J. Plasma Fusion Res. Vol.95, No.1 (2019)２７‐３３

小特集 マテリアル工学およびエネルギー・環境工学を進展させる熱プラズマの生成と計測

４．水プラズマによる廃棄物からの水素製造
4. Hydrogen Synthesis from Wastes by Water Thermal Plasmas
渡辺隆行
WATANABE Takayuki
九州大学大学院工学研究院（原稿受付：２０１８年９月１６日）

水プラズマには O，H，OH ラジカルが豊富に含まれているので，新しい廃棄物処理プロセスへの展開が可能である．ゴミを単に分解・無害化するだけではなく，プラズマでゴミを分解することによって水素を取り出すことも可能となる．水プラズマを用いて廃棄物から水素を製造する方法は，プラズマの放電領域で有機物を高速で分解できることから分解効率が高い方法である．水プラズマ自体からも水素が発生するので，廃棄物から副生水素を製造するプロセスは実現できる可能性がある．本章ではアーク放電の可視化と温度計測をもとに水プラズマの発生原理と特徴を解説し，最後に車載型水プラズマの応用展開を紹介する．
Keywords:
thermal plasma, water plasma, plasma truck, arc fluctuation, high-speed visualization, waste decomposition,hydrogen production

４．
１ はじめにタルピーが大きいことも利点となる．チェコの Institute of

ラジカルを豊富に有する水プラズマは廃棄物処理プロセ

Plasma Physics が開発した水プラズマ溶射はその好例であスに適しており，水プラズマ中の熱分解によって，処理物る［３］．このシステムでは，水の渦流によってアークを安

質は気体，液体，固体生成物へと高速変換される．気体生定化して，水プラズマジェットを生成している．

成物には高濃度の水素が含まれており，合成ガスとしての本章では LTE 状態の水プラズマの特徴とその産業応用，利用も期待されている．

廃棄物の分解プロセスについて解説する．

水は常温で安定した化合物であるが，プラズマ状態にな

４．
２ 水プラズマの特徴

ると O，H，OH ラジカルなどを多く含んだ化学的に活性な反応場となる．本誌でも「水中プラズマが拓く新しい無まずは「水プラズマ」という定義を明確にする．「水プ機・有機・バイオプロセス」の小特集が企画されており，ラズマ」と「水蒸気プラズマ」はどちらも水をプラズマ状水中でのプラズマ生成とその応用が紹介されている［１］．

態にしたものなので，混同されている場合がある．「水プ

また，プラズマ気液界面での複雑な現象解明の小特集「大ラズマ」と「水蒸気プラズマ」は，原理的にも特性も異な気圧プラズマ−液相反応プロセスにおける診断技術の進るものである．
「水蒸気プラズマ」は，アルゴンなどで発生した熱プ展」も企画されている［２］．
しかし，水中や気泡内で発生した非平衡プラズマを反応ラズマの高温領域に水蒸気を吹き込み，水蒸気をプラ場として利用するには，空間的にも量的にも制限がある．

ズマ化する方法である．この方法はフロンや PCB の分解な水滴を噴霧する方法，水流中で放電するなどの方法も検討

どに応用されており，オーストラリアのCSIROが開発したされているが，非平衡プラズマでは OH ラジカルの寿命のPLASCON プロセスが有名である［４］．
一方，「水プラズマ」とは，液体の水をプラズマの高温短さが問題となる．
プラズマ中のラジカルをこのような制限がない状態で利領域に供給し，瞬時に水素と酸素に分解する方法である．

用するには，局所熱平衡（LTE）状態の水プラズマ，つまこの方法は水だけではなく，各種の水溶液やコロイドでもり熱プラズマ状態にして反応性熱流体とするほうが良い．

プラズマを発生できる［５，６］．

熱プラズマでは，OH ラジカルが熱平衡状態で 2,000 K から４．
２．
１ 水蒸気プラズマ

5,000 Kにおいて安定に存在している．さらにプラズマ中の水蒸気プラズマでは，水蒸気を発生するための装置が必

反応速度は温度上昇に伴って指数関数的に速くなるので，要となり，加えて水蒸気の凝縮防止のために装置全体を非平衡プラズマよりも熱プラズマには利点がある．

１００℃以上に保つ必要があるなど，大掛かりな装置になってしまうという問題点がある．

熱プラズマでは水蒸気が１万 K 以上の高温となり，エンFaculty of Engineering Kyushu University, FUKUOKA 819-0395, Japanauthor’s e-mail: watanabe@chem-eng.kyushu-u.ac.jp

