彦根藩二代当主である井伊直孝公をお寺の門前で手招き雷雨から救ったと
伝えられる招と、井伊軍団のシンボルとも言える赤備え（戦国時代の井伊
軍団編成の一種、あらゆる武具を朱りにした部隊編成のこと）と兜（かぶ
と）を合体させて生まれたキャラクタ－
【季語と短歌：11月20日】
神無月方時雨ては寒暖差 
高山 宇 （赤鬼）
⬛ ２０２４年中国がグリーン水素製造機器を支配？！
10月3日、国際エネルーギー機関（IEA）は、過去1年間でのグリーン水素
製造機器の40％を財政支援で占有したと報じている。米国は再生可能な電
力を水電解装置の製造拡大し、世界のデバイス価格削減され、再生可能エ
ネルギーや原子力発電による水素製造には欠かせない。それによると、昨
年承認された6.5ギガワット(GW)の電解槽容量のうち、中国は40%超を占
有。同年のヨーロッパは2GW超（占有率32%）、インドは1.3GW。年間
25GWを達成。同報告書によると、中国の大手ソーラーパネルメーカー数
社が電解槽の製造を開始、これらを合わせると、この分野での中国生産能
力の約3分の1を占める。財政支援を受けた電解槽の総容量は全世界で20G
Wに達し、2030年までに低排出水素の年間世界生産量を5倍に増やせる。
IEAによると、低排出水素製造に世界中の政府が設定した目標は、2030年
までに4,300万トンに達する（予想）。需要の1,100万トンをわずかに下回
わる。
【海水有価物回収水素製造並びに炭素化合物製造事業論 ⑥】
2. 特開2024-77350 炭素および水素の製造方法 三菱マテリアル株式会社他 ⓷
【００６１】（電解還元過程Ｓ３－１）
【００６２】陰極槽１１は、例えば、ガラスなどの誘電体材料から形成さ
れた液槽であり、内部に３価の塩化鉄を含む陰極液、本実施形態では、前
工程である炭素分離工程Ｓ２で得られた塩化鉄（塩化鉄(III)と塩化鉄(II)の
混合物）の塩酸溶液（陰極液）を収容する。こうした塩化鉄の塩酸溶液（
陰極液）は、例えばｐＨが０．５以下になるように、塩酸濃度が調整される。
【００６３】陽極槽１２は、例えば、ガラスなどの誘電体材料から形成さ
れた液槽であり、内部に電解質を含む陽極液、本実施形態では希硫酸水溶
液（陽極液）を収容する。こうした希硫酸水溶液（陽極液）は、硫酸濃度
が例えば０．１モル／Ｌ以上、５．０モル／Ｌ以下の範囲にされればよい。
【００６４】隔壁１３は、陰極槽１１および陽極槽１２にそれぞれ形成さ
れた開口どうしの間に配される膜状の部材である。隔壁１３は、一方の面
が陰極液に接し、他方の面が陽極液に接する。こうした隔壁１３は、例え
ば水素イオンが透過可能な材料であればよく、例えば、陽イオン交換膜や
ガラスフィルターなどを用いることができる。本実施形態では、Ｎａｆｉ
ｏｎ（登録商標）膜（陽イオン交換膜）を用いている。
【００６５】陰極槽１１に配される陰極電極（作用極）２１は、電源装置
１４の負極に接続される。こうした陰極電極２１は、導電体、例えば、炭
素電極や白金電極などであればよい。本実施形態では、陰極電極２１とし
て炭素棒を用いた。
陰極槽１１に配される参照電極（基準電極）２２は、酸化還元電位を測定
するものであり、本実施形態では、銀／塩化銀電極（電極電位+0.199 V
(vs. SHE、25℃)）を用いた。
【００６６】陽極槽１２に配される陽極電極（対極）２３は、電源装置１４
の正極に接続される。こうした陽極電極２３は、導電体、例えば、炭素電
極や白金電極などであればよい。本実施形態では、陽極電極２３として白
