(57)【要約】  海上の波力、風力および太陽光を用いた洋上自然エネルギー変換装置ならびにおよび電気エネルギーの貯蔵・輸送・再生利用方法を含む自然エネルギー利用システムを提供すること。  母体と、前記母体に揺動自在に接続された可動翼であって、海面に配置されて波の上下動に応じて揺動するとともに、この揺動に海面を通過する風力を相関させて前記可動翼の上下運動が増幅されるようにした可動翼と、前記可動翼に接続され該可動翼の上下動から加圧流体を発生させるためのポンプと、前記ポンプからの加圧流体によって駆動される発電機とを具備する、洋上自然エネルギー変換装置。
2010116530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母体と、
前記母体に揺動自在に接続された可動翼であって、海面に配置されて波の上下動に応じて揺動するとともに、この揺動に海面を通過する風力を相関させて前記可動翼の上下運動が増幅されるようにした可動翼と、
前記可動翼に接続され該可動翼の上下動から加圧流体を発生させるためのポンプと、
前記ポンプからの加圧流体によって駆動される発電機とを具備する、洋上自然エネルギー変換装置。
【請求項２】
前記可動翼が、太陽光発電装置をさらに具備する、請求項１に記載の洋上自然エネルギー変換装置。
【請求項３】
前記可動翼の揺動振幅を制御する揺動制御手段をさらに具備する、請求項１または２に記載の洋上自然エネルギー変換装置。
【請求項４】
前記揺動制御装置が、ばね、エアースプリングおよび電動装置からなる群から選ばれた少なくとも１つである、請求項３に記載の洋上自然エネルギー変換装置。
【請求項５】
前記母体が、接地構造物を含む陸地、または人口浮島および船体を含む洋上浮体構造物からなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の洋上自然エネルギー変換装置。
【請求項６】
前記可動翼の固定位置および向きを上下方向または／および水平方向に対して自在に変化させ得る可動翼可変装置をさらに具備する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の洋上自然エネルギー変換装置。
【請求項７】
発電された電力の少なくとも一部を前記母体の推進力に用いるための手段を具備する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の洋上自然エネルギー変換装置。
【請求項８】
前記ポンプにより加圧された加圧流体の少なくとも一部、もしくは該加圧流体が前記発電機の作動に使用されたのちに、前記母体の推進力に用いるための手段を具備する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の洋上自然エネルギー変換装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の洋上自然エネルギー変換装置が複数個連結されてなる、洋上自然エネルギー変換装置。
【請求項１０】
前記母体の揺動振幅よりも前記可動翼の揺動振幅の方が相対的に大きくなるように前記揺動制御手段を制御するようにした、請求項１または２に記載の洋上自然エネルギー変換装置。
【請求項１１】
前記可動翼が波の揺動を減衰させる機能を有し、海岸および／または浮体に設置して防波装置としても機能するようにした、請求項１または２に記載の洋上自然エネルギー変換装置。
【請求項１２】
前記可動翼を、風波の強度に応じて、伸縮ないし折り畳み自在に可動させ得る可動翼可変装置を具備する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の洋上自然エネルギー変換装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の洋上自然エネルギー変換装置によって得られた電力を用い、前記母体上において海水からマグネシウムを製造する工程を含む、自然エネルギーを用いるマグネシウムの製造方法。
【請求項１４】
原料としての海水から水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ））を回収し、
塩酸（ＨＣｌ）を用いて塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）を生成した後、
得られた塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）を電気分解製錬、プラズマ分解製錬および熱還元製錬からなる群から選ばれた方法によって製錬することによってマグネシウムを得る工程を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の洋上自然エネルギー変換装置によって得られた電力を用い、前記母体上において海水を電気分解することによって水素を製造する工程を含む、自然エネルギーを用いる水素の製造方法。
【請求項１６】
請求項１３または１４に記載の方法によって得られたマグネシウムと、請求項１５に記載の方法によって得られた水素を用いて水素化マグネシウム（ＭｇＨ２）を得る工程を含む、自然エネルギーを用いる水素化マグネシウムの製造方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法もしくは他の常法によって得られたマグネシウムを原料とするマグネシウム合金を構造材料として用いる一次利用と、
前記一次利用の廃材としてのマグネシウム合金を原料として得られた水素化マグネシウムを水素吸蔵材料として使用する二次利用と、
