(57)【要約】【課題】  メタンガスなどの炭化水素ガスから、付加価値の高い機能性カーボンを高い収率で得ることができる機能性カーボンの製造方法及びその装置を提供する。【解決手段】  原料として炭化水素ガスを用い、正極と負極のグラファイト電極１１０ａ、１１０ｂの先端同士を接触させた状態で該電極間に電圧を印加して、該グラファイト電極１１０を加熱することで該電極にカーボン粒子１１６を付着させた後、前記接触させた正極と負極の電極１１０ａ、１１０ｂの先端を離して、両電極間でアーク放電１１８を生じさせて機能性カーボンを生成する。前記グラファイト電極の先端部分１１４の断面積は、電極本体１１２の断面積より小さくすることが好ましい。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料として炭化水素ガスを用い、正極と負極のグラファイト電極の先端同士を接触させた状態で該電極間に電圧を印加して、該グラファイト電極を加熱することで該電極にカーボン粒子を付着させるカーボンヒーター工程と、
前記接触させた正極と負極の電極先端を離して、両電極間でアーク放電を生じさせて機能性カーボンを生成するアーク放電工程と
を含んでなる機能性カーボンの製造方法。
【請求項２】
前記グラファイト電極の先端部分の断面積を、電極本体の断面積より小さくすることで、前記カーボンヒーター工程において、前記電極の先端部分を中心にしてカーボン粒子を付着させる請求項１に記載の機能性カーボンの製造方法。
【請求項３】
前記カーボンヒーター工程においてカーボン粒子とともに副生する水素を不活性ガスの導入により取り除いた後、前記アーク放電工程を行う請求項１又は２に記載の機能性カーボンの製造方法。
【請求項４】
前記アーク放電工程を大気圧以下で行う請求項１〜３のいずれかに記載の機能性カーボンの製造方法。
【請求項５】
前記炭化水素ガスがメタンガスであって、このメタンガスを得るために、水を電気分解して水素と酸素を生成する水電解工程と、二酸化炭素と前記水電解工程で得られた水素とを触媒の存在下で反応させて、メタン及び水を含む混合ガスを生成する第１反応工程と、前記第１反応工程で得られた混合ガス中の水分を凝縮してメタンガスと水とに分離する分離工程とをさらに含んでなり、前記分離工程で得られたメタンガスと前記混合ガスとの間で熱交換を行い、前記分離工程で得られた水を前記水電解工程で使用する請求項１〜４のいずれかに記載の機能性カーボンの製造方法。
【請求項６】
原料として炭化水素ガスが供給される反応炉と、該反応炉内に設けられた正極と負極のグラファイト電極とを含んでなり、
前記グラファイト電極をカーボンヒーターとして使用する場合、前記グラファイト電極は正極と負極の電極先端が接触し、前記グラファイト電極をアーク放電電極として使用する場合、前記グラファイト電極は正極と負極の電極先端が離れるように構成された機能性カーボンの製造装置。
【請求項７】
前記グラファイト電極は、その先端部分の断面積が電極本体の断面積より小さい形状を有する請求項６に記載の機能性カーボンの製造装置。
【請求項８】
前記グラファイト電極の表面形状が、少なくともその先端部分において水平な部分を有する請求項６又は７に記載の機能性カーボンの製造装置。
【請求項９】
前記反応炉には、反応炉内に不活性ガスを導入するための配管と、反応炉内で副生した水素を排気するための配管とが設けられている請求項６〜８のいずれかに記載の機能性カーボンの製造装置。
【請求項１０】