金線を用いた。
【００６７】電解還元過程Ｓ３－１では、上述したような電解装置１０を
用いて、炭素分離工程Ｓ２で得られた塩化鉄(III)の電解還元を行い、下記
の式（１０）の通り、塩化鉄(II)に還元する。
ＦｅＣｌ３＋ｅ－＋Ｈ＋→ＦｅＣｌ２＋ＨＣｌ ・・・（１０）
具体的には、例えば、電解装置１０の陰極槽１１に、炭素分離工程Ｓ２で
得られた塩化鉄（塩化鉄(III)と塩化鉄(II)の混合物）の塩酸溶液（陰極液）
を収容する。この陰極液は、ｐＨが０．５以下、例えばｐＨが０．１にな
るように、塩酸濃度を調整しておく。
【００６８】また、陽極槽１２に、電解質として希硫酸水溶液（陽極液）
を収容する。この陽極液は、硫酸濃度が０．１モル／Ｌ以上、５．０モル
／Ｌ以下の範囲、例えば硫酸濃度が０．２モル／Ｌの希硫酸水溶液であれ
ばよい。０．１モル／Ｌ未満だとＦｅＣｌ３からＦｅＣｌ２への電解還元に
伴って陽極槽１２から供給されるＨ＋が不足する懸念がある。一方、５．０
モル／Ｌより大きいと陰極槽１１と陽極槽１２の間に生じる浸透圧が大き
くなりすぎて、隔壁１３の破壊や液漏れが生じる可能性がある。
【００６９】なお、電解装置１０は、空気中に載置してもよいが、より好
ましくは内部を不活性ガス、例えばアルゴンガスもしくは窒素ガスで置換
したチャンバー内に設置すればよい。
図４. 塩化鉄(III)の電解還元における電位－ｐＨグラフ
【００７０】次に、電源装置１４によって陰極電極２１と陽極電極２３と
の間に電圧を印加して、陰極槽１１内で塩化鉄(III)の電解還元を行い、２
価の塩化鉄である塩化鉄(II)を生成する。こうした塩化鉄(III)の電解還元は、
図４に示す電位－ｐＨグラフに基づいて、ｐＨ０．５以下の条件でＦｅ(II)
／Ｆｅ(III)酸化還元反応が以下の式（１１）に従い、標準水素電極（ＳＨＥ）
に対して＋０．７０Ｖの酸化還元電位（Ｅ０）で生じる。
ＦｅＣｌ２＋＋ｅ－→Ｆｅ２＋＋２Ｃｌ－ Ｅ０＝０．７０Ｖvs.SHE ・・・（１１）
なお、図４の電位－ｐＨグラフは、熱力学データベース(NIST Critically
Selected Stability Constants of Metal Complexes; NIST Standard Reference
Database 46, version 8.0)から抽出したＦｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ｃｌ－および
Ｈ＋に関する各種安定度定数に基づくものである（総Ｆｅ濃度：０．１Ｍ、
総Ｃｌ－濃度：３モル／Ｌ、イオン強度：３モル／Ｌ、温度：２５℃）。
【００７１】式（１１）の酸化還元電位（Ｅ０）は、水の電位窓（図４の
グラフの上下２本の破線に挟まれた領域）に収まっていることから、標準
水素電極（ＳＨＥ）に対して＋０．７Ｖから０．０Ｖの領域における定電
位電解では水が電解されることなく式（１１）を支配的に進行させること
が可能である。
【００７２】また、定電流電解の場合でも陰極液中におけるＦｅ(III)の陰
極電極（作用極）２１への供給が十分であるうちは水が電解されることな
く式（１１）を支配的に進行させることが可能である。一方、陰極液のｐＨ
が０．５を超えるとＦｅ(III)の加水分解反応の進行によって陰極液中にＦｅ
(III)を保持することができなくなるため、陰極液のｐＨは０．５以下に保つ
必要がある。
【００７３】上述した式（１１）で示すＦｅ(III)の電解還元反応が陰極電極