前記二次利用の結果得られた水酸化マグネシウムおよび場合により酸化マグネシウムを工業材料資源として使用する三次利用と、
前記三次利用の結果物を廃棄するか、もしくは塩化マグネシウムの製造原料として使用する四次利用と、
前記四次利用の結果得られた塩化マグネシウムから金属マグネシウムを製造する工程を含む、マグネシウム材料の循環利用方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の前記一次利用の廃材としてのマグネシウム合金に、カルシウム、アルミニウムをそれぞれ１重量％〜５０重量％の範囲で添加する工程をさらに含む、マグネシウム合金または水素化マグネシウム合金を水素吸蔵材料として使用する二次利用を含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海上の波力、風力および太陽光を用いた洋上自然エネルギー変換装置ならびに電気エネルギーの貯蔵・輸送・再生利用方法を含む自然エネルギー利用システムに関するものである。【０００２】
すなわち、本発明は、海洋における波力、風力および所望により太陽光を含む自然エネルギーを効率的に電気に変換することができる手段を提供するものである。【０００３】
さらに、本発明は、このようにして変換された電気エネルギーを用いて、海水からマグネシウムを製造することによって大量に生成する電気エネルギーの効率的かつ安価な貯蔵・輸送を可能にするシステムを提供するものである。【０００４】
このシステムを採用することによって、各種構造部材、水素燃料、工業原料に用いられるマグネシウム原料を効率的に製造するとともに、これを多段的に循環させ再生利用することが可能となり、海水資源の有効利用と循環利用を実現させて、公害の原因となる有害廃棄物を排出しない環境負荷の著しい低減化が図られた自然エネルギーの活用手段を提供することができる。
【背景技術】
【０００５】
従来提案されている自然エネルギーの利用態様としては、太陽光発電、風力発電、波力発電等が知られている。【０００６】
このうち、太陽光発電と風力発電はすでに実用化されている。しかしながら、太陽光発電は、太陽電池パネルのコストが依然として高いという問題や、天候に左右されるという不安定性の問題がある。また、風力発電においては、発電規模に従って装置が高コスト化するという問題の他、設置場所が限定される、広い敷地面積を要する、あるいは風量の変化に左右される（不安定性）などの問題がある。【０００７】
さらに従来提案されている波力発電は、膨大で持続的かつ高密度の波力をエネルギー源とする点において有利な発電方法と考えられているが、いまだ本格的な実用化には至っていないのが現状である。【０００８】
これまで波力発電としては、種々の方式が提案されている（特許文献１〜４）。その主たる方法は、大きな波の上下運動を利用して、空気または水の流れをつくり、その流れをダクトによって集めてタービンを駆動させて発電を行うものである。たとえば、海水の流動エネルギーを用いる従来の波力発電装置においては、装置の規模が小さいと、高圧な流体の運動エネルギーを効率的に活用することができないため、発電量を高めるためにはある程度大規模なシステムが不可避的に必要となり、このため発電設備が大型化せざるを得ないという問題がある。したがって、発電コストや自然エネルギーの効率的活用の観点からは多くの課題が残されている。【０００９】
また、効率の良い波力発電装置を実現するために、海上の浮体の揺れをコントロールモーメントジャイロで受け止め、そのエネルギーを利用して発電するジャイロ式波力発電装置が提案されている。しかし、この発電装置は、構造的に複雑でありコストも高くなることが予想される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−２８０２４０号
【特許文献２】特開平５−１６４０３６号
【特許文献３】特開２００５−２０７３３２
【特許文献４】国際公開ＷＯ ０２／０７７３６９ Ａ１
【特許文献５】国際公開ＷＯ ０６／０１１６２０
【特許文献６】国際公開ＷＯ ０８／０１５８４４
【００１１】
ところで、海洋の自然エネルギーで変換された大量の電気エネルギーを利用する上において、洋上から消費する陸上まで、生成したエネルギーを貯蔵・輸送することが必要となる。しかしながら、現状においては、生成した大量の電気エネルギーを貯蔵し、消費地まで効率的に輸送する技術は確立されているとは言い難い。【００１２】
特に、海洋上で生成した電気エネルギーを輸送する技術としては、海底ケーブルを用いる送電方法があるが、このような海底ケーブルは、特に深海上では浮体構造物の係留手段がなく海流に流され移動するという問題がある。つまり、海洋の自然エネルギーの利用技術においては、電気への変換技術と電気エネルギーの貯蔵・輸送および再生利用は一体的なシステムとして構築される必要がある。よって、自然エネルギーから電気エネルギーへの変換技術と、生成した電気エネルギーの貯蔵・輸送技術とは、双方が共に伴って初めて実用的なシステムとして市場への安定供給が可能となることに留意されるべきである。【００１３】
また、海洋には海水中に含まれる塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）が大量に存在し、これは金属マグネシウムの原料として有望視されている。【００１４】
従来のマグネシウムの製造技術においては、電気分解製錬や熱還元製錬を用いてマグネシウムが製造されて、主にニッケル−ＭＨ電池の負極材料（水素吸蔵材料）として利用されてきた。従来、マグネシウムは、燃焼しやすい物質であることから切削時の加工方法や屑の処理に注意を要する必要があり、一般の部材用の材料としては不向きとされ市場も制限されていた。【００１５】
