(57)【要約】【課題】地球上の膨大なシリコン源に依存でき、シリコンをエネルギーのキャリアとして利用し得る、エネルギー発生方法を提供する点にある。【解決手段】シリコンが、ＳｉＯ２および／またはシリケートから獲得され、そして、獲得されたシリコンを水と反応させ、エネルギーと水素の放出をともなって、ＳｉＯ２が得られるエネルギー発生方法が記載されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ２および／またはシリケートからのシリコンの獲得ステップ、及び、獲得したシリコンを水と反応させ、エネルギーと水素の放出をともなって、ＳｉＯ２を生じさせるステップからなるエネルギー発生方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、シリコンの反応がタービンチャンバーで発生することを特徴とする前記方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、シリコンが、砂、特に、砂漠の砂から得られることを特徴とする前記方法。
【請求項４】
前述の各請求項のうちひとつに記載の方法であって、ＳｉＯ２および／またはシリケートを、弗化水素酸と反応させ、ＳｉＦ４を生じさせること、並びに、シリコンがＳｉＦ４から得られることを特徴とする前記方法。
【請求項５】
請求項１〜３のうちひとつに記載の方法であって、ＳｉＯ２および／またはシリケートを、金属弗化物と混合させ、硫酸を添加し、これにより、ＨＦを現場で放出させ、ＳｉＯ２および／またはシリケートと反応させて、ＳｉＦ４を生じさせ、これから、シリコンが得られることを特徴とする前記方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の方法であって、ＳｉＦ４を熱分解で反応させて、シリコンを生じさせることを特徴とする前記方法。
【請求項７】
請求項４または５に記載の方法であって、ＳｉＦ４を触媒作用で反応させて、シリコンを生じさせることを特徴とする前記方法。
【請求項８】
請求項４または５に記載の方法であって、ＳｉＦ４を金属もしくは金属水素化物により還元させることを特徴とする前記方法。
【請求項９】
請求項４または５に記載の方法であって、ＳｉＦ４を金属水素化物と反応させ、ＳｉＨ４を獲得し、これから、シリコンを、熱分解により得ることを特徴とする前記方法。
【請求項１０】
請求項４または５に記載の方法であって、ＳｉＦ４をジフルオロシラン（Ｈ２ＳｉＦ２）に転換させ、これが、Ｓｉ、ＳｉＦ４、Ｈ２に分解することを特徴とする前記方法。
【請求項１１】
請求項１〜３に記載の方法であって、ＳｉＯ２および／またはシリケートを炭素により還元させ、シリコンを得ることを特徴とする前記方法。
【請求項１２】
請求項１〜３に記載の方法であって、シリコンを、電気分解により、ＳｉＯ２および／またはシリケートから得ることを特徴とする前記方法。
【請求項１３】
前述の各請求項のうちひとつに記載の方法であって、化学用水が、きめ細かく分布させたシリコン粉末に散布されることを特徴とする前記方法。
【請求項１４】
前述の各請求項のうちひとつに記載の方法であって、海水が用いられることを特徴とする前記方法。
【請求項１５】
前述の各請求項のうちひとつに記載の方法であって、放出された水素が燃やされ、エネルギーの更なる発生のための水を得ることを特徴とする前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー発生のための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地殻の組成物におけるシリコン（Ｓｉ）成分は、約２５．８％であり、それゆえ、シリコンから生じる酸素シリコンは、地球上で最も広く存在するエレメントである。シリコンは、鉱物のなかでは最も重要なエレメントであって、自然界に、すなわち、例えば、粘土や砂、石などの無機の鉱物中にはほぼ全体を占める割合で存在し、更に、植物や動物などの有機物においても微量ではあるが存在する。特に、鉱物中において、シリコンは、二酸化珪素（ＳｉＯ２）もしくは、これに対応する珪酸塩（シリケート）として存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、地球上の膨大なシリコン源に依存でき、シリコンをエネルギーのキャリアとして利用し得る、エネルギー発生方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、前記した目的は下記の各ステップから成るエネルギー発生方法により達成される。
二酸化珪素および／またはシリケートからシリコンを獲得する、そして、獲得したシリコンを水と反応させることにより、二酸化珪素を得るとともに、エネルギーと水素が放出される。
【０００５】
