JP2020083745A - Creation of hydrogen from sand - Google Patents

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雅之 熊田
Masayuki Kumada
雅之 熊田
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KUMADA HITOMI
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Abstract

To provide: a substance, by searching for unknown substances for hydrogen generation; and a substance conversion device in which the yield is improved.SOLUTION: The problem is solved by: selecting unnecessary substances such as sand and wastes as substance for hydrogen generation; and adding electrostatic field and magnetic device to high temperature plasma device such as RF thermal plasma generator, solar light excited laser generator and plasma torch.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は従来の化石燃料に替わり太陽エネルギーに基づいた持続かつ再生可能なエネルギー貯蔵を可能にするために、砂漠等に大量に存在する砂などから水素を創る方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for producing hydrogen from sand or the like existing in a large amount in a desert or the like in order to enable a sustainable and renewable energy storage based on solar energy instead of conventional fossil fuel.

人類は現在の文明を持続するために必要なエネルギーの大部分を化石燃料に頼っている。この化石燃料は二酸化炭素を大量に排出するために環境温度を上昇させまた大気汚染など環境悪化の原因となっている。しかも化石燃料の埋蔵量は残り100年間もないと言われている。Mankind relies on fossil fuels for most of the energy it needs to sustain its current civilization. Since this fossil fuel emits a large amount of carbon dioxide, it raises the environmental temperature and causes environmental deterioration such as air pollution. Moreover, it is said that the fossil fuel reserves will not last for 100 years.

二酸化炭素を排出しない軽水炉の原子力エネルギーにおいても燃料のウランも同様の少ない埋蔵量である。代替エネルギー源としてはトリウムを燃料としたトリウム溶融塩炉の必要性が一部の識者から指摘されているが中国やインドで検討されているもののまだ実現に至っていない。(つくば経済月報、2018年6月号、熊田雅之)In the nuclear energy of light water reactors that do not emit carbon dioxide, uranium as a fuel also has a small reserve. Some experts have pointed out the need for a thorium molten salt reactor that uses thorium as an alternative energy source, but it has not been realized yet although it has been studied in China and India. (Tsukuba Economic Monthly Report, June 2018 issue, Masayuki Kumada)

原子力以外に化石燃料に替わるエネルギー源としてソーラーエネルギー、風力エネルギー、バイオエネルギー、地熱エネルギーなどが開発されているが量的にはソーラーエネルギーを除いて進展は遅い。Solar energy, wind energy, bioenergy, geothermal energy, etc. are being developed as alternative energy sources to fossil fuels in addition to nuclear power, but progress is slow except for solar energy in terms of quantity.

太陽エネルギーの地球に降り注ぐ電力換算密度はおよそ1kW/m2と言われている。例えばサハラ砂漠の一日の発電量はおよそ6.7kWhである。平均値ではおよそ一日6時間のエネルギー照射量だ。地球最大のサハラ砂漠(アフリカ)の面積はおよそ1,000万平方キロ=10x10^12m2なのでその1%の用地が太陽エネルギーから電力に変換できたとすると時間あたりの電力発生能力はおよそ10TWだ。同様にアラビア(中近東)が2.6TW,ゴビ砂漠が1.3TW(アジア),パタゴニア(南アメリカ)が0.7TW,グレートパタゴニア(オーストラリア)も0.7TW、カラハリ砂漠(アフリカ)が0.6tw,グレートベイスン(北アメリカ)が0.5TWだ。主要砂漠の1%の利用率で総計で16TWとなる。ちなみにおよそ1GWは軽水炉一基分に相当する。世界の原発の総数は439基で全電力の11%(http://feel−japan.net/?p=5511)であるからおよそ4,000基の原発(あるいはトリウム炉)があれば全地球の電力はまかなえる。これは4TWに相当する。ただし日照量を考慮すれば重みファクターを仮に1/4とし、さらに変換装置の効率を50%とすれば32TW発電できれば全消費電力をまかなえる。全自動車のエネルギーはこの全消費電力に含まれていないのでこれを電力と同じエネルギーとすれば全エネルギー=電力エネルギー+自動車エネルギーとして64TW必要となる。利用率が1%の時に砂漠の合計が16TWなので全てのエネルギーを砂エネルギーだけで賄おうとすれば砂漠の面積の4%が必要となる。It is said that the power conversion density of solar energy falling on the earth is about 1 kW/m2. For example, the daily power generation in the Sahara Desert is about 6.7 kWh. The average value is about 6 hours of energy irradiation per day. The area of the Sahara Desert (Africa), the largest in the world, is about 10 million square kilometers = 10 x 10^12 m2, so if 1% of the land could convert from solar energy to electricity, the power generation capacity per hour is about 10 TW. Similarly, Arabian (Middle East) 2.6 TW, Gobi Desert 1.3 TW (Asia), Patagonia (South America) 0.7 TW, Great Patagonia (Australia) 0.7 TW, Kalahari Desert (Africa) 0. 6tw, Great Basin (North America) is 0.5TW. With a utilization rate of 1% in the major deserts, the total is 16 TW. By the way, about 1 GW is equivalent to one light water reactor. The total number of nuclear power plants in the world is 439, which is 11% of the total electric power ( http://feel-japan.net/?p=5511 ), so if there are about 4,000 nuclear power plants (or thorium reactors) Can supply electricity. This corresponds to 4TW. However, considering the amount of sunshine, if the weighting factor is set to 1/4 and the efficiency of the converter is set to 50%, the total power consumption can be covered if 32 TW of power can be generated. Since the energy of all vehicles is not included in this total power consumption, if this is the same energy as power, 64 TW is required as total energy=electric power energy+vehicle energy. When the utilization rate is 1%, the total amount of desert is 16 TW, so if we were to cover all the energy with sand energy, 4% of the area of the desert would be required.