しかしながら、近年、難燃性のマグネシウム合金が開発され、軽量かつ機械的特性にすぐれた新しい構造部材用材料として、パソコンのケーシングなどの様々な用途への活用が始まっている。すなわち、従来の材料である鉄、アルミニウム、プラスチックが地球資源の枯渇、再生時の電力消費や有害物質発生など社会問題化されている一方、７８０℃以下では発火しない難燃性のマグネシウム合金の出現が、新しい工業用素材として活用され始めている。この新合金の出現に伴い様々な新機能も発見されていて、従来の金属やプラスチック材料の代替品として見直され産業界から注目され、近年、徐々にマグネシウム合金の生産量も増加している。【００１６】
しかしながら、金属マグネシウムやマグネシウム合金の生産量が増加し、その利用市場が拡大するとともに、これらマグネシウム材料のリサイクルの方法が問題となり、廃材の回収・再生を含めたリサイクル技術の早期の確立が望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、海上の波力、風力および太陽光を用いた洋上自然エネルギー変換装置ならびにおよび電気エネルギーの貯蔵・輸送・再生利用方法を含む自然エネルギー利用システムを提供することを目的とするものである。【００１８】
さらに、本発明は、このようにして変換された電気エネルギーを用いて、海水からマグネシウムを製造することによって大量に生成する電気エネルギーの効率的かつ安価な貯蔵・輸送を可能にするシステムを提供することを目的とするものである。【００１９】
また、本発明は、各種構造部材、水素燃料（水素吸蔵材料）、工業原料に用いられるマグネシウム原料を効率的に製造するとともに、これを多段的に循環させ再生利用することを可能とするリサイクル技術を提供するとともに、海水資源の有効利用と循環利用を実現させて公害の原因となる有害廃棄物を排出しない環境負荷の著しい低減化が図られた自然エネルギーの活用手段を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上述した課題を解決するために、本発明に係る洋上自然エネルギー変換装置は、母体と、前記母体に揺動自在に接続された可動翼であって、海面に配置されて波の上下動に応じて揺動するとともに、この揺動に海面を通過する風力を相関させて前記可動翼の上下運動が増幅されるようにした可動翼と、前記可動翼に接続され該可動翼の上下動から加圧流体を発生させるためのポンプと、前記ポンプからの加圧流体によって駆動される発電機とを具備するものである。【００２１】
本発明の好ましい態様においては、上記洋上自然エネルギー変換装置の前記可動翼が、太陽光発電装置をさらに具備することができる。【００２２】
また、前記可動翼の揺動振幅を制御する揺動制御手段をさらに具備することができ、該揺動制御装置は、たとえば、ばね、エアースプリングおよび電動装置からなる群から選ばれた少なくとも１つであることができる。【００２３】
さらに、前記母体が、接地構造物を含む陸地、または人口浮島および船体を含む洋上浮体構造物からなることができる。【００２４】
また、本発明の好ましい態様においては、前記可動翼の固定位置および向きを上下方向または／および水平方向に対して自在に変化させ得る可動翼可変装置をさらに具備することができる。【００２５】
さらに、本発明に係る洋上自然エネルギー変換装置においては、発電された電力の少なくとも一部を前記母体の推進力に用いるための手段を具備することができ、さらに、前記ポンプにより加圧された加圧流体の少なくとも一部、もしくは該加圧流体が前記発電機の作動に使用されたのちに、前記母体の推進力に用いるための手段を具備することもできる。【００２６】
また、本発明においては、上記の洋上自然エネルギー変換装置が複数個連結されて相互に一体的に作動させることもできる。【００２７】
また、本発明においては、前記母体の揺動振幅よりも前記可動翼の揺動振幅の方が相対的に大きくなるように前記揺動制御手段を制御するようにすることができる。【００２８】
さらに、本発明に係る洋上自然エネルギー変換装置は、前記可動翼が波の揺動を減衰させる機能を有し、海岸および／または浮体に設置して防波装置としても機能するようにすることも可能である。【００２９】
さらに、本発明に係る洋上自然エネルギー変換装置は、前記可動翼を、風波の強度に応じて、伸縮ないし折り畳み自在に可動させ得る可動翼可変装置を具備することができる。【００３０】
さらにまた、本発明は、上述した洋上自然エネルギー変換装置によって得られた電力を用い、前記母体上において海水からマグネシウムを製造する工程を含む、自然エネルギーを用いるマグネシウムの製造方法を包含する。【００３１】
上記マグネシウムの製造方法においては、原料としての海水から水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ））を回収し、塩酸（ＨＣｌ）を用いて塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）を生成した後、得られた塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）を電気分解製錬、プラズマ分解製錬および熱還元製錬からなる群から選ばれた方法によって製錬することによってマグネシウムを得る工程を含むことができる。【００３２】
さらに、本発明は、上述した洋上自然エネルギー変換装置によって得られた電力を用い、前記母体上において海水を電気分解することによって水素を製造する工程を含む、自然エネルギーを用いる水素の製造方法を包含する。【００３３】
