(57)【要約】【課題】簡便な装置構成で効率よく水素を製造する。【解決手段】水素製造装置１０は、シリコン（例えば、廃棄シリコン）と塩基性水酸化物水溶液とを反応させる反応器１２と、反応により生成した水素を貯蔵する水素吸蔵合金２０と、反応器１２にて生成した固体状または液体状の生成物を貯留すると共に、上記生成物を含む溶液または懸濁液を濾過することによって、固体状または液体状の生成物と水とに分別する貯留・濾過器１４とを備える。【選択図】図１
2004307328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンと塩基性水酸化物水溶液とを反応させ、水素を生成させ、反応により生成する水素は、少なくとも２５℃で０．２ＭＰａを超える高圧状態で得られることを特徴とする水素製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の水素製造方法において、
前記シリコンが、半導体製造時に発生する廃棄シリコンであることを特徴とする水素製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の水素製造方法において、
前記シリコンが、半導体製造時に発生するウェハの破砕屑であることを特徴とする水素製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の水素製造方法において、
前記塩基性水酸化物に用いる水酸化物は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ベリリウム、水酸化鉄からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする水素製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の水素製造方法において、
さらに、生成により得られた高圧状態の水素を、水素吸蔵合金に吸蔵させることを特徴とする水素製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の水素製造方法において、
さらに、生成により得られた高圧状態の水素を、高圧ボンベに圧入することを特徴とする水素製造方法。
【請求項７】
請求項２または請求項３に記載の水素製造方法において、
前記廃棄シリコンは、含水の溶液状、スラリー状またはケーキ状のいずれかであることを特徴とする水素製造方法。
【請求項８】
シリコンと塩基性水酸化物水溶液とを反応させ、水素を生成させ、反応により生成する水素は、少なくとも２５℃で０．２ＭＰａを超える高圧状態で得る反応手段を有する水素製造装置。
【請求項９】
請求項８に記載の水素製造装置において、
さらに、前記反応手段にて生成した水素を貯蔵する水素貯蔵手段を備えることを特徴とする水素製造装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の水素製造装置において、
さらに、前記反応手段にて生成した固体状または液体状の生成物を貯留する貯留手段と、
前記貯留手段に貯留された生成物から水分を抜き取る脱水手段と、
を備えることを特徴とする水素製造装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の水素製造装置において、
前記水素貯蔵手段は、水素吸蔵合金であることを特徴とする水素製造装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の水素製造装置において、
前記水素貯蔵手段は、高圧ボンベであることを特徴とする水素製造装置。
【請求項１３】
シリコンと塩基性水酸化物水溶液とを反応させ水素を生成させる水素製造装置と、
前記水素製造装置から得られた水素を用いて発電する燃料電池と、
を備えたことを特徴とする発動機。
【請求項１４】
請求項１３に記載の発動機において、
前記水素製造装置は、請求項８に記載の水素製造装置であることを特徴とする発動機。
【請求項１５】
