JP2023533469A - 水素含有ガスのコロナ放電で誘発される分解のためのプラズマ分解装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、分子水素（１２）および少なくとも１つの副産物（１４”）への水素含有ガス（１０）のコロナ放電で誘発される分解、分子水素および少なくとも１つの副産物の生成、または、分子水素および／もしくは少なくとも１つの副産物からの川下生成物の生成に関する。そのために、水素含有ガス（１０）が、ガス供給配管（２０）を介して、１つだけのプラズマ電極（２２”）を伴う気密反応室（１８”）へと送り込まれる。気密反応室（１８”）は、プラズマ電極（２２”）を壁（２８）の外側から電気的に絶縁するように設計される壁（２８）によって包囲される。

Description

本発明は、分子水素および少なくとも１つの副産物または二次生成物への水素含有ガスのコロナ放電で誘発される分解のためのプラズマ分解装置に関すると共に、少なくとも２つのこのようなプラズマ分解装置を伴うプラズマ分解システム、分子水素および少なくとも１つの副産物への水素含有ガスのコロナ放電で誘発される分解のための方法、ならびに／または、分子水素および少なくとも１つの副産物の準備のための方法に関する。

メタン、天然ガス、バイオガス、または原油などの炭化水素が、Ｋｖａｅｒｎｅｒ方法を用いる約１６００℃でのプラズマ燃焼器において、活性炭および水素へと分離され得ることが知られている。

さらに、実験室規模について、同軸パルスコロナ放電反応装置においての、エチン、エタン、およびエテンなどの異なる炭素含有ガスおよび水素含有ガスへのメタンの変質が、Ｇｕｉ－Ｂｉｎｇ Ｚｈａｏら、「Ｍｅｔｈａｎｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ｐｕｌｓｅｄ ｃｏｒｏｎａ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｒｅａｃｔｏｒｓ」、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｏｕｒｎａｌ １２５ （２００６） ６７～７９から知られている。コロナ放電反応装置は、ステンレス鋼ワイヤを陽極として使用し、陽極を取り囲むステンレス鋼陰極またはニオブ陰極を使用する。陽極は、陰極の中心軸に沿って配置される。陽極は正に帯電させられ、陰極は接地される。陰極を通って流れるガスは、陽極からの高電圧放電によってプラズマへと変質させられる。コロナ放電反応装置は、０Ｈｚから１０００Ｈｚの間のパルス周波数において、１０ｋＶから２５ｋＶの間の電圧で動作させられる。

Ｇｕｉ－Ｂｉｎｇ Ｚｈａｏら、「Ｍｅｔｈａｎｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ｐｕｌｓｅｄ ｃｏｒｏｎａ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｒｅａｃｔｏｒｓ」、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｏｕｒｎａｌ １２５ （２００６） ６７～７９

これが本発明の始まりであり、本発明は、分子水素および少なくとも１つの副産物への水素含有ガスのコロナ放電で誘発される分解のための、または、分子水素および少なくとも１つの副産物の準備のための向上したプラズマ分解装置を提供する。

第１の態様によれば、本発明は、分子水素および少なくとも１つの副産物への水素含有ガスのコロナ放電で誘発される分解のための、または、分子水素および少なくとも１つの副産物の準備のためのプラズマ分解装置に関する。プラズマ分解装置は、気密反応室と、反応室への、水素含有ガスのためのガス供給配管と、高周波交流電圧を用いて反応室においてコロナ放電を発生させるための１つだけのプラズマ電極と、反応室からの、分子水素のためのガス放出配管とを備える。気密反応室は、プラズマ電極を壁の外側から電気的に絶縁するように設計される壁によって包囲される。プラズマ電極は、高周波交流電圧を発生させるための高周波発生装置に連結される。

本発明は、具体的には、プラズマ電極の平坦な端において、または、例えば、反応室へと水素含有ガスを案内するプラズマ電極のガスノズル先端においてなど、プラズマ電極の先端において、いわゆるコロナ放電を使用する。好ましくは、非熱プラズマがコロナ放電の間に発生させられる。これは、より少ないエネルギーが、効率的に再使用させることができない熱エネルギーへと変換されるため、水素含有ガスを分解するときのエネルギー消費を低減することができる。したがって、分子水素の生成に関連するコストと、分子水素を生成するために使用される装置または機器に関連するコストとを、低減することができる。

さらに、約６０パーセントの効率で動作するＫｖａｅｒｎｅｒ処理などのマイクロ波プラズマ処理を使用することと比較して、より高い効率が達成できる。例えば、プラズマ分解装置で８５％の効率を達成することが可能である。ここで、効率が、分子水素を生成するために必要とされる電力に言及していることは、理解される。例えば、１ｋｇの分子水素は、１０ｋＷｈを使用するプラズマ分解装置で生成させることができる。Ｋｖａｅｒｎｅｒプロセスは、例えば、これについて、１３．７５ｋＷｈまたは１．２５ｋＷｈ／ｍ^３の分子水素を必要とする。

さらに、マイクロ波プラズマ処理と対照的に、プラズマ分解装置を使用するとき、分子水素を生成するために低い圧力の下で動作することが必要ではない。

プラズマ電極を反応室の壁の外側から電気的に絶縁するために、壁は、外部からプラズマ電極への壁の表面を通じた電気の流れがゼロになるように設計される。そのために、プラズマ電極に相対する壁の内側が浮遊電位を有する。これは、より強い電界をプラズマ電極において直接的に形成させることができ、それによって、水素含有ガスを分解することをより容易にする。壁は、例えば、非接地で非金属の壁であり得る。代替で、壁は、例えば非金属の絶縁被覆など、プラズマ電極を向く内側に非金属の絶縁体を伴う金属の壁とすることができる。

本発明は、コロナ放電が１つだけのプラズマ電極で有利に発生させられ得ることが分かった。ここではリターン電極は提供されない。リターン電極は、プラズマ電極と反応室の壁の内側の一部との間の反応室において強い電界がプラズマ電極で作り出されるように、反応室の壁の内側の一部によって自然発生的に形成され得る。しかしながら、電界は、自然発生的に形成されるリターン電極なしで、コロナ放電を作り出すこともできる。１つだけのプラズマ電極が使用されるため、プラズマ電極の汚染および可及的な詰まりを、固体の副産物または二次生成物によって低減することができる。さらに、１つだけのプラズマ電極が使用されるため、電極材料のアブレーションを低減することができる。

本発明は、１つだけのプラズマ電極で高周波交流電圧を用いることで、コロナ放電からのプラズマは、大気圧において着火および動作させることができるという知見に基づいている。大気圧において動作することは、システムのコストおよび動作コストを相当に低減することができる。また、１つのリターン電極を伴う装置に反して、プラズマ破壊がプラズマ電極の端において発生させられ得る。

コロナ放電は、自由電子とイオンとがすぐに再結合しないように、ガスにおける原子のイオン化の後に自由電子とイオンとを空間的に分離するのに十分な強さである電界において行うことができる。これは、分子中の異なる原子を、それらの間の連結を壊すことで分離するために使用することもできる。次に、これらの原子は、新たな化合物分子および／または異なる化合物分子を形成するために、再結合することができる。例えば、メタンは炭素原子と水素原子とに分解させることができ、次に、炭素原子と水素原子とは分子水素と固体炭素構造とを形成するために再結合することができる。

コロナ放電は次の通りであり得る。第１の自由電子が電界イオン化を用いて作り出すことができ、電界イオン化は自由電子と正イオンとを作り出す。そのように行うとき、原子内で結合される電子についての電位曲線は、電子が電位障壁を克服するように、または電位障壁を通じてトンネルするように、例えば電極先端の近くなど、強い電界によって変えられる。代替で、第１の自由電子は、自由電子および正イオンが作り出されるように、高エネルギーの光子が原子に当たり、光電効果を用いてその原子をイオン化する場合にも作り出され得る。高エネルギーの光子は、例えば、紫外線放射源などの放射源によって、または、宇宙線によって発生させられる光子などの自然発生を用いて、提供され得る。

強い電界は、異なって荷電した粒子、つまり、負に荷電した自由電子と、正に荷電したイオンとを、異なる方向に加速させ、それによってそれら粒子を空間的に分離する。正に荷電したイオンは、正に荷電した分子が加速され得るように、いくつかの原子を伴う分子の一部であり得る。同じ量の荷電であるが、電子のより小さい質量のため、電子は正に荷電したイオンよりはるかに強く加速させられ、電子が他の原子に当たる場合、その原子をイオン化させ、他の自由電子を作り出すことができる。分子がその原子へと分解され得るように、いくつかの自由電子が分子のいくつかの原子に当たることも可能である。これは、各々の新たな自由電子が追加の自由電子を作り出すことができるため、電子雪崩をもたらすことができる。

自由電子のうちの一部は、正に荷電したイオンと再結合し、中性原子を作り出す一方で、高エネルギーの光子を生成し、その光子は追加の原子をさらにイオン化させることができる。光子は、典型的なコロナ発光として視認可能である。

電界の強さは、プラズマ電極から特定の距離において、追加の自由電子および正に荷電したイオンを生成するだけのエネルギーを電子がもはや有していない弱さになる。これは、コロナ放電を画定し、その外側の限度を構成する。正に荷電したイオンは、電極の電子、または自由電子と再結合することができる。さらに、原子同士は、新たに化合した分子を形成するために、互いと再結合することができる。

したがって、本発明によるプラズマ分解装置は、より多くの量の水素含有ガスを分子水素と少なくとも１つの副産物とに低コストで効率的に分解するために使用でき、それによって、水素含有ガスから分子水素と少なくとも１つの副産物とを生成することを可能にする。

水素含有ガスは、例えばメタンを含むことができる。例えば、水素含有ガスは、７５％超のメタン、好ましくは、例えば９０％から９９％の間のメタンといった、９０％超のメタンを含むことができる。メタンは、コロナ放電において水素と元素状炭素とに分解され、具体的には、化学反応ｎＣＨ_４→ｎＣ（ｓ）＋２ｎＨ_２が起こり、ここで、ｎＣ（ｓ）は、例えばｋがｎ以下である１つまたはいくつかの炭素構造Ｃ_ｋといった、様々な固体炭素構造を含むことができる。炭素構造は、例えば、元素状炭素粒子、カーボンナノチューブ、フラーレン、カーボンナノコーン、または他の炭素構造であり得る。元素状炭素粒子は、例えば、５０μｍから１８０μｍの間の大きさを有し得る。炭素層が形成されてもよい。これは、メタンから分子水素と元素状炭素とを効率的に生成することを可能にする。

代替または追加で、水素含有ガスは硫化水素を含むことができる。例えば、水素含有ガスは、例えば０％から３５％の間の硫化水素といった、最大で３５％までの硫化水素を含むことができる。コロナ放電では、硫化水素は水素と元素状硫黄とに分解でき、具体的には、化学反応Ｈ_２Ｓ→Ｈ_２＋Ｓ（ｓ）が起こる。これは、硫化水素から分子水素と元素状硫化物とを効率的に生成することを可能にする。

水素含有ガスは、例えば天然ガスを含むことができる。天然ガスは、例えば以下の物質、すなわち、
－ 例えば７５％から９９％の間のメタンなど、具体的には９０％から９９％の間のメタンといった３０％から９９％の間のメタン、
－ 例えば１％から１５％の間のエタンなど、具体的には１％から３％の間のエタンといった０％から１５％の間のエタン、
－ 例えば１％から１０％の間のプロパンなど、具体的には０．３％から０．５％の間のプロパンといった０％から１０％の間のプロパン、
－ 具体的には０．１％から０．２％の間のブタンといった、０％から１％の間のブタン、
－ ０％から１％の間のエテン、
－ 具体的には０．０１％から０．０３％の間のペンタンといった、０％から１％の間のペンタン、
－ 具体的には０．００１％から０．０２％の間のヘキサンといった、０％から１％の間のヘキサン、
－ ０％から３５％の間の硫化水素、
－ 例えば０％から１５％の間の窒素など、具体的には０．５％から１％の間の窒素といった０％から７０％の間の窒素、
－ 具体的には０．１％から０．３％の間の二酸化炭素といった、０％から１０％の間の二酸化炭素
を含むことができる。

また、天然ガスは、０．００１％から０．０１％の間の酸素など、微量の酸素を含む可能性がある。天然ガスは、例えば０％から１５％の間のそれぞれの体積割合で、それぞれのヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、またはキセノンなどの希ガスを含む可能性もある。

水素含有ガスは、シクロヘキサン、ヘプタン、トルエン、ガソリン、ＪＰ－８、または軽油など、室温において液体であり、気体集合状態へと変質させられた水素含有物質を含むことができる。気体集合状態へと変質させられた水素含有物質は、例えば噴霧化および／または加熱を用いて、気体集合状態へと変質させることができる。そのために、液体を気体集合状態へと変質させるために、液体を噴霧化および／または加熱することができる噴霧器および／または加熱要素が設けられてもよい。例えば、噴霧器および／または加熱要素は、水素含有ガスを反応室へと送り込むガス供給配管からまたはその上流に位置付けることができる。これにより、分子水素は、室温において気体状態にない他の水素含有物質から得ることもできる。さらに、これは、輸送部門の二酸化炭素排出を相当に低減することを可能にすることができる。この目的のために、プラズマ分解装置、またはいくつかのプラズマ分解装置は、例えば、ガソリン、ＪＰ－８、軽油、または原油などの化石燃料を分子水素および元素状炭素へと変質させるために、船、飛行機、機関車、動力車、トラック、乗用車などの乗物のタンクと、その駆動系との間に配置させることができる。分子水素は、乗物を動作させるために、乗物の駆動系における燃料として直接的に使用できる。代替で、分子水素は、駆動系における燃料として、例えば合成ガス、合成用ガス、またはシンガスといった合成燃料として、追加的な気体の副産物と一緒に使用されてもよい。そのために、燃料として使用できる合成燃料を、プラズマ分解装置を用いて生成することができる。さらに、水素は燃料電池に動力供給するために使用されてもよく、それによって、燃料電池は電気モータに電力供給するために使用されてもよい。これは、水素または合成ガスと動作させるための乗物の適合を低減させることを可能にする。さらに、これは、乗物の二酸化炭素排出を相当に低減する一方で、化石燃料のための既存のインフラを使用し続けることを可能にすることができる。プラズマ分解の間に発生させられた元素状炭素は、乗物において回収させることができる。結果として、化石燃料がプラズマ分解装置において分子水素へと変質され、次にその分子水素が乗物に動力供給するために使用される場合、ほとんど二酸化炭素のない交通が化石燃料で達成できる。

本発明によるプラズマ分解装置の有利な実施形態が、以下において説明される。例示の実施形態の追加の特徴は、記載がそれらを互いへの代替として明示的に特徴付けていない場合、さらなる実施形態を形成するために組み合わせることができる。

プラズマ分解装置は筐体を有し得る。筐体は、反応室、ガス供給配管、プラズマ電極、およびガス放出配管を特徴とすることができる。反応室は、反応室の壁が筐体の外側壁となるように、筐体によって形成させることができる。代替で、反応室は、反応室の壁と筐体の外側壁とが同一とならないように、筐体の内側に配置させることもできる。

高周波発生装置は、プラズマ分解装置の一部であってもよい、または、別のデバイスとしてのプラズマ分解装置に連結させられてもよい。高周波発生装置は筐体の内側または外側に配置させることができる。好ましくは、高周波発生装置は筐体の外側に配置される。この場合、電気接触は、外側から行うことができ、つまり筐体の外側から、行うことができる。

高周波発生装置は、所定の出力インピーダンスを有することができ、コロナ放電によってプラズマ電極に形成するプラズマのインピーダンスと、高周波発生装置の出力インピーダンスとのインピーダンス整合のために、整合ネットワークを介してプラズマ電極に連結させることができる。整合ネットワークは、プラズマ分解装置の一部、または、高周波発生装置を含む別のデバイスの一部であってもよい。

有利には、いわゆる整合ネットワーク（または整合ボックス）が、高周波発生装置とコロナ放電の間に形成されるプラズマとの間にリンクとして使用され、この整合ネットワークは、プラズマのオームおよび容量分を、高周波発生装置によって明示される出力インピーダンスと合わせる。プラズマのインピーダンスは、具体的には、コロナ放電からのプラズマ電極の距離、水素含有ガスの組成、反応室および反応室を包囲する筐体の組成、反応室における温度、ならびに、反応室における雰囲気に依存する。

高周波発生装置は、出射波および反射波の強度および出力を測定するための測定デバイスを備え得る。測定デバイスは方向性結合器と２つの検出器とを備え得る。

高周波発生装置の出力インピーダンスは好ましくは５０オームである、および／または、高周波発生装置の出力は３０Ｗから５０ｋＷの間である。具体的にはこの出力インピーダンスであれば、プラズマが特に信頼可能に形成される一方で、同時に良好な水素収率を提供することが、示されている。

好ましくは、高周波発生装置は、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数でなど、具体的には１０ＭＨｚ～２０ＭＨｚの範囲といった１ＭＨｚ～４０ＭＨｚの範囲における周波数で、高周波交流電圧を提供するように設計される。

有利には、整合ネットワークは、少なくとも１つのモータ制御されたコンデンサと、例えば２つのコイルといった少なくとも１つの可変コイルとを備える。一緒になって、これらは、インピーダンス整合を、プラズマからの変動する負荷にも連続的に反応させることができる電気振動回路を作る。さらなる実施形態では、コンデンサおよびコイルの同調は、反射および定在波の制御ループ方法を用いて自動的に行われる。