太陽エネルギーからのソーラーパネルのエネルギーは装置は30年程度という短い寿命と寿命後の使用済みパネルの廃棄問題が未解決である。また廃棄パネルを野ざらしにしておくと電圧が常時発生し安全上の問題も残っている。さらに日照のある時にしかエネルギーを供給できないので、同等以上のエネルギーを蓄えることが必須であるが、高性能・大容量のバッテリー(蓄電器)などはまだ発展途上である。電気自動車や携帯電話で必須の最先端のバッテリー材料であるリチウム資源の埋蔵量が尽きるのも2100年だと言われており当てにできない。現状でのエネルギーは持続性において問題山積みである。そもそもリチウム電池は化石燃料で充電される上にリチウムの埋蔵量も有限なので新しいバッテリーの開発は必須である。The solar panel energy from solar energy has a short life of about 30 years, and the problem of disposal of used panels after the life is unsolved. Also, if the waste panel is left open, a voltage will be generated all the time, and there is a safety issue. Furthermore, since energy can be supplied only when there is sunshine, it is essential to store equal or more energy, but high-performance, large-capacity batteries (electric storage devices) are still in the developing stage. It is said that it will be 2100 when the reserves of lithium resources, which are the most advanced battery materials required for electric vehicles and mobile phones, will be exhausted, and it cannot be relied on. Currently, energy is a problem in terms of sustainability. In the first place, lithium batteries are charged with fossil fuels, and the reserves of lithium are limited, so the development of new batteries is essential.

一方、地球温暖化ガスである二酸化炭素問題などから化石燃料をエネルギー源としている自動車が電気自動車に替わるようにEUや中国で法制化が決定されつつあり、供給される水素そのものの大半が化石燃料を使って作られているのが現状では解決案になっていない。水素の製造エネルギーは再生可能でなければならない。On the other hand, legislation is being decided in the EU and China to replace cars that use fossil fuels as energy sources with electric vehicles due to the problem of carbon dioxide, which is a global warming gas, and most of the hydrogen itself supplied is fossil fuels. It is not made a solution at present under the condition that it is made using. Hydrogen production energy must be renewable.

以上のような状況下で矢部孝らは酸化マグネシウムの太陽光励起レーザーによりマグネシウムを生成し(還元反応)、できたマグネシウムと水を反応させ水素を作る方法を考案し、実際にレーザー装置プロトタイプを開発し、その太陽光でマグネシウムを単離しさらに電池を製品化するまでに至った。(特許第5124728号)の方法の利点はマグネシウム生産のための電力が直接的に再生可能エネルギーでほぼ賄えることである。マグネシウムは海水からいくらでも生成できかつ再生可能である。副産物として飲料水の製造もできる。Under the above circumstances, Takashi Yabe et al. devised a method of producing magnesium (reduction reaction) using a solar-excited laser of magnesium oxide (reduction reaction), reacting the produced magnesium with water to produce hydrogen, and actually developed a laser device prototype. Then, the sunlight was used to isolate magnesium and further commercialize the battery. The advantage of the method of US Pat. No. 5,124,728 is that the electric power for magnesium production can be directly supplied by renewable energy. Magnesium can be produced and regenerated from seawater any number of times. Drinking water can also be produced as a by-product.