請求項１３または請求項１４に記載の発動機を搭載した自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に廃棄シリコンを原料として水素を製造する水素製造方法、水素製造装置およびこれらを用いた発動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、大部分の水素は天然ガスを原料として製造されている。そこでは、天然ガスの水蒸気改質反応により水素と一酸化炭素を作り、さらにその一酸化炭素と水蒸気の水性ガスシフト反応により水素と炭酸ガスに転換後、水素と炭酸ガスを膜分離して純粋な水素を得ている。その他、製鉄業のコークス炉ガスや苛性ソーダ製造時に発生する副生水素が知られている。また、水素は、太陽電池や風力はもとよりバイオマスからの製造も可能となっている。
【０００３】
また、水と電熱化学反応するアルミニウム体またはマグネシウム体からなる反応金属体に耐熱性電極を接触させた状態で、水中に設置し、反応金属体と耐熱性電極とに通電して水中放電を行い、上記反応金属体と水による電熱化学反応により水素を発生する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
また、１００℃以下に加熱された水を触媒と接触させ、水を分解して水素を発生させる方法も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００５】
しかしながら、水素製造量は近い将来の燃料電池時代を迎えて安価で大量に安定供給する技術が求められている。
【０００６】
近年、ケイ素とアルカリ液とを反応させて水素ガスを生成させ、従来に比べ安価に水素ガスを生成させる方法が提案されてきている。
【０００７】
例えば、特許文献３には、半導体装置製造ラインからのシリコン屑を粒径数十〜数百μｍ程度に粉砕し、半導体装置製造ラインからのアルカリ排液はｐＨを調製して、シリコン屑とアルカリ廃液とを５０℃以上で反応させる水素製造装置が提案されている。
【０００８】
また、特許文献４には、ケイ素とアルカリ液との接触直後の激しい反応を抑えるために、予めケイ素と水とを混合してスラリー状態として、ケイ素スラリーとアルカリ液とを反応させる水素製造方法が提案されており、上記水素製造方法によれば、最大約０．２ＭＰａの水素圧の水素ガスを得ることができることが開示されている。
【０００９】
一方、シリコンウェハ製造過程では、単結晶シリコンを切削および研磨することによって半導体製品を製造している。この製造歩留まりは、２０〜２５％程度にとどまり、結果として７５〜８０％の多量の廃棄シリコン粉末がスラリー状で発生している。この廃棄シリコン粉末は、通常、約９０％が高純度シリコン、残り約１０％が酸化珪素という組成となっている。ごく最近、特許第３３１６４８４号明細書に開示されているように、上記廃棄シリコン粉末の排水からケーキ状のシリコンを連続的に分離することが可能となった。
【００１０】
【特許文献１】特開平８−１１５７３３号公報
【特許文献２】特開平１０−２０８７５５号公報
【特許文献３】特開２０００−１９１３０３号公報
【特許文献４】特開２００１−２１３６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、分離されたシリコンの粉末を再利用する方法や装置の確立が望まれている。
【００１２】
一方、上述したように、安価に水素を製造する方法も切望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、水酸化物水溶液中に回収廃棄シリコンを投入し攪拌することにより、シリコンを酸化させると同時に常圧または高圧の水素を製造する水素製造方法、水素製造装置並びにこれらを用いた発動機を提供することである。
【００１４】
本発明に係る水素製造方法は、以下の特徴を有する。
【００１５】
（１）シリコンと塩基性水酸化物水溶液とを反応させ、水素を生成させ、反応により生成する水素は、少なくとも２５℃で０．２ＭＰａを超える高圧状態で得る水素製造方法である。
【００１６】
上述の製造方法によれば、従来の水素製造方法に比べ、容易に水素を生成させることができる。また、上述のような高圧状態の水素は、さらなる圧力を加えることなく、例えば水素吸蔵合金に十分吸蔵可能である。これにより、圧縮した状態で生成水素を貯蔵することができる。
【００１７】