前記炭化水素ガスはメタンガスであって、このメタンガスを得るために、水を電気分解して水素と酸素を生成する水電解装置と、触媒が充填されており、二酸化炭素と前記水電解装置から水素とが供給され、メタン及び水蒸気を含む混合ガスを生成する第１反応炉と、前記第１反応炉で生成する混合ガス中の水分を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器から前記反応炉にメタンガスを供給するための配管と、前記混合ガスと前記メタンガスとの間で熱交換を行う熱交換器と、前記凝縮器で生成する水を前記水電解装置へ供給する配管とをさらに含んでなる請求項６〜９のいずれかに記載の機能性カーボンの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地球温暖化ガスである二酸化炭素を削減することが可能な機能性カーボンの製造方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、地球温暖化ガスとして環境に悪影響を与える二酸化炭素の削減・固定化が世界的な急務となっている。そのため、近年、多くの二酸化炭素の固定化技術が開発されている。しかし、二酸化炭素は化学的に安定した化合物であり、二酸化炭素を固定化するためには、多大なエネルギーを必要とする。このエネルギーを得るために化石燃料が燃焼されると二酸化炭素が放出されるので、実質的に二酸化炭素の削減にはならないという問題がある。また、多大なエネルギーを必要とするため、二酸化炭素の固定化には非常に高いコストがかかるが、固定化により得られる生成物は商品価値が低いという問題がある。よって、事業化が可能な二酸化炭素の固定化技術の開発が望まれている。
【０００３】
一方、原子力発電プラントは、ウランの核分裂を利用して発電するため、発電による二酸化炭素の発生はない。また、原子力発電プラントは、火力発電プラントに比較して燃料費が安いという特長を有しており、長期にわたり定格出力で連続運転を行うことで、低コストで電力を供給することができる。しかし、電力の需要量は、昼間と夜間で大きく変化し、昼間の電力需要は夜間の約２倍に達している。そのため、原子力発電プラントでは、今後、分散化電源の設置が増えることを考慮すると、夜間に余剰電力が生じていくという問題がある。
【０００４】
そこで、夜間の余剰電力を利用して、水分解装置で水を水素と酸素に分解し、この水素を二酸化炭素と反応させて貯蔵可能な燃料であるメタノールを合成するという二酸化炭素の固定化技術が開発されている（特許文献１）。しかしながら、この技術では、メタノール燃料しか得られず、二酸化炭素から得られる付加価値が小さいという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−４６４６０号公報  （第６頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、二酸化炭素を固定化して得られるメタンガスなどの炭化水素ガスから、付加価値の高い機能性カーボンを高い収率で得ることができる機能性カーボンの製造方法及びその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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明に係る機能性カーボンの製造方法は、原料として炭化水素ガスを用い、正極と負極のグラファイト電極の先端同士を接触させた状態で該電極間に電圧を印加して、該グラファイト電極を加熱することで該電極にカーボン粒子を付着させるカーボンヒーター工程と、前記接触させた正極と負極の電極先端を離して、両電極間でアーク放電を生じさせて機能性カーボンを生成するアーク放電工程とを含んでなるものである。
【０００８】
このように、予めグラファイト電極にカーボン粒子を付着させておくことで、付着したカーボン粒子がアーク放電部分のカーボン雰囲気を増加させるため、フラーレンやカーボンナノチューブなどの付加価値の高い機能性カーボンの収率を飛躍的に増加させることができる。この際、正極と負極のグラファイト電極の先端同士を接触させてカーボンヒーターとして動作させることで、原料の炭化水素ガスを容易に熱分解し、グラファイト電極にカーボン粒子を付着させることができる。そして、陽極と陰極のグラファイト電極の先端同士を接触させたり、離れさせたりすることで、カーボン粒子の付着と機能性カーボンの生成とを容易に繰り返し行うことができる。