矢部孝らの方法ではマグネシウムと水あるいはアルカリ溶液を別々に用意し、必要な時に必要な場所で水素を発生させられる。現状の諸国の計画では水素を高い圧力の気体の状態でユーザーに供給するという方法で不便さは避けられない。マグネシウム法では水素の運搬の問題の改善をできるという点で画期的であった。しかし、この発明では酸化マグネシウムを海水から分離しその後、レーザーで純粋なマグネシウムを単離するという方法をとっているので2ステップ必要である。According to Takashi Yabe's method, magnesium and water or an alkaline solution are prepared separately, and hydrogen can be generated when and where it is needed. Inconvenience is unavoidable in the plan of the present countries by supplying hydrogen to the user in the state of high pressure gas. The magnesium method was epoch-making in that it could solve the problem of hydrogen transportation. However, in the present invention, since magnesium oxide is separated from seawater and then pure magnesium is isolated by a laser, two steps are necessary.

マグネシウムエネルギーシステムは優れた発明であるが、この方向でさらに改善はできないか?あるいは別の観点からもっと優れた方法が考えられないか?マグネシウムを別の物質にしてもっと効率よくナノサイズにできないか?と我々は考えた。我々は砂を熱プラズマに照射する、あるいはフォーカスされたレーザー光で砂に照射することで水素生成物質を取り出すという1ステップ生成の方法を考案した。生成ステップが少ないのでコストも時間もより削減が期待できる。またマグネシウムは単独でも有用であるが、砂漠の砂は単独での利用価値は少なかったという違いがある。The magnesium energy system is an excellent invention, but can we improve it further in this direction? Or is there another way to think of a better way? Is it possible to use magnesium as another substance and make it more nano-sized more efficiently? We thought. We have devised a one-step generation method in which the hydrogen generating substance is taken out by irradiating the sand with thermal plasma or by irradiating the sand with focused laser light. Since there are few generation steps, cost and time can be expected to be further reduced. Magnesium is also useful alone, but the difference is that desert sand was of little use value.

我々は砂はマグネシウムを包含する物質として複合酸化ミネラル物質と考えられることに着目した。We noted that sand is considered to be a complex oxide mineral substance as a substance containing magnesium.

矢部らの考察した物質はシリカ(二酸化ケイ素)を含んでいない(特許第5124728号))。まず我々はシリカを水素発生の新物質リストにつけ加えた。調査の結果、籾殻のシリカのナノサイズが高い可能性があるとわかった。籾殻には20%前後のシリカを含み、酸化物のシリカの生成はすでに公知であった。ミネラルのナノサイズ化がで水素発生にとって必須である。ことに籾殻のシリカは大きさが1nmをきることが可能でさらに有利である(ノウハウとして未公開)。The material discussed by Yabe et al. does not contain silica (silicon dioxide) (Patent No. 5124728)). First, we added silica to the list of new substances for hydrogen evolution. As a result of the investigation, it was found that the nano-size of silica in rice husk may be high. The rice husk contained about 20% silica, and the formation of oxide silica was already known. Nano-sizing of minerals is essential for hydrogen generation. In particular, rice husk silica is even more advantageous because it can be less than 1 nm in size (undisclosed as know-how).

さらなる発見は砂漠の砂は主成分はシリカだがマグネシウムやその他のミネラルを多種含むことであった。砂漠の砂はミネラルの塊である。場合によっては砂にはシリカが少なくカルシウムの方が多い砂もある。サンゴなどが砂になった場合でこれもミネラルで水素発生物質に含まれる。砂は場所によって成分は多種多様である。多くの砂はなんらかの複数の有用なミネラルを含む。ナノミネラルのほとんどは水素を発生することがわかった。A further finding was that desert sands are silica-based but contain many magnesium and other minerals. Desert sand is a mass of minerals. In some cases, the sand is low in silica and high in calcium. When coral becomes sand, it is also a mineral and is included in the hydrogen generating substance. Sand has various components depending on the place. Many sands contain some multiple useful minerals. Most of the nano-minerals were found to generate hydrogen.

