(57)【要約】  本発明の目的は、中性の疎水性希釈剤で懸濁化した２〜６０％のアルカリ金属粒子を含有する、気体水素を生成するためのコロイド懸濁液の使用法、ならびに水素の生成方法を目的とする。また、本発明は、水素発生装置およびその使用法にも関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性の疎水性希釈剤で懸濁化した２〜６０％のアルカリ金属粒子を含有する、気体水素を生成するためのコロイド懸濁液の使用法。
【請求項２】
前記コロイド懸濁液の前記アルカリ金属は、ナトリウムまたはリチウムであることを特徴とする、請求項１に記載の使用法。
【請求項３】
前記コロイド懸濁液の前記アルカリ金属粒子の寸法は１５μｍ未満であることを特徴とする、請求項１または２に記載の使用法。
【請求項４】
前記コロイド懸濁液の前記アルカリ金属粒子の寸法は０．１〜１μｍであることを特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の使用法。
【請求項５】
前記コロイド懸濁液の中性の疎水性希釈剤は、植物油および鉱物油から選択した有機ポリマーであることを特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の使用法。
【請求項６】
前記コロイド懸濁液の前記中性の疎水性希釈剤は、シリコーン油であることを特徴とする、請求項５に記載の使用法。
【請求項７】
前記コロイド懸濁液は乾燥剤を含有することを特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の使用法。
【請求項８】
中性の疎水性希釈剤で懸濁化した２〜６０％のアルカリ金属粒子を含有するコロイド懸濁液を水溶液と接触させて、気体水素および水酸化アルカリ溶液の乳濁液を生成することを特徴とする水素生成方法。  
【請求項９】
浄化して脱塩した水、および乳化する界面活性剤および／または有機溶剤を含有する水溶液であることを特徴とする、請求項８に記載の水素生成方法。
【請求項１０】
前記乳化する界面活性剤の含有量は、０．０５〜１０％であることを特徴とする、請求項９に記載の水素生成方法。
【請求項１１】
中性の疎水性希釈剤で懸濁化したアルカリ金属粒子を含有するコロイド懸濁液（１３）の貯蔵タンク（１２）と、水溶液（１５）の貯蔵タンク（１４）と、組成物（１３）および水溶液（１５）を注入する混合室であって、そこから気体水素を放出することができる混合室（１６）とを有する水素発生装置（１０）。
【請求項１２】
前記組成物（１３）および前記水溶液を前記混合室（１６）に投入するシステムを有することを特徴とする、前記請求項１１に記載の水素発生装置（１０）。
【請求項１３】
前記混合室（１６）での反応後に生成される疎水性油および水酸化アルカリ溶液の乳濁液を回収するタンク（１８）も有することを特徴とする、請求項１１または１２に記載の水素発生装置（１０）。
【請求項１４】
請求項１１、１２または１３に記載の装置の使用法であって、熱機関、あるいは要求に応じて水素を供給する固定型または移動型の施設に対し、燃料電池（２０）に気体水素を供給するための使用法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガスを生成するための特殊な組成物の使用法に関する。
【０００２】
また、本発明は、この組成物から水素を発生させる装置、および燃料電池に燃料を供給するためのこの装置の使用法に関する。
【背景技術】
【０００３】
炭化水素の貯蔵量が減少し、都市では汚染が問題となっていることから、石油産物よりも入手しやすく汚染の少ない新たなエネルギーの開発が必要となっている。
【０００４】
そのために模索されている多くの解決法のうちのひとつが、水素と酸素から電気を生成する燃料電池を使用する方法である。
【０００５】
実際に、水素はクリーンエネルギー媒体となる燃料であり、空気中の酸素で燃焼して莫大なエネルギーを放出し、水以外は何も生成しない。
【０００６】
しかし、水素を燃料として使用することには、使用するまでにそれを生成して貯蔵するという問題が常にあり、特に輸送機関に積載する場合の用途については、このエネルギー媒体の大規模な開発は今日まで進展していない。
【０００７】
水素の貯蔵は、技術的に解決が困難な問題である。
【０００８】
液体の形態で最もコンパクトに貯蔵するには、きわめて低い温度での極低温冷却が必要であり、自動車への使用に適応した貯蔵タンクにきわめて高精度の断熱体を備えるという構想が必要である。
【０００９】
その上、少量の液体水素を長期間にわたって貯蔵するというのはあまり考えられないことである。現時点では、貯蔵タンクの最良のモデルで水素を貯蔵できる期間は１ヶ月足らずであり、これはそれ以上経つと損失される水素が膨大なためである。
【００１０】
水素は気体の形態でも貯蔵することができる。しかしながら、水素のモル質量がわずかであることを考えると、圧縮した形態での貯蔵では少量の水素しか貯蔵できず、水素分子の寸法が小さいことから、タンクの多孔性により体系的に漏れが生じてしまう。そのため、気体形態で水素を長期間にわたって安全に貯蔵する方法は非常に限られている。