【０００９】
前記グラファイト電極の先端部分の断面積は、電極本体の断面積より小さくすることが好ましく、これにより、前記カーボンヒーター工程において、前記電極の先端部分を中心にしてカーボン粒子を付着させることができる。すなわち、断面積が小さい部分は抵抗が大きいため発熱量が部分的に大きく、カーボン粒子の生成反応が進む。よって、先端部分を中心にしてカーボン粒子が付着するので、生成したカーボン粒子を効率的にアーク放電に寄与させることができる。
【００１０】
前記カーボンヒーター工程においてカーボン粒子とともに副生する水素は、不活性ガスの導入により取り除き、その後、前記アーク放電工程を行うことが好ましい。このように、不活性雰囲気中でアーク放電を行うことで、機能性カーボンの収率を向上させることができる。なお、不活性ガスとしては、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガスが好ましく、この中でも収率向上の観点から、ヘリウムガスがより好ましい。
【００１１】
前記アーク放電工程は、大気圧以下で行うことが好ましい。このようにアーク放電を大気圧以下の圧力で行うことで、機能性カーボンの収率を向上させることができる。なお、圧力は、大気圧以下の中でも、約１０〜約１００ｋＰａにすることが好ましく、特に約１０ｋＰａ又は約１００ｋＰａにすることがより好ましい。
【００１２】
前記原料の炭化水素ガスは、特に限定されないが、メタンガスやブタンガスなどの炭素数１〜１０の脂肪族炭化水素ガスが好ましい。なお、脂環式炭化水素や芳香族炭化水素を含むガスも使用することができる。この中でもメタンガスがより好ましく、このメタンガスを得るために、水を電気分解して水素と酸素を生成する水電解工程と、二酸化炭素と前記水電解工程で得られた水素とを触媒の存在下で反応させて、メタン及び水を含む混合ガスを生成する第１反応工程と、前記第１反応工程で得られた混合ガス中の水分を凝縮してメタンガスと水とに分離する分離工程とをさらに含むことが好ましく、前記分離工程で得られたメタンガスと前記混合ガスとの間で熱交換を行い、前記分離工程で得られた水を前記水電解工程で使用することが好ましい。
【００１３】
上記の第１反応工程と、上記のカーボンヒータ工程又はアーク放電工程のカーボン生成工程（第２反応工程ともいう）との一連の反応は、サバティエ反応と呼ばれ、以下の反応式で表せる。
第１反応：ＣＯ2＋４Ｈ2→ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ・・・（式１）
第２反応：ＣＨ4→Ｃ＋２Ｈ2・・・（式２）
第２反応は吸熱反応（約１２８０℃）であるが、第１反応は発熱反応（約３００℃）であるため、第１反応で得られたメタン及び水の混合物と第２反応の原料であるメタンとの間で熱交換を行うことで、第１反応の熱エネルギーを回収でき、エネルギー効率を向上させることができる。また、第２反応工程によれば、上記式２に示すように、地球温暖化ガスである二酸化炭素を生成することなく、フラーレンやカーボンナノチューブなどの付加価値の高い機能性カーボンを製造することができる。なお、第１反応に必要な水素は、安価である原子力発電プラントの夜間電力で水を電気分解することで、二酸化炭素を生成することなく、安価に水素を得ることができる。したがって、二酸化炭素を効率的に固定化できるとともに、機能性カーボンも高収率で得ることができる。
【００１４】
また、本発明は、別の態様として、機能性カーボンの製造装置であって、原料として炭化水素ガスが供給される反応炉と、該反応炉内に設けられた正極と負極のグラファイト電極とを含んでなり、前記グラファイト電極をカーボンヒーターとして使用する場合、前記グラファイト電極は正極と負極の電極先端が接触し、前記グラファイト電極をアーク放電電極として使用する場合、前記グラファイト電極は正極と負極の電極先端が離れるように構成されたものである。前記グラファイト電極は、その先端部分の断面積が電極本体の断面積より小さい形状を有することが好ましい。