高周波発生装置は、正弦波の形態で交流電圧を提供するように設計され得る。これは、コロナ放電の間に発生させられるプラズマのためにより高いエネルギー効率を達成することを可能にする。代替で、または追加で、高周波発生装置は、複雑な波形、矩形の波形、または他の波形での交流電圧を提供するように設計されてもよい。

ガス供給配管は、水素含有ガスがコロナ放電の方向においてプラズマ電極の表面に沿って流れるように配置され得る。ガス供給配管は、水素含有ガスが、コロナ放電の方向において、プラズマ電極の内面に沿って、または、プラズマ電極の外面に沿って流れるように配置され得る。コロナ放電の方向は、ガス放出配管の方向におけるガス供給配管からの水素含有ガスの流れ方向に対応する。例えば、ガス供給配管は、水素含有ガスが、コロナ放電の方向においてプラズマ電極の表面に沿って、プラズマ電極と平行に流れるように配置され得る。これは、プラズマ電極の表面に堆積する汚染物質を除去することを可能にすることができる。さらに、プラズマの位置および形態はそれによって影響される可能性がある。例えば、プラズマは、ガス放出配管の方向においてガス供給配管から離れるように移動させられ得る。また、これは、プラズマ電極の一端において固定されたプラズマ放電を確保することができる。

プラズマ電極は固体であり得る。

プラズマ電極は、反応室において、コロナ放電を発生させるための平坦な端を有し得る。これは、プラズマ電極によって発生させられるプラズマ体積を増加させることを可能にする。プラズマ電極は、反応室においてコロナ放電を発生させるために、湾曲した形または円錐状の形を伴う電極を有してもよい。

プラズマ電極は反応室を越えて筐体の外側へと延びてもよく、これは、プラズマ電極を高周波発生装置に連結することをより容易にする。さらに、これは、反応室の中のコロナ放電の位置を調整することもできるように、反応室におけるプラズマ電極の一端の位置を調整することを可能にする。

プラズマ電極は開口部を有し得る。プラズマ電極の開口部は供給配管に連結され得る。プラズマ電極は、水素含有ガスがプラズマ電極の開口部を通じて反応室へと送り込まれるように配置でき、それによって、プラズマ電極とコロナ放電のプラズマとの直接的な接触を可能にする。これは、ガスがコロナ放電の非熱プラズマを通じて正確に案内できるため、水素含有ガスを分解するときにエネルギー消費を低減することができる。これは、追加的な熱分解を可能にすることもできる。プラズマ電極は、供給配管に連結されるいくつかの開口部も有し得る。これは、プラズマ電極のいくつかの開口部を通じて水素含有ガスを反応室へと送り込むことを可能にする。１つの開口部、または開口部のうちのいくつかは、開閉するように設計されてもよい。そのために、例えば、開口部におけるフラップ、または、それぞれの開口部の前で閉じられるように滑ることができる滑り要素が、設けられてもよい。これは、コロナ放電の向上した制御を可能にすることができる。代替または追加で、コロナ放電は、例えば、ガス供給配管を介して提供される水素含有ガスの量を用いて制御させることもできる。

プラズマ電極の開口部は、水素含有ガスを反応室へと送り込むためのノズルとして設計され得る。そのため、コロナ放電によって発生させられる非熱プラズマは、プラズマ電極の先端またはノズルに有利に形成される。ノズルを通じた水素含有ガスの送り込みは、プラズマ電極の冷却、具体的にはプラズマ電極の先端の冷却を、可能にすることができる。これは、材料応力を低減することを可能にする。ノズルは、コロナ放電のプラズマとの直接的に接触することができる。プラズマ電極の開口部は、供給配管に連結されるプラズマ電極側と、反応室に連結されるプラズマ電極側との間で変化する断面を有し得る。具体的には、ノズルは、断面において先細りとすることができる、および／または、断面において先広がりとすることができる。ノズルは、例えばベンチュリノズルまたはラバールノズルとすることができる。ノズルの形およびノズル開口部の直径は、コロナ放電の持続時間を決定する。

プラズマ電極は、例えば、ステンレス鋼、真鍮、炭素、および／またはアルミニウムを含み得る。代替で、プラズマ電極は、テンレス鋼、真鍮、炭素、アルミニウム、またはそれらの組み合わせから作ることもできる。具体的には、プラズマ電極は黒鉛電極とすることもできる。例えば、アルミニウムは良好な伝導性を有し、比較的安価である。例えば、プラズマ電極は、例えば、ステンレス鋼の区域、および、真鍮、炭素、またはアルミニウムの区域といった、異なる区域を有することもできる。プラズマ電極は、例えば、最高で８００℃までの耐熱性がある耐熱材料から作られ得る。プラズマ電極は、例えば、鉄、コバルト、および／またはニッケルといった触媒を有し得る。

追加または代替で、プラズマ電極は、例えば、ニッケル被覆、鉄被覆、コバルト被覆、または白金被覆などの触媒の被覆といった、被覆を有し得る。被覆は触媒効果を可能にすることができる。代替で、被覆は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ニッケル、および／または酸化チタンなど、セラミック材料を含むこともできる。被覆は、例えば、２００μｍから１０００μｍまでの被覆厚さを有し得る。

プラズマ電極は、例えば、８ｍｍまたは１６ｍｍなど、４ｍｍから６０ｍｍの間の外径を有し得る。プラズマ電極の開口部は、例えば、０．４ｍｍなど、０．１ｍｍから１ｍｍの間の直径を有し得る。プラズマ電極がいくつかの開口部を有する場合、これら開口部は、例えば、０．１ｍｍから１ｍｍの間での組み合わせの直径を有することができる。プラズマ電極の開口部の直径は、ガス供給配管に連結された端と、反応室に連結された端との間で、その長手方向軸に沿って相違することもできる。例えば、プラズマ電極は、例えば１５０ｍｍなど、５０ｍｍから３００ｍｍの間の長さを有し得る。

プラズマ電極の開口部はネジ山付きとされ得る。アルミニウム回転部品が、例えば開口部に設けられてもよい。ノズルがプラズマ電極の開口部に配置されてもよい。ノズルは、例えば開口部に捩じ込まれてもよい、プラズマ電極の低減した開口部を形成することができる。この目的のために、ノズルは、例えば雄ネジ山を有し得る。ノズルは、例えば真鍮およびステンレス鋼など、１つまたはいくつかの材料から成り得る。ノズルは、例えば、熱溶解積層法のために使用されるＦＤＭノズルであり得る。ノズルの材料は、例えば最高で８００℃の温度まで、耐熱性であり得る。ノズル材料は触媒を含み得る。ノズルは、例えば触媒被覆といった被覆を有してもよい。

プラズマ電極は、プラグ連結を用いて導電的に連結されてもよい。

プラズマ電極は、例えば、３０Ｗから５０ｋＷの間の範囲で電力を受け入れるように設計され得る。

プラズマ分解装置は、反応室において形成する固体の副産物を反応室から除去するために、プラズマ電極の開口部からサージガス脈動を排出するように設計され得る。これは、プラズマ電極、プラズマ電極の開口部、および／または反応室が、コロナ放電の間に形成する固体の副産物で詰まることになるのを防止することができる。ガス脈動は、水素含有ガス、または、不活性ガスといった他のガスで行うことができる。この目的のために、水素含有ガスまたは不活性ガスはガス供給配管を介して導入させることができる。プラズマ分解装置は、コロナ放電がサージガス脈動の間に起こらないように設計され得る。例えば、ガス脈動に加えて、プラズマ電極への高周波電圧の供給が、コロナ放電が発生させられないように、サージガス脈動の排出の間に短く中断させられてもよい。代替で、プラズマ分解装置は、コロナ放電がサージガス脈動の間に維持されるように設計され得る。これは、水素含有ガスの連続的な分解、または、分子水素の連続的な生成を可能にする。

プラズマ分解装置は、プラズマ電極を壁の外側から電気的に絶縁する絶縁体を特徴とすることができる。例えば、絶縁体は、反応室から反応室の外部環境への移行部において、プラズマ電極の周りに配置され得る。絶縁体は、例えばセラミック絶縁体であり得る。絶縁体は、例えば、工業用セラミックなどの高温セラミックの１つまたはいくつかのセラミックから成り得る。高温セラミックは、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を含み得る。これは、反応室の壁からプラズマ電極を電気的に絶縁することを可能にする。

この場合、プラズマ電極は、好ましくは黒鉛電極であり得る。黒鉛電極の形態でのプラズマ電極は、冷却を必要としない。プラズマ分解装置が動作している間、黒鉛電極は、例えば１ｋＷｈあたり１～２ｇといった、炭素原子を排出することができる。黒鉛電極は、炭素原子の一部を排出した後に反応室へと押し込まれ得るように、プラズマ分解装置に配置され得る。例えば、黒鉛電極は、例えば特定の量の炭素原子が排出されたとき、連続的または非連続的に押し込まれ得る。黒鉛電極の連続的な押し込みは、分子水素の連続的な生成過程と、少なくとも１つの副産物とを可能にすることができる。代替または追加で、反応室の壁は、黒鉛を含むことができる、または黒鉛から作ることができる。

反応室は、ガス供給配管とガス放出配管との間に、先細り区域を有し得る。また、反応室は、ガス供給配管とガス放出配管との間に、拡大区域を有し得る。これは、小さい粒子の形態などでの固体の副産物を、反応室からガス放出配管を介して除去するために、流速の増加を可能にする。別の言い方をすれば、これはノズル流を作り出すことができる。また、ガス流の流れ方向において先細り区域の上流に位置付けられる空間への固体の副産物の導入を、かなりの度合いまで回避することができる。これは、反応室を、具体的にはプラズマ電極の周りで、固体の副産物がないように保つことを可能とし、それによって洗浄の労力を低減することができる。反応室における流速は、例えば、５ｍ／ｓから２０ｍ／ｓの間とすることができ、好ましくは１２ｍ／ｓから１４ｍ／ｓの間とすることができる。

先細り区域は、ガス流の流れ方向において上流に位置付けられる軸方向で隣接した領域と比較して、低減した断面を伴った反応室における領域に対応する。別の言い方をすれば、先細り区域であれば、反応室の断面は、先細り区域の上流の領域と比較して、先細り区域の位置において長手方向軸に沿ってより小さい。拡大区域は、ガス流の流れ方向において上流に位置付けられる軸方向で隣接した領域と比較して、拡大した断面を伴った反応室における領域に対応する。別の言い方をすれば、拡大区域であれば、反応室の断面は、拡大区域の上流の領域と比較して、拡大区域の位置において長手方向に沿ってより大きい。先細り区域と拡大区域とは、連続して配置でき、ドラバールノズルの形態を有し得る。

先細り区域と拡大区域とは、コロナ放電の間に発生させられるプラズマが、最も細い断面を伴う反応室における位置において、またはそのすぐ近傍において終了するように、プラズマ電極に対して配置され得る。これは、ノズル流を通じて、副産物の除去、具体的には小さい粒子の除去を、可能にすることができる。さらに、したがって、プラズマの最も高温の位置をこの位置にさせることができる。

プラズマ分解装置は、反応室への１つまたはいくつかの追加のガス供給配管を有し得る。これらの追加のガス供給配管は、例えば、さらなる水素含有ガスを反応室へと導入するために使用され得る。例えば窒素または希ガスといった、いくつかの異なる種類のガスを導入することも可能である。導入されたガスは、合成ガスまたはシンガスを合成するために使用できる。導入されたガスは、例えば、固体の副産物が反応室に堆積させられ、具体的には反応室の壁に堆積させられる場合など、反応室を洗浄するために、追加または代替で使用されてもよい。

追加のガス供給配管は、ガス流において乱流をもたらすように反応室に配置でき、これは、ガス放出配管を介しての反応室からのガス流の除去を容易にする。追加のガス供給配管のうちの１つまたはいくつかは、例えば、ガス流における位置、または、拡大区域から下流へのガス流の流れ方向における位置に、配置され得る。これは、追加のガスをガス流と混合させ、それらを反応室から放出するためにノズル流を使用することを可能にする。

プラズマ分解装置は、制御ユニットを有することができる、または、制御ユニットに連結させることができる。制御ユニットは、サージガス脈動の排出を制御するように設計され得る。例えば、プラズマ分解装置は、例えば規則的な時間間隔でといった時間制御された手法で、サージガス脈動をプラズマ電極の開口部から排出するように設計できる。代替で、プラズマ分解装置は、事象に依存してサージガス脈動をプラズマ電極の開口部から排出するように設計されてもよい。事象は、例えば、プラズマ分解装置への電力入力に依存することができる。具体的には、事象は、プラズマ分解装置への電力入力が、電力入力の閾値未満に低下することであり得る。この場合、制御ユニットは、電力入力を測定することができ、電力入力が閾値未満に低下するとすぐにサージガス脈動がプラズマ電極の開口部から排出されるように、プラズマ分解装置を制御することができる。これは、プラズマ分解装置のより効率的な動作を容易にすることができる。さらに、これは、プラズマ電極および／または反応室が固体の副産物で詰まらされるのを防止することができる。

代替または追加で、サージガス脈動は、固体の副産物を反応室から除去するために、追加の開口部および／またはノズルから排出させることもできる。これは、固体の副産物を反応室から除去し、それによって反応室を洗浄することを可能にする。

気密反応室の非接地で非金属の壁は、例えば、セラミックを含み得る、または、セラミックによって形成され得る。例えば、４６％のＳｉＯ_２、１７％のＭｇＯ、１６％のＡｌ_２Ｏ_３、１０％のＫ_２Ｏ、７％のＢ_２Ｏ_３、４％のＦの化学組成を伴い、雲母がホウケイ酸ガラス基質に組み込まれている、マコールがセラミックとして使用できる。壁は、例えば、石英ガラスから成ってもよい、または、石英ガラスを含んでもよい。

反応室の壁は、金属の外側と、非金属で電気的に絶縁の内側とを有することもできる。非金属で電気的に絶縁の内側は、例えばテフロン（登録商標）から成り得る。

壁は、例えば少なくとも４ｍｍの壁厚を有し得る。

反応室の断面が、ガス供給配管からガス放出配管への方向で拡大され得る。これは、壁の内側における固体の副産物の付着を低減することができる。さらに、これは反応室における乱流を低減することができ、分子水素および副産物のより良好な放出を容易にすることができる。反応室は、例えば漏斗形とされ得る。プラズマ電極の開口部は、例えば、反応室の中間の高さに配置され得る。

プラズマ分解装置は、反応室からの少なくとも１つの固体の副産物のための放出配管を有し得る。固体の副産物は、例えば粉末の形態であり得る。反応室からの固体の副産物の除去は、分解処理ともはや干渉することができないため、処理効率を向上することができる。例えば、水素含有ガスがメタンである場合、固体の副産物は炭素粉末である可能性があり、水素含有ガスが硫化水素である場合、固体の副産物は硫黄粉末である可能性がある。

分子水素のためのガス放出配管は、例えば、水素含有ガスの流れ方向に、または、その流れ方向に対して横断して、配置され得る。分子水素のためのガス放出配管は、反応室から気体の副産物を除去するように設計されてもよい。ガス放出配管は、例えば粒子の形態での、ガス流において運ばれる固体の副産物を、反応室から除去するようにさらに設計されてもよい。

反応室は主室と副室とを有し得る。プラズマ電極は、コロナ放電が主室において点火するように、主室に対して配置され得る。副室は、固体の副産物が副室へと流れることができるように、主室の上方に配置され得る。これにより、粒子の形態などでの固体の副産物は、分子水素および気体の副産物から成るガス流で反応室から放出され得る。代替で、副室は、固体の副産物が副室へと落下することができるように、主室の下方に配置されてもよい。

これは、プラズマ分解装置の動作の間、副室がプラズマ電極に対して、地球の重心からより遠くにあり得る、またはその中心のより近くにあり得ることを意味する。したがって、副室は、コロナ放電の場所に対して、地球の重心からより遠くに位置付けられ得る、またはその中心のより近くに位置付けられ得る。コロナ放電の間に発生させられる固体の副産物は、副室がプラズマ分解装置の動作の間に地球の重心のより近くにある場合、地球の重力の引っ張りによって助けられて副室へと落下することができる。プラズマ分解装置の動作の間に副室がプラズマ電極に対して地球の重心からより遠くにある場合、ガス放出配管は、コロナ放電の間に発生させられる固体の副産物がガス放出配管へのガス流で反応室から除去されるように、プラズマ電極の開口部に相対して好ましくは配置される。これは、主室からの固体の副産物をコロナ放電と干渉することができないように容易に除去することを可能にする。

副室は、固体の副産物を反応室から放出するように、少なくとも１つの固体の副産物のための放出配管に連結させることができる。これは、副室から固体の副産物を採取し、その固体の副産物を、放出配管を用いて副室から除去することを容易にする。固体の副産物が炭素である場合、例えば、副室は炭素トラップとして供することができる。

副室、ガス放出配管、および／または放出配管は、副産物を放出するための放出デバイスを特徴とすることができる。放出デバイスは、それを通じてガスが反応室に入ることができないように、反応室から固体の副産物を除去するように設計され得る。放出デバイスには、例えば、フラップ、偏心器、オーガ、回転弁、または他の種類の放出デバイスを含み得る。放出デバイスへのガスの侵入を防止する過剰な圧力が、放出デバイスにおいて発生させることができる。ポンプがこの目的のために設けられ得る。これは、あらゆる気体を外部から反応室へと入らせることなく、プラズマ分解装置からの固体の副産物の除去を容易にすることができる。