２７!2019 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion Research

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.95, No.1 January 2019

る．水分を除去した後，汚泥として排出する．

直流アーク放電を利用したプラズマは，高出力化や高密

４．
２．
２ 直流放電による水プラズマトーチ度化が可能な実用的かつ工業的な高温熱源である．しかし，直流アーク放電による水蒸気プラズマでは，高温の水直流放電による水プラズマ発生システムを図２に示す．

蒸気によって陰極の金属が損耗するために，アルゴンや窒陽極には銅，陰極にハフニウムを用いている．アークに素を陰極の周囲にシールドガスとして流すことが必要となよって発生した熱は主に陽極を伝わって冷却水を加熱し，る．また，非移行式アークの場合には，電極の冷却水によ吸湿材を通って陽極に達した冷却水がそのままプラズマガる熱損失が本質的に避けられないので，熱効率は３０％程度スとなり，水プラズマを定常的に発生する．この方式ではの低い値であることが欠点である．

冷却水による電極からの熱損失がなくなるため，９０％以上高周波（RF）放電の水蒸気プラズマは，フロン分解シスの熱効率が得られる［７］．さらにガスボンベなどの外部かテムとして２件の実用化例がある．そのうちのひとつは，らの作動ガスの供給が不要となるので，可搬式の水プラズ

北九州市のエコタウンのフロン分解プラント（西日本家電マ発生装置への展開も容易となる．

リサイクル株式会社）である．２０００年４月から実証試験が水プラズマのみならず，水中プラズマにおいても電極材開始され，各種回収フロンの分解性能評価を行い，２００４年料の選定は重要であり，その消耗が問題となる場合が多に商用プラントとして成立している．このプラントの特徴

い．陰極は熱電子放出の観点からタングステンが一般に用は，フロン回収事業所においてフロン分解までのすべてをいられるが，水プラズマの強い酸化力のためにタングステ行うことであり，フロンを移動する際のフロン拡散の危険ンを用いることができない．融点が 3,422℃ と高いタング性の低減や，輸送による CO2 排出量をなくすことができ

ステンは熱電子放出に適しているが，酸化タングステンのる．

融点が１７００℃と低く，電極が溶融してしまうからである．

水蒸気RFプラズマのフロン分解システムを図１に示す．

水プラズマの陰極として５種類の金属を用いた時の電極上部中央で輝いているのが RF 熱プラズマであり，その下消耗の様子を図３に示す．直径 6 mm の銅製ロッドの先端流には冷却管が設置され，ガス流を水冷・洗浄し，分解生に，直 径 1 mm の こ れ ら の 金 属 を 埋 め 込 ん で い る．左成物である塩化水素やフッ化水素を水で吸収する．続いてか ら 仕 事 関 数 が 大 き い 順 に Hf（3.9 eV），Zr（4.1 eV），スクラバにて洗浄して，排ガスとして系外に排出される．

Ta（4.3 eV），Mo（4.57 eV），Ir（5.46 eV）の陰極を示して塩化水素やフッ化水素を含む水はアルカリ水溶液で中和しいるが，これは水プラズマ発生の不安定性の順番と一致すてフッ化カルシウム，塩化カルシウム粒子として凝集させる．ハフニウム以外の金属では陰極点が銅の部分にも移動しており，アークが不安定になっていることがわかる．酸化ハフニウムは融点が 2,758℃ であり，酸化雰囲気の水プラズマでも安定して使用することができる．

図２

図３
図１

北九州エコタウンの RF 熱プラズマによるフロン分解プラント（西日本家電リサイクル株式会社提供）．

２８

水プラズマ発生システム．

水プラズマの放電後の陰極を上部から見た写真．左からハフニウム（５分間放電），ジルコニウム（５分間放電），タンタル（６分間放電），モリブデン（２分間放電），イリジウム（４分間放電）．

Special Topic Article

4. Hydrogen Synthesis from Wastes by Water Thermal Plasmas

４．
３ 水プラズマによる水素製造

T. Watanabe析により，定量分析を高速液体クロマトグラフィーによりプラズマによる廃棄物処理システムは，従来の方法では行った．その結果，液体中にはホルムアルデヒド，アセト処理できなかった難処理廃棄物を分解できるという利点がアルデヒド，グリオキサール，メチルグリオキサールの４ある．廃棄物を単に分解・無害化するだけではなく，廃棄種のアルデヒドが含まれていることがわかった．このうち物から有価なものを生み出すリサイクルプロセスを実現でグリオキサールの生成量が他と比べ多く，グリオキサールきるのも熱プラズマの特長である．最も注目されている廃が分解されにくいことがわかった．

