネシウム粉末の還元方法を概念的に示す説明図である。
【図２】酸化マグネシウム粉末及びメタンの混合ガスのプラズマ組成を示す図表である。
【図３】酸化マグネシウム還元方法を実施するためのプラズマ反応装置を概念的に示す説明図である。
【図４】酸化マグネシウム粉末の還元手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本実施の形態に係る酸化マグネシウム還元方法は、水素の吸蔵性及び放出性に優れた水素化マグネシウムＭｇＨ2 粒子を、安全で、経済的なクリーンエネルギーキャリアとして機能させることを可能にするものである。即ち、本発明は、エネルギーを放出した水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）2 粉末から、エネルギーを蓄積した水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末へのリサイクルを可能にする技術である。
【００２１】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は、水酸化マグネシウム粉末及び酸化マグネシウム粉末の還元方法を概念的に示す説明図である。まず、還元対象の水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）2 粉末、還元剤であるメタンＣＨ4 、及びアルゴンＡｒと、プラズマ反応装置（例えば、図３参照）とを用意する。水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）2 粉末は、水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末を水素源とする発電装置から回収される。そして、回収された水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）2 粉末を加熱脱水することによって、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末を生成する。
【００２２】
次いで、還元剤であるメタンＣＨ4 及びアルゴンＡｒの混合ガスをプラズマ反応炉１に供給し、原子力発電又は水力発電にて得られた電力をプラズマ反応炉１に供給することによって、還元雰囲気の熱プラズマを生成する。また、アルゴンＡｒガスにて酸化マグネシウムＭｇＯ粉末をプラズマ反応炉中の還元雰囲気の熱プラズマに供給することによって、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末をマグネシウムＭｇにプラズマ還元する。還元剤としてメタンＣＨ4 ガスを用いた酸化マグネシウムＭｇＯ粉末のプラズマ還元反応は、下記化学式（１）で表される。
ＭｇＯ＋ＣＨ4 ＝Ｍｇ（ｇ）＋２Ｈ2 ＋ＣＯ…（１）
【００２３】
図２は、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末及びメタンＣＨ4 の混合ガスのプラズマ組成を示す図表である。図表は、酸化マグネシウム１（ｍｏｌ）及びメタン１（ｍｏｌ）の混合ガスを１（ａｔｍ）、約２０００（Ｋ）でプラズマ化した場合における、プラズマの組成及び物質量を示した数値計算結果である。図表から分かるように、プラズマの主成分は、水素Ｈ2 、一酸化炭素ＣＯ及びマグネシウムＭｇである。また、マグネシウムの酸化を引き起こす水は、０．５５８９９×１０-4（ｍｏｌ）しか存在しておらず、マグネシウムＭｇの酸化はほとんど進行しないと考えられる。
【００２４】
なお、還元剤である水素Ｈ2 を用いて、水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）2 粉末を直接プラズマ還元することも考えられるが、下記式（２）に示すように、水が発生し、熱プラズマの温度が低下した場合、マグネシウムＭｇが再酸化してしまう。
Ｍｇ（ＯＨ）2 ＋Ｈ2 ＝Ｍｇ＋２Ｈ2 Ｏ…（２）
【００２５】
また、還元剤である水素Ｈ2 を用いて、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末をプラズマ還元することも考えられるが、下記式（３）に示すように、やはり水が発生し、熱プラズマの温度が低下した場合、マグネシウムＭｇが再酸化してしまう。
ＭｇＯ＋Ｈ2 ＝Ｍｇ＋Ｈ2 Ｏ…（３）
【００２６】
次いで、図１に示すように、プラズマ還元にて発生したプラズマガスの温度を低下させることによって、核凝縮した固体のマグネシウムＭｇ粉末を得る。固体のマグネシウムＭｇ粉末が生成された後、水素Ｈ2 をプラズマ反応炉に供給することによって、マグネシウムＭｇ粉末と、水素Ｈ2 とを接触させ、水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末を生成する。なお、マグネシウムＭｇは、粉末状であるため、マグネシウムＭｇは所定の温度条件下で直ちに水素化する。マグネシウムＭｇ粉末の水素化は、下記式（４）で表される。
Ｍｇ＋Ｈ2 ＝ＭｇＨ2 …（４）
【００２７】
図３は、酸化マグネシウム還元方法を実施するためのプラズマ反応装置を概念的に示す説明図である。
【００２８】
プラズマ反応装置は、中空円柱状のプラズマ反応炉１と、プラズマ反応炉１の上部に設けられたトーチ電極２１及びトーチノズル２２から構成されたプラズマトーチ２と、プラズマ反応炉１の下部に設けられた下部電極３と、トーチ電極２１及び下部電極３間に電力を供給する電源４と、プラズマ反応炉１に各種原料物質を供給する原料供給部５と、原料供給部５の動作を制御する制御部６と、操作部７とを備える。
【００２９】
プラズマ反応炉１は、円板状の底部と、底部の周縁から略垂直に形成された周壁と、周壁の上端部に形成された円板状の天板部で構成されている。プラズマ反応炉１の上部、即ち天板部の略中央部には、上下が開放した筒状のトーチ電極２１が設けられており、プラズマ反応炉１は、トーチ電極２１を通じて、外部からプラズマ反応炉１内部にメタンＣＨ4 及びアルゴンＡｒの混合ガスを供給できるように連通している。また、トーチ電極２１の外側には、トーチ電極２１を囲繞するようにトーチノズル２２が設けられている。トーチノズル２２は、下方が狭まった円筒状をなし、プラズマ反応炉１は、トーチノズル２２を通じて、外部からプラズマ反応炉１内部に酸化マグネシウムＭｇＯ粉末、アルゴンＡｒ、水素Ｈ2 を供給できるように連通している。なお、プラズマ反応炉１の上部の適当箇所には、熱プラズマとプラズマ反応炉１との間を熱絶縁するための旋回ガスを供給する送気孔が設けられている。
