KR20070103072A

KR20070103072A - 수소 제조용 장치 및 수소의 제조방법

Info

Publication number: KR20070103072A
Application number: KR1020077021137A
Authority: KR
Inventors: 린나드 그리핀
Original assignee: 린나드 그리핀
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2007-10-22
Also published as: MX2007010007A; EP1871705A1; JP2008529955A; US20060188436A1; WO2006091451A1; CN101160258A; CA2597458A1

Abstract

본원에 pH 7 미만의 용액, 용액 속에 현탁된 하나 이상의 콜로이드성 금속 및 제2 금속을 포함하는 수소 제조용 장치, 혼합물 및 수소의 제조방법이 기재되어 있다.

콜로이드성 금속, 캐소드, 애노드

Description

수소 제조용 장치 및 수소의 제조방법{Apparatus and method for the production of hydrogen}

본원은 발명의 명칭이 수소 제조용 장치 및 수소의 제조방법으로 2005년 2월 18일자로 출원된 미국 특허원 제11/060,960호에 대한 우선권을 주장하고, 모든 목적을 위해 본원에 참조문헌으로서 인용된다.

본 발명은 수소 가스를 물로부터 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

수소 가스는 많은 전류 및 전위 사용으로 중요한 상품이다. 수소 가스는 물과 금속 또는 금속 화합물과의 화학반응으로 제조될 수 있다. 매우 반응성인 금속은 광산과 반응하여 염과 수소 가스를 생성시킨다. 반응식 1 내지 반응식 5는 이러한 공정의 예이다.

2Li + 2HX →H₂ + 2LiX

2K + 2HX → H₂ + 2KX

2Na + 2HX → H₂ + 2NaX

Ca + 2HX → H₂ + CaX₂

Mg + 2HX → H₂ + MgX₂

위의 반응식 1 내지 반응식 5에서,

HX는 모든 광산이다.

HX는, 예를 들면, HCl, HBr, HI, H₂SO₄ 또는 HNO₃일 수 있지만, 모든 산을 포함한다.

이들 반응 각각은 리튬, 칼륨, 나트륨, 칼슘 및 마그네슘의 매우 높은 활동으로 인해(이들은 이들 각각의 반응 속도의 순서로 기재되어 있고, 이러한 금속 그룹 중에서 리튬이 가장 빨리 반응하고 마그네슘이 가장 느리게 반응한다) 극도로 높은 속도에서 일어난다. 사실, 이러한 반응은 매우 가속된 속도에서 일어나서 선행 기술에서 수소 가스를 합성하기 위한 유용한 방법을 제공하는 것으로 고려되지 않는다.

중간 반응성의 금속은 동일하게 반응하지만 훨씬 보다 조절 가능한 반응 속 도에서 반응한다. 반응식 6 및 반응식 7은 예이다.

Zn + 2HX → H₂ + ZnX₂

2Al + 6HX → 3H₂ + 2AlX₃

위의 반응식 6 및 반응식 7에서,

HX는 역시 모든 광산이다.

이러한 형태의 반응은 수소 가스의 비교적 낮은 속도 및 이에 따른 보다 조절 가능한 반응 속도로 인해 보다 우수한 수소 가스의 제조방법을 제공한다. 그러나, 이와 같은 금속은 이들 금속의 비용으로 인해 선행 기술에서 이원자 수소의 제조에 사용되지 않는다.

철은 반응식 8 또는 반응식 9에 의해 광산과 반응한다.

Fe + 2HX → H₂ + FeX₂

2Fe + 6HX → 3H₂ + 2FeX₃

철의 다소 낮은 활동으로 인해, 이들 반응 둘 다는 다소 느린 반응 속도에서 일어난다. 반응 속도는 너무 느려서 이들 반응은 선행 기술에서 이원자 수소를 제조하기 위한 유용한 방법을 제공하는 것으로 고려되지 않는다. 따라서, 철은 원소 수소를 제조하기 위해 필요한 이용 가능성 및 낮은 가격을 제공하는 반면, 철은 수소 제조에 충분히 유용할 정도의 속도에서 반응하지 않는다.

은, 금 및 백금과 같은 금속은 선행 기술에서 통상적인 조건하에 광산 반응하는 것으로 나타나지 않는다.

Ag + HX → 반응 없음

Au + HX → 반응 없음

Pt + HX → 반응 없음

따라서, 비교적 저렴한 금속을 사용하여 수소 가스를 효과적으로 제조하기 위한 방법 및 장치가 여전히 요구되고 있다.

본 발명의 요지

공개된 본 발명의 일반적인 목적은 수소 가스를 제조하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 이러한 및 다른 목적은 하기의 방법, 혼합물 및 장치를 제공함으로써 성취된다.

pH 7 미만의 반응 매질,

반응 매질 속에 현탁된 콜로이드성 금속인 제1 금속 및

반응 매질과 접촉하는 제2 금속을 포함하는, 수소 제조용 장치.

본 발명의 하나의 바람직한 양태에 따르면, 제2 금속이 고상 비콜로이드성 형태로 존재한다.

또 다른 양태에 따르면, 제1 금속이 제2 금속보다 덜 반응성이다.

또 다른 양태에 따르면, 제1 금속이 제2 금속보다 더 반응성이다.

또 다른 양태에 따르면, 당해 장치는 반응 매질과 접촉하는 제3 금속을 포함한다.

또 다른 양태에 따르면, 제3 금속이 콜로이드성 형태로 존재한다.

또 다른 양태에 따르면, 제3 금속이 제2 금속보다 더 반응성이다.

또 다른 양태에 따르면, 당해 장치는 반응 매질을 함유하기 위한 반응 매질에 불활성인 반응 용기를 포함한다.

또 다른 양태에 따르면, 반응 용기가, 내부 압력이 대기압 이상으로 유지되도록 배치된다.

또 다른 양태에 따르면, 제1 금속이 은, 금, 백금, 주석, 납, 구리, 아연, 철, 알루미늄, 마그네슘, 베릴륨, 니켈 또는 카드뮴이다.

또 다른 양태에 따르면, 제2 금속이 철, 알루미늄, 마그네슘, 베릴륨, 주석, 납, 니켈 또는 구리이다.

또 다른 양태에 따르면, 제3 금속이 알루미늄, 마그네슘, 베릴륨 또는 리튬이다.

또 다른 양태에 따르면, 반응 매질이 과산화수소를 포함한다.

또 다른 양태에 따르면, 반응 매질이 포름산을 포함한다.

또 다른 양태에 따르면, 당해 장치는 반응 매질과 접촉하는 원소 비금속을 포함한다.

또 다른 양태에 따르면, 당해 장치는 에너지원을 포함한다.

또 다른 양태에 따르면, 에너지원이 가열기이다.

또 다른 양태에 따르면, 에너지원이 광원이다.

또 다른 양태에 따르면, 에너지원이 반응 매질에 인가되는 전기 전위이다.

또 다른 양태에 따르면, 당해 장치는 애노드와 캐소드가 반응 매질과 접촉하고 전기 전위가 애노드와 캐소드 사이에 인가되는, 애노드와 캐소드를 포함한다.

또 다른 양태에 따르면, 당해 장치는 제3 금속과 제4 금속을 포함하고 제2 금속, 제3 금속 및 제4 금속 중의 하나 이상이 콜로이드성 형태로 존재한다.

도 1에는 수소 제조용 반응기의 다이아그램이 도시되어 있다.

도 2에는 실험실의 실험 셋업의 다이아그램이 도시되어 있다.

도 1에는 수소의 제조시 사용할 수 있는 혼합물 및 장치가 도시되어 있다. 반응 용기(100)는 반응 매질(102)을 포함한다. 반응 매질은, 다른 용매 또는 비액체 매질, 예를 들면, 젤라틴상 또는 가스상 매질을 포함하는 다른 반응 매질을 사용할 수 있더라도, 바람직하게는 물 및 산을 포함하고, 바람직하게는 pH가 5 미만이다. 산은, 다른 산을 사용할 수 있더라도, 바람직하게는 가변 농도 98중량% 미만의 황산 또는 가변 농도 35중량% 미만의 염산이다. 반응 용기(100)는 반응 매질(102)에 불활성이다. 반응 매질(102)은 용액 속에 현탁된 제1 콜로이드성 금속(도시되지 않음)을 포함한다. 제1 콜로이드성 금속은, 다른 금속을 사용할 수 있더라도, 바람직하게는 낮은 활동의 금속, 예를 들면, 은, 금, 백금, 주석, 납, 구리, 아연 또는 카드뮴이다.

반응 용기(100)는 바람직하게는 적어도 부분적으로 반응 매질(102) 속에 침지된 제2 금속(104)도 포함한다. 제2 금속(104)은 어떠한 형태로도 존재할 수 있지만, 바람직하게는 비교적 표면적이 넓은 고체, 예를 들면, 펠렛형으로 존재한다. 제2 금속(104)은 바람직하게는 중간 정도의 활동을 갖는 금속, 예를 들면, 철, 알루미늄, 아연, 니켈 또는 주석이다. 제2 금속(104)은 바람직하게는 제1 콜로이드성 금속보다 활동이 높다. 제2 금속(104)은 이의 매질 반응성 및 낮은 비용으로 인해 가장 바람직하게는 철이다. 바람직하게는, 반응 매질(102)은 제2 콜로이드성 금속(도시되지 않음)도 포함한다. 제2 콜로이드성 금속은 바람직하게는 제2 금속(104)보다 활동이 높고, 예를 들면, 알루미늄, 마그네슘, 베릴륨 및 리튬이다. 바람직하게는, 반응 용기(100)은 제2 금속(104)과는 상이한 금속이지만, 동일한 일반적인 형태로 존재하는 또 다른 금속(도시되지 않음)도 포함한다. 따라서, 가장 바람직한 경우에, 반응 용기(100)는, 반응 매질(102) 속에 현탁된 2개의 콜로이드성 금속뿐만 아니라, 반응 매질(102)과 접촉된 고체 형태의 2개의 금속을 포함한다.

상기와 달리, 반응 매질(102)은, 하나 이상의 콜로이드성 금속 이외에, 산 및 제2 금속(104)보다 금속 염 또는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 반응 매질(102)은 고체 금속, 및 고체 금속으로서 동일한 금속의 산 또는 금속 염 또는 금속 산화물을 포함한다. 반응 매질(102)이 초기에 고체 금속 및 강산, 예를 들면, HCl 또는 H₂SO₄를 포한하면, 산은 고체 금속과 반응하여, 산 또는 고체 금속이 실질적으로 소비될 때까지 금속 이온을 발생시키고 수소 가스를 방출하는 것으로 사료된다. 또한, 초기에 적절한 콜로이드성 촉매와 함께 금속 염을 포함하는 용액은 초기 pH가 7 초과이더라도 산성이 될 것으로 사료된다. 추가로, 당해 장치는, 하나 이상의 콜로이드성 금속 이외에, 금속 염, 금속 산화물과 고체 금속과의 조합을 포함할 수 있다.