棄物処理プロセスは，ゴミをプラズマで分解することに以上の分析結果より，グルコースの分解はまず開環反応よって水素を取り出す技術である．と脱水反応が起こり，熱分解による脱離がその後に起こる

高温熱分解による廃棄物からの水素製造方法は数多く行と考えられる．開環反応の解離エネルギーは 1260 kJ/mol

われているが，水プラズマを用いて廃棄物から水素を製造であり，熱分解による脱離は 300 kJ/mol である．このことする方法は，プラズマの放電領域で有機物を高速で分解でから，グルコースは開環反応が律速であり，開環反応を終きるので，分解効率が高い方法である．水プラズマ自体かえたのちに熱分解が連続的に続くと考えられる．
図５にグルコースの分解機構を示す．
（a）の反応機構のらも水素が発生するので，廃棄物を処理して副生水素を製造するプロセスは実現できる可能性がある．

生成物は，ホルムアルデヒド，アセトアルデヒド，CHO

バイオマスのガス化技術はまだ発展途上であり，従来のラジカルであり，（b）の反応機構の生成物は，ホルムアル方法で処理できるバイオマスは限られている．バイオマス

デヒド，メチルグリオキサールである．鎖状グルコースかとは，家畜排泄物，生ごみ，木くずなど動植物から生まれら熱分解により C―C 結合が切断されるときに２つの反応る再生可能な有機資源のことであるが，低質バイオマスか機構の違いがあらわれる．

ら効率的にエネルギーを得る技術が求められている．

液体の有機系廃棄物のモデルとしてエタノール，メタ

水プラズマを用いることで低質バイオマスが分解でき，ノール，アセトン，グリセリンの水溶液を用いて，水プラタール生成を抑えて良質な合成ガスを生産することができズマによる水素製造の検討が行われている［５，８‐１０］．アセる．しかし，水プラズマ中の有機物の分解機構はまだ解明

トンは工業や医学など領域に幅広く使用されているが，揮されていない．ここではモデル物質として，木質バイオマ

発性有機化合物（VOC）と規定されているために，適切なスの主成分であるセルロースを構成するグルコースを分解アセトンの分解方法が必要となっている．VOCは浮遊粒子対象物質とした実験結果を紹介する［８］．

状物質や光化学オキシダントによる大気汚染の原因物質のグルコース水溶液を水プラズマによって分解したときのひとつであることから，分解技術の研究が重要である．ま

気体生成物の定量分析の結果を図４に示す．気体生成物はた，アセトンは分子内に CH3 基を２つ持っているので，分H2，CO，CO2，CH4 で構成されており，そのうち H2 が６０％解機構における CH3 基の役割を調べることに適している．

程度を占める．原料濃度の増加に伴い CO は増加し，CO2バイオディーゼル製造プロセスの副生成物としてグリセは減少している．これは，グルコース濃度の増加に伴ってリンが生成されているが，このグリセリンには有効な用途酸化雰囲気が弱まるためであるが，高濃度の条件においてがなく，その処分が困難である．よってグリセリンの分解も OH ラジカルや O ラジカルは過剰に存在している．

機構を調べることは，廃油等からの水素製造技術としても液体生成物の定性分析を液体クロマトグラフィー質量分

図４

水プラズマによってグルコース水溶液を分解したときに生成するガスの組成．

図５２９水プラズマによるグルコース分解の機構．

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.95, No.1 January 2019

重要である．分解機構の観点からは，グリセリンが分子内に OH 基を３つ持っていることが重要である．グリセリンの分解によって，有機物の分解機構における OH 基の役割を明確にすることができる．
水プラズマによってエタノール，メタノール，アセトン，グリセリンの水溶液を分解し，処理した後の Total OrganicCarbon（TOC，全有機炭素）の値を図６に示す［９］．通常は有機物の濃度が高くなると還元雰囲気が強くなるので，分解率が下がり TOC の値は高くなる．アセトン，エタノー
ル，メタノールの濃度が高いほど TOC は大きくなるが，グリセリンだけは逆の傾向を示す．これはグリセリン濃度の増加によって，グリセリン由来の OH ラジカルが増加し， 分解が進むためである．グリセリンの分解ではグリセリンから発生する OH ラジカルが重要な役割を果たしている．
プラズマ中の有機物の分解挙動を調べるために，分光器を用いてプラズマ分解時における活性種の計測が行われている．エタノール，メタノール，アセトン，グリセリンの水溶液の濃度を 5 mol％とし，200 から 450 nm までの範囲における発光スペクトルを図７に示す［９］．アセトンの分解では CH（388.8 nm）の発光スペクトルが得られたが，メタノールとグリセリンと分解では検出されていない．また，グリセリンの分解では強い OH（306.4 nm）のピークが観察されたが，他の有機物の分解ではこのピークが弱い．