【００３０】
プラズマ反応炉１の下部、即ち底部の略中央部には、中央部が凹状に湾曲した椀状をなした下部電極３がトーチ電極２１に対向するように設けられている。下部電極３は、トーチ電極２１との間で熱プラズマを発生させる電極であると共に、熱プラズマを冷却することによって、マグネシウムＭｇ粉末を堆積させる容器としての機能を兼ねている。
【００３１】
トーチ電極２１と下部電極３との間には、熱プラズマを発生させるための電源４が接続されている。電源４は、原子力発電又は水力発電等にて得られた交流電力を直流電力に変換し、トーチ電極２１と、下部電極３との間に直流電圧を印加する直流電源回路である。直流電圧の極性は、トーチ電極２１側が正極性、下部電極３側が負極性である。なお、トーチ電極２１側を負極性、下部電極３側を正極性としても良い。この場合、トーチ電極２１の経年変化を抑えることができる。また、トーチ電極２１及び下部電極３間に交流電圧を印加しても良い。
【００３２】
原料供給部５は、メタンガスボンベ５１ａからトーチ電極２１を通じてプラズマ反応炉１へメタンＣＨ4 を供給するメタン供給管５４ａ、アルゴンガスボンベ５１ｂからトーチ電極２１及びトーチノズル２２を通じてプラズマ反応炉１へアルゴンＡｒガスを供給するアルゴン供給管５４ｂ，５４ｃ、水素ガスボンベ５１ｃからトーチノズル２２を通じてプラズマ反応炉１へ水素Ｈ2 ガスを供給する水素供給管５４ｄとを備える。各供給管５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄの適宜箇所には、メタンＣＨ4 、アルゴンＡｒ、水素Ｈ2 のガス供給量を制御するガス流量制御部５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ、開閉弁５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄが設けられている。
また、原料供給部５は、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末を収容し、酸化マグネシウム搬送路５６及びトーチノズル２２を通じて酸化マグネシウムＭｇＯ粉末を供給する酸化マグネシウム供給部（ＭｇＯ供給部）５５を備える。酸化マグネシウム搬送路５６は、例えばスクリューコンベアである。酸化マグネシウム供給部５５は、酸化マグネシウム搬送路５６と連通した容器であり、例えば酸化マグネシウムＭｇＯ粉末が投入される投入口を有する。該投入口には、該容器を密閉状態に閉鎖する扉体が設けられている。酸化マグネシウム搬送路５６が駆動し、アルゴン供給用の開閉弁５３ｃが開状態になった場合、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末がトーチノズル２２へ搬送され、アルゴンＡｒと共に、プラズマ反応炉１へ供給される。
【００３３】
制御部６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えたマイクロコンピュータである。ＣＰＵには、バスを介してＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等が接続されている。ＲＯＭは、ＣＰＵの動作に必要な制御プログラムを記憶したマスクＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリである。ＲＡＭは、ＣＰＵの演算処理を実行する際に生ずる各種データを一時記憶するＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等の揮発性メモリである。また、バスには入出力ポートを介して、操作部７、図示しない表示部等が接続されている。操作部７は、各開閉弁５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄの開閉動作、ガス流量制御部５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄの流量制御、各種指示を受け付けるためのボタン、ダイヤル、タッチパネル等で構成されている。表示部は、プラズマ反応装置の操業状態を表示する液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＣＲＴディスプレイなどである。ＣＰＵは、操作部７の操作状態を常時監視し、操作部７の操作内容に応じて、ガス流量制御部５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ、開閉弁５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄの開閉動作を制御するように構成されている。
【００３４】
図４は、酸化マグネシウム粉末の還元手順を示すフローチャートである。制御部６は、操作部７を通じて酸化マグネシウムＭｇＯ粉末の還元指示を受け付けた場合、電源４を投入し（ステップＳ１１）、開閉弁５３ａ，５３ｂを開状態にすることで、プラズマ反応炉１にメタンＣＨ4 及びアルゴンＡｒの混合ガスを供給する（ステップＳ１２）。
電源４が投入された状態で、メタンＣＨ4 及びアルゴンＡｒがプラズマ反応炉１に供給された場合、還元雰囲気の熱プラズマが生成される。
【００３５】
次いで、制御部６は、酸化マグネシウム搬送路５６を駆動し、開閉弁５３ｃを開状態に制御することで、アルゴンＡｒガスと共に酸化マグネシウムＭｇＯ粉末をプラズマ反応炉１に供給する（ステップＳ１３）。
酸化マグネシウムＭｇＯ粉末及びアルゴンＡｒがプラズマ反応炉１に供給された場合、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末は、上記化学式（１）で示すように、熱プラズマによって、マグネシウムＭｇにプラズマ還元される。下部電極３に到達した熱プラズマは、下部電極３によって冷却され、気体のマグネシウムＭｇは核凝縮し、固体となったマグネシウムＭｇ粉末は下部電極３に堆積する。
【００３６】