【００１１】
このほか、水素を可逆的に吸収する構造での貯蔵が可能であることが知られている。この貯蔵方法では、水素との親和性がある程度高い材料を使用することにより大量に貯蔵することができるものの、依然として液体水素または気体水素を扱う必要がある。そのうえ、水素化物の形態で貯蔵するこのシステムには、水素を脱着できるように加熱システムを設置する必要がある。
【００１２】
したがって、現時点では水素の貯蔵に適したシステムは存在しない。
【００１３】
水素をエネルギー媒体とする開発を遅らせているもうひとつの難点は、水素が入手困難であることである。
【００１４】
先行技術にはいくつかの水素生成方法が記載されており、特に水の電気分解による生成方法、炭素に過熱した水蒸気を作用させる生成方法、炭化水素をクラッキングする方法、メタノールやエタノールなどのアルコールを改質する方法、さらにアルカリ金属や水素化ホウ素に水を作用させる生成方法などがある。
【００１５】
しかし、水素を生成するこのような方法には、複雑な設備および大容量のエネルギー源が必要であり、公知の方法による生成を移動可能な装置に組み込むことは困難である。
【００１６】
そのため現時点では、水素の貯蔵と生成に関連するさまざまな制約によって、このエネルギー源の大規模な開発が進展していない。
【００１７】
このように、輸送機関への適用に適した水素の使用が可能な安全で高性能のシステムが依然として求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明はこの点を満たしており、使用の必要があるときのみ化学反応によって水素を生成することができ、貯蔵する必要のない組成物の使用を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は特に、中性の疎水性希釈剤で懸濁化した２〜６０％のアルカリ金属粒子を含有するコロイド懸濁液の形態を呈する水素を生成するための組成物を目的とする。
【００２０】
本発明は特に、この組成物から水素を生成する方法を含む。また、本発明は、この組成物を有する水素生成装置、および燃料電池または熱機関に燃料を供給するなどの目的で水素を必要とするあらゆる用途に対するこの装置の使用法も目的とする。
【００２１】
「コロイド懸濁液」とは、ある程度の粘着性があり、懸濁状態で小さな粒子を含有するあらゆる液体組成物のことである。
【００２２】
次に、添付の図を参照しながら本発明を詳細に説明する。  
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による水素生成装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明による水素生成のための組成物は、中性の疎水性希釈剤で懸濁化した２〜６０％のアルカリ金属粒子を含有する。コロイド懸濁液中のアルカリ金属粒子のこの比率は、気体水素の生成に対して特別に適応させたものである。アルカリ金属の濃縮度は、さらに適応させて５〜４０％であることが好ましい。
【００２５】
アルカリ金属は、とりわけナトリウムまたはリチウムから選択することができる。
【００２６】
本発明による懸濁液は、金属ナトリウム粒子を含有していることが好ましい。
【００２７】
アルカリ金属は、極小寸法の粒子、さらにはナノ粒子の形態を呈する。特に適応させた一実施形態によれば、粒子の寸法は１５μｍ未満である。好ましくは０．１〜１μｍである。
【００２８】
この粒子は、植物油および鉱物油から選択した有機ポリマーなどの中性の疎水性希釈剤で懸濁化する。        
【００２９】
アルカリ金属粒子は、シリコーン油で懸濁化することが好ましい。
【００３０】
一実施形態によれば、この組成物は、早期の反応を起こすおそれのある少量の水または大気中の微量の湿気の存在に対して懸濁液中で耐え得る乾燥剤も含有する。このような乾燥剤は、典型的には、シリカまたは５酸化リン、あるいはゼオライトのような複雑な有機化合物などの懸濁化した無機化合物を含有する組成物である。
【００３１】
本発明による組成物は、たとえば、
−  ナトリウムを９７．５°Ｃを上回る温度、好ましくは１２０〜１５００Ｃの温度で加熱してこの温度を保つナトリウム溶液を得る工程と、
−  疎水性希釈剤を９７．５°Ｃ以上、好ましくは１２０〜１５００Ｃの温度で加熱してこの温度を保つ油性溶液を得る工程と、
−  ナトリウム溶液を油性溶液の中に攪拌状態で注入する工程と、
−  コロイドミルタイプの攪拌用タービンを用いて乳化を行う工程と、
−  冷却システムまたは疎水性の冷たい油性溶液に乳濁液を高圧で投入してコロイド状のナトリウム粒子を回収する工程
とを含む方法を実施することによって得ることができる。
【００３２】
有利なことは、疎水性希釈剤があることによって、貯蔵環境条件に特別な配慮をすることなく懸濁液を液状に維持することができることである。希釈剤の疎水特性により、組成物が水と偶発的に一部接触して望まない化学反応が起こることが回避される。
【００３３】