（作用極）２１で進行すると、陽極槽１２内の陽極電極（対極）２３にお
いても、何らかの酸化反応を進ませる必要がある。反応系を清浄に保つた
めには、この酸化反応として式（１２）に示す水の電解が最も適している。
【００７４】
Ｈ２Ｏ→２Ｈ＋＋２ｅ－＋１／２Ｏ２（ｇ）・・・（１２）
上述した式（１１）および式（１２）を組み合わせることにより、陰極
槽１１内で生じる正味の反応は式（１３）で表される。
【００７５】２ＦｅＣｌ２＋＋Ｈ２Ｏ→２Ｆｅ２＋＋２Ｈ＋＋４Ｃｌ－＋
１／２Ｏ２（ｇ）・・・（１３）
そして、式（１３）の進行に伴い、陽極槽１２から陰極槽１１に向けて、
隔壁１３を介してＨ＋が移動する。こうしたＨ＋の移動をスムーズに進行さ
せるため、陽極液は酸性であることが好ましい。しかしながら、陰極液と
同様の塩酸水溶液を陽極液として用いると、Ｃｌ－の酸化によりＣｌ２の生
成（式（１４））、およびそれに付随して次亜塩素酸が生成（式（１５））
するおそれがある。
２Ｃｌ－→Ｃｌ２＋２ｅ－・・・（１４）
Ｃｌ２＋Ｈ２Ｏ＝ＨＣｌ＋ＨＣｌＯ・・・（１５）
【００７６】このような式（１４）、式（１５）に示す副生成物の生成は、
反応系を清浄に保つ上で望ましくない。よって、陽極電極（対極）２３で
の酸化反応に耐性のある酸性物質を含む陽極液を用いる必要がある。硫酸
はこの目的にかなう酸性物質であることから、本実施形態では陽極液とし
て希硫酸を用いている。但し、陰極液への硫酸もしくは硫酸イオンの混入
を防ぐことも反応系を清浄に保つ上で重要であるため、陰極槽１１と陽極
槽１２との間に陽イオン交換膜を隔壁１３として用いている。
【００７７】なお、反応完了後の陰極液は、減圧乾固によって塩化鉄(II)を
回収することができる。例えば、ロータリーエバポレータを用いて反応完
了後の陰極液を減圧乾固することで、塩化鉄(II)を回収することができる。
【００７８】以上のような電解還元過程Ｓ３－１によって、炭素分離工程
Ｓ２で得られた塩化鉄(III)を塩化鉄(II)にして、次の加水分解過程Ｓ３－２
行う。
【００７９】（加水分解過程Ｓ３－２：水素、マグネタイト製造反応）
加水分解過程Ｓ３－２では、上述した電解還元過程Ｓ３－１において、塩
化鉄(III)の電解還元反応で生じた塩化鉄(II)と水とを反応させる水素、マグ
ネタイト製造反応を行う。この水素、マグネタイト製造反応における反応
温度は、３００℃以上、８００℃以下、好ましくは４００℃以上、６００
℃以下の範囲であればよい。水素製造工程Ｓ３では、こうした反応温度範
囲に昇温させるために、例えば、二酸化炭素分解工程Ｓ１と同様の熱源を
有効利用することも好ましい。
【００８０】水素製造工程Ｓ３での塩化鉄(II)と水との反応では、以下の式
（１６）の反応が生じる。
３ＦｅＣｌ２＋４Ｈ２Ｏ→Ｆｅ３Ｏ４＋６ＨＣｌ＋Ｈ２・・・（１６）
こうした反応によって得られる水素は、例えば、純度が９９％以上といっ
た高純度水素であり、燃料電池自動車（ＦＣＶ）用の水素ステーション、
水素発電、各種工業用水素源として用いることができる。
【００８１】なお、水素製造工程Ｓ３で生じた水素は、次の還元剤再生工
程Ｓ４でもその一部が用いられるが、外部に取り出す水素量を増やすには、
炭素分離工程Ｓ２でマグネタイト（炭素付着の無いマグネタイト）を追加
投入したり、或いは水素製造工程Ｓ３で塩化鉄（ＦｅＣｌ２）を追加投入
したりして、還元剤再生工程Ｓ４で必要な水素よりも水素を多く生成する