반응 용기(100)는 수소 가스(도시되지 않음)가 배출되도록 하는 출구(106)를 갖는다. 반응 용기는 적절한 농도를 유지하기 위해 물 또는 다른 성분을 첨가하기 위한 입구(108)를 가질 수도 있다. 반응 용기는 반응 매질과 접촉하는 하나 이상의 애노드(도시되지 않음) 및 하나 이상의 캐소드(도시되지 않음)를 포함할 수도 있다. 애노드 및 캐소드는 전기 에너지를 반응에 제공하기 위해 또는 다른 목적을 위해 반응에 의해 생성된 전기 에너지를 이용하기 위해 사용할 수 있다.

반응 용기 속에서 일어날 것으로 기대되는 반응은 총체적으로 흡열성으로 사료되므로, 반응이 잠재적으로 주위 열에 의해 전력 공급될 수 있더라도, 에너지원(112)은 또한 바람직하게는 반응 속도를 증가시키기 위해 제공된다. 도 1에 도시된 에너지원이 가열기(핫 플레이트)인 반면, 전기 및 광 에너지를 포함하는 다른 형태의 에너지를 사용할 수 있다. 이들은 에너지 효과 이외에 광 또는 다른 전자기 방사선의 다른 효과가 있을 수 있다. 추가로, 반응 온도는 수용액이 반응 매질로서 사용되거나 비등이 일어날 수 있는 (용질의 첨가에 의한 비점의 변화 무시) 대기압에서 약 100℃로 제한된다. 따라서, 보다 높은 반응 온도를 사용할 수 있도록 내부 압력이 대기압 이상으로 유지되도록 배치된 반응 용기(100) 속에서 반응을 수행하는 것이 유리할 수 있다.

대부분의 금속은 수용액 속에서 콜로이드성 상태로 제조될 수 있다. 콜로이드는 분산(현탁)되지만 용액 속에 용해되지 않는 하나의 물질의 매우 작은 입자들로 이루어진 물질이다. 따라서, 콜로이드성 입자는 고체 상태로 존재하더라도 용액으로부터 침전되지 않는다. 이어서, 이러한 특정 금속의 콜로이드는 용액 속에 현탁된 당해 금속의 매우 작은 입자이다. 금속의 이러한 현탁된 입자는 고체(금속) 형태로 또는 이온 형태로 또는 2개의 혼합물로서 존재할 수 있다. 이러한 금속의 매우 작은 크기의 입자는 금속에 대해 매우 넓은 효과적인 표면적을 생성시킨다. 금속에 대한 이러한 매우 넓은 효과적인 표면적은, 금속이 다른 원자 또는 분자와 접촉될 때, 금속의 표면 반응을 효과적으로 증가시킬 수 있다. 하기 기재된 실험에 사용된 콜로이드성 금속은 씨에스 프로시스템즈[CS Prosystems, 소재지: 미국 텍사스주 산 안토니오]에 의해 판매되는 콜로이드성 은 기계를 사용하여 수득한다. 씨에스 프로시스템즈의 웹사이트는 <www. csprosustems.com>이다. 이러한 장치를 사용하여 제조된 금속의 콜로이드성 용액은 전기분해 공정으로부터 생성되고 몇몇은 전기적으로 중성이고 몇몇은 양으로 하전된 콜로이드성 입자를 포함하는 것으로 사료된다. 다른 방법은 모든 콜로이드성 입자가 전기적으로 중성인 것으로 사료되는 콜로이드성 금속 용액의 제조시 이용될 수 있다. 하기 기재된 실험에서 사용되는 콜로이드성 금속 입자에서 양 전하는 추가의 속도 증진 효과를 제공하는 것으로 사료된다. 그러나, 콜로이드성 입자의 크기 및 이에 따른 표면적은 콜로이드성 입자의 전하와 관계없이 하기 기재된 상당 부분의 속도 증진 효과를 매우 상당한 정도로 유발하는 것으로 여전히 사료된다. 제조업자로부터의 물질을 기본으로 하여, 하기 기재된 실험에서 사용된 콜로이드성 용액 속의 금속의 입자의 크기는 0.001 내지 0.01㎛인 것으로 사료된다. 콜로이드성 금속의 이러한 용액에서, 금속의 농도는 약 5 내지 20ppm인 것으로 사료된다.

촉매를 콜로이드성 형태로 사용하는 것에 대안적으로, 높은 표면적 대 용적비를 제공하는 또 다른 형태, 예를 들면, 다공성 고체, 나노금속, 콜로이드-중합체 나노복합재 등으로 촉매를 사용할 수 있다. 일반적으로, 표면적비가 낮은 것도 기능할 수 있더라도, 모든 촉매는 촉매 금속 1㎥당 298,000,000㎡ 이상의 효과적인 표면적을 갖는 모든 형태로 존재할 수 있다.

따라서, 모든 금속이 이의 통상적인 반응성과 관계없이 이의 콜로이드성 형태로 사용될 때, 금속과 광산과의 반응이 가속도에서 일어날 수 있다. 따라서, 반응식 13 내지 반응식 15는 이의 통상적인 반응성에도 불구하고 모든 금속에 대해 일어날 것으로 사료되는 일반적인 반응식이다. 사실, 반응식 13 내지 반응식 15에 기재된 반응은 1% 수성 산의 용액에서도 상당한 반응 속도에서 일어나는 것으로 밝혀졌다.

2M + 2HX → 2MX + H₂

M + 2HX → MX₂ + H₂

2M + 6HX → 2MX₃ + 3H₂

반응식 13 내지 반응식 15에서,

M은 모든 금속이고, M은, 예를 들면, 제한함이 없이 은, 구리, 주석, 아연, 납 및 카드뮴일 수 있다.

반응식 13 내지 반응식 15가 대부분의 많은 금속, 특히 종래의 낮은 반응성의 금속(예: 제한함이 없이 은, 금, 구리, 주석, 납 및 아연)에 대해 매우 흡열 반응이더라도, 반응식 13 내지 반응식 15에 도시된 반응 속도는 콜로이드성 금속의 사용으로 인한 표면 효과로 인해 사실 매우 높다. 반응식 13 내지 반응식 15에 포함된 반응이 매우 가속된 반응 속도에서 일어나는 반면, 콜로이드성 금속은 정의된 것처럼 매우 낮은 농도로 존재하므로 이들 반응은 원소 수소가 유용하게 제조되도록 하지 않는다.

그러나, 수소의 유용한 제조방법에서는 콜로이드성 금속보다 더 반응성인 금속, 예를 들면, 제한함이 없이 금속 철, 금속 알루미늄 또는 금속 니켈이 배제된다. 따라서, 이온 형태의 모든 콜로이드성 금속은 반응식 16에 도시된 바대로 금 속(M_e)과 반응할 것으로 기대되고, 금속의 전위 또는 활동 서열에서 금속(M_e) 아래의 이들 금속은 최상으로 반응할 것이다.

M_e + M⁺ → M + M_e ⁺

반응식 16에 도시된 반응은 사실 콜로이드성 이온(M⁺)의 넓은 효과적인 표면적 및 또한 바람직하게 사용될 수 있는 낮은 반응성의 모든 금속과 비교하여 금속(M_e)의 높은 반응성으로 인해 쾌 용이하게 발생할 것으로 사료된다. 사실, 통상적으로 반응성이 M_e보다 낮은 금속에 대해, 반응식 16은 높은 발열 반응을 유발할 것이다. 수득된 금속(M)은 콜로이드성 양으로 존재할 수 있으므로, 황산, 염산, 브롬화수소산, 질산, 요오드화수소산, 과염소산 및 염소산을 제한없이 포함하는 모든 광산과 수월하게 반응할 것으로 사료된다. 그러나, 광산은 바람직하게는 황산(H₂SO₄) 또는 염산(HCl)이다. 반응식 17에는 당해 반응이 기재되어 있고, 화학식 HX(또는 이의 이온 형태의 H⁺ + X^-)는 모든 광산의 일반적인 표현이다.

2M + 2H⁺ + 2X^- → 2M⁺ + H₂ + 2X^-

반응식 17이 흡열 반응을 나타내는 반면, 반응식 16에서 반응의 발열도는 주위 환경에 의해 제공되는 열 에너지를 사용함으로써 에너지적으로 수득 가능한 2개 의 반응의 조합을 만듦으로써 이를 상쇄하는 것으로 사료된다. 물론, 추가의 에너지의 공급은 공정을 가속시킬 것이다.

결과적으로, 원소 수소는 반응식 18 및 반응식 19에 도시된 반응의 조합에 의해 효과적으로 용이하게 제조되는 것으로 사료된다.

4M_e + 4M⁺ → 4M + 4M_e ⁺

4M + 4H⁺ + 4X^- → 4M⁺ + 2H₂ + 4X^-

따라서, 금속(M_e)은 반응식 18에서 콜로이드성 금속 이온과 반응하여 콜로이드성 금속 및 이온 형태 M_e를 생성시킨다. 이어서, 콜로이드성 금속은 반응식 19에서 광산과 반응하여 원소 수소를 생성시키고 콜로이드성 금속 이온을 재생성시킬 것이다. 이어서, 콜로이드성 금속 이온은 다시 반응식 18에 의해 반응한 후, 다시 반응식 19에 의해 반응하고, 체인 반응 공정으로 계속해서 진행되어 원소 수소의 효과적인 공급원을 제공할 것이다. 원칙적으로, 모든 콜로이드성 금속 이온은 성공적으로 이러한 공정을 겪을 것이다. 콜로이드성 금속 이온이 전위 서열 표에서 금속(M_e)보다 반응성이 낮을 때 당해 반응이 가장 효과적으로 작동하는 것으로 밝혀졌다. 반응식 18과 반응식 19의 조합은 결합 반응식 20을 유발한다. 반응식 20은 이의 결과로서 금속(M_e)과 광산과의 반응으로부터 원소 수소를 생성시킨다.