したがって、本発明の第一のステップにおいて、基本的要素のシリコンが、地球上に大量に存在する二酸化珪素（ＳｉＯ２）から、もしくは、これに対応する弗素シリケートを含む珪酸塩から調製される。但し、これは、（「出発物質がふんだんに利用可能である」という本発明方法の格別の利点は、はじめに示した方法から生じるものではあるが、）  本発明のためにシリコンが、人工的に形成される二酸化珪素もしくはこれに対応するシリケートから調製され得ることを、除外するものではない。更に、本発明の第二のステップにおいては、獲得されたシリコンが水と反応させられて、二酸化珪素が獲得され、エネルギーが放出され、水素が発生させられる。発生させたエネルギーは、例えば、じかに（タービンの操作などの）推進エネルギーとして利用することもできるし、熱エネルギーとして蓄えることも可能である。したがって、本発明方法のうち特に望ましい実施例においては、シリコンの反応がタービンチャンバー内で発生し、そこで直接に、熱エネルギーが運動エネルギーに転換される。熱エネルギーの排出を備えた通常の反応室を用いても良い。
【０００６】
本発明方法により発生させる高純度で調製される二酸化珪素は、（充填物、吸着剤、細流助剤などの）相応の適用範囲で用いてもよいし、再循環させてこれからふたたびシリコンを獲得しても良い。
【０００７】
更に、本発明方法によれば、別のエネルギー源として存在する水素が発生させられる。シリコンを水素と反応させて二酸化珪素を得ることによるエネルギーの発生のほか、発生させた水素の燃焼によっても、エネルギーが発生させられる。水素は、（燃料電池など）将来における重要なエネルギーキャリアーである。
【０００８】
炭素と比べた場合、シリコンは、（酸素形成の熱から判定して）ほぼ同様のエネルギー成分、ほぼ同等のエネルギー密度を有するという結果になる。しかしながら、エネルギーキャリアーとしてのシリコンは、自らの反応によって環境に対する有害な物質（二酸化炭素、一酸化炭素、炭化水素）を何ら発生させないという大きな利点を有している。
【０００９】
望ましくは、本発明におけるシリコンは、砂、特に、砂漠の砂から調製される。結果が示す通り、本発明にとっては、高純度の二酸化珪素は必要ではなく、砂、とくに、（分析結果が示す通り、ほぼ、８０〜８５％の二酸化珪素成分を有する）砂漠の砂を頼りにできる。砂、とくに、砂漠の砂は、大量に存在しており、それゆえに、先行するプロセス無しにエネルギーを発生させるべく、本発明方法のために、直接用いることができる。
【００１０】
更に、本発明方法は、例えば、海砂、珪藻土、焼却稲、ガラス残留物、ガラス粉、シリケートなど、殆どすべての二酸化珪素源によって働く。
【００１１】
本発明方法の第一ステップ、即ち、ニ酸化珪素からのシリコンの調製は、概ね以下の通りに行われる。
１．二酸化珪素および／または弗化珪酸を含むシリケートを、弗化水素酸と反応させ、四弗化珪素（ＳｉＦ４）を得て、これからシリコンを調製する。もしくは、二酸化珪素及び／またはシリケートを金属弗化物と混合し、硫酸を添加し、これにより、弗化水素が現場で放出され、二酸化珪素および／またはシリケートと反応し、四弗化珪素を発生させ、これからシリコンが調整される。
２．二酸化珪素および／またはシリケートを、金属、望ましくはアルミニウムまたはマグネシウム、もしくは、金属水素化物、もしくは、炭素と還元させ、シリコンを発生させる。
３．二酸化珪素および／またはシリケートを電気分解により変換させ、シリコンを調製する。
当然ながら、本発明は、二酸化珪素からのシリコン調製のため更なる方法を用い得ることを、除外するものではない。
【００１２】
望ましくは、二酸化珪素および／または弗化珪酸を含むシリケートは、直接にもしくは間接的に、弗化水素酸と反応させて、上記の１に示したように、四フッ化珪素を発生させる。この方法によれば、あらゆる二酸化珪素源が利用可能であり、この場合、四弗化珪素の凝縮による「自己清浄作用」が発生するので、不純物は何ら問題を起こさない。望ましくは、シリコンは、調製された四弗化珪素から、熱分解的に、もしくは、触媒作用により、もしくは、金属還元により、シリコンが得られるよう反応させる。熱分解は、約１５００〜２０００℃の間で行われる。触媒作用手順による場合、望ましくは、酸化の第ＩＶステージの、マンガン錯体と、ニッケル錯体などの遷移金属触媒を用いる。
当然ながら、ＳｉＦ４からシリコンを調製するための更なる方法を用いることができる。
【００１３】
前記のうち２の方法、即ち、ＳｉＯ２および／またはシリケートの、炭素による還元に関しては、バイオマスや、これと同様の環境学的に保護する生成物を用いて実施することができ、環境に対しての大きな負荷を避けることができる。
【００１４】
本発明方法の主要なステップ、即ち、シリコンを水と反応させてＳｉＯ２を得るステップは、望ましくは、（タービンチャンバーなどの）反応室にきめ細かく分散させたシリコン粉末へ、化学用水を散布することにより行う。又、望ましくは、大量に存在する海水を、化学用水として用いる。また、すでに述べたように、放出される水素は、燃やして、更なるエネルギー発生のための水が得られるし、また、反応により有用な水素キャリアーとして用い、アンモニアを得ることもできる。従って、この方法は、水や化学肥料がこの手順で調製し得るという（砂漠や荒地の国々にとって特に大きな利点となる）更なる利点を特徴としている。
【００１５】