フラップを放出デバイスとして有する一実施形態では、このフラップは、好ましくはガス放出配管における分岐管に配置され、反応室からのガス流れを、分岐管に連結された一方または他方の配管のいずれかへと放出するように設計される。フラップは、この目的のために配管のうちの一方を閉じる。例えば、フラップは、サージガス脈動がプラズマ電極の開口部から排出されるかどうかに依存してフラップが一方または他方の配管を閉じるように、制御可能な結合部に配置され得る。これは固体の副産物を分離することを可能にすることができ、固体の副産物は、分子水素がコロナ放電の間に発生させられることから、サージガス脈動を用いて反応室から放出させられる。

追加または代替で、放出デバイスは、固体の副産物を吸収し、突然の圧力変化の場合に固体の副産物を放出するように設計される１つまたはいくつかの圧力制御粒子フィルタを有することもできる。突然の圧力変化は、例えばサージガス脈動を用いて発生させることができる。これは、分子水素からの固体の副産物のより良好な分離を可能にすることができる。

主室と副室とは、反応室の異なる一部分によって包囲させることができる。主室を包囲する反応室の一部分は、例えば、石英ガラスから作られ得る。反応室の一部分は筐体部品であり得る。これは、反応室で起こる反応を観察することを容易にすることができる。主室を包囲する反応室の一部分は、例えば、少なくとも４ｍｍの壁厚を有し得る。

副室の壁の内側は、主室の壁の内側より大きい静電電位を有し得る。これにより、固体の副産物は、主室から副室の方向へと誘引させることができる。

分子水素のためのガス放出配管がプラズマ電極の上方に配置され得る。好ましくは、分子水素のためのガス放出配管は、水素含有ガスがプラズマ電極の開口部を通じて反応室へと送り込まれる場合、プラズマ電極の上方に配置される。したがって、分子水素のためのガス放出配管が、プラズマ電極に対して地球の重心からより遠くに配置でき、そのため、コロナ放電の場所に対して地球の重心からより遠くに配置できる。これは、コロナ放電の間に発生させられる気体成分と固体成分とを分離することをより容易にする。好ましくは、分子水素のためのガス放出配管は、水素含有ガスの流れ方向に配置され得る。これは、発生させられる分子水素の流出を向上させることができる。これは、例えば、水素含有ガスがプラズマ電極の開口部を通じて反応室へと送り込まれ、分子水素のためのガス放出配管がプラズマ電極に相対して配置される場合である。

反応室の壁からプラズマ電極までの距離が、例えば、少なくとも４０ｍｍであり、好ましくは８０ｍｍ超であり得る。この場合、反応室の壁からプラズマ電極までの距離は、反応室の壁の内側からプラズマ電極の外径までの最小距離である。代替または追加で、反応室の壁からプラズマ電極の先端までの距離が、少なくとも４０ｍｍであり得る。代替または追加で、ガス放出配管からプラズマ電極までの距離が、少なくとも６０ｍｍであり得る。これは、プラズマ電極と、反応室の壁または筐体などの他の電位との間のフラッシュオーバが防止され得るように、電気的絶縁を提供することを可能にする。これはさらに、固体の副産物を回収して放出するのに十分な空間があるため、反応室における固体の副産物の堆積を低減することを可能にする。

プラズマ分解装置は、例えば２ｌ／ｍｉｎの流量においてなど、１ｌ／ｍｉｎから１００ｌ／ｍｉｎの間の流量で、水素含有ガスを反応室へと導入するように設計され得る。流量がより大きくなると、プラズマ分解装置は、副産物の固体凝集構造を反応室からより良好に除去することができる。具体的には、水素含有ガスがメタンを含む場合、流量における増加は、より多くの固体炭素構造が反応室から放出される結果となる。しかしながら、より大きな流量は、特定の流量を超えると、分子水素の処理効率または収率を低下させてしまう。プラズマ分解装置は、水素収率が最適化されるように流量を設定するように設計され得る。

反応室は、固体の副産物の除去ための洗浄要素を特徴とすることができる。洗浄要素は、プラズマ分解装置の動作の間に反応室に堆積し得る固体の副産物の除去を容易にする。これは、コロナ放電における固体の副産物のあらゆる途絶の影響を防止すること、または少なくとも低減することを可能にする。例えば、プラズマ分解装置が動作しているとき、樹木状の構造、または、黒鉛のスパイクといった長いスパイクが、固体の副産物から成長する可能性があり、固体の副産物が反応室の壁の内側において堆積する可能性がある。樹木状の構造または長いスパイクは、例えば、プラズマ電極の先端において成長でき、一次的にプラズマ電極の一部になる可能性がある。洗浄要素は、ガス供給配管を通じたより大きい流量によって除去できないこのような途絶する固体の副産物を、機械的に除去することができる。

反応室は、いくつかの洗浄要素を有することもできる。例えば、ある洗浄要素は、固体の副産物を反応室の壁の内側から除去するためのものとすることができ、ある洗浄要素は、固体の副産物をプラズマ電極から除去するためのものとすることができる。これは、反応室からの固体の副産物のより良好な除去を容易にすることができる。さらに、固体の副産物をプラズマ電極から除去するための洗浄要素は、生成処理を一時的に中断させるサージガス脈動が副産物を除去するために必要とされないため、分子水素のための連続的な生成処理を容易にすることができる。洗浄要素は、例えば、コロナ放電またはプラズマによって移動させることができる。

洗浄要素は、少なくとも１つの固体の副産物を反応室から除去するために、反応室の壁の内側に配置され得る。例えば、洗浄要素は、反応室の壁の内側に沿って、変位可能など、移動可能であり得る。これは、コロナ放電の間に反応室で形成され、反応室の壁の内側に堆積する固体の副産物の機械的除去を容易にすることができる。洗浄要素は、プラズマ電極の外径より直径が大きい切り込みまたは開口部を中心に有し得る。これは、洗浄要素が反応室の全長または全高に沿って移動可能となることを可能とさせることができる。

代替または追加で、洗浄要素は、プラズマ電極を反応室の壁に対して共通の長手方向軸の周りで回転させるために、回転要素を有することもできる。この目的のために、滑り封止リングが反応室の壁とプラズマ電極との間に設けられ得る。プラズマ電極から反応室の壁の内側へと延び得る洗浄要素は、回転を用いて、固体の副産物の構造を破壊することができる。コロナ放電の間に反応室の壁に向けてのプラズマ電極の相対回転が、これらの構造がさらに成長するのを防止することもできる。

代替または追加で、洗浄要素は、プラズマ電極に配置させることもでき、プラズマ電極の長手方向軸の周りでプラズマ電極に対して変位可能とすることができる。これは、プラズマ電極からの固体の副産物の除去を容易にすることができる。洗浄要素自体は変位可能とすることができる、および／または、プラズマ電極は、洗浄要素がプラズマ電極に対して変位可能となるように長手方向軸の周りで回転可能とすることができる。洗浄要素は、プラズマ電極がその長手方向軸の周りで回転可能である場合、その位置において固定させることもできる。洗浄要素は、固体の副産物を機械的に除去するためのスクレーパまたは刃先を有し得る。これは、固体の副産物のより簡単な機械的除去を容易にすることができる。

洗浄要素は、反応室を吹き飛ばすための１つまたはいくつかのノズルも有し得る。反応室は、例えばサージガス脈動で吹き飛ばすことができる。そのために、水素含有ガス、または不活性ガスなどの異なるガスが、ノズルに供給され得る。ノズルは、例えば、反応室の壁に配置でき、具体的には反応室の内側に配置できる。これは、反応室からの副産物の除去、具体的には固体の副産物の除去を、向上させることができる。洗浄要素は、反応室に堆積した固体の副産物を反応室から除去するために、その固体の副産物の近傍において気体を振動させるように設計される超音波洗浄デバイスを備えることもできる。

プラズマ分解装置の制御ユニット、または、プラズマ分解装置に連結される制御ユニットは、水素含有ガスの流量、水素含有ガスの温度、反応室における温度、プラズマ電極の温度、反応室における圧力、交流電圧の電圧レベル、交流電圧の周波数、電流の強さ、水素含有ガスのガス冷却速さ、コロナ放電によって発生させられるガス混合物のガス冷却速さ、コロナ放電の周波数、または、プラズマ分解装置の他のパラメータなど、プラズマ分解装置のパラメータを制御するように設計され得る。具体的には、制御ユニットは、水素含有ガスの組成に依存して、プラズマ分解装置のパラメータを制御するように設計され得る。

プラズマ分解装置は、水素含有ガス、分子水素、および少なくとも１つの副産物を分析するための１つまたはいくつかの分析デバイスを備え得る。分析デバイスは、ガス供給配管および／またはガス放出配管の上流において、その下流において、またはそこにおいて、配置され得る。これは、プラズマ分解装置へと送り込まれるガス流の分析と、反応室から放出されるガス流の分析とを容易にする。制御ユニットは、ガス流の組成に応じて、プラズマ分解装置のパラメータを制御するように設計され得る。例えば、体積測定デバイス、メタンセンサ、水素センサ、ラマン分光計、および／または質量分析計が、プラズマ分解装置から上流および下流に配置され得る。

プラズマ分解装置は、反応室の温度を設定するために、反応室のために、例えば加熱要素および／または冷却要素といった温度制御要素を備えることができる。反応室における温度を変更することは、水素収率における増加を容易にすることができる。反応室は、好ましくは、大まかなルールとして、コロナ放電が起こる前には大気温度であるように、冷却も加熱もされない。

プラズマ分解装置は、熱分解のために、加熱を通じて反応室において発生されられる熱を使用するように設計され得る。これは、熱分解反応を用いた水素含有ガスの追加の分解を可能にする。代替または追加で、熱は消散させることもできる。例えば、熱は、ガス放出配管を介して、分子水素および／または気体の副産物と一緒に反応室から除去できる。そのため、熱交換器が、例えば熱の蓄積のためになど、他の目的のために熱を利用するために使用されてもよい。熱は、例えば加熱システムにおいて使用され得る。熱は、加熱炉などの炉において使用されてもよい。加熱炉は、例えばタイルや、具体的には屋根瓦といった、建築材料を製作するように意図され得る。これは、熱が二酸化炭素なしで生成されるため、建築材料のカーボンフットプリントを向上させることができる。

追加または代替で、プラズマ分解装置は、プラズマ電極の温度を設定するためのプラズマ電極のために、例えば電極冷却要素といった電極温度制御要素を特徴とすることができる。プラズマ電極は、例えば、６０℃から７０℃の間、または３５０℃から４００℃の間など、６０℃から４００℃の範囲の温度に設定され得る。

プラズマ分解装置は、反応室における圧力を調整するためのポンプを備え得る。反応室における圧力を変更することは、水素収率における増加を容易にすることができる。好ましくは、水素含有ガスが導入される前、反応室には大気圧力がある。

プラズマ分解装置は、不活性ガスのための供給配管を備えることもできる。代替で、不活性ガスは、水素含有ガスのためのガス供給配管を介して、水素含有ガスと一緒に反応室へと送り込むこともできる。不活性ガスは、例えば、窒素、および／または、ヘリウムもしくはアルゴンなどの１つまたはいくつかの希ガスであり得る。不活性ガスは、より多くの電子および光子がコロナ放電に利用可能であるため、反応速度を増加させることができる。不活性ガスは、反応室の洗浄を支援することもできる。

反応室の壁は、例えば少なくとも８００℃の温度について耐熱性である材料から作ることができ、最高で２５００℃まで耐熱性である黒鉛を含む壁が好ましくは使用される。壁は、好ましくは最高で少なくとも８００℃まですべて耐熱性であるいくつかの材料を含むことができる。また、１つまたは複数の材料は寸法的に安定とすることができる。反応室の壁は断熱を備えることができる。これは、反応室のための耐熱性で寸法的に安定した壁の提供を容易にすることができる。また、この種類の壁は、水素含有ガスの向上した変質に寄与することができる。

反応室の壁は、例えば最大で１０ｂａｒの過剰な圧力など、耐圧性とすることができる。好ましくは、反応室の壁は、最大で１０ｂａｒの一定の過剰な圧力に耐えるように設計される。反応室の壁が、１０ｂａｒを超えるより高い圧力を伴うサージガス脈動にも耐えるように設計されることは、特に好ましいとされる。

プラズマ分解装置は、プラズマ電極と、反応室または筐体の壁などの他の電位との間に、フラッシュオーバに対する保護として、電気的絶縁を備えることができる。電気的絶縁は、例えば、反応室の壁の内側からのプラズマ電極の距離によって確保され得る。

反応室は、例えばニッケル、鉄、ルテニウム、コバルト、または白金といった触媒を備え得る。

プラズマ分解装置は、粒子を濾過するための粒子フィルタを備え得る。粒子フィルタは、反応室の上流で粒子を水素含有ガスから濾過するために、水素含有ガスのためのガス供給配管に好ましくは配置される。これは、望ましくない副産物をもたらし得るガス流における粒子汚染物質を低減するのを助けることができる。プラズマ分解装置はいくつかの粒子フィルタを備えることもできる。好ましくは、粒子フィルタのうちの１つは、反応室からガス排出配管へと案内されるガス流から粒子を濾過するために、ガス放出配管に配置される。

プラズマ分解装置は、分子水素のためのガス放出配管のガス流から気体の副産物を濾過するために、１つもしくはいくつかの膜および／または１つもしくはいくつかの吸着体を備え得る。それらの膜および／または吸着体は、例えば、分子水素のためのガス放出配管の中に、または、分子水素のためのガス放出配管の一端に、配置され得る。例えば、分子水素と気体の副産物とを分離するための高分子膜が使用できる。大きな表面積および高い吸着能力を伴うセラミック材料が、例えば、具体的にはいわゆる分子篩といった、それぞれの気体の副産物のために使用される吸着体として使用できる。ゼオライト、つまり結晶性アルミノシリケートは別として、セラミック材料は炭素分子篩でもあり得る。例えば、シリカゲルまたは活性酸化アルミニウムが吸着体として使用できる。例えば、ゼオライトＳｏｃｏｎｙ Ｍｏｂｉｌ－５（ＺＳＭ－５）の合成高シリカアルミノシリケートゼオライトも吸着体として使用できる。これは、分子水素からの気体の副産物の分離を容易にする。また、気体の副産物は、供給配管を介して反応室へと再び送り込むことができる。これは分子水素の収率を増加させることができる。

膜または選択的吸着体は、分子水素のためのガス放出配管を通過するガス流の組成を調整するように、分子水素のためのガス放出配管へと選択的に導入させることもできる。例えば、ガス流に意図的に留まるメタンは、メタン－水素燃料のための要件に従って、指定された比率で分子水素と混合させることができる。これは、具体的には合成ガスといった合成燃料を提供することを可能にすることができる。

プラズマ分解装置は容器を備え得る。容器は、分子水素のためのガス放出配管に連結され得る。１つまたはいくつかの膜が容器に配置され得る。吸着体が容器に配置されてもよい。吸着体は、例えば、充填発泡体または連続気泡発泡体の形態で容器に配置され得る。分子水素と気体の副産物とを分離するための吸着体は、気体の副産物が好ましくは吸着によって吸着体に結合されるように、有利に設計される。しかしながら、膜と吸着体との組み合わせは、形成する異なる気体の副産物のためにも使用できる。高分子膜は、例えばＣＯ_２とＣＨ_４とＮ_２とを分離するが、ＺＳＭ－５のようなゼオライトも使用できる。

容器は、吸着された気体の副産物を解放するための解放デバイスを特徴とすることができる。例えば、解放デバイスは、気体の副産物を熱で解放するための加熱器の形態で、または、負圧を適用するための真空ポンプの形態で、設計することができる。しかしながら、容器は封止可能な開口部を有することもでき、その開口部を通じて、吸着後に充填された吸着体を充填されていない吸着体と交換することができる。

プラズマ分解装置は不動構造または可動構造で使用できる。不動構造は、例えば、不動のバイオガス反応装置または不動の廃水処理プラントなど、不動の建物またはプラントである。可動構造は、例えば、飛行機、トラック、乗用車、鉄道、または、具体的にはクルーズ船といった船など、可動の建物、掘削プラットフォーム、および乗物である。

さらなる態様によれば、本発明は、分子水素および少なくとも１つの副産物への水素含有ガスのコロナ放電で誘発される分解のためのプラズマ分解システムに関する。プラズマ分解システムは、請求項１から６のいずれか一項に記載のプラズマ分解装置、またはプラズマ分解装置の一実施形態を少なくとも２つを備える。プラズマ分解装置同士は並列または直列に配置される。例えば、プラズマ分解装置同士は直列に配置でき、それによって、上流のプラズマ分解装置の少なくとも１つのガス放出配管は下流のプラズマ分解装置の少なくとも１つのガス供給配管に連結される。これは、水素含有ガスの完全な分解を容易にするように、いくつかのプラズマ分解装置を列で配置することを可能にする。具体的には、これにより、装置のプラズマ分解の反応室が相互に連結され得る。プラズマ分解装置同士はまた、上流のプラズマ分解装置の１つのガス放出配管が下流のプラズマ分解装置のガス供給配管に連結されるように、例えば、円形の様態で配置でき、つまり、プラズマ分解装置同士が輪を形成するように配置できる。プラズマ分解システムの外へのガス放出配管が、分子水素をプラズマ分解システムから放出するために、プラズマ分解システムに設けられ得る。輪の形とされたプラズマ分解システムの場合、プラズマ分解システムの外へのガス放出配管は、各々の場合において下流のプラズマ分解装置のガス供給配管に連結されるそれぞれのガス放出配管を除いて、追加のガス放出配管である。

