WO2019049611A1

WO2019049611A1 - 水素ガスの製造方法

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Publication number: WO2019049611A1
Application number: PCT/JP2018/030197
Authority: WO
Inventors: 杉山　修
Original assignee: 杉山　修; 水口侑香; 水口果南; 水口悦子
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2018-08-13
Publication date: 2019-03-14
Also published as: JPWO2019049611A1; US11465902B2; US20200325018A1

Abstract

純度の高い水素ガスを、簡易な方法で、コスト的に優れるように製造する方法を提供することを課題とし、「少なくともアルカリ土類金属イオンを含有し、ｐＨが１１～１４のミネラルイオン水」と「生物由来炭素前駆体にミネラルイオン水を含浸させて高温焼成してなるミネラル担持高温焼成炭素質物」とを反応させることを特徴とする水素ガスの製造方法、該水素ガスの製造方法用のミネラル担持高温焼成炭素質物、及び、該水素ガスの製造方法用のミネラルイオン水の製造方法であって、少なくとも、マグネシウム若しくはカルシウムの、酸化物、水酸化物、炭酸塩又は炭酸水素塩を水に溶解させてアルカリ土類金属イオンを含有させ、ｐＨを調整し、生物の灰化物の水溶性成分を溶解させるミネラルイオン水の製造方法によって上記課題を解決した。

Description

水素ガスの製造方法

　本発明は水素ガスの製造方法に関するものであり、更に詳しくは、特定のミネラルイオンを含有するアルカリ性のミネラルイオン水と、特定のミネラル担持高温焼成炭素質物とを用いる純度の高い水素ガスの製造方法に関するものである。

　従来、水素の生成としては、化石燃料を燃焼させて得た熱によって水又はメタンから水素をとる水蒸気改質法、化石燃料を燃焼させて得た電気によって水を電気分解する電気分解法、工場における副生ガスとして得る方法等が知られている。しかしながら、これらは、環境保全、コスト等の点から問題があった。また、化石燃料ベースの水素ガスの生成には、不純物として、一酸化炭素（ＣＯ）や二酸化炭素（ＣＯ_２）が少なからず混在し、所謂「ＣＯ_２フリー」ではない。

　ユーザー等がその場で水素を得る方法としては、簡便には水素ボンベから得る方法があるが、元を辿れば前記した水素生成方法と同様の問題点があった。
　また、水素化化合物から得る方法；アルミニウム、亜鉛等のイオン化傾向の高い金属と酸性水溶液との反応物として得る方法（例えば、特許文献１～４）；等が知られている。
　しかしながら、これらは、水素生成時に、例えばアルミニウムの場合、発生する酸化アルミニウム、アルミン酸の析出が問題となってその反応が停止するという問題点があった。また、イオン化して水に溶出したアルミニウム含有イオンが生体にとって好ましくないため、水素発生後の残水の有効利用がなされる余地がなかった。

　そこで、環境に優しく、コスト的にも優れた純度の高い水素ガスの生成方法が望まれていた。

特開昭６２－２６３９４６号公報特開２００７－０４５６４６号公報特開２００７－１３１４８１号公報ＷＯ２０１５／０９９１２９号公報

　本発明は上記背景技術に鑑みてなされたものであり、純度の高い水素ガスを、簡易な方法で、コスト的に優れるように製造する方法を提供することにある。

　本発明者は、「特定のイオンを含有し、ｐＨが高い範囲に限定されたミネラルイオン水」と「特定の方法で得られたミネラル担持高温焼成炭素質物」とから水素ガスが得られ、しかも上記課題が解決できることを見出した。従来、「イオン化傾向の高い金属若しくはその合金（０価の金属（合金）自体）」を用いていたところ、特定の方法で得られた炭素質物を用いることによって、極めて好適に水素ガスが製造できることを見出して本発明を完成するに至った。

　すなわち、本発明は、「少なくともアルカリ土類金属イオンを含有し、ｐＨが１１以上１４以下のミネラルイオン水」と、「生物由来炭素前駆体にミネラルイオン水を含浸させて高温焼成してなるミネラル担持高温焼成炭素質物」とを反応させることを特徴とする水素ガスの製造方法を提供するものである。

　また、本発明は、上記の水素ガスの製造方法用のミネラル担持高温焼成炭素質物であって、上記生物由来炭素前駆体に上記ミネラルイオン水を含浸させて高温焼成してなるものであることを特徴とするミネラル担持高温焼成炭素質物を提供するものである。