반응식 18

4M_e + 4M⁺ → 4M + 4M_e ⁺

반응식 19

4M + 4H⁺ + 4X^- → 4M⁺ + 2H₂ + 4X^-

4M_e + 4H⁺ → 4M_e + 2H₂

금속(M_e) 및 산이 소비되는, 원소 수소의 매우 효과적인 제조를 제공하는 공정이 반응식 20에 요약되어 있다. 그러나, 원소 금속(M_e) 및 산 둘 다 후속하는 볼타 전기화학 공정 또는 열 공정의 결과로서 재생성될 수 있는 것으로 사료된다. 콜로이드성 금속(M_r)(이는 반응식 18에서 사용되는 것과 동일한 것이거나 상이한 것일 수 있다)은 반응식 21 및 반응식 22에 도시된 볼타 산화 - 환원 반응을 겪을 수 있는 것으로 사료된다.

캐소드(환원)

4M_r ⁺ + 4e^- → 4M_r

애노드(산화)

2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e^-

콜로이드성 금속(M_r)은 원칙적으로 모든 금속일 수 있지만, 반응 21은 금속이 높은(보다 양의) 환원 전위를 가질 때 가장 효과적으로 진행된다. 따라서, 반응식 21에 도시된 바대로 콜로이드성 금속 이온의 환원은 콜로이드성 금속이 금속의 전위 서열에서 금속(M_e)보다 낮을 때 가장 효과적으로 발생한다. 결과적으로, 모든 콜로이드성 금속은 성공적일 수 있지만, 반응 21은 이들 금속의 높은 환원 전위로 인해 콜로이드성 금속, 예를 들면, 콜로이드성 은 또는 납과 함께 최고로 작동한다. 납이, 예를 들면, 반응식 21 및 반응식 22에서 콜로이드성 금속 이온으로서 이용될 때, 한쌍의 반응은 쾌 용이하게 일어날 수 있는 것으로 밝혀졌다. 볼타 반응은 표시된 산화 및 환원 반응으로서 양의 전압이 발생하도록 한다. 이러한 양의 전압은 다른 화학 공정에 필요한 에너지를 공급하기 위해 사용할 수 있다. 사실, 생성된 전압은 심지어 또 다른 반응 용기에서 일어나는 반응식 21 및 반응식 22를 이용하는 반응에 대해 과도한 전위를 제공하기 위해 사용할 수 있다. 따라서, 이들 전기화학 공정은 에너지의 외부 공급원이 없이 보다 빨리 일어날 수 있도록 한다. 이어서, 수득된 콜로이드성 금속(M_r)은 반응식 23에 도시된 바대로 산화된 이온성 금속(M_e)과 반응할 수 있고, 이로써 금속(M_e)이 재생성되고 이의 산화된 형태의 콜로이드성 금속이 재생성되게 한다.

4M_e ⁺ + 4M_r → 4M_r ⁺ + 4M_e

반응식 23에 도시된 당해 반응은 사실 출발 물질로서 모든 콜로이드성 금속을 사용하여 일어날 수 있지만, 콜로이드성 금속(M_r)이 전위 서열에서 금속(M_e) 위에 있을 때 가장 효과적으로 일어날 수 있다. 반응식 21 내지 반응식 23의 조합은 반응식 24를 만들고, 이로써 원소 금속(M_e)이 재생성되고, 산이 재생성되고 원소 산소가 형성되게 한다.

반응식 21

4M_r ⁺ + 4e^- → 4M_r

반응식 22

2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e^-

반응식 23

4M_e ⁺ + 4M_r → 4M_r ⁺ + 4M_e

4M_e ⁺ + 2H₂O → 4H⁺ + 4M_e + O₂

반응식 21 및 반응식 22에 도시된 반응은 콜로이드성 금속(M_r)이 금속의 전 위 서열에서 가능한 낮을 때 최고로 일어날 수 있는 것으로 보이지만, 반응식 23에 도시된 반응은 콜로이드성 금속(M_r)이 금속의 전위 서열에서 가능한 높을 때 가장 효과적으로 발생한다. 단지 반응식 21, 반응식 22 및 반응식 23의 합인 반응식 24에 도시된 전체 반응은 사실 높은 활동의 콜로이드성 금속에 의해 또는 낮은 활동의 콜로이드성 금속에 의해 최대로 촉진될 수 있다. 반응식 23에 도시된 반응과 비교하여 반응식 21 및 반응식 22에 도시된 반응의 상대적 중요성은 반응식 24에서의 전체 반응을 최고로 돕는 콜로이드성 금속의 특징을 결정한다. 반응식 24에 도시된 전체 반응은 콜로이드성 금속이 최대 활동일 때, 즉 콜로이드성 금속이 금속의 전위 서열에서 가능한 낮을 때 최대 속도로 진행하는 것으로 밝혀졌다. 보다 반응성인 콜로이드성 금속, 예를 들면, 제한함이 없이 콜로이드성 마그네슘 이온 또는 콜로이드성 알루미늄 이온은 양이온성 금속의 환원에 가장 손쉬운 공정을 생성시키는 것으로 밝혀졌다.

반응식 20과 반응식 24와의 조합은 반응식 25에서 도시된 전체 공정을 만든다. 상기 기재된 바대로, 반응식 21에 도시된 반응은 콜로이드성 금속이 전위 서열에서 금속(M_e) 아래에서 발견될 때 가장 효과적으로 진행한다. 그러나, 반응식 23에 도시된 반응은 콜로이드성 금속이 전위 서열에서 금속(M_e) 위에서 발견될 때 가장 유리하다. 따라서, 2개의 콜로이드성 금속, 전위 서열에서 금속(M_e) 위의 금속 및 금속(M_e) 아래의 금속, 예를 들면, 제한함이 없이 콜로이드성 납 및 콜로이드성 알루미늄을 동시에 사용하면, 전체 공정의 효율면에서 최적의 결과를 유발하는 것으로 관찰되었다. 반응식 25에는 단지 물의 원소 수소 및 원소 산소로의 분해가 도시되어 있으므로, 원소 수소를 제조하기 위한 완전한 공정은 이제 소모성 물질로서 물만을 갖고, 유일한 필요한 에너지원은 주위 열 조건에 의해 제공된다.

반응식 20

4M_e + 4H⁺ → 4M_e ⁺ + 2H₂

반응식 24

4M_e ⁺ + 2H₂O → 4H⁺+ 4M_e + O₂

2H₂O → 2H₂ + O₂

이러한 공정의 전체 결과는 정확히 물의 전기분해로부터 유도된 결과이다. 그러나, 이때 전기 에너지는 공급될 필요가 없다. 추가의 에너지가 수소 형성의 속도를 향상시킨다 하더라도, 당해 반응은 제공된 에너지가 주위 열 에너지인 경우에만 효과적으로 진행한다. 추가의 에너지가 공급될 때, 열 에너지, 전기 에너지의 방식으로 또는 방사 에너지로서 제공될 수 있다. 상기 기재된 바대로, 제공된 추가의 에너지가 열 에너지의 형태일 때, 용액의 비점을 증가시키고, 제공될 수 있는 열 에너지의 양을 증가시키기 위해, 내부 압력이 우세한 대기압보다 높게 유지되도록 배치된 반응 용기(100)를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 금속(M_e) 및 산뿐만 아니라 콜로이드성 금속 이온 촉매는 당해 공정에서 재생성되어, 소모성 물질 로서 물만을 잔류시킨다.

수소 제조의 속도를 증가시킬 수 있는 추가의 수단은 반응에서의 비금속, 예를 들면, 제한함이 없이 탄소 또는 황을 포함할 수 있다. 비금속을 나타내는 기호 Z를 사용하여, 반응식 22는 반응식 22A에 의해 대체될 수 있고, 이는 비금속 산화물의 열역학적 안정성으로 인해 보다 손쉬운 반응을 제공한다.

2H₂O + Z → 4H⁺ + ZO₂ + 4e^-

이어서, 반응식 24는 반응식 24A에 의해 대체되고, 반응식 25는 반응식 25A에 의해 대체될 수 있다.

M_e ⁺ + 2H₂O + Z → 4H⁺ + 4M_e + ZO₂

2H₂O + Z → 2H₂ + ZO₂

따라서, 당해 반응은, 원소 산소를 형성시키는 것 이외에, 비금속 산화물, 예를 들면, CO₂ 또는 SO₂를 생성시키고, 비금속 산화물의 열역학적 안정성은 당해 반응에 대한 추가의 구동력을 제공하여, 수소가 훨씬 빠른 속도로 제조되게 한다.

이러한 공정에의 대안은 물 대신에 반응하기 위한 과산화수소의 도입을 포함한다. 따라서, 반응식 22 및 반응식 23에 도시된 반응은 반응식 26 및 반응식 27 에 도시된 유사한 반응에 의해 대체될 수 있다. 이러한 2개의 반응의 전체 결과는 반응식 28에 도시된 반응이고, 여기서 반응물로서 원소 금속(M_e) 및 광산을 사용하여 원소 수소를 제조한다.

2M_e + 2M⁺ → 2M + 2M_e ⁺

2M + 2H⁺ + 2X^- → 2M⁺¹ + H₂ + 2X^-

2M_e + 2H⁺ → 2M_e ⁺ + H₂

이어서, 광산뿐만 아니라 원소 금속(M_e)은 상이한 볼타 전기화학 공정 후 열 반응의 결과로서 재생성될 수 있다. 콜로이드성 금속(M_r)은 다시 반응식 29 및 반응식 30에 도시된 산화 - 환원 반응에서 과산화수소와 반응한다.

캐소드(환원)

2M_r ⁺ + 2e^- → 2M_r

애노드(산화)

H₂O₂ → 2H⁺ + O₂ + 2e^-

하기 기재된 표준 산화 전위에 도시된 바대로 과산화수소가 물보다 산화 전위가 높다(낮은 음수 값)는 사실로 인해, 반응식 29 및 반응식 30으로부터 유도된 산화 - 환원 반응은 반응식 21 및 22에 도시된 산화 - 환원 반응과 비교하여 향상된 속도에서 일어난다.