プラズマ分解システムは、分子水素および少なくとも１つの副産物への水素含有ガスのコロナ放電で誘発される分解の規模拡大を可能にする。任意の数のプラズマ分解装置が、水素含有ガスから大量の水素を得るために、並列に動作させることができる。

プラズマ分解システムのプラズマ分解装置は、共通の制御ユニットを用いて制御され得る。

共通の制御ユニットは、具体的には水素含有ガスの組成に依存して、プラズマ分解装置のパラメータを制御するように設計され得る。プラズマ分解システムは、１つまたはいくつかの分析デバイスを備え得る。分析デバイスは、プラズマ分解システムへと送り込まれるガス流、またはプラズマ分解システムから放出されるガス流の組成を分析するように配置および設計され得る。分析デバイスは、追加または代替で、プラズマ分解システムの個々のプラズマ分解装置へと送り込まれるガス流、または個々のプラズマ分解装置から放出されるガス流の組成を分析するように配置および設計され得る。

プラズマ分解システムは、水素含有ガスの温度を設定するために、温度制御ユニットを備え得る。温度制御ユニットは、例えば、熱交換器および／または冷却ユニットを備えることができる。これは、予加熱された水素含有ガスを反応室またはガス供給配管へと送り込ませることができる。さらに、水素含有液体を気体集合状態へと変質させることができる。温度制御ユニットは、プラズマ分解装置の外側に配置されてもよく、または、プラズマ分解装置のうちの１つまたはいくつかの一部であってもよい。温度制御ユニットは、例えば、水素含有ガスのためのガス供給配管のうちの１つに配置され得る。

プラズマ分解システムは、プラズマ分解装置を通る流量を調整するための１つまたはいくつかのファンを備え得る。

プラズマ分解システムは、例えば紫外線（ＵＶ）放射源といった１つまたはいくつか放射源を備え得る。これは、コロナ放電の点火の向上した制御を容易にすることができる。この目的のために、放射源は、コロナ放電の場所においてその放射を導入することができるように配置され得る。放射源のない場合であっても、追加の分子結合の分解を支援することができる高エネルギーＵＶ放射を、コロナ放電の間に発生させることができる。

プラズマ分解システムは、１つまたはいくつかの高周波発生装置を備え得る。高周波発生装置は、それぞれのプラズマ分解装置のプラズマ電極に高周波交流電圧を提供するように設計され得る。

プラズマ分解システムは、例えば、堆肥材料を伴う貯蔵ユニット、または、灯油、ＪＰ－８、原油、ガソリン、もしくは軽油を伴うタンクといった、水素含有ガスを発生させるために使用され得る物質を含む貯蔵ユニットを備え得る。追加または代替で、プラズマ分解システムは、水素含有ガスを伴う貯蔵ユニットを特徴とすることができる。追加または代替で、プラズマ分解システムは、分子水素および少なくとも１つの副産物への水素含有ガスのコロナ放電で誘発される分解のためのエネルギーを提供するためのエネルギーシステムを有することができる。追加または代替で、プラズマ分解システムは、分子水素を貯蔵するための水素貯蔵ユニットを有することができる。追加または代替で、プラズマ分解システムは、例えば水素動力燃焼モータといった、分子水素で動作させることができる駆動部を特徴とすることができる。追加または代替で、プラズマ分解システムは、分子水素で動作させることができるエネルギーシステムを有することができる。

水素含有ガスを伴う貯蔵ユニットは、プラズマ分解装置のうちの１つまたはいくつかに連結され得る。具体的には、水素含有ガスを伴う貯蔵ユニットは、プラズマ分解装置のうちの１つまたはいくつかのガス供給配管に連結され得る。水素含有ガスを伴う貯蔵ユニットは、バイオガス反応装置、廃水処理プラント、もしくは天然ガス貯蔵ユニットに、またはその一部に連結され得る。

水素含有ガスのコロナ放電で誘発される分解のためのエネルギーを提供するためのエネルギーシステムは、プラズマ電極に高周波数電圧を提供するために、１つまたは複数の高周波発生装置に連結され得る。エネルギーを提供するためのエネルギーシステムは、風力エネルギープラント、太陽光エネルギープラント、水力発電プラント、またはバイオガスプラントなど、再生可能エネルギーを生成するためのエネルギーシステムであり得る。

分子水素で動作させることができるエネルギーシステムは、水素貯蔵ユニットに、または、プラズマ分解装置のうちの少なくとも１つに連結させることができる。分子水素で動作させることができるエネルギーシステムは、例えば、燃料電池、または熱電併給プラント（ＣＨＰ）を備え得る。例えば、分子水素は、例えば、熱を発生させるために水素動力ＣＨＰにおいて分子水素を使用することで、熱を発生させるために使用できる。

プラズマ分解システムは、エネルギーの排出ゼロの発生を容易にすることができる。バイオガス、またはバイオガスからのバイオメタンが水素含有ガスとして使用される場合、空気における二酸化炭素、具体的には大気における二酸化炭素を持続的に低減するように、二酸化炭素吸収源を発生させることすら可能である。バイオガス、またはバイオガスからのバイオメタンは、例えば、バイオガス反応装置によって提供され得る。この目的のために、例えば、食品廃棄物、液体肥料、糞、および、植物または植物部位といった再生可能原料などの廃棄物が、バイオガス反応装置においてバイオガスへと変質され得る。

プラズマ分解システムは、不動構造で、または、具体的には乗物においてといった可動構造で使用できる。

さらなる態様によれば、本発明は、不動構造または可動構造の動作を通じて提供される水素含有ガスを使用することで、分子水素および少なくとも１つの副産物への水素含有ガスの分解のための、請求項１から６のいずれか一項に記載のプラズマ分解装置、またはプラズマ分解装置の実施形態の利用に関する。

１つの分解装置の代わりに、不動構造または可動構造の動作を通じて提供される水素含有ガスを使用することで、分子水素および少なくとも１つの副産物への水素含有ガスの分解のための、いくつかのプラズマ分解装置、または請求項７もしくは８に記載のプラズマ分解システム、またはプラズマ分解システムの異なる実施形態を使用することも可能である。

水素含有ガスは、例えば、不動バイオガス反応装置、または不動廃水処理プラントなど、不動構造によって提供され得る。プラズマ分解装置は、例えば、燃料電池またはＣＨＰなど、分子水素で動力供給され得るエネルギーシステムに分子水素を提供するために使用することもできる。プラズマ分解装置は、例えば、ホテル、ショッピングセンタ、店舗、工場、または異なる建物において使用できる。

水素含有ガスは、例えば、乗物などの可動構造によって提供されてもよい。別の言い方をすれば、プラズマ分解装置は乗物において使用することもできる。例えば、クルーズ船といった乗物は、バイオガス、またはバイオガスからのバイオメタンなどの水素含有ガスを提供するための廃水処理ステーションを備え得る。水素含有ガスは、例えば乗用車またはトラックなどの他の乗物によって提供されてもよい。この目的のために、ガソリンまたは軽油が、例えば、プラズマ分解装置に供給することができることになる気体集合状態へと変質させられ得る。分子水素は、例えば貨物輸送または乗客輸送のために、乗物のための燃料として使用するために、水素貯蔵ユニットなどの貯蔵ユニットに貯蔵させることもできる。プラズマ分解装置は、バイオガス、バイオガスからのバイオメタン、または天然ガスを、分子水素と少なくとも１つの副産物とに変質するためにさらに使用できる。この場合、風力エネルギープラント、太陽光エネルギープラント、または水力発電プラントなどの再生可能エネルギー源からのエネルギーが、プラズマ分解装置に供給され得る。

例えば、水素含有ガスの分解の間に発生させられた副産物は炭素を含み得る。副産物は、建設部門、電子機器産業、および軽量構造において使用され得る様々な炭素構造を含み得る。また、炭素構造は、塗料およびラッカーのために、ならびに、タイヤ製作のためにも使用できる。

分子水素と少なくとも１つの副産物とは、追加の処理ステップまたは生成ステップにおいて川下生成物へとさらに処理される中間生成物であり得る。川下生成物は、さらなる中間生成物または最終生成物であり得る。

さらなる態様によれば、本発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載のプラズマ分解装置、またはプラズマ分解装置の他の実施形態によって生成される分子水素および／または少なくとも１つの副産物の利用に関する。

どの川下生成物がプラズマ分解装置によって生成される分子水素および／または少なくとも１つの副産物に基づいて生成され得るかは、とりわけ、生成される副産物と、達成される水素収率とに依存することになる。これはさらに、水素含有ガスがどの元素をどれくらいの濃度で含むかに依存する。水素含有ガスは、例えば、水素に加えて炭素を含む可能性がある。また、水素含有ガスは窒素または希ガスを含む可能性もある。窒素または希ガスは、例えば追加のガス供給配管を介して、水素含有ガスに加えて反応室へと送り込まれる可能性がある。

水素含有ガスは、例えばメタン（ＣＨ_４）を含む可能性がある。この場合、少なくとも１つの副産物が、例えば炭素凝集体といった炭素構造を含む可能性がある。高品質な炭素構造は、メタンがプラズマを通過させられるときに生成され得る。炭素構造の品質も、生成プロセスの間のプラズマ分解装置のパラメータに依存する。より低いエネルギー入力であれば、例えば、より小さい炭素凝集体が生成され、より高い水素収率が達成される。より小さい炭素凝集体は、例えば、２００μｍより小さく、好ましくは２０μｍより小さい粒子の大きさの範囲で、凝集体においてより小さい粒子の大きさを伴う炭素構造であり、添加物として使用できる。例えば、より大きいエネルギー投入、およびより小さい流量の水素含有ガスであれば、例えば黒鉛スパイクの形態で、黒鉛などのより高品質の炭素構造を生成することが可能である。しかしながら、この場合、水素収率は、最大の水素収率と比較して、例えば２０％まで低減される。

炭素凝集体の性質は、とりわけ、一次粒子の粒子の大きさと、一次粒子によって形成される炭素凝集体の粒子の大きさとに依存する。一次粒子の粒子の大きさが縮小させられるにつれて、粘性が増加し、分散性が低下し、導電性が増加し、色の強さが増加し、色合いがより茶色になる。炭素凝集体の粒子の大きさが縮小させられるにつれて、粘性が低下し、分散性が低下し、導電性が低下し、色の強さが増加し、色合いがより茶色になる。

どの性質を伴うどの副産物が生成されるかは、具体的には、プラズマにおける水素含有ガスの圧力、温度、電力、周波数、および滞留時間に依存する。電力は電流の強さおよび電圧に依存する。媒体の粒子の大きさは、例えば、固定された電圧における電流の強さに大きく依存する。

副産物は、例えば９５重量パーセント超の炭素粒子を含み得る。炭素凝集体の中間粒子の大きさは、例えば７．７μｍから１０５μｍの間であり得る。炭素粒子は、多孔性の固体を一緒に形成することができる炭素凝集体を形成することができる。多孔性の固体の細孔の半径は例えば０．１８ｎｍから１．７ｎｍの間であり得る。細孔容積は、例えば０．０１６ｃｃ／ｇから０．０３７ｃｃ／ｇの間であり得る。

副産物は多孔性の固体の形態であり得る。副産物は、ＢＥＴ測定により決定される５０ｍ^２／ｇから２０００ｍ^２／ｇの間の表面積を有し得る。副産物は、例えば、煤、具体的にはカーボンブラックを含み得る。煤は、例えば、ＤＩＮ ５３６０１： １９７８－１２に従って測定される３０ｍｌ／１００ｇから１３０ｍｌ／１００ｇの間のフタル酸ジブチル吸収（ＤＢＰＡ）と、１０～１６０ｍｇ／ｇのヨウ素価とを有し得る。

天然ガスがおおよそ２ｌ／ｍｉｎの流量で水素含有ガスとして使用される場合、例えば、おおよそ２０μｍの凝集体の粒子の大きさと、８７ｍ^２／ｇの比表面積を伴うおおよそ６０ｎｍの一次粒子の粒子の大きさとを伴う炭素構造が、副産物として生成され得る。石油随伴ガスがおおよそ２ｌ／ｍｉｎの流量で水素含有ガスとして使用される場合、例えば、おおよそ１６００μｍの凝集体の粒子の大きさと、１２０ｍ^２／ｇの比表面積を伴うおおよそ６５ｎｍの一次粒子の粒子の大きさとを伴う炭素構造が、副産物として生成され得る。プラズマ分解装置の使用は、商業的に利用可能な油煙と比較して、より小さい一次粒子の大きさを伴う炭素のより大きい凝集体の生成を容易にする。

さらに、水素収率は、使用される水素含有ガスの種類にも依存する。例えば、純粋なメタンが水素含有ガスとして使用される場合、水素プラズマが生成されているさらなる必須条件に曝される、例えば９８％の分子水素と２％のメタンとを伴うガス流を生成することが可能である。しかしながら、天然ガスが水素含有ガスとして使用される場合、より低い水素収率が達成される。例えば、石油随伴ガスが水素含有ガスとして使用される場合、水素収率は、石油随伴ガスの組成がより少ない水素原子を含み、ガス混合物が１０％の窒素を含むため、さらに低減させられる。水素収率を増加させるために、ガス混合物が直列に連結されたいくつかのステップで分解され、異なるガスが分離されるカスケード式分解処理が行われ得る。

別の言い方をすれば、生成された分子水素と少なくとも１つの副産物とは、例えば、各々のプラズマ分解装置が異なるパラメータを有するいくつかのプラズマ分解装置を通過させることもできる。例えば、反応室における温度が各々のプラズマ分解装置について異なり得る、および／または、プラズマが異なる温度を有し得る。プラズマを通過させられる分子水素は、例えば、温度を増加させ、高温の水素プラズマを生成することができる。温度変化により、異なる水素収率が達成でき、例えばより高い品質構造を伴う副産物を生成することができる。例えば、第１のプラズマ分解装置から放出されるガス流は、ガス流の一部だけが後続の第２のプラズマ分解装置へと送り込まれるように、分離させることもできる。これは、分子水素と少なくとも１つの副産物とが、特定の用途のために、または、特定の川下生成物の生成のために最適化されるように、それら分子水素と少なくとも１つの副産物とを生成することを可能にすることもできる。例えば、カーボンブラックの形態での炭素構造としての少なくとも１つの副産物は、意図されている用途、または意図されている使用に依存して、以下の異なるＡＳＴＭグレード、すなわち、Ｎ１１０、Ｎ１１５、Ｎ１２１、Ｎ２２０、Ｎ２３４、Ｎ３３０、Ｎ３２６、Ｎ３３９、Ｎ３４７、Ｎ３７５、Ｎ５３９、Ｎ５５０、またはＮ６５０を有し得る。

分子水素の川下生成物は、例えば、アンモニア、アセチレン、または、シンガスＨＣＯ混合物などの合成ガスを含み得る。分子水素の川下生成物は、さらに、さらなる用途における続いての川下生成物へと処理され得る。例えば、アンモニアは肥料を生成するために使用できる。例えば、分子水素は、燃料としてエネルギー生成、エネルギー貯蔵のために、または、燃料脱硫のために使用することもできる。

少なくとも１つの副産物の川下生成物は水素含有ガスにも依存する。分子水素に加えて生成される少なくとも１つの副産物は、生成過程の間にプラズマ分解装置の異なるパラメータに依存する。プラズマ分解装置のパラメータを調整することで、例えば異なる種類のカーボンブラックといった異なる炭素構造を生成するために、数ある中でも、炭素鎖の表面積の大きさおよびクラスタ化を設定することが可能である。炭素構造は、例えば、新たな結晶構造を生成するために、プラズマ分解装置のプラズマなどのプラズマで後処理されてもよい。いくつかのプラズマ分解装置が、例えば、第１のプラズマ分解装置で生成された炭素構造が第２のプラズマ分解装置で後処理され得るように、直列で配置され得る。したがって、異なる形態の異なる炭素構造が生成され得る。プラズマ分解装置のパラメータは、例えば、特定の用途のために、または、川下生成物への処理のために最適化される特定の炭素構造などで、特定の副産物が生成されるように、生成過程の間に最適化され得る。

炭素構造から作られ得る川下生成物、または、炭素構造が添加物として添加され得る川下生成物には、例えば、コーヒーのカプセルおよび容器などの堆肥化可能生成物、または、飼料添加物、セラミック、向上した液体肥料、廃水処理のための活性炭、下水汚泥におけるリンおよび他の基本化学成分の抽出のための炭素、栄養物の向上した貯蔵のための改善された土壌、例えば建築材料代用品またはプラスチック代用品などとしての炭素結合剤混合物、炭素重合体混合物、炭素生体高分子、炭素ケイ酸塩、コークス、アスファルト混合物、セメント混合物、コンクリート混合物、タイヤ、塗料、ラッカー、黒い表面、電池、被覆、トナー、インク、導電性インク、機械ゴム製品、コンベヤベルト、ケース、蓋、プラスチック、ケーブル、および容器があり得る。特定の川下生成物が、例えば、絶縁、濾過、包装のために、または、軽量構造のために使用できる。