（２）上記（１）に記載の水素製造方法において、前記シリコンが、半導体製造時に発生する廃棄シリコンおよびウェハの破壊屑であって、前記廃棄シリコンは、含水の溶液状、スラリー状またはケーキ状のいずれかである水素製造方法である。
【００１８】
上述したように半導体製造時には、単結晶シリコンのほぼ８０％が切削等により廃棄シリコンになってしまうため、この廃棄シリコンを用いることにより、シリコンをリサイクルすることができる。また、上記いずれの状態の廃棄シリコンであっても塩基性水酸化物水溶液と反応させることにより、水素を生成させることができ、一方排水処理において、廃棄シリコンは、上述のいずれの状態でも採取可能であることから、排水処理時の廃棄シリコンをいつでも水素製造のためにリサイクルすることができる。
【００１９】
（３）上記（１）に記載の水素製造方法において、前記塩基性水酸化物に用いる水酸化物は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ベリリウム、水酸化鉄からなる群から選択される少なくとも１種である水素製造方法である。
【００２０】
上述した特にアルカリ金属およびアルカリ土類金属の水酸化物水溶液を用いることにより、水素の生成反応を促進することができ、効率よく水素を得ることができる。
【００２１】
（４）上記（１）に記載の水素製造方法において、さらに、生成により得られた高圧状態の水素を、水素吸蔵合金に吸蔵させる、又は高圧ボンベに圧入する水素製造方法である。
【００２２】
また、本発明に係る水素製造装置は、以下の特徴を有する。
【００２３】
（１） シリコンと塩基性水酸化物水溶液とを反応させ、水素を生成させ、反応により生成する水素は、少なくとも２５℃で０．２ＭＰａを超える高圧状態で得る反応手段を有する水素製造装置である。
【００２４】
（２）上記（１）に記載の水素製造装置において、さらに、前記反応手段にて生成した水素を貯蔵する水素貯蔵手段を備える水素製造装置である。
【００２５】
従来の水素製造装置に比べ、装置を簡略化することができる。
【００２６】
（３）上記（２）に記載の水素製造装置において、さらに、前記反応手段にて生成した固体状または液体状の生成物を貯留する貯留手段と、前記貯留手段に貯留された生成物から水分を抜き取る脱水手段と、を備えた水素製造装置である。
【００２７】
再利用可能な固体状または液体状の生成物を前記貯留手段に一旦貯留することができるとともに、上記生成物から脱水することにより、該生成物の再利用が容易になる。さらに、脱水手段で得られた水を、再度上記塩基性水酸化水溶液用に利用することもできる。
【００２８】
（４）上記（２）に記載の水素製造装置において、前記水素貯蔵手段は、水素吸蔵合金である水素製造装置である。
【００２９】
また、本発明に係る発動機は、シリコンと塩基性水酸化物水溶液とを反応させ水素を生成させる水素製造装置と、前記水素製造装置から得られた水素を用いて発電する燃料電池と、を備えることを特徴とする。
【００３０】
燃料電池に水素を供給する従来の改質器等に比べ、簡略な装置で水素を生成させることができ、またほぼ常時水素を製造することができるため、発動機の使用時間を長時間化することができる可能性がある。さらに、廃棄シリコンを用いた場合には、発動機の燃料コストを大幅に削減することができる。
【００３１】
また、本発明の自動車は、上記発動機を搭載することを特徴とする。
【００３２】
上述したように、燃料電池に水素を供給する従来の改質器等に比べ、簡略でコンパクトな装置により水素を生成させることができるため、自動車に搭載しても従来とほぼ変わらない車内空間を確保することができる。また、廃棄シリコンを用いた場合には、自動車の燃料コストを大幅に削減することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、シリコンと塩基性水酸化物水溶液から簡便な装置構成で効率よく水素を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に、本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００３５】
［水素製造装置および水素製造方法］