そして、制御部６は、電源４投入後、設定された所定時間経過した場合、開閉弁５３ｃを閉鎖すると共に酸化マグネシウム搬送路５６を停止することによって、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末の供給を停止する（ステップＳ１４）。
【００３７】
次いで、制御部６は、開閉弁５３ａ，５３ｂを閉鎖することによってメタンＣＨ4 及びアルゴンＡｒの供給を停止し（ステップＳ１５）、電源４を切る（ステップＳ１６）。
【００３８】
そして、制御部６は、開閉弁５３ｄを所定時間開状態にすることで、水素Ｈ2 をプラズマ反応炉１に供給する（ステップＳ１７）。水素Ｈ2 がプラズマ反応炉１に供給された場合、マグネシウムＭｇ粉末は上記化学式（４）で示すように水素化し、水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末が生成される。
【００３９】
次いで、制御部６は、ガスパージ、例えば図示しない窒素ガスをプラズマ反応炉１に供給し（ステップＳ１８）、処理を終える。
【００４０】
本実施の形態によれば、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末をプラズマ還元することによって、マグネシウムＭｇ粉末を生成することができる。この時、還元ガスとしてＣＨ4 及びＨ2 の混合ガスを使用することにより、マグネシウムＭｇ粉末及び水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末の混合物を得る事も可能である。このプロセスを採用する事により、次の工程であるＭｇの水素化工程を短縮することが可能となり、安全性、経済性が改善される。また、還元ガスとして水素Ｈ2 のみをプラズマ反応炉１に供給するようにしても良い。この場合、マグネシウムＭｇの一部が酸化されるおそれがあるが、実用上、問題が無い分量の水素化マグネシウムＭｇＨ2を得ることができれば、マグネシウムＭｇの一部が酸化されても問題は無い。一方、マグネシウムＭｇ粉末の生成後、水素Ｈ2 をプラズマ反応炉１に供給することによって、水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末を生成することができる。従って、水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）2 粉末から水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末へのリサイクルが可能になり、エネルギーを蓄積した水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末と、エネルギーを放出した水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）2 粉末との間を循環させることが可能になる。
【００４１】
原子力発電又は水力発電等にて得た電力は保管ができず、需要地に輸送するとしても多大な送電ロスが発生するところ、本願発明によれば、余剰電力エネルギーを、クリーンエネルギーキャリアである水素化マグネシウムＭｇＨ2 として蓄積することができ、必要に応じて蓄積されたエネルギーを水素Ｈ2 として取り出すことができる。水素化マグネシウムＭｇＨ2 の循環系によれば、全系でみればエネルギー的には必ずしもプラスではないが、余剰電力を効果的に使用することが可能になり、二酸化炭素ＣＯ2 の発生を抑制することができる。
【００４２】
なお、実施の形態では、トーチ電極及び下部電極間のアーク放電を利用して熱プラズマを生成する例を説明したが、高周波電磁場にてメタン及びアルゴンを誘導加熱することで熱プラズマを生成しても良い。また、マイクロ波をプラズマ反応炉に供給することで熱プラズマを生成しても良い。
【００４３】
また、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末を直接的にプラズマ反応炉に供給する例を説明したが、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末を液体中に懸濁し、プラズマ反応炉に供給するようにしても良い。
【００４４】
更に、不活性ガスとしてアルゴンＡｒを用いた例を説明したが、言うまでもなく、ヘリウム、その他の不活性ガスを利用しても良い。
【００４５】
更にまた、トーチ電極からメタンＣＨ4 及びアルゴンＡｒを供給し、トーチノズルから酸化マグネシウムＭｇＯ粉末及びアルゴンＡｒを供給しているが、逆にトーチ電極から酸化マグネシウムＭｇＯ粉末及びアルゴンＡｒを供給し、トーチノズルからメタンＣＨ4 及びアルゴンＡｒを供給するように構成しても良い。また、水素Ｈ2 をトーチ電極から供給するように構成しても良い。
【００４６】
更にまた、プラズマ反応炉に水素Ｈ2 を供給して、マグネシウムＭｇ粉末を水素化する例を説明したが、マグネシウムＭｇ粉末をプラズマ反応炉の外へ取り出し、別途水素化するように構成しても良い。
【００４７】
プラズマ反応炉に水素Ｈ2 を供給して、マグネシウムＭｇ粉末を水素化する例を説明したが、上記式（１）で示すように、還元反応で発生した水素Ｈ2 で、十分な量の水素化マグネシウムＭｇＨ2 が生成される場合、水素Ｈ2 を別途供給しないように構成しても良い。
【００４８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４９】
１ プラズマ反応炉
２ プラズマトーチ
３ 下部電極
４ 電源
５ 原料供給部
６ 制御部
７ 操作部
２１ トーチ電極
２２ トーチノズル
５１ａ メタンガスボンベ
５１ｂ アルゴンガスボンベ
５１ｃ 水素ガスボンベ
５４ａ メタン供給管
５４ｂ，５４ｃ アルゴン供給管
５４ｄ 水素供給管
５５ 酸化マグネシウム供給部
５６ 酸化マグネシウム搬送路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化マグネシウム粉末を、マグネシウム粉末又は水素化マグネシウム粉末に還元する酸化マグネシウム還元方法及び該酸化マグネシウム還元方法を実施するための反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境エネルギー問題の解決手段として燃料電池が注目されている。燃料電池は、水素Ｈ2 をエネルギー源としており、化石燃料を燃やすことで発生する温室効果ガス、環境汚染物質等を放出しないため、地球温暖化、環境汚染、化石燃料の枯渇といった問題を解決する手段として期待されている。