図７

な お，208 か ら 232 nm ま で の 範囲 を 詳 細 に 観 測 す ると，エタノール，アセトン分解からはCH3（218.8 nm）の発水プラズマによるメタノール，エタノール，アセトン，グリセリン水溶液の分解中の発光分析（参考文献［９］の図１２を引用）．

光スペクトルが見られるが，メタノール分解からはほとん
ど CH3 は検出されない．エタノール，アセトン分解からは物質が含まれていることがある．現在は有機物を含む排水多量の固体炭素が生成していることから，CH3 は固体炭素処理には生物的処理方法や活性炭処理が広く利用されてい生成の起点になっていると考えられる．なお，炭素成分はる．しかし，フェノールやトルエンなどの芳香族化合物がCO ではなく，固体炭素として除去することで H２との分離高濃度で含まれている場合には，従来の生物的処理方法でを容易にできると考えられる．

は対応できない．
そこで最近は Advanced Oxidation Process（AOP，促進４．
４ 水プラズマによる廃棄物処理酸化処理）による排水処理が行われている．AOP はオゾン工場等から出る排水には微量でも極めて有害な環境汚染や過酸化水素などの化学種を添加し，UV 照射などと組み合わせることによって OH ラジカルを生成し，効率的に有機物を分解する方法である．AOP では危険で高価な薬剤などを添加することが多いが，水プラズマによるフェノー
ルなどを含んだ排水処理は薬品等を添加することなく，排水中の有機物を迅速に分解できることが特長である［１１，１２］．
水プラズマによるフェノール水溶液の分解では，分解前の Chemical Oxygen Demand（COD，化 学 的 酸 素 要 求量）の 105 mg/L を 99.9％ 減少できる．なお，分解後のフェノール水溶液の pH は 4.5 であり，銀鏡反応を示していることから，副生成物としてギ酸が微量に含まれていると考えられる．このプラズマ処理後の COD は，この微量のギ酸が原因であると考えられる．
気体，液体の生成物を定量分析することによって，原料として供給したフェノール中の炭素成分がどの生成物に変図６換されたかがわかる．この結果を図８に示す［１２］．グル水プラズマによるアセトン，グリセリン，エタノール，メタノール水溶液の分解後の液体の TOC（参考文献［９］の図１０を引用）．

コース中の炭素は主に CO，CO2 へと変換されており，液中に残存している炭素は３％以下である．出力の増加により
３０

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4. Hydrogen Synthesis from Wastes by Water Thermal Plasmas

T. Watanabe

なっている．完全なフェノールの分解を行うには水プラズマによる分解システムが適している．

４．
５ 水プラズマの物理現象
熱プラズマは高温かつエネルギー密度が大きいため，被処理物質を短時間で高温にすることができる．さらに高温状態の物質を急冷することによって有害な副生成物の生成を抑制することができるので，熱プラズマを用いたプロセッシングの展開が大きく期待されている．
一方で，熱プラズマの高温が物理現象を理解するうえで妨げになる場合がある．熱プラズマの物理現象は時間的にも空間的にも複雑であり，水プラズマを利用するには，まずはアーク現象の可視化，電極やプラズマの温度計測が必須となる．
４．
５．
１ 水プラズマのアーク変動
アーク変動が被処理物質に与える影響は大きく，アーク
図８

水プラズマによるフェノール排水処理における炭素収支．
供給したフェノールの炭素成分がどの生成物に変換されたかを示している（参考文献［１２］の図８を引用）．の変動現象を理解し，制御することは効率的なプラズマプロセシングを実現する上で重要である．高速度カメラとオシロスコープの同期計測は，アーク変動現象の観測におい液体中の副生成物は減少するが，これは高温領域での分解て強力なツールである．

が促進されるためである．プラズマ中ではフェノールが酸アーク電流 7.5 A で発生した水プラズマの電圧とアーク化され，フェノキシルラジカルを経由して分解されること

変動の関係を図９に示す．左図は電圧波形を示し，右図はが主な反応ルートであると考えられる．一部はベンゼンをトーチ側方より観察した高速度スナップ画像を示す．図中

経由してギ酸やホルムアルデヒドが生成される反応ルートの破線は陽極ノズル出口であり，アークが右から左へと伸もある．

長している様子がわかる．アーク電圧の増加に伴い，陽極従来の方法では分解が困難である高濃度フェノール水溶ノズル内部から陽極ノズル出口へとアークが伸長する様子

液を水プラズマで迅速に分解できることから，水プラズマが確認できる．

による排水処理プロセスは工業的に実現できる可能性があ

アーク電圧はのこぎり形の波形を示している．このようる．実験値から推算した水プラズマによるフェノール分解

な電圧波形は，直流放電では典型的なリストライク現象でのエネルギー効率は 8.1 g/kWh であった．コロナ放電によある．最低電圧時に電極間の最も近接した距離間でアークるフェノール分解では 3.48〜22.67 g/kWh［１３，１４］，パルスが発生し，プラズマガス流により陽極ノズル出口へとアー放電では 0.74〜2.27 g/kWh［１５］のエネルギー効率であるこクが伸長し，アーク電圧が上昇する．その後，電圧値が一とから，水プラズマのエネルギー効率は，非平衡プラズマ定値以上となったところで，アークが消弧し，続いて最近や AOP の値とほぼ同等かやや高い値である．

接距離間での再点弧が生じる．

水プラズマの場合には，分解後の副生成物の発生がほとアーク電圧変動の高速フーリエ変換（FFT）の解析結果

んどなく，COD や TOC の除去率も 99.9％ 以上という高いを図１０に示す［１６］．グルコース水溶液，水，メタノール水値が得られている．非平衡プラズマや AOP による分解で溶液と蒸気圧が高くなると，変動周期が22.2 kHzから44.9 kHzは，ヒドロキノン，カテコール，ベンゾキノンなどの副生まで増加する．水プラズマは通常のアーク放電に比べると成物が発生しており，COD や TOC の除去率も低い値と低電流であるので，電磁力の影響は小さく，プラズマガス

図９

水プラズマのアーク変動の高速度カメラ計測のスナップショット．右図中の点線はノズル出口を示し．アークは右から左へ吹き出している．

３１

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流による影響が支配的であることが示されている．グル

章の多相交流アークの温度計測と同じである．水プラズ

コース，水，メタノールの順，すなわち蒸気圧の増加に伴

マ の 場 合 に は 水 素 原 子 か ら の 発 光 を 捉 え る た め，い，周期が短くなり変動幅が増加していることがわかる．

!（! 656.3 nm）と !"（486.1 nm）の発光のみを透過 す る

蒸気圧の大きいプラズマ源を用いることで，ノズル内のガフィルタを用いる．得られた画像より，二波長における相ス流速が増加し，アークが伸長したと考えられる．

対強度を算出し，ボルツマンプロット法に基づき水素原子の励起温度を求めることができる．

このような変動現象は，プラズマを廃棄物処理プロセスに展開する際に悪影響を及ぼす可能性がある．しかし，最アーク電流値を 7.5 A とし，グルコース水溶液，水，メタも周期が長いグルコース水溶液においても，その変動周期ノール水溶液を使用したときのアークの温度分布のスナッは 22.2 kHz（0.05 ms）であり，分解プロセスにおける時定プショットを図１１に示す．高速度カメラとバンドパスフィ

数の１〜10 ms よりも充分に短いため，廃棄物分解に与えルターを組み合わせることで，μs オーダーで変動するアーる影響は無視することができる．

ク温度分布の可視化が可能となる．

４．
５．
２ 水プラズマの温度計測

水プラズマのアークの最高温度は 9,000 K 以上であるが，水プラズマの温度場の理解は，プラズマプロセッシング

メタノール水溶液，グルコース水溶液では約 8,500 K 程度の実用化に必要不可欠である．水プラズマの変動に追従しまで低下している．これは，有機物の分解エネルギーのたた温度計測を行うには，従来の分光器を用いる手法では時めである．また，グルコース水溶液，水，メタノール水溶間および空間分解能が不十分である．そこで，高速度カメ液の順にアークが伸長するのは蒸気圧の影響である．

ラを用いた温度計測手法が重要となる．

４．
６ 車載型水プラズマの実用化

高速度カメラと特定波長のみを透過するバンドパスフィ

大型トラックに直流発電機を搭載することで，車載型プルターを組み合わせた計測システムについては，本特集３ラズマシステムを構成することができる．通常の熱プラズ
マでは冷却水システム，ガスボンベ，電気供給が必要となるが，車載型の水プラズマシステムはトラック単独で水プラズマを発生することができる．
200 kW の水プラズマを発生するシステムを搭載したプラズマトラックを図１２に示す．このプラズマトラックを廃棄物の処理サイトに移動して，その場で水プラズマによって廃棄物を処理する．通常の廃棄物処理では，処理費用以外に，廃棄物の輸送費用がかさむことから，このような可搬式のプラズマシステムが廃棄物処理の新しい展開を生み出すことができる．
車載型の水プラズマの写真を図１３に示す．水プラズマを実際に使用する場合には，点弧と消弧を繰り返すが，その物理現象の理解は進んでいない．非定常のアーク現象はプラズマ遮断器の分野では精力的な研究が進んでいるが，

図１０ メタノール水溶液，水，グルコース水溶液のプラズマ発生
における電圧変動の FFT 解析結果（参考文献［１６］の図６を引用）．

図１
１ 水プラズマのアーク部分の温度分布．図中の点線はノズル出口を示し．アークは下から上へ吹き出している．

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Special Topic Article

4. Hydrogen Synthesis from Wastes by Water Thermal Plasmas

T. Watanabe

図１
４ プラズマトラックに搭載された 200 kW の水プラズマが点弧する時の高速度カメラのスナップショット．
図１
２ 200 kW の水プラズマシステムを搭載したプラズマトラック（株式会社 HELIX 提供）
．

４．
７ まとめ
水プラズマ技術は，有機系廃棄物から水素を製造する高温熱分解技術のひとつとして考えられる．水プラズマを用いる方法は，他の燃焼法よりも水素の製造量が多く，装置が小さいという利点がある．特に廃棄物処理を現地で分散型のシステムとして処理することも可能となるので，今後のプラズマ処理システムの新たな展開が期待できる．

謝辞

車載型の水プラズマに関する実験結果は株式会社 HELIX のご協力をいただいた．

参考文献［１］秋山秀典 他：プラズマ・核融合学会誌 84, 664 (2008).
［２］金子俊郎 他：プラズマ・核融合学会誌 93, 230 (2018).
［３］M. Hrabovsky, Pure Appl. Chem. 74, 429 (2002).
［４］A.B. Murphy et al., Plasma Chem. Plasma Process. 22, 371(2002).
［５］Narengerile et al., Jpn. J. Appl. Phys. 50, 08JF13 (2011).
［６］S. Choi and T. Watanabe, Trans. IEEE Plasma Sci. 40, 2831

図１
３ 水プラズマトラックに搭載された 200 kW の水プラズマ発生の様子．下部の円板が陽極であり，水プラズマは左から右に発生している．

アーク点弧時の複雑な現象を解明するには，高速度カメラとオシロスコープの同期計測が有力な手段となる．
車載型水プラズマの発生時におけるアーク抵抗値（アー(2012).
［７］T. Watanabe, ASEAN J. Chem. Eng. 5, 30 (2005).
［８］Y. Ozeki et al., J. Fluid Sci. Technol. 12, JFST0022 (2017).
［９］T. Watanabe et al., Plasma Chem. Plasma Process. 32, 123(2012).
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［１１］M-H. Yuan et al., Env. Sci. Technol. 44, 4710 (2010).
［１２］Narengerile et al., Chem. Eng. J. 168, 985 (2011).
［１３］S. Ognier et al., Plasma Chem. Plasma Process. 29, 261(2009).
［１４］W.F.L.M. Hoeben, J. Phys. D: Appl. Phys. 32, L133 (1999).
［１５］W.F.L.M. Hoeben, Plasma Sources Sci. Technol. 9, 361(2000).
［１６］松尾 剛 他：電気学会論文誌 B 136, 749 (2016).

ク電圧／電流），電極間で発生したアークの高速度カメラのスナ ッ プ シ ョ ッ ト を 図１４に 示 す．ア ー ク 電 圧 350 V，
ア ー ク 電 流 650 A で プ ラ ズ マ を 発 生 し た．撮 影 速 度
104 s−1，シャッター速度は 20 μs で計測しており，サブミリ秒オーダーのアーク変動に追従している．図中の左側にプラズマトーチのノズル出口があり，この内部に水の渦流が形成されて，ここからアークが噴出し，徐々にノズル外部の陽極とつながる様子が観測されている．また，ノズルから噴出したアークはそのままプラズマジェット流として下流部に展開している．

３３