반응식 21

2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e^-

ε⁰ 산화 = -1.229V

반응식 22

H₂O₂ → 2H⁺ + O₂ + 2e^-

ε⁰ 산화 = -0.695V

콜로이드성 금속은 원칙적으로 모든 금속일 수 있지만 금속이 환원 전위가 높을 때(높은 양수 값) 가장 효과적으로 작동한다. 따라서, 재생성 공정은 콜로이드성 금속이 금속의 전위 서열에서 가능한 낮을 때 가장 효과적으로 일어난다. 결과적으로, 모든 콜로이드성 금속은 성공적일 수 있지만, 당해 반응은, 예를 들면, 은의 높은 환원 전위로 인해 콜로이드성 은 이온으로 잘 작동한다. 은이 반응식 29 및 반응식 30에서 콜로이드성 금속 이온으로서 이용될 때, 한쌍의 반응은 쾌 용이하게 일어날 수 있는 것으로 밝혀졌다. 볼타 반응은 기재된 산화 및 환원 반응이 일어나는 것처럼 양의 전압을 생성시킨다. 이러한 양의 전압은 다른 화학 공정에서 필요한 에너지를 공급하기 위해 사용할 수 있다. 사실, 생성된 전압은 심지어 또 다른 반응 용기에서 일어나는 반응식 29 및 반응식 30을 이용하는 반응에 대해 과 전위를 공급하기 위해 사용할 수 있다. 따라서, 이러한 전기화학 공정은 에너지의 외부 공급원의 공급없이 보다 빨리 일어나도록 할 수 있다. 이어서, 수득된 콜로이드성 금속(M_r)을 반응시켜 금속(M_e)을 재생성시킨다(반응식 31).

2M_e ⁺ + 2M_r → 2M_r ⁺ + 2M_e

반응식 31에 도시된 반응은 콜로이드성 금속(M_r)이 금속(M_e)보다 더 반응성일 때 가장 효과적으로 일어날 것이다. 즉, 반응식 31에서의 반응은 콜로이드성 금속(M_r)이 금속의 전위 서열에서 금속(M_e) 위에 있을 때 가장 효과적으로 진행한다. 반응식 29 내지 반응식 31의 조합은 반응식 32를 만들고, 이로써 원소 금속(M_e)이 재생성되고, 산이 재생성되고, 원소 산소가 형성된다.

반응식 29

2M_e ⁺ + 2e^- → 2M_r

반응식 30

H₂O₂ → 2H⁺ + O₂ + 2e^-

반응식 31

2M_e ⁺ + 2M_r → 2M_r ⁺ + 2M_e

2M_e ⁺ + H₂O₂ → 2H⁺ + 2M_e + O₂

반응식 29 및 반응식 30에 도시된 반응은 콜로이드성 금속(M_r)이 금속의 전위 서열에서 가능한 낮을 때 최고로 일어날 것으로 보이지만, 반응식 31에 도시된 반응은 콜로이드성 금속(M_r)이 금속의 전위 서열에서 가능한 높을 때 가장 효과적으로 일어난다. 단지 반응식 29, 반응식 30 및 반응식 31의 합인 반응식 32에 도시된 전체 반응은 사실 높은 활동의 콜로이드성 금속에 의해 또는 낮은 활동의 콜로이드성 금속에 의해 최대로 촉진될 수 있다. 반응식 31에 도시된 반응과 비교하여 반응식 29 및 반응식 30에 도시된 반응의 상대적 중요성은 반응식 32에서 전체 반응을 최고로 돕는 콜로이드성 금속의 특징을 결정한다. 반응식 32에 도시된 전체 반응은 콜로이드성 금속이 최대 활동일 때, 즉 콜로이드성 금속이 금속의 전위 서열에서 가능한 높을 때 최대 속도로 진행하는 것으로 밝혀졌다. 보다 반응성인 콜로이드성 금속, 예를 들면, 제한함이 없이 콜로이드성 마그네슘 이온 및 콜로이드성 알루미늄 이온은 양이온성 금속의 환원에 대해 가장 손쉬운 환원 공정을 생성시 키는 것으로 밝혀졌다.

반응식 28과 반응식 32의 조합은 반응식 33에서 도시된 전체 공정을 만든다. 반응식 33에는 단지 과산화수소의 원소 수소 및 원소 산소로의 분해가 도시되어 있으므로, 원소 수소를 제조하기 위한 완전한 공정은 이제 소모성 물질로서 과산화수소만을 갖고, 유일한 필요한 에너지원은 주위 열 조건에 의해 제공된다. 추가의 에너지의 공급이 수소 형성의 향상된 속도를 유발하더라도, 반응은 유일한 제공된 에너지가 주위 열 에너지일 때 효과적으로 진행한다. 추가의 에너지가 공급될 때, 이는 열 에너지, 전기 에너지의 방식으로 또는 방사 에너지로서 제공될 수 있다. 제공된 추가의 에너지가 열 에너지의 형태일 때, 이는 용매의 비점에 의해 제한된다. 수성 시스템에서, 이는 100℃의 최대 온도를 제공한다. 그러나, 1기압보다 높은 압력하에 100℃ 이상의 온도가 수득될 수 있고, 심지어 수소 제조의 보다 향상된 속도를 제공할 수 있다.

반응식 28

M_e + 2H⁺ → 2M_e ⁺ + H₂

반응식 32

2M_e ⁺ + H₂O₂ → 2H⁺ + 2M_e + O₂

H₂O₂ → H₂ + O₂

금속(M_e) 및 광산의 재생성이 반응 속도와 관련하여 광산에 의한 금속(M_e)의 산화보다 상당히 낮으므로, 금속(M_e) 및 광산의 재생성은 이러한 공정에서 속도를 결정하는 것으로 밝혀졌다. 과산화수소의 산화(반응식 30)가 물의 산화(반응식 22)보다 더 유리하므로, 수소 형성의 속도는 과산화수소가 물 대신 사용될 때 상당히 향상된다. 즉, 물론 과산화수소가 명백히 공급하기에 보다 저렴한 시약이고, 원소 산소에 대한 원소 수소의 비가 반응식 33에 도시된 바대로 1부 산소에 대해 1부 수소가 된다는 사실로 조화를 이루어야 한다. 이는 반응식 25(여기서, 물은 산화된다)에서 발견된 바대로 1부 산소에 대한 2부 수소로 비가 상이할 수 있다. 수소 제조의 속도가 가장 중요한 인자인 경우에, 과산화수소의 사용은 상당한 이점을 제공할 것이다.

수소 제조의 속도가 증가할 수 있는 추가의 수단은 반응에서의 비금속, 예를 들면, 제한함이 없이 탄소 또는 황의 함유를 포함한다. 비금속을 나타내기 위해 기호 Z를 사용하여, 반응식 30은 반응식 3OA에 대해 대체될 수 있고, 이는 비금속 산화물의 열역학적 안정성으로 인해 보다 손쉬운 반응을 제공한다.

H₂O₂ + Z → 2H⁺ + ZO₂ + 2e^-

이어서, 반응식 32는 반응식 32A에 의해 대체될 수 있고, 반응식 33은 반응식 33A에 의해 대체될 수 있다.

2M_e ⁺ + H₂O₂ + Z → 2H⁺ + 2M_e ⁺ + ZO₂

H₂O₂ + Z → H₂ + ZO₂

따라서, 당해 반응은, 원소 산소를 형성시키는 것 이외에, 비금속 산화물, 예를 들면, CO₂ 또는 SO₂를 생성시키고, 비금속 산화물의 열역학적 안정성은 당해 반응에 대한 추가의 구동력을 제공하여, 수소가 훨씬 빠른 속도로 제조되게 한다. 이러한 공정에의 추가의 대안은 물 또는 과산화수소 대신에 반응하기 위한 포름산의 도입을 포함한다. 따라서, 반응식 22 및 반응식 23에 도시된 반응은 반응식 26 및 반응식 27에 도시된 유사한 반응에 의해 대체될 수 있다. 이러한 2개의 반응의 전체 결과는 반응식 28에 도시된 반응이고, 여기서 반응물로서 원소 금속(M_e) 및 광산을 사용하여 원소 수소를 제조한다.

반응식 26

2M_e + 2M⁺ → 2M + 2M_e ⁺

반응식 27

2M + 2H⁺ + 2X^- → 2M⁺¹ + H₂ + 2X^-

반응식 28

2M_e + 2H⁺ → 2M_e ⁺ + H₂

이어서, 광산뿐만 아니라 원소 금속(M_e)은 상이한 볼타 전기화학 공정 후 열 반응의 결과로서 재생성될 수 있다. 그러나, 이러한 경우에 콜로이드성 금속(M_r)은 다시 반응식 29 및 반응식 34에 도시된 산화 - 환원 반응에서 포름산과 반응한다.

캐소드(환원)

반응식 29

2M_r ⁺ + 2e^- → 2M_r

애노드(산화)

CH₂O₂ → 2H⁺ + CO₂ + 2e^-

하기 기재된 표준 산화 전위에 도시된 바대로 포름산이

물 및 과산화수소에 대해 보고된 음의 산화 전위에 대해 매우 양호한 양의 산화 전위를 갖는다는 사실로 인해, 반응식 29 및 반응식 34로부터 유도된 산화 - 환원 반응은 반응식 21 및 22에 도시된 산화 - 환원 반응 또는 반응식 29 및 반응식 30에 도시된 산화 - 환원 반응과 비교하여 향상된 속도에서 일어난다.

2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e^-, ε⁰ 산화 = -1.229V

H₂O₂ → 2H⁺ + O₂ + 2e^-, ε⁰ 산화 = -0.695V

CH₂O₂ →2H⁺ + CO₂ + 2e^-, ε⁰ 산화 = 0.199V

콜로이드성 금속은 원칙적으로 모든 금속일 수 있지만, 금속이 환원 전위가 높을 때(높은 양수 값) 가장 효과적으로 작동한다. 따라서, 재생성 공정은 콜로이드성 금속이 금속의 전위 서열에서 가능한 낮을 때 가장 효과적으로 일어난다. 결과적으로, 모든 콜로이드성 금속은 성공적일 수 있지만, 당해 반응은, 예를 들면, 은의 높은 환원 전위로 인해 콜로이드성 은 이온으로 잘 작동한다. 은이 반응식 29 및 반응식 34에서 콜로이드성 금속 이온으로서 이용될 때, 한쌍의 반응은 쾌 용이하게 일어날 수 있는 것으로 밝혀졌다. 볼타 반응은 기재된 산화 및 환원 반응이 일어나는 것처럼 양의 전압을 생성시킨다. 이러한 양의 전압은 다른 화학 공정에서 필요한 에너지를 공급하기 위해 사용할 수 있다. 사실, 생성된 전압은 심지어 또 다른 반응 용기에서 일어나는 반응식 29 및 반응식 34를 이용하는 반응에 대해 과 전위를 공급하기 위해 사용할 수 있다. 따라서, 이러한 전기화학 공정은 에너지의 외부 공급원의 공급없이 보다 빨리 일어나도록 할 수 있다. 이어서, 수득된 콜로이드성 금속(M_r)을 반응시켜 금속(M_e)을 재생성시킨다(반응식 31).