【０００３】
燃料電池のエネルギー源である水素Ｈ2 の貯蔵方法としては、水素Ｈ2 を例えば３５０気圧の高圧でボンベ内に貯蔵する高圧ボンベ方式、水素Ｈ2 を−２５３℃以下の極低温で液化して貯蔵する液体水素方式、水素吸蔵合金に水素Ｈ2 を吸蔵する吸蔵合金方式等が挙げられる。特に、吸蔵合金方式は、超高圧、極低温といった特殊状態で水素Ｈ2 を貯蔵する必要がないため、取り扱いが容易で安全性が高く、しかも単位体積当たりの水素貯蔵量が高いという優れた特徴を有している。
【０００４】
特許文献１には、平均粒径が４５μｍ未満の水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末を収容した反応容器と、該反応容器に水を供給する貯水容器と、反応容器中の水素化マグネシウムＭｇＨ2 に超音波を与える音波発生部とを備え、水素化マグネシウムＭｇＨ2 の加水分解によって発生した水素Ｈ2 を用いて発電を行う発電装置が開示されている。
【０００５】
水素化マグネシウムＭｇＨ2 は、マグネシウムＭｇを水素Ｈ2 ガス雰囲気中に保持し、水素Ｈ2 ガス雰囲気中の温度及び圧力を増減させることによって生成することができる（例えば、特許文献２）。ところが、マグネシウムＭｇは反応性が非常に高いため、平均粒径が４５μｍを下回ると、安全に取り扱うことが困難になる。また、マグネシウムＭｇは延性、展性が高いため、平均粒径４５μｍ未満に粉砕すること自体が困難である。そこで、まずは、平均粒径４５μｍ以上のマグネシウムＭｇ原料粒子を用いて水素化マグネシウムＭｇＨ2 粗粒子を生成し、生成した水素化マグネシウムＭｇＨ2 粗粒子を粒子間衝突方式のジェット粉砕機で４５μｍ未満に粉砕することにより、水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末を製造している。
【０００６】
一方、燃料電池のエネルギー源である水素Ｈ2 を水素化マグネシウムの加水分解によって発生させた場合、残留物として水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）2 粉末が生成されるが、水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）2 粉末から水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末への効果的なリサイクル方法は未だ提案されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−９９５３４号公報
【特許文献２】特開２００８−４４８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、水酸化マグネシウムの加熱脱水によって得られた酸化マグネシウム粉末及びメタンをプラズマ炉に供給し、酸化マグネシウム粉末をプラズマ還元することによって、マグネシウム粉末又は水素化マグネシウム粉末を生成することができ、水酸化マグネシウム粉末から水素化マグネシウム粉末へのリサイクルを可能にする酸化マグネシウム還元方法及び該酸化マグネシウム還元方法を実施するための反応装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る酸化マグネシウム還元方法は、不活性ガスの熱プラズマを生成するプラズマ反応炉に酸化マグネシウム粉末と、メタン及び／又は水素とを供給し、不活性ガス、メタン及び／又は水素にて生成された還元雰囲気の熱プラズマにて酸化マグネシウム粉末をマグネシウムに還元し、還元された気体のマグネシウムを凝縮させることによって、マグネシウム粉末及び／又は水素化マグネシウム粉末を生成することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る酸化マグネシウム還元方法は、プラズマ還元にてマグネシウム粉末を生成した場合、水素を前記プラズマ反応炉に供給して、該プラズマ反応炉中のマグネシウム粉末と、水素とを接触させることにより、水素化マグネシウム粉末を生成することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る酸化マグネシウム還元方法は、発電所の電力を用いて前記熱プラズマを生成することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る酸化マグネシウム還元方法は、前記プラズマ反応炉の上部に設けられた筒状のトーチ電極と、該トーチ電極を囲繞するトーチノズルと、前記トーチ電極に対向した下部電極とを準備し、前記トーチ電極を通じて酸化マグネシウム粉末（又はメタン及び／又は水素）を供給し、前記トーチノズルを通じてメタン及び／又は水素（又は酸化マグネシウム粉末）を供給することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る反応装置は、プラズマ反応炉と、該プラズマ反応炉の上部に設けられた筒状のトーチ電極と、該トーチ電極を囲繞するトーチノズルと、前記トーチ電極に対向するように、前記プラズマ反応炉の下部に設けられた下部電極と、前記トーチ電極及び下部電極に電力を供給する電源と、前記トーチ電極を通じて酸化マグネシウム粉末（又はメタン及び／又は水素）を供給する第１供給路と、前記トーチノズルを通じてメタン及び／又は水素（又は酸化マグネシウム粉末）を供給する第２供給路とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明にあっては、プラズマ反応炉に供給された不活性ガスと、メタンとによって、還元雰囲気の熱プラズマが生成される。また、不活性ガスと、メタン及び水素とによって、還元雰囲気の熱プラズマを生成しても良い。更に、不活性ガスと、水素とによって、還元雰囲気の熱プラズマを生成しても良い。
そして、該熱プラズマに供給された酸化マグネシウム粉末は、マグネシウムに還元される。メタンを供給している場合、熱プラズマの温度が約２０００度になると、マグネシウム、一酸化炭素及び水素ガスを主成分とするプラズマが得られ、更にマグネシウムを冷却すると、気体のマグネシウムが凝縮し、マグネシウム粉末及び／又は水素化マグネシウム粉末が生成される。なお、メタンを供給している場合、プラズマの主成分に水が含まれないため、マグネシウムが再び酸化するおそれはない。マグネシウム粉末及び／又は水素化マグネシウム粉末は、マグネシウム粉末、水素化マグネシウム粉末、又はマグネシウム粉末及び水素化マグネシウム粉末を意味する。