【００１５】
前記グラファイト電極の表面形状は、少なくともその先端部分において水平な部分を有することが好ましい。このように電極先端に水平部分を設けることで、この水平部分上にカーボン粒子を堆積させることができ、生成したカーボン粒子を電極から落下させることなく効率的にアーク放電に寄与させることができる。
【００１６】
前記反応炉は、反応炉内に不活性ガスを導入するための配管と、反応炉内で副生した水素を排気するための配管と設けることが好ましい。また、前記炭化水素ガスはメタンガスが好ましく、このメタンガスを得るために、水を電気分解して水素と酸素を生成する水電解装置と、触媒が充填されており、二酸化炭素と前記水電解装置から水素とが供給され、メタン及び水蒸気を含む混合ガスを生成する第１反応炉と、前記第１反応炉で生成する混合ガス中の水分を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器から前記反応炉にメタンガスを供給するための配管と、前記混合ガスと前記メタンガスとの間で熱交換を行う熱交換器と、前記凝縮器で生成する水を前記水電解装置へ供給する配管とをさらに含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
上記したところから明らかなように、本発明によれば、二酸化炭素を固定化して得られるメタンガスなどの炭化水素ガスから、付加価値の高い機能性カーボンを高い収率で得ることができる機能性カーボンの製造方法及びその装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る機能性カーボンの製造装置の一実施の形態を示す模式図である。図１に示すように、第１反応炉１０の入口は、ＣＯ2配管２２を介してＣＯ2タンク２０と、Ｈ2配管３２を介してＨ2タンク３０と接続している。第１反応炉１０内には、上記式１に示す第１反応を促進する触媒が充填されている。触媒は白金系触媒が好ましく、特にルテニウム（Ｒｕ）を活性金属とする触媒がより好ましい。触媒の形状は、ペレット状または粒状なども採用できるが、反応効率から比表面積が広いハニカム状が好ましい。
【００１９】
第１反応炉１０の出口は、混合ガス配管１２を介してタンク６０に接続している。混合ガス配管１２には、第１反応炉１０側から順に、熱交換器４０と凝縮器５０とが設置されている。タンク６０は気液分離できるものであれば特に限定されない。タンク６０の液相側出口は、水配管６４を介して水電解装置７０に接続している。この水電解装置７０は、原子力発電プラント（図示省略）に併設されており、夜間の余剰電力により運転される。
【００２０】
水電解装置７０としては、固体高分子であるイオン交換膜を電解質として使用する固体高分子形水電解（ＳＰＷＥ）水素製造装置が好ましい。このＳＰＷＥ水素製造装置の陽極では、水が電気分解されて酸素ガスと水素イオンを発生する。水素イオンは固体高分子電解質膜を介して陰極へ移動する。陰極では、水素イオンが電子と結合して水素ガスを発生する。よって装置全体として、水から水素と酸素とが発生することとなる。この反応は８０℃程度の温度で進行するため、エネルギー消費量が少ないという特長がある。また、この水の電気分解では地球温暖化ガスである二酸化炭素を発生しない。更に、アルカリ水電解法では電解効率が７０〜８５％であるのに対し、ＳＰＷＥ法では約９０％と電解効率が高い。更にまた、水素発生部と酸素発生部が固体高分子電解質膜にて分離されているため、高純度（９９．９９％以上）の水素を製造することができる。また、アルカリ水溶液と異なり、電解質に腐食性がない。
【００２１】
水電解装置７０の水素側出口は、Ｈ2配管７２を介してＨ2タンク３０に接続している。また、水電解装置７０の酸素側出口は、Ｏ2配管７４を介して酸素利用設備（図示省略）に接続している。また、タンク６０の気相側出口は、メタン配管６２を介して第２反応炉１００に接続している。メタン配管６２には、熱交換器４０が設置されており、すなわち、メタン配管６２と混合ガス配管１２との間で熱交換がされるように構成されている。