반응식 31

2M_e ⁺ + 2M_r → 2M_r ⁺ + 2M_e

반응식 31에 도시된 반응은 콜로이드성 금속(M_r)이 금속(M_e)보다 더 반응성일 때 가장 효과적으로 일어날 것이다. 즉, 반응식 31에서의 반응은 콜로이드성 금속(M_r)이 금속의 전위 서열에서 금속(M_e) 위에 있을 때 가장 효과적으로 진행한다. 반응식 29, 반응식 34 및 반응식 31의 조합은 반응식 35에 도시된 전체 반응을 만든다. 반응식 35에 도시된 전체 반응은 원소 금속(M_e)을 재생성시키고, 산을 재생성시키고, 이산화탄소를 형성시킨다.

반응식 29

2M_r ⁺ + 2e^- → 2M_r

반응식 34

CH₂O₂ → 2H⁺ + CO₂ + 2e^-

반응식 31

2M_e ⁺ + 2M_r → 2M_r ⁺ + 2M_e

반응식 35

2M_e ⁺ + CH₂O₂ → 2H⁺ + 2M_e + CO₂

반응식 29 및 반응식 34에 도시된 반응은 콜로이드성 금속(M_r)이 금속의 전위 서열에서 가능한 낮을 때 최고로 일어날 것으로 보이지만, 반응식 31에 도시된 반응은 콜로이드성 금속(M_r)이 금속의 전위 서열에서 가능한 높을 때 가장 효과적으로 일어난다. 단지 반응식 29, 반응식 34 및 반응식 31의 합인 반응식 35에 도시된 전체 반응은 사실 높은 활동의 콜로이드성 금속에 의해 또는 낮은 활동의 콜로이드성 금속에 의해 최대로 촉진될 수 있다. 반응식 31에 도시된 반응과 비교하여 반응식 29 및 반응식 34에 도시된 반응의 상대적 중요성은 반응식 35에서 전체 반응을 최고로 돕는 콜로이드성 금속의 특징을 결정한다. 반응식 35에 도시된 전체 반응은 콜로이드성 금속이 최대 활동일 때, 즉 콜로이드성 금속이 금속의 전위 서열에서 가능한 높을 때 최대 속도로 진행하는 것으로 밝혀졌다. 보다 반응성인 콜로이드성 금속, 예를 들면, 제한함이 없이 콜로이드성 마그네슘 이온 및 콜로이드성 알루미늄 이온은 양이온성 금속의 환원에 대해 가장 손쉬운 환원 공정을 생성시키는 것으로 밝혀졌다.

반응식 28과 반응식 35의 조합은 반응식 36에서 도시된 전체 공정을 만든다. 반응식 33에는 단지 포름산의 원소 수소 및 이산화탄소로의 분해가 도시되어 있으므로, 원소 수소를 제조하기 위한 완전한 공정은 이제 소모성 물질로서 포름산만을 갖고, 유일한 필요한 에너지원은 주위 열 조건에 의해 제공된다. 추가의 에너지의 공급이 수소 형성의 향상된 속도를 유발하더라도, 반응은 유일한 제공된 에너지가 주위 열 에너지일 때 효과적으로 진행한다. 추가의 에너지가 공급될 때, 이는 열 에너지, 전기 에너지의 방식으로 또는 방사 에너지로서 제공될 수 있다. 제공된 추가의 에너지가 열 에너지의 형태일 때, 이는 용매의 비점에 의해 제한된다. 수성 시스템에서, 이는 100℃의 최대 온도를 제공한다. 그러나, 1기압보다 높은 압 력하에 100℃ 이상의 온도가 수득될 수 있고, 심지어 수소 제조의 보다 향상된 속도를 제공할 수 있다.

반응식 28

2M_e + 2H⁺ → 2M_e ⁺ + H₂

2M_e ⁺ + CH₂O₂ → 2H⁺ + 2M_e + CO₂

CH₂O₂ → H₂ + CO₂

금속(M_e) 및 광산의 재생성이 반응 속도와 관련하여 광산에 의한 금속(M_e)의 산화보다 상당히 낮으므로, 금속(M_e) 및 광산의 재생성은 이러한 공정에서 속도를 결정하는 것으로 밝혀졌다. 포름산의 산화(반응식 34)가 물의 산화(반응식 22) 또는 과산화수소의 산화(반응식 30)보다 더 유리하므로, 수소 형성의 속도는 포름산이 물 또는 과산화수소 대신 사용될 때 상당히 향상된다. 즉, 물론 포름산이 물보다 더 저렴한 시약이지만, 과산화수소보다 덜 저렴한 시약이고, 수소와 함께 형성된 생성물이 산소보다는 이산화탄소라는 사실로 조화를 이루어야 한다. 추가로, 이산화탄소에 대한 원소 수소의 비는 반응식 36에 도시된 바대로 1부 이산화탄소에 대해 1부 수소이다. 이는 반응식 25(여기서, 물은 산화된다)에서 발견된 바대로 1부 산소에 대한 2부 수소로 비가 상이할 수 있다. 수소 제조의 속도가 가장 중요 한 인자인 경우에, 포름산의 사용은 상당한 이점을 제공할 것이다.

마지막으로, 본원에 도시된 모든 반응식이 콜로이드성 금속(들) 이외에 단지 단일 금속(M_e)의 사용을 포함하는 반면, 본원에 기재된 모든 반응은 단일 금속(M_e) 대신에 하나 이상의 콜로이드성 금속(들)과 함께 2개 이상의 상이한 금속의 조합을 사용하여 수행할 수 있는 것으로 보인다. 사실, 몇몇 경우에 다수의 금속을 사용하면, 다소 장기간에 걸쳐 속도를 상당히 향상시키는 것으로 보인다. 실험 #7 및 실험 #10에서, 예를 들면, 금속 철 및 금속 알루미늄의 혼합물이 사용된다. 실험 #10으로부터 유도된 수소의 정류 상태 제조는, 예를 들면, 1분당 대략 수소 100mL를 생성시키고, 반응 용기의 총 용적은 바로 100mL보다 조금 많다. 실험 #8 및 실험 #9에서, 유사한 반응은 단지 단일 금속, 알루미늄만으로 수행되고, 반응 속도가 감소할 때, 제2 금속인 철을 첨가하면, 반응에 걸쳐 2개의 금속이 존재하는 이러한 반응과 유사한 속도로 속도를 즉각적으로 증가시키는 것으로 증명되었다. 이 시점에서 인상적인 속도 향상을 유발하는지 명확하지 않다. 다수의 금속 모두가 반응 메카니즘에서 일어나서, 많은 수의 단계를 갖지만 낮은 전체 활성화 장벽을 갖는 보다 복잡한 메카니즘을 제공할 수 있다. 또 다른 가능성은 제2 금속이 재생성된 금속(M_e)이 보다 효과적으로 재형성될 수 있는 표면을 제공할 수 있다는 것이다. 어떠한 설명이더라도, 실험 #9 및 실험 #10은 2개의 상이한 금속을 사용하여 유발된 속도 향상이 쾌 명확하고 쾌 상당하다는 것을 매우 명확히 증명한다.

실험 결과:

실험 #1 요약:

93% 농도 H₂SO₄ 10mL 및 35% 농도 HCl 30mL를 포함하는 초기 용액을 철 펠렛(스폰지 철) 및 각각 약 20ppm으로 사료되는 농도의 콜로이드성 마그네슘 약 50mL 및 콜로이드성 납 80mL와 반응시킨다. 이론상 최대 8.06ℓ의 수소 가스는 표 1에 도시된 바대로 산이 소비된 경우에만 제조될 수 있다.

산 소비와 함께 시작 용액 최대 H₂ 수율

산	mL	농도	총 용량(g)	산의 효과적인 용량(g)	최대 H₂ 수율
H₂SO₄	10	93.0%	18.97	17.64	4.03ℓ
HCl	30	35.0%	37.52	13.13	4.03ℓ

최대 H₂ 수율: 8.06ℓ

1몰 H₂SO₄는 1몰 H₂(22.4ℓ)를 생성시킨다.

1몰 H₂SO₄ = 98g

따라서, 최대 수율은 H₂SO₄ 1g당 H₂ 0.23ℓ이다.

2몰 HCl은 1몰 H₂(22.4ℓ)를 생성시킨다.

2몰 HCl = 73g

따라서, HCl 1g당 H₂ 0.31ℓ의 이론상 최대 수율은 재생성 반응없이 기대된다.

실험 설정은 도 2에 도시된 바와 같다. 산 및 철 용액을 플라스크(202) 속에 위치시킨다. 핫 플레이트(204)를 사용하여 반응에 대한 열 에너지를 제공하고 용액을 약 71℃에서 유지시킨다. 당해 반응에 의해 제조된 가스를 관(206)을 통해 용적 측정 장치(208)로 공급한다. 용적 측정 장치(208)는 물로 충전된 인버티드 반응 용기(210)이고 물 욕(212) 속에 위치시킨다. 실험의 제1 목적은 이론상 최대 8.06ℓ 이상의 수소가 본 발명의 폐로(closed-loop) 공정에 의해 제조된다는 증거를 제공하는 것이다.

반응 속도는 초기에 주위 온도에서 수소 생성으로 매우 빠르다. 산이 일시적으로 소비될 때, 재생성 공정이 발생하고 반응 속도는 느려진다. 열을 공정에 첨가하여 재생성 공정을 가속시킬 수 있다.

15ℓ 이상의 가스가 제조되고, 당해 반응은 방해될 때 여전히 연속 방식(71℃에서 1초당 약 2개의 가스 거품)으로 진행되는 것으로 관찰된다. 관찰된 15ℓ의 가스가 분해에 의한 것과 유사하게 수소 가스 손실에 대한 원인이 되지 않는 것을 숙지해야 한다. 이전의 관찰 및 이론상 계획을 기본으로 하여, 제조된 가스의 첫번째 8.06ℓ는 필수적으로 순수한 수소로 이루어질 것이고, 8.06ℓ의 이론상 역치 이상에서, 생성된 가스의 66.7용적%가 수소일 수 있고 나머지 33.3용적%는 산소일 수 있다. 당해 실험은 재생성 공정의 충분한 증거를 제공하는 것으로 사료된다.