ことができ、高純度で低コストな水素源として利用することができる。
【００８２】ただし、追加投入された鉄化合物（マグネタイト、塩化鉄）
から水素製造工程Ｓ３で生じるマグネタイトを還元剤再生工程Ｓ４に供給
すると、マグネタイトが過剰となって還元剤再生工程Ｓ４の工程負荷が増
大する。そのため、水素製造工程Ｓ３で生成したマグネタイトから、追加
投入した鉄化合物に由来する量は抜き出して、炭素付着の無い状態で炭素
分離工程Ｓ２に投入することがよい。すなわち、二酸化炭素分解工程Ｓ１
に必要な量のマグネタイトのみを還元剤再生工程Ｓ４に供給し、残りは炭
素分離工程Ｓ２と水素製造工程Ｓ３を循環させることで、二酸化炭素分解
工程Ｓ１と還元剤再生工程Ｓ４に影響を与えることなく、水素製造工程Ｓ３
で生成する水素の量を増やすことができる。
例えば、本実施形態では、水素製造工程Ｓ３で生じたマグネタイトのうち、
２５質量％を還元剤再生工程Ｓ４に供給し、残りの７５質量％を炭素分離
工程Ｓ２に供給している。
【００８３】（還元剤再生工程Ｓ４）
還元剤再生工程Ｓ４は、水素製造工程Ｓ３で生成させた水素とマグネタイ
トとを反応させることで、マグネタイトに含まれる酸素イオンを離脱（脱
酸素（還元）反応）させて、マグネタイトの結晶構造、即ちスピネル型結
晶格子構造を保った状態で、マグネタイトの酸素原子の任意の位置が空孔
となった酸素欠陥鉄酸化物（Ｆｅ３Ｏ４－δ（但し、δは１以上４未満））
、または酸素完全欠陥鉄を生成する。
【００８４】なお、還元剤再生工程Ｓ４に導入されるマグネタイトは、水
素製造工程Ｓ３で得られたマグネタイトを用いるが、各工程の開始初期段
階、および各工程の実施中に減量したマグネタイトの補充は、純粋なマグ
ネタイトに限らず、他の物質を含むものでもよい。
【００８５】外部からマグネタイトを導入する場合のマグネタイトの原料
（マグネタイト材）としては、例えば、天然鉱物である砂鉄、製鉄所など
で用いられる鉄鉱石に含まれる砂鉄を用いることができる。これらの砂鉄
をマグネタイトとして用いることによって、マグネタイトを安価で容易に
入手することができる。
また、マグネタイト材としては、ヘマタイト（赤鉄鉱：Ｆｅ２Ｏ３）、鉄
酸化方式の使用済みカイロ（主成分は水酸化鉄）などを用いることもできる。
【００８６】本実施形態のマグネタイトは、ＢＥＴ法による比表面積が０．１
ｍ２／ｇ以上、１０ｍ２／ｇ以下の範囲、好ましくは０．３ｍ２／ｇ以上、
８ｍ２／ｇ以下の範囲、より好ましくは１ｍ２／ｇ以上、６ｍ２／ｇ以下の
範囲である。
【００８７】マグネタイトの比表面積が０．１ｍ２／ｇ以上であれば、固
気反応に必要な固体と気体の接触面積を確保でき、実用プロセスとして必
要な反応速度が得られる。また、マグネタイトの比表面積が１０ｍ２／ｇ
以下であれば、速い反応速度を確保できると共に、二酸化炭素を分解する
時の一酸化炭素の生成割合が低くなり、炭素の回収率を向上させることが
できる。
【００８８】なお、本実施形態の還元剤再生工程Ｓ４によってマグネタイ
トを還元して得られる還元剤は、還元前のマグネタイトよりも比表面積が
大きい。還元剤の比表面積は、０．１ｍ２／ｇ以上、３０ｍ２／ｇ以下、
好ましくは０．３ｍ２／ｇ以上、２５ｍ２／ｇ以下、より好ましくは１ｍ２
／ｇ以上、１８ｍ２／ｇ以下である。また、還元剤の比表面積は、マグネ
タイトの比表面積の１倍以上、３倍以下、好ましくは１倍以上、２．５倍
以下、より好ましくは１倍以上、２．０倍以下である。