　また、本発明は、上記の水素ガスの製造方法用のミネラルイオン水の製造方法であって、少なくとも、マグネシウム若しくはカルシウムの、酸化物、水酸化物、炭酸塩又は炭酸水素塩を水に溶解させてアルカリ土類金属イオンを含有させ、ｐＨを調整し、生物の灰化物の水溶性成分を溶解させることを特徴とするミネラルイオン水の製造方法を提供するものである。

　本発明によれば、上記問題点と課題を解決し、二酸化炭素を出さず連続的に安定して純度の高い水素ガスを供給でき、環境にとって極めて優しく、システムとして極めて簡易で安価であるにもかかわらず、好適に水素ガスが製造でき、該水素ガスを提供することができる。
　本発明の水素ガスの製造方法は、特に前記のごとく化石燃料を使用することなく（化石燃料に依存することなく）、場所を選ばず、すなわち水素ガスが求められる場所でオンサイトに簡易に水素ガスが生成可能である。本発明によれば、一般家庭、食品工場、車載等においても手軽に安全に水素ガスの製造が可能である。すなわち、前記、ミネラルイオン水と前記、炭素触媒があれば安全に何処でも水素ガス気体の生成が可能である。

　また、本発明の水素ガスの製造方法は、電気分解法のように電気を使用せず、ほぼ無尽蔵とも言える水や海水原料を使用しているので、安価に水素ガスが得られると共に、環境にも優しい。更に、化石燃料に依存しないでエネルギーが得られ、二酸化炭素フリーの水素社会の構築に向けての貢献が可能となる。

　特に、ミネラルイオン水の原料として、例えば、消石灰、生石灰、炭酸カルシウム等を用い、更にはそれらを、例えば、サンゴ石、卵の殻、貝殻等のような生物由来品から得れば、更なるコストダウンと環境保全が得られる。
　また、ミネラルイオン水に、生物の灰化物の水溶性成分を含有させれば、コストアップをさせずに好適に水素ガス製造ができる。
　また、ミネラルイオン水を得るための水を海水や陸水にすることで、更なるコストダウンが図れる。

　また、もう一方のミネラル担持高温焼成炭素質物についても、その原料である生物由来炭素前駆体は生物由来であり、０価の金属（合金）を含有させる必要がないので、好適に水素ガス製造ができるにもかかわらず、コストダウンと環境保全が得られる。
　また、生物由来炭素前駆体として、例えば、草木、海藻等を用いれば、更なるコストダウンと環境保全が達成される。

　本発明によれば、従来必要とされてきたイオン化傾向の高い金属（合金）に代えて、ミネラル担持高温焼成炭素質物を使用するので、更に好ましくは独自の炭素プラズマ焼成したミネラル担持高温焼成炭素質物を使用するので、純粋な水素ガスが得られる。また、水素ガスが出尽くした後のミネラルイオン水は、該炭素質物の効果で高いｐＨを維持し、溶存酸素量も多いので酸素含有ミネラルイオン水として再利用が可能となる。
　また、前記のミネラル担持高温焼成炭素質物も触媒として繰り返し使用可能であるため、極めて経済的な効果をもたらす。

　以下、本発明について説明するが、本発明は、以下の具体的形態に限定されるものではなく、技術的思想の範囲内で任意に変形することができる。

　本発明の水素ガスの製造方法は、「少なくともアルカリ土類金属イオンを含有し、ｐＨが１１以上１４以下のミネラルイオン水」と、「生物由来炭素前駆体にミネラルイオン水を含浸させて高温焼成してなるミネラル担持高温焼成炭素質物」とを反応させることを特徴とする。

＜ミネラルイオン水＞
　本発明における「ミネラルイオン水」とは、少なくともアルカリ土類金属イオンを含有し、ｐＨが１１以上１４以下の水溶液のことを言う。
　本発明は、「ミネラルイオン水（Ａ）」と「生物由来炭素前駆体にミネラルイオン水（Ｂ）を含浸させて高温焼成してなるミネラル担持高温焼成炭素質物」とを反応させるが、以下の記載は、上記ミネラルイオン水（Ａ）にも、上記ミネラルイオン水（Ｂ）にも共通である。なお、実際に使用されるミネラルイオン水（Ａ）とミネラルイオン水（Ｂ）は、全く同一のものであっても、要件を満たせば異なる（組成の）ものでもよい。