후속 실험은 역반응을 정량적으로 입증하기 위한 시도로 철의 유일한 공급원으로서 염화철(III)(FeCl₃)을 사용하여 수행한다. 순수한 염화철(III)은 모든 다른 산화 상태에서 철을 함유하지 않는 것으로 보이므로 선택된다. 유사한 실험이 철의 공급원으로서 산화철(III)을 사용하여 성공적으로 수행되는 반면, 당해 결과는 철의 다른 산화 상태가 존재할 수 있다는 사실에 의해 어두워진다. 결과는 하기 실험 #2에 기재되어 있다.

실험 #2 요약:

실험은 출발 물질로서 수용액[통상적으로 에칭 용액으로서 사용된다. 라디오 쌕(Radio Shack)으로부터 구입] 속의 염화철(III) 150mL를 사용하여 수행한다. 93% 농도 황산(H₂SO₄) 10mL를 용액에 첨가하고, 이 지점에서 어떠한 반응도 일어나지 않는다. 이어서, 각각 약 20ppm으로 사료되는 농도의 콜로이드성 마그네슘 약 50mL 및 콜로이드성 납 80mL를 첨가하고, 이 지점에서 화학반응이 시작되고 가스의 버블링은 주위 온도에서 분명하다. 가스의 제조는 용액을 65℃로 가열할 때 가속된다. 생성물 가스는 비누 거품 속에 포획되고 이어서 거품을 연소시킨다. 가스상 생성물의 관찰된 연소는 수소와 산소의 혼합물에 일반적이다.

수소 가스는 철의 동시 산화로만 제조될 수 있으므로, 철(III)이 초기에 산화되기 전에 환원되어, 역반응의 강력한 증거를 제공하는 것이 명백하다. 당해 실험은 후속적으로 황산 대신에 염산(HCl)에 의해 유사한 결과로 반복된다.

2개의 추가의 후속 실험(실험 #3은 알루미늄 금속 이용, 실험 #4는 철 금속 이용)은 금속의 소비로부터만 기대되는 최대 양과 비교하여 더 많은 수소가 제조되는지를 측정하기 위해 수행한다. 이들 결과는 하기 기재되어 있다.

실험 #3 요약:

출발 용액은 상기 실험 #1에서처럼 물, 각각 약 20ppm으로 사료되는 농도의 콜로이드성 마그네슘 약 50mL 및 콜로이드성 납 80mL, 93% 농도 H₂SO₄ 10mL 및 35% 농도 HCl 30mL를 포함하고 총 용적이 250mL이다. 알루미늄 금속 10g을 용액에 첨가하고 이를 가열하고 9O℃에서 유지시킨다. 반응은 1.5시간 동안 수행하고 가스 12ℓ를 생성시킨다. pH는 1.5시간의 말에 2.0보다 낮은 값을 갖는 것으로 밝혀졌다. 사용하지 않은 금속을 제거하고 이를 측량한 지 1.5시간 후 반응을 종료시킨다. 소비되지 않은 알루미늄은 4.5g으로 측량되고, 이는 알루미늄 5.5g이 소비된 것을 나타낸다. 알루미늄 5.5g의 전체 소비로 통상적으로 기대되는 수소 가스의 최대 양은 표 2에 기재된 바대로 6.8ℓ이다.

알루미늄 소비와 함께 시작 용액 최대 H₂ 수율

금속	총 용량(g) 초기 공급	총 용량(g) 최후 공급	소비된 용량(g)	H₂의 최대 수율^*
알루미늄(Al)	10	4.5	5.5	6.84ℓ

* 반응된 알루미늄이 수소의 제조에 배타적으로 사용되는 경우:

2몰 Al은 3몰 H₂(67.2ℓ)를 생성시킨다.

2몰 Al = 54g

따라서, Al 1g당 H₂ 1.24ℓ의 이론상 최대 수율은 상기 기재된 재생성 반응없이 기대된다.

실험 #1에서처럼, 공급된 산의 총 양을 기본으로 하여, 생성된 가스의 첫번째 8.06ℓ가 순수한 수소이고 잔량이 50% 수소인 것으로 기대된다. 또는, 소비된 알루미늄의 양을 기본으로 하여 수소의 이론상 양은 6.84ℓ이다. 6.84ℓ(최대 수율은 소비된 알루미늄으로부터 기대된다) 후, 잔류하는 가스가 66.7% 수소인 것으로 기대된다. 따라서, 소비된 알루미늄의 양 및 제공된 산의 양 각각을 기본으로 하여 기대되는 최대 6.84ℓ 또는 8.06ℓ와 비교하여, (가스 총 약 12ℓ 중에서) 수소 약 10.3ℓ가 당해 실험에서 제조되어, 재생성 공정의 추가의 증거를 제공하는 것으로 추정된다.

실험 #4 요약:

출발 용액은 상기 실험 #1에서처럼 물, 각각 약 20ppm으로 사료되는 농도의 콜로이드성 마그네슘 약 50mL 및 콜로이드성 납 80mL, 93% 농도 H₂SO₄ 10mL 및 35% 농도 HCl 30mL을 포함하고 총 용적이 250mL이다. 철 펠렛(스폰지 철) 100g을 용액에 첨가하고 이를 가열하고 9O℃에서 유지시킨다. 반응은 30시간 동안 수행하고 가스 15ℓ를 생성시킨다. pH는 30시간의 말에 약 5.0의 값을 갖는 것으로 밝혀졌다. 사용하지 않은 금속을 제거하고 이를 측량한 지 30시간 후 반응을 종료시킨다. 소비되지 않은 철은 94g으로 측량되고, 이는 철 6g이 소비된 것을 나타낸다. 철 6g의 전체 소비로 통상적으로 기대되는 수소 가스의 최대 양은 표 3에 기재된 바대로 2.41ℓ이다.

철 소비와 함께 시작 용액 최대 H₂ 수율

금속	총 용량(g) 초기 공급	총 용량(g) 최후 공급	소비된 용량(g)	H₂의 최대 수율*
철(Fe)	100	94	6	2.41ℓ

* 반응된 철이 수소의 제조에 배타적으로 사용되는 경우:

1몰 Fe는 1몰 H₂(22.4ℓ)를 생성시킨다.

1몰 Fe = 55.85g

따라서, Fe 1g당 H₂ 0.40ℓ의 이론상 최대 수율은 상기 기재된 재생성 반응없이 기대된다.

실험 #1에서처럼, 공급된 산의 총 양을 기본으로 하여, 생성된 가스의 첫번째 8.06ℓ가 순수한 수소이고 잔량이 66.7% 수소인 것으로 기대된다. 그러나, 소비된 철의 양을 기본으로 하여 수소의 최대 이론상 생성은 2.41ℓ이다. 2.41ℓ(최대 수율은 소비된 철로부터 기대된다) 후, 잔류하는 가스가 66.7% 수소인 것으로 기대된다. 따라서, 소비된 철의 양으로 기대되는 최대 2.41ℓ에 대해, (가스 총 약 15ℓ 중에서) 수소 약 10.8ℓ가 콜로이드성 촉매를 사용하여 당해 실험에서 제조되어, 재생성 공정의 추가의 증거를 제공하는 것으로 추정된다.

실험 #5 요약:

실험은 산화된 철과 촉매를 포함하는 실험 #4로부터 수득된 최종 용액 200mL를 사용하여 수행하고, pH가 약 5인 것으로 밝혀졌다. 상기 반응(93% 농도 H₂SO₄ 10mL 및 35% 농도 HCl 30mL)에서처럼 산을 용액에 첨가하면 pH가 약 1의 수준이 된다. 추가의 콜로이드성 물질을 첨가하지 않지만, 알루미늄 금속 20g을 첨가한다. 용액을 일정한 96℃로 가열한다. 반응을 진행시켜 18시간의 스팬에서 가스 32ℓ가 제조되게 하고, 이 지점에서 반응 속도는 상당히 느려지고 용액의 pH는 대략 5가 된다.

18시간 실험의 말에 잔류하는 금속을 분리시키고 9g의 질량을 갖는 것으로 밝혀졌다. 당해 금속은 Al과 Fe의 혼합물인 것으로 보인다. 따라서, 용액 속에 잔류하는 철과 알루미늄의 양을 무시하면, 금속 11g이 전체 소비되고 가스 32ℓ가 전체 제조된다.

상기 기재된 바대로, 반응에 첨가되는 산의 양을 기본으로 하여, 산과 금속과의 반응으로부터만 기대되는 수소 가스의 최대 양은 8.06ℓ일 수 있다. 질량이 9g인 회수된 금속의 메이크업에 따라, 2개의 극한의 설정이 가능하다: a) 회수된 금속이 100% Al이라 가정하면, 수소 가스 최대 13.75ℓ가 알루미늄 11g의 소비로부터 기대된다; 및 b) 또는, 회수된 금속이 100% Fe라 가정하면, 수소 가스 최대 21.25ℓ가 알루미늄 17g(공급된 20g - 철의 제조시 사용된 3g)의 소비로부터 기대된다. 최대 수소 가스 생성을 계산할 목적으로, 재생성 공정은 일어나지 않고 Fe 금속은 Al에 의한 종래의 단일 대체 반응으로부터 생성되는 것으로 추정한다.

Al 및 Fe의 실제 백분율은 2개의 극한 설정 사이에 어디에도 있을 수 있으므로, (재생성없이) 금속의 소비로부터만 생성된 수소 가스의 최대 양은 13.75ℓ 내지 21.25ℓ이다. 최대 양과 비교된 가스 32ℓ의 관찰된 생성으로, 금속의 유일한 소비로부터 재생성 공정이 일어난다는 것을 기대할 수 있다. H₂ 제조 속도의 증가는 원소 철의 도입 전에 용액 속의 금속 이온의 고농도로부터 유도되는 것으로 사료된다. 따라서, 이러한 부류의 반응으로부터 수득된 용액은 폐기되지 않아야 하고 오히려 후속적인 반응에 대한 출발점으로서 사용되어야 한다. 결과적으로, H₂의 생성을 위한 이러한 공정은 처리될 필요가 있는 상당한 화학 폐기물을 생성시키지 않는다.

실험 #6 요약:

실험은 90℃의 온도에서 FeCl₃ 20mL, 콜로이드성 마그네슘 10mL 및 콜로이드성 납 20mL를 사용하여 수행한다. 가스의 점화 관찰시를 기본으로 하여, 수소와 산소의 혼합물로 사료되는 가스가 제조된다. 혼합물의 pH는 반응 동안 약 4.5의 값으로부터 약 3.5의 값으로 감소한다. 이러한 관찰은 반드시 금속 철 또는 산을 용액에 도입하여 수소를 제조할 필요가 없다는 것을 보여준다. 전기화학 산화/환원 반응(반응식 21 내지 반응식 23은 전체 반응식 24를 만든다)은 금속 철 및 산이 제조되게 하므로, 이들 2개의 성분은 이러한 방식으로 제조될 수 있다. 추측하건대, 이는 결국 금속 철 및 산이 초기에 공급될 때 도달하는 동일한 정류 상태를 획득하게 된다.