さらにまた、本発明は、上記の方法によって得られたマグネシウムと水素を用いて水素化マグネシウム（ＭｇＨ２）を得る工程を含む、自然エネルギーを用いる水素化マグネシウムの製造方法を包含する。【００３４】
また、本発明は、上記の方法もしくは他の常法によって得られたマグネシウムを原料とするマグネシウム合金を構造材料として用いる一次利用と、前記一次利用の廃材としてのマグネシウム合金を原料として得られた水素化マグネシウムを水素吸蔵材料として使用する二次利用と、前記二次利用の結果得られた水酸化マグネシウムおよび場合により酸化マグネシウムを工業材料資源として使用する三次利用と、前記三次利用の結果物を廃棄するか、もしくは塩化マグネシウムの製造原料として使用する四次利用と、前記四次利用の結果得られた塩化マグネシウムから金属マグネシウムを製造する工程を含む、マグネシウム材料の循環利用方法を包含するものである。さらに、本発明においては、上記廃材としてのマグネシウム合金の二次利用に際しては、前記一次利用の廃材としてのマグネシウム合金に、カルシウム、アルミニウムをそれぞれ１重量％〜５０重量％の範囲で添加する工程をさらに含む、水素化マグネシウムを水素吸蔵材料として使用する二次利用を含む。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、膨大な海洋のエネルギーである波力、風力および太陽光を一体系の装置を用いて効率よく機械的運動エネルギーまたは電力に変換することができる。【００３６】
また、本発明によれば、洋上において変換された電気エネルギーによって、洋上においてマグネシウム、水素および水素化マグネシウムを製造することができ、洋上の自然エネルギーから変換した大量な電気エネルギーの貯蔵・輸送、再生利用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施態様を示す断面図。
【図２】本発明に係る装置の可動翼と波と風との相関関係を示す断面図。
【図３】本発明の一実施態様を示す断面図。
【図４】本発明の一実施態様を示す断面図。
【図５】本発明による電気エネルギーの貯蔵・輸送ならびに再生利用方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
洋上自然エネルギー変換装置
本発明に係る洋上自然エネルギー変換装置は、母体と、前記母体に揺動自在に接続された可動翼であって、海面に配置されて波の上下動に応じて揺動するとともに、この揺動に海面を通過する風力を相関させて前記可動翼の上下運動が増幅されるようにした可動翼と、前記可動翼に接続され該可動翼の上下動から加圧流体を発生させるためのポンプと、前記ポンプからの加圧流体によって駆動される発電機とを具備するものである。【００３９】
たとえば、従来の円筒形や箱形などのフロートを利用した波力エネルギーの電気エネルギーへの変換装置においては、フロートを洋上に浮かべた場合、波の揺動の変化によってフロートに上下運動が発生するが、洋上を通過する風力エネルギーを活用することについては考慮されてはいないし、従来のフロートでは、風力による上下運動を発生させることはできない。【００４０】
これに対して、本発明においては、翼形状の可動翼を具備していることから、波力とともに、風力を有効かつ効率的に利用することができる。【００４１】
すなわち、本発明の可動翼においては、従来のフロートとは本質的に異なり、平らな翼形状を有する可動翼が波間に張り出す様にすることによって、風溜りを形成し、さらに可動翼の下部の波山を風圧によって押し出して可動翼の浮力を瞬間的に失うことによって、可動翼の重量による落下現象を活用して、可動翼の揺動運動を効果的に増幅できる。【００４２】
可動翼と波の相関は、長辺に対して直角方向に移り行く波の凸部上にある時、次の波の凸部との間に可動翼の面が張り出すため、ここに風溜りが形成され風力が回り込み可動翼に揚力を与えながら波間の凹部の底は風圧によって押し下げられ、次いでこの風溜りを風圧が押すことで波の凸部が可動翼の下部から押し出される。【００４３】
この時、可動翼は、浮力を瞬間的に失って可動翼の重量による落下現象から、次に移り来る波の凹部に落下する。可動翼の重心は、加速度により通常の浮力による海面との位置関係よりも深く沈み込むため可動翼の揺動運動が増幅される。この場合の落差は、波の凹凸が大きくなるほど落下の加速度も増し、相関作用は、風圧が強くなるほど迅速となる。【００４４】
また、可動翼が長辺に対して平行な方向に移り行く波の凸部上にある時においても、同様に波間に風力を回り込ませて波の凹部に風圧がかかることによって、可動翼に上述したような落下現象を発生させることができる。上記のような波の揺動に海面を通過する風力を相関させて可動翼の上下運動を増幅させる機構については、後で詳細に説明する。【００４５】
このように本発明においては、支点となる母体の固定側と力点となる可動側の可動翼と、作用点となる連結連動する架台を具備する構造によって、揺動運動のポンプ作用が、梃子の原理により、流体を高圧に加圧することができる。【００４６】
上記ポンプからの加圧流体によって駆動される発電機とを具備するものである。【００４７】
本発明の好ましい態様においては、上記洋上自然エネルギー変換装置の前記可動翼が、太陽光発電装置をさらに具備することができる。【００４８】
また、前記可動翼の揺動振幅を制御する揺動制御手段をさらに具備することができ、該揺動制御装置は、たとえば、ばね、エアースプリングおよび電動装置からなる群から選ばれた少なくとも１つであることができる。【００４９】
さらに、前記母体が、接地構造物を含む陸地、または人口浮島および船体を含む洋上浮体構造物からなることができる。【００５０】