他の川下生成物は、例えば、灯油を生成するためのフィッシャートロプシュ法のための前駆生成物として使用できるメタンと二酸化炭素との混合物（ＣＨ_４＋ＣＯ_２）であり得る。川下生成物は、プラズマ分解装置によって生成されるガス流に基づいて合成され得る合成燃料も含み得る。合成は、例えば５０ｂａｒにおいて、プラズマ分解装置自体で実行されてもよい。分解ステップを合成ステップと組み合わせることも可能である。例えば、水素含有ガスがプラズマ分解装置で分解でき、他の水素含有ガスが続くステップにおいて合成できる。他の水素含有ガスは、例えば炭素を追加的に含むことができ、合成推進剤または合成燃料などとすることができる。

さらなる態様によれば、本発明は、以下の用途のための、すなわち、
－ 燃料としての、
－ 水素燃焼生成物の生成のための、
－ 推進剤としての、
－ 水素動力乗物を動作させるための、
－ 液化石油ガスとの混合のための、
－ 液化天然ガス（ＬＮＧ）との混合のための、
－ 液化バイオメタン（ＬＢＭ）との混合のための、
－ 天然ガスとの混合のための、
－ メタンとの混合のための、
－ 合成用ガスを生成するための、
－ 合成燃料を生成するための、
－ 肥料の生成のために使用できるアンモニアを生成するための、
－ 原油を精製するための、
－ 化合物の水素化のための、
－ 水素タービンを動作させるための、
－ 燃料電池を動作させるための、
－ 熱併給火力発電所（ＣＨＰ）を動作させるための、
－ 熱電併給システムを動作させるための、
－ 燃料電池を用いてエネルギーを発生させるための、
－ 熱併給火力発電所を用いてエネルギーおよび／または熱を発生させるための、
－ ガス分離システムにおいて、
－ ガス圧縮システムにおいて、
－ 合成原料を生成するための、
－ エネルギーを貯蔵するための、
－ 熱を発生させるための、
－ エネルギーを発生させるための、
請求項１から６によるプラズマ分解装置、またはプラズマ分解装置の他の実施形態において生成される分子水素の利用に関する。

保護は、プラズマ分解装置で実際に生成される分子水素についてのみ請求されている。別の言い方をすれば、これは、例えば、分子水素がプラズマ分解装置で生成されてから使用される状況、つまり、プラズマ分解装置を特定の用途のために使用することで分子水素が生成される状況を、正に検討している。

さらなる態様によれば、本発明は、以下の用途のための、すなわち、
－ 鋼鉄の生成における還元剤としての、
－ 燃料としての、
－ 例えば、化学産業、医薬品、飲料水処理、廃水処理、換気技術、または空調技術における吸着剤としての、
－ 不均一触媒作用のための触媒の基質としての、
－ 炭素構造の生成における基材としての、
－ アスファルトの生成における添加物としての、
－ セメントの生成における添加物としての、
－ コンクリートの生成における添加物としての、
－ 例えば熱伝導性ペーストといった熱伝導剤における成分としての、
－ 廃水処理のための活性炭としての、
－ 飼料添加物としての、
－ 結合剤添加物としての、
－ 栄養物の向上した貯蔵のための土壌への添加物としての、
－ 下水汚泥におけるリン物質および他の基礎化学物質を抽出するための炭素としての、
－ 建築材料における添加物としての、
－ プラスチックにおける添加物としての、
－ 絶縁のための、
－ 濾過のための、
－ 包装のための、
－ 軽量構造のための、
請求項１から６によるプラズマ分解装置、またはプラズマ分解装置の他の実施形態において生成される副産物の使用に関する。

副産物は、例えば、溶鉱炉または溶銑炉など、鋼鉄産業でも使用できる。保護は、プラズマ分解装置で実際に生成される副産物についてのみ請求されている。別の言い方をすれば、これは、例えば、副産物がプラズマ分解装置で生成されてから利用される状況、つまり、プラズマ分解装置を特定の用途のために使用することで副産物が生成される状況を、正に検討している。

さらなる態様によれば、本発明は、分子水素および少なくとも１つの副産物への水素含有ガスのコロナ放電で誘発される分解のための、または、分子水素および少なくとも１つの副産物の生成のための、または、分子水素および／もしくは少なくとも１つの副産物からの川下生成物の生成のための方法に関する。方法は、以下の処理ステップ、すなわち、
－ 水素含有ガスを気密反応室へと送り込むステップと、
－ 高周波交流電圧で動作させられる１つだけのプラズマ電極を用いて、反応室においてコロナ放電を発生させるステップであって、それによって、気密反応室は、プラズマ電極を壁の外側から電気的に絶縁するように設計される壁によって包囲され、それによって、分子水素および少なくとも１つの副産物はコロナ放電によって生成される、ステップと
を含む。

方法は、以下のステップ、すなわち、分子水素および少なくとも１つの副産物を反応室から放出するステップを含み得る。

例えば、分子水素は、続いて、ガス分離を用いて少なくとも１つの副産物から分離され得る。ガス分離は物理的な分離方法を含み得る。例えば、リンデの方法、膜の方法、ガス遠心分離機を用いたガス分離、高速液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）などのガスクロマトグラフィを用いたガス分離、圧力スイング吸着法などの吸着方法、または他のガス分離方法といったガス分離方法が、分子水素と少なくとも１つの副産物とを分離するために使用できる。ガス分離方法は、異なる副産物を分離するために使用することもできる。反応室から放出されたガス混合物は、連続的に実施されたガス分離のカスケードにおける個々のガスへと分離させることもできる。

方法は、以下のステップ、すなわち、
－ 少なくとも１つの副産物からの分子水素の分離のステップ、
－ 続いての用途において分子水素および／または少なくとも１つの副産物を使用するステップ、
－ 川下生成物を生成するために分子水素および／または少なくとも１つの副産物を使用するステップ、
－ 分子水素および／または少なくとも１つの副産物を川下生成物へと変質するステップ、
－ 熱および／またはエネルギーを発生させるための方法において分子水素および／または少なくとも１つの副産物を使用するステップ
のうちの１つまたはいくつかを含み得る。

分子水素および／または少なくとも１つの副産物は、例えば、熱および／またはエネルギーを発生させるために、燃焼させることができる。

水素含有ガスは、水素含有ガスのためのガス供給配管を介して、反応室へと送り込むことができる。高周波交流電圧は、高周波発生装置によってプラズマ電極に供給され得る。分子水素は、分子水素のためのガス放出配管を介して反応室から放出される。

水素含有ガスは、プラズマ電極の開口部を通じて、反応室へと送り込むことができる。

水素含有ガスはメタンおよび／または硫化水素を含む可能性がある。水素含有ガスは、例えば、天然ガス、石油随伴ガス、天然ガス、アンモニア、および／またはバイオガスを含む可能性もある。代替または追加で、水素含有ガスは、気体集合状態へと変質されたシクロヘキサン、ヘプタン、トルエン、ガソリン、ＪＰ－８、および／または軽油を含むこともできる。水素含有ガスがバイオガスを含む場合、処理に関連する二酸化炭素吸収源が発生させられ得る。これは、例えば、森の森林再生より素早く空気から二酸化炭素を除去することができる。

方法は、以下のステップ、すなわち、
－ 分子水素および副産物のガス流から副産物を濾過するステップ
を含み得る。

副産物は、例えば粒子の形態で、固体の副産物を含み得る。固体の副産物は、例えば粒子フィルタを用いて濾過できる。また、副産物は、例えば、膜または吸着体を用いて濾過できる気体の副産物を含み得る。

方法は、以下のステップ、すなわち、
－ 水素含有ガスの分解の結果として、分子水素のためのガス放出配管および／または分子水素のための容器において形成するガスを回収するステップと、
－ 選択的吸着方法および／または１つもしくはいくつかの他のガス分離方法を使用する多段式膜処理を用いて、発生したガスを分離するステップと
を含み得る。

これは、生じたガスの簡単な分離を容易にし、それによって、分子水素および気体の副産物の回収も容易にする。代替で、他のガス分離方法も使用できる。

選択的吸着方法では、例えば、水素含有ガスの分解の結果として形成するガスは、少なくとも１つの吸着体を有する容器を通過させられる。例えば、ある種類の気体の副産物のガスを、吸着を用いて吸着体に結合させることができる。したがって、例えば分子水素といった他の種類のガスは、初めにそれだけで解放させることができる。次に、吸着されたガスの種類は、例えば加圧または熱の解放を用いて、さらなるステップにおいて吸着体から解放させることができる。

方法は、以下のステップ、すなわち、
－ 固体の副産物を反応室から放出するステップ
を含み得る。

固体の副産物は、例えば、固体の副産物のための放出配管を介して反応室から放出させることができる。この目的のために、例えば放出デバイスが提供され得る。

方法は、以下のステップ、すなわち、
－ 固体の副産物を反応室から除去するために反応室の洗浄のステップ
を含み得る。

反応室の洗浄は、具体的には、例えば、洗浄要素を用いて、または、反応室をガス脈動で吹き飛ばすことで、固体の副産物の機械的な除去を含み得る。

さらなる態様によれば、本発明は、以下の用途のうちの１つのための、すなわち、
－ 燃料としての、
－ 水素燃焼生成物の生成のための、
－ 推進剤としての、
－ 水素動力乗物を動作させるための、
－ 液化石油ガスとの混合のための、
－ 液化天然ガスとの混合のための、
－ 液化バイオメタンとの混合のための、
－ 天然ガスとの混合のための、
－ メタンとの混合のための、
－ 合成用ガスを生成するための、
－ 合成燃料を生成するための、
－ 肥料の生成のために使用できるアンモニアを生成するための、
－ 原油を精製するための、
－ 化合物の水素化のための、
－ 水素タービンを動作させるための、
－ 燃料電池を動作させるための、
－ 熱電併給を動作させるための、
－ 熱電併給プラントを動作させるための、
－ 燃料電池を用いてエネルギーを発生させるための、
－ 熱電併給を用いてエネルギーおよび／または熱を発生させるための、
－ ガス分離システムにおいて、
－ ガス圧縮システムにおいて、
－ 合成原料を生成するための、
－ エネルギーを貯蔵するための、
－ 熱を発生させるための、
－ エネルギーを発生させるための、
請求項１３に従属する方法、または方法の実施形態によるものであり得る分子水素、またはそれにより生成される分子水素の利用に関する。

分子水素は、例えば乗物の動力供給するためになど、移動のために使用できる。分子水素は、燃焼させられるときに水を発生させる。したがって、二酸化炭素を発生させることなく、具体的には乗物といった異なる機器に動力供給するために分子水素を燃焼させることが可能である。

さらなる態様によれば、本発明は、以下の用途のうちの１つのための、すなわち、
－ 鋼鉄の生成における還元剤としての、
－ 燃料としての、
－ 例えば、化学産業、医薬品、飲料水処理、廃水処理、換気技術、または空調技術における吸着剤としての、
－ 不均一触媒作用のための触媒の基質としての、
－ 炭素構造の生成における基材としての、
－ アスファルトの生成における添加物としての、
－ セメントの生成における添加物としての、
－ コンクリートの生成における添加物としての、
－ 例えば熱伝導性ペーストといった熱伝導剤における成分としての、
－ 廃水処理のための活性炭としての、
－ 飼料添加物としての、
－ 結合剤添加物としての、
－ 栄養物の向上した貯蔵のための土壌への添加物としての、
－ 下水汚泥におけるリン物質および他の基礎化学物質を抽出するための炭素としての、
－ 建築材料における添加物としての、
－ プラスチックにおける添加物としての、
－ 絶縁のための、
－ 濾過のための、
－ 包装のための、
－ 軽量構造のための、
請求項１３に従属する方法、または方法の実施形態によるものであり得る少なくとも１つの副産物、またはそれにより生成される少なくとも１つの副産物の利用に関する。

実施形態の例が請求項にも指示されている。

以下において、デバイスおよび方法のさらなる例示の実施形態が図面に基づいて説明される。

本発明の第１の態様による、分子水素および少なくとも１つの副産物への水素含有ガスのコロナ放電で誘発される分解のためのプラズマ分解装置の例示の実施形態の概略図である。 図１のプラズマ分解装置の動作の間の、プラズマ分解装置のプラズマ電極の先端において形成する炭素構造の写真である。 図１のプラズマ分解装置の反応室におけるプラズマ電極においてのコロナ放電の写真である。 本発明のさらなる態様による、分子水素および少なくとも１つの副産物への水素含有ガスのコロナ放電で誘発される分解のためのプラズマ分解装置の例示の実施形態の概略図である。 本発明のさらなる態様による、分子水素および少なくとも１つの副産物への水素含有ガスのコロナ放電で誘発される分解のための方法の例示の実施形態の流れ図の概略図である。 本発明の第１の態様による、分子水素および少なくとも１つの副産物への水素含有ガスのコロナ放電で誘発される分解のためのプラズマ分解装置のさらなる例示の実施形態の概略図である。 本発明のさらなる態様によるプラズマ分解システムのさらなる例示の実施形態の概略図である。 本発明の第１の態様による、分子水素および少なくとも１つの副産物への水素含有ガスのコロナ放電で誘発される分解のためのプラズマ分解装置のさらなる例示の実施形態の概略図である。

図１は、分子水素１２および少なくとも１つの副産物１４への水素含有ガス１０のコロナ放電で誘発される分解のためのプラズマ分解装置１００の例示の実施形態の概略図を示している。この例示の実施形態では、副産物１４は固体である。水素含有ガス１０は、例えば、分子水素１２と、副産物１４としての固体の炭素とに分解させることができるメタンを含み得る。ある例示の実施形態では、プラズマ分解装置は、例えば、メタンを、元素状炭素と、８０％の分子水素、１０％のアセチレン、および１０％の残留メタンを伴うガスとに変質するために使用され得る。他の例示の実施形態では、メタンを炭素と分子水素とにほとんど完全に変質することも可能である。

プラズマ分解装置１００は、反応室１８のための気密包囲体として供する筐体１６を有する。プラズマ分解装置１００は、ガス供給配管２０と、１つだけのプラズマ電極２２と、ガス放出配管２４と、放出配管２６とをさらに特徴とする。放出配管２６は任意選択である。放出配管２６の代わりに、プラズマ分解装置は、固体の副産物１４（図示されていない）を放出するために床にフラップが設けられてもよい。他の例示の実施形態では、固体の副産物は、例えばガス放出配管を介して放出させることもできる。

プラズマ電極２２は高周波発生装置２００に連結されている。この例示の実施形態では、高周波発生装置２００は、プラズマ分解装置１００に連結されている別のユニットである。他の例示の実施形態では、高周波発生装置はプラズマ分解装置（図示されていない）の一部であってもよい。高周波発生装置２００は、プラズマ電極２２のための高周波交流電圧を発生させ、筐体１６の外側からプラズマ電極２２に接触する。高周波発生装置２００は、インピーダンス整合を実施するための整合ネットワークを特徴とすることができる（図示されていない）。整合ネットワークはプラズマ分解装置の一部であってもよい。この例示の実施形態では、高周波発生装置２００は、３０Ｗから５０ｋＷの間の出力を提供し、５０オームの出力インピーダンスを有する。高周波発生装置は、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数で、具体的には１０ＭＨｚ～２０ＭＨｚの範囲といった１ＭＨｚ～４０ＭＨｚの範囲における周波数で、高周波交流電圧を提供する。

この例示の実施形態では、反応室１８は、非接地で非金属の壁２８を有する。この例示の実施形態では、壁は、４ｍｍの壁厚を伴う石英ガラスから作られている。他の例示の実施形態では、例えばマコールなどのセラミックといった異なる材料、および、例えば少なくとも４ｍｍの石英ガラスについて異なる壁厚が、使用されてもよい。さらに、プラズマ電極に相対する内側に、非金属の絶縁被覆など、非金属の絶縁体を伴う金属の壁も、プラズマ電極を壁の外側から電気的に絶縁するために設けられ得る。反応室１８の壁２８の内面３０が、プラズマ分解装置１００の動作の間、リターン電極を自然発生的的に形成する。さらに、反応室１８は、ガスがガス供給配管２０を通じた反応室１８へと送り込まれ、反応室１８からガス放出配管２４を通じて放出させられ得るだけとなるように、気密な設計を有する。この例示の実施形態では、固体粒子を水素含有ガス１０から濾過する粒子フィルタ２１が、ガス供給配管２０に追加で配置されている。

プラズマ電極２２は、この例示の実施形態では、ガス放出配管２４に相対して位置付けられるように、プラズマ分解装置１００の中心長手方向軸に沿って配置されている。反応室１８の壁２８はプラズマ電極２２と同軸に配置される。プラズマ電極２２は、高周波交流電圧を用いて反応室１８にコロナ放電３２を発生させるために使用される（図２参照）。この例示の実施形態では、プラズマ電極２２は、ガス供給配管２０に連結されている開口部３４を有する。ガス供給配管２０は、プラズマ電極２２の開口部３４を通じて水素含有ガス１０を反応室１８へと案内する。この例示の実施形態では、ノズル３６がプラズマ電極２２の開口部３４に捩じ込まれており、それによってノズルはプラズマ電極２２の一部を形成している。プラズマ電極２２は、ステンレス鋼から作られており、ノズル３６における捩じ込みのためのアルミニウム回転部を含む。ノズル３６は、真鍮およびステンレス鋼から作られたＦＤＭプリンタノズルである。

