石油社会の次は水素社会!?

石油社会の次は水素社会!?


水の電気分解による燃料電池についてインターネットで調べてみました。

石油社会の次は水素社会!? 

燃料電池 　 水素はそのまま燃焼させたり、燃料電池の燃料として使用できます。どちらの場合でも二酸化炭素を排出しないクリーンな燃料として利用できます。その生産方法は水の電気分解、都市ガスを加工、製鉄所でコークス炉ガスを精製する、などの方法があります。生産した水素の利用法は現在の都市ガスのようにそのまま燃焼させて暖房などに使うこともできますが、燃料電池の燃料としての利用が期待されています。  　 燃料電池は水の電気分解の逆の反応で、水素と酸素から電気を生み出す発電機のようなものです。火力発電や原子力発電は燃料から直接電気をつくるのではなく、熱で水蒸気を発生させ、発電機を回します。一方、燃料電池は燃料から直接電気を取り出すため、効率が良いです。効率の高さはあまり設備規模に左右されない上、振動や騒音が小さいので携帯電話から自動車まで様々なモノのエネルギー源として利用できます。自動車に搭載すれば排気ガスが無くなり、電車に搭載すれば送電設備が不要になります。ただ、多用途に使えるため、潜水艦など軍事利用される可能性も指摘されていますが…  　 燃料電池は最先端技術のように思えますが、原理自体は1839年には発明されていて、アポロ計画でも使用されています。アポロ計画で使用されたのはアルカリ電解質形燃料電池(AFC)という種類ですが、他にも固体高分子形燃料電池、リン酸形燃料電池(PAFC)、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)、ナトリウム－硫黄電池（NaS電池）、バイオ燃料電池といったものがあります。この中で自動車に搭載されるのはイオン伝導性を持つ高分子膜を電解質を使用した固体高分子形燃料電池となっています。この燃料電池では）、空気極（正極）、燃料極（負極、)固体高分子膜（電解質）を貼り合わせて一体化させた膜を、ガスの流れる道を刻み込んだ導電板で挟んだものを積み重ねたものです。1つ1つの起電力は小さいですが、これを直列で接続して高電圧が発生するようにしています。  　 水素を燃料にした固体高分子形燃料電池は排気ガスは水蒸気のみなので、非常にクリーンです。しかし、どうやって大量の水素を積み込むか？、という問題があります。これについては、数百気圧という高圧ガスに圧縮して保存、水素を吸収する性質を持つ水素吸蔵合金に保存、液体水素にして保存、というような方法が考えられています。今、有力なのは高圧ガス方式で、2006年にトヨタが700気圧の水素ガスを使用した燃料電池自動車を開発、同じ年にGMも試作車を発表しています。他にも燃料電池は携帯電話やノートパソコンの電源にも使用でき、2020年には8兆円市場になると予測されています。 現状 　 現在、燃料電池自動車は1台1億円は下らないという高価格で、大量生産や技術革新によって生産コストを下げる必要があります。それと同時に燃料を供給する水素ステーションの整備も必要です。日本では経済産業省が「水素・燃料電池実証プロジェクト（ＪＨＦＣ）」、という国家プロジェクトを進めています。2005年には、東邦ガス株式会社、新日本製鐵株式会社、日本酸素株式会社、が愛･地球博で使われた燃料電池バス用の水素ステーション(高圧方式)を2基設置しました。一方、関西電力と岩谷産業は液体水素を使用した移動式ステーションの実証実験を行っています。さらに、経済産業省は日本全体で2030年までに燃料電池自動車1500万台、水素ステーション8500ヵ所、という目標を立てています。  　 一方、アメリカは実験用の水素ステーションを約100基設置しています。コストは1基100万ドルほど。約17万基というガソリンスタンドに比べれば非常に少ないですが、徐々に増加していくことでしょう。ステーション用の水素の生産は水の電気分解や石油、もしくは天然ガス精製時に取り出す、火力発電所で石炭から抽出(二酸化炭素は地下へ)といった方法が考えられています。コストは電気分解だと水素1kgの生産に8ドル前後かかりますが、大量生産すれば3ドル前後にできるという試算があります。また、水素1kgでガソリン3.8リットル分のエネルギーが得られる上、燃料電池の効率はガソリンエンジンの3倍といわれているため、水素はガソリンに見劣りしない燃料になるとみられています。化学工場などで使用するために全世界で使われるエネルギーの2％が水素生産に利用されていますが、効率が良いため、この水素で全世界の自動車の20％に相当する台数の燃料電池自動車が利用できます。二酸化炭素排出量は天然ガス精製時に取り出した水素を燃料電池自動車に使用した場合、燃料生産時の二酸化炭素を考慮しても排出量は1kmあたり110gです。普通車で195g、ハイブリッド車でも150gです。たとえ、燃料生産時に二酸化炭素が発生したとしても消費時の排出がゼロというのは大きいです。 未来 　 水素の大量生産が軌道に乗れば、実験ではなく、実際に社会での利用を開始します。燃料電池自動車を家庭で購入できるようになるには時間がかかるでしょうから、まずは業務用、特に運輸部門で水素を利用します。パイプラインや専用のタンクローリーで水素を運び、運送業のトラックや公共バスで使用します。同時に水素ステーションの設置を進めていきます。また、同時にガソリンスタンドにガソリンから水素をつくる装置を設置し、水素ステーション化します。燃料電池自動車が現在の普通車並みの価格になり、水素ステーションの設置数がガソリンスタンド並みになれば排気ガスは水蒸気のみという燃料電池自動車が車社会の主役になります。その頃にはエアロトレインも組み込めていることでしょう。  　 一般家庭についても都市ガスの替わりに水素を暖房などに使えるようにしていけば二酸化炭素を出さない水素社会の完成です。さらに何年かかるか不明ですが、地球規模でスーパーグリッドも整備すれば電気分解に使う電力や生産された水素を国境を越えて融通し合うこともできます。 東邦ガス株式会社+2