【００８９】また、本実施形態のマグネタイトは、平均粒子径が１μｍ以上、
１０００μｍ以下の範囲、好ましくは１μｍ以上、２０μｍ未満の範囲、また
は５０μｍ超え、２００μｍ以下の範囲である。
【００９０】マグネタイトの平均粒子径が１μｍ以上であれば、二酸化炭素
を分解する時の一酸化炭素の生成割合が低くなり、炭素の回収率を向上さ
せることができる。更に、平均粒子径が１μｍよりも大きいものにすること
で、粒子の凝集性、飛散性が低くなり、流動性、ハンドリング性が良くな
るため、反応器壁面への固着現象やクリンカーの形成などのトラブルが回
避でき、ロータリーキルンや流動層などの工業用反応装置への適用が可能
となる。また、マグネタイトの平均粒子径が１０００μｍ以下であれば、固
気反応に必要な固体と気体の接触面積を確保でき、実用プロセスとして必
要な反応速度を得ることができる。
【００９１】また、本実施形態のマグネタイトは、かさ密度が０．３ｇ／
ｃｍ３以上、３ｇ／ｃｍ３以下の範囲、好ましくは０．４ｇ／ｃｍ３以上、
２ｇ／ｃｍ３以下の範囲、より好ましくは０．５ｇ／ｃｍ３以上、１ｇ／
ｃｍ３以下の範囲である。
【００９２】マグネタイトのかさ密度が０．３ｇ／ｃｍ３以上であれば、
粒子の凝集性、飛散性が低くなり、流動性が良くなるため、ロータリーキ
ルンや流動層などの工業用反応装置への適用が可能となる。また、マグネ
タイトのかさ密度が３ｇ／ｃｍ３以下であれば、粒子間、粒子内の空隙率
が確保でき、反応気体が粒子内へ拡散し易くなり、実用プロセスとして必
要な反応速度が得られる。
【００９３】還元剤再生工程Ｓ４では、例えば、ロータリーキルンや流動
層などの固気反応装置を用いて、粉末状のマグネタイトを攪拌しつつ、水
素製造工程Ｓ３で生成させた水素に接触させることによって、マグネタイ
トを構成する酸素原子が離脱して水素と反応して水（水蒸気）が生じる。
また、酸素原子が離脱したマグネタイトは、マグネタイトの結晶構造、即
ちスピネル型結晶格子構造を保った状態で、離脱した酸素原子の位置が空
孔となった酸素欠陥鉄酸化物、または酸素完全欠陥鉄となる。
【００９４】還元剤再生工程Ｓ４において、マグネタイト材がヘマタイト
を含む場合、ヘマタイトは還元されてマグネタイトとなり、さらに還元さ
れて酸素欠陥鉄酸化物または酸素完全欠陥鉄となる。
【００９５】還元剤再生工程Ｓ４の反応温度は、３００℃以上、４５０℃
以下、好ましくは３５０℃以上、４００℃以下の範囲であればよい。
反応温度が３００℃以上であれば、実用プロセスとして必要な反応速度が
得られる。また、反応温度が４５０℃以下であれば、反応する時に還元剤
の結晶構造が壊れることなく、高い反応性が維持でき、還元剤が繰り返し
使用することができる。かつ反応する時の消費エネルギーを抑えることが
できる。還元剤再生工程Ｓ４では、こうした反応温度範囲に昇温させるた
めに、例えば、二酸化炭素分解工程Ｓ１と同様の熱源を有効利用すること
も好ましい。
【００９６】還元剤再生工程Ｓ４の反応圧力は、０．１ＭＰａ以上、５Ｍ
Ｐａ以下、好ましくは０．１ＭＰａ以上、１ＭＰａ以下の範囲であればよ
い。反応圧力が０．１ＭＰａ以上であれば、実用プロセスとして必要な反
応速度を得ることができ、反応装置のサイズをコンパクトにすることがで
きる。また、反応圧力が５ＭＰａ以下であれば、装置の製作コストを抑え
ることができる。
【００９７】還元剤再生工程Ｓ４で用いる水素ガスの濃度は、５体積％以
上１００体積％以下の範囲、好ましくは１０体積％以上、９０体積％以下