また、本発明の好ましい態様においては、前記可動翼の固定位置および向きを上下方向または／および水平方向に対して自在に変化させ得る可動翼可変装置をさらに具備することができる。【００５１】
さらに、本発明に係る洋上自然エネルギー変換装置においては、発電された電力の少なくとも一部を前記母体の推進力に用いるための手段を具備することができ、さらに、前記ポンプにより加圧された加圧流体の少なくとも一部、もしくは該加圧流体が前記発電機の作動に使用されたのちに、前記母体の推進力に用いるための手段を具備することもできる。【００５２】
また、本発明においては、上記の洋上自然エネルギー変換装置が複数個連結されて相互に一体的に作動させることもできる。【００５３】
また、本発明においては、前記母体の揺動振幅よりも前記可動翼の揺動振幅の方が相対的に大きくなるように前記揺動制御手段を制御するようにすることができる。【００５４】
さらに、本発明に係る洋上自然エネルギー変換装置は、前記可動翼が波の揺動を減衰させる機能を有し、海岸および／または浮体に設置して防波装置としても機能するようにすることも可能である。【００５５】
さらに、本発明に係る洋上自然エネルギー変換装置は、前記可動翼を、風波の強度に応じて、伸縮ないし折り畳み自在に可動させ得る可動翼可変装置を具備することができる。【００５６】
上記の揺動制御装置は、通常では可動翼を上昇行程から下降行程に変わるときに上昇運動の慣性モーメントを速やかに消滅させて可動翼を下降させ、次の上昇行程（流体の加圧行程）に移ることができるため、波の凹凸の移り変わりが速い、例えば、母体側が船のような移動する浮体構造物においては都合が良く、高圧な流体（空気）によって、作動装置を経由した後でも、または直接にでも海水にノズルから噴出させるとロスを低減して推力を得ることができる。【００５７】
また、上記のように、循環系をふくむポンプおよび可動翼からなる装置の一体系を複数連携して構成し、作動装置と発電機の回転軸を連結した単体系に複数のポンプからの高圧流体を作用させるようにすることによって、比較的コンパクトな規模で効率よく機械運動や大電力を得ることができる。【００５８】
また、可動翼の上面に太陽電池を設置することによって、太陽光、波力、風力の複数の自然エネルギーを複合的に一体系の装置によって機械運動や電気に変換することができる。【００５９】
また、可動翼は、連結する連結体と架台との間に可変装置を設けて連結連動させると、台風時の高波、海面のうねりの変化など、破損から回避させたり海面の状況に適合させるように運転することができる。【００６０】
マグネシウムの製造および循環利用方法
本発明は、上述した洋上自然エネルギー変換装置によって得られた電力を用い、前記母体上において海水からマグネシウムを製造する工程を含む、自然エネルギーを用いるマグネシウムの製造方法を包含する。【００６１】
上記マグネシウムの製造方法においては、原料としての海水から水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ））を回収し、塩酸（ＨＣｌ）を用いて塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）を生成した後、得られた塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）を電気分解製錬、プラズマ分解製錬および熱還元製錬からなる群から選ばれた方法によって製錬することによってマグネシウムを得る工程を含むことができる。【００６２】
さらに、本発明は、上述した洋上自然エネルギー変換装置によって得られた電力を用い、前記母体上において海水を電気分解することによって水素を製造する工程を含む、自然エネルギーを用いる水素の製造方法を包含する。【００６３】
さらにまた、本発明は、上記の方法によって得られたマグネシウムと水素を用いて水素化マグネシウム（ＭｇＨ２）を得る工程を含む、自然エネルギーを用いる水素化マグネシウムの製造方法を包含する。【００６４】
また、本発明は、上記の方法もしくは他の常法によって得られたマグネシウムを原料とするマグネシウム合金を構造材料として用いる一次利用と、前記一次利用の廃材としてのマグネシウム合金を原料として得られた水素化マグネシウムを水素吸蔵材料として使用する二次利用と、前記二次利用の結果得られた水酸化マグネシウムおよび場合により酸化マグネシウムを工業材料資源として使用する三次利用と、前記三次利用の結果物を廃棄するか、もしくは塩化マグネシウムの製造原料として使用する四次利用と、前記四次利用の結果得られた塩化マグネシウムから金属マグネシウムを製造する工程を含む、マグネシウム材料の循環利用方法を包含するものである。さらに、本発明においては、上記廃材としてのマグネシウム合金の二次利用に際しては、前記一次利用の廃材としてのマグネシウム合金に、カルシウム、アルミニウムをそれぞれ１重量％〜５０重量％の範囲で添加する工程をさらに含む、マグネシウム合金または水素化マグネシウム（合金）を水素吸蔵材料として使用する二次利用を含む。【００６５】
近年、化石燃料の燃焼からの炭酸ガスによる地球温暖化の問題から、次世代燃料として水素が重要視されている。この点、マグネシウムは、加水分解して水から水素を生成できることが知られている。【００６６】
よって、マグネシウムまたはマグネシウム合金の廃材を利用して水素燃料の製造や電池構成要素の負極材等に活用できれば、初期に投入されたエネルギーが再生でき都合もよい。利用後の残留物は、水酸化マグネシウムである。現状市場に提供されている水酸化マグネシウムは、海水から製造して海水や土壌の改良材、工業の材料、胃腸薬など広く提供されているが、マグネシウムまたはマグネシウム合金の廃材利用からの残留物ではない。【００６７】