図１に、本発明の一例の水素製造装置の構成を示す。図１に示すように、本実施の形態の水素製造装置１０は、シリコン（Ｓｉ）と塩基性水酸化物水溶液とを反応させる反応手段である反応器１２を有し、反応器１２において後述するような反応により生成した水素を貯蔵する水素貯蔵手段が備えられ、さらに、反応器１２にて生成した固体状または液体状の生成物を貯留する貯留手段と前記貯留手段に貯留された生成物から水分を抜き取る脱水手段とからなる貯留・濾過器１４が設けられている。
【００３６】
なお、図１０に示すように、反応器１２内における水分を調整することによって、反応器１２から直接固相を抜き取ることもできる。
【００３７】
さらに、本実施の形態の水素製造装置１０について具体的に以下に説明する。上記反応器１２は、反応を促進するために、攪拌手段が設けられていることが好ましい。攪拌手段としては、例えば、複数の攪拌羽根が設けられてた攪拌体、超音波振動体、ホモジナイザー、または反応器１２の下部から反応液の一部を抜き取り再度反応器１２の上部に戻す循環型の攪拌装置であってもよい。
【００３８】
上記水素貯蔵手段は、図１に示すような水素吸蔵合金２０であってもよく、またボンベなどであってよい。また、水素吸蔵合金２０は、高圧状態の水素を供給することによって、水素を吸蔵することが知られている。そこで、後述する反応により得られた高圧の水素を連続的に供給可能な水素製造装置１０の構成では、スイッチ１８ａ，１８ｂによって、水素吸蔵合金２０が載置されている耐圧容器（図示せず）のラインを切り換えて、連続的に高圧状態の水素を吸蔵させてもよい。なお、この構成に限るものではなく、例えば水素製造装置１０がバッチ方式の場合には、スイッチ１８ａ，１８ｂの代わりにバルブの開閉により耐圧容器内に高圧状態の水素を供給してもよい。
【００３９】
また、上記耐圧容器には、水素の吸収を促進するために水素吸蔵合金２０を加熱する加熱器２２が設けられている。
【００４０】
また、後述するように、反応器１２内では、反応によって水素が発生するとともに、水素の発生に伴い高圧・高温となり反応器１２内の水が蒸発して水蒸気も同時に発生する。そこで、反応器１２から取り出された気体から水素と水蒸気とを分別するために、反応器１２と水素吸蔵合金２０との間には、除湿器１６が設けられ、この除湿器１６によって取り出された気体中の水蒸気のみが除去され、水素のみが水素吸蔵合金２０に送られる。
【００４１】
また、上記貯留・濾過器１４は、反応器１２における反応により得られた固体状または液体状の生成物を含む溶液または懸濁液が一旦貯留され、さらに上記生成物を含む溶液または懸濁液を濾過することによって、固体状または液体状の生成物と水とに分別する。なお、バッチ方式の水素製造装置１０である場合には、反応器１２内にて反応がほぼ完結していることから、貯留・濾過器１４では、固体状または液体状の生成物と水との分別がなされる。一方、連続方式の水素製造装置１０である場合には、反応器１２内に設けられたセンサ（図示せず、例えばｐＨメータ、粘度計など）の出力に応じて、一部または全部の反応液が抜き取られ、貯留・濾過器１４に送液されるため、反応液内に未反応シリコンが存在する場合がある。かかる場合には、フィルタの種類を選択することにより、固体状または液体状の生成物と、水および未反応シリコンとを分別する。そして、分別された水または水並びに未反応シリコンは、図１に示すように、反応器１２に戻される。なお、上記センサとしてｐＨメータを用いた場合には、ｐＨが７付近になった時点で抜き取りを行い、また粘度計を用いた場合には、水素以外の生成物により反応器１２内の溶液の粘度が攪拌可能な範囲を超えた時点で抜き取りを行うようにしてもよい。
【００４２】
ここで、上述したシリコンとして、例えば、純度の低いシリコンや、半導体製造時に発生する廃棄シリコンであってもよい。また、９９％レベルの純度のシリコンでもよい。
【００４３】
上記廃棄シリコンは、例えば、図３から図９に示す半導体ウェハの加工工程において生成される。以下に、具体的に説明する。
【００４４】