プラズマ分解装置１００は、コロナ放電３２によって形成された非熱プラズマのうちの１つを用いたガス処理のために使用される。そのために、水素含有ガス１０は、そのノズル３６を用いて、プラズマ電極２２を通じて反応室１８へと投入される。プラズマ電極２２は、コロナ放電３２を発生させる高周波交流電圧を有する。プラズマ分解装置１００は、例えば、大部分においてメタンを含む水素含有ガス１０を分解することができる。非熱プラズマとの接触を通じて、メタンは、元素状の微粉の炭素１４と分子水素１２とに、酸素なしで、つまり気密反応室１８において、分離させられる。発生した分子水素１２は気体であり、炭素１４は固体である。

この例示の実施形態では、反応室１８の壁２８は筐体１６の外壁でもある。他の例示の実施形態では、反応室は同じく筐体の内側に配置でき、いくつかの壁が反応室と環境との間に設けられ得る。

ガス放出配管２４は、分子水素１２を反応室１８から放出するために使用される。コロナ放電３２の間、分子水素１２への水素含有ガス１０の変質が不完全であり得、そのため水素含有ガス１０の残留成分のある可能性があり、他の気体の副産物が生じ得るため、分子水素１２は、変質されなかったメタンなど、他のガスと典型的には混合される。

放出配管２６は、固体の副産物１４を反応室１８から放出するために使用される。

この例示の実施形態では、反応室１８は主室３８と副室４０とに分割されている。プラズマ電極２２は、コロナ放電３２が主室２８において点火するように、主室３８に対して配置されている。副室４０は、固体の副産物１４が副室４０へと落下することができるように、主室３８の下方に配置されている。この例示の実施形態では、副室４０は、固体の副産物１４を反応室１８から放出する偏心器４２の形態での放出デバイスを、あらゆるガスも偏心器４２を介して反応室１８に入ることなく備える。他の例示の実施形態では、放出デバイスは、回転弁、オーガ、または他の放出デバイスを備えることもできる。放出デバイスは放出配管に配置させることもできる、または、放出デバイスは副室と放出配管とに配置させることができる。

反応室１８は、固体の副産物が主室３８から副室４０へと落下し、それによって、固体の副産物１４によるコロナ放電３２の途絶を低減することができるように設計されている。この目的のために、反応室１８の壁２８とプラズマ電極２２との間に少なくとも４０ｍｍの距離が設けられる。これはフラッシュオーバの危険性も低減する。さらに、これは壁２８の内側３０における温度の低下をもたらすことができる。壁２８の内側３０における温度は、例えば８００℃の高さであり得る。

プラズマ分解装置１００は、水素含有ガス１０が１ｌ／ｍｉｎから１００ｌ／ｍｉｎの間の流量で反応室１８へと送り込まれ得るような寸法とされている。この例示の実施形態では、水素含有ガス１０は、１ｌ／ｍｉｎから２ｌ／ｍｉｎの間の流量で反応室１８へと送り込まれる。他の例示の実施形態では、プラズマ分解装置は異なる流量で動作させることもできる。

反応室１８は、固体の副産物１４を除去するための２つの洗浄要素４４および４６も備える。例えば、固体の副産物１４は、プラズマ電極２２のノズル３６から反応室１８の壁２８の内側３０へと延びる、固体の炭素の形態での炭素構造４８を成長させることができる（図３参照）。炭素構造４８は、例えば、位置５０において、ノズル３６からある距離にまで蓄積する可能性がある。これは、例えば、コロナ放電３２のプラズマが反応室１８の壁２８の内側３０の方向においてプラズマ電極２２から延びる枝部５２を成長させる場合にあり得る（図２参照）。さらに、プラズマ電極２２は、炭素層５４、または他の固体の副産物１４の層で、詰まる可能性がある。

洗浄要素４４は壁２８の内側３０を洗浄するために使用される。そのために、洗浄要素４４は、中心における開口部がプラズマ電極２２の外径より大きい内径を有する環状の設計を有し得る。洗浄要素４４は、一方では壁２８の内側３０に蓄積した炭素が除去でき、他方では炭素構造４８を破壊することもできるように、壁２９の内側３０において、長手方向軸５６に沿って移動可能である。この例示の実施形態では、洗浄要素４４は、壁２８の内側３０に堆積した炭素構造４８または他の固体の副産物１４の破壊を容易にするために、その下側において刃先５８を有する。主室３８から除去された炭素または他の固体の副産物は副室４０へと落下し、副室４０から、偏心器４２および放出配管２６を用いて、プラズマ分解装置１００から除去させることができる。

洗浄要素４６は、プラズマ電極２２に配置させられており、炭素層５４をプラズマ電極２２から除去するために使用される。洗浄要素４６は、プラズマ電極２２のノズル３６の口部の近くの固体の副産物１４および炭素層５４を除去するための刃先６０を有する。また、洗浄要素４６は、洗浄要素４６がプラズマ電極２２の長手方向軸の周りで相対的に移動可能であり、それによって炭素層５４を除去することができるように、滑りリング６２を用いてプラズマ電極２２に固定されている。

この例示の実施形態では、プラズマ電極２２が壁２８に対してそれらの共通の中心長手方向軸の周りで回転することが、さらに提供される。この目的のために、反応室１８の上端および下端、または、主室３８の上端および副室４０の下端は、壁２８に対するプラズマ電極２２の回転６６を可能にする滑り封止リング６４が設けられている。壁２８に対するプラズマ電極２２の自動回転のための駆動部（図示されていない）も設けられている。この例示の実施形態では、プラズマ電極２２は回転させられる。他の例示の実施形態では、壁２８は、代替または追加で、プラズマ電極２２の周りで回転させることができる。

この例示の実施形態では、洗浄要素４６は、プラズマ電極２２が壁２８に対しても回転するように、または洗浄要素４６に対して移動可能となるように、壁２８への固定の連結を有する。代替で、洗浄要素４６がプラズマ電極の周りで回転可能とされてもよく、プラズマ電極２２は固定されてもよい（図示されていない）。

この例示の実施形態では、プラズマ電極は８ｍｍの外径を有し、ノズルの開口部は０．４ｍｍの直径を有する。他の例示の実施形態では、例えば、プラズマ電極の外径は４ｍｍから１６ｍｍの間とすることもでき、プラズマ電極のノズルの開口部は０．１ｍｍから１ｍｍの間の直径を有することができる。この例示の実施形態では、プラズマ電極の長さは１５０ｍｍである。他の例示の実施形態では、プラズマ電極は、例えば、５０ｍｍから３００ｍｍの間の、異なる長さを有することができる。

反応室１８は、最大で１ｂａｒの正圧までの圧力に対して耐圧である。

図４は、分子水素および少なくとも１つの副産物への水素含有ガスのコロナ放電で誘発される分解のためのプラズマ分解システム４００の例示の実施形態を示している。プラズマ分解システム４００は、直列に連続的に配置された図１に示されているようなプラズマ分解装置１００を２つ有する。他の例示の実施形態では、プラズマ分解システムは、異なる数のプラズマ分解装置も備え得る。プラズマ分解装置同士は互いと並列に配置されてもよい。並列に配置されたプラズマ分解装置のガス放出配管は、例えば、共通の容器または共通のガス放出配管へと通じることができる。

プラズマ分解システム４００は、高周波発生装置２００と、ガスタンク３００と、２つの容器６００および７００とを備える。他の例示の実施形態では、いくつかの高周波発生装置を設けることができ、例えば、各々のプラズマ分解装置について別々の高周波発生装置を設けることができる。

水素含有ガスがガスタンク３００において利用可能にされている。この例示の実施形態では、天然ガスが水素含有ガスとして使用されている。天然ガスは、図１に描写されているように、天然ガスを、分子水素と、他の気体の副産物、および具体的には炭素である固体の副産物とに分解する第１のプラズマ分解装置１００へと、ガス供給配管を通じて案内される。固体の炭素は、放出配管２６を介して容器７００へと放出され、そこで偏心器４２を用いて除去され得る。分子水素および他の気体の副産物は、ガス放出配管２４を介して、下流のプラズマ分解装置１００のガス供給配管２０へと案内させられ、そこで気体の副産物は、追加的な分子水素と、追加的な気体の副産物、および具体的には炭素である固体の副産物とにさらに分解される。固体の副産物は、放出配管２６’を介して容器７００へと放出される。この場合、放出配管２６’は、固体の副産物がプラズマ分解装置１００から容器７００へと滑り落ちることができるように斜めにされている。

分子水素および他の気体の副産物は、ガス放出配管２４’を介して容器６００へと案内される。

容器６００は膜６０２と選択的吸着体６０４とを有する。さらに、２つの追加のガス放出配管６０６および６０８が容器の外へと通じており、分離された気体を容器６００から放出するように設計されている。容器はプラズマ分解装置の一部であってもよい（図示されていない）。膜および選択的吸着体は、プラズマ分解装置（図示されていない）のガス放出配管に配置されてもよい。

容器６００では、例えば変質されていないメタンといった気体の副産物が、分子水素と気体の副産物とから成る気体混合物における分子水素から分離される。この例示の実施形態では、これは、膜６０２および選択的吸着体６０４による２回のステップの処理で行われる。メタンは膜６０２を通過することができず、ガス放出配管６０６を介して放出される。あらゆる追加的な気体の副産物は、本質的に分子水素だけがガス放出配管６０８を介して放出されるように、選択的吸着体６０４によって吸収される。この例示の実施形態では、膜は高分子膜である。例えば、ＺＳＭ－５が吸着体として使用される。他の例示の実施形態では、いくつかの膜および／またはいくつかの吸着体が使用されてもよい。他の例示の実施形態では、他の膜および／または吸着体が使用されてもよい。

図５は、本発明のさらなる態様による、分子水素および少なくとも１つの副産物への水素含有ガスのコロナ放電で誘発される分解のための方法５００の例示の実施形態の流れ図の概略的な描写を示している。

ステップ５０２において、水素含有ガスは、非接地で非金属の壁を伴う気密反応室へと送り込まれる。他の例示の実施形態では、プラズマ電極を反応室の壁の外側から電気的に絶縁する異なる種類の壁が提供されてもよい。この例示の実施形態では、水素含有ガスは、反応室へのプラズマ電極の開口部を通じて、反応室へと送り込まれる。プラズマ電極は、具体的には、水素含有ガスを反応室へと投入するために使用されるノズルを備える。

ステップ５０４において、コロナ放電がプラズマ電極を用いて反応室で発生させられる。この目的のために、高周波発生装置が高周波交流電圧をプラズマ電極に供給する。１つだけのプラズマ電極が設けられ、反応室の壁の内側は、あらゆる電気の流れが消散されることなく、動作の間にリターン電極を自然発生的に形成し、つまり、壁は接地されていない、または設置なしである。

ステップ５０６において、分子水素および少なくとも１つの副産物が反応室から放出される。この例示の実施形態では、数ある中でも主にメタンとさらに硫化水素とを含む天然ガスが、水素含有ガスとして使用される。他の例示の実施形態では、例えば、室温において液体であり、気体集合状態へと変質された水素含有物質といった、異なる水素含有ガスが使用されてもよい。メタンは、固体の副産物として、分子水素と炭素粉末とに分解される。固体の副産物は、例えば、元素状炭素、カーボンナノチューブ、フラーレン、カーボンナノコーン、または他の炭素構造を含み得る。分子水素は気体であり、ガス放出配管を介して放出される。炭素は放出配管を介して放出される。この例示の実施形態では、炭素はコロナ放電の位置から落下し、次いで放出配管を介して除去される。代替または追加で、炭素粒子は、ガス放出配管を介して除去することもでき、反応室から放出されるガス流から、粒子フィルタを用いて濾過できる。

ステップ５０８において、反応室は、固体の副産物を反応室から除去するために洗浄される。ステップ５０８は任意選択である。動作の間、炭素は、プラズマ電極から反応室の壁の内側へと延びることができる炭素構造を成長させる可能性がある。また、炭素は、反応室の壁の内側に堆積する可能性がある。この目的のために、１つまたはいくつかの洗浄要素によって固体の副産物を機械的に除去するための準備が行われてもよい。代替で、導入される水素含有ガスの流量は、炭素構造を破壊し、または、炭素構造が形成するのを防止し、それによって反応室を洗浄するように、増加させることができる。また、サージガス脈動が、具体的には、プラズマ電極において形成される樹木状の構造または黒鉛のスパイクといった炭素構造を破壊するために、プラズマ電極の開口部から排出され得る。さらに、反応室の洗浄のための水素含有ガスの組成を調整することも可能である、または、不活性ガスなどの異なるガスが洗浄のために使用できる。

反応室から放出されるガスは、分子水素の他に、追加の気体の副産物を含む可能性がある。例えば、反応室から放出されるガスは、変質されていないメタンなど、反応室へと初期に送り込まれた水素含有ガスの残留ガスをなおも含む可能性がある。反応室から放出されたガスは、例えば炭素などの固体の副産物を含むこともできる。

ステップ５１０において、反応室から放出されたガスは容器で回収される。代替で、ガスはガス放出配管において回収されてもよい。ステップ５１０は任意選択である。代替で、放出されたガスは、本質的に変化しない流量で、容器および／またはガス放出配管を通じて流れることもできる。

ステップ５１２において、放出されたガスは様々なガスへと分離され、具体的には、分子水素は他の気体の副産物から分離される。ステップ５１２は任意選択である。この例示の実施形態では、多段式膜処理および選択的吸着方法が、分子水素を他の気体の副産物から分離するために使用される。他の例示の実施形態が、１つだけの膜処理および／または１つだけの選択的吸着方法を提供してもよい。ステップ５１２は、この例示の実施形態では容器で実施される。そのために、直列に配置されたいくつかの膜と、吸着体とが、容器に設置される。他の例示の実施形態では、様々なガスは、ガス放出配管において分離させることもできる。放出されたガスに、例えば炭素といった固体の副産物がなおもある場合、固体の副産物は、例えば粒子フィルタを用いてガスから濾過され得る。

図６は、分子水素１２および少なくとも１つの副産物への水素含有ガス１０のコロナ放電で誘発される分解のためのプラズマ分解装置１００’のさらなる例示の実施形態の概略図を示している。この例示の実施形態では、メタンが水素含有ガス１０として主に使用されている。結果生じる副産物は主に黒鉛のスパイク１４’と炭素粒子である。

プラズマ分解装置１００’の設計は、図１に示されているプラズマ分解装置１００の設計と同様であり、同様の動作原理を有する。プラズマ分解装置１００’は、漏斗形の反応室１８’のための気密包囲体として供する筐体１６を有する。プラズマ分解装置１００’は、ガス供給配管２０と、１つだけのプラズマ電極２２’と、ガス放出配管２４とをさらに特徴とする。粒子を水素含有ガス１０から濾過する粒子フィルタ２１が、ガス供給配管２０に配置されている。炭素粒子フィルタホース２５の形態での粒子フィルタが、反応室１８’から放出されるガスから炭素粒子を濾過するためにガス放出配管２４に配置される。

主な違いは、プラズマ分解装置１００’の動作の間、図１に示されたプラズマ分解装置１００とは対照的に、樹木状の構造の形態での固体の副産物（図３参照）の代わりに、脆い黒鉛のスパイク１４’がプラズマ電極２２’の先端に形成され、より少ない量の炭素粒子が反応室１８’に堆積するという事実である。より大きなガス流量と、プラズマ電極２２’の開口部３４からの結果生じるより強いガス流とのため、黒鉛のスパイク１４’が成長する。ガス流がより強くなると、成長することができる樹木状の構造の枝部がより少なくなり、したがって、十分に強いガス流であれば、枝部は成長せず、茎またはスパイクだけ、つまり黒鉛のスパイク１４’が形成されることになる。この実施形態では、１分間あたり２リットルを超えるガス流量（２ｌ／ｍｉｎより大きい流量）において枝部は形成されず、この場合にはガス流は漏斗形にされる。さらに、より強いガス流は、反応室１８’からガス放出配管２４への炭素粒子の放出を容易にもする。黒鉛のスパイク１４’は、ある時間の後に壊れるかまたは壊されて、反応室１８’の床へと落下する。

図１に示されたプラズマ分解装置１００と対照的に、固体の副産物の一部、つまり炭素粒子の一部も、ガス放出配管２４を介して放出される。これらは、コロナ放電３２の間、発生させられるガス流と一緒に、プラズマ電極２２’の開口部３４からガス放出配管２４へと放出され得る。炭素粒子は、炭素粒子フィルタホース２５において濾過され、それによって、反応室１８’から放出されたガスから分離される。

さらに、洗浄モードでは、黒鉛のスパイク１４’を倒すことができ、反応室１８’に堆積した炭素粒子は反応室１８’から吹き飛ばすことができる。そのために、サージガス脈動はプラズマ電極２２’の開口部３４から排出させられる。プラズマ電極２２’は、開口部３４および粒子フィルタ２１を介してガス供給配管２０に連結されているこの目的のための漏斗形のノズル３６’を有する。これは、反応室に形成する固体の副産物、具体的には炭素粒子の、反応室１８’からの簡単な除去を容易にする。

制御ユニット１４０が、この例示の実施形態におけるサージガス脈動の発生を制御するために設けられている。制御ユニット１４０は、プラズマ分解装置１００’への電力入力を測定し、プラズマ電極２２’への高周波交流電圧の供給を中断し、電力入力が閾値未満である場合に、ガス供給配管２０を介してサージガス脈動を起動する。閾値は、プラズマ電極２２’の開口部３４が固体の副産物で過剰に詰まらされないことを確保するように選択される。この目的のために、制御ユニット１４０は、ガス送り込みを一時的に増加させることができるように、ガス供給配管２０のガス送り込みに連結され得る。例えば、制御ユニットによって制御され得る弁が、サージガス脈動を発生させるためにガス供給配管に配置され得る。他の例示の実施形態では、サージガス脈動は、固体の副産物を反応室１８’から除去するために、具体的には、固体の副産物をプラズマ電極２２’の開口部３４から除去するために、他の事象に基づいて発生させることもできる、または、例えば規則的な時間間隔で、時間制御させることもできる。