洋上の自然エネルギーで変換された電気エネルギーで海水からマグネシウムを製錬し、次いでマグネシウムまたはマグネシウム合金として利用した後に、加水分解によって水素燃料を作り、後に残る水酸化マグネシウムが再利用できればマグネシウムの無駄の無い有効な循環利用が可能となる。【００６８】
また、大量の電力の貯蔵・輸送、再生の課題が解消すれば、資源の少ない日本のような国には最適である。この点、マグネシウムは、金属資源の中で唯一公害物質をつくらない方法が選択できることから、環境上においても産業上においても有利である。【００６９】
しかしながら、マグネシウムを基本物質とするこの一循環のプロセスを形成するには二つの課題が残されている。【００７０】
一つ目の課題は、マグネシウム合金の廃材もしくは金属マグネシウムを常温域で安全に保持し、しかも水素化（水素吸蔵）のための高エネルギー化処理を行うには、マグネシウム原料の粉砕と水素化の処理が必要ある。そして、その処理には多くの手間と投入エネルギーを費やす必要があり、このため製造コストが増大するという問題がある。このことから、従来、加水分解を活用した水素製造技術への活用にまで至っていないのが現状である。【００７１】
さらに二つ目の課題は、従来提案されている水素生成技術においては、６００℃以上の高温域での加水分解反応が必要であることから、熱負荷が大きく実用的ではないということである。【００７２】
本発明者は、すでに上記の二つの課題を解決する技術として、マグネシウム合金の廃材もしくはマグネシウムから加水分解のための好適材料（水素吸蔵材料）を製造する低コストかつ効率的な製造方法、ならびに当該水素吸蔵材料およびマグネシウムを使って常温域において安全かつ効率的に水素の生成を制御する方法を提案している（特許文献５および６）。
本発明によれば、マグネシウム合金の廃材もしくはマグネシウムから加水分解でより多くの水素を生成できる高エネルギー材料を製造する低コストな製造方法と、且つ、その材料を使って加水分解が常温域で安全に行われ水素生成の制御ができる方法とを、本発明者が既に提案している技術に組み込むことによって、これまで困難であった大量の電気エネルギーの貯蔵・輸送が可能となる。【００７３】
また、洋上の自然エネルギーによって有用物質に変換されて、その貯蔵・輸送が可能になることによって、陸上において水素製造のための燃料としてエネルギーを再生利用できる。【００７４】
上記の有用プロセスは、上述したマグネシウムの多段的な循環利用方法によってより効率的かつ安定的に実現できる。【００７５】
また、前述したように、マグネシウムは、製錬、構体材料、加水分解、工業利用などと順次多段的な連続利用が可能である。さらに、このような多段的な利用プロセスの過程においても、公害の原因となる有害物質を副生することもない。【００７６】
このように本発明によれば、装置規模に関わらず、海上の膨大な波力、風力、および太陽光といった複数の自然エネルギーを、一体系の装置によって効率的かつ低コストで有用エネルギーに変換できることができる。そして、この変換技術は、海岸、洋上の浮体構造物など広範囲の領域に適応することができる。【００７７】
一方、変換された電気エネルギーは、洋上においてマグネシウム金属に置換することによって、洋上からの電力の貯蔵・輸送、再生を実現し、陸上ではマグネシウムの多段的な循環利用に活用することができることから、海水資源の循環利用の点においても有利である。
【実施例】
【００７８】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施態様について説明する。図１および図３は、それぞれ本発明に係る洋上自然エネルギー変換装置の一実施態様を示す概要断面図であり、図２は、可動翼の断面において、波力と風力の相関な作用を示す説明図である。さらに、図４は、船体に採用した場合の本発明の概要断面図である。【００７９】
図１に示す洋上自然エネルギー変換装置は、母体２、可動翼３、太陽電池４、ピストン８、揺動制御装置１０、支持管１５、シリンダー１６、逆止弁２０、２２、作動装置２５、発電機２６、変電装置２８などから構成されている。【００８０】
この例に示されているように、上面に太陽電池４が配された翼形状の可動翼３は、くぼみ３５の内部に母体２と接続される回転軸７を介して架台１１が連結され、その架台１２１先端と可動翼３が連結体１９を介して連結され、可動翼３が上下の揺動を可能にして海面５に浮かべて設けられている。【００８１】
可動翼３は、波の凹凸間の落差によって揺動運動が発生しやすく波の衝撃にも耐えられるように断面は平面的で軽量なプラスチック材料などが用いられ、可動翼３の先端は、船首のように円弧形状を有している。【００８２】
また、可動翼３は、連結体１９と架台１１の間に電動による可変装置１２が設けられることによって、可動翼３の方向ならびに位置が上下左右自在に配置できるようになっている。【００８３】
このような可変装置１２は、例えば、台風や暴風雨時の高波など、可動翼３を保護するために長辺が通常運転時には母体２に対して直角方向であるものを可変装置１２の回転によって母体に対して並行にすることができる。また、運転を中止する場合には、母体の上部側面に持ち上げることもできる。【００８４】
母体２と接続される架台１１の上部には、流体加圧のポンプを構成するピストン８と揺動制御装置１０の一端を各々可動自在に接続されている。また、流体の流入と流出の循環系のパイプを取り付けた流体加圧ポンプのシリンダー１６は、母体２に固定され突き出した支持管１５の先端部に接続されて設けられている。また、ポンプの形式は、ベローズなど様々のポンプが採用できる。【００８５】