図３は、例えばＳｉの単結晶がインゴット状に引き上げられたものを示す。例えば８インチで２メートルもある。このインゴット４１は、不要部分、上・下端部４２、４３を切断除去し、円柱状のいくつかのブロック４４に切断される。この時は、図示しないブレードでカットし、水が供給される（以上第１の研磨・研削工程）。続いて図４の如く、円柱状のブロック４４を所定のウェハ径にするため、研削刃４５で外周を研削する。ここでも研削刃４５、ブロック４４の保護を兼ねて、水の供給手段４６を介してシャワーリングされる（以上第２の研磨・研削工程）。
【００４５】
続いて、図５に示すように、ブロック４４には、ウェハの面内結晶方位を示すために、オリエンテーションフラット４７が形成される。ここでも供給手段４６により水が流される（以上第３の研磨・研削工程）。
【００４６】
続いて、図６、図７に示すように、ブロック４４を接着剤で支持台ＳＵＢに貼り付け、一枚・一枚のウェハに切断する。図６は、ダイヤモンド粒を貼り付けたブレードソー４８でスライシングしている。また図７では、ピアノ線４９を張り、ピアノ線に沿ってスラリーのダイヤモンド砥粒を流し、ブロック４４をスライシングしている。この時も、供給手段４６により水が流される。
【００４７】
切断後は、接着剤を薬液で溶かし、ウェハを支持台から剥がし、ウェハとして分離している。後述するが、この接着剤、薬液が排水として原水タンクに流れると、排水のｐＨをアルカリ性にする恐れがある。そのため、ウェハから接着剤を取り除く際は、少なくともそこで使われる薬液、その排水が原水タンクへ流れないように工夫する必要がある。例えば支持台ＳＵＢ毎、原水タンクへ排水が流れない経路を持った洗浄装置に移載し、ここで取り除く必要がある（第４の研磨・研削工程）。
【００４８】
更には、ウェハの角部が欠けるのを防止するために、面取りが行われ、ウェハラッピングが行われる。
【００４９】
例えば、ウェハの外周に見える側面は、その角部が面取りされる。またオリエンテーションとなるカット面の両端、つまり外周辺とのコンタクト部分であり、この部分にも面取りが施される場合がある（第５の研磨・研削工程）。更に、図８のラッピング装置を使い、ウェハの表面または／および裏面を機械的化学的に研磨する（以上第６の研磨・研削工程）。
【００５０】
今までの第１〜第６までの研磨・研削工程に於いては、研磨・研削手段には殆どが水だけがかけられる。したがって、排水は、ほぼ水とＳｉとからなる。
【００５１】
ついで、ウェハをそのまままたは不純物の導入、表面の欠陥処理を行い、完全結晶にして、ウェハが出荷される。
【００５２】
このウェハは、半導体メーカーにより、所望のＩＣとして作り込まれる。またこのＩＣは、ウェハにマトリックス状に形成され、少なくともＩＣの表面に樹脂、Ｓｉ窒化膜等のパシベーション膜が被覆される。一般には、最上層にポリイミド樹脂が被覆される場合と、このポリイミド樹脂の下層にＳｉ窒化膜が形成される場合がある。
【００５３】
ウェハは、そのままでは厚く、ダイシングが難しいため、また裏面の電気抵抗を下げるために更にはパッケージの厚みを薄くする目的で、バックラップされる。例えば、約３００μｍ以下まで薄くされる。このバックラップ装置が図８に示される。ターンテーブル２００の上にウェハ２０１が取り付けられ、砥石２０２でウェハ裏面が削られる。符号２０４は、水を供給するノズル（シャワー）２０４である（以上第７の研磨・研削工程）。
【００５４】
最後に、図９の様に半導体ウェハがダイシングされる。Ｗは、半導体ウェハで、ＤＢは、ダイシングブレードである。またＳＷ１、ＳＷ２は、ブレードに水をかけるシャワーであり、ＳＷ３は、ウェハＷに水をかけるためのシャワーである。
【００５５】
一般にダイシングラインの所のパシベーション膜は、取り除かれている。よってＳｉ、酸化Ｓｉ、層間絶縁膜で、ダイシングラインの所が構成されている。よってダイシング屑は、これらの削りカスより構成される。しかしパシベーション膜が被覆された状態でダイシングしても、何ら問題なく濾過できることは、言うまでもない（以上第８の研磨・研削工程）。
【００５６】
上記ウェハの加工工程により排出されるものは、主に、水とシリコン（Ｓｉ）、その他として、酸化珪素や、ごく少量のＡｌ，ＳｉＧｅ，封止樹脂などである。
【００５７】
高純度単結晶シリコンの生産量は、日本だけでも推定年間４０００トン前後であり、世界全体では、推定年間８０００トン前後であり、珪石からシリコンウェハの製造までには、多電力を消費しているにもかかわらず、現状では、高純度単結晶シリコンの約８０％が廃棄シリコンとなり、廃棄物として処理されている。
