(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸性水溶液中の少なくとも一部の水素原子が重水素原子に置換された重水素化酸性水溶液と、単一金属を接触させて水素ガスを発生させる水素ガス製造方法。
【請求項２】
前記酸性水溶液が、クエン酸、グリシン、ケイ皮酸、コハク酸、サリチル酸、ギ酸、グルタミン酸、アスコルビン酸、シュウ酸、酒石酸、乳酸、酢酸、硫酸、塩酸、硝酸のうちの少なくとも１種を含む請求の範囲第１項に記載の水素ガス製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、水素ガス製造方法に関するものである。
背景技術
例えば、酸性水溶液に金属を浸漬させることによって、水素ガスを発生させることができるが、従来、酸性水溶液として通常の水と酸成分とから形成してある酸性水溶液に、金属を浸漬させて、水素ガスを発生させることしか考えられていない。
しかしながら上述のような従来の方法は、水素ガスの発生速度が遅く、短時間に多量の水素ガスを発生させることができないため、各種水素ガス供給の実用に供するには、改善の余地がある。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる水素ガス製造方法を、提供するところにある。
発明の開示
請求の範囲第１項の方法は、第１図に例示する如く、酸性水溶液中の少なくとも一部の水素原子が重水素原子に置換された重水素化酸性水溶液２と、単一金属１を接触させて水素ガスを発生させるところにある。
請求の範囲第１項の方法によれば、酸性水溶液中の少なくとも一部の水素原子が重水素原子に置換された重水素化酸性水溶液と単一金属を接触させることから、重水素化酸性水溶液中に含有される重水素化成分により、かかる重水素化酸性水溶液に接触された単一金属の酸化反応が活性化され、この為、酸化反応による水素ガスの発生がより促進され、短時間に多量の水素ガスを発生させることができるようになる。つまり、単一金属のうち重水素化酸性水溶液と接触されるところでは、単一金属が重水素化酸性水溶液により溶解する一方で、単一金属の重水素化酸性水溶液と接触されるところから水素ガスが発生する反応が、重水素化成分により活性化され、その結果、水素ガスの発生がより促進され、短時間に多量の水素ガスを発生させることができるようになるものと思われる。
尚、酸性水溶液中の少なくとも一部の水素原子が重水素原子に置換された重水素化酸性水溶液には、天然に含まれる量以上の重水素原子が、含まれていることはいうまでもない。
請求の範囲第２項の方法は、請求の範囲第１項の方法において、前記酸性水溶液が、クエン酸、グリシン、ケイ皮酸、コハク酸、サリチル酸、ギ酸、グルタミン酸、アスコルビン酸、シュウ酸、酒石酸、乳酸、酢酸、硫酸、塩酸、硝酸のうちの少なくとも１種を含むところにある。
請求の範囲第２項の方法によれば、酸性水溶液として、クエン酸、グリシン、ケイ皮酸、コハク酸、サリチル酸、ギ酸、グルタミン酸、アスコルビン酸、シュウ酸、酒石酸、乳酸、酢酸、硫酸、塩酸、硝酸等の比較的に入手しやすいものを利用することで、簡易にかつ経済的に水素ガスを製造することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明に係る水素ガス製造方法の一実施形態を説明する。
重水素化酸性水溶液の一例として、硫酸水溶液中の一部の水素原子が重水素原子に置換された重水素化硫酸水溶液を用いた。そして、単一金属の一例としてマグネシウム金属（以下Ｍｇ金属と略称する）１を用い、一例として、第１図に示すように、前記重水素化硫酸水溶液２（ｐＨ＝０．４）５００ｍｌ中にＭｇ金属（板状の金属片、表面積約１５．７ｃｍ２）１を浸漬させて、水素ガスを発生させた。その際の、水素ガスの総発生量と時間との関係を第２図に、Ｍｇ金属を浸漬させてからから１６分間における水素ガスの発生量を第３図に示すが、比較として、通常の工業硫酸水溶液（ｐＨ＝０．４）中にＭｇ金属（板状の金属片、表面積約１６．０ｃｍ２）を浸漬させたときのものも示してある。