【００２２】
第２反応炉１００内には、水冷式真空容器１２０（ＳＵＳ３０４またはＳＵＳ３１６製）が設けられており、この真空容器１２０内に正極と負極の２本のグラファイト電極１１０が設置されている（なお、第２反応炉自体を真空容器としてもよい）。グラファイト電極１１０としては、金属を添加したグラファイト電極も使用することができる。添加する金属としては、例えば、ＮｉとＹが好ましい。このように金属を添加することで、アーク放電により金属が触媒として作用し、多層カーボンナノチューブとともに単層カーボンナノチューブを生成することができる。なお、本明細書では、金属を添加したグラファイト電極と、金属を添加しない純粋グラファイト電極とをまとめて、グラファイト電極と呼ぶ。
【００２３】
グラファイト電極１１０のうち正極側は可動式になっており、これにより、正極と負極の先端同士を接触させたり、先端同士の間に放電空間を設けるために離れさせたりすることができる（図４参照）。なお、図１では、正極側のみを可動式にしたが、負極側のみを可動式にしても、正極と負極の両側を可動式にしてもよい。電極は、電極の長さ方向に可動させることが好ましい。また、電極の長さ方向を、図１に示すように水平に設ける他、垂直に設けることもできるが、電極上にカーボン粒子を堆積させる観点から、水平に設けることが好ましい。
【００２４】
グラファイト電極１１０の一例を示す平面図を図２（ａ）に、その側面図を図２（ｂ）に示す。図２に示すように、陽極側の電極１１０ａと陰極側の電極１１０ｂはそれぞれ電極本体１１２と先端部分１１４とから構成されている。電極の幅は、電極本体１１２から先端部分１１４にわたって均一である。一方、電極の厚さは、電極本体１１２と先端部分１１４のそれぞれの部分で均一であるが、その接点に段差が設けられ、先端部分１１４が電極本体１１０に対して薄くなっている。例えば、電極本体１１２を長さ６０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１０ｍｍとし、先端部分１１４を長さ２０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ５ｍｍとした形状の電極を使用することができる。
【００２５】
このように、先端部分１１４の断面積を、電極本体１１２の断面積より小さくすることで、先端部分１１４の抵抗を大きくし、先端部分１１４を中心にしてカーボン粒子を付着させることができる。特に、電極本体１１２に対して先端部分１１４の断面積を６０〜１０％にすることが好ましい。断面積を６０％以下にすることで、先端部分１１４の抵抗を電極本体１１２の抵抗に比べて顕著に増加させることができる。また、断面積を１０％以上にすることで、先端部分１１４の強度を維持し、破損等を防止することができる。
【００２６】
また、電極の表面形状を、図２に示すように、角柱形状などの水平な部分を備えた形状にすることで、カーボン粒子を電極上に容易に堆積させることができる。特に、先端部分１１４の断面積を電極本体１１２の断面積より小さくするために、先端部分１１４の幅は減少させず、厚さのみを減少させることで、カーボン粒子が先端部分１１４に堆積できる面積を広く確保することができる。
【００２７】
なお、先端部分の断面積を電極本体の断面積より小さくした電極の形状は、図２のように、電極本体１１２と先端部分１１４との間に段差を設けた形状の他、多くの形状を採用することができる。例えば、図３に示すように、グラファイト電極２１０は、幅が、電極本体２１２から先端部分２１４にわたって均一であるが、厚さは、先端部分２１４のみが均一であり、電極本体２１２は、先端部分２１４の方向に向かって、厚さが漸次減少するように傾斜した形状を有している。このように傾斜を有する形状にしても、図２の形状と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