砂漠では太陽エネルギーと砂が共存している。砂は複合ミネラルの酸化物である。太陽光は光束を絞ることで酸素を剥ぎ取りミネラルだけを単離(分離)可能である。電力が必要な時と場所で水と砂のナノミネラルを組み合わせることで密度の高い水素・電力を自在に作れるので電気自動車のエネルギーとしては最適である。注意すべきはこのためエネルギー貯蔵として砂漠に水が存在する必ずしも必要はない。ナノミネラルのみの形態で貯蔵可能である。In the desert, solar energy and sand coexist. Sand is an oxide of complex minerals. By squeezing the luminous flux of sunlight, oxygen can be stripped off and only minerals can be isolated (separated). It is optimal as energy for electric vehicles because it can freely generate dense hydrogen and electricity by combining nano-minerals of water and sand when and where electricity is needed. It is important to note that water is not necessarily present in the desert as an energy store. It can be stored in the form of nano-minerals only.

砂漠の代表例として世界最大の大きさを誇る(〜1000万km2)サハラ砂漠(モロッコ,西サハラ,モ―リタニア,アルジェリア,マリ共和国,ニジェ―ル,チュニジア,リビア,チャド,エジプト,ス―ダンの11カ国にわたる)を考える。
以下がサハラ砂漠の砂が成分である。
サハラ砂漠の砂には微量のCO3が含まれているが問題はない。むしろ熱分解して単離した炭素はナノカーボンなのでミネラルと相互作用として逆に水素発生を助けることもありうる(NEDO海外レポ―トNO.1094,2013.4.17、http://www.nedo.go.jp/content/100522399.pdf)。
The largest desert in the world (up to 10 million km2) Sahara (Morocco, Western Sahara, Moritania, Algeria , Republic of Mali, Niger, Tunisia, Libya, Chad, Egypt, Sudan) Of 11 countries).
The following is the Sahara desert sand.
The Sahara sand contains a small amount of CO3, but this is not a problem. Rather, carbon that is thermally decomposed and isolated is nanocarbon, so it may interact with minerals to assist hydrogen generation (NEDO Overseas Report No. 1094, 2013.4.17, http://www. nedo.go.jp/content/100522399.pdf).

上述の表のようにサハラ砂漠の砂にはSi,Ca,Mg,Al,Naの酸化物らが含まれていて、これらを高温に加熱することでなの酸素を引き離したナノミネラルができる。これをを水と反応させれば水素が発生する。
以下にサハラ砂漠の砂から単離したミネラル成分と水の反応の化学式を示す:
CO3は分解され静電分離されるので炭酸ガスは発生しない。
As shown in the above table, the sand of the Sahara contains oxides of Si, Ca, Mg, Al, Na, etc. By heating these to high temperatures, nano-minerals with separated oxygen are formed. When this is reacted with water, hydrogen is generated.
The chemical formulas for the reaction of water with minerals isolated from the Saharan sand are shown below:
Since CO3 is decomposed and electrostatically separated, carbon dioxide gas is not generated.

反応の効果をあげるには表面積の大きなナノ物質が優れている。ミネラルと水と単に反応させるのではなくナノミネラルと反応させる。ナノ物質は単に表面積が増えるだけでなくバンドギャップなどの電圧などの変化も伴い、物性が変化をする。Nanomaterials with a large surface area are excellent for enhancing the reaction effect. React with nano-minerals, not just with minerals and water. The physical properties of nanomaterials change not only with the increase in surface area but also with changes in voltage such as bandgap.

酸化ミネラル粒子から多種のナノミネラルに生成するには高温プラズマで酸化しているミネラルをバラバラにして急冷する。この方法は文献”高周波プラズマ法によりナノ粒子製造技術、2013年10月号(Vol.61 No.10)”に開示されている。しかしこれらの装置では生成される多くのナノ物質は酸素を取り除き単離されたあと冷却時に再度酸化物に戻ってしまう。これを避けるためにプラズマ生成の段階でミネラルのプラスイオンと酸素のマイナスイオンをプラズマ発生後直ちに静電界で電気的に分離する(後述の熱プラズマ発生装置の図面ではその為の電極等は省略している)方法を考えた。To generate various types of nano-minerals from oxidized mineral particles, the minerals that have been oxidized by high-temperature plasma are separated and rapidly cooled. This method is disclosed in the document "Technology for producing nanoparticles by high-frequency plasma method, October 2013 issue (Vol. 61 No. 10)". However, in these devices, many of the nanomaterials produced are removed from oxygen, isolated, and then returned to oxides upon cooling. To avoid this, at the plasma generation stage, the positive ions of minerals and the negative ions of oxygen are electrically separated by an electrostatic field immediately after the plasma is generated (the electrodes for that purpose are omitted in the drawing of the thermal plasma generator described later). I thought about the method.