실험 #7 요약

93% 농도 H₂SO₄ 10mL 및 35% 농도 HCl 30mL를 포함하는 초기 용액을 철 펠렛 20g 및 알루미늄 펠렛 20g과 반응시킨다. 이어서, 각각 약 20ppm으로 사료되는 농도의 콜로이드성 마그네슘 50mL 및 콜로이드성 납 80mL를 첨가하고 총 용적이 약 215mL가 되게 한다. 수소 가스의 이론상 최대 8.06ℓ는 표 4에 도시된 바대로 산의 소비의 경우에만 제조될 수 있다.

산 소비와 함께 시작 용액 최대 H₂ 수율

산	mL	농도	총 용량(g)	산의 효과적인 용량(g)	최대 H2 수율
H₂SO₄	10	93.0%	18.97	17.64	4.03ℓ
HCl	30	35.0%	37.52	13.13	4.03ℓ

최대 H₂ 수율: 8.06ℓ

1몰 H₂SO₄는 1몰 H₂(STP에서 22.4ℓ)를 생성시킨다.

1몰 H₂SO₄ = 98g

따라서, H₂SO₄ 1g당 H₂ 0.23ℓ의 이론상 최대 수율은 재생성 반응없이 기대된다.

2몰 HCl은 1몰 H₂(STP에서 22.4ℓ)를 생성시킨다.

2몰 HCl = 73g

실험 설정은 도 2에 도시된 바와 같다. 산과 금속의 혼합물을 플라스크(202) 속에 위치시킨다. 핫 플레이트(204)를 사용하여 반응에 대한 열 에너지를 제공하고 용액을 약 71℃에서 유지시킨다. 당해 반응에 의해 제조된 가스를 관(206)을 통해 용적 측정 장치(208)로 공급한다. 용적 측정 장치(208)는 물로 충전된 인버티드 반응 용기(210)이고 물 욕(212) 속에 위치시킨다. 실험의 제1 목적은 수소의 이론상 최대 8.06ℓ 이상의 수소가 본 발명의 폐로 공정에 의해 제조된다는 증거를 제공하는 것이다.

시간당 약 20ℓ의 속도로 일시적으로 수소가 생성되면서 반응 속도는 초기에 주위 온도에서 수소 생성으로 매우 빠르다. 약 1시간 후, 속도가 시간당 제조된 가스 약 8.4ℓ의 정류 상태 값으로 느려진다. 열을 공정에 첨가하여 금속 및 산의 재생성 공정을 가속시킬 수 있다.

몇몇 가스가 분해 및 확산으로 인해 손실되는 반면, 25ℓ 이상의 가스가 3시간에 걸쳐 수집되고, 당해 반응은 시간당 제조된 가스 8.4ℓ의 속도로 연속 방식으로 여전히 진행된다. 이 때, 실험을 정지시키고 잔류하는 금속, 알루미늄과 철의 혼합물을 수집하고 건조시키고, 질량이 35.5g인 것으로 밝혀졌다. 따라서, 금속 4.5g이 소비된다. 잔류하는 금속이 분석되지 않으므로, 어떠한 비의 알루미늄과 철이 반응되는지 공지되어 있지 않지만, 산에 의한 금속의 간단한 산화는 관찰된 것보다 훨씬 낮은, 최대 5.6ℓ의 수소를 생성시킨다. 이전의 관찰 및 이론상 계획을 기본으로 하여, 제조된 가스의 첫번째 8.06ℓ는 필수적으로 순수한 수소로 이루어질 것이고, 8.06ℓ의 이론상 역치 이상에서, 생성된 가스의 66.7용적%가 수소일 수 있고 나머지 33.3용적%는 산소일 수 있다. 당해 실험은 재생성 공정에 대한 충분한 증거를 제공하는 것으로 사료된다.

2개의 금속의 동시 사용은 가스 형성의 초기 속도를 증가시키지 않지만, 오히려 훨씬 긴 시간에 걸쳐 지속되는 반응 속도를 생성시키는 것으로 사료된다. 이러한 점을 추가로 증명하기 위해, 2개의 추가의 실험을 수행한다.

실험 #8 요약:

93% 농도 H₂SO₄ 10mL 및 35% 농도 HCl 30mL를 포함하는 초기 용액을 알루미늄 펠렛 20g과 반응시킨다. 이어서, 각각 약 20ppm으로 사료되는 농도의 콜로이드성 마그네슘 50mL 및 콜로이드성 납 80mL를 첨가하고 총 용적이 약 215mL가 되게 한다. 수소 가스의 이론상 최대 8.06ℓ는 표 5에 도시된 바대로 산의 소비의 경우에만 제조될 수 있다.

산 소비와 함께 시작 용액 최대 H₂ 수율

최대 H₂ 수율: 8.06ℓ

1몰 H₂SO₄는 1몰 H₂(STP에서 22.4ℓ)를 생성시킨다.

1몰 H₂SO₄ = 98g

2몰 HCl은 1몰 H₂(STP에서 22.4ℓ)를 생성시킨다.

2몰 HCl = 73g

초기 반응 속도는 실험 #1에서 발견된 것과 유사하고, 가스 9ℓ가 1시간 약간 미만으로 제조된다. 그러나, 이때에 반응 속도는 대략 1/2의 인수로 감소하는 것으로 밝혀졌다. 철 20g을 첨가하면, 반응 속도는 초기에 실험의 개시에서 관찰된 값으로 즉각 증가된다.

실험 #9 요약:

93% 농도 H₂SO₄ 10mL 및 35% 농도 HCl 30mL를 포함하는 초기 용액을 알루미늄 펠렛 40g과 반응시킨다. 이어서, 각각 약 20ppm으로 사료되는 농도의 콜로이드성 마그네슘 50mL 및 콜로이드성 납 80mL를 첨가하고 총 용적이 약 215mL가 되게 한다. 수소 가스의 이론상 최대 8.06ℓ는 표 6에 도시된 바대로 산의 소비의 경우에만 제조될 수 있다.

산 소비와 함께 시작 용액 최대 H₂ 수율

최대 H₂ 수율: 8.06ℓ

1몰 H₂SO₄는 1몰 H₂(STP에서 22.4ℓ)를 생성시킨다.

1몰 H₂SO₄ = 98g

2몰 HCl은 1몰 H₂(STP에서 22.4ℓ)를 생성시킨다.

2몰 HCl = 73g

가스 제조의 이의 높은 속도를 유지시키는 반응을 상당한 기간 생성시키는 2개의 금속들 사이에 명백히 상호작용이 일어난다.

실험 #10 요약:

93% 농도 H₂SO₄ 10mL 및 35% 농도 HCl 30mL를 포함하는 초기 용액을 철 펠렛 20g 및 알루미늄 펠렛 20g과 반응시킨다. 이어서, 각각 약 20ppm으로 사료되는 농도의 콜로이드성 마그네슘 25mL 및 콜로이드성 납 40mL를 첨가하고 총 용적이 약 110mL가 되게 한다. 수소 가스의 이론상 최대 8.06ℓ는 표 7에 도시된 바대로 산의 소비의 경우에만 제조될 수 있다.

산 소비와 함께 시작 용액 최대 H₂ 수율

최대 H₂ 수율: 8.06ℓ

1몰 H₂SO₄는 1몰 H₂(STP에서 22.4ℓ)를 생성시킨다.

1몰 H₂SO₄ = 98g

2몰 HCl은 1몰 H₂(STP에서 22.4ℓ)를 생성시킨다.

2몰 HCl = 73g

실험 설정은 도 2에 도시된 바와 같다. 산과 금속의 혼합물을 플라스크(202) 속에 위치시킨다. 핫 플레이트(204)를 사용하여 반응에 대한 열 에너지를 제공하고 용액을 약 90℃에서 유지시킨다. 당해 반응에 의해 제조된 가스를 관(206)을 통해 용적 측정 장치(208)로 공급한다. 용적 측정 장치(208)는 물로 충전된 인버티드 반응 용기(210)이고 물 욕(212) 속에 위치시킨다. 실험의 제1 목적은 수소의 이론상 최대 8.06ℓ 이상의 수소가 본 발명의 폐로 공정에 의해 제조된다는 증거를 제공하는 것이다.

시간당 약 20ℓ의 속도에서 일시적으로 수소가 생성되면서 반응 속도는 초기에 주위 온도에서 수소 생성으로 매우 빠르다. 약 1시간 후, 속도가 시간당 제조된 가스 약 6.0ℓ의 정류 상태 값으로 느려진다. 추가의 열을 공정에 첨가하여 금속 및 산의 재생성 공정을 추가로 가속시킬 수 있다.

몇몇 가스가 분해 및 확산으로 인해 손실되는 반면, 32ℓ 이상의 가스가 5시간에 걸쳐 수집되고, 당해 반응은 시간당 제조된 가스 6.0ℓ의 속도로 연속 방식으로 여전히 진행된다. 이 때, 실험을 정지시키고 잔류하는 금속, 알루미늄과 철의 혼합물을 수집하고 건조시키고, 질량이 약 40g인 것으로 밝혀졌다. 따라서, 오직 소량의 금속만이 소비된다. 잔류하는 금속이 분석되지 않으므로, 어떠한 비의 알루미늄과 철이 반응되는지 공지되어 있지 않지만, 각각의 금속의 대략 20g이 잔류하는 금속 샘플 속에 존재하는 것으로 추정된다. 이전의 관찰 및 이론상 계획을 기본으로 하여, 제조된 가스의 첫번째 8.06ℓ는 필수적으로 순수한 수소로 이루어질 것이고, 8.06ℓ의 이론상 역치 이상에서, 생성된 가스 66.7용적%가 수소일 수 있고 나머지 33.3용적%는 산소일 수 있다. 당해 실험은 적은 용적이 반응 용기 속에 사용될 때, 보다 효과적인 재생성 공정에 대한 추가의 충분한 증거를 제공하는 것으로 사료된다.

이전의 실험은 인공 및 천연 광원의 혼합물을 포함하는 주위 광 조건하에 수행된다. 기재된 반응을 감소된 광 조건하에 수행할 때, 반응 속도는 감소한다. 그러나, 감소된 광하에 별개의 공식 시험은 수행하지 않는다.