の範囲であればよい。水素ガスの濃度が例えば９０体積％程度であっても、
実質的に濃度１００体積％の水素ガスと還元能力に大きな差は無い。よっ
て、濃度が１００体積％の水素ガスよりもコストが低い濃度が９０体積％
程度の水素ガスを用いれば、マグネタイトから低コストに還元剤を生成す
ることができる。
【００９８】還元剤再生工程Ｓ４でのマグネタイトの水素による還元では、
以下の式（１７）、（１８）のように還元剤が生成される。
Ｆｅ３Ｏ４＋δＨ２→Ｆｅ３Ｏ４－δ＋δＨ２Ｏ（但し、δ＝１以上４未満）・・・（１７）
Ｆｅ３Ｏ４＋４Ｈ２→３Ｆｅ＋４Ｈ２Ｏ・・・（１８）
【００９９】ここで、得られた還元剤の活性を維持するため、還元剤再生
工程Ｓ４から二酸化炭素分解工程Ｓ１までのあいだは、還元剤への空気混
入等による酸化を防止することが好ましい。例えば、還元剤再生工程Ｓ４
から二酸化炭素分解工程Ｓ１に向けて還元剤を移送する際に、密閉状態と
して空気混入を防ぎつつ、還元剤を移送可能な構成とすれば、還元剤再生
工程Ｓ４で得られた還元剤を酸化させることなく二酸化炭素分解工程Ｓ１
に供給することができる。
【０１００】なお、炭素分離工程Ｓ２で生成される炭素の生成効率を高め
るために、二酸化炭素分解工程Ｓ１と還元剤再生工程Ｓ４とを２回以上繰
り返し行い、二酸化炭素分解工程Ｓ１で生成される炭素付着マグネタイト
の炭素濃度を高めてから、炭素分離工程Ｓ２および水素製造工程Ｓ３を行
うこともできる。これにより、より低コストにナノサイズの炭素を製造す
ることができる。
【０１０１】 以上のような本実施形態の炭素材料および水素の製造方法に
よれば、マグネタイトの結晶構造が維持され、かつ酸素原子の離脱による
原子空孔の多い酸素欠陥鉄酸化物（Ｆｅ３Ｏ４－δ（但し、δ＝１以上４未満
））、またはマグネタイトを完全に還元することで得られる、酸素完全欠
陥鉄（δ＝４）を還元剤として用いて、二酸化炭素を還元することにより、
低コストで効率的に二酸化炭素から炭素材料を製造することができる。
【０１０２】また、水素製造工程Ｓ３を構成する電解還元過程Ｓ３－１で
塩化鉄(III)を電解還元によって塩化鉄(II)にすることにより、炭素分離工程
Ｓ２で得られた塩化鉄(III)と塩化鉄(II)の混合物を、高温に加熱して還元す
るなどコストの掛かる方法によらず、常温で反応させることができる簡易
で低コストな方法で、水との反応によって容易に水素を生成させることが
できる塩化鉄(II)の割合を高めることができる。
【０１０３】そして、電解還元過程Ｓ３－１で得られた塩化鉄(II)と水とを
反応させることによって、低コストで効率的に水を分解して、高純度な水
素を製造することができる。こうした水素製造では、マグネタイトの循環
量を増やすだけで、容易に水素の生成量を増加させることができ、例えば、
次世代製鉄所の水素還元製鉄プロセス、製油所の水素化精製プロセス、二
酸化炭素回収・再利用（ＣＣＵ）技術、水素燃料電池用の水素源、水素発
電用の水素源などに幅広く用いることができる。
【０１０４】そして、水素製造工程Ｓ３で生成したマグネタイトを還元剤
再生工程に供給して、水素製造工程で生成させた水素を用いて還元剤を再
生することによって、外部からの供給は二酸化炭素と水だけで、二酸化炭
素を分解して炭素材料を製造し、また、水を分解して水素を製造するクロ
ーズドシステムを構築することができる。
【０１０５】こうした各工程の途上で発生する水素と酸素は、それぞれ生