【００５８】
そこで、本実施の形態の製造装置１０では、主に上述した半導体製造時に単結晶シリコンの切削屑および／または不良ウェハの破壊屑などからなる高純度のシリコン粉末を含む廃棄シリコンと塩基性水酸化物水溶液とを用いて、水素を発生させ、廃棄シリコンのリサイクルを図っている。なお、本実施の形態で用いる廃棄シリコンは、約３μｍのシリコン粉末であり、化学反応を生じる表面積は十分に大きい。
【００５９】
図２には、上述の加工工程から排出される排水処理装置３０の一例が示されている。排水処理装置３０としては、上述した特許第３３１６４８４号明細書のような装置を上げることができる。
【００６０】
そして、反応器１２に供給される廃棄シリコンとしては、上述の加工工程から排出されたそのままの排液３２であっても、排水処理装置３０によりシリコンが濃縮されたスラリー状の排液３４でも、また排液３４をフィルタプレスした後のケーキ状の廃棄シリコン３６であってもよい。例えば、濃縮装置である「アクアクローザ」（三洋アクアテクノ（（株））製）を用いた場合には、Ｓｉスラリー濃度を５０，０００ｐｐｍにまで濃縮することができ、この濃縮Ｓｉスラリーと後述する塩基性水酸化物水溶液とを反応させてもよい。また、上記装置よりさらにＳｉの濃度を高濃度、例えば１００，０００ｐｐｍにした半ケーキ状のＳｉ粉末凝集物に対して、後述する塩基性水酸化物水溶液を反応させてもよい。特に、半導体チップの製造工程、ウェハのバツクグラインド、ダイシングでは、ウェハの汚染を考えて、一般には純水が採用されるため、余分な反応の心配もなく、そのまま水素発生反応器へ投入できる。また、特にＳｉインゴットからチップになるまでに大量の電力を消費するため、純度の高い水素の有効利用、および珪酸ナトリウムなどの再利用は、環境保護の意味からも非常に有意義である。
【００６１】
また、上記塩基性水酸化物としては、例えば、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の水酸化物水溶液、さらに具体的に例示すると、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ベリリウム、水酸化鉄からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
【００６２】
以下に、上記例示の一部の反応式を示す。
［数１］
Ｓｉ＋２ＮａＯＨ＋Ｈ2Ｏ(l)→Ｎａ2ＳｉＯ3＋２Ｈ2(g)＋４２３．８［kJ/mol]
Ｓｉ＋Ｍｇ(ＯＨ）2＋Ｈ2Ｏ(l)→ＭｇＳｉＯ3＋２Ｈ2(g)＋３３８．０［kJ/mol]
Ｓｉ＋Ｃａ(ＯＨ）2＋Ｈ2Ｏ(l)→ＣａＳｉＯ3＋２Ｈ2(g)＋３６３．０［kJ/mol]
Ｓｉ＋Ｂｅ(ＯＨ）2＋Ｈ2Ｏ(l)→ＢｅＳｉＯ3＋２Ｈ2(g)＋２２９．６［kJ/mol]
Ｓｉ＋Ｆｅ(ＯＨ）2＋Ｈ2Ｏ(l)→ＦｅＳｉＯ3＋２Ｈ2(g)＋３３９．５［kJ/mol]
【００６３】
上記いずれも発熱反応であり、塩基性水酸化物によって反応が促進され、水素が短時間で効率よく大量に発生することができ、高圧状態の水素を得ることができる。上記反応式より、シリコン１モルに対して、少なくとも各水酸化物は１または２モル、水は１モル以上で、反応器１２内に供給されることが好ましく、また水の添加量がシリコン１モルに対して１モルより大過剰であることがより好ましい。
【００６４】
本実施の形態は、上述したように半導体製造時に生成する切削Ｓｉ屑や不良ウェハの破壊Ｓｉ屑などからなる高純度のシリコン粉末からなる廃棄シリコンを用いており、したがって、上述の反応式において、塩基性水酸化物として水酸化ナトリウムを用いた場合には、水素の他に高純度のケイ酸ナトリウムが生成する。このケイ酸ナトリウムは通称水ガラスと呼ばれるものであり、粘着剤として人工石、ガラス、陶磁器の接合、耐火塗料、耐酸塗料などの製造に用いられたり、またセメント混合剤、土質硬化剤などの土木顕著供養にも用いることができ、有効利用が可能である。また、上述の反応で得られる高純度のケイ酸マグネシウムは、制酸剤、吸着剤、濾過助剤、触媒に用いることができ、また高純度のケイ酸カルシウムは肥料として有効利用することができる。
【００６５】