　上記アルカリ土類金属イオン（第２族元素のイオン）としては、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオン等が挙げられる。
　より好ましくは、好適に水素ガスが発生すること、該イオンを含む化合物が安価であること等から、好ましくは、マグネシウムイオン（Ｍｇ^２＋）又はカルシウムイオン（Ｃａ^２＋）であり、特に好ましくは、カルシウムイオン（Ｃａ^２＋）である。これらのイオンは、単独で含んでいても、２種以上含んでいてもよい。

　マグネシウムイオン（Ｍｇ^２＋）と、カルシウムイオン（Ｃａ^２＋）とを含む場合は、その混合比は、Ｃａ^２＋リッチなモル比がコストパフォーマンス的にも好ましく、Ｃａ^２＋／Ｍｇ^２＋＝１０／１０～１９／１（モル比）が特に好ましい。

　ミネラルイオン水におけるアルカリ土類金属イオンの濃度は、アルカリ土類金属イオンの合計質量として、１０質量％以上が好ましく、１２質量％以上がより好ましく、１５質量％以上が特に好ましい。上限は、前記ｐＨの範囲によって決められる。

　上記「水に溶解してアルカリ土類金属イオンを与える化合物」（以下、カッコ内を「アルカリ土類金属イオン供給化合物」と略記する。）としては、該アルカリ土類金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩等が挙げられる。より好ましくは、マグネシウム若しくはカルシウムの、酸化物、水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩等であり、更に好ましくは、カルシウムの、酸化物、水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩等であり、特に好ましくは、水酸化カルシウム（消石灰）である。これらは、単独で使用しても、２種以上を使用してもよい。

　「アルカリ土類金属イオン供給化合物」は、石灰岩等の岩石；珊瑚石、卵の殻、貝殻、焼成貝殻等の生物由来品；等からも得られ（等が挙げられ）、それらを利用すれば、更なるコストダウンが達成される。また、上記を含む所謂「石灰質」と言われているものも好ましい。
　上記アルカリ土類金属イオン供給化合物として、生物由来品を用いることが、廃棄物として入手可能である点、コスト的に有利である点に加え、人体・自然に優しい等の点から好ましい。該生物由来品としては、上記理由から具体的に上記したものが特に好ましい。

　ミネラルイオン水の中のアルカリ土類金属イオンや、ミネラルイオン水の調製に用いるアルカリ土類金属イオン供給化合物の量は、最終的に得られたミネラルイオン水が後記するｐＨ範囲になるような量であることが好ましい。
　アルカリ土類金属イオン供給化合物は、水に投入して（好ましくは空気を遮断した状態で溶解熟成（静置）させ）、要すれば熟成後に上澄み水の濾過を行って、所望のミネラルイオン水を得ることができる。これらの化合物は、単独で用いても、２種以上を併用してもよい。

　また、「アルカリ土類金属イオン供給化合物」として水酸化カルシウム（消石灰）のみを用いた場合には、水酸化カルシウムとして、水全体の対比に対して、１２質量％以上、１５質量％以上が特に好ましい。
　カルシウムイオン以外のアルカリ土類金属イオンを含む場合や、アルカリ土類金属を水酸化物以外の形態で配合・溶解イオン化する場合には、好ましいアルカリ土類金属イオンの濃度は、上記水酸化カルシウムの（カルシウムの）モル数（モル濃度）換算で特定する。

　本発明におけるミネラルイオン水は、ｐＨが１１以上１４以下であることが必須であり、好ましくは１２以上１４以下であり、特に好ましくは１３以上１４以下である。このようなｐＨ範囲とすると、後述するミネラル担持高温焼成炭素質物との相互作用で好適に水素ガスが発生する。

　該ｐＨは、前記アルカリ土類金属イオン供給化合物、及び、後述する「生物の灰化物（の水溶性成分）」をも含めて調整することが好ましい。「水中でアルカリ性を示す他の化合物」を用いることも可能である（排除されない）。

　本発明におけるミネラルイオン水は、更に「生物の灰化物の水溶性成分」を含有することが、資源が豊富である、コストパフォーマンスに優れる、廃棄物の有効利用が可能である等の点から好ましい。
　生物中の微量元素としては、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、リン、亜鉛、マンガン、セレン、鉄、銅等が挙げられる。アルカリ土類金属イオン以外の金属イオンは、高アルカリ性であるが水として極めて穏やかで刺激性がないと言うミネラルイオン水としての性能を向上させると考えられる。