第２，３図からわかるように、通常の工業硫酸水溶液に浸漬させたものよりも、重水素化硫酸水溶液に浸漬させたものの方が、初期の段階より水素ガスの発生速度は速く、初期の１６分間での水素発生量では、工業硫酸水溶液のときが約１８４ｍｌに対して、重水素化硫酸水溶液のときでは約２２５ｍｌもの水素ガスを発生させることができ、確かに重水素化硫酸水溶液を用いることで、初期の水素ガスの発生量を増加させることができた。
尚、重水素化硫酸水溶液は、例えば重水・硫酸ジュウテリウム・硫化ジュウテリウム等を含有させるなどその他の各種方法を適宜採用して、重水素化硫酸水溶液中に含まれる水素原子のうち少なくとも一部が、重水素原子に置換されたものであり、天然に含まれる以上の重水素原子が含まれるようにしてあればよい。
以上のように、本発明に係る水素ガス製造方法によれば、短時間に多量の水素ガスを得ることができるようになる。よって、例えば、水素ガス駆動装置・水素自給式のターボ充電機・水素自給式のターボ充電機を利用した電気自動車やコージェネレーションシステム等に利用する場合、出足がよくなり、実用に供することが可能となる。
〔別実施形態〕
以下に他の実施形態を説明する。
〈１〉前記単一金属１としては、先の実施形態で説明したＭｇ金属に限らず、水素（Ｈ）よりもイオン化傾向の大きい金属（例えば、カリウム（Ｋ）金属，ナトリウム（Ｎａ）金属，アルミニウム（Ａｌ）金属，マンガン（Ｍｎ）金属，亜鉛（Ｚｎ）金属，クロム（Ｃｒ）金属，カドミウム（Ｃｄ）金属，鉄（Ｆｅ）金属，コバルト（Ｃｏ）金属，ニッケル（Ｎｉ）金属，錫（Ｓｎ）金属，鉛（Ｐｂ）金属）であれば如何なるものでもよく、また、それら水素よりもイオン化傾向の大きい金属の合金でもよい。
因みに、一例として、第４図に、Ｍｇ金属を重水素化硫酸水溶液に浸漬したときと、Ｚｎ金属を重水素化硫酸水溶液に浸漬したときとで、単位時間（ｍｉｎ）あたりの水素発生量を比較した結果を示すが、Ｍｇ金属のときは、Ｚｎ金属に比べて、５．６倍近くの水素発生量を得られた。例えば、水素ガス１０００ｍｌの発生に対して必要となる金属の質量（同表面積にて）は、Ｍｇ金属ではＺｎ金属の１／３でよく、Ｍｇ金属を用いると本発明に係る水素ガス製造方法を行う装置の軽量化を図ることなどが可能となる。
〈２〉これまでの実施形態では、重水素化酸性水溶液と単一金属を接触させて水素ガスを発生させるにあたり、重水素化酸性水溶液中に単一金属を浸漬させる例を示したが、第１図に示すように、単一金属全体を重水素化酸性水溶液中に浸漬させる形態に限らず、単一金属の少なくとも一部を重水素化酸性水溶液中に浸漬させればよいのはいうまでもない。そして、このように重水素化酸性水溶液中に単一金属を浸漬させる形態に限らず、単一金属に対して重水素化酸性水溶液を噴霧したり、または、単一金属に対して重水素化酸性水溶液を滴下したり、または、単一金属上に重水素化酸性水溶液を流動させたりして、重水素化酸性水溶液と単一金属を接触させて水素ガスを発生させるようにしてもよい。
〈３〉また、第５図（ａ）に例示するように、イオン化傾向の異なる異種金属１Ａ，１Ｂを準備し、その異種金属１Ａ，１Ｂ間を電気的に接続させた状態で浸漬させるようにしてもよい。異種金属１Ａ，１Ｂとしては、水素（Ｈ）よりもイオン化傾向の大きいもの（Ｋ，Ｎａ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｐｂ）から選択すれば良く、それらのイオン化傾向の差が大きいものを組み合わせる方が電位差が大きくなりより水素ガスの発生が促進され好ましい。尚、第５図（ａ）では、異種金属１Ａ，１Ｂを導線で接続してあるものを例示してあるが、異種金属間を電気的に接続させた状態とするには、異種金属どうしを接着させたりするなど、その他の異種金属間の導電性を確保する方法から適宜好適な方法を採用すれば良い。
重水素化酸性水溶液の一例として、硫酸水溶液中の一部の水素原子が重水素原子に置換された重水素化硫酸水溶液５００ｍｌ中に、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚み１ｍｍの大きさの銅金属片と、亜鉛金属片を接着させたものを浸漬し、水素ガスを発生させた。そのときの、水素ガス発生量と時間との関係を第６図に示すが、比較として、通常の硫酸水溶液中に、同様のものを浸漬させたときのものも示してある。尚、この際の水溶液中の温度は、１５〜２０℃であった。