また、上記反応により得られる水素は、上述した水素吸蔵合金２０に吸蔵させるため高圧状態であることが好ましく、少なくとも２５℃で０．２ＭＰａを超える圧力であることがより好ましい。
【００６６】
上記水素吸蔵合金２０としては、例えば、マグネシウム系、カリウム系、ベリリウム系、アルミニウム系、希土類系、チタン系、ジルコニウム系の吸蔵合金が上げられ、より具体的には、ＬａＮｉ5、ＬａＮｉ4.7Ａｌ0.3、ＭｍＮｉ4.5Ａｌ0.5、ＭｍＮｉ4.5Ａｌ0.25Ｃｏ0.25、ＭｍＮｉ4.5Ａｌ0.25Ｍｎ0.25、ＭｍＮｉ3.55Ｍｎ0.4Ａｌ0.3Ｃｏ0.75、Ｃａ（９．１ｗｔ％）−Ｎｉ（８５．１ｗｔ％）−ＭｍＮ（５．０ｗｔ％）−Ａｌ（０．９７ｗｔ％）、ＴｉＦｅ，ＴｉＦｅ0.9Ｍｎ0.1、ＦｅＴｉ1.13−１．９ｗｔ％Ｆｅ7Ｔｉ10Ｏ3、ＴｉＦｅ0.8Ｎｉ0.15Ｖ0.05、Ｔｉ1.1Ｆｅ0.8Ｎｉ0.2Ｚｒ0.05、ＴｉＣｏ0.5Ｆｅ0.5Ｚｒ0.05、ＴｉＭｎ1.5、Ｔｉ0.8Ｚｒ0.2Ｃｒ0.8Ｍｎ1.2、Ｔｉ1.2Ｃｒ1.2Ｍｎ0.8、Ｚｒ0.8Ｔｉ0.2（Ｆｅ0.75Ｖ0.15Ｃｒ0.1）2、Ｍｇ2Ｎｉなどを用いることができる。
【００６７】
また、水素化物錯体を用いて水素を貯蔵することもできる。この水素化物錯体としては、例えば、ＮａＡｌＨ4があげられる。このＮａＡｌＨ4の反応は、６０℃、２気圧で下記の反応式により水素を放出する。
［数２］
３ＮａＡｌＨ4→Ｎａ3ＡｌＨ6＋２Ａｌ＋３Ｈ2        ΔＨ＝３７ｋＪ／ｍｏｌ
Ｎａ3ＡｌＨ6→３ＮａＨ＋Ａｌ＋３／２Ｈ2            ΔＨ＝３７ｋＪ／ｍｏｌ
上記反応は可逆的で１７５気圧の水素を２７０℃、２〜３時間で水素を吸蔵する。
【００６８】
上述したように、世界全体で推定年間８０００トンの約８割の廃棄シリコンを用いて、上述の反応を行うことにより得られる水素量は、以下の計算式から、平均的な燃料電池車（水素消費量８００Ｎｍ3／年）の１２，８００台分の燃料消費量に相当する。
［数３］
６４００（ｔ）×２×２２．４÷２８÷８００×１０3＝１２，８００台
【００６９】
本発明で得られた水素は、例えば、化学工業用原料、燃料用原料、燃料、還元剤、水素自動車、水素航空機、移動式および家庭用燃料電池などに、用いることができる。
【００７０】
なお、廃棄シリコン内には、少量の酸化珪素が含まれる。この酸化珪素に対して、例えば塩基性水酸化物として水酸化ナトリウムを用いた場合には、以下のような反応が生じる。
［数４］
２ＮａＯＨ＋ＳｉＯ2→Ｎａ2ＳｉＯ3＋Ｈ2Ｏ＋８４．６［kJ/mol]
【００７１】
上述の反応式のように、廃棄シリコン内に酸化珪素が含まれているとしても、水素は生成しないが、上述したように有効利用なケイ酸ナトリウム（水ガラス）が得られ、Ｓｉのリサイクルは可能となる。
【００７２】
以上、ウェハ加工工程において、排出されるものが水とＳｉ、場合によっては少量の酸化珪素を含む場合について主に説明したが、排液に例えばごく微量の封止樹脂や凝集剤が含まれている場合、反応器１２において生成した水素を有効利用するとともに、副生成物は微量混入物に対応して有効活用が可能である。
【００７３】
［発動機およびこれを備えた自動車］
また、本発明に係る発動機は、図１に示すような、シリコンと塩基性水酸化物水溶液とを反応させ水素を生成させる水素製造装置と、前記水素製造装置から得られた水素を用いて発電する燃料電池と、を備えている。
【００７４】
このような構成とすることにより、燃料電池に水素を供給する従来の改質器等に比べ、簡略な装置で水素を生成させることができ、またほぼ常時水素を製造することができるため、発動機の使用時間を長時間化することができる可能性がある。さらに、廃棄シリコンを用いた場合には、発動機の燃料コストを大幅に削減することができる。
【００７５】
また、本発明の自動車は、上記発動機を搭載することを特徴とする。
【００７６】
上述したように、燃料電池に水素を供給する従来の改質器等に比べ、簡略でコンパクトな装置により水素を生成させることができるため、燃料電池車またはいわゆるハイブリッド車などの自動車に搭載しても従来とほぼ変わらない車内空間を確保することができる。また、廃棄シリコンを用いた場合には、自動車の燃料コストを大幅に削減することができる。
【００７７】