成する工程が異なっており、互いに１つの工程内で接触することが無い。
例えば、水素は水素製造工程Ｓ３で生成され、酸素は炭素分離工程Ｓ２で
生成され、これらが互いに同一の反応槽などで混在することが無い。これ
により、酸素と水素とが接触して爆発的に反応するといった懸念もなく、
安定的に各工程の反応を行うことができる。
【０１０６】こうした炭素材料および水素の製造方法に用いるマグネタイ
トは、処理の過程で還元されて還元剤となるなど、その物質形態を変えな
がら循環利用されるので、ロス分以外外部からマグネタイトを供給しなく
ても、低コストに炭素および水素の製造を行うことができる。
【０１０７】また、炭素分離工程Ｓ２において、表面に炭素が付着したマ
グネタイトを塩酸（塩化水素の水溶液）で溶解して塩酸に不溶性の炭素を
分離させることで、粒子径が１μｍ以下のナノサイズの炭素材料を得ること
ができる。
【０１０８】また、二酸化炭素分解工程Ｓ１、炭素分離工程Ｓ２、水素製
造工程Ｓ３、還元剤再生工程Ｓ４において、例えば、製鉄所、火力発電所、
セメント工場、ゴミ焼却施設などの稼働に伴って発生した熱（排熱）を、
反応時の熱源として有効利用することで、排熱の大気中への放出量を抑制
でき、温暖化防止に寄与する。また、再生可能エネルギー由来の電気・蓄
熱、及び高温の熱を取り出せる原子炉である高温ガス炉の熱エネルギーを
有効利用することで、ＣＯ２の発生を抑制でき、カーボンニュートラルや
脱炭素社会の実現に寄与する。
【０１０９】以上、本発明の実施形態を説明したが、こうした実施形態は、
例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していな
い。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能で
あり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行
うことができる。この実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含ま
れると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含ま
れるものである。
【０１１０】例えば、上述した実施形態では、マグネタイトの一般的な組
成をＦｅ３Ｏ４としているが、こうしたマグネタイトは、他の物質、例えば、
チタン（Ｔｉ）などが含まれている砂鉄であってもよい。こうした他の物
質、例えば、チタンは、触媒として二酸化炭素の還元に寄与している可能
性がある。
【実施例】【０１１１】
以下、本発明の炭素および水素の製造方法のうち、電解還元過程Ｓ３－１
の効果を検証した。検証にあたって、図４に示す構成の電解装置を用意し
た。 条件は以下の通りである。
（１）温度：２５℃。
（２）圧力：大気圧（１気圧）。
（３）陰極液：アルゴン雰囲気下において濃度２モル／Ｌの塩酸水溶液６０
ｍＬ中に、Ｆｅ３＋の濃度２０．７モル／Ｌとなるようにマグネタイト
を溶解したものを用いた。ｐＨは０．４以下になるように保った。
（４）陽極液：濃度１モル／Ｌの希硫酸水溶液を用いた。
（５）陰極電極（作用極）：炭素棒（φ６ｍｍ：有効電極面積９．７ｃｍ２）
を用いた。
（６）陽極電極（対極）：白金線を用いた。
（７）参照電極：銀／塩化銀電極（Ag/AgCl, SHEに対して+0.199 V）を用いた。
（８）隔壁：ナフィオン（登録商標）膜を用いた。