　特に、上記生物が原生生物又は植物であることがより好ましい。該原生生物としては、藻類、原生動物類等が挙げられ、該植物としては種子植物等が挙げられる。原生生物又は植物は、ミネラル成分を多く含むものが好ましい。
　該藻類としては海藻等が好ましく、中でも、緑藻；モズク、コンブ、ワカメ、ホンダワラ、ヒジキ等の褐藻；紅藻；珪藻等がより好ましい。
　該種子植物としては、チャノキ等が好ましく、中でも、それらの葉、茎、根等がより好ましい。茶殻も特に好ましい。
　中でも、上記「生物」としては、草木又は海藻であることが、成分としてミネラルリッチである点等から特に好ましい。

　また、上記「生物」は、廃棄物中に含まれる生物（生物自体、生物の加工品、生物由来物等）であることも環境にとっても好ましい。
　そのような廃棄物としては、茶の出し殻、根菜類加工残渣、雑草類等の種子植物由来品；「ホンダワラ等の褐藻」等の海藻；等が挙げられる。また、該廃棄物としては、菌床残渣等が挙げられる。

　「生物の灰化物」は、上記生物を灰化したものであり、草木灰（として入手できるもの）が好適に使用できる。
　本発明におけるミネラルイオン水には、「生物の灰化物の水溶性成分」を含有することが好ましいが、該水溶性成分は、該灰化物から別途分離しておいて含有させてもよいが、これを「ミネラルイオン水（を構成する水）」に投入し、静置（熟成）後に上澄み水を濾過して、水溶性イオン成分だけを含有させるようにしてもよい。すなわち、得られた濾液を配合させてもよい。

　ミネラルイオン水の調製に用いる水は、特に限定はなく、脱塩水、蒸留水、市水、純水、陸水、海水等が挙げられる。中でも、湖、沼、河川、井戸（地下水）等の陸水；海水；等が、コストダウン、既にナトリウム等ミネラル成分を多く含んでいる点から好ましい。海水は、陸水と比較すると、より多くのミネラル成分が含まれている点で好適である。

　本発明は、「本発明の水素ガスの製造方法」用のミネラルイオン水の製造方法であって、少なくとも、マグネシウム若しくはカルシウムの、酸化物、水酸化物、炭酸塩又は炭酸水素塩を水に溶解させてアルカリ土類金属イオンを含有させ、ｐＨを調整し、生物の灰化物の水溶性成分を溶解させることを特徴とするミネラルイオン水の製造方法でもある。

　本発明は、「本発明の水素ガスの製造方法」用のミネラルイオン水でもある。
　本発明のミネラルイオン水は、水素ガス生成用のミネラルイオン水（Ａ）でもあり、また、後記するミネラル担持高温焼成炭素質物の調製に際して、生物由来炭素前駆体に含浸させるミネラルイオン水（Ｂ）でもあり、ミネラル付与材でもあり、焼成用難燃性担持剤でもあり、このような用途もある。

＜ミネラル担持高温焼成炭素質物＞
　本発明における「ミネラル担持高温焼成炭素質物」は、生物由来炭素前駆体にミネラルイオン水を含浸させて高温焼成してなる。ここで、「生物由来炭素前駆体」とは、焼成されて炭素質物になるような「元素として炭素を含有するもの」であって生物由来のものを言い、「生物由来炭素前駆体」には、既に炭素質物であっても、高温焼成して炭素質物であることを維持するものも含まれる。

　「ミネラル担持高温焼成炭素質物」の「炭素質物」とは、実質的に炭素（Ｃ）からなる物体を言い、生物由来の不定形炭素等が挙げられ、本発明の水素ガスの生成用炭素触媒として極めて好ましい。しかしながら、他の炭素であるグラファイト（天然黒鉛、石墨）；グラフェン構造が積層されてなるグラフェン等の炭素群は、ミネラルイオン水担持マイクロ波励起炭素高温プラズマ源としては極めて好適である。
　「ミネラル担持高温焼成炭素質物」の「担持」とは、炭素質物の表面に付着若しくは結合している形態や、炭素質物が多孔質であり該孔の中に浸透定着若しくは結合している形態を含む。

　「生物由来炭素前駆体」の「生物」としては、前記したミネラルイオン水に含有される成分である「生物の灰化物の水溶性成分」における「生物」が挙げられる。
　「生物由来炭素前駆体」の「生物」としては、草木又は海藻であることが特に好ましい。草木又は海藻としては、前記したものと同様のものが好ましいものとして挙げられる。中でも、「生物由来炭素前駆体」としては、密度が高い広葉樹の枝、幹、木材等が好適である。