ごっしーの理科情報室２

2007年11月23日

富山市立東部中学校で理科の授業をしています。次のことを記事にしています。
○ 最近の科学ニュース　○ 授業で紹介しきれなかったおもしろいこと 
○ 中学生のみなさんから質問されて調べたこと、教えてもらったこと（ネタください） 

水素を売るため、ガソリンスタンド内で電気分解
車の燃料にガソリンを使わず水素を使おう！といくつかの国が考え始めています。
なぜならもうすぐ石油は取り尽くされてしまうからです。

水素利用の先進国はアイスランドです。

この国は２０５０年まで全ての燃料を水素にしてしまおうというすごい計画を進めています。そのころは、ガソリン使用量がゼロとなり、バス、自動車、漁船の全てが水素で動くようになるそうです。

アイスランドでは、すでに水素を燃料とするバスが当たり前のように走っています。「水素＋酸素→水」の化学反応で走るこのバス。有害な排気ガスが出ないのでいいですね。

さて、このバスはガソリンスタンド（水素ガスステーション）で水素を入れます。水素は軽くて爆発しやすく、他から運んでくるのは危険。
そこでガソリンスタンド内で水を電気分解して水素を生み出しているそうです。

日本学術会議「おもしろ情報館」より　

カリフォルニアでは世界各国の燃料電池車を集めて実用化のためのテストが行われておる。
乗用車やバス、トラックなどいろいろな燃料電池車があるんじゃ。アメリカやドイツ、カナダ、もちろん日本の車もあるぞ。 　 

普通の車とあんまり変わんないけど、バスの上には大きなタンクがあるね。

燃料になる水素をためておくためじゃ。

電池なのに燃料電池って呼ぶのはどうしてかしら？ 水素をどうやって利用するの？

アポロ宇宙船のことを話したことがあったじゃろ。あの宇宙船で必要な電力を得るために開発されたのが燃料電池じゃ。 水の電気分解を知っておるかな。 水に電気を通すと酸素と水素に分かれるんだ。 燃料電池はこの原理を逆にしたもんなんじゃ。 水素をタンクに入れておいて空気中の酸素と、燃料電池の中で一緒にしてやる。火をつけてしまうと燃えて熱がでるだけじゃ。 ところが、火のつかないようにして反応させると、熱ではなく電気 を取り出すことができるんじゃ。出来るのは水だけ。有害な排気ガスや二酸化炭素も出ない、究極の『クリーンエネルギ ー』じゃ。

でも、水素はどうやって手に入れるの。難しそうだわ。

そこが大きな問題じゃ。どこでも水素が手に入るように、ガソリンスタンドと同じように水素スタンドを作らなくてはならん。これには時間もお金もかかる。それに、水素を作る方法にも工夫が必要じゃ。ガソリンや天然ガスを分解して作ることも考えられておるんじゃが、それでは究極のクリーンエネルギーとはいえんじゃろ。

じゃあどうすればいいのかな？

自然エネルギーを利用することじゃよ。たとえば砂漠に大きな太陽電池発電所を作るんじゃ。この電力を使って水を電気分解する。こうしてできた水素は石油と同じように運ぶことができる。もちろん、風力発電でも、水力発電でも、よいわけじゃ。ガソリンや石油に代わって水素をエネルギー源として利用する時代がやってくるじゃろう。水素を利用した燃料電池は、車だけではなく家庭用の電気例えば冷蔵庫、洗濯機そして工場用の発電機の代わりにも使うことができるんじゃ。

それじゃ、子孫の心配をしなくても便利な生活が続けられるのかしら？

たとえエネルギーの問題が解決しても廃棄物、つまりゴミじゃな。これは大きな問題じゃ。
そうじゃ！アフリカに面白いものがあった。 もう一度のぞいてみよう。

エコプロダクツ2008

東京ビックサイトで開催中のエコプロダクツ2008では、数多くの環境に優しいエネルギー技術が紹介されている。ここでは、それらの中から、水素と酸素の化学反応で電気と熱を生産し、排出物は水だけというクリーンエネルギーシステム「燃料電池」に関連する展示画注目された。その中で「水の電気分解による燃料電池」東京ガスの例をご紹介しよう。

東京ガスブースは、ほとんどがエネファーム関連の展示(左)。右写真は、水を電気分解(水電解)し、取り出した水素で燃料電池による発電をするデモンストレーション模型。現在のエネファームは、都市ガスなどの化石燃料を改質して水素を取り出すため、改質の際にCO2を排出する。このモデルのような水電解を利用し、それに必要な電力を太陽光などでまかなうと、究極のクリーンエネルギー供給システムとなる

エネファーム関連の展示	水を電気分解(水電解)し、 取り出した水素で燃料電池による 発電をするデモンストレーション模型

電解還元水について

電気分解した水に水素が溶存し健康に寄与しているということを考えた研究の先駆者は２０年前からそのことを主張しています。
１０年前の懐かしい本がでてきましたのでコピーを掲載いたします。水素です。水素水です。