メタン配管６２は真空容器１２０内まで設けらており、また、真空容器１２０内には、真空容器１２０内にヘリウムガスを供給するＨｅガス配管１４０と、生成する水素をＨ2タンク３０に供給するＨ2配管１９０が設けられている。このＨ2配管１９０には、熱交換器４０が設置されており、すなわち、Ｈ2配管１９０とメタン配管６２との間で熱交換がされるように構成されている。
【００２９】
また、第２反応炉１００の天井部及び壁面部には、太陽光を吸収して熱エネルギーに変換する熱吸収膜１５０が設けられている。熱吸収膜１５０としては、例えば、焙焼酸化亜鉛膜などを用いることができる。また、太陽光は、直接第２反応炉１００に照射できる他、鏡やレンズ、グラスファイバーなどの光学機器を用いて集光して、第２反応炉１００に導くこともできる。その結果、第２反応炉１００を４０〜７０℃の温度へ昇温することができる。このように太陽熱を利用することによりエネルギーコストを下げることができる。なお、太陽光以外の熱源も補助的あるいは付加的に使用することができる。
【００３０】
以上の構成によれば、先ず、水電解装置７０で水を電気分解して、水素ガスと酸素ガスを製造する。この電気分解は、原子力発電プラント（図示省略）の夜間電力を利用する。得られた酸素ガスは、Ｏ2配管７４を介して酸素利用設備（図示省略）に供給し有効利用する。また、水素ガスは、Ｈ2配管７２を介してＨ2タンク３０に供給し、一時的に貯蔵する。
【００３１】
次に、ＣＯ2タンク２０から二酸化炭素ガスを、Ｈ2タンク３０から水素ガスを、それぞれ配管を介して第１反応炉１０に供給する。第１反応炉１０内では、触媒存在下で上記式１の第１反応が進行し、約３００℃のメタンガス及び水蒸気を含む混合ガスが生成する。生成した混合ガスは、混合ガス配管１２を介して、熱交換器４０でメタン配管６２中のメタンガスを加熱する。その後、この混合ガスは、凝縮器５０で室温まで冷却され、水分が凝縮されてメタンガスと水とに分離し、タンク６０に供給される。タンク６０中の水は、水配管７２を介して水電解装置７０に供給され、水電解装置７０で電気分解に再利用される。一方、タンク６０中のメタンガスは、メタン配管６２を介して、熱交換器４０で加熱された後、第２反応炉１００内に設置された真空容器１２０内に導入される。
【００３２】
真空容器１２０内では、先ず、図４（ａ）に示すように、グラファイト電極の正極側１１０ａと負極側１１０ｂの先端同士を接触させて、カーボンヒーターとして作用させる。すなわち、電極電源（図示省略）により電極間に、例えば、１０Ｖ（カーボンヒーター通電電流３００Ａ）の電圧を印加して、グラファイト電極１１０を好ましくは温度１０８０〜１４８０℃に加熱する。温度を１０８０℃以上にすることで、メタンを約８５％と高い分解効率で分解してカーボン粒子を生成することができる。そして、約１２８０℃に加熱することで、メタンの分解効率を約９９％まで向上させることができる。１２８０℃より温度を上昇させても、メタンの分解効率は変化せず、エネルギーの消費が増加し、反応機器への負担も増加するので、上限は１２８０℃より２００℃高い温度、すなわち１４８０℃にすることが好ましい。グラファイト電極１１０の温度は、輻射温度計（図示省略）により測定することができる。
【００３３】
真空容器１２０内に充填されたメタンガスは、加熱されたグラファイト電極１１０によって熱分解されて、カーボン粒子と水素とが生成する。カーボン粒子はグラファイト電極１１０の先端部分を中心に付着し、特に先端部分の水平部分に堆積する。そして、例えば、１時間にわたりメタンガスを熱分解して、一定の量のカーボン粒子を生成させた後、メタンガスの導入と、電極間への電圧の印加とを停止する。なお、電圧の印加停止後、グラファイト電極１１０の温度を室温程度まで降温させることが好ましい。
【００３４】