　「生物由来炭素前駆体」は、廃棄物中に含まれるものであることも、環境保護、コストダウン等の点から好ましい。該廃棄物としては、間伐材、街路樹等の剪定材、不要木材、不要竹材、建設廃材、廃棄紙等がより好ましい。不要木材であることが特に好ましい。
　これらにミネラルイオン水を含浸させて、酸素（空気）を遮断して焼成すれば、高密度であったり、高表面積を有する多孔質であったりする「ミネラル担持高温焼成炭素質物」を得ることができ、より多くの水素ガスの生成が可能である。

　該生物由来炭素前駆体としては、焼成されて初めて炭素質物になるようなもの以外にも、既に炭化物であって焼成しても炭素質物であるものも含まれるが、そのようなものとしては、木炭、竹炭等が挙げられる。該木炭としては、黒炭；備長炭等の白炭；等が挙げられる。
　なお、（ミネラルイオン水を含浸させて）焼成して初めて（ミネラル担持）炭素質物となるような「前記したもの」も好ましい。

　ミネラル担持高温焼成炭素質物は、上記生物由来炭素前駆体に、ミネラルイオン水を含浸させて高温焼成して得られるものであっても、上記したように「既に存在する生物由来の炭化物」に、ミネラルイオン水を含浸させて高温焼成して得られるものであってもよい。
　具体的には、例えば、生物由来炭素前駆体又は生物由来の炭化物をミネラルイオン水に、２０℃で１～６時間浸漬させて、その後、乾燥させ高温焼成してなるものが好ましい。
　なお、含浸させるミネラルイオン水（Ｂ）中のアルカリ土類金属イオンの（特に）好ましい濃度は、＜ミネラルイオン水＞の項で前記したものと同様である。

　生物由来炭素前駆体を加熱炉で焼成する場合は、空気（酸素）を遮断して、８００℃以上１５００℃以下で行うことが好ましく、９００℃以上１５００℃以下で行うことがより好ましく、１１００℃以上１５００℃以下で行うことが特に好ましい。
　既に炭化物である黒炭は低温焼成物であり、その焼成温度は５００℃前後であるため、ミネラルイオン水を含浸させてから改めて高温焼成しなければならず、好ましくは１１００℃近傍で再焼成する必要がある。

　焼成は、空気（酸素）が遮断された、熱放射型又は熱伝導型の加熱炉内で行ってもよいが、マイクロ波励起炭素高温プラズマ焼成による昇温によって行うことが特に好ましく、その場合、短時間で焼成が可能である。通常の加熱炉においては長時間継続した加熱が必要であるが、マイクロ波を利用した炭素プラズマ焼成は、短時間でミネラルリッチな炭素質物が得られるため好ましい。
　本発明は、「マイクロ波励起炭素プラズマ焼成である上記の水素ガスの製造方法」であることがより好ましい。該マイクロ波としては、家庭用の電子レンジのマイクロ波を利用することもできる。
　マイクロ波励起で焼成する場合は、温度範囲は同様であるが、時間範囲は全く異なり極端に短時間である。生物由来炭素前駆体の体積によっても焼成時間は異なるが、２分以上１５分以下（特に好ましくは５分以上１０分程度）で高温焼成することが好ましい。

　焼成によって炭素質物ができると共に、生物由来炭素前駆体が持つミネラル成分に、含浸されたミネラルイオン水によってミネラル成分が増し、極めてミネラルリッチな炭素質物が得られる。
　高温焼成してなる炭素質物の、表面；ミクロ孔、メソ孔、マクロ孔等の孔の内部；等に更に多くのミネラル成分が担持される。該孔には分岐しているものも分岐していないものも含まれ、該ミネラルにはアルカリ土類金属（イオン）やそれ以外の金属（ミネラル）が含まれる。
　本発明によって、アルカリ性のミネラルイオン水が、このようなミネラル担持高温焼成炭素質物に接触することで、水素ガスが効率よく発生することが明らかになった。

　ミネラル担持高温焼成炭素質物全体に対するミネラル成分の担持比率（範囲）は、前記したミネラルイオン水の濃度（範囲）と、前記した「生物由来炭素前駆体とそこに含浸させるミネラルイオン水の割合」から計算できるが、１．４～１５質量％が好ましく、１．６～１０質量％がより好ましく、２～８質量％が特に好ましい。
　担持比率が少な過ぎる場合或いは焼成温度が低いと、水素ガスが良好に発生しない場合等があり、一方、担持比率が少なくても、良く高温焼成した炭素とすることで必然的にアルカリ性も高くなり且つミネラル成分も増す傾向にある。