（９）陰極槽の雰囲気：アルゴンガス雰囲気とした。
（１０）陰極電極への印加電位：標準水素電極（ＳＨＥ）に対して＋０．７
Ｖ～０．０Ｖの範囲（参照電極に対して＋０．５Ｖ～－０．２Ｖの範
囲）とした。
図５ 検証例の結果を示すグラフ
【０１１２】上述した条件で、０秒～５４０００秒経過までの電流値およ
び電気量の変化を測定した。この結果を図５に示す。本検証例で用いたＦｅ
(III)の物質量は１．２４２ｍｍｏｌであることから、上記の式（１）の反応
完了に必要となる理論電気量は１１９．８５Ｃである。これに対し、図５
に示す電解終了時までに消費された電気量は１１９．６６Ｃであることか
ら、式（１）の電解還元反応が９９．８％完了したと考えられる。反応完
了後の陰極液を、ロータリーエバポレータを用いて減圧乾固したところ、
０．１８３３ｇの淡緑色粉末が得られた。
図6. 検証例の結果を示すＸＲＤのピークパターン図
【０１１３】次に、この淡緑色粉末をＸ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて解
析した。この結果を図６に示す。なお、図６の上側の線が今回の測定結果、
下側の線がＦｅＣｌ２・２Ｈ２Ｏの文献値である。図６に示す結果によれば、
得られた淡緑色粉末のピークパターンは、ＦｅＣｌ２・２Ｈ２Ｏの既知のピ
ークパターンと近似したピークを有している。よって、式（１）に示した
電解還元反応が支配的かつ定量的に進行することを確認できた。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】 本発明は、二酸化炭素および水を用いて、炭素材料と水素と
を低コストで効率的に生成することができる。例えば、製鉄プラント、火
力発電所、セメント製造プラント、ゴミ焼却施設など、二酸化炭素、およ
び排熱を多く排出するプラント等に適用することで、二酸化炭素の排出削
減、水素の有効利用と、これに付随してナノサイズの炭素などの高付加価
値の炭素材料の製造を行うことができる。したがって、産業上の利用可能
性を有する。
※ ”フォトファブ”専門の半導体製造事業を牽引してきたわたし（たち）
にとって、興味深い企業化課題であり、死別した方を除いても両手で
は足りない知人の名前を挙げることができるほど。短歌の仲間で三名
を数える（偶然ですが）。大変興味深い事業である。
まえがきにかえて 羽生善治から山中伸弥さんへ
第1章 iPS細胞の最前線で何が起こっていますか？
第2章 なぜ棋士は人工知能に負けたのでしょうか？
第3章 人間は将来、AIに支配されるでしょうか？
第4章 先端医療がすべての病気に勝つ日は来ますか？
第5章 人間にできるけどAIにできないことは何ですか？
第6章 新しいアイデアはどこから生まれるのでしょうか？
第7章 どうすれば日本は人材大国になれるでしょうか？
第8章 十年後、百年後、この世界はどうなっていると思いますか？
あとがきにかえて 山中伸弥から羽生善治さんへ
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『水平線 back number』
出来るだけ嘘は無いように
どんな時も優しくあれるように
人が痛みを感じた時には
自分の事のように思えるように
※この楽曲はインターハイの出場を目指していた
高校生に向けて書き下ろされたという。コロナ禍
の人の心に大きな「空虚さ」を残しました。
● 今日の言葉：絶望から立ち上がる知恵を！