炭素粒子をガス流によってガス放出配管２４へと吹き飛ばすことができる一方で、黒鉛のスパイク１４’はプラズマ電極２２’から反応室１８’の床へと落下することができる。サージガス脈動で使用されるガスは、水素含有ガス１０、または、不活性ガスといった異なるガスであり得る。

炭素粒子は、ガス流でガス放出配管２４へと移動させられ、ガス放出配管２４において、それらは炭素粒子フィルタホース２５を用いて濾過される。残りのガスは容器１１０へと案内される。膜１０２および選択的吸着体１０４が容器１１０に配置される。さらに、放出配管１０６と追加のガス放出配管１０８とが容器１１０から外へ通じており、それらは、分離された分子水素および副産物を容器１１０から放出するように設計されている。代替で、膜および選択的吸着体は、プラズマ分解装置（図示されていない）のガス放出配管に配置されてもよい。分子水素を固体の副産物の粒子から分離するための他の方法を使用することも可能である。例えば、１つだけの粒子フィルタまたは１つだけの膜が設けられ得る。

容器１１０では、炭素粒子フィルタホース２５によって濾過されなかった固体の副産物と、例えば、変質されなかったメタンなどの気体の副産物とが、分子水素および副産物から成るガス混合物における分子水素から分離される。この例示の実施形態では、これは、膜１０２および選択的吸着体１０４による２回のステップの処理において起こる。固体の副産物およびメタンは膜１０２を通過することができず、放出配管１０６を介して放出される。膜１０２が固体の副産物を吸収する場合、膜１０２は交換または洗浄され得る。この例示の実施形態では、膜１０２は自己洗浄である。膜１０２は、この目的のためのガス回収システム（図示されていない）に連結される。ガス回収システムはガスを回収し、それによって、圧力閾値を超えるときにガス脈動の形態で解放される圧力を蓄積させる。ガス脈動は膜１０２を洗浄する。あらゆる追加的な気体の副産物は、本質的に分子水素だけがガス放出配管１０８を介して放出されるように、選択的吸着体１０４によって吸収される。他の例示の実施形態が、合成ガスを発生させるように設計されてもよい。そのために、放出配管１０６からのメタンは、例えば、特定のガス混合比で、ガス放出配管１０８からの分子水素１２と組み合わせることができる。代替で、膜および／または吸着体は、分子水素と他の気体の副産物またはメタンとのガス混合物が発生させられるように選択されてもよい。

この例示の実施形態では、膜は高分子膜である。例えば、ＺＳＭ－５が吸着体として使用される。他の例示の実施形態では、いくつかの膜および／またはいくつかの吸着体が使用されてもよい。他の例示の実施形態では、異なる膜および／または吸着体が使用されてもよい。

さらに、反応室１８’は、図１に示されているプラズマ分解装置の反応室１８と異なる形、つまり漏斗の形を有する。したがって、反応室１８’の断面が、ガス供給配管２０からガス放出配管２４への方向で拡大されている。これは、ガス流と共に反応室１８’から放出される炭素粒子のあらゆる付着を防止することができる、または少なくとも低減することができる。

この例示の実施形態では、プラズマ電極２２’は、下方から筐体１６へと捩じ込まれ、例えば黒鉛のスパイク１４’を除去するために、必要な場合に取り外すことができる。プラズマ分解装置１００’が動作中であるとき、黒鉛のスパイク１４’は、コロナ放電３２の近くでプラズマ電極２２’の先端に形成される可能可性がある。黒鉛のスパイク１４’は、伝導性であり、プラズマ電極２２’の一部を一時的に形成することができる。黒鉛のスパイク１４’は脆く、動作中にある時間の後に典型的に壊れ、そのため漏斗形の反応室１８’の床に向かって落下する。

プラズマ電極２２’は高周波発生装置２００’に連結されている。この例示の実施形態では、高周波発生装置２００’は、インピーダンス整合が実行できるように、２つのコイル２０２、２０４とコンデンサ２０６とから成る整合ネットワークを有する。この例示の実施形態では、高周波発生装置２００’は、３０Ｗから５０００Ｗの間の出力を提供し、５０オームの出力インピーダンスを有する。高周波発生装置２００’は、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数でなど、具体的には１０ＭＨｚ～２０ＭＨｚの範囲といった１ＭＨｚ～４０ＭＨｚの範囲における周波数で、高周波交流電圧を提供する。

この例示の実施形態では、反応室１８は、非接地で非金属の壁２８を有する。他の例示の実施形態では、反応室は、プラズマ電極を壁の外側から電気的に絶縁するように設計される異なる種類の壁によって包囲され得る。この例示の実施形態では、壁２８は、４ｍｍの壁強度または壁厚を伴う石英ガラスから作られている。他の例示の実施形態では、壁は、例えばセラミックといった異なる材料から成り得る。壁厚は異なってもよい。

プラズマ分解装置１００’は、プラズマ電極２２’の洗浄のために、黒鉛のスパイク１４’を吹き飛ばすために、および、乱流を低減させるために、反応室１８’の壁２８に配置された交差ノズル１２０をさらに備える。交差ノズル１２０は、プラズマ電極２２’の先端の上方の小さい距離に配置されている。他の例示の実施形態では、交差ノズルは、具体的にはプラズマ電極の洗浄のために、例えばプラズマ電極に向けて異なる配向で床から突出するなど、異なる位置で配置させることもできる。交差ノズル１２０は、例えば、プラズマ電極２２’をサージガス脈動で洗浄し、黒鉛のスパイク１４’が反応室１８’の床に落下するように黒鉛のスパイク１４’をできれば倒すために、不活性ガスまたは追加の水素含有ガスを反応室１８’へと導入することができる交差ガス供給配管１２２に連結されている。交差ノズル１２０および交差ガス供給配管１２２は任意選択である。制御ユニット１４０は交差ノズル１２０のガス供給を制御することができる。代替または追加で、交差ノズルのガス供給は時間制御されてもよく、例えば、ガス脈動が５分間ごとに反応室へと導入させられ得る。

プラズマ分解装置１００’は、枢動軸１５２およびロッド１５４を伴う洗浄要素１５０をさらに備える。ロッド１５４の一端が枢動軸１５２に連結されており、他端が、床の方へ方向付けられたブラシ１５６を有する。ロッド１５４の長さは、例えば４０ｍｍ以上であり得る。枢動軸１５２は、反応室１８’の壁２８の近くに配置され、軸１５２を枢動させ、延いてはロッド１５４を枢動させるための電気駆動部によって、動力供給される。ロッド１５４は、プラズマ電極２２’を洗浄するために、および、必要な場合には黒鉛のスパイク１４’を壊すのを助けるために、ブラシ１５６がプラズマ電極２２’の先端を横切って移動するように枢動させることができる。別の言い方をすれば、洗浄要素１５０は、プラズマ電極２２’の先端を横切って拭き取るフロントガラスのワイパと同様に作動する。コロナ放電３２は、ブラシ１５６がプラズマ電極２２’の先端を横切って移動するときに一次的に中断させられる。制御ユニット１４０は洗浄要素１５０を制御することができる。

この例示の実施形態では、反応室１８’は主室３８’と副室４０’とに分割されている。図１に示されているプラズマ分解装置１００と対照的に、副室４０’は、この場合には主室３８’の上方に配置されている。コロナ放電３２は主室３８’において行われ、副室４０’は、分子水素１２の他に、ガス流における炭素粒子を、つまりガス放出配管２４へと放出するために使用される。

他の例示の実施形態では、ガス放出配管は、粒子フィルタを有していなく、炭素粒子を吸収するための異なる粒子フィルタもしくは追加の粒子フィルタを有してもよい。粒子フィルタは、例えば圧力制御された粒子フィルタであり得る。代替または追加で、制御可能なフラップが設けられてもよい。フラップは、サージガス脈動が排出される洗浄モードにおいて、通常の動作の間に発生させられる分子水素から、特に高い負荷の炭素粒子で汚染された反応室からのガスを分離するために、ガス放出配管における分岐管に設けられ得る。

例えば追加の洗浄要素など、図１において示されたプラズマ分解装置１００を参照して言及された追加の特徴は、プラズマ分解装置１００’について再び明示的に記載されていないが、それらは、任意選択で追加の洗浄要素が利用可能であり得る。

図７は、分子水素および少なくとも１つの副産物への水素含有ガスの分解のためのプラズマ分解システム４００’の例示の実施形態を示している。この例示の実施形態では、プラズマ分解システム４００’は、加熱器７２０の形態での熱供給デバイスと、具体的にはホテル７４０である建物の燃料電池７３０の形態でのエネルギー供給とに連結されている。代替で、これらはプラズマ分解システム４００’の一部であってもよい。ホテルの代わりに、異なる建物、または異なる不動もしくは可動の構造が、プラズマ分解システムに連結されてもよい。別体の熱供給デバイスおよびエネルギー供給の代わりに、例えば、これらの要素はＣＨＰに組み込まれてもよい。

プラズマ分解システム４００’は、バイオガス反応装置７０２の形態での水素含有ガスを伴う貯蔵ユニットと、エネルギーシステム７０４と、プラズマ分解ユニット７１０とを備える。

また、バイオガス反応装置７０２は、廃水処理プラント（図示されていない）に連結されており、廃水および廃棄物からバイオガスの形態での水素含有ガスを発生させる。このバイオガスは主にメタンを含む。

エネルギーシステム７０４は太陽光発電システム７０６と風力エネルギーシステム７０８とを備える。エネルギーシステム７０４は、分子水素および少なくとも１つの副産物への水素含有ガスのコロナ放電で誘発される分解のためのエネルギーを提供するために使用される。他の例示の実施形態では、エネルギーシステムは、追加または代替で、例えば水力発電システムなどの他のエネルギー発生システムも備え得る。

プラズマ分解ユニット７１０は、２つのプラズマ分解装置１００’と高周波発生装置２００’とを備える。

プラズマ分解ユニット７１０は、ガス供給配管２０を介してバイオガス反応装置７０２に連結されており、電力配線７０５を介してエネルギーシステム７０４に連結されている。

これにより、エネルギーシステム７０４からのグリーン電力と、バイオガス反応装置７０２からのバイオガスとを使用して、ホテル７４０の加熱器７２０および燃料電池７３０において使用できる排出ゼロの熱および分子水素を発生させることが可能である。したがって、ホテル７４０は、環境に有害な二酸化炭素７５０を生成することなく、照明７４２と、ラジエータ７４４と、シャワー７４６のための温水の準備とに動力を供給することができる。代わりに、ホテル７４０は、例えば元素状炭素の形態での固体の副産物と、例えば、雲７６０の形態で水の循環に戻されるきれいな水とを生成するだけである。

代替で、発生させられた分子水素は、例えば、後での使用のための水素貯蔵ユニットに貯蔵されてもよい。例えば、ホテルは水素充填ステーションを利用可能とすることができ、そこで乗物に水素を充填することができる。分子水素を使用して動作させることができる他のエネルギーシステムに分子水素を供給することも可能である。

ある例示の実施形態では、ホテルは、例えばクルーズ船の一部であり得る。クルーズ船は、それ自体の廃水処理システムと、それ自体のエネルギーシステムとを有することができ、それらシステムの両方が、プラズマ分解装置を動作させるための水素含有ガスおよびエネルギーを提供することができる。さらなる例示の実施形態において、プラズマ分解装置は、乗用車、トラック、鉄道駆動車、または、例えばＬＰＧ航空機、もしくは合成ガスによって動力供給される航空機といった飛行機のような他の乗物において使用することもできる。飛行機では、例えば、灯油、ＪＰ－８、または他の従来の燃料が、炭素と、ＬＰＧ（液化石油ガス）または合成ガスとに変質でき、ＬＰＧ（液化石油ガス）または合成ガスは次に、飛行機に動力供給するために使用できる。これは、既存のインフラを大規模に置き換える必要なく、輸送における二酸化炭素排出を低減することができる。

図８は、分子水素１２および少なくとも１つの副産物１４”への水素含有ガス１０のコロナ放電で誘発される分解のための、または、分子水素１２および少なくとも１つの副産物１４”を生成するためのプラズマ分解装置１００”のさらなる例示の実施形態の概略図を示している。プラズマ分解装置１００”の動作原理は、他のプラズマ分解装置１００および１００’の動作原理と同様である。

プラズマ分解装置１００”は、例えば、分子水素１２および少なくとも１つの副産物１４”を連続的に生成するために使用できる。そのために、水素含有ガス１０はプラズマ分解装置１００”に連続的に供給される。水素含有ガス１０は、コロナ放電３２によって発生させられるプラズマにおいて分解される。水素含有ガス１０の分解によって発生させられた原子および分子は、新規の分子へと組み合わさり、分子水素１２と少なくとも１つの副産物１４”とを形成する。分子水素１２および／または少なくとも１つの副産物１４”は、川下生成物を生成するためにさらに使用され得る。例えば、合成ステップが、川下生成物を生成するために実行され得る。この例示の実施形態では、副産物１４”のうちの１つが小さい粒子の形態で存在し、コロナ放電３２によって生成されるガス混合物のガス流と一緒に反応室から放出される。さらなる副産物１４”は気体の副産物である。

プラズマ分解装置１００”は、筐体１６と、気密反応室１８”と、水素含有ガス１０のためのガス供給配管２０と、追加のガス８１０および８２０のための２つのさらなるガス供給配管８２０および８２２と、高周波交流電圧を用いて反応室１８”においてコロナ放電３２を発生させるための１つだけのプラズマ電極２２”と、ガス放出配管２４とを備える。プラズマ電極２２”は、高周波交流電圧をプラズマ電極２２”に供給する高周波発生装置２００に連結されている。ガス放出配管２４は、分子水素１２および副産物１４”を反応室１８”から放出する。

この例示の実施形態では、プラズマ電極２２”は黒鉛から作られている。また、プラズマ電極２２”は、コロナ放電３２を反応室１８”において発生させるための平坦な端６８を有する。プラズマ分解装置１００”の動作の間、炭素原子がプラズマ電極２２”から分離し、ガス流と共に反応室１８”から放出される。例えば、１～２ｇの炭素が、１ｋＷｈあたりにプラズマ電極２２”から分離する可能性がある。これは、プラズマ電極２２”が時間と共に短くなることを意味する。例えば、反応室１８”の中でのプラズマ電極２２”の平坦な端６８の位置が時間に伴って変化しないように、プラズマ電極２２”を連続的に滑らせることが可能である。代替で、プラズマ電極２２”は、特定の動作時間の後に、または、特定の量の炭素が分離された場合、交換させることもできる。プラズマ電極２２”は、コロナ放電３２の位置を変更し、延いてはプラズマの位置を変更するために、移動させることもできる。これにより、端に位置するプラズマの最も高温の位置を、反応室１８”に沿って特定の軸方向の位置へと移動させることが可能である。

筐体１６は、反応室１８”のための気密包囲体を提供する壁２８”を有する。この例示の実施形態では、筐体１６は黒鉛から作られている。絶縁体７０が反応室１８”の壁２８”の一部を形成している。絶縁体７０は、反応室１８”から反応室１８”の外部環境への移行部において、プラズマ電極２２”の周りに配置されている。絶縁体７０は、反応室１８”が気密になるようにプラズマ電極２２”を取り囲んでいる。封止が、この目的のために、絶縁体とプラズマ電極との間に設けられ得る。絶縁体とプラズマ電極自体とは、それらがそれぞれ面一で嵌まり合う場合、封止を提供することができる。代替または追加で、プラズマ電極は、反応室の中のプラズマ電極の直径が反応室の外径より小さくなるように、軸方向の軸に沿って異なる直径を有してもよい。絶縁体７０は、プラズマ電極２２”を壁２８”の外側から電気的に絶縁する。この例示の実施形態では、絶縁体７０は、プラズマ電極２２”を壁２８”の残りの部分からも電気的に絶縁する。絶縁体７０は、この例示の実施形態では酸化アルミニウムから作られている。代替で、絶縁体は、例えば高温セラミックといった１つまたはいくつかの他のセラミックから作られてもよい。

ガス供給配管２０は、水素含有ガス１０がコロナ放電３２の方向においてプラズマ電極２２”の表面に沿って流れるように配置されている。ガス供給配管２０は、水素含有ガス１０がコロナ放電３２の方向においてプラズマ電極の外面に沿ってプラズマ電極と平行に流れるように、反応室１８”の壁２８”における開口部を通じて絶縁体７０へと延びる。これは、ガス放出配管２４の方向においてコロナ放電３２によって発生させられるプラズマを移動させることを可能にする。

反応室１８”は主室３８”と副室４０”とに分割されている。コロナ放電は主室３８”において点火する。副室４０”は、コロナ放電３２によって発生させられた粒子が副室４０”へと流れることができるように、流れ方向において主室３８”から下流に配置されている。

