水素燃料電池自動車が話題になっています。
燃料にガソリンではなく水素を使い、水素で発電してモーターを回します。排出するのは水だけで、CO2も有害ガスも出しません。『究極のエコカー』と言われているようです。いろんな自動車会社が開発していて、次世代の自動車は水素燃料電池自動車、という雰囲気です。
でも、待ってください。水素燃料電池自動車だって以下のようないろんな場面でエネルギを使いますし、CO2も排出します。
・水素燃料電池自動車を製造するとき
部品を製造したり組み立てたりするときに、電力などのエネルギを使い、CO2を排出します。
・水素を製造するとき
燃料となる水素も燃焼時は水しか排出しませんが、水素そのものは自然界には存在しませんから、何らかの方法で製造しなければなりません。水素の製造にもエネルギーを使います。電力を使って製造すれば、その分CO2を排出します。
・走行時に水素を電力に変換するとき
水素燃料自動車は、水素を電力に変換してモータを回す仕組みです。水素は電力エネルギではありませんからそのままではモータを回せません。水素を電力に変換するときに大きなエネルギ変換ロスが発生し、せっかくの水素エネルギのうち一部しか利用できません。
・水素燃料自動車を廃棄するとき
廃棄するときにもエネルギを使いCO2を排出します。構造が複雑だったりリサイクルできなかったりするとエネルギ使用量やCO2排出量は大きくなります。
こんなことを考えていると、水素燃料電池自動車が『究極のエコカー』といえるのか？と疑問が浮かびます。
ということで、少し調べて、水素燃料電池自動車(FCV)を、もう一つのエコカーである電気自動車(EV)と比較してみました。簡単な比較ですから文献は省略してます。
走行時のエネルギの流れは以下のようになります。原料とは、例えば重油とか都市ガスです。
EV：原料⇒電力⇒電池⇒電力⇒モータ
FCV：原料⇒水素⇒電力⇒モータ
EVでは、『原料⇒電力』への変換効率は40％程度、『電力⇒電池⇒電力』への変換効率はリチウムイオン電池なら95％なので、モータに供給される電力エネルギは、原料の35%程度になります。
一方、FCVでは、『原料⇒水素』への変換効率は電力を使わない場合、産業用機器で40～60％、『水素⇒電力』への変換効率は一般家庭用に使われる固体高分子型燃料電池で40％弱なので、モータに供給される電力エネルギは、原料の20％程度になります。
また、水素を電力を使って製造する場合、エネルギの流れは以下になります。
FCV：原料⇒電力⇒水素⇒電力⇒モータ
ここで、『原料⇒電力』への変換効率は上記EVと同じ40％程度です。この電力から水素を製造することになりますが、『電力⇒水素』への変換効率は産業用機器で50～60％です。さらに『水素⇒電力』に変換する効率は40％弱ですから、つまり、原料から電力、水素を経てモータに供給される電力は、3つの効率の掛け算になるので、原料の10％程度になります。
まとめますと、各エネルギ効率は以下になります。
電気自動車：35％程度
水素燃料電池自動車（原料⇒水素）：20％程度
水素燃料電池自動車（原料⇒電力⇒水素）：10％程度
原料から走行に使用できる電力エネルギに変換する効率を考えると、水素燃料電池自動車は、電気自動車よりエネルギ効率が1/2～1/3程度に低くなります。
たとえば、太陽電池で考えた場合、同じ距離を走るのに必要な太陽電池パネルは、水素燃料電池自動車では、電気自動車の2～3倍程度の面積が必要になります。
以上、走行時のエネルギ効率では水素燃料電池自動車は電気自動車より効率が1/2～1/3程度になりそうです。省エネという面では電気自動車の方が有利です。
では、水素燃料電池自動車の利点とは何でしょうか？
それは、極めて少ない重量で大量のエネルギを貯めることができる点です。
水素4,2kgで620km走る水素燃料電池自動車があります。リチウムイオン電池で同じ距離を走行するためには460kgもの重量が必要になってしまいます。水素は圧縮すれば容積も小さくできますから、タンクのスペースも小さくできますし、スタンドで高速に充填できます。
以上をまとめますと以下になります。
水素燃料電池自動車の長所
・軽量の水素で長距離を走ることができる。
・水素タンクのスペースを少なくすることができる
・燃料の充填時間が少ない。
水素燃料電池自動車の短所
・エネルギ効率が電気自動車の1/2～1/3程度になる。
つまり、短い距離を走るなら、多少不便でも、電気自動車の方がエネルギを使いません。そういう話がなんか飛んでいるような気がするんですよね。水素燃料電池自動車の利点も省エネ車の利用推進には重要なのかもしれませんけど。
ただし、以上の話は走行時だけの話です。走行時以外でも短所があって、それは、『製造時のエネルギ消費量（CO2排出量）が多い』というものです。こちらも結構重要です。ただ、これは話が長くなるのでここでは割愛します。計算していたら、式が長くなって大変なのです。
なお、同じ燃料電池でも、給湯器を併設した家庭用燃料電池は大変すばらしいと思っています。燃料電池から発生する排熱をお湯として回収して給湯に用いることで、原料から得られるエネルギの効率を90％近くまで引き上げています。
私は、『電力は自分の家で作る社会』になってほしいと思っています。家庭用燃料電池が商品化されたことで、それが近づいていることを感じています。
それはともかく、水素燃料電池自動車は電気自動車に比べてみるとこんな話もあるんだよ、ということも頭に入れてくれたらありがたいなと思います。少なくとも『究極のエコカー』というのは違うと思っています。
（2014.07.13修正）