また、カーボン粒子とともに副生した水素は、Ｈｅガス配管１４０からヘリウムガスを真空容器１２０内に導入することで、Ｈ2配管１９０を介して真空容器１２０内から排気する。これにより、真空容器１２０内をＨｅ雰囲気にすることができる。なお、真空容器１２０内の雰囲気圧力は、機能性カーボンの収率向上の観点から、大気圧以下が好ましく、１０〜１００ｋＰａがより好ましく、１０ｋＰａ又は１００ｋＰａがさらに好ましい。真空容器１２０内の圧力は、圧力計（図示省略）により測定することができる。また、Ｈ2配管１９０から排気された水素ガスは、熱交換器４０でメタンガスを加熱した後、Ｈ2タンク３０に供給されて、第１反応炉１０での第１反応に再利用される。
【００３５】
次に、アーク放電を行うため、Ｈｅ雰囲気中で、例えば、電極電源のアーク放電電流が１５０Ａになるように印加電圧を調整する（初期印加電圧は１０Ｖで、その後電圧は低下傾向を示す）。そして、電極先端同士が接触した状態から、図４（ｂ）に示すように、先端同士を離して、間隔が空いた状態にする。間隔が空いた時点でアーク放電１１８が生じる。なお、先端同士の間隔は、アーク放電が生じる間隔であれば、特に限定されないが、１〜３ｍｍが好ましく、２ｍｍがより好ましい。この時、グラファイト電極１１０に付着したカーボン粒子１１６がアーク放電部分のカーボン雰囲気を増加させるため、フラーレンやカーボンナノチューブなどの機能性カーボンの収率を飛躍的に増加させることができる。
【００３６】
アーク放電を一定時間（例えば、１０分程度）行った後、電圧の印加を停止して、アーク放電を停止する。そして、石英管１２０内壁に付着した煤と、負極側のグラファイト電極１１０ｂに付着した煤を回収する。前者の煤からフラーレンを得ることができ、後者の煤からカーボンナノチューブを得ることができる。なお、機能性カーボンの生成とともに副生する水素は、Ｈ2配管１９０を介して石英管１２０内から排出し、熱交換器４０で熱交換した後、再びＨ2タンク３０に導入する。そして、第１反応炉１０に供給することで、エネルギー効率を向上させることができる。
【００３７】
このように、原子力発電プラントの夜間電力を利用して、水電解装置７０にて水を電気分解することで、二酸化炭素を生成することなく、安価に第１反応に必要な水素を得ることができる。また、第２反応の原料であるメタンガスを熱交換器４０を用いて加熱することで、エネルギー効率を向上させることができる。さらに、第２反応炉１００でグラファイト電極１１０の先端同士を接触させてカーボンヒーターとし、カーボン粒子を生成させた後、先端同士を離してアーク放電することにより、二酸化炭素を生成することなく、容易にフラーレンやカーボンナノチューブなどの付加価値の高い機能性カーボンを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る機能性カーボンの製造装置の一実施の形態を示す模式図である。
【図２】（ａ）は本発明に係るグラファイト電極の一例を示す平面図であり、（ｂ）はその側面図である。
【図３】（ａ）は本発明に係るグラファイト電極の他の例を示す平面図であり、（ｂ）はその側面図である。
【図４】本発明に係るグラファイト電極の動作を示す模式図であり、（ａ）は電極先端同士が接触した状態を示し、（ｂ）は電極先端同士が離れた状態を示す。
【符号の説明】
【００３９】
１０  第１反応炉
１２  混合ガス配管
２０  ＣＯ2タンク
２２  ＣＯ2配管
３０  Ｈ2タンク
３２  Ｈ2配管
４０  熱交換器
５０  凝縮器
６０  タンク
６２  メタン配管
６４  水配管
７０  水電解装置
７２  Ｈ2配管
７４  Ｏ2配管
１００  第２反応炉
１１０、２１０  グラファイト電極
１１２、２１２  電極本体
１１４、２１４  先端部分
１２０  真空容器
１３０  リフレクタ
１４０  Ｈｅガス配管
１５０  熱吸収膜
１９０  Ｈ2配管
【図１】
2005162567.tif 000003
【図２】
2005162567.tif 000004
【図３】
2005162567.tif 000005
【図４】
2005162567.tif 000006