高温プラズマ発生部は摂氏1万度を超えるプラズマ温度が望ましい。その一例のナノミネラル単離機能の優れた改良型の高周波プラズマ発生装置の機能図を図に示す。概略は”問題を解決する手段の項に後述する。It is desirable that the high temperature plasma generation part has a plasma temperature exceeding 10,000 degrees Celsius. An example of the functional diagram of an improved high-frequency plasma generator with excellent nano-mineral isolation function is shown in the figure. An outline will be given later in the section "Means for Solving Problems".

酸素を単離する装置として三種の装置を原型として使い分ける。その1:高周波熱プラズマ加熱 その2:矢部孝の太陽光励起レーザー方式、その3:渡辺孝行方式のアーク放電によるプラズマ
行)。これらの異なった加熱方法は対象とする種々の砂漠の砂などによって使い分ける。例えばガラスは高周波熱プラズマ、カルシウムには太陽光励起レーザーというふうに。砂には個性があるので砂漠の名前などを接頭語につけて種類分けをすることが望ましい。例えば砂サハラ、砂ゴビというように。これら全ての装置において冷却時の再結合の問題があるので本発明の静電分離部のようにプラズマの正負のイオンを分離する必要がある。
Three types of devices are used as prototypes to separate oxygen. Part 1: High-frequency thermal plasma heating Part 2: Takashi Yabe's solar-excited laser method, Part 3: Takayuki Watanabe's arc discharge plasma
line). These different heating methods are used properly depending on the target desert sand and the like. For example, glass is high-frequency thermal plasma, calcium is a solar-excited laser, and so on. Since sand has its own character, it is desirable to classify it by adding a desert name to the prefix. For example, sand sahara, sand gobi. Since all of these devices have the problem of recombination during cooling, it is necessary to separate positive and negative ions of plasma as in the electrostatic separation part of the present invention.

太陽光励起レーザーなどのプラズマ発生装置以外のRF熱プラズマ装置やプラズマトーチ装置は壁からの電力会社からの電力で賄う。電力会社にはソーラーパネルなどの発電から系統ラインに供給する。本設備の発展と共にソーラーエネルギーや本発明の多種のミネラルを含む砂エネルギーに変えていくことによってエネルギー源をオール太陽エネルギーにしていく。RF thermal plasma devices and plasma torch devices other than plasma generators such as solar-excited lasers are covered by electric power from a power company from the wall. Power companies will be supplied to the grid line from power generation such as solar panels. With the development of this equipment, the solar energy and sand energy containing various minerals of the present invention will be changed to all solar energy sources.

本発明は砂から水素を創るために考案されたが、本装置は稲の籾殻の二酸化ケイ素、廃棄ガラス、廃棄アルミ缶、ゼオライトなどのナノミネラル化においても有効である。廃棄されたガラスやアルミ缶はすでに一時処理が済んでいて追加エネルギーが少なくて済む。稲の籾殻からのシリカはさらにナノのサイズ以下にできる筆者の考案した特別な方法がある(未公開)。これでは入手不能なサブナノ物質なので価値が高い。またゼオライトはアルミニウムとケイ素が主成分ですでに入手時点で数十ミクロンのサイズなので扱い安い。他にも公害物質としての黄砂は砂漠由来で、質量が多い順にケイ素が24−30%、カルシウムが7−12%、アルミニウムが7%、鉄が4−6%、カリウムが2‐3%、マグネシウムが1−3%を含有している。黄砂の粒径は数ミクロンと小さくナノ粒子にするのが容易でもある。これらの全ての物質に共通な要素はナノミネラルである。
より広い視点から考えると本発明は”砂から電力を作る”は”ナノミネラルから電力を創る”と言い換えられる。
The present invention was devised to create hydrogen from sand, but this device is also effective for nanomineralization of rice husk silicon dioxide, waste glass, waste aluminum cans, zeolite, and the like. Discarded glass and aluminum cans have already been temporarily processed and require less additional energy. There is a special method devised by the author to make silica from rice husks even smaller than nano size (unpublished). Since this is a sub-nanomaterial that is not available, it is highly valuable. In addition, since zeolite and aluminum are the main components and zeolite is several tens of microns in size at the time of acquisition, it is cheap to handle. In addition, yellow sand as a pollutant originates from the desert, with 24-30% silicon, 7-12% calcium, 7% aluminum, 4-6% iron, 2-3% potassium, in descending order of mass. Magnesium contains 1-3%. The particle size of yellow sand is as small as a few microns, and it is also easy to make nanoparticles. A common element of all these substances is nanominerals.
From a broader perspective, the present invention can be restated as "creating electric power from sand" as "creating electric power from nano-minerals".