　焼成に際しては、前記のように、空気（酸素）が遮断された状態で行ってもよいが、難燃剤の存在下に高温焼成してもよい。具体的には、例えば、難燃剤を含有するミネラルイオン水中に生物由来炭素前駆体を浸漬する等して、難燃剤を生物由来炭素前駆体に染みこませ、乾燥させて次いで加熱（焼成）する。
　すなわち、本発明は、上記生物由来炭素前駆体に、「上記ミネラルイオン水に難燃剤を溶解してなるアルカリ性の水溶液」を含浸させ、次いで高温焼成して上記ミネラル担持高温焼成炭素質物を得る前記の水素ガスの製造方法が好ましい。
　該難燃剤としては特に限定はなく、水溶性か水分散性かに限定されず、汎用のもので環境に優しいものも使用できるが、ミネラルリッチなアルカリ性であることが更に好ましい。前記難燃剤担持高温焼成炭素が極めて好適である。

　本発明は、前記の水素ガスの製造方法用のミネラル担持高温焼成炭素質物であって、上記生物由来炭素前駆体に上記ミネラルイオン水を含浸させて高温焼成してなるものであることを特徴とするミネラル担持高温焼成炭素質物でもある。
　なお、ミネラル担持高温焼成炭素質物の態様、例えば、どのような化学構造でミネラル成分が炭素質物に担持されているか；炭素質物が多孔質の場合にどのように担持されているか；生物由来炭素前駆体やミネラルイオン水の外延は前記した通りで明確ではあるが、どのような微量元素が担持されているか；等は、現在の分析手段では明らかにできないか、非常に難し過ぎる。炭素質物を作りながら同時にミネラル成分を担持させるので、できたものの構造が極めて特定し難い。従って、本発明のミネラル担持高温焼成炭素質物は、その製造方法でしか特定できない。

　本発明は、上記の水素ガスの製造方法を使用して上記ミネラルイオン水を変化させることを特徴とするミネラルイオン水由来の抗酸化水の製造方法でもある。すなわち、上記の水素ガスの製造方法を使用して水素ガスを製造すると、使用したミネラルイオン水が化学変化や組成変化をしても炭素触媒効果で変質せず、副産物としてアルカリ性の抗酸化水が得られる。この抗酸化水は、飲用することもでき、有価物として再利用できる。従来技術の様なイオン化傾向の高い金属を使用すると水素ガス生成後の水は使用できない。

　以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限りこれらの実施例に限定されるものではない。

＜ミネラルイオン水の調製＞
実施例１
　脱塩水に対し、消石灰（水酸化カルシウム）１５質量部、及び、生石灰（酸化カルシウム）１質量部を先入れし、溶液（不要物あり）のｐＨが１４になるように微調整し、空気を遮断した状態で１２時間以上静置して熟成した後に上澄み水を濾過して、ｐＨ１４．０のミネラルイオン水（１）を得た。

実施例２
　実施例１の脱塩水に代えて海水を用い、上澄み水を濾過して、ｐＨ１４．０のミネラルイオン水（２）を得た。

実施例３
　脱塩水に対し、消石灰（水酸化カルシウム）１５質量部、及び、酸化マグネシウム０．３質量部を先入れした以外は、実施例１と同様にして、ｐＨ１４．０のミネラルイオン水（３）を得た。

実施例４
　実施例１において、更にホンダワラの灰化物３質量部を加えた以外は実施例１と同様にして、ｐＨ１４．０のミネラルイオン水（４）を得た。

実施例５
　実施例１において、更に茶殻の灰化物５質量部を加えた以外は実施例１と同様にして、ｐＨ１４．０のミネラルイオン水（５）を得た。

＜ミネラル担持高温焼成炭素質物の調製＞
実施例６
　前記のミネラルイオン水（１）～（５）をそれぞれ９９．２～９９．５質量部に対して、難燃剤として、硫酸アンモニウム０．５質量部～０．８質量部を加えて、２０℃で撹拌し溶解させた。得られた水溶液のｐＨは１０（レベル）であった。