また、メタン及び水素を供給している場合、又は水素を供給している場合も、マグネシウム粉末及び／又は水素化マグネシウム粉末が生成される。
【００１５】
本発明にあっては、プラズマ還元にてマグネシウム粉末を生成した場合、水素をプラズマ反応炉に供給することによって、マグネシウム粉末を水素化する。従って、水素化マグネシウム粉末が生成される。
【００１６】
本発明にあっては、発電所の電力を用いて熱プラズマを生成する。従って、例えば、原子力発電所、水力発電所等の余剰電力エネルギー特に、夜間電力をマグネシウム粉末又は水素化マグネシウム粉末として貯蓄することが可能になる。
【００１７】
本発明にあっては、プラズマ反応炉の上部に設けられた筒状のトーチ電極を通じて酸化マグネシウム粉末を供給し、トーチ電極を囲繞するトーチノズルを通じてメタン及び／又は水素を供給する。従って、酸化マグネシウム粉末と、メタン及び／又は水素は略同一箇所からプラズマ反応炉に供給され、プラズマ還元される。プラズマ還元にて得られたマグネシウム粉末は、トーチ電極に対向した下部電極に蓄積する。
同様に、トーチ電極を通じてメタン及び／又は水素を供給し、トーチノズルを通じて酸化マグネシウム粉末を供給しても良い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、酸化マグネシウム粉末をプラズマ還元することによって、マグネシウム粉末又は水素化マグネシウム粉末を生成することができ、水酸化マグネシウム粉末から水素化マグネシウム粉末へのリサイクルが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】水酸化マグネシウム粉末及び酸化マグネシウム粉末の還元方法を概念的に示す説明図である。
【図２】酸化マグネシウム粉末及びメタンの混合ガスのプラズマ組成を示す図表である。
【図３】酸化マグネシウム還元方法を実施するためのプラズマ反応装置を概念的に示す説明図である。
【図４】酸化マグネシウム粉末の還元手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本実施の形態に係る酸化マグネシウム還元方法は、水素の吸蔵性及び放出性に優れた水素化マグネシウムＭｇＨ2 粒子を、安全で、経済的なクリーンエネルギーキャリアとして機能させることを可能にするものである。即ち、本発明は、エネルギーを放出した水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）2 粉末から、エネルギーを蓄積した水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末へのリサイクルを可能にする技術である。
【００２１】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は、水酸化マグネシウム粉末及び酸化マグネシウム粉末の還元方法を概念的に示す説明図である。まず、還元対象の水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）2 粉末、還元剤であるメタンＣＨ4 、及びアルゴンＡｒと、プラズマ反応装置（例えば、図３参照）とを用意する。水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）2 粉末は、水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末を水素源とする発電装置から回収される。そして、回収された水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）2 粉末を加熱脱水することによって、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末を生成する。
【００２２】
次いで、還元剤であるメタンＣＨ4 及びアルゴンＡｒの混合ガスをプラズマ反応炉１に供給し、原子力発電又は水力発電にて得られた電力をプラズマ反応炉１に供給することによって、還元雰囲気の熱プラズマを生成する。また、アルゴンＡｒガスにて酸化マグネシウムＭｇＯ粉末をプラズマ反応炉中の還元雰囲気の熱プラズマに供給することによって、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末をマグネシウムＭｇにプラズマ還元する。還元剤としてメタンＣＨ4 ガスを用いた酸化マグネシウムＭｇＯ粉末のプラズマ還元反応は、下記化学式（１）で表される。
ＭｇＯ＋ＣＨ4 ＝Ｍｇ（ｇ）＋２Ｈ2 ＋ＣＯ…（１）
【００２３】
図２は、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末及びメタンＣＨ4 の混合ガスのプラズマ組成を示す図表である。図表は、酸化マグネシウム１（ｍｏｌ）及びメタン１（ｍｏｌ）の混合ガスを１（ａｔｍ）、約２０００（Ｋ）でプラズマ化した場合における、プラズマの組成及び物質量を示した数値計算結果である。図表から分かるように、プラズマの主成分は、水素Ｈ2 、一酸化炭素ＣＯ及びマグネシウムＭｇである。また、マグネシウムの酸化を引き起こす水は、０．５５８９９×１０-4（ｍｏｌ）しか存在しておらず、マグネシウムＭｇの酸化はほとんど進行しないと考えられる。
【００２４】
なお、還元剤である水素Ｈ2 を用いて、水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）2 粉末を直接プラズマ還元することも考えられるが、下記式（２）に示すように、水が発生し、熱プラズマの温度が低下した場合、マグネシウムＭｇが再酸化してしまう。
Ｍｇ（ＯＨ）2 ＋Ｈ2 ＝Ｍｇ＋２Ｈ2 Ｏ…（２）
【００２５】
また、還元剤である水素Ｈ2 を用いて、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末をプラズマ還元することも考えられるが、下記式（３）に示すように、やはり水が発生し、熱プラズマの温度が低下した場合、マグネシウムＭｇが再酸化してしまう。