상기 기재된 실험 결과는 본원에 기재된 본 발명의 전위 값을 증명하는 것으로 사료된다. 그러나, 계산은 상기 기재된 반응 메카니즘을 기본으로 하고 당해 실험 속에 포함된 반응을 정확히 특징짓는 것으로 사료된다. 그러나, 반응 이론 또는 이를 기본으로 하는 계산에 에러가 있는 것으로 발견되는 경우, 본원에 기재된 본 발명은 그럼에도 불구하고 유효하고 가치가 있다.

도시되고 상기 기재된 양태는 예시적이다. 많은 설명은 당해 분야에서 자주 발견되므로, 많은 이러한 설명은 도시되거나 기재되어 있지 않다. 기재되고 도시된 설명, 부품, 부재 또는 단계 모두가 본원에서 발명된 것으로 청구되지 않는다. 본 발명의 수많은 특징 및 이점이 도면 및 첨부된 설명에 기재되어 있더라도, 본원 명세서는 오직 예시적이고, 본 발명의 원칙 내에 설명에서, 특히 부품의 형태, 크기 및 배열의 면에서 첨부된 청구항의 광의의 정의에 의해 제시된 최대의 정도로 변화가 있을 수 있다.

상기 특정 실시예의 제한적인 설명 및 도면은 본 특허의 침해가 무엇인지 지적하지 않지만, 본 발명의 사용방법 및 제조방법의 하나 이상의 설명을 제공한다. 본 발명의 제한 및 특허 보호의 경계는 하기 청구항에 의해 결정되고 정의된다.

Claims

pH 7 미만의 반응 매질,

반응 매질 속에 현탁된 콜로이드성 금속인 제1 금속 및

반응 매질과 접촉하는 제2 금속을 포함하는, 수소 제조용 장치.
제1항에 있어서, 제2 금속이 고상 비콜로이드성 형태로 존재하는, 수소 제조용 장치.
제1항에 있어서, 제1 금속이 제2 금속보다 덜 반응성인, 수소 제조용 장치.
제1항에 있어서, 제1 금속이 제2 금속보다 더 반응성인, 수소 제조용 장치.
제1항에 있어서, 반응 매질과 접촉하는 제3 금속을 추가로 포함하는, 수소 제조용 장치.
제5항에 있어서, 제3 금속이 콜로이드성 형태로 존재하는, 수소 제조용 장치.
제6항에 있어서, 제3 금속이 제2 금속보다 더 반응성인, 수소 제조용 장치.
제1항에 있어서, 반응 매질을 함유하기 위한 반응 매질에 불활성인 반응 용기를 추가로 포함하는, 수소 제조용 장치.
제8항에 있어서, 반응 용기가, 내부 압력이 대기압 이상으로 유지되도록 배치되는, 수소 제조용 장치.
제1항에 있어서, 제1 금속이 은, 금, 백금, 주석, 납, 구리, 아연, 철, 알루미늄, 마그네슘, 베릴륨, 니켈 또는 카드뮴인, 수소 제조용 장치.
제1항에 있어서, 제2 금속이 철, 알루미늄, 마그네슘, 베릴륨, 주석, 납, 니켈 또는 구리인, 수소 제조용 장치.
제6항에 있어서, 제3 금속이 알루미늄, 마그네슘, 베릴륨 또는 리튬인, 수소 제조용 장치.
제1항에 있어서, 반응 매질이 과산화수소를 포함하는, 수소 제조용 장치.
제1항에 있어서, 반응 매질이 포름산을 포함하는, 수소 제조용 장치.
제1항에 있어서, 반응 매질과 접촉하는 원소 비금속을 추가로 포함하는, 수소 제조용 장치.
제1항에 있어서, 에너지원을 추가로 포함하는, 수소 제조용 장치.
제16항에 있어서, 에너지원이 가열기인, 수소 제조용 장치.
제16항에 있어서, 에너지원이 광원인, 수소 제조용 장치.
제16항에 있어서, 에너지원이 반응 매질에 인가되는 전기 전위인, 수소 제조용 장치.
제1항에 있어서, 애노드와 캐소드가 반응 매질과 접촉하고 전기 전위가 애노드와 캐소드 사이에 인가되는, 애노드와 캐소드를 추가로 포함하는, 수소 제조용 장치.
제1항에 있어서, 제3 금속과 제4 금속을 추가로 포함하고 제2 금속, 제3 금속 및 제4 금속 중의 하나 이상이 콜로이드성 형태로 존재하는, 수소 제조용 장치.
콜로이드성 금속인 제1 금속을 pH 7 미만의 반응 매질 속에 현탁시키는 단계 및

반응 매질과 접촉하는 제2 금속을 제공하는 단계를 포함하는, 수소의 제조방법.
제22항에 있어서, 반응 매질과 접촉하는 제3 금속을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 수소의 제조방법.
제23항에 있어서, 제3 금속이 반응 매질 속에 현탁된 콜로이드성 금속인, 수소의 제조방법.
제22항에 있어서, 반응 매질이 반응 매질에 불활성인 반응 용기 속에 존재하는, 수소의 제조방법.
제22항에 있어서, 반응 매질과 접촉하는 원소 비금속을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 수소의 제조방법.
제22항에 있어서, 에너지를 반응 매질에 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 수소의 제조방법.
제22항에 있어서, 반응 매질과 접촉하는 캐소드 및 애노드를 제공하고 전기 전위를 애노드와 캐소드 사이에 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 수소의 제조방법.
제22항에 있어서, 반응 매질과 접촉하는 제3 금속 및 제4 금속을 제공하는 단계(여기서, 제2 금속, 제3 금속 및 제4 금속 중의 하나 이상은 콜로이드성 형태로 존재한다)를 추가로 포함하는, 수소의 제조방법.
제22항에 있어서, 산소 가스를 생성시키는 단계를 추가로 포함하는, 수소의 제조방법.
제22항에 있어서, 제2 금속의 산화 및 환원 둘 다를 추가로 포함하는, 수소의 제조방법.
산을 포함하는 반응 매질,

반응 매질 속에 현탁된 제1 콜로이드성 금속 및

반응 매질과 접촉하는 제2 금속을 포함하는, 수소 제조용 장치.
제32항에 있어서, 산이 황산, 염산, 브롬화수소산, 질산, 요오드화수소산, 과염소산 또는 염소산인, 수소 제조용 장치.
제32항에 있어서, 반응 매질과 접촉하는 제3 금속을 추가로 포함하는, 수소 제조용 장치.
제34항에 있어서, 제3 금속이 용액 속에 현탁된 콜로이드성 금속인, 수소 제조용 장치.
pH 7 미만의 반응 매질,

표면적이 제1 금속 1㎥당 298,000,000㎡ 이상인 반응 매질과 접촉하는 제1 금속 및

반응 매질과 접촉하는 제2 금속을 포함하는, 수소 제조용 장치.
제32항에 있어서, 반응 매질과 접촉하는 제3 금속을 추가로 포함하는, 수소 제조용 장치.
제37항에 있어서, 제3 금속이, 표면적이 제3 금속 1㎥당 298,000,000㎡ 이상인, 수소 제조용 장치.
제38항에 있어서, 제4 금속을 추가로 포함하는, 수소 제조용 장치.
제1 금속의 양이온을 포함하는 pH 7 미만의 반응 매질 및

반응 매질 속에 현탁된 제1 콜로이드성 금속을 포함하는, 수소 제조용 장치.
제40항에 있어서, 반응 매질 속에 현탁된 제2 콜로이드성 금속을 추가로 포함하는, 수소 제조용 장치.
제40항에 있어서, 반응 매질이 제2 금속의 양이온을 추가로 포함하는, 수소 제조용 장치.
pH 7 미만의 반응 매질,

반응 매질 속에 현탁된 제1 콜로이드성 금속 및

이온성 금속을 포함하는, 수소 제조용 장치.
제43항에 있어서, 반응 매질 속에 현탁된 제2 콜로이드성 금속을 추가로 포함하는, 수소 제조용 장치.
제43항에 있어서, 반응 매질과 접촉하는 고체 금속을 추가로 포함하는, 수소 제조용 장치.
제43항에 있어서, 제2 이온성 금속을 추가로 포함하는, 수소 제조용 장치.
콜로이드성 금속을 pH 7 미만의 반응 매질 속에 현탁시키는 단계 및

이온성 금속을 반응 매질에 도입하는 단계를 포함하는, 수소의 제조방법.
제47항에 있어서, 이온성 금속을 환원시켜 고체 금속을 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 수소의 제조방법.
반응 매질,

반응 매질 속에 현탁된 제1 콜로이드성 금속 및

반응 매질 속에 용해된 염을 포함하는, 수소 제조용 혼합물.
제49항에 있어서, 반응 매질과 접촉하는 제2 금속을 추가로 포함하는, 수소 제조용 혼합물.
제1 콜로이드성 금속을 반응 매질 속에 현탁시키는 단계 및

염을 반응 매질 속에 용해시키는 단계를 포함하는, 수소의 제조방법.
제49항에 있어서, 반응 매질과 접촉하는 제2 금속을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 수소의 제조방법.
내부 압력이 대기압보다 높게 유지되도록 배치된 반응 용기,

반응 용기 속의 산성 용액,

산성 용액과 접촉하는 고체 형태의 2개 이상의 금속,

산성 용액 속에 현탁된 2개 이상의 콜로이드성 금속(여기서, 하나의 콜로이드성 금속은 고체 금속보다 더 반응성이고 다른 콜로이드성 금속은 고체 금속보다 덜 반응성이다),

산성 용액과 접촉하는 원소 비금속 및

열 에너지를 산성 용액에 제공하도록 배치된 가열기를 포함하는, 수소 제조용 장치.
pH 7 미만의 반응 매질,

반응 매질 속에 현탁된 제1 콜로이드성 금속 및

반응 매질과 접촉하는 제2 금속을 포함하는, 수소 제조용 혼합물.
제54항에 있어서, 반응 매질과 접촉하는 제3 금속을 추가로 포함하는, 수소 제조용 혼합물.
제55항에 있어서, 제3 금속이 콜로이드성 형태로 존재하는, 수소 제조용 혼합물.
제54항에 있어서, 반응 매질과 접촉하는 원소 비금속을 추가로 포함하는, 수 소 제조용 혼합물.
제54항에 있어서, 제3 금속과 제4 금속을 추가로 포함하고, 제2 금속, 제3 금속 및 제4 금속 중의 하나 이상이 콜로이드성 형태로 존재하는, 수소 제조용 혼합물.