この例示の実施形態では、追加のガス供給配管８２０および８２２は、それらが追加のガス８１０および８１２を副室４０”へ送り込み、それによって乱流または旋風のような流れが副室４０”の中で発生させられるように、配置されている。この流れは、コロナ放電３２によって発生させられたガス混合物と、反応室１８”からガス放出配管２４への固体粒子とを放出するのを助けることができる。代替または追加で、副室４０”は合成ステップのために使用できる。どの合成ステップが実施され得るかは、水素含有ガス１０の他に、どちらの追加のガス８１０および８１２が追加のガス供給配管８２０および８２２を介して反応室１８”へと送り込まれるかに依存する。

また、反応室１８”は、ガス供給配管２０とガス放出配管２４との間の先細り区域７２と、流れ方向において続いて連結された反応室１８”の拡大区域７４とを有し、それらの区域はラバールノズルを一緒に形成している。先細り区域７２は反応室１８”の断面を縮小し、反応室１８”のこの断面は、次に拡大区域７４によって再び拡大させられる。ラバールノズルは、反応室１８”の中の流速を増加させるノズル流を発生させるために使用され、それによって、コロナ放電３２によって発生させられたガス混合物をガス放出配管２４の方向に加速させる。例えば、１２ｍ／ｓから１４ｍ／ｓの間の流速が達成され得る。これは、固体粒子が主室３８”において壁２８”の内側３０に堆積して汚染しないことを確保することを可能にすることができる。

この例示の実施形態では、追加のガス供給配管８２０および８２２はラバールノズルの端の近くに配置される。他の例示の実施形態では、ガス供給配管は、反応室１８”に沿う異なる位置に配置されてもよい。例えば、ガス供給配管８２０および８２２は、それらがプラズマ電極を洗浄し、追加のガスをコロナ放電へと直接的に送り込むことができるように配置されてもよい。

さらに、この例示の実施形態では、プラズマ電極２２”は、コロナ放電３２によって発生させられるプラズマの端が反応室１８”の最小の断面上のまたはその近くに位置付けられるように、先細り区域７２および拡大区域７４に対して配置される。プラズマの端は最も高温の位置であり、これは、分子の分解のための追加のエネルギー入力がここで発生させられることを意味する。プラズマは、ガス供給配管８２０および８２２の高さにおいても途切れ得る（図示されていない）。例えば炭素原子が分離するため、またはプラズマ電極２２”が移動させられるため、プラズマ電極２２”の平坦な端６８の位置が変化する場合、プラズマの位置、延いてはプラズマの端も、動作の間に変化させることができる、または変化することができる。

水素含有ガス１０は、この例示の実施形態では水素である。ガス供給配管８２０を介して反応室１８”へと送り込まれる追加のガス８１０も、この場合は水素であり、追加のガス供給配管８２２を介して反応室１８”へと送り込まれる追加のガス８１２はこの場合はメタンである。異なる流量が、ガス、１０、８１０、および８１２を反応室１８”へと送り込むために使用できる。これは、コロナ放電３２の間に発生させられるガス混合物の組成に影響を与えることを可能にすることができる。この場合、より高い温度に達することができる水素プラズマが発生させられる。他の例示の実施形態では、メタンは、追加のガス供給配管のうちの１つを介してプラズマへと送り込むことができ、延いては直接的に分解させることができる。これは、生成されるガス混合物の組成に影響を与えることを可能にすることができる。代替で、ガス供給配管２０を介して異なる水素含有ガス１０を反応室１８”へと送り込むことも可能である。追加のガス８１０および８１２における水素およびメタンは、他のガスと置き換えることもできる。分析デバイスなどの分析のための追加の構成要素が、ガス供給配管およびガス放出配管の上流において、そこにおいて、またはその下流において、設けられてもよい（図示されていない）。その追加の構成要素は、反応室１８”へと送り込まれるガス混合物と、反応室１８”から放出されるガス混合物とを分析することができる。制御ユニット（図示されていない）は、具体的には、反応室１８”へと送り込まれたガス混合物および反応室１８”から放出されたガス混合物の組成の分析に基づいて、プラズマ分解装置１００”のパラメータを調整することができる。プラズマ分解装置１００”のパラメータは、例えば、特定の副産物の生成または高い水素収率のために設定され得る。また、ガス放出配管２４を介して放出されるガス混合物を分離するためのガス分離方法を使用することも可能である。例えばガス供給配管およびガス放出配管において、フィルタが粒子を濾過するために設けられてもよい。さらに、導入されたガス混合物に高い純度を提供するためにガス分離方法を使用することも可能である。さらなる合成ステップ、または他の処理ステップ、もしくは他の利用ステップにおいて、分子水素１２および／または副産物１４”のうちの１つまたはいくつかに基づいて、川下生成物を生成することがさらに可能である。

要するに、本発明は、分子水素および少なくとも１つの副産物への水素含有ガスのコロナ放電で誘発される分解、または、分子水素および少なくとも１つの副産物の生成、または、分子水素および／もしくは少なくとも１つの副産物からの川下生成物の生成に関する。そのために、水素含有ガスが、ガス供給配管を介して、１つだけのプラズマ電極を伴う気密反応室へと送り込まれる。気密反応室は、プラズマ電極を壁の外側から電気的に絶縁するように設計される壁によって包囲される。プラズマ電極は、高周波交流電圧を提供し、高周波交流電圧を用いて反応室においてコロナ放電を発生させる高周波発生装置に連結される。これは、分子水素および少なくとも１つの副産物への水素含有ガスの分解をもたらす。分子水素はガス放出配管を介して反応室から放出される。水素含有ガスは、例えば、気体集合状態へと変質されたメタン、バイオガス、天然ガス、硫化水素、もしくはシクロヘキサン、ヘプタン、トルエン、ガソリン、ＪＰ－８、または軽油を含み得る。

１０ 水素含有ガス
１２ 分子水素
１４、１４’、１４” 固体の副産物、炭素、黒鉛のスパイク
１６ 筐体
１８、１８’、１８” 反応室
２０ ガス供給配管
２１ 粒子フィルタ
２２、２２’、２２” プラズマ電極
２４、２４’ ガス放出配管
２５ 炭素粒子フィルタホース
２６、２６’ 放出配管
２８、２８” 壁
３０ 内面、内側
３２ コロナ放電
３４ 開口部
３６、３６’ ノズル
３８、３８’、３８” 主室
４０、４０’、４０” 副室
４２ 偏心器
４４、４６ 洗浄要素
４８ 炭素構造
５０ 位置
５２ 枝部
５４ 炭素層
５６ 長手方向軸
５８、６０ 刃先
６２ 滑りリング
６４ 滑り封止リング
６６ プラズマ電極２２の回転
６８ 平坦な端
７０ 絶縁体
７２ 先細り区域
７４ 拡大区域
１００、１００’、１００” プラズマ分解装置
１０２ 膜
１０４ 選択的吸着体
１０６ 放出配管
１０８ ガス放出配管
１１０ 容器
１２０ 交差ノズル
１２２ 交差ガス供給配管
１４０ 制御ユニット
１５０ 洗浄要素
１５２ 枢動軸
１５４ ロッド
１５６ ブラシ
２００、２００’ 高周波発生装置
２０２、２０４ コイル
２０６ コンデンサ
３００ ガスタンク
４００、４００’ プラズマ分解システム
６００、７００ 容器
６０２ 膜
６０４ 選択的吸着体
６０６、６０８ ガス放出配管
７０２ バイオガス反応装置
７０４ エネルギーシステム
７０５ 電力配線
７０６ 太陽光発電システム
７０８ 風力エネルギーシステム
７１０ プラズマ分解ユニット
７２０ 加熱器
７３０ 燃料電池
７４０ ホテル
７４２ 照明
７４４ ラジエータ
７４６ シャワー
７５０ 二酸化炭素
７６０ 雲
８１０、８１２、８２０ ガス
８２０、８２２ ガス供給配管

Claims (15)

1. 分子水素（１２）および少なくとも１つの副産物（１４； １４’； １４”）への水素含有ガス（１０）のコロナ放電で誘発される分解のための、または、分子水素（１２）および少なくとも１つの副産物（１４； １４’； １４”）を生成するためのプラズマ分解装置（１００； １００’； １００”）であって、
   － 気密反応室（１８； １８’； １８”）と、
   － 前記反応室（１８； １８’； １８”）への、前記水素含有ガス（１０）のためのガス供給配管（２０）と、
   － 高周波交流電圧を用いて、前記反応室（１８； １８’； １８”）においてコロナ放電（３２）を発生させるための１つだけのプラズマ電極（２２； ２２’； ２２”）と、
   － 前記反応室（１８； １８’； １８”）からの、前記分子水素（１２）のためのガス放出配管（２４）と
   を備え、
   前記気密反応室（１８； １８’； １８”）は、前記プラズマ電極（２２； ２２’； ２２”）を壁（２８； ２８”）の外側から電気的に絶縁するように設計される前記壁（２８）によって包囲され、
   前記プラズマ電極（２２； ２２’； ２２”）は、前記高周波交流電圧を発生させるための高周波発生装置（２００）に連結される、プラズマ分解装置（１００； １００’； １００”）。
2. 前記ガス供給配管（２０）は、前記水素含有ガス（１０）が前記コロナ放電（３２）の方向において前記プラズマ電極（２２）の表面に沿って流れるように配置される、請求項１に記載のプラズマ分解装置（１００； １００’； １００”）。
3. 前記プラズマ電極（２２’）は、前記コロナ放電（３２）を前記反応室（１８”）において発生させるための平坦な端（６８）を有する、請求項１または２に記載のプラズマ分解装置（１００”）。
4. 前記プラズマ電極（２２； ２２’）は、前記ガス供給配管（２０）に連結される開口部（３４）を有し、前記プラズマ電極（２２； ２２’）は、前記水素含有ガス（１０）が前記プラズマ電極（２２； ２２’）の前記開口部（３４）を通じて前記反応室（１８； １８’）へと送り込まれるように配置される、請求項１または２に記載のプラズマ分解装置（１００； １００’）。
5. 前記プラズマ電極（２２”）を前記壁（２８）の外側から電気的に絶縁する絶縁体（７０）を特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のプラズマ分解装置（１００”）。
6. 前記反応室（１８”）は、前記ガス供給配管（２０）と前記ガス放出配管（２４）との間に、先細り区域（７２）および拡大区域（７４）を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のプラズマ分解装置（１００”）。
7. 分子水素（１２）および少なくとも１つの副産物（１４； １４’）への水素含有ガス（１０）の前記コロナ放電で誘発される分解のための、または、分子水素（１２）および少なくとも１つの副産物（１４； １４’）を生成するためのプラズマ分解システム（４００； ４００’）であって、請求項１から６のいずれか一項に記載のプラズマ分解装置（１００； １００’）を少なくとも２つ備え、前記プラズマ分解装置（１００； １００’）同士は並列または直列に連結される、プラズマ分解システム（４００； ４００’）。
8. － 水素含有ガス（１０）を発生させるために使用できる物質を含む貯蔵ユニット、ならびに／または、
   － 水素含有ガス（１０）を伴う貯蔵ユニット（７０２）、ならびに／または、
   － 分子水素（１２）および前記少なくとも１つの副産物（１４）への水素含有ガス（１０）の前記コロナ放電で誘発される分解のためのエネルギーを提供するためのエネルギーシステム（７０４）、ならびに／または、
   － 前記分子水素（１２）を貯蔵するための水素貯蔵ユニットと、
   － 分子水素（１２）で動力供給され得る駆動部、ならびに／または、
   － 分子水素（１２）で動作させることができるエネルギーシステムと
   を備える、請求項７に記載のプラズマ分解システム（４００； ４００’）。
9. 不動構造（７０２）または可動構造の動作を通じて供給される水素含有ガス（１０）を使用する、分子水素（１２）および少なくとも１つの副産物（１４； １４’）への水素含有ガス（１０）の前記分解のための、または、分子水素（１２）および少なくとも１つの副産物（１４； １４’）を生成するための、請求項１から６のいずれか一項に記載のプラズマ分解装置（１００； １００’）の利用。
10. 請求項１から６のいずれか一項に記載のプラズマ分解装置（１００； １００’； １００”）によって生成される前記分子水素（１２）の利用、および／または、川下生成物の生成のための前記少なくとも１つの副産物（１４； １４’； １４”）の利用。
11. 以下の用途のための、すなわち、
    － 燃料としての、
    － 水素燃焼生成物の生成のための、
    － 推進剤としての、
    － 水素動力乗物を動作させるための、
    － 液化石油ガスとの混合のための、
    － 液化天然ガスとの混合のための、
    － 液化バイオメタンとの混合のための、
    － 天然ガスとの混合のための、
    － メタンとの混合のための、
    － 合成用ガスを生成するための、
    － 合成燃料を生成するための、
    － アンモニアを生成するための、
    － 原油を精製するための、
    － 化合物の水素化のための、
    － 水素タービンを動作させるための、
    － 燃料電池を動作させるための、
    － 熱電併給を動作させるための、
    － 熱電併給プラントを動作させるための、
    － 燃料電池を用いてエネルギーを発生させるための、
    － 熱電併給を用いてエネルギーおよび／または熱を発生させるための、
    － ガス分離システムにおいて、
    － ガス圧縮システムにおいて、
    － 合成原料を生成するための、
    － エネルギーを貯蔵するための、
    － 熱を発生させるための、
    － エネルギーを発生させるための、
    請求項１から６のいずれか一項に記載のプラズマ分解装置において生成される前記分子水素の利用。
12. 以下の用途のための、すなわち、
    － 鋼鉄の生成における還元剤としての、
    － 燃料としての、
    － 吸着剤としての、
    － 不均一触媒作用のための触媒の基質としての、
    － 炭素構造の生成における基材としての、
    － アスファルトの生成における添加物としての、
    － セメントの生成における添加物としての、
    － コンクリートの生成における添加物としての、
    － 熱伝導剤における成分としての、
    － 廃水処理のための活性炭としての、
    － 飼料添加物としての、
    － 結合剤添加物としての、
    － 栄養物の向上した貯蔵のための土壌への添加物としての、
    － 下水汚泥におけるリン物質および他の基礎化学物質を抽出するための炭素としての、
    － 建築材料における添加物としての、
    － プラスチックにおける添加物としての、
    － 絶縁のための、
    － 濾過のための、
    － 包装のための、
    － 軽量構造のための、
    請求項１から６のいずれか一項に記載のプラズマ分解装置において生成される副産物の利用。
13. 分子水素（１２）および少なくとも１つの副産物（１４； １４’）への水素含有ガス（１０）のコロナ放電で誘発される分解のための、または、
    分子水素（１２）および少なくとも１つの副産物（１４； １４’）を生成するための、または、
    前記分子水素（１２）および／もしくは前記少なくとも１つの副産物（１４； １４’）から川下生成物を生成するための
    方法（５００）であって、
    以下の処理ステップ、すなわち、
    － 水素含有ガス（１０）を気密反応室（１８； １８’）へと送り込むステップ（５０２）と、
    － 高周波交流電圧で動作させられる１つだけのプラズマ電極（２２； ２２’）を用いて、前記反応室（１８； １８’； １８”）においてコロナ放電（３２）を発生させるステップ（５０４）であって、前記気密反応室（１８； １８’）は、前記プラズマ電極（２２； ２２’）を壁（２８）の外側から電気的に絶縁するように設計される前記壁（２８）によって包囲される、ステップ（５０４）と
    を含み、
    分子水素（１２）および前記少なくとも１つの副産物（１４； １４’）は前記コロナ放電によって発生させられる、方法（５００）。
14. 以下の用途のうちの１つのための、すなわち、
    － 燃料としての、
    － 水素燃焼生成物の生成のための、
    － 推進剤としての、
    － 水素動力乗物を動作させるための、
    － 液化石油ガスとの混合のための、
    － 液化天然ガスとの混合のための、
    － 液化バイオメタンとの混合のための、
    － 天然ガスとの混合のための、
    － メタンとの混合のための、
    － 合成用ガスを生成するための、
    － 合成燃料を生成するための、
    － アンモニアを生成するための、
    － 原油を精製するための、
    － 化合物の水素化のための、
    － 水素タービンを動作させるための、
    － 燃料電池を動作させるための、
    － 熱電併給を動作させるための、
    － 熱電併給プラントを動作させるための、
    － 燃料電池を用いてエネルギーを発生させるための、
    － 熱電併給を用いてエネルギーおよび／または熱を発生させるための、
    － ガス分離システムにおいて、
    － ガス圧縮システムにおいて、
    － 合成原料を生成するための、
    － エネルギーを貯蔵するための、
    － 熱を発生させるための、
    － エネルギーを発生させるための、
    請求項１３による方法に従い得る、または、請求項１３による方法に従って生成される前記分子水素の利用。
15. 以下の用途のうちの１つのための、すなわち、
    － 鋼鉄の生成における還元剤としての、
    － 燃料としての、
    － 吸着剤としての、
    － 不均一触媒作用のための触媒の基質としての、
    － 炭素構造の生成における基材としての、
    － アスファルトの生成における添加物としての、
    － セメントの生成における添加物としての、
    － コンクリートの生成における添加物としての、
    － 熱伝導剤における成分としての、
    － 廃水処理のための活性炭としての、
    － 飼料添加物としての、
    － 結合剤添加物としての、
    － 栄養物の向上した貯蔵のための土壌への添加物としての、
    － 下水汚泥におけるリン物質および他の基礎化学物質を抽出するための炭素としての、
    － 建築材料における添加物としての、
    － プラスチックにおける添加物としての、
    － 絶縁のための、
    － 濾過のための、
    － 包装のための、
    － 軽量構造のための、
    請求項１３による方法に従い得る、または、請求項１３による方法に従って生成される前記少なくとも１つの副産物の利用。

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