ＭｇＯ＋Ｈ2 ＝Ｍｇ＋Ｈ2 Ｏ…（３）
【００２６】
次いで、図１に示すように、プラズマ還元にて発生したプラズマガスの温度を低下させることによって、核凝縮した固体のマグネシウムＭｇ粉末を得る。固体のマグネシウムＭｇ粉末が生成された後、水素Ｈ2 をプラズマ反応炉に供給することによって、マグネシウムＭｇ粉末と、水素Ｈ2 とを接触させ、水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末を生成する。なお、マグネシウムＭｇは、粉末状であるため、マグネシウムＭｇは所定の温度条件下で直ちに水素化する。マグネシウムＭｇ粉末の水素化は、下記式（４）で表される。
Ｍｇ＋Ｈ2 ＝ＭｇＨ2 …（４）
【００２７】
図３は、酸化マグネシウム還元方法を実施するためのプラズマ反応装置を概念的に示す説明図である。
【００２８】
プラズマ反応装置は、中空円柱状のプラズマ反応炉１と、プラズマ反応炉１の上部に設けられたトーチ電極２１及びトーチノズル２２から構成されたプラズマトーチ２と、プラズマ反応炉１の下部に設けられた下部電極３と、トーチ電極２１及び下部電極３間に電力を供給する電源４と、プラズマ反応炉１に各種原料物質を供給する原料供給部５と、原料供給部５の動作を制御する制御部６と、操作部７とを備える。
【００２９】
プラズマ反応炉１は、円板状の底部と、底部の周縁から略垂直に形成された周壁と、周壁の上端部に形成された円板状の天板部で構成されている。プラズマ反応炉１の上部、即ち天板部の略中央部には、上下が開放した筒状のトーチ電極２１が設けられており、プラズマ反応炉１は、トーチ電極２１を通じて、外部からプラズマ反応炉１内部にメタンＣＨ4 及びアルゴンＡｒの混合ガスを供給できるように連通している。また、トーチ電極２１の外側には、トーチ電極２１を囲繞するようにトーチノズル２２が設けられている。トーチノズル２２は、下方が狭まった円筒状をなし、プラズマ反応炉１は、トーチノズル２２を通じて、外部からプラズマ反応炉１内部に酸化マグネシウムＭｇＯ粉末、アルゴンＡｒ、水素Ｈ2 を供給できるように連通している。なお、プラズマ反応炉１の上部の適当箇所には、熱プラズマとプラズマ反応炉１との間を熱絶縁するための旋回ガスを供給する送気孔が設けられている。
【００３０】
プラズマ反応炉１の下部、即ち底部の略中央部には、中央部が凹状に湾曲した椀状をなした下部電極３がトーチ電極２１に対向するように設けられている。下部電極３は、トーチ電極２１との間で熱プラズマを発生させる電極であると共に、熱プラズマを冷却することによって、マグネシウムＭｇ粉末を堆積させる容器としての機能を兼ねている。
【００３１】
トーチ電極２１と下部電極３との間には、熱プラズマを発生させるための電源４が接続されている。電源４は、原子力発電又は水力発電等にて得られた交流電力を直流電力に変換し、トーチ電極２１と、下部電極３との間に直流電圧を印加する直流電源回路である。直流電圧の極性は、トーチ電極２１側が正極性、下部電極３側が負極性である。なお、トーチ電極２１側を負極性、下部電極３側を正極性としても良い。この場合、トーチ電極２１の経年変化を抑えることができる。また、トーチ電極２１及び下部電極３間に交流電圧を印加しても良い。
【００３２】
原料供給部５は、メタンガスボンベ５１ａからトーチ電極２１を通じてプラズマ反応炉１へメタンＣＨ4 を供給するメタン供給管５４ａ、アルゴンガスボンベ５１ｂからトーチ電極２１及びトーチノズル２２を通じてプラズマ反応炉１へアルゴンＡｒガスを供給するアルゴン供給管５４ｂ，５４ｃ、水素ガスボンベ５１ｃからトーチノズル２２を通じてプラズマ反応炉１へ水素Ｈ2 ガスを供給する水素供給管５４ｄとを備える。各供給管５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄの適宜箇所には、メタンＣＨ4 、アルゴンＡｒ、水素Ｈ2 のガス供給量を制御するガス流量制御部５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ、開閉弁５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄが設けられている。
また、原料供給部５は、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末を収容し、酸化マグネシウム搬送路５６及びトーチノズル２２を通じて酸化マグネシウムＭｇＯ粉末を供給する酸化マグネシウム供給部（ＭｇＯ供給部）５５を備える。酸化マグネシウム搬送路５６は、例えばスクリューコンベアである。酸化マグネシウム供給部５５は、酸化マグネシウム搬送路５６と連通した容器であり、例えば酸化マグネシウムＭｇＯ粉末が投入される投入口を有する。該投入口には、該容器を密閉状態に閉鎖する扉体が設けられている。酸化マグネシウム搬送路５６が駆動し、アルゴン供給用の開閉弁５３ｃが開状態になった場合、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末がトーチノズル２２へ搬送され、アルゴンＡｒと共に、プラズマ反応炉１へ供給される。
【００３３】
制御部６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えたマイクロコンピュータである。ＣＰＵには、バスを介してＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等が接続されている。ＲＯＭは、ＣＰＵの動作に必要な制御プログラムを記憶したマスクＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリである。ＲＡＭは、ＣＰＵの演算処理を実行する際に生ずる各種データを一時記憶するＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等の揮発性メモリである。また、バスには入出力ポートを介して、操作部７、図示しない表示部等が接続されている。操作部７は、各開閉弁５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄの開閉動作、ガス流量制御部５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄの流量制御、各種指示を受け付けるためのボタン、ダイヤル、タッチパネル等で構成されている。表示部は、プラズマ反応装置の操業状態を表示する液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＣＲＴディスプレイなどである。ＣＰＵは、操作部７の操作状態を常時監視し、操作部７の操作内容に応じて、ガス流量制御部５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ、開閉弁５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄの開閉動作を制御するように構成されている。