シリンダー１６のヘッドに取り付けられる流体の流入と流出の循環系のパイプは、支持管１５の内部に配置され、それぞれ逆止弁２０、２２を介して高圧流体４０および低圧流体５０の配管へ接続連通されて、空気、水、シリコン油など目的に適応した材質が選択された流体が循環している。このうち空気や海水を流体にすることが便利であり、空気がもっとも望ましい。【００８６】
揺動制御装置１０は、機能として架台１１の適度な押し下げと揺動運動域の制限ができるもので、金属のばねまたはエアースプリングのほか電動機などが採用され装置が構成されて、必要に応じて単体または複数の揺動制御装置が設けられている。【００８７】
この場合、母体の揺動振幅よりも前記可動翼の揺動振幅の方が相対的に大きくなるように前記揺動制御手段を制御するようにすることが肝要である。【００８８】
また、揺動制御装置１０の先端部は、支持管１５に設けられる誘導口を貫通して挿入され、たとえば、金属のばねまたはエアースプリングが支持管１５を挟み込むようにして構成されている。【００８９】
高圧流体４０の配管は、回転軸が発電機２６と連結される作動装置２５の入力口に接続され、他方、作動装置２５の出力口に接続される低圧流体５０の配管は、必要数が設けられた流体加圧ポンプのシリンダー１６の配管系と各々接続され、流体が循環できるように接続され連通されている。【００９０】
ここで、前述した、可動翼３による波力と風力の相関的作用を図２によってさらに詳しく説明する。図２に示すように、まず、Ｘ地点の断面において、可動翼３の長辺に対し直角方向に流れる風力の進行方向をＷ、波の凹凸の進行方向をＭとし、海面５の波の凹凸は、５a、５b、５c、５dの順で可動翼３に向かって移行している。【００９１】
可動翼３が波の凸部５aにあるとき、可動翼３の面の張り出しによって波間５bに風溜りをつくり風力を回り込ませることで、風圧により可動翼３に揚力を与えながら波間の凹部５bは風圧によって押し下げられ、次いでこの風溜りを風圧が押すことで波の凸部５aが可動翼３の下部から押し出される。【００９２】
この時可動翼３は、浮力を瞬間的に失うため可動翼３の重力による落下現象から、次に移り来る波の凹部５bに落下する。可動翼の重心は、加速度により通常の浮力による海面との位置関係よりも深く沈み込む分だけ可動翼３の揺動運動が増幅されることになる。【００９３】
たとえば、比重０.９で１トンの可動翼が平凡な波の落差１ｍを落下する場合、約０．４５秒要する。これを海面の凹部５bが受け止めるときには、加速度と質量をかけた値の重量で海面が受けることになる。可動翼が落下後に海面が０,０４５秒で受け止めると、風圧、比重、形状にもより異なるが、おおよそ８トン以上の荷重となる。海水の流体抵抗を考慮しても通常の浮遊状態に比べて２倍以上の揺動運動が容易に得られる（重力の加速度の値を９．８ｍ／ｓ２として計算した場合）。【００９４】
一方、電気変換系は、波力と風力は、流体の循環圧に変換され作動装置２５連結する発電機２６の回転によって起電力が発生し、他方、太陽光は、太陽電池によって起電され、ともに変電装置２８を経た電力６０が電力需要装置へ配電されている。【００９５】
図４に示す実施態様においては、母体２に平行にして可動翼３が配置されている。この場合、母体２は、人口浮島や船体など洋上浮体構造物であることができる。この場合においても、母体２に接する水面の移動に合わせて可動翼３が上下運動することによって、ポンプ作用によって流体が加圧され、流体運動から電気エネルギーに変換されている。【００９６】
人口浮島においては、特に深海上では係留手段が期待できないことから、海流によって流されることを想定して、常に人口浮島を定置化するために推力が必要となる。そして、この場合に必要な推力を、電気変換系統からの電力によって賄うことが可能である。【００９７】
他方、船体を母体とする場合においては、船体の移動に伴い海面波形の凸凹変化も船体の速度とともに早くなる。可動翼３の上昇過程では、跳ね上がりによる慣性モーメントを消滅させ、速やかに次の上昇過程に備えるために速やかに降下させる必要がある。この場合では、揺動制御装置１０の反動を利用して慣性モーメントを消滅させ押しもどされる。【００９８】
なお、母体が船体の場合であって、船体を走行させながら本発明の変換装置を作動させる場合には、揺動制御装置を制御して、可動翼を水上スキーのように滑走させながら発電を行うことが、抵抗を最小限にして走行を行う上で好ましい。【００９９】
また、船体の推力を得る目的の場合、ポンプ作用で高圧に加圧した流体の利用は、例えば、流体が空気などであれば、作動装置２５を経由した後において、あるいは直接に、海水に対してノズルから噴出させることによって、ロスを極力低減して、必要な推力を得ることができる。【０１００】
このように、本発明においては、可動翼３を用いて発電のための装置を構成することによって、波力、風力および太陽光の複数の自然エネルギーを複合的かつ効率的かつ一体的に電気または推進力へ変換することができる。【０１０１】
なお、太陽電池４にあっては、たとえば、ｐｎ結合型の半導体太陽電池または色素増感型太陽電池を防水加工を施して用いることができる。【０１０２】
図５は、エネルギーの貯蔵・輸送、再生利用方法のフローチャート１００であり、この図を用いてマグネシウム材料の循環利用プロセスについて、その概要を説明する。【０１０３】
一連のプロセスは、スタート１０１、前処理１０２、製錬１０３、貯蔵・輸送１０４、未処理１０５、合金化処理１０６、水素化処理１０７、加水分解１０８、未処理１０９、触媒処理１１０、後処理１１１、および終了１１２によって示される。また、これら一連のプロセスには、エネルギー１１５が投入されている。【０１０４】