上記の式に従えば、平衡常数Ｋ298＝３．０５０×１０82とすれば、２５℃に於いて、
［数５］
Ｋ298＝（[Na2SiO3][H2]2）／（[Si][NaOH]2[H2O]）＝３．０５０×１０82
[]は、活量
気体の場合：分圧[atom]
溶質の場合：モル濃度[mol/l]
溶媒の場合：１
固体の場合：１
３Ｎの苛性ソーダを用いたとして計算すると、[H2]2/32＝３．０５０×１０82である。
【００７８】
よって理論上は、［Ｈ2］＝５．２３９×１０41［ａｔｍ］まで可能である。つまり反応式から計算すると無限に近い圧力１０41atmに成る。一般に、上記反応は可逆反応であるが、Ｈ2ガスが反応液から抜けるため、そのガスを補おうとして増える、つまり不可逆反応であると考える。
【００７９】
なお、上述した従来技術では、非常に水が多く、この水が上記不可逆反応を抑制し、可逆反応となっている。しかし、本願では、特に、化学量論的な量またはそれに近い量で水と塩基性水酸化物水溶液を供給した場合、不可逆反応に近づき、その結果、上述したような、すなわち１０41atmの圧力を有する高圧水素を得ることができる。
【実施例】
【００８０】
廃棄シリコンを用いて高圧水素を生成させた実験例を以下に示す。なお、この実験では、内容積１リッターの耐圧反応容器を用いており、安全を考えて、安全弁を１７ＭＰａに設定したため、１７ＭＰａ近傍の高圧水素しか発生できなかったが、この様に化学量論的な量を供給すれば、例えば、約１００ＭＰａも十分に到達が可能であると推察される。
【００８１】
また、表１に示す実験番号１０２，１０３では、加熱手段無しで、１０秒程度で反応容器の温度が５０℃を超え、この時点から爆発的な反応で１７ＭＰａ近傍の高圧となった。
【表１】
2004307328.tif 000003
【００８２】
一般に、数気圧の水素が発生する場合、これを高圧にするには、水素の昇圧手段（例えば、ポンプ）で加圧しなければならない。しかし、本願では、簡単に１０ＭＰａ程度の高圧水素が得られるため、この昇圧手段は、不要となる。
【００８３】
なお、例えば、水素ボンベを搭載した燃料電池では、現在可能な圧力は、３５ＭＰａである。これでは、走行距離が２００キロメートル程度である。ボンベ（容器）の確保は必要であるが、本願では、より耐圧性の高い耐圧反応容器に替えれば、約１００ＭＰａ以上の水素を発生させることができ、そのままボンベに１００ＭＰａで水素を充填すれば、現在の車の走行距離に近づくことになる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
高圧水素を用いる用途であれば、いかなる用途にも適用できるが、例えば、燃料電池、発動機、自動車の分野に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施の形態の水素製造装置の構成を説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態の水素製造装置に供給される廃棄シリコンを含む廃水処理装置の構成を説明する図である。
【図３】半導体結晶物の研磨・研削工程を説明する図である。
【図４】半導体結晶物の研磨・研削工程を説明する図である。
【図５】半導体結晶物の研磨・研削工程を説明する図である。
【図６】半導体結晶物の研磨・研削工程を説明する図である。
【図７】半導体結晶物の研磨・研削工程を説明する図である。
【図８】半導体結晶物の研磨・研削工程を説明する図である。
【図９】半導体結晶物の研磨・研削工程を説明する図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態の水素製造装置の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０  水素製造装置、１２  反応器、１４  濾過器、１６  除湿器、１８ａ，１８ｂ  スイッチ、２０  水素吸蔵合金、２２  加熱器、３０  排水処理装置、３２，３４  排液、３６  廃棄シリコン。
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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