もうひとつの利点によれば、組成物はわずかに粘性を持ち、温度と大気圧に対して安定性があるように容易に扱うことができる。そのため、組成物を容易に扱い、大気圧で液状で貯蔵することができる。  
【００３４】
本発明による組成物は、水素の生成に有用である。
【００３５】
本発明によるアルカリ金属のコロイド懸濁液を水溶液と完全に接触させると、水（好ましくは浄化して脱塩した水）は徐々にアルカリ金属と反応し、気体水素および水酸化ナトリウム溶液などの水酸化アルカリ溶液の乳濁液を生成する。
【００３６】
発生する反応は、次式の反応である。
２Ｍ＋２Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋２Ｍ＋＋２ＨＯ−
【００３７】
Ｍはアルカリ金属であり、好ましくはナトリウムまたはリチウムである。
【００３８】
本発明によるコロイド懸濁液が疎水性であり、これを自然水と混在させることによってこの反応の反応速度が制限され、これによって爆発による事故のリスクが抑えられる。
【００３９】
反応およびコロイド状ナトリウムと水との接触を容易にするには、溶液中に少なくとも乳化する界面活性剤および／または有機溶剤を注入することができる。界面活性剤および／または有機溶剤によって油の乳化が可能となり、それによって水素の生成反応が容易になる。
【００４０】
界面活性剤は、あらゆる適正なイオン界面活性剤または非イオン界面活性剤から選択することができる。たとえば、ソルビタンエステル、ポリオキシエチレン、ポリソルベートまたはレシチンなどである。
【００４１】
界面活性剤の含有量は、０．０５〜１０％であることが好ましい。
【００４２】
本発明による組成物は、試薬が低温または高圧で熱制限なく貯蔵できる簡素な水素発生装置で使用することができる。
【００４３】
図１は、水素発生装置１０を示し、特に、
−  中性の疎水性希釈剤で懸濁化したアルカリ金属粒子を含有する組成物１３の貯蔵タンク１２と、
−  水溶液１５の貯蔵タンク１４と、
−  組成物１３と水溶液１５とを注入する混合室であって、ここから気体水素１７を放出することができる混合室１６
とを備える。
【００４４】
混合室１６、つまり反応装置は、耐食性および耐熱性のあるステンレス鋼で構成されるもので、高耐性でセラミック製の内壁を備えていてもよい。
【００４５】
組成物１３および水溶液１５は、投入システムを用いて圧力下で混合室１６に投入することが好ましく、それによってあらゆる気密性の問題が回避される。
【００４６】
混合室１６内の反応の時間管理は、自動調整されるセンサーおよびインゼクタで混合が可能なため、確実に行うことができる。
【００４７】
特別に適応させた一実施形態によれば、装置１０は、混合室１６での反応後に生成される疎水性油および水酸化アルカリ溶液の乳濁液を回収するタンク１８も有する。このタンク１８は、高濃度ｐＨの化学的侵食に対して耐性のあるポリマー材料または不活性複合材料で構成されることが好ましい。
【００４８】
また、混合室１６は、水素生成反応によって発生する水酸化ナトリウムの結晶を吸引し、粉砕するシステムを備えることができる。
【００４９】
この装置は、燃料電池による燃料の供給ができる移動可能なシステムで、たとえば電気自動車などに使用できる完全なシステムである。実際に、混合室１６で生成される水素を用いて燃料電池２０に気体水素を供給し、酸素を利用して電気を生成することができる。
【００５０】
また、本発明による装置は、駆動力の小さいまたは大きい熱機関、あるいは水素を配給する固定型または移動型の施設で気体水素を供給するために使用することもでき、環境に配慮したかたちで要求に応じて水素を提供し、電気的に連続運転する能力を備えている。
【００５１】
有利なことは、本発明は、水素を大量に貯蔵するという技術的に困難で危険性を伴う問題を緩和するということである。
【００５２】
もうひとつの利点によれば、組成物１３が液状であることにより、液体の搬送／分量調整ができる簡素なポンプシステムを用いて容易に取り扱うことができる。
【００５３】
燃料電池に燃料を供給するために使用する場合、電池２０で生成される水は、コロイド懸濁液１３のアルカリ金属との反応に必要な水溶液１５で再利用することができる。
【００５４】
本発明による装置は、熱交換器タイプの熱量回収システムを備えることができ、これによってスターリングエンジンタイプまたはこれと同等の装置で機械的な動力を発生させたり、あるいは熱電対装置によって直接電気に変換したりすることもできる。
【００５５】
このほか、アルカリ金属と水との反応で起こる発熱性は、装置１０を使用する車載システムで利用して、たとえば自動車の運転席の暖房、吸入システムによる空調、あるいは高温にするよりも熱交換率のよい燃料電池の再熱などを実現することができる。
【００５６】
最後に、もうひとつの利点によれば、本発明による組成物と水溶液との反応で生成される水酸化溶液は、再利用してアルカリ金属のコロイド懸濁液を再発生させることができる。
【図１】
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【国際調査報告】
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