第６図（ａ）に、水素ガスの総発生量と時間との関係を示す。第６図（ａ）からわかるように、通常の硫酸水溶液に浸漬させたものよりも、重水素化硫酸水溶液に浸漬させたものの方が、水素ガスの発生速度は速かった。より詳しくわかるよう、第６図（ｂ）に、単位時間当たりの水素ガス発生量を示す。第６図（ｂ）より、水溶液に浸漬させてから初期の時間においては、通常の硫酸水溶液に浸漬させたものよりも、重水素化硫酸水溶液に浸漬させたものの方が、約１．５倍の水素ガスが発生していたことがわかる。
この際、水溶液中のｐＨの変化を測定したものを、第７図に示す。第６図及び第７図から、ｐＨが１．０以下の条件にて水素ガスが急激に発生することがわかった。また、かかる条件下の時間帯（〜約４００（ｍｉｎ））では、重水素化硫酸水溶液は、通常の硫酸水溶液と同様のｐＨ変化を示しておることから、確かに同一の条件下、重水素化硫酸水溶液の方が、通常の硫酸水溶液よりも水素ガスが短時間に多量に発生させることができていたことがわかる。
因みに、銅と亜鉛を組み合わせたものを浸漬させたとき（銅・亜鉛何れも縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚み１ｍｍの大きさの金属片）と、単に亜鉛を浸漬させたとき（縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚み１ｍｍの大きさの金属片２枚）との水素ガス発生量の相違を、第８図に示す。第８図より、イオン化傾向の異なる異種金属と組み合わせると、水素ガスの発生量が多くなることが分かる。
〈４〉また、例えば単一金属として複数の単一金属１を準備し、その複数の単一金属１間に外部電源により電位差を設けた状態で重水素化酸性水溶液２中に浸漬させる（第５図（ｂ）参照）ようにしてもよい。これにより電位の低い方の単一金属１が、アノードとなり電気化学的に酸化反応が促進され、一層、短時間に多量の水素ガスを発生させることができる。また、電位の低い方が単一金属１となるように、単一金属とその他の金属とを外部電源により電位差を設けた状態で重水素化酸性水溶液中に浸漬させるようにしても良く、その他の金属としては、外部電源により電位の低い方となる単一金属と導電するものから適宜選択すれば良い。
〈５〉これまでの実施形態では酸性水溶液として硫酸水溶液を用いる例を示したが、例えば、塩酸・硝酸等の無機酸、クエン酸・グリシン・ケイ皮酸・コハク酸・サリチル酸・ギ酸・グルタミン酸・アスコルビン酸・シュウ酸・酒石酸・乳酸・酢酸等の有機酸を用いても良い。本発明によれば、重水素化することにより比較的酸性度の弱い有機酸であっても、十分な水素ガスを発生させることが可能となる。
また、無機酸や有機酸は２種以上用いても良く、無機酸と有機酸とを組み合わせて用いても良い。
産業上の利用可能性
本発明によれば、短時間に多量の水素ガスを得ることができるようになり、例えば、水素ガス駆動装置・水素自給式のターボ発充電機・水素自給式のターボ発充電機を利用した電気自動車やコージェネレーションシステムや燃料電池の水素ガス供給等に利用する場合、それら各種装置の立ち上げがよくなり、実用に供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、重水素化酸性水溶液と単一金属との接触状況の一例を示す一部断面説明図、
第２図は、重水素化硫酸水溶液とＭｇ金属の場合と、工業用硫酸水溶液とＭｇ金属の場合とでの水素ガスの発生量の経時変化の比較を示すグラフ、
第３図は、重水素化硫酸水溶液とＭｇ金属の場合と、工業用硫酸水溶液とＭｇ金属の場合とでの所定時間あたりの水素ガスの発生量の比較を示すグラフ、
第４図は、重水素化硫酸水溶液とＭｇ金属の場合と、重水素化硫酸水溶液とＺｎ金属の場合とでの所定時間あたりの水素ガスの発生量の比較を示すグラフ、
第５図は、重水素化酸性水溶液と単一金属との接触状況の別実施形態を示す一部断面説明図、
第６図は、別実施形態における水素ガス発生量を示すグラフ、
第７図は、別実施形態における重水素化硫酸水溶液のｐＨ変化を示すグラフ、
第８図は、別実施形態における水素ガス発生量を示すグラフである。
【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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