水素革命は起きますか？ トヨタの燃料電池車ミライが話題になっていますが、これから燃料電池車が主流になるとは思えません。 燃料電池車が主流になるには水素の調達の段階で革命的な新技術

Question

が開発されて安価に大量の水素が製造できるようになることが必要かと思います。

水素の調達に関して構想されている新技術やテクノロジーは今現在あるのでしょうか？
また、皆さんが考える水素社会が実現するための課題を教えて下さい。

Answer 1

お疲れ様です。ミスター高圧ガスと申します。

水素の製造方法、製造コストについての議論が中心ですが、水素を都市ガスのように導管で供給して使用できる環境であれば、エネルギー密度の低い水素でも一つの方法として「あり」かもしれませんが、こと自動車の燃料として自動車に積載して使用するとなると、エネルギー密度の低い水素は致命的です。

水素を液化して積載すればいいのですが、水素の沸点は－253℃であるので、この状態を自動車で保とうとすると現在の技術レベルでは、この温度を維持できる保温性の高い素材、輻射熱を遮断できる素材が要求されますが、皆無と考えていいでしょう。ロケットの燃料として液体水素が使用されていますが、上記の問題を解決できないので、ロケットに液体水素を搭載するのは、ロケットの打ち上げの少し前です。天候が悪くて打ち上げが延期となれば、ロケットから再度液体水素を戻しているくらいですので、一般人が取り扱う自動車に液体水素を燃料として搭載するのは、現在の技術レベルでは困難と考えるべきでしょう。

ＭＩＲＡＩを始め水素を燃料として走る燃料電池車（試作車を含む。）は、水素を圧縮して充填しています。航続距離を出すために圧力を70MPa、将来的には90MPa近くまで加圧して充填することになるでしょう。90MPaというとピンとこないかもしれませんが、海底約9,000mの深海とほぼ同じ圧力です。この圧力にするために、自動車の燃料タンクに水素をギュウギュウ詰めに押し込んでいるわけです。この作業をしているのがいわゆる水素ステーションです。

水素ステーションについては、インフラのコストとして1か所当たり４～5億円かかっています。ガソリンスタンドが1か所当たり1億円程度といわれていますので、建設コストが異常に高いことがネックになります。高くなる原因は、水素の脆化対策です。水素については、分子が小さく圧力が高まれば高まるほど金属材料の中に侵入し、材料中の炭素分と結合し、金属材料中にメタンを発生させ、金属の割れを誘い材料を劣化させる特性があります。そのため、水素ステーションにおいて、圧縮水素の通る部分について使用できる材料が、高圧ガス保安法において制限がかかっています。ニッケルをふんだんに使用した材料ですので、材料コストが著しく高くなっています。
また、この水素を圧縮するための圧縮機も、90MPaまで昇圧しようとすると非常に大きな動力が必要です。低圧側圧縮機、高圧ガス圧縮機と２段階で圧縮しているところがほとんどですが、使用されているモータも１００ｋWの動力を要するもので非常に電力を消費します。水素を充填するために非常に大きな消費電力が必要となるという話はほとんどされていませんが、今の技術レベルではまだこの程度のことしか出来ません。

水素を製造するコストが下がっても、水素を自動車に充填するコストについては当分下がる見込みがないかなといったところです。

「水素社会」とかいって、水素を簡単に取り扱えるような社会がすぐ近くまできているような錯覚を起こす言葉でいろんな人が煽動していますが、課題のハードルも高く、私の中では水素社会など実現できないと考えています。

Answer 2

電気と水素の共通課題は｢取り出せるエネルギーの担体容量密度が化石エネルギーと比較して圧倒的に小さい｣ことと｢取り扱い上の安全性が低い｣こと
EVはバッテリー次第だし水素自動車は水素の担体次第ですわな
もしかしたら、今後とんでもない容量の水素を吸着できる物質が見つかるかもしれませんが、
高圧タンクに頼っている限りは、ガソリン･軽油に敵いません

Answer 3

日本の現状では水素はEUから輸入しているのが実態で、合理的に水素を作成するのは福島第一原発で発生した水素爆発の様に原子力の熱を利用して水素を作り出すのが一なのですが、後は提要発電による電気分解か、LPGからの水素分離しかないのが現実ですね。日本人は「原子力」と言うと拒否反応が強いので、無理と思いますが、EU等では動き出すと思いますけど、水素は使わないかもですね。

Answer 4

水素は現在は化石燃料の変質により調達する方法がコスト的には優位にあります。


水を電気分解する方法もありますが電気を大量に使用して生成した水素を利用して

各自動車まで輸送し小口の発電をするという発想が無理筋ですね。

そのほか余剰電力を利用して水素を電気分解という手法もありえますがこれでもコスト的には化石燃料の変質にはかなわないようです。
余剰電力を蓄電して供給するほうが優れています。

余剰水素は副次的に発生するもので現在の国内のエネルギー消費の1％強にすぎません。

水素は超低温（-253℃）まで冷却しないと液化しませんし自然蒸発もあるので
小口の末端のエネルギーとして水素を利用しようとする発想はコストを考慮しない自分の研究した技術を自讃する技術屋の考え方で使えません。


再生可能エネルギーを利用し水素を形成するということがコスト的にペイするのであれば再生可能エネルギーで発電した電力を利用するほうが効率的です。

Answer 5

現在、マツダが水素を