問題を解決するための手段Means to solve the problem

図に熱プラズマによる砂からのナノプラズマ発生装置の概略図を示す。砂漠から採取した砂原料は砂の入り口1から供給される。砂以外の他の原料の場合も同様である。The figure shows a schematic diagram of a nanoplasma generator from sand by thermal plasma. The sand raw material collected from the desert is supplied from the sand inlet 1. The same applies to other raw materials other than sand.

プラズマガス(Ar,O2/N2)・キャリアガス2が加熱部(RFプラズマや太陽光励起プラズマまたはプラズマトーチ)3に導入され砂が高温のプラズマガスにスキャニング入射(図にはスキャニングの仕組みも部品も示していない)されて摂氏1万度以上に加熱される。スキャニングとは粒子線がん治療装置などで導入されているテクノロジーで小さいサイズのビームスポットを標的で移動させて照射して広い面積(2D)や体積(3D)に照射できる。
加熱された砂はミネラルと酸素が分離され高温状態が維持される。砂の構成物質の沸点は様々である:
酸化マグネシウムの沸点 3600℃,酸化アルミニウムの沸点 2977℃,
酸化カルシウムの沸点2850℃,酸化ナトリウム 1950℃,二酸化ケイ素 2230℃
マグネシウムが最も沸点が高いのでマグネシウムを単離できれば他のミネラルも全て単離できる。マグネシウムの太陽光励起レーザーの発明者の矢部孝によれば物質を必要な温度に維持するには沸点の数倍の温度が必要であるので沸点以上の1万度以上のプラズマが必要となる。
Plasma gas (Ar, O2/N2)/Carrier gas 2 is introduced into the heating part (RF plasma, solar-excited plasma or plasma torch) 3, and the sand is scanned into the high temperature plasma gas (the scanning mechanism and parts are shown in the figure. (Not shown) and heated to over 10,000 degrees Celsius. Scanning is a technology introduced in particle beam cancer treatment devices and the like, and a small-sized beam spot can be moved by a target and irradiated to irradiate a large area (2D) or volume (3D).
Minerals and oxygen are separated from the heated sand to maintain a high temperature. The boiling points of sand constituents vary:
The boiling point of magnesium oxide is 3600°C, the boiling point of aluminum oxide is 2977°C,
Boiling point of calcium oxide 2850°C, sodium oxide 1950°C, silicon dioxide 2230°C
Since magnesium has the highest boiling point, all other minerals can be isolated if magnesium can be isolated. According to Takashi Yabe, the inventor of the solar-excited laser of magnesium, a temperature several times as high as the boiling point is required to maintain the substance at a necessary temperature, and therefore, a plasma having a temperature of 10,000 degrees or more higher than the boiling point is required.

水冷チャンバー4は高温プラズを急速冷却してナノミネラル7の生成効率をあげているが温度が下がると単離したミネラルは再結合しやすくなって生成効率を下げてしまうことが知られている。一般的には高周波熱プラズマ、太陽光励起レーザープラズマ、プラズマトーチのいずれの場合も粒子のナノ化と酸化物化が共存できないのだ。この困難な問題を避けるために加熱部3領域で電界を印可できるようにその上部と下部に電極を設け(図には省略してある)プラズマの陽イオンと陰イオンを空間的に分離して再結合を防止する。The water cooling chamber 4 rapidly cools the high temperature plasm to increase the production efficiency of the nanominerals 7. However, it is known that the isolated minerals are likely to be recombined and the production efficiency is lowered when the temperature is lowered. Generally, in the case of high-frequency thermal plasma, solar-excited laser plasma, and plasma torch, particle nano-formation and oxide formation cannot coexist. In order to avoid this difficult problem, electrodes are provided on the upper and lower parts of the heating part 3 so that an electric field can be applied (not shown in the figure), and the cations and anions of the plasma are spatially separated. Prevent recombination.

本装置はさらにプラズマの密度をあげるために加熱部3に磁気部品のソレノイドコイル、ミラーコイルを設置する(図では省略してある)。In this apparatus, a solenoid coil and a mirror coil, which are magnetic components, are installed in the heating unit 3 in order to further increase the density of plasma (not shown in the figure).

単離して冷却されたナノミネラル7は真空排気口5から排気される途中でミネラル捕捉フイルター6に捕獲される。捕獲された砂のナノミネラル7はカセット型のフイルターで取り出され保存容器に収められる。The isolated and cooled nanomineral 7 is captured by the mineral capture filter 6 while being exhausted from the vacuum exhaust port 5. The captured nano-minerals 7 of sand are taken out by a cassette type filter and placed in a storage container.