【００３４】
図４は、酸化マグネシウム粉末の還元手順を示すフローチャートである。制御部６は、操作部７を通じて酸化マグネシウムＭｇＯ粉末の還元指示を受け付けた場合、電源４を投入し（ステップＳ１１）、開閉弁５３ａ，５３ｂを開状態にすることで、プラズマ反応炉１にメタンＣＨ4 及びアルゴンＡｒの混合ガスを供給する（ステップＳ１２）。
電源４が投入された状態で、メタンＣＨ4 及びアルゴンＡｒがプラズマ反応炉１に供給された場合、還元雰囲気の熱プラズマが生成される。
【００３５】
次いで、制御部６は、酸化マグネシウム搬送路５６を駆動し、開閉弁５３ｃを開状態に制御することで、アルゴンＡｒガスと共に酸化マグネシウムＭｇＯ粉末をプラズマ反応炉１に供給する（ステップＳ１３）。
酸化マグネシウムＭｇＯ粉末及びアルゴンＡｒがプラズマ反応炉１に供給された場合、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末は、上記化学式（１）で示すように、熱プラズマによって、マグネシウムＭｇにプラズマ還元される。下部電極３に到達した熱プラズマは、下部電極３によって冷却され、気体のマグネシウムＭｇは核凝縮し、固体となったマグネシウムＭｇ粉末は下部電極３に堆積する。
【００３６】
そして、制御部６は、電源４投入後、設定された所定時間経過した場合、開閉弁５３ｃを閉鎖すると共に酸化マグネシウム搬送路５６を停止することによって、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末の供給を停止する（ステップＳ１４）。
【００３７】
次いで、制御部６は、開閉弁５３ａ，５３ｂを閉鎖することによってメタンＣＨ4 及びアルゴンＡｒの供給を停止し（ステップＳ１５）、電源４を切る（ステップＳ１６）。
【００３８】
そして、制御部６は、開閉弁５３ｄを所定時間開状態にすることで、水素Ｈ2 をプラズマ反応炉１に供給する（ステップＳ１７）。水素Ｈ2 がプラズマ反応炉１に供給された場合、マグネシウムＭｇ粉末は上記化学式（４）で示すように水素化し、水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末が生成される。
【００３９】
次いで、制御部６は、ガスパージ、例えば図示しない窒素ガスをプラズマ反応炉１に供給し（ステップＳ１８）、処理を終える。
【００４０】
本実施の形態によれば、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末をプラズマ還元することによって、マグネシウムＭｇ粉末を生成することができる。この時、還元ガスとしてＣＨ4 及びＨ2 の混合ガスを使用することにより、マグネシウムＭｇ粉末及び水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末の混合物を得る事も可能である。このプロセスを採用する事により、次の工程であるＭｇの水素化工程を短縮することが可能となり、安全性、経済性が改善される。また、還元ガスとして水素Ｈ2 のみをプラズマ反応炉１に供給するようにしても良い。この場合、マグネシウムＭｇの一部が酸化されるおそれがあるが、実用上、問題が無い分量の水素化マグネシウムＭｇＨ2を得ることができれば、マグネシウムＭｇの一部が酸化されても問題は無い。一方、マグネシウムＭｇ粉末の生成後、水素Ｈ2 をプラズマ反応炉１に供給することによって、水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末を生成することができる。従って、水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）2 粉末から水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末へのリサイクルが可能になり、エネルギーを蓄積した水素化マグネシウムＭｇＨ2 粉末と、エネルギーを放出した水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）2 粉末との間を循環させることが可能になる。
【００４１】
原子力発電又は水力発電等にて得た電力は保管ができず、需要地に輸送するとしても多大な送電ロスが発生するところ、本願発明によれば、余剰電力エネルギーを、クリーンエネルギーキャリアである水素化マグネシウムＭｇＨ2 として蓄積することができ、必要に応じて蓄積されたエネルギーを水素Ｈ2 として取り出すことができる。水素化マグネシウムＭｇＨ2 の循環系によれば、全系でみればエネルギー的には必ずしもプラスではないが、余剰電力を効果的に使用することが可能になり、二酸化炭素ＣＯ2 の発生を抑制することができる。
【００４２】
なお、実施の形態では、トーチ電極及び下部電極間のアーク放電を利用して熱プラズマを生成する例を説明したが、高周波電磁場にてメタン及びアルゴンを誘導加熱することで熱プラズマを生成しても良い。また、マイクロ波をプラズマ反応炉に供給することで熱プラズマを生成しても良い。
【００４３】
また、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末を直接的にプラズマ反応炉に供給する例を説明したが、酸化マグネシウムＭｇＯ粉末を液体中に懸濁し、プラズマ反応炉に供給するようにしても良い。
【００４４】
更に、不活性ガスとしてアルゴンＡｒを用いた例を説明したが、言うまでもなく、ヘリウム、その他の不活性ガスを利用しても良い。
【００４５】
更にまた、トーチ電極からメタンＣＨ4 及びアルゴンＡｒを供給し、トーチノズルから酸化マグネシウムＭｇＯ粉末及びアルゴンＡｒを供給しているが、逆にトーチ電極から酸化マグネシウムＭｇＯ粉末及びアルゴンＡｒを供給し、トーチノズルからメタンＣＨ4 及びアルゴンＡｒを供給するように構成しても良い。また、水素Ｈ2 をトーチ電極から供給するように構成しても良い。