　生物由来炭素前駆体として紙と木片断面カット物を使用して、以下のようにしてミネラル担持高温焼成炭素質物を調製した。
　紙は、前記アルカリ性の水溶液に２０℃で浸漬し、取り出した後に余剰液を絞り、２０℃で乾燥させた。
　「維管束に略垂直に切断した木片（木片を断面切断すると毛細管から良く浸透する。）」は、前記アルカリ性の水溶液に、２０℃で６時間浸漬し、取り出した後に２０℃で乾燥させた。

　この乾燥させた、ミネラルイオン水を含浸させた生物由来炭素前駆体の一部分を、ガス火で一部分チャー化（炭化）した。
　その後、フラットタイプの電子レンジ内の底部に、石膏ボードと「高断熱性で不燃性の発泡体」を重ねてサーマルショックが生じない構造体としたものをセットした。
　前記の一部炭化させた生物由来炭素前駆体を、電子レンジ内の該構造体の上にのせ、２００Ｗの出力でマイクロ波照射を開始すると、予め炭化させた部位が、即高熱プラズマ発光し、その熱が伝導し、約２～３分以内に全体的にプラズマ赤熱し、一部炭化させていないその他の部位も連鎖的にプラズマ発光し赤熱した。この時のマイクロ波照射時間は４分間であった。
　電子レンジから取り出したのちも木片は数分間赤熱していたが、その間に、別途調製してあった同一組成のミネラルイオン水で消火し黒色のミネラル担持高温焼成炭素質物を得た。

　この時のプラズマ温度は、熱電対温度計で測定したところ、１０００℃～１２００℃であった。マイクロ波を照射すると、簡単短時間でミネラル担持高温焼成炭素質物を得ることができた。
　生物由来炭素前駆体に含浸させた「実施例１～５で得られたミネラルイオン水（１）～（５）」に対応させて、「１」～「５」とナンバリングし、紙を「Ｐ」、木片を「Ｗ」とし、実施例６を「Ａ」とすることで、ミネラル担持高温焼成炭素質物（１ＰＡ）～（５ＰＡ）、（１ＷＡ）～（５ＷＡ）の計１０種のミネラル担持高温焼成炭素質物を得た。

実施例７
　実施例６で、難燃剤として、「硫酸アンモニウム０．５質量部～０．８質量部」を加えたことに代えて、「ホウ砂０．５９５質量部、及び、硫酸アンモニウム０．７０５質量部」を加え、全体で１００質量部になるように残量を前記のミネラルイオン水（１）～（５）に代えた以外は、実施例６と同様にして、ミネラル担持高温焼成炭素質物（１ＰＢ）～（５ＰＢ）、（１ＷＢ）～（５ＷＢ）の計１０種のミネラル担持高温焼成炭素質物を得た。「Ｂ」は実施例７で得られたものであることを示す。

　ホウ砂は２０℃でミネラルイオン水に完溶しないが、硫酸アンモニウムが溶解されていることで、ホウ砂は２０℃で硫酸アンモニウムと共にミネラルイオン水に完溶した。
　得られた「難燃剤を含有するアルカリ性の水溶液」は、ｐＨが１２レベルであり、極めて良好であった。

＜水素ガスの製造＞
実施例８
　予め用意した容器内に、実施例７で調製したミネラル担持高温焼成炭素質物（１ＰＢ）～（５ＰＢ）、（１ＷＢ）～（５ＷＢ）の計１０種のミネラル担持高温焼成炭素質物をそれぞれ１８ｇ入れ、後で添加するミネラルイオン水の上に浮いてこないように、メッシュネットとガラス製の錘で容器の下方に固定した。

　上記ミネラル担持高温焼成炭素質物を入れた容器内に、２０℃のミネラルイオン水１５０ｍＬを注ぎ入れた。注ぎ入れたミネラルイオン水は、ミネラル担持高温焼成炭素質物（１ＰＢ）～（５ＰＢ）を調製したミネラルイオン水（１）～（５）に対応したものであった。

　その結果、僅か１～２秒で、木片細孔に含まれる空気が出る同時に、水素ガスが連続的に発生した。その水素ガスは、１時間経過しても生成し続けた。
　ミネラルイオン水の温度を４５℃にすると、前記より勢いよく水素ガスが連続的に生成した。更に、ミネラルイオン水の温度を７０℃にすると、更に激しくミネラル担持高温焼成炭素質物の表面及び多孔性内部構造からも水素ガスが噴出した。