例えば、先に述べたＳｉＦ４からのシリコンの調製は、乾燥したＳｉＦ４（四弗化珪素）を、電気的な方法で白熱状態にしたプラチナ線を用いて分解し、これからシリコンを調製するという手順によっても行える。
【００１６】
ＳｉＯ２またはシリケートからのシリコンの調製のための別の方法は、ＳｉＯ２またはシリケートに、炭を混合し、これを、高温で四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）もしくはＳｉＦ４と反応させることから成る。温度を上げると、Ｓｉ＋ＳｉＸ４（Ｘ＝ＣｌまたはＦ）において分解が生じる。
【００１７】
更にまた別の方法によれば、弗化珪酸またはＳｉＦ４と、ナトリウムまたはカリウムとの混合物を、無酸素雰囲気もしくは真空において５０〜５００℃まで加熱する。ナトリウムを用いる場合は、２５０〜６５０℃が好ましく、カリウムの場合は、室温と１００℃の間である。この手順において、シリコンも調製される。ＳｉＦ４調製のための別の可能性は、二弗化カルシウム（ＣａＦ２）、ＳｉＯ２、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）の反応に基づく。
【００１８】
全般的には、二酸化珪素（砂）からシリコンを調製するために本発明方法を用いる場合エネルギーが必要とされるといえる。然しながら、ひきつづく二酸化珪素を得るためのシリコンの反応によって、エネルギーが放出され、これを利用できる。更に、水素が発生させられ、この水素の燃焼により、更にエネルギーが得られる。したがって、シリコンが、エネルギーキャリアーとして用いられ、シリコンの転換が、大量に存在する源を利用して環境と協調するかたちで行える。
【００１９】
水素の燃焼を含む本発明方法により、９１１キロジュール／モルのエネルギーが発生させられる。
【００２０】
本発明における反応に用いられる水は、例えば、海水等の外部の水でもよいし、また、（四弗化珪素獲得水を発生させるための本来の反応からの）化学用水でもよい。
【００２１】
本発明方法により発生させられた水素は、放出された弗素と反応させて弗化水素を得て、これを再循環させてもよい。更に、本発明方法による水素を、従来通り窒素とともに用いてアンモニアを調製してもよい。
【００２２】
添付の図面は、本発明方法にもとづく様々なエネルギーレベルを正反対な方向で示している。
【００２３】
金属もしくは金属水素化物によるＳｉＦ４の還元については、望ましくは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、それらの水素化物（例えば、Ｃａ、ＣａＨ２、  Ｋ、Ｎａ、ＮａＨ、Ｍｇ、Ａｌ）を用いる。特に望ましいのは、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、ＣａＨ２であり、ＣａＨ２との反応の場合、下記の方程式が成り立つ。
２ＣａＨ２  ＋  ＳｉＦ４  →  Ｓｉ  ＋  ２ＣａＦ２  ＋  ２Ｈ２
これにより、水素分子も発生させられる。
【００２４】
ＣａＦ２は電気分解によりカルシウムと弗素に転換され、また、Ｈ２ＳＯ４の場合は、ＨＦ  ＋  ＣａＳＯ４が得られる。その後、Ｃａを再度ＳｉＦ４還元のために用い、また、ＨＦをＳｉＯ２からのＳｉＦ４調製のために用いることができる。
２Ｃａ  ＋  ＳｉＦ４  →  ２ＣａＦ２  ＋  Ｓｉ  もしくは
Ｃａ  ＋  Ｈ２  →  ＣａＨ２
前記の還元は、高めの温度（６００〜１０００℃）で発生することが望ましい。
【００２５】
ＳｉＦ４を金属水素化物とともにＳｉＨ４へ移送する際には、ＣａＨ２を用いることが望ましい。
ＳｉＦ４  ＋  ２ＣａＨ２  （２５０℃）  →  ＳｉＨ４  ＋  ２ＣａＦ２
好ましくは、得られたモノシラン（ＳｉＨ４）は７００〜１０００℃で熱分解させる。
ＳｉＨ４  →  Ｓｉ  ＋  ２Ｈ２
ＳｉＦ４をジフルオロシラン（Ｈ２ＳｉＦ２）に変換する場合、２００〜５００℃の温度レンジにおいて、あらかじめ室温とした腐食しない金属触媒（Ｐｔ、Ｐｄ）により、Ｓｉ、ＳｉＦ４、Ｈ２への分解が発生する。
２Ｈ２ＳｉＦ２  →  Ｓｉ  ＋  ＳｉＦ４  ＋  ２Ｈ２
Ｆ２ＳｉＦ２の調製は、下記のとおりに為される。
2005504695.tif 000002
Ｆ２Ｓｉは、（ＰｄまたはＰｔ触媒のもとで水素Ｈ２からの）水素原子と反応し、Ｈ２ＳｉＦ２を得る。
Ｆ２Ｓｉからは、下記の方程式にもとづき、弗化水素酸により、トリフルオロシランも調製できる。
Ｆ２Ｓｉ  ＋  ＨＦ  →  Ｆ３ＳｉＨ
そして、トリフルオロシランを１０００〜１４００℃で熱分解により水素と反応させ、Ｓｉ  ＋  ３ＨＦを獲得する。
2005504695.tif 000003
【国際公開パンフレット】
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2005504695.tif 000014
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【国際調査報告】
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