スタート１０１で海水採取後、前処理１０２によって海水中から水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ））を取り出し、塩酸を用いて塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）を生成した後、製錬１０３によって、塩化マグネシウムを電気分解製錬またはプラズマ分解製錬並びに熱還元製錬によって金属マグネシウム（Ｍｇ）を製造することにより、投入した電気エネルギーをマグネシウムという物質に置換しておき、次いで、これを貯蔵・輸送１０４する。さらに、このマグネシウムを原料として、合金化処理１０６によって、マンガン（Ｍｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、カルシウム（Ｃａ）などを添加してマグネシウム合金を製造する。このようにして得られたマグネシウム合金は、一次利用として、各種構造体や部品の材料として用いる。【０１０５】
そして二次利用は、水素化処理１０７によって構体のマグネシウム合金の廃材もしくはマグネシウムを水素化することによって粉砕された粒子を得る。【０１０６】
さらに、得られた水素化マグネシウム合金または水素化マグネシウム（ＭｇＨ２）を、加水分解１０８によって、水素を発生させることができる。この破水分解によって得られた水素はエネルギーとして再生利用することができる。【０１０７】
得られたこの水素は、エネルギー１１５で投入したエネルギーの再生エネルギーである。したがって、本発明によって洋上の自然エネルギーを変換して得られた電気エネルギーをエネルギー１１５として投入して、発生した水素を燃料として陸上において活用することは、洋上において得られた電気エネルギーを陸上において再生することを意味する。【０１０８】
この場合、一次利用の廃材としてのマグネシウム合金は、カルシウム、アルミニウムの含有量が微量である。したがって、電極材の酸化還元反応や水との反応の効果をより高めるために、さらにこれらの元素を１〜５０重量％の範囲で添加することができる。たとえば、カルシウムの場合は、その添加量が多くなるほど水との反応が促進される傾向がある。さらにアルミニウムの場合は、その添加量が多くなるほど加水分解による水素生成量が多くなる傾向が認められる。【０１０９】
その後、触媒処理１１０によって、一方の加水分解反応後の水素化マグネシウム合金または水素化マグネシウム（ＭｇＨ２）から生成し残留する水酸化マグネシウム混合物または水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ））を、海水や土壌の改良材、工業材料などに用いることができる。これにより、マグネシウム材料は、最終的に廃棄され、あるいは自然物として海へ戻り、最終的にスタート１０１の海水採取作業によって一循環することになる。【０１１０】
他方、水酸化マグネシウム混合物または水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ））は、後処理１１１によって、再度塩酸を用いて塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）が生成され、前処理１０２で生成される塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）と合流し一循環する。【０１１１】
また、エネルギー１１５は、製錬１０３によって、投入したエネルギーによって物質が置換している。この作業によって、これまで困難とみなされていた大量の電気エネルギーの貯蔵・輸送ならびに再生が可能となる。この場合のエネルギー１１５は、エネルギーの種類、変換場所、変換方法などを特定するものではなく、エネルギーの性質に応じた作業方法であり、電力であれば電気分解製錬方法やプラズマ分解製錬方法であり、燃焼の熱であれば熱還元製錬方法などとなる。【０１１２】
なお、マグネシウム材料の多段的で有効な循環利用を実現する課題は、水素化処理１０７、加水分解１０８における効率的な方法の確立であった。本発明においては、前述の国際公開ＷＯ ０６／０１１６２０（特許文献５）、および国際公開ＷＯ ０８／０１５８４４（特許文献６）に記載された技術を組み込むことによって、より効率的かつ現実的に、マグネシウム材料が恒常的に一循環するプロセスを形成することができる。【０１１３】
本発明は上述した実施形態にのみに限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良ないし変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明は洋上における波力発電を含む、波力、風力ならびに太陽光発電からなる自然エネルギーから電気エネルギーおよび機械的エネルギー等の有用エネルギーに変換する技術、ならびにマグネシウム材料を基本にする水素エネルギーの活用技術を含む自然エネルギー利用システムの構築に広く利用することができ、持続可能な循環型社会への移行にすこぶる有用である。
【符号の説明】
【０１１５】
２  母体
３  可動翼
４  太陽電池
５  海面
８  ピストン
１０  揺動制御装置
１１  架台
１２  連結装置
１５  支持管
１６  シリンダー
（１８  配線）
１９  連結体
２５  作動装置
２６  発電機
２８  変電装置
２９  制圧弁
４０  高圧流体
５０  低圧流体
６０  電力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010116530.tif 000007
【国際調査報告】
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