　「ミネラルイオン水（１）～（５）」と「ミネラル担持高温焼成炭素質物（１ＰＢ）～（５ＰＢ）」の組み合わせは、何れも良好に水素ガスを発生した。更に、マグネシウムを含有するミネラル担持高温焼成炭素質物（３ＰＢ）、生物の灰化物の水溶性成分を含有するミネラル担持高温焼成炭素質物（４）、（５）は、ミネラル担持高温焼成炭素質物（１）より、水素の発生速度が良く、また、水素ガスの生成量が多かった。

　実施例７で調製したミネラル担持高温焼成炭素質物（１ＰＢ）～（５ＰＢ）、（１ＷＢ）～（５ＷＢ）に代えて、実施例６で調製したミネラル担持高温焼成炭素質物（１ＰＡ）～（５ＰＡ）、（１ＷＡ）～（５ＷＡ）を用いたところ、ほぼ同様の結果が得られた。

実施例９
　実施例７で調製したミネラル担持高温焼成炭素質物（１ＷＢ）１個体４８ｇに対し、実施例１で調製した２０℃のミネラルイオン水（１）を１Ｌ注ぎ込んだ。

　ミネラル担持高温焼成炭素質物との反応において、ミネラル担持高温焼成炭素質物の微細な細孔から噴出する水素ガスの生成量が多かった。
　このミネラル担持高温焼成炭素質物は、高密度で多孔質であり、高温焼成されており、ミネラルリッチで、アルカリ性が高いので、優れた水素ガス生成能を有したと考えられる。該ミネラル担持高温焼成炭素質物が高密度多孔質であるため、その中に分布するミネラル成分量が多く、それにも比例し、より多くの水素ガスが生成したと考えられる。

　そして、ミネラルイオン水と炭素質物に代えて、イオン化傾向の高い金属反応では、金属の溶解や酸化によって、水自体が酸性化するため水素ガスの生成が停止する。しかし、高アルカリ性ミネラルリッチな炭素触媒反応においては、ミネラルイオン水が高アルカリ性を維持するため、水素の発生が持続する。
　なお、前記反応によって完全に水素ガスが出尽くした後のミネラルイオン水のｐＨは１３をキープしており、抗酸化性の水であると推察される。

　本発明の水素ガスの製造方法は、エネルギー用途をはじめとして、燃料電池、水素エンジン、超臨界流体駆動推進、発電、医療ガス、マーガリン製造・乾燥等の分野に広く利用されるものであり、資源が不足する国々が環境に優しいクリーンエネルギー立国となる。

Claims

　「少なくともアルカリ土類金属イオンを含有し、ｐＨが１１以上１４以下のミネラルイオン水」と、「生物由来炭素前駆体にミネラルイオン水を含浸させて高温焼成してなるミネラル担持高温焼成炭素質物」とを反応させることを特徴とする水素ガスの製造方法。
　上記生物由来炭素前駆体に、「上記ミネラルイオン水に難燃剤を溶解してなるアルカリ性の水溶液」を含浸させ、次いで高温焼成して上記ミネラル担持高温焼成炭素質物を得る請求項１に記載の水素ガスの製造方法。
　上記高温焼成が、マイクロ波励起炭素プラズマ焼成である請求項１又は請求項２に記載の水素ガスの製造方法。
　上記生物由来炭素前駆体が、草木、海藻、木炭又は竹炭である請求項１ないし請求項３の何れかの請求項に記載の水素ガスの製造方法。
　上記ミネラルイオン水が、更に、生物の灰化物の水溶性成分を含有する請求項１ないし請求項４の何れかの請求項に記載の水素ガスの製造方法。
　上記生物が原生生物又は植物である請求項５に記載の水素ガスの製造方法。
　請求項１ないし請求項６の何れかの請求項に記載の水素ガスの製造方法用のミネラル担持高温焼成炭素質物であって、上記生物由来炭素前駆体に上記ミネラルイオン水を含浸させて高温焼成してなるものであることを特徴とするミネラル担持高温焼成炭素質物。
　請求項１ないし請求項６の何れかの請求項に記載の水素ガスの製造方法用のミネラルイオン水の製造方法であって、少なくとも、マグネシウム若しくはカルシウムの、酸化物、水酸化物、炭酸塩又は炭酸水素塩を水に溶解させてアルカリ土類金属イオンを含有させ、ｐＨを調整し、生物の灰化物の水溶性成分を溶解させることを特徴とするミネラルイオン水の製造方法。
　請求項１ないし請求項６の何れかの請求項に記載の水素ガスの製造方法を使用して上記ミネラルイオン水を変質変化させないことを特徴とするミネラルイオン水由来の抗酸化水の製造方法。