本装置において基本を太陽光励起レーザの構成にする場合はレーザーの焦点である超高温部の領域は1ミリ程度と小さくほとんど点と見なされる。プラズマは一瞬のうちに点で生成されるのでレーザーとミネラル酸化物の相互作用領域を増やすためにレーザーの焦点をスキャンするかあるいは噴射されたミネラルをスキャンするかを行う。これによって点が面になりえて生成効率をあげることができる。In the case where the basic structure of this device is a solar light pumped laser, the region of the ultra-high temperature part, which is the focus of the laser, is as small as about 1 mm and is considered to be almost a point. Since plasma is generated at points in an instant, the focus of the laser or the injected minerals is scanned to increase the interaction area of the laser and mineral oxides. As a result, the points can become faces and the generation efficiency can be increased.

以上の説明では砂から取り出す複合ナノミネラルを強調したが、同じ方法と同じ装置にて籾殻からの二酸化ケイ素、廃棄ガラス、廃棄アルミ缶、ゼオライト、黄砂などのナノミネラル化が実現できる。Although the above explanation emphasized the composite nanominerals extracted from sand, it is possible to realize nanomineralization of silicon dioxide from rice husks, waste glass, waste aluminum cans, zeolite, yellow sand, etc. using the same method and the same device.

発明の効果The invention's effect

本発明によれば今まで不毛であった土地の砂漠・砂丘の砂がナノミネラルになり水と反応すると水素が生成されこれが再生可能なバッテリーとなりエネルギーが保存される。これにより燃料電池への再生可能な水素供給方法が拡大できエネルギー密度が現在主流のリチウム電池を超えて理論値では数十倍向上する可能性の道が開ける(関西大学http://www.microwave.densi.kansai−u.ac.jp/face/framepage3.htm 参照)。特にリチウムは埋蔵量が少ないので砂からの複合ナノミネラルがリチウムの代替品として必須になってくることだろう。According to the present invention, when sand in deserts and dunes of a barren land, which has been barren until now, becomes nanominerals and reacts with water, hydrogen is generated, which becomes a renewable battery to save energy. This will expand the renewable hydrogen supply method to fuel cells and open the possibility that the energy density will be several tens of times higher than the theoretical value of lithium batteries (Kansai University http://www.microwaveave). .Densi.kansai-u.ac.jp/face/framepage3.htm ). In particular, lithium has a small reserve, so composite nanominerals from sand will be essential as a substitute for lithium.

世界の主要国(EC及び中国)では化石燃料の自動車を水素エネルギー自動車に変えることを法制化し初めているが必要な量の水素を再生可能エネルギーで作る見通しは立っていない。マグネシウムはこれに答えようという優れた提案だが本発明の砂からの複合ミネラルはこの方向を推し進めるさらに多様な新方法だ。本発明では今まで無用であった砂や籾殻や廃棄アルミニウムや廃棄ガラスなど、今までエネルギーとは無関係と思われていたゼオライト、害のみであると思われていた黄砂などをナノ物質に変換することで有用な物質に転換する。本発明は移動可能な水素発生物質は再生可能かつ持続可能なエネルギーとして使うことを可能とする。しかもその形態は固体(ナノミネラル)と液体(水)なの気体水素に比べコンパクトであるのは大きな利点だ。Major countries in the world (EC and China) have begun to legislate the conversion of fossil fuel vehicles to hydrogen energy vehicles, but there is no prospect of producing the required amount of hydrogen from renewable energy. Magnesium is an excellent proposal to answer this, but the complex minerals from the sand of the present invention are a variety of new ways to push this direction. In the present invention, sand, rice husk, waste aluminum, waste glass, etc., which have been useless until now, such as zeolite, which has been thought to be unrelated to energy, and yellow sand, which has been thought to be only harmful, are converted into nanomaterials. It is converted into a useful substance. The present invention allows transferable hydrogen generating materials to be used as renewable and sustainable energy. Moreover, it is a great advantage that its form is more compact than gaseous hydrogen, which is solid (nanomineral) and liquid (water).

アフリカや中東など砂漠地帯では工業はおろか住居もなく職場もないが、本装置で物質転換した砂と太陽光と水によってエネルギーが生産可能となり冷暖房や植物工場により、食料や住居、食料らが可能となり雇用も作り出すことが可能となり新たに人が住み働く場を提供できる。In desert areas such as Africa and the Middle East, there is no residence or workplace as well as industry, but energy can be produced by sand, sunlight and water that have been material-converted by this device, and food, residence, food, etc. can be provided by air conditioning and plant factories. It will also be possible to create employment and provide a new place for people to live and work.