【００４６】
更にまた、プラズマ反応炉に水素Ｈ2 を供給して、マグネシウムＭｇ粉末を水素化する例を説明したが、マグネシウムＭｇ粉末をプラズマ反応炉の外へ取り出し、別途水素化するように構成しても良い。
【００４７】
プラズマ反応炉に水素Ｈ2 を供給して、マグネシウムＭｇ粉末を水素化する例を説明したが、上記式（１）で示すように、還元反応で発生した水素Ｈ2 で、十分な量の水素化マグネシウムＭｇＨ2 が生成される場合、水素Ｈ2 を別途供給しないように構成しても良い。
【００４８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４９】
１ プラズマ反応炉
２ プラズマトーチ
３ 下部電極
４ 電源
５ 原料供給部
６ 制御部
７ 操作部
２１ トーチ電極
２２ トーチノズル
５１ａ メタンガスボンベ
５１ｂ アルゴンガスボンベ
５１ｃ 水素ガスボンベ
５４ａ メタン供給管
５４ｂ，５４ｃ アルゴン供給管
５４ｄ 水素供給管
５５ 酸化マグネシウム供給部
５６ 酸化マグネシウム搬送路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガスの熱プラズマを生成するプラズマ反応炉に酸化マグネシウム粉末と、メタン及び／又は水素とを供給し、
不活性ガス、メタン及び／又は水素にて生成された還元雰囲気の熱プラズマにて酸化マグネシウム粉末をマグネシウムに還元し、
還元された気体のマグネシウムを凝縮させることによって、マグネシウム粉末及び／又は水素化マグネシウム粉末を生成する
ことを特徴とする酸化マグネシウム還元方法。
【請求項２】
プラズマ還元にてマグネシウム粉末を生成した場合、水素を前記プラズマ反応炉に供給して、該プラズマ反応炉中のマグネシウム粉末と、水素とを接触させることにより、水素化マグネシウム粉末を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の酸化マグネシウム還元方法。
【請求項３】
発電所の電力を用いて前記熱プラズマを生成する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の酸化マグネシウム還元方法。
【請求項４】
前記プラズマ反応炉の上部に設けられた筒状のトーチ電極と、該トーチ電極を囲繞するトーチノズルと、前記トーチ電極に対向した下部電極とを準備し、前記トーチ電極を通じて酸化マグネシウム粉末（又はメタン及び／又は水素）を供給し、前記トーチノズルを通じてメタン及び／又は水素（又は酸化マグネシウム粉末）を供給する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の酸化マグネシウム還元方法。
【請求項５】
プラズマ反応炉と、
該プラズマ反応炉の上部に設けられた筒状のトーチ電極と、
該トーチ電極を囲繞するトーチノズルと、
前記トーチ電極に対向するように、前記プラズマ反応炉の下部に設けられた下部電極と、
前記トーチ電極及び下部電極に電力を供給する電源と、
前記トーチ電極を通じて酸化マグネシウム粉末（又はメタン及び／又は水素）を供給する第１供給路と、
前記トーチノズルを通じてメタン及び／又は水素（又は酸化マグネシウム粉末）を供給する第２供給路と
を備えることを特徴とする反応装置。
【請求項１】
不活性ガスの熱プラズマを生成するプラズマ反応炉に酸化マグネシウム粉末と、メタン及び／又は水素とを供給し、
不活性ガス、メタン及び／又は水素にて生成された還元雰囲気の熱プラズマにて酸化マグネシウム粉末をマグネシウムに還元し、
還元された気体のマグネシウムを凝縮させることによって、マグネシウム粉末及び／又は水素化マグネシウム粉末を生成する
ことを特徴とする酸化マグネシウム還元方法。
【請求項２】
プラズマ還元にてマグネシウム粉末を生成した場合、水素を前記プラズマ反応炉に供給して、該プラズマ反応炉中のマグネシウム粉末と、水素とを接触させることにより、水素化マグネシウム粉末を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の酸化マグネシウム還元方法。
【請求項３】
発電所の電力を用いて前記熱プラズマを生成する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の酸化マグネシウム還元方法。
【請求項４】
前記プラズマ反応炉の上部に設けられた筒状のトーチ電極と、該トーチ電極を囲繞するトーチノズルと、前記トーチ電極に対向した下部電極とを準備し、前記トーチ電極を通じて酸化マグネシウム粉末（又はメタン及び／又は水素）を供給し、前記トーチノズルを通じてメタン及び／又は水素（又は酸化マグネシウム粉末）を供給する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の酸化マグネシウム還元方法。
【請求項５】
プラズマ反応炉と、
該プラズマ反応炉の上部に設けられた筒状のトーチ電極と、
該トーチ電極を囲繞するトーチノズルと、
前記トーチ電極に対向するように、前記プラズマ反応炉の下部に設けられた下部電極と、
前記トーチ電極及び下部電極に電力を供給する電源と、
前記トーチ電極を通じて酸化マグネシウム粉末（又はメタン及び／又は水素）を供給する第１供給路と、
前記トーチノズルを通じてメタン及び／又は水素（又は酸化マグネシウム粉末）を供給する第２供給路と
を備えることを特徴とする反応装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−３２１３１（Ｐ２０１１−３２１３１Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７９７３９（Ｐ２００９−１７９７３９）
【出願日】平成２１年７月３１日（２００９．７．３１）
【出願人】（５０６０７４０１５）バイオコーク技研株式会社 (23)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月３１日（２００９．７．３１）
【出願人】（５０６０７４０１５）バイオコーク技研株式会社 (23)
【Ｆターム（参考）】
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