JP2018203607A - 水素化マグネシウム等の製造方法、水素化マグネシウムを用いた発電システム及び水素化マグネシウム等の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二酸化炭素がでない生産効率のよい水素化マグネシウムの製造方法、水素化マグネシウムを用いた二酸化炭素や放射線がでない発電システム及び水素化マグネシウムの製造装置を提供することを１つの目的とする。【解決手段】本発明の水素化マグネシウムの製造方法は、水素化マグネシウムと異なるマグネシウム化合物に水素プラズマを照射する手順と、水素プラズマが存在する範囲内に配置した水素化マグネシウムを付着させる付着手段８０に水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物を付着させる手順と、を含み、付着手段８０の表面温度が水素化マグネシウムの析出する所定の温度以下に保たれている。【選択図】図２

Description

本発明は水素化マグネシウム等の製造方法、水素化マグネシウムを用いた発電システム及び水素化マグネシウム等の製造装置に関する。

近年、地球温暖化問題が深刻になりつつあり、ニ酸化炭素の排出量が少ない、又は、二酸化炭素を排出しないクリーンエネルギーへの要望が高まっている。

このような、クリーンエネルギーの代表例が原子力発電であるが、運転中に発生する放射線廃棄物により環境を汚染する可能性があるばかりでなく、一旦、事故が発生すると、その被害が甚大であるという問題があり、原子力発電所の建設を行わない方針を打ち出しているのが現状である。

一方、クリーンエネルギーの中には、太陽光発電や風力発電といった再生可能エネルギーがあるが、これらは発電量が天候に左右されるため、安定した電力供給が難しいという問題がある。

そこで、太陽光発電や風力発電を利用して安定した電力供給を実現するために、余剰に発電されたときの電力を利用して、発電量が不足したときに、電力の不足分を補うことができる発電システムを構築することが検討されている。

例えば、水素化マグネシウムから水素を分離して燃料電池等で発電を行った後の副生成物である水酸化マグネシウムから、再び、水素化マグネシウムを再生することが、特許文献１に開示されている。

この場合、余剰電力を利用して水素化マグネシウムの再生を行うようにすれば、上記のような発電量が不足したときに、水素化マグネシウムから水素を分離して、その水素を利用し、電力の不足分を補う発電を行うことができる発電システムを構築することができるため、再生可能エネルギーで安定した電力供給を行うことができる。

なお、特許文献１では、具体的に、水酸化マグネシウムを加熱脱水することで酸化マグネシウムとする第１手順と、約２０００（Ｋ）の温度を有するプラズマトーチのプラズマ火炎中に第１手順で得た酸化マグネシウムを供給するとともに還元剤としてのガスであるメタン及び／又は水素を供給して金属マグネシウムを生成する第２手順と、金属マグネシウムを生成後、プラズマ火炎に供給するガスを水素として、金属マグネシウムから水素化マグネシウムを生成する第３手順を行う方法が開示されている。

ただし、特許文献１には、第２手順において、水素を供給すると、冷却時に可逆反応によって、金属マグネシウムが水酸化マグネシウムになってしまうことが説明されており、現実的には、還元剤としてのガスをメタンとして第２手順を行うことになると考えられる。
そして、還元剤としてメタンを使用すると、地球温暖化の原因である二酸化炭素が発生するという問題がある。

一方、特許文献２には、無水ハロゲン化マグネシウムを大気圧以下の減圧下で発生する低温プラズマに晒すことで還元反応を行い、金属マグネシウムを生成する方法が開示されている。

特開２０１１−３２１３１号公報 特開２０１６−２１６７８０号公報

ところで、金属マグネシウムを水と反応させることで水素を発生させることは可能であるが、金属マグネシウムと水との反応は遅く、反応速度を上げるためには水の温度を高くする必要がある。

また、金属マグネシウムが水と反応して水酸化マグネシウムが生成される場合、その反応式は、以下のとおりであるため、１ｍｏｌの金属マグネシウムに対して１ｍｏｌの水素が発生するにすぎない。
Ｍｇ ＋ ２Ｈ_２Ｏ → Ｍｇ（ＯＨ）_２ ＋ Ｈ_２

なお、水との反応を考えた場合、主に水酸化マグネシウムが生成されることになると考えられるが、仮に、金属マグネシウムが水と反応して酸化マグネシウムが生成される場合であったとしても、その反応式は、以下のとおりであり、１ｍｏｌの金属マグネシウムに対して１ｍｏｌの水素が発生するにすぎない。
Ｍｇ ＋ Ｈ_２Ｏ → ＭｇＯ ＋ Ｈ_２

一方、水素化マグネシウムが水と反応して水酸化マグネシウムが生成される場合には、以下に示す反応式となるため、１ｍｏｌの水素化マグネシウムに対して２ｍｏｌの水素を発生させることができ、水素の発生量が金属マグネシウムの場合に比べ倍増する。
ＭｇＨ_２ ＋ ２Ｈ_２Ｏ → Ｍｇ（ＯＨ）_２ ＋ ２Ｈ_２

なお、水との反応を考えた場合、主に水酸化マグネシウムが生成されることになると考えられるが、仮に、水素化マグネシウムが水と反応して酸化マグネシウムが生成される場合であっても、その反応式は、以下のとおりであり、２ｍｏｌの水素化マグネシウムに対して４ｍｏｌの水素が発生するので、水素の発生量が金属マグネシウムの場合に比べ倍増することになる。
２ＭｇＨ_２ ＋ ２Ｈ_２Ｏ → ２ＭｇＯ ＋ ４Ｈ_２
しかも、水素化マグネシウムは低温の水との反応であっても反応速度が速い。

このことから、燃料電池等の水素を燃料とする発電システムにおいては、水素発生量が多く、その水素の発生速度も速い水素化マグネシウムのほうが好適である。

しかしながら、特許文献１に開示される方法の場合、水素化マグネシウムを得るために金属マグネシウムを得る手順を実施しなければならず、生産効率が悪いという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、二酸化炭素がでない生産効率のよい水素化マグネシウムの製造方法、水素化マグネシウムを用いた二酸化炭素や放射線がでない発電システム及び水素化マグネシウムの製造装置を提供することを１つの目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
（１）本発明の水素化マグネシウムの製造方法は、前記水素化マグネシウムと異なるマグネシウム化合物に水素プラズマを照射する手順と、前記水素プラズマが存在する範囲内に配置した前記水素化マグネシウムを付着させる付着手段に前記水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物を付着させる手順と、を含み、前記付着手段の表面温度が前記水素化マグネシウムの析出する所定の温度以下に保たれている。

（２）上記（１）の構成において、前記マグネシウム化合物が酸素原子を有しないマグネシウム化合物である。

（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記マグネシウム化合物がハロゲン化マグネシウムである。

（４）上記（１）から（３）のいずれか１つの構成において、前記マグネシウム化合物が塩化マグネシウムである。

（５）上記（１）から（４）のいずれか１つの構成において、前記マグネシウム化合物への前記水素プラズマの照射を停止させないで、前記付着手段から前記マグネシウム生成物を剥離させて回収する手順を含む。

（６）上記（５）の構成において、前記回収する手順は、前記マグネシウム化合物への前記水素プラズマの照射を停止させないで、前記水素プラズマを照射する装置から前記マグネシウム生成物を取り出せる取出室へ、剥離させた前記マグネシウム生成物を収容させることが可能な位置に前記付着手段に付着した前記マグネシウム生成物を移動させる手順と、前記取出室に収容させるように前記付着手段から前記マグネシウム生成物を剥離させる手順と、を含む。

（７）本発明の発電システムは、水素化マグネシウムを用いた発電システムであって、前記水素化マグネシウムと異なるマグネシウム化合物から前記水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物を生成する手順と、前記マグネシウム生成物から水素を発生させる手順と、発生した前記水素を発電部に供給し、発電を行う手順と、前記水素を発生させた後のマグネシウムを含有する副生成物から前記マグネシウム化合物を生成する手順と、を含む。

（８）上記（７）の構成において、前記マグネシウム化合物が塩化マグネシウムであり、前記副生成物が水酸化マグネシウム又は酸化マグネシウムを含み、前記マグネシウム化合物を生成する手順が、前記副生成物と塩酸とを反応させて塩化マグネシウムの水和物を得る手順と、前記水和物を脱水する手順と、を含む。

（９）上記（８）の構成において、前記マグネシウム生成物を生成する手順が、上記（４）の製造方法によって行われる。

（１０）本発明の水素化マグネシウムの製造装置は、反応室内に供給されるマイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、前記反応室内に水素を供給する水素供給手段と、前記反応室内に前記水素化マグネシウムと異なるマグネシウム化合物を供給する原料供給手段と、発生する水素プラズマの存在する範囲内に配置され、前記水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物を付着させる付着手段と、前記付着手段の前記マグネシウム生成物を付着させる表面の表面温度を前記水素化マグネシウムの析出する所定の温度以下に保つ冷却手段と、を備える。

（１１）上記（１０）の構成において、前記反応室内を減圧する減圧手段と、前記反応室内を加熱する加熱手段と、を備える。

（１２）上記（１０）又は（１１）の構成において、前記水素プラズマの存在する範囲が、目視できる程度のプラズマ密度の前記水素プラズマが存在する範囲である。

（１３）上記（１０）から（１２）のいずれか１つの構成において、前記付着手段から前記マグネシウム生成物を剥離させる剥離手段と、前記マグネシウム化合物への前記水素プラズマの照射を停止させないで、前記マグネシウム生成物を取り出すことが可能な取出室と、を備え、前記剥離手段は、前記付着手段から前記マグネシウム生成物を剥離させると剥離された前記マグネシウム生成物が前記取出室に収容される位置に設けられており、前記付着手段が、前記剥離手段によって前記マグネシウム生成物が剥離される位置まで付着した前記マグネシウム生成物を移動可能である。

（１４）上記（１０）から（１３）のいずれか１つの構成において、前記反応室内に前記マイクロ波を入射させる部分に設けられた誘電体材料の窓を備え、前記窓の表面で前記水素プラズマとして高密度で電子温度が低いマイクロ波表面波水素プラズマを発生させる。

（１５）本発明の製造方法は、金属原子を含む原料をプラズマで処理して前記原料と異なる生成物を得る生成物の製造方法であって、前記原料を気化させて酸素原子を実質的に含まない反応性ガスの前記プラズマ中に供給する手順と、前記プラズマが存在する範囲内に配置した前記生成物を付着させる付着手段に前記生成物を付着させる手順と、を含み、前記付着手段の表面温度が前記生成物の析出に適した所定の温度範囲内の温度に保たれている。

（１６）上記（１５）の構成において、前記プラズマがマイクロ波表面波プラズマである。

（１７）本発明の製造装置は、金属原子を含む原料をプラズマで処理して前記原料と異なる生成物を得る製造装置であって、反応室内に供給されるマイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、前記反応室内に酸素原子を実質的に含まない反応性ガスを供給するガス供給手段と、前記原料を気化させて前記反応性ガスの前記プラズマ中に供給する原料供給手段と、発生する前記プラズマの存在する範囲内に配置され、前記生成物を付着させる付着手段と、前記付着手段の前記生成物を付着させる表面の表面温度を前記生成物の析出に適した所定の温度範囲内に保つ温度制御手段と、を備える。

（１８）上記（１７）の構成において、前記反応室内を減圧する減圧手段と、前記反応室内に前記マイクロ波を入射させる部分に設けられた誘電体材料の窓と、を備え、前記窓の表面で前記プラズマとして高密度で電子温度が低い前記反応性ガスのマイクロ波表面波プラズマを発生させる。

（１９）上記（１８）の構成において、前記原料及び前記生成物の前記窓の前記表面への付着を抑制する抑制手段を備える。

（２０）上記（１７）から（１９）のいずれか１つの構成において、前記原料供給手段は、少なくとも前記反応室内に露出する表面を有する陰極部と、少なくとも前記反応室内に露出し、前記原料の配置される表面を有する陽極部と、前記陽極部と前記陰極部の間に電圧を印加する電圧印加手段と、を備える。

本発明によれば、少なくとも、二酸化炭素がでない生産効率のよい水素化マグネシウムの製造方法、水素化マグネシウムを用いた二酸化炭素や放射線がでない発電システム及び水素化マグネシウムの製造装置を提供することができる。

水素原子の分圧を変化させたときに、式５の右側に進む反応と左側に進む反応の境界を示したグラフである。 本発明に係る第１実施形態の水素化マグネシウムの製造装置を説明するための断面図である。 本発明に係る第２実施形態の水素化マグネシウムの製造装置を説明するための断面図である。 本発明に係る第３実施形態のシンプルな構成で原料の気化に高温が必要である場合に対応できる、金属原子を含む原料をプラズマで処理して原料と異なる生成物を得る製造装置を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。
なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。

本発明の一例は、水素プラズマで水素化マグネシウムと異なるマグネシウム化合物を還元させるとともに、水素プラズマ中に低温となる部分を作ることで、その低温部分の表面に水素化マグネシウムが析出する現象を発見したことに基づいている。

具体的には、水素プラズマは、より正確には高密度で電子温度が低いマイクロ波表面波水素プラズマは、反応室２（図２参照）内にマイクロ波を導入するための誘電体材料の窓Ｗ（図２参照）の表面上で発生するが、その窓Ｗの表面に析出したマグネシウム生成物が、水滴を垂らすだけで激しく発砲して水素を発生するほどに水素化マグネシウムを含有していることを発見したことに基づいている。

しかしながら、このように水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物を析出させることができる現象は通常の化学反応式からでは理解できないものとなっており、このような現象がどうして起きるのかについて、具体的な装置構成の説明を行う前に、推定される原理について説明を行う。

なお、以下の説明では、水素化マグネシウムと異なるマグネシウム化合物が塩化マグネシウムである場合を例に取って説明するが、マグネシウム化合物は、フッ素化マグネシウム等の塩化マグネシウムと異なるハロゲン化マグネシウムであってもよい。

また、水素化マグネシウムと異なるマグネシウム化合物としてハロゲン化マグネシウム以外のものを用いてもよいが、マグネシウム化合物が酸素原子を有している場合、水素プラズマによる還元で発生する水が酸化作用を示し、析出する水素化マグネシウムが著しく減少するため、水素化マグネシウムと異なるマグネシウム化合物としては、酸素を有しないマグネシウム化合物であることが好ましい。
さらに、マグネシウム化合物は、酸素を含む不純物を含まないことが好ましい。

特に、以下で説明するように、水素化マグネシウムと異なるマグネシウム化合物として塩化マグネシウムを用いるようにすると、多くの利点があることから、水素化マグネシウムと異なるマグネシウム化合物には、塩化マグネシウムを用いることが好ましい。

推定される具体的な水素プラズマ中での水素化マグネシウムの析出原理を説明する前に、水素化マグネシウムと異なるマグネシウム化合物に塩化マグネシウムを用いることの利点について説明しておく。

塩化マグネシウムは、海水から塩を生産する際に副生成物として得ることができる、にがり中に含まれており、その埋蔵量が無尽蔵であり、それを原材料として安価に塩化マグネシウムが生産されているため、仮に、水素化マグネシウムから水素を分離した後の副生成物から塩化マグネシウムを再生しないとしても問題がない。

しかしながら、水素化マグネシウムから水素を分離した後の副生成物からの塩化マグネシウムの再生も可能であり、この場合、金属マグネシウムを循環させるようにして使用することが可能である。

具体的には、先に説明したように、水素化マグネシウムからの水素の取り出しは、水素化マグネシウムに水を加えることで行うことができる（式１参照）。
ＭｇＨ_２ ＋ ２Ｈ_２Ｏ → Ｍｇ（ＯＨ）_２ ＋ ２Ｈ_２・・・（１）
なお、この式１の反応は発熱反応となるため、この反応で出る熱を利用して発電を行うことも可能である。

そして、水素を発生させた後のマグネシウムを含有する副生成物は、水酸化マグネシウムであるが、水酸化マグネシウムを塩酸水に投入して中和反応を行うと、塩化マグネシウムを含有する水溶液ができる（式２参照）。
Ｍｇ（ＯＨ）_２ ＋ ２ＨＣｌ → ＭｇＣｌ_２ ＋ ２Ｈ_２Ｏ・・・（２）

次に、この塩化マグネシウムを含有する水溶液を塩化マグネシウムが分解して塩基性塩基（Ｍｇ（ＯＨ）Ｃｌ）を発生させない程度の温度で水を蒸発させて、塩化マグネシウム６水和物の結晶を析出させる。

このようにして得た塩化マグネシウム６水和物を脱水処理することで、再び、無水塩化マグネシウムを得ることができる。
例えば、塩化マグネシウム６水和物と塩化アンモニウムのモル比を１：８程度として加熱処理を行うことで脱水を行う（式３参照）。
ＭｇＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ ＋ ６ＮＨ_４Ｃｌ
→ ＭｇＣｌ_２ ＋ ６ＮＨ_４ＯＨ ＋ ６ＨＣｌ・・・（３）

ただし、塩化アンモニウムと塩化マグネシウム６水和物との反応を促進するために、塩化アンモニウムの分解温度である約３４０℃以上の温度にして、式３に示す脱水の反応を行うようにすることが好ましいが、一方で、この熱処理の温度が高すぎると、酸化マグネシウムが生成してしまうため、４００℃を超えない程度の温度で熱処理を行うようにすることが好ましい。

このように、水素化マグネシウムと異なるマグネシウム化合物として塩化マグネシウムを用いるようにすると、水素化マグネシウムから水素を分離した後の副生成物から塩化マグネシウムを再生することができ、その再生した塩化マグネシウムを後述するように水素プラズマで還元することで水素化マグネシウムを得ることができ、金属マグネシウム自体も循環させるように使用することが可能である。

しかも、後述するように、塩化マグネシウムから水素化マグネシウムを生成する水素プラズマによる還元処理では、塩酸や塩素が発生するので、この塩酸を先に示した式２の反応で用いることができる。

具体的には、塩酸は水によく溶けるため、還元反応時の排ガスを水のシャワーに潜らせる排ガス処理を行えば、塩酸水溶液を作ることができるので、その水溶液を式２の反応に用いる塩酸水とすればよい。

そして、上記で説明した水素化マグネシウムから水素を分離した後の副生成物から塩化マグネシウムを再生する手順では、炭素を含む材料が使用されておらず、必要な加熱処理は、発電に適した天候のときに発生する太陽光発電や風力発電の余剰電力を用いることが可能であるため、地球温暖化の原因である二酸化炭素が発生しない。

なお、上述した水素化マグネシウムから水素を分離した後の副生成物から塩化マグネシウムを再生する手順は、あくまでも一例であって、他にも、二酸化炭素を発生させないで塩化マグネシウムを再生することは可能である。

次に、水素プラズマ中での水素化マグネシウムの析出現象について、推定される析出原理について説明する。
通常、塩化マグネシウムと水素との反応を式で書くと、以下の式４のように表される。
ＭｇＣｌ_２ ＋ Ｈ_２ ⇔ ＭｇＨ_２ ＋ Ｃｌ_２・・・（４）

ここで、問題となるのは、反応中の環境（圧力・温度）をどのようにすれば、式４において右側が安定状態となり、右側への反応が進むかということになる。

そして、どちらが安定であるかは、Ｇｉｂｂｓの自由エネルギーを考えることでわかるが、式４の場合、プラズマの反応を行うための反応炉内の圧力を高密度で電子温度が低い水素プラズマであるマイクロ波表面波水素プラズマを発生させるために１０Ｐａにしたとすると、右側に反応を進めるためには、炉内温度を約１１５０℃以上とする必要がある。

しかしながら、このような高温状態では、水素化マグネシウム自体が気体の状態になるため、固体として析出させるためには、炉内の温度を下げる必要があるが、約１１５０℃よりも低い温度領域では式４の左側への反応が優勢となるため、固体として析出する物質は、塩化マグネシウムになってしまい、水素化マグネシウムが析出しないことになる。

ところが、先にも触れたが、反応室２（図２参照）内にマイクロ波を導入するための誘電体材料の窓Ｗ（図２参照）の表面に析出したマグネシウム生成物は、水滴を垂らすだけで激しく発砲して水素を発生するほどに水素化マグネシウムを含有しているものになっていた。

そこで、このような状況がいかにして起こるのかについて、鋭意検討を進めたところ、水素プラズマ中には、励起原子・分子、ラジカル（化学的に活性な原子・分子）、電子、イオン（正及び負）及び中性の原子や分子が存在し、そのような状態を考慮した反応式を考えることで説明が可能であることを見出した。

例えば、一例として、以下の式５のように、水素原子が存在する反応式を仮定し、Ｇｉｂｂｓの自由エネルギーに基づいて、右側に進む反応と左側に進む反応の境界を示したのが図１である。
ＭｇＣｌ_２ ＋ ２Ｈ ＋Ｈ_２ ⇔ ＭｇＨ_２ ＋ ２ＨＣｌ・・・（５）

具体的には、図１は、反応室２（図２参照）の圧力が１０Ｐａとし、横軸に水素原子の分圧（ｍＰａ）を取り、縦軸に温度（℃）を取って、水素原子の分圧（ｍＰａ）を変えた場合に右側に進む反応と左側に進む反応の境界が何度（℃）のところになるのかを示したグラフである。

図１を見るとわかるように、水素原子の分圧が同じ場合、温度を下げることでＭｇＨ_２が生成されるようになり、同じ温度では、水素原子の分圧が大きくなるほどＭｇＨ_２が生成されるようになっている。

ここで、注目すべきは、ＭｇＨ_２がＭｇとＨ_２に分解しない１００℃未満の温度域であってもＭｇＨ_２を生成する解が存在し、良好にＭｇＨ_２を固体として析出させることが可能であるとともに、反応室２（図２参照）内にマイクロ波を導入するための誘電体材料の窓Ｗ（図２参照）が比較的低温の状態になっていたことである。

そして、反応室２（図２参照）内にマイクロ波を導入するための誘電体材料の窓Ｗ（図２参照）の表面で発生した水素プラズマ（マイクロ波表面波水素プラズマ）中の原子等は、窓Ｗから離れるほど減少してプラズマ密度が低下するが、上述のように、窓Ｗの表面は、式５の仮定が成立するのに十分高密度な水素プラズマが存在すると考えられ、ＭｇＨ_２が固体として析出できたものと推定される。

つまり、塩化マグネシウムに水素プラズマを照射して還元を行っている雰囲気の中で、式５のような状態が仮定できるプラズマ密度の高い範囲内、つまり、十分な水素プラズマが存在する範囲内に、後述するように、水素化マグネシウムを付着させる付着手段８０（図２参照）を配置し、その付着手段８０の表面温度を水素化マグネシウムが固体として析出できる表面温度にすることで水素化マグネシウムを得ることができる。

そして、水素プラズマの密度の低下は、装置の構成や条件等によって変わるものの、例えば、反応室２（図２参照）内を見ることができるのぞき窓から見れば、密度が高い範囲は、プラズマの発光色が目視で見えるため、このようなプラズマの発光が目視でわかる範囲であれば、式５で示したような水素原子等の存在を仮定した式が成立するのに、十分な水素プラズマが存在する範囲であると考えられる。

そこで、これから説明するような装置構成として、実際に、水素化マグネシウムを付着させる付着手段８０（図２参照）に水素化マグネシウムを付着させる実験を行い、付着手段８０の表面８１（図２参照）に付着したマグネシウム生成物が、水滴を垂らすだけで激しく発砲して水素を発生するほどに水素化マグネシウムを含有していることを確認しており、以下、具体的に製造装置１について説明する。

（第１実施形態）
図２は本発明に係る第１実施形態の水素化マグネシウムの製造装置１を説明するための断面図である。

図２に示すように、製造装置１は、反応室２を形成する筐体１０を備えており、本実施形態では、筐体１０内に中央に開口部１１Ａを有する仕切部１１を設けることで反応室２が第１空間Ｆと第２空間Ｓとを有するようになっているが、この仕切部１１は省略してもよく、反応室２は１つの空間として形成されていてもよい。

そして、製造装置１は、反応室２内にマイクロ波を入射させる部分に設けられた誘電体材料（例えば、石英やセラミックス等）の窓Ｗと、窓Ｗを介して反応室２内の第１空間Ｆに供給されるマイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段２０（例えば、マグネトロン）と、マイクロ波発生手段２０で発生させたマイクロ波を窓Ｗのところまで導波させる導波管２１と、を備えている。
なお、本実施形態では、発生するマイクロ波の周波数を２．４５ＧＨｚとしているが、この周波数に限定される必要はなく、例えば、通信目的以外で使用できるＩＳＭバンドの５ＧＨｚ、２４．１ＧＨｚ、９１５ＭＨｚ、４０．６ＭＨｚ、２７．１ＭＨｚ及び１３．５６ＭＨｚ等であってもよい。

また、製造装置１は、反応室２内の気体を排出し、反応室２内を減圧する減圧手段３０を有している。
具体的には、減圧手段３０として、製造装置１は、途中に開閉操作又は開閉制御により排気の有無を決める第１排気バルブ３１Ａが設けられた第１排気管３１を介して第１空間Ｆに接続された第１真空ポンプ３２と、途中に開閉操作又は開閉制御により排気の有無を決める第２排気バルブ３３Ａが設けられた第２排気管３３を介して第２空間Ｓに接続された第２真空ポンプ３４と、を備えている。

なお、高密度な水素プラズマであるマイクロ波表面波水素プラズマを安定して発生させるためには、反応室２内の圧力が低いほうが有利であり、少なくとも反応室２内は１０分の１気圧以下がよく、１００分の１気圧以下がより好ましく、１０００分の１気圧以下が更に好ましく、本実施形態では、１００００分の１気圧程度である約１０Ｐａにしている。

そして、気体の吸引力の弱い真空ポンプの場合、反応室２内の真空度を高めるのに時間がかかるため、そのような段取り時間を省略するために、第１真空ポンプ３２又は第２真空ポンプ３４のうちの少なくとも一方を気体の吸引力が高いメカニカルブースターポンプにしておくことが好ましい。

なお、製造装置１には、反応室２の第１空間Ｆ内の圧力を計測するための第１圧力計３２Ａと、反応室２の第２空間Ｓ内の圧力を計測するための第２圧力計３４Ａが設けられており、例えば、第１圧力計３２Ａが計測する圧力に基づいて、第１空間Ｆ内の圧力が所定の圧力（例えば、約１０Ｐａ）になるように、第１真空ポンプ３２及び第１排気バルブ３１Ａの動作を制御するようにしてもよい。
例えば、第１真空ポンプ３２を動作させておいて、第１圧力計３２Ａが計測する圧力に基づいて、第１排気バルブ３１Ａの動作を制御するようにすればよい。

同様に、例えば、第２圧力計３４Ａが計測する圧力に基づいて、第２空間Ｓ内の圧力が所定の圧力（例えば、約１０Ｐａ）になるように、第２真空ポンプ３４及び第２排気バルブ３３Ａの動作を制御するようにしてもよい。
例えば、第２真空ポンプ３４を動作させておいて、第２圧力計３４Ａが計測する圧力に基づいて、第２排気バルブ３３Ａの動作を制御するようにすればよい。

ただし、第１空間Ｆ及び第２空間Ｓ内の圧力を所定の圧力にするために、２つの真空ポンプ（第１真空ポンプ３２及び第２真空ポンプ３４）の双方を制御する必要はない。

例えば、前段取りとして、反応室２内の圧力を所定の圧力にするときだけ、２つの真空ポンプ（第１真空ポンプ３２及び第２真空ポンプ３４）を動作させ、反応室２内の圧力が所定の圧力になったところで、第１排気バルブ３１Ａを閉にして第１真空ポンプ３２の動作を停止し、その後は、第１圧力計３２Ａ又は第２圧力計３４Ａの計測する圧力に基づいて、反応室２内の圧力を所定の圧力に維持するように、第２真空ポンプ３４及び第２排気バルブ３３Ａの動作を制御するようにしてもよい。

なお、反応室２内の圧力を所定の圧力に維持するときに使用される反応室２内の圧力の測定値としては、第１圧力計３２Ａ及び第２圧力計３４Ａの計測した圧力を平均したものを使用するようにしてもよい。

また、製造装置１は、還元ガスとしての水素を反応室２内に供給するための、図示しない水素供給手段を備えている。
例えば、水素供給手段は、水素の供給源となる図示しない水素貯蔵部（水素ボンベ又は水素貯蔵タンク）と、水素貯蔵部から反応室２に供給する水素の供給量を制御するマスフローメータ等の流量制御器（第１流量制御器ＭＦＣ１及び第２流量制御器ＭＦＣ２）と、を備えている。

具体的には、水素貯蔵部は、第１供給管４１を介して第１空間Ｆに水素が供給できるように接続されるとともに、第２供給管４２を介して第２空間Ｓに水素が供給できるように接続され、第１供給管４１の水素貯蔵部側に第１流量制御器ＭＦＣ１が設けられ、その下流側に開閉操作又は開閉制御により供給の有無を決める第１供給バルブ４１Ａが設けられている。

同様に、第２供給管４２の水素貯蔵部側に第２流量制御器ＭＦＣ２が設けられ、その下流側に開閉操作又は開閉制御により供給の有無を決める第２供給バルブ４２Ａが設けられている。

さらに、製造装置１は、反応室２内（より具体的には、反応室２の第１空間Ｆ内）に水素化マグネシウムと異なるマグネシウム化合物である塩化マグネシウムを供給する原料供給手段５０を備えている。

具体的には、原料供給手段５０は、水素化マグネシウムを生成するための原料となる水素化マグネシウムと異なるマグネシウム化合物である塩化マグネシウムを貯蔵する原料貯蔵部５１と、原料貯蔵部５１内の塩化マグネシウムを反応室２の第１空間Ｆ内に供給するための原料供給管５２と、第１電源５３Ａからの電力の供給により発熱し原料供給管５２及び原料貯蔵部５１を加熱する第１加熱部５３と、第１加熱部５３の温度を計測する第１温度計５４と、を備えている。

そして、第１温度計５４による温度の測定結果が、設定される所定の温度となるように、第１電源５３Ａから第１加熱部５３に供給される電力の供給量が制御され、原料供給管５２及び原料貯蔵部５１が所定の温度に加熱される。

例えば、原料が塩化マグネシウムである場合には、塩化マグネシウムが気体の状態となるように、第１加熱部５３によって、原料供給管５２及び原料貯蔵部５１を約７００℃程度の温度に加熱する。
そうすると、気化した塩化マグネシウムは反応室２の第１空間Ｆ内に向かって流れて行き、第１空間Ｆ内に供給されることになる。

また、製造装置１は、反応室２内を加熱する加熱手段６０として、反応室２の第１空間Ｆ内に設けられ、第２電源６１Ａからの電力の供給により発熱し反応室２の第１空間Ｆ内を加熱する第２加熱部６１を備えている。

なお、製造装置１は、反応室２の第１空間Ｆ内の温度を計測する第２温度計６２を備えており、第２温度計６２による温度の測定結果が、設定される所定の温度となるように、第２電源６１Ａから第２加熱部６１に供給される電力の供給量が制御され、反応室２の第１空間Ｆ内の温度が所定の温度に保たれる。

具体的には、この第２加熱部６１によって、第１空間Ｆ内の温度は気体として塩化マグネシウムが存在できる温度に保たれる。

一方、第２加熱部６１の外側には、第２加熱部６１からの輻射熱で筐体１０が高温になるのを防止するために、輻射熱を反射するリフレクタ７０が設けられるとともに、筐体１０の外面上に水冷するための冷却管７１が設けられている。
このように、製造装置１が、第２加熱部６１によって、余分な場所が加熱されないように熱伝導を防止するリフレクタ７０のような断熱手段を備える場合、筐体１０が高温にならないため、筐体１０の各所に使用されているパッキン等の劣化を抑制できるだけでなく、保温効率が高くなるため、消費電力を低減することができる。

また、リフレクタ７０には、上側の中央寄りの位置に、仕切部１１の開口部１１Ａを通じて、第１空間Ｆから第２空間Ｓに挿入される挿入管７２が設けられており、詳細については、後述するが、水素プラズマ及びマグネシウムを含むガス等が挿入管７２から第２空間Ｓに放出されるようになっている。

そして、図２に示すように、製造装置１は、挿入管７２に対向する位置に水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物を付着させる付着手段８０を備えており、製造装置１を停止させた後、付着手段８０を取り出せるように、付着手段８０は、筐体１０に対して着脱可能に取り付けられている。

付着手段８０は、冷媒（例えば、外気）を供給する冷媒供給口ＩＮと冷媒を排出する冷媒排出口ＯＵＴを有し、その冷媒が反応室２の第２空間Ｓにリークしないようにした密閉容器構造になっている。

なお、付着手段８０は、挿入管７２に対向する側の水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物を付着させる表面８１が、挿入管７２から放出される発光状態が目視で確認できる高密度の水素プラズマが直接接触する位置に配置されることで、発生する水素プラズマの存在する範囲内に配置されたものになっている。

そして、製造装置１は、例えば、冷媒となる外気を冷媒供給口ＩＮから付着手段８０内に供給するための図示しない冷却手段（例えば、ファンやコンプレッサ等）を備えており、付着手段８０の水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物を付着させる表面８１の表面温度を水素化マグネシウムの析出する所定の温度以下に保つようになっている。

なお、冷媒に外気を用いる場合には、冷媒排出口ＯＵＴには、大気開放となるように配管が接続されていればよい。
一方、冷媒に代替フロン等を用いる場合には、冷媒排出口ＯＵＴから排出された代替フロンをコンプレッサで圧縮して、その圧縮した代替フロンを再び冷媒供給口ＩＮから導入する循環冷却系（いわゆる、冷蔵庫等と同じである。）のようにすればよい。

例えば、水素化マグネシウムの析出する所定の温度としては、２００℃を超えると析出量が大幅に低下するため、２００℃以下が好ましく、１５０℃以下がより好ましく、１００℃以下が更に好ましい。

実験では、表面温度が２００℃を超える状態で析出した水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物の場合、そのマグネシウム生成物に水滴を垂らし、水素の分離に伴う発砲現象が非常に弱いことを確認している。
一方、表面温度が１００℃以下の状態で析出した水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物の場合、水滴を垂らすと水素の分離に伴う激しい発砲現象が見られることを確認しており、発砲しているガスが水素であることについては、水素検知管で確認を行っている。

なお、表面温度が１００℃を超える場合、水素化マグネシウムが水素と金属マグネシウムに分解する反応も起きるため、析出した水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物中の水素化マグネシウムの割合が減少することになることから、水素化マグネシウムの析出する所定の温度としては、１００℃以下が最も好ましい。

また、実験では、表面温度が約８０℃のときよりも、約７０℃のほうが水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物の単位時間当たりの析出量が多く、約５０℃のほうが更に単位時間当たりの析出量が多くなる結果を得ている。

さらに、製造装置１は、途中にリークバルブ９１が設けられた大気開放管９０を備えており、大気開放管９０の図示しない一端は製造装置１が設置される建屋の外で大気開放状態になっている。

この大気開放管９０は、反応室２の圧力が異常な圧力になった場合に、緊急措置として反応室２を大気開放状態にするためのものであり、通常時には、リークバルブ９１は閉の状態とされ、反応室２内に大気が混入することがないようになっている。

以上のような構成を有する製造装置１では、反応室２内を高い真空状態としてマイクロ波を供給できるため、水素プラズマ（マイクロ波表面波水素プラズマ）として、高密度（例えば、プラズマ密度が１０^−１２／ｃｍ^３以上１０^−１４／ｃｍ^３以下）で電子温度（例えば、１ｅＶ以下）の低いマイクロ波表面波水素プラズマを安定して発生させることができる。
しかも、窓Ｗの表面で発生する表面波プラズマとマイクロ波の共鳴によって範囲の広い水素プラズマにすることができる。

そして、マイクロ波表面波水素プラズマは、高周波プラズマや直流放電プラズマのように高い電子温度（例えば、１０ｅＶ以上）とするためにエネルギーが消費されるプラズマと異なり、エネルギーロスが少ないという利点がある。

しかも、特許文献１に開示されているプラズマでは、その温度が約２０００Ｋ（約１７００℃）にもなるため、例えば、付着手段８０をステンレスやアルミニウムといった金属製にして、冷媒で冷却したとしても、プラズマ内に付着手段８０を配置すると、その材料の耐熱温度以下に保つことすら困難であるとともに、仮に材料の耐熱温度以下に保つことができたとしても、その付着手段８０の表面温度を水素化マグネシウムが固体として析出できる表面温度にすることは事実上不可能である。

一方、本実施形態のマイクロ波表面波水素プラズマは、摂氏でのプラズマ自体の温度（電子温度ではなく、雰囲気としての温度）は、常温と変わらない低温プラズマであるため、後述するように、十分な水素プラズマが存在する範囲内に水素化マグネシウムを付着させる付着手段８０を配置し、その付着手段８０の表面温度（表面８１の温度）を水素化マグネシウムが固体として析出できる表面温度にすることが可能である。

なお、より一層、マイクロ波表面波水素プラズマを安定して発生させるために、水素ガスに、いくらかの不活性ガスを混合するようにしてもよい。
このように不活性ガスをいくらか混合しておくことでプラズマが点灯しやすくなるため、マイクロ波表面波水素プラズマの点灯状態を安定させることができる。

次に、水素化マグネシウムの製造方法について具体的に説明する。
まず、前段取りとして、減圧手段３０（第１真空ポンプ３２及び第２真空ポンプ３４）を駆動させ、反応室２内の圧力が所定の圧力（例えば、約１０Ｐａ）になるように減圧を行う手順を実施する。

このときに、反応室２内を加熱する加熱手段６０も合わせて駆動させ、反応室２の第１空間Ｆ内の温度を所定の温度（例えば、約７００℃）に上昇させる。
なお、加熱手段６０による第１空間Ｆ内の温度上昇は、比較的短時間で可能であるため、反応室２内の圧力が所定の圧力に近づいたタイミングで行うようにすればよい。

そして、加熱手段６０による第１空間Ｆ内の加熱を開始するのに合わせて、図示しない冷却手段によって付着手段８０に冷媒の供給を開始させ、付着手段８０の表面８１の温度を水素化マグネシウムの析出する所定の温度以下に保つ手順を開始する。

続いて、反応室２内の圧力が所定の圧力になるとともに、反応室２の第１空間Ｆ内の温度が所定の温度になったら、水素供給手段によって反応室２内に水素の供給を行う手順を開始し、例えば、図示しないのぞき窓から水素プラズマの発生（発光）を確認する。
なお、水素プラズマが発生しているかは、発光スペクトル強度を測定する測定器で確認するようにしてもよい。

そして、水素プラズマの発生を確認したら、原料供給手段５０によって、水素化マグネシウムと異なるマグネシウム化合物である塩化マグネシウムの供給を開始し、水素化マグネシウムと異なるマグネシウム化合物である塩化マグネシウムに水素プラズマを照射する手順を実施する。

そうすると、挿入管７２から付着手段８０に向けて水素プラズマとともにマグネシウムを含むガスが放出され、水素プラズマが存在する範囲内に配置されている水素化マグネシウムを付着させる付着手段８０に水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物を付着させる手順が開始される。
なお、マグネシウムを含むガスとは、水素プラズマ中であるため、マグネシウム原子、塩化マグネシウム、水素化マグネシウム等の存在する複合ガスを意味する。

そのようにして、付着手段８０の表面８１に向けて水素プラズマとともにマグネシウムを含むガスが吹き付けられると、表面８１付近では、急激に温度が低下し、図１に示したように、水素化マグネシウムの析出に有利な方向に反応が進み、水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物が付着手段８０の表面８１に付着（析出）する。

そして、所定の時間、製造装置１を駆動させた後、製造装置１の駆動を停止して、反応室２内の圧力を大気圧に戻すとともに、付着手段８０が取り出せる温度（例えば、水素化マグネシウムが空気中の水分と激しく反応しない程度の温度）になった後、付着手段８０を取り外して、付着手段８０の表面８１に付着している水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物を回収する手順を行う。

なお、製造装置１の駆動を停止して、付着手段８０を取り外すまでの間、反応室２内は、露点の低い窒素ガスや不活性ガス等でパージするようにしておく。

このようにして製造された水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物は、水素化マグネシウムを用いる発電システムに好適に用いることが可能である。

具体的には、水素化マグネシウムを用いた発電システムは、先に説明したようにして水素化マグネシウムと異なるマグネシウム化合物から水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物を生成する手順と、マグネシウム生成物から水素を発生させる手順と、発生した水素を発電部に供給し、発電を行う手順と、水素を発生させた後のマグネシウムを含有する副生成物からマグネシウム化合物を生成する手順と、を含むことが好ましい。
なお、先に式１で説明したように、マグネシウム生成物から水素を発生させる手順での反応は、発熱反応となるため、マグネシウム生成物から水素を発生させる手順で発生する熱をさらに発電に利用する手順を含むものとすることでより一層発電の効率化が図れる。

そして、マグネシウム化合物を塩化マグネシウムとすれば、マグネシウム化合物を生成する手順として、水酸化マグネシウム又は酸化マグネシウムを含む副生成物と塩酸とを反応させて塩化マグネシウムの水和物を得る手順を行い、さらに、この水和物を脱水する手順を行うことで、再び、水素化マグネシウムと異なるマグネシウム化合物としての塩化マグネシウムの再生を行うことができ、炭素の発生を抑制しつつ、マグネシウムを循環させることが可能な発電システムとすることができる。

（第２実施形態）
次に、図３を参照しながら、本発明に係る第２実施形態の水素化マグネシウムの製造装置１を説明する。
図３は、本発明に係る第２実施形態の水素化マグネシウムの製造装置１を説明するための断面図である。

なお、第２実施形態の製造装置１も第１実施形態の製造装置１と類似する部分を多く有しているため、以下では、主に異なる点について説明し、同様の部分についての説明は省略する場合がある。

図３に示すように、第２実施形態の製造装置１では、筐体１０が第１空間Ｆを形成する部分よりも第２空間Ｓを形成する部分のほうが横方向（図３の右側）に延在するように形成されている。

その横方向に延在した部分では、縁切扉３によって、第２空間Ｓと縁切可能に設けられた下側の第３空間Ｔが形成されており、この第３空間Ｔには、取出扉４を開けることで外部からアクセスできるようになっている。

そして、この第３空間Ｔには、これから説明するように、水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物が蓄積され、第３空間Ｔは、縁切扉３を閉じた状態で取出扉４を開けることで、第２空間Ｓ内の雰囲気に影響を与えないで、その蓄積されたマグネシウム生成物を取り出すことが可能な取出室として機能するようになっている。

具体的には、第１実施形態では、付着手段８０の密閉容器構造の表面８１に水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物を付着させていたが、第２実施形態では、付着手段８０が、その密閉容器構造と同様の容器８２と、その容器８２の表面に接触し、駆動プーリＲ１（駆動ギヤでもよい）及び従動プーリＲ２（従動ギヤでもよい）の間を掛け渡すように設けられたベルト８３と、を備えている。

そして、そのベルト８３の挿入管７２に対向する表面８１が水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物を付着させる表面８１になっており、容器８２を冷却すると、その容器８２に接触しているベルト８３自体も冷却され、表面８１の表面温度が水素化マグネシウムの析出する所定の温度以下に保たれる。

また、従動プーリＲ２が取出室となる第３空間Ｔの上側の位置に設置されており、その従動プーリＲ２に沿ったベルト８３に対して、マグネシウム生成物を剥離させる剥離手段５が当接するように設けられている。

つまり、剥離手段５は、縁切扉３を開けた状態としておけば、付着手段８０（より具体的にはベルト８３）からマグネシウム生成物を剥離させると剥離されたマグネシウム生成物が取出室となる第３空間Ｔに収容される位置に設けられている。

例えば、剥離手段５は、ベルト８３の幅に対応した先端幅を有し、先端側に向かって厚みが薄くなるヘラのような部材でよく、先端部がベルト８３にしっかりと当接するように設置されている。

一方、第３空間Ｔには、途中に開閉操作又は開閉制御により排気の有無を決める排気バルブ３１Ｂが設けられた第１排気管３１から分岐された分岐排気管３５を介して第１真空ポンプ３２が接続されており、第３空間Ｔ内を真空引きすることが可能になっているとともに、第３空間Ｔ内にパージ用の気体を供給するパージ気体供給口ＰＩＮが設けられている。

このため、縁切扉３を閉じるとともに排気バルブ３１Ｂを閉じた状態として、パージ気体供給口ＰＩＮから露点の低い窒素や不活性ガスといった気体を導入して、取出室となる第３空間Ｔを大気圧の状態にして取出扉４を開けて、蓄積したマグネシウム生成物を取り出すことができるので、第１空間Ｆ及び第２空間Ｓに影響を与えることなく、マグネシウム生成物を取り出すことができる。

さらに、取出室となる第３空間Ｔからマグネシウム生成物を取り出した後、取出扉４を閉じて、第３空間Ｔ内の気体を第１真空ポンプ３２で吸引して真空状態とした後に、縁切扉３を開ければ、第１空間Ｆ及び第２空間Ｓに影響を与えることなく、再び、取出室となる第３空間Ｔにマグネシウム生成物を蓄積できる状態になる。

このように、第２実施形態では、製造装置１は、付着手段８０（より具体的にはベルト８３）からマグネシウム生成物を剥離させる剥離手段５と、マグネシウム化合物への水素プラズマの照射を停止させないで、マグネシウム生成物を取り出すことが可能な取出室となる第３空間Ｔと、を備えている。

そして、剥離手段５が、付着手段８０（より具体的にはベルト８３）からマグネシウム生成物を剥離させると剥離されたマグネシウム生成物が取出室となる第３空間Ｔに収容される位置に設けられているとともに、付着手段８０が、ベルト８３を備え、剥離手段５によってマグネシウム生成物が剥離される位置まで付着したマグネシウム生成物を移動可能であるものとなっている点が、第１実施形態と大きく異なる部分になっている。

このような構成の製造装置１を用いれば、水素化マグネシウムの製造方法におけるマグネシウム生成物を回収する手順が、マグネシウム化合物への水素プラズマの照射を停止させないで、水素プラズマを照射する製造装置１からマグネシウム生成物を取り出せる取出室となる第３空間Ｔへ、剥離させたマグネシウム生成物を収容させることが可能な位置に付着手段８０（より具体的にはベルト８３）に付着したマグネシウム生成物を移動させる手順と、取出室となる第３空間Ｔに収容させるように付着手段８０（より具体的にはベルト８３）からマグネシウム生成物を剥離させる手順と、を含むものとして、マグネシウム化合物への水素プラズマの照射を停止させないで付着手段８０（より具体的にはベルト８３）からマグネシウム生成物を剥離させて回収する手順を実施することが可能となるため、水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物の連続生産が可能となる。

特に、加熱手段等によって電力を消費する設備の場合、加熱する空間の保温性を高くする設計にすれば、一旦、所定の温度まで空間の温度が上昇した後には、電力の消費量が大幅に減るため、第２実施形態の製造装置１のように連続生産を可能とすることで、製造コストを大幅に低減することが可能となる。

なお、上記では、従動プーリＲ２に沿ったベルト８３に対して、マグネシウム生成物を剥離させる剥離手段５が当接している場合について示したが、剥離手段５を当接させる位置は、この位置に限定される必要はない。

しかしながら、マグネシウム生成物は金属物質であるため、従動プーリＲ２に沿ったベルト８３の部分でヒビ等が入り、剥離させやすい状態となるため、従動プーリＲ２に沿ったベルト８３の位置のように、付着したマグネシウム生成物に曲げ応力が加わる位置に剥離手段５を当接させることが好ましい。

また、第２実施形態では、ベルト８３を用いたコンベア構造で付着したマグネシウム生成物を移動させる場合について示したが、必ずしも、このような構造に限定されるものではない。

例えば、レコードのように回転する円板を設けるようにしても、付着したマグネシウム生成物を移動させることは可能であり、左右に搖動するような構造として左右のそれぞれに取出室となる空間を設けるようにしてもよい。

ところで、上記第１実施形態及び第２実施形態では、水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物を製造する場合について、主に説明した。
しかし、本発明は、さらに多岐にわたる生成物の生成に有用であり、以下で生成物が水素化マグネシウム以外の場合の例（変形例１、変形例２）について説明する。
なお、以下で説明する変形例１及び変形例２でも既に説明した製造装置１と同様の構成の製造装置を用いることが可能である。

（変形例１）
例えば、一般に、チタンは、８００〜８５０℃の温度で塩化チタンに金属マグネシウムを反応させて塩化マグネシウムとチタンを生成させ（式６参照）、生成した多孔質なスポンジチタンを砕いてプレスした後、真空アーク炉で加熱して、チタンの地金として製造されている。
ＴｉＣｌ_４ ＋ ２Ｍｇ → Ｔｉ ＋ ２ＭｇＣｌ_２・・・（６）

このため、生成した多孔質なスポンジチタンを生成するために金属マグネシウムを用いるために材料費が高いものとなっており、かつ、その後の生成した多孔質なスポンジチタンをチタンの地金にする処理でもコストが上昇するため、チタンの地金は高価なものとなっている。

一方、上述した水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物を製造する方法と同様の製造方法に従ってチタンの地金を製造するようにすると、つまり、金属原子（本例では、チタン）を含む原料（例えば、塩化チタン）をプラズマで処理して原料と異なる生成物（チタン）を得る製造方法とすると、その反応式は以下の式７のようになる。
ＴｉＣｌ_４ ＋ ２Ｈ_２ → Ｔｉ ＋ ４ＨＣｌ・・・・・（７）
ただし、本例の場合、原料貯蔵部５１内には、金属原子（チタン）を含む原料としての塩化チタンが貯蔵されることになる。
塩化チタンは、蒸気圧が低いため、原料貯蔵部５１内に貯蔵しておくだけで、反応室２（第１空間Ｆ）が減圧手段３０で減圧されるのに伴って気化される。
このため、先に説明したように、十分に減圧された状態とする場合にあっては加熱する必要はないが、先に説明した原料供給手段５０のように加熱できるようになっている方が効率よく、気化させることができる。
なお、このように金属原子（例えば、チタン）を含む原料（例えば、塩化チタン）には、加熱しなくても気化が可能なものがあるので、原料供給手段５０や反応室２（第１空間Ｆ）が必ずしも加熱手段を有している必要がない場合がある。

なお、原料である塩化チタンを気化させて酸素原子を実質的に含まない水素を反応性ガスとして、その反応性ガスのプラズマ（マイクロ波表面波水素プラズマ）中に供給すれば、チタンが形成されることは、実験で、既に、確認済みであり、このように気化させて供給することで気化させていない塩化チタンにマイクロ波表面波水素プラズマを照射するより、効率よくチタンを生成することができる。

チタンの生成効率がよくなるメカニズムは、推察の域をでないものの、気化している状態の方がマイクロ波表面波水素プラズマの作用する塩化チタンの表面積が圧倒的に多くなることや気化した状態の方が塩化チタンの活性が高く、反応が起こり易い状態にあるためではないかと推察している。

上記式６と式７を見ればわかるように、まず、塩化チタンをチタンにするために使用する金属マグネシウムの必要量と水素の必要量は、どちらも２ｍｏｌで同じであるが、水素は、１ｍｏｌ当たりの値段で比較すれば、金属マグネシウムの１／３から１／４程度の値段であるため、材料コストを大幅に下げることができる。

また、本方法であれば、先に説明したように、プラズマが存在する範囲内に配置されている付着手段８０の表面の表面温度が生成物（チタン）の析出する所定の温度範囲内に保たれることで、付着手段８０上に、直接、チタンが順次付着して成長し、この付着するチタンはスポンジ状ではないため、多孔質なスポンジチタンをチタンの地金にする処理が必要ない。

なお、例えば、付着手段８０上にチタンの薄板が配置できるようにしておき、そのチタンの薄板が付着手段８０の表面を構成するようにしておけば、その薄板を取り外すだけでチタンの地金を回収できる。

（変形例２）
また、別の例について説明すると、原料に塩化マグネシウムを用い気化させた塩化マグネシウムを、酸素原子を実質的に含まない窒素を反応性ガスとした反応性ガスのプラズマ（マイクロ波表面波窒素プラズマ）中に供給すれば、以下の反応式（式８参照）で示すように、原料と異なる生成物として窒化マグネシウムを得ることができる。
３ＭｇＣｌ_２ ＋ Ｎ_２ → Ｍｇ_３Ｎ_２ ＋ ３Ｃｌ_２・・・・・（８）

ただし、本例の場合、反応性ガスを供給するガス供給手段を先に説明した水素供給手段に代えて窒素供給手段にすることになる。
具体的には、先に説明した水素供給手段の水素の供給源となる図示しない水素貯蔵部（水素ボンベ又は水素貯蔵タンク）を窒素の供給源となる（窒素ボンベ又は窒素貯蔵タンク）に変更し、先に説明したマスフローメータ等の流量制御器（第１流量制御器ＭＦＣ１及び第２流量制御器ＭＦＣ２）を水素用のものから窒素用のものに変更すればよい。

そして、窒化マグネシウムは、比較的低温の箇所に析出する傾向が伺える実験結果を得ているが、本方法であれば、先に説明したように、プラズマが存在する範囲内に配置されている付着手段８０の表面の表面温度を窒化マグネシウム（目的の生成物）が析出し易い所定の温度範囲内に保つことが可能であるため、効率よく窒化マグネシウムの状態の生成物を付着手段８０上に付着させることが可能である。

なお、一般的には、窒化マグネシウムは、金属マグネシウムを高温窒素雰囲気で処理して生成されている。
このため、一般的な製法では、窒化マグネシウムを生成するために、まず、塩化マグネシウムを原料として金属マグネシウムを生成する工程が必要であるが、本発明の方法であれば、金属マグネシウムを生成する工程を省略して、直接、塩化マグネシウムを原料として窒化マグネシウムを生成することが可能である。

一方、窒化マグネシウムは、酸素原子を実質的に含まない窒素を反応性ガスとした反応性ガスのプラズマ（マイクロ波表面波窒素プラズマ）以外にも、原料に塩化マグネシウムを用い気化させた塩化マグネシウムを、酸素原子を実質的に含まない窒素及び水素を反応性ガスとした反応性ガスのプラズマ（マイクロ波表面波窒素プラズマ及びマイクロ波表面波水素プラズマ）中に供給することでも生成できると思われる実験結果を得ており、このため、反応性のプラズマは、複数の反応性ガスが混合されたプラズマであってもよい。
なお、この場合には、反応性ガスを供給するガス供給手段として、先に説明した水素供給手段に加え、窒素供給手段を設けるようにすればよい。

このように、金属原子を含む原料（上記例では、塩化マグネシウムや塩化チタン）を気化させて、蒸気の状態で酸素原子を実質的に含まない反応性ガスのプラズマ（マイクロ波表面波プラズマ）中に供給してプラズマと反応させる方法であれば、反応性がよいため、多岐にわたる生成物（上記例では、水素化マグネシウム、チタンや窒化マグネシウム）を得ることが可能である。

しかも、プラズマが存在する範囲内に配置されている付着手段８０の表面の表面温度が生成物の析出に適した所定の温度範囲内に保たれるため、良好に金属原子を含む生成物を得ることができるだけでなく、先に説明した水素化マグネシウムのように、本来、析出が困難と思われているような生成物であっても得ることが可能な極めて有用な方法である。

なお、金属原子は、酸素原子と結合して安定した酸化物を形成する場合が多く、酸素原子を含むとプラズマ中で酸化物が形成されてしまうため、既に記載しているとおり、反応性ガスが酸素原子を実質的に含まないものとすることが好ましい。
つまり、酸素原子を実質的に含まない反応性ガスとは、プラズマとの反応を阻害しない程度に反応性ガス中の酸素のコンタミが少なく、また、プラズマとの反応を阻害しない程度に反応性ガス中の水分のコンタミが十分に低い、露点が低い純度の高い反応性ガスを意味する。

ところで、金属原子を含む原料の中には、気化させるために必要な加熱温度が１０００℃を超えるようなものもあり、先に説明した製造装置１の原料供給手段５０を、そのような高温に耐えられるようにするためには、例えば、高温になる部分にカーボン材料を用いるとともに、そのカーボン材料が空気（酸素）に触れないように、比較的高温に耐えられるＳＵＳ（ステンレス）等の金属内に収容し、カーボン材料を通電加熱させる一方、ＳＵＳ（ステンレス）等の部分が熱劣化や溶融を起さないように水冷するといった大掛かりな構成になるおそれがある。

そこで、比較的、シンプルな構成で、そのように原料の気化に高温が必要である場合に対応できる、金属原子を含む原料をプラズマで処理して原料と異なる生成物を得る製造装置１について、次に説明する。

（第３実施形態）
図４は、本発明に係る第３実施形態のシンプルな構成で原料の気化に高温が必要である場合に対応できる、金属原子を含む原料をプラズマで処理して原料と異なる生成物を得る製造装置１を説明するための図である。

図４に示す製造装置１は、先に説明した図２に示す製造装置１と多くの部分が共通しているので、主に異なる部分について説明し、同様の部分についての説明は、省略する場合がある。

第３実施形態の製造装置１は、図４に示すように、少なくとも反応室２内の第１空間Ｆに露出する表面５５Ａを有する陰極部５５と、少なくとも反応室２内の第１空間Ｆに露出し、原料の配置される表面５６Ａを有する陽極部５６と、陽極部５６と陰極部５５の間に電圧を印加する電圧印加手段５７と、を備えた原料供給手段５８を備えている。

具体的には、陽極部５６は、高温に耐えることが可能で電極として機能し、後述のように発熱できる材料（例えば、タングステン等）で形成されたプレートであり、陰極部５５は、先に説明したリフレクタ７０を、例えば、ＳＵＳ（ステンレス）等の導電性の材料で形成するようにして用いることができる。

そして、電圧印加手段５７で、陽極部５６が陽極として機能し、陰極部５５が陰極として機能するように、陽極部５６と陰極部５５の間に電圧を印加する。
なお、金属原子を含む原料は、陽極部５６の鉛直方向上側を向く表面５６Ａ上に配置される。

このような状態でプラズマ（マイクロ波表面波プラズマ）を発生させると、プラズマ中の電子が陽極部５６に引き寄せられて陽極部５６に衝突し、陽極部５６が１０００℃を越える高温に発熱し、金属原子を含む原料が気化され、反応性ガスのプラズマ中に供給されることになる。

ただし、少なくとも陽極部５６の一部が、露出し電子が衝突できるようにする必要があり、例えば、本実施形態では、陽極部５６の原料が配置される表面５６Ａと反対側となる裏面が剥き出しになっているだけでなく、陽極部５６の一部が、露出し電子が衝突できるように表面５６Ａ上に原料が配置される。
なお、図４には記載していないが、原料の減少に合わせて陽極部５６上に原料を送る手段を設けるようにしてもよい。

一方、電子が陽極部５６に集まると、プラズマ中の電子の数が減少し、プラズマ自身がプラスに近づくが、プラズマ自体は全体で中性である性質を有しているため、プラスイオンの濃度が高くなるにつれて、陽極部５６に電子が集まらなくなっていく。

そこで、本実施形態では、反応室２内の第１空間Ｆに露出する表面５５Ａを有する陰極部５５を設けるようにすることで、その表面５５Ａにプラスイオン（例えば、プラスの水素イオン等）が引き付けられ、そのプラスイオンが電子を受け取ることで、電子とプラスイオンの均衡を保つようにしている。

このため、プラズマ全体の中性が保たれるので、陽極部５６に集まる電子の減少が抑制され、持続的に原料を加熱し続けることができる。
なお、陽極部５６が大きくなりすぎると、電子が衝突する箇所が分散され、発熱し難くなるため、陽極部５６は、原料の気化に必要な温度に発熱する表面積の大きさや厚み等を有するものとし、一方、陰極部５５は、発熱の必要はなく、また、効率よく電子とプラスイオンの均衡を保つように、プラスイオンが接触できる表面積が十分に広く取られたものとするのがよい。

本実施形態では、リフレクタ７０を陰極部５５に利用しているが、例えば、リフレクタ７０を省略し、反応室２の第１空間Ｆに露出する筐体１０の内面が陰極部５５となるようにしてもよい。

また、本実施形態では、陽極部５６となるプレートが、反応室２の第１空間Ｆ内に配置されたものになっているが、陽極部５６は、一部が反応室２の第１空間Ｆ内に位置しなくても、原料の配置される表面５６Ａが反応室２の第１空間Ｆ内に露出していればよい。

一方、気化に高温が必要な原料の場合、窓Ｗに原料や生成物が付着し、プラズマが発生し難くなる、又は、発生しなくなるおそれがあるため、窓Ｗに向けて反応性ガスを吹き付けるような構成として、原料及び生成物の窓Ｗの表面への付着を抑制する抑制手段を備えるものとしてもよい。

なお、例えば、純石英の窓Ｗ等であれば、１５００℃を超える温度にも耐えることが可能であるため、窓Ｗを純石英で形成し、窓Ｗに反応性ガスを吹き付けるようにするのに代えて、窓Ｗの温度を原料や生成物が付着しない程度の温度にするような抑制手段としてもよい。

以上、具体的な実施形態に基づいて、本発明について説明してきたが、本発明は、上記の具体的な実施形態に限定されるものではない。
例えば、反応性ガスとしては、希ガス以外で酸素原子を含まないガス、例えば、メタン、フッ化物ガス等であってもよい。

なお、酸素原子を実質的に含まない反応性ガスに酸素ガスが含まれないことは当然であり、一方、反応性ガスでない不活性ガス（いわゆる希ガス）を反応が低下しない程度の濃度でプラズマの点灯状態を安定させるために反応性ガスに混合させてもよい。

また、上記実施形態では、発生するプラズマの存在する範囲内に配置され、生成物を付着させる付着手段８０は、付着手段８０の生成物を付着させる表面の表面温度を生成物の析出に適した所定の温度範囲内に保つために冷却手段で冷却されるものとなっていた。
一般的には、付着手段８０は、所定の温度範囲よりも高い温度となる場合が多いと考えられるため、所定の温度範囲に保つ手段は、冷却手段となると考えられる。

しかし、場合によっては、付着手段８０が所定の温度範囲よりも低い温度となることもあり得るため、この場合には、付着手段８０の生成物を付着させる表面の表面温度が所定の温度範囲となるように、加熱する手段を設けることになる。
したがって、製造装置１は、付着手段８０の生成物を付着させる表面の表面温度を生成物の析出に適した所定の温度範囲内に保つための温度制御手段を備えることになる。

このように、本発明は、具体的な実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形や改良を施したものも本発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは、当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ 製造装置
２ 反応室
３ 縁切扉
４ 取出扉
５ 剥離手段
１０ 筐体
１１ 仕切部
１１Ａ 開口部
２０ マイクロ波発生手段
２１ 導波管
３０ 減圧手段
３１ 第１排気管
３１Ａ 第１排気バルブ
３１Ｂ 排気バルブ
３２ 第１真空ポンプ
３２Ａ 第１圧力計
３３ 第２排気管
３３Ａ 第２排気バルブ
３４ 第２真空ポンプ
３４Ａ 第２圧力計
３５ 分岐排気管
４１ 第１供給管
４１Ａ 第１供給バルブ
４２ 第２供給管
４２Ａ 第２供給バルブ
５０ 原料供給手段
５１ 原料貯蔵部
５２ 原料供給管
５３ 第１加熱部
５３Ａ 第１電源
５４ 第１温度計
５５ 陰極部
５５Ａ 表面
５６ 陽極部
５６Ａ 表面
５７ 電圧印加手段
５８ 原料供給手段
６０ 加熱手段
６１ 第２加熱部
６１Ａ 第２電源
６２ 第２温度計
７０ リフレクタ
７１ 冷却管
７２ 挿入管
８０ 付着手段
８１ 表面
８２ 容器
８３ ベルト
９０ 大気開放管
９１ リークバルブ
Ｆ 第１空間
ＩＮ 冷媒供給口
ＭＦＣ１ 第１流量制御器
ＭＦＣ２ 第２流量制御器
ＯＵＴ 冷媒排出口
ＰＩＮ パージ気体供給口
Ｒ１ 駆動プーリ
Ｒ２ 従動プーリ
Ｓ 第２空間
Ｔ 第３空間
Ｗ 窓

Claims (20)

1. 水素化マグネシウムの製造方法であって、
   前記水素化マグネシウムと異なるマグネシウム化合物に水素プラズマを照射する手順と、
   前記水素プラズマが存在する範囲内に配置した前記水素化マグネシウムを付着させる付着手段に前記水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物を付着させる手順と、を含み、
   前記付着手段の表面温度が前記水素化マグネシウムの析出する所定の温度以下に保たれていることを特徴とする製造方法。
2. 前記マグネシウム化合物が酸素原子を有しないマグネシウム化合物であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記マグネシウム化合物がハロゲン化マグネシウムであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の製造方法。
4. 前記マグネシウム化合物が塩化マグネシウムであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の製造方法。
5. 前記マグネシウム化合物への前記水素プラズマの照射を停止させないで、前記付着手段から前記マグネシウム生成物を剥離させて回収する手順を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の製造方法。
6. 前記回収する手順は、
   前記マグネシウム化合物への前記水素プラズマの照射を停止させないで、前記水素プラズマを照射する装置から前記マグネシウム生成物を取り出せる取出室へ、剥離させた前記マグネシウム生成物を収容させることが可能な位置に前記付着手段に付着した前記マグネシウム生成物を移動させる手順と、
   前記取出室に収容させるように前記付着手段から前記マグネシウム生成物を剥離させる手順と、を含むことを特徴とする請求項５に記載の製造方法。
7. 水素化マグネシウムを用いた発電システムであって、
   前記水素化マグネシウムと異なるマグネシウム化合物から前記水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物を生成する手順と、
   前記マグネシウム生成物から水素を発生させる手順と、
   発生した前記水素を発電部に供給し、発電を行う手順と、
   前記水素を発生させた後のマグネシウムを含有する副生成物から前記マグネシウム化合物を生成する手順と、を含むことを特徴とする発電システム。
8. 前記マグネシウム化合物が塩化マグネシウムであり、
   前記副生成物が水酸化マグネシウム又は酸化マグネシウムを含み、
   前記マグネシウム化合物を生成する手順が、
   前記副生成物と塩酸とを反応させて塩化マグネシウムの水和物を得る手順と、
   前記水和物を脱水する手順と、を含むことを特徴とする請求項７に記載の発電システム。
9. 前記マグネシウム生成物を生成する手順が、請求項４に記載の製造方法によって行われることを特徴とする請求項８に記載の発電システム。
10. 水素化マグネシウムの製造装置であって、
    反応室内に供給されるマイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、
    前記反応室内に水素を供給する水素供給手段と、
    前記反応室内に前記水素化マグネシウムと異なるマグネシウム化合物を供給する原料供給手段と、
    発生する水素プラズマの存在する範囲内に配置され、前記水素化マグネシウムを含むマグネシウム生成物を付着させる付着手段と、
    前記付着手段の前記マグネシウム生成物を付着させる表面の表面温度を前記水素化マグネシウムの析出する所定の温度以下に保つ冷却手段と、を備えることを特徴とする製造装置。
11. 前記反応室内を減圧する減圧手段と、
    前記反応室内を加熱する加熱手段と、を備えることを特徴とする請求項１０に記載の製造装置。
12. 前記水素プラズマの存在する範囲が、目視できる程度のプラズマ密度の前記水素プラズマが存在する範囲であることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の製造装置。
13. 前記付着手段から前記マグネシウム生成物を剥離させる剥離手段と、
    前記マグネシウム化合物への前記水素プラズマの照射を停止させないで、前記マグネシウム生成物を取り出すことが可能な取出室と、を備え、
    前記剥離手段は、前記付着手段から前記マグネシウム生成物を剥離させると剥離された前記マグネシウム生成物が前記取出室に収容される位置に設けられており、
    前記付着手段が、前記剥離手段によって前記マグネシウム生成物が剥離される位置まで付着した前記マグネシウム生成物を移動可能であることを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の製造装置。
14. 前記反応室内に前記マイクロ波を入射させる部分に設けられた誘電体材料の窓を備え、
    前記窓の表面で前記水素プラズマとして高密度で電子温度が低いマイクロ波表面波水素プラズマを発生させることを特徴とする請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載の製造装置。
15. 金属原子を含む原料をプラズマで処理して前記原料と異なる生成物を得る生成物の製造方法であって、
    前記原料を気化させて酸素原子を実質的に含まない反応性ガスの前記プラズマ中に供給する手順と、
    前記プラズマが存在する範囲内に配置した前記生成物を付着させる付着手段に前記生成物を付着させる手順と、を含み、
    前記付着手段の表面温度が前記生成物の析出に適した所定の温度範囲内の温度に保たれていることを特徴とする製造方法。
16. 前記プラズマがマイクロ波表面波プラズマであることを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。
17. 金属原子を含む原料をプラズマで処理して前記原料と異なる生成物を得る製造装置であって、
    反応室内に供給されるマイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、
    前記反応室内に酸素原子を実質的に含まない反応性ガスを供給するガス供給手段と、
    前記原料を気化させて前記反応性ガスの前記プラズマ中に供給する原料供給手段と、
    発生する前記プラズマの存在する範囲内に配置され、前記生成物を付着させる付着手段と、
    前記付着手段の前記生成物を付着させる表面の表面温度を前記生成物の析出に適した所定の温度範囲内に保つ温度制御手段と、
    を備えることを特徴とする製造装置。
18. 前記反応室内を減圧する減圧手段と、
    前記反応室内に前記マイクロ波を入射させる部分に設けられた誘電体材料の窓と、を備え、
    前記窓の表面で前記プラズマとして高密度で電子温度が低い前記反応性ガスのマイクロ波表面波プラズマを発生させることを特徴とする請求項１７に記載の製造装置。
19. 前記原料及び前記生成物の前記窓の前記表面への付着を抑制する抑制手段を備えることを特徴とする請求項１８に記載の製造装置。
20. 前記原料供給手段は、
    少なくとも前記反応室内に露出する表面を有する陰極部と、
    少なくとも前記反応室内に露出し、前記原料の配置される表面を有する陽極部と、
    前記陽極部と前記陰極部の間に電圧を印加する電圧印加手段と、を備えることを特徴とする請求項１７から請求項１９のいずれか１項に記載の製造装置。