JP2004364483A

JP2004364483A - 地球環境保全の為のクリーンエネルギー産生システム

Info

Publication number: JP2004364483A
Application number: JP2003195390A
Authority: JP
Inventors: Kiyomi Tanaka; 清美田中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-06-07
Filing date: 2003-06-07
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】化石燃料を燃やさず、二酸化炭素を排出しない安価で、クリーンなエネルギを生産する。
【解決手段】酸化鉄のアルミニウムによる還元反応のよって生じる排出ガス、反応熱を、クリーンエネルギを産生する発電システムに利用する。又、マグネシウムの還元作用を利用した水素ジエット火炎によるゴミ焼却の際に生じる排出ガス、燃焼熱を利用した、ＭＨＤ発電、水蒸気タービン発電を行なう。更に、その余熱を利用した温度差発電や、水蒸気を原料とした水素生成による燃料電池の開発を行う。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化鉄をアルミニウムで還元する際の反応熱や排出ガス、マグネシウムの還元作用による燃焼熱や排出ガスを利用したＭＨＤ発電や水蒸気を用いてタービンを回す発電、更に、このサイクルの余熱を利用した燃料電池用の水蒸気を原料とする水素の生成、及び、余熱を利用した温度差発電を行ない、ニ酸化炭素を排出しないクリーンエネルギーを産生するリサイクルシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発電においては、化石燃料を燃やし、水蒸気のタービンやガスタービンを回し、電気エネルギーを産生するものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
化石燃料を燃やし水蒸気を発生させ、タービンを回す方法等、従来の主な発電システムでは、二酸化炭素を排出することによる地球温暖化の問題や化石燃料の枯渇の問題がある。
【０００４】
本発明は、二酸化炭素の排出を抑えるクリーンエネルギーを、安価に産生する事を目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、化石燃料を燃やさずに、アルミニウム及マグネシウムによる還元作用における反応熱や排出ガスを利用したＭＨＤ発電、反応熱の余熱を利用した水蒸気を原料とする燃料電池用の水素の生成、水蒸気タービン発電、および、温度差発電を行う。
【０００６】
このサイクルでは、なるべく資源をリサイクルし、有効に利用することを、主な目的としている。このシステムで利用する二酸化炭素やアンモニアは、なるべくリサイクルすることを心がける。
【０００７】
【発明実施の形態】
発明実施の形態を実施例に基づき説明する。
酸化鉄をアルミニウムで還元する鉄製錬溶鉱炉設備は、コンパクトで、高温に耐えるために溶鉱炉の外壁が、セラミックコーティング焼結タングステン層、アルゴン層、Ｃ／Ｃコンポジット層、焼結タングステン層、通水蒸気・アルゴン室、焼結タングステン層、Ｃ／Ｃコンポジット層、アルゴン層、焼結タングステン層、アルゴン層、冷却水室１、銅合金層、冷却室２（ドライアイス、メタノール混合室）、炭化チタン層、ステンレス層の１５層構造からなる。点火には、マグネシウムの導火線を利用する。
【０００８】
ゴミ焼却設備の外壁は、コンパクトで、高温に耐えるために、溶鉱炉の外壁が、セラミックコーティング焼結タングステン層、アルゴン層、Ｃ／Ｃコンポジット層、焼結タングステン層、水蒸気・アルゴン室、結タングステン層、Ｃ／Ｃコンポジット層、アルゴン層、焼結タングステン層、アルゴン層、冷却水室１、銅合金層、冷却室２（ドライアイス、メタノール混合室）、炭化チタン層、ステンレス層の１５層構造からなる簡易型である。排出ガスは、パイプでＭＨＤ発電部に導かれ、通水蒸気・アルゴン室は、パイプでＭＨＤ発電と水蒸気タービン発電に導かれる。
この装置には、附属として、水蒸気をマグネシウムの導火線で点火する点火口を持つ。
【０００９】
酸化鉄のアルミニウムによる還元では、排出ガス、反応熱をそれぞれ利用する。マグネシウムの燃焼を利用した水素ジエット火炎ゴミ焼却では、燃焼反応における排出ガス、燃焼熱を利用する。それらを利用して、ＭＨＤ発電、水蒸気タービン発電を行なう。更に、その余熱を利用し、水蒸気を原料とする燃料電池用の水素の生成、温度差発電を行う。
【００１０】
アルミニウムの還元作用においては、ベンガラ（酸化鉄）の粉末とアルミニウムの粉末を混合したものを、塩素酸カリウムを触媒として、マグネシウムの導火線を用いて点火し、鉄を製錬する。化学式：Ｆｅ_２Ｏ_３＋２Ａｌ →Ａｌ_２Ｏ_３＋２Ｆｅ＋１８７．８ｋｃａｌ
【００１１】
この反応は、高温の反応熱（３０００度くらい）と排出ガスを生成する。その反応熱と排出ガスを利用して、ＭＨＤ発電を行なう。即ち、反応熱を利用し、水蒸気を発生させ、それを一定の容積の器に閉じ込め、高温・高圧にし、水蒸気プラズマを発生させる。又、この反応による排出ガスを、ＭＨＤ発電の導電体として用いて発電する。
【００１２】
加熱が必要な場合には、フランネルレンズによる太陽光加熱やマイクロ波による加熱を行う。更に、導電体として高温の水蒸気に、炭酸カリウムを吹き込み作動流体とする。
【００１３】
反応熱が１８００℃〜２０００℃では、作動流体にアルゴン、あるいは、ヘリウム等の希ガスを利用する。（クローズドサイクル）
【００１４】
酸化鉄のアルミニウムによる還元では、反応熱を利用し、ゴミ焼却では、燃焼反応における燃焼熱を利用して高温の水蒸気を生成し、その水蒸気で、タービンを回し発電する。
【００１５】
アルミニウムにおける鉄の還元反応における反応熱（２０００℃以上２５００度未満）を利用して、高温の水蒸気を産生し、その高温の水蒸気は、水素と酸素にそれぞれ分解している混合気体である。この水素・酸素の混合気体を利用して、ゴミを燃やす。容積の小さい点火口に高温の水蒸気を満たし、マグネシウムの導火線に点火すると、点火口は、水蒸気が分解した酸素と水素の混合気体で満たされているので、点火したマグネシウムは還元力が強く、高温水蒸気中で燃え続ける。水素のジェット火炎が、点火口から隙間を通って、高温水蒸気とアルゴンで満たされたゴミ焼却室に広がる。
【００１６】
このゴミを燃やす際に排出する重金属を含むガスをシードとしたＭＨＤ発電を行う。シードとして、十分でなければ、炭酸カリウムを吹き込む。
【００１７】
更に、このＭＨＤ発電に利用する温度が、十分で無い場合には、マイクロ波による加熱や、フランネルレンズによる太陽光の加熱で、水蒸気の温度を上げる。
【００１８】
鉄製錬及びゴミ焼却発電の発電サイクルでは、ＭＨＤ発電装置を経て、水蒸気でタービンを回す発電、その余熱を利用した燃料電池用の水蒸気を原料とする水素の生成過程、更に、余熱を利用した温度差発電装置へ移行する。
【００１９】
温度差発電には、半導体を利用する温度差発電とアンモニア水を媒体とする温度差発電の２種類がある。
【００２０】
又、水蒸気タービン発電の余熱を利用して、高温の水蒸気を産生し、その高温の水蒸気と鉄、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム等をそれぞれ反応させて、安価な水素を収集して、燃料電池の原料とする。
化学式：Ａｌ＋２Ｈ_２Ｏ（水蒸気） →Ａｌ（ＯＨ）_２＋Ｈ_２
【００２１】
上記の反応熱で生成した水素と、酸化鉄のアルミニウムによる還元反応における反応熱（２５００℃以上）を利用して、水素原子を得る。
【００２２】
この原子状態の水素は、それぞれ、ラジカルで高い還元力を有している。この水素原子を利用して、フロンを無毒化することや、Ａｌ_２Ｏ_３を還元する。
【００２３】
この溶解した高温の液体のアルミニウムは、水素を吸収し、固体になる時、水素分子を放出する。
【００２４】
この発電サイクルの余熱は、半導体の接合部の一方に、高温部として与えられ、又、接合部の他方に二酸化炭素を圧縮したドライアイスとメタノールの混合物の低温が、温度差として与えられる。このようにして、セーベック効果による温度差発電を行うことが出きる。
【００２５】
上記の半導体を利用した温度差発電の高温部に利用した残りの水蒸気を高温部に再利用し、二酸化炭素で作ったドライアイスで、水を冷却し、低温部に活用する。作動媒体に用いるアンモニア水をパイプに通して、高温部で気化し、低温部で液化させて温度差発電を行う。
【００２６】
水素火炎によるゴミ焼却の際に排出するガスを、ＭＨＤ発電に利用した後、ドライアイスで冷やす。このガスを石灰水に通して二酸化炭素を固定し、炭酸カルシウムを得る。
化学反応式：Ｃａ（ＯＨ）_２＋ＣＯ_２→ＣａＣＯ_３＋Ｈ_２Ｏ
この炭酸カルシウムによる二酸化炭素の固定を、ゴミ焼却燃焼熱の余熱を用いて熱分解し、二酸化炭素に戻す。それを圧縮し、二酸化炭素のドライアイスを作る。
【００２７】
アンモニア水を作動媒体とする温度差発電に利用したアンモニアのリサイクルは、アンモニア水に食塩を融解し、それにドライアイスを混ぜ、炭酸水素ナトリウムと塩化アンモニウム（肥料）を作るソルベ法で、炭酸水素ナトリウムを作る。又は、アンモニア水と二酸化炭素で、炭酸水素アンモニウムを作る。更に、塩化アンモニウムと水酸化カルシウムを反応させて、アンモニアを回収できる。

【００２８】
更に、この炭酸水素ナトリウムを、水素火炎を燃料とするゴミ焼却燃焼熱の余熱を用いて熱分解し、二酸化炭素に戻す。それを圧縮しドライアイスにし、二酸化炭素のリサイクルを行う。不要の二酸化炭素は、ドライアイスにして、南極に廃棄する。
【００２９】
更に、不用のドライアイスは、マグネシウムで還元し炭素にする。この反応で生じた酸化マグネシウムは、沸騰水に入れて、マグネシムを燃やし、水酸化マグネシウムを得る。この水酸化マグネシウムを電気分解すると、マグネシムを得る。又、水酸化マグネシウムにゴミ焼却の排出ガスを通し、硫化物イオンを除く。
【００３０】
水蒸気タービンで利用される水のリサイクルについては、ドライアイスとメタノールの混合物で、冷却水を作り、水蒸気が通るパイプを冷却する。（復水として、用いる）
【００３１】
燃料電池用の燃料極の水素は、アルミニウムや鉄、マグネシウム、亜鉛等と高温の水蒸気を反応させて生成する。酸素極の酸素と電解質は、過酸化ナトリウムと水を反応させて、作る。水素と酸素は、室温では、反応しないが、Ｐｔのような触媒の存在下で反応するので、多孔質の金属板とＰｔを極板に用いる。
過酸化ナトリウムは、水と反応して、水酸化ナトリウムと酸素に分解する。
アルミニウムの触媒作用で、鉄と水蒸気と反応させて生成する燃料極の水素の生成は、以下の科学式で生成する。
化学式：３Ｆｅ＋４Ｈ_２Ｏ（水蒸気）→Ｆｅ_３Ｏ_４＋４Ｈ_２
化学式：２Ｎａ_２Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ→４ＮａＯＨ＋Ｏ_２
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したようなサイクルで発電するので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００３３】
二酸化炭素を排出しないクリーンエネルギを産生することが出きる。
安価で豊富な原料から、燃料電池用の水素や電気エネルギを得ることが出来る。

Claims

ベンガラ（酸化鉄）の粉末を、乾燥アルミニウムの粉末で還元する反応おける高温の反応熱を利用した水蒸気プラズマや、その還元反応の際に排出する金属を含む排出ガスをＭＨＤ発電の導電体として用いて発電する方法。化学式：Ｆｅ_２Ｏ_３＋２Ａｌ＝Ａｌ_２Ｏ_３＋２Ｆｅ＋１８７．８ｋｃａｌ
高温の水蒸気の分解による水素のジェット火炎を利用したゴミ焼却の際に生じる排出ガスや燃焼熱を利用したＭＨＤ発電。
「請求項１」のＭＨＤ発電の余熱を利用した水蒸気タービン発電。
「請求項２」のゴミ焼却ＭＨＤ発電の余熱を利用した水蒸気タービン発電。
「請求項３」及び「請求項４」で利用した高温の水蒸気と、鉄、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム等を反応させて安価な水素を生成する方法。
化学式；Ａｌ＋２Ｈ_２Ｏ（水蒸気）→Ａｌ（ＯＨ）_２＋Ｈ_２：Ｍｇ＋２Ｈ_２Ｏ
（水蒸気） →Ｍｇ（ＯＨ）_２＋Ｈ_２
「請求項１」の反応熱を利用し、「請求項５」の反応における水素を収集して、高温の原子状態の水素を生成し、それで、二酸化炭素の還元やフロンを無毒化し、「請求項１」で生成したＡｌ_２Ｏ_３を還元し、溶解した液体アルミニウムの単体と水素分子を生成する方法。
半導体の接合部に、「請求項４」のタービンを回した後の水蒸気の余熱を（高温部）として与え、二酸化炭素のドライアイスとメタノールの混合物を（低温部）として温度差を与え、セーベック効果による発電を行う方法。
「請求項７」の半導体を利用した温度差発電の高温部に利用した残りの水蒸気を高温部に再利用し、二酸化炭素で作ったドライアイスで冷却した水道水を（低温部）に活用する。パイプを通る作動媒体のアンモニア水を、高温部で気化し、低温部で液化させて温度差発電を行う方法。
「請求項１」の鉄製錬発電や「請求項２」のゴミ焼却発電における復水の冷却に利用した二酸化炭素、及び、「請求項８」の温度差発電の冷却及び作動媒体に利用した二酸化炭素、及びアンモニアのリサイクル過程。
「請求項１」のアルミニウムによる酸化鉄の還元設備
「請求項２」のゴミ焼却用の簡易型焼却設備
過酸化ナトリウムを利用した燃料電池