本発明の砂からの水素エネルギーは量的にも化石エネルギー(石炭、石油、天然ガス)や原子力エネルギーに替わりうる新エネルギーである。化石燃料やウラン原子力エネルギーは100年間しか持たないが本発明のソーラーエネルギーと異なり保存可能でバッテリーとして太陽の照射していない間の電力源となりうる。Hydrogen energy from the sand of the present invention is a new energy that can be replaced quantitatively by fossil energy (coal, oil, natural gas) and nuclear energy. Fossil fuels and uranium nuclear energy have only 100 years of life, but unlike the solar energy of the present invention, they can be stored and can be used as a power source while the sun is not irradiating.

特に本発明の砂からのナノミネラルからの水素からできる”砂バッテリー”はマグネシウムバッテリーと共に資源量が少なく化石燃料エネルギーに依存しているリチウム電池の後継者になりうる可能性が高い。砂と太陽と水から電力を生成できるので本発明では”砂から電力を創る”ということができる。In particular, the "sand battery" made of hydrogen from the nano-minerals from the sand of the present invention is likely to be the successor to the lithium battery, which has a small amount of resources and relies on fossil fuel energy together with the magnesium battery. Since electricity can be generated from sand, the sun, and water, it can be said that "electricity is generated from sand" in the present invention.

本発明の砂を原料とするナノミネラルの生成方法Method for producing nano-mineral using sand of the present invention

1、砂入り口
2、プラズマガス(Ar,O2/N2)・キャリアガス
3、加熱部(RFプラズマ、太陽光励起プラズマ、トーチプラズマ)
4、水冷チャンバー
5、真空排気口
6、ナノミネラル捕捉フイルター
7、冷却されたナノミネラル
1, sand inlet 2, plasma gas (Ar, O2/N2)/carrier gas 3, heating part (RF plasma, solar light excited plasma, torch plasma)
4, water cooling chamber 5, vacuum exhaust port 6, nano-mineral capture filter 7, cooled nano-mineral

Claims (7)

無限に存在しで無用の長物であった砂漠の砂をナノテクノロジーを使用して水素発生ナノ物質に転換する方法。A method of converting desert sand, which was infinitely long and useless, into hydrogen-generating nanomaterials using nanotechnology. 請求項1を効率よく実現するために新規拡張・改良された三種類(RF加熱、太陽光励起レーザー、プラズマトーチ)の高温プラズマ生成装置。Three types of high temperature plasma generators (RF heating, solar light excitation laser, plasma torch) that have been newly expanded/improved in order to efficiently realize claim 1. 請求項2の高温プラズマ生成装置のエネルギー源を全て太陽エネルギーで賄うために、太陽光励起レーザーを使用するか、または、ソーラー発電で一時電力に変換してから高周波加熱やプラズマトーチの電源に用いるか、の二種類の方法。In order to cover the entire energy source of the high temperature plasma generator according to claim 2 with solar energy, a solar light pumped laser is used, or it is used as a power source for high frequency heating or a plasma torch after being converted into temporary power by solar power generation. , Two methods. 請求項2においてナノミネラルの酸化物への再結合を防止するため静電電極を追加する電気的方法。The electrical method of claim 2 wherein an electrostatic electrode is added to prevent recombination of nanominerals with oxides. 請求項2において熱プラズマの密度や温度をあげるために磁気的部品のソレノイドやミラーコイルを設置する磁気的方法。The magnetic method according to claim 2, wherein a solenoid or a mirror coil of a magnetic component is installed to increase the density and temperature of the thermal plasma. 請求項2の太陽光励起レーザーの焦点をスキャンするか、噴射された砂を空間的にスキャンするかのいずれかによって点から面に照射することで相互作用領域を増加させる方法。A method of increasing the interaction area by illuminating a surface from points by either scanning the focal point of the solar pumped laser of claim 2 or spatially scanning the jetted sand. 本発明は請求項1の材料選択において砂漠・砂丘等の砂以外にも籾殻の二酸化ケイ素、廃棄ガラス、廃棄アルミ缶、ゼオライト,さらには公害物質の黄砂などをナノミネラル化する方法。The present invention provides a method for nanomineralizing silicon dioxide in rice husks, waste glass, waste aluminum cans, zeolite, and yellow sand, which is a pollutant, in addition to sand in deserts and dunes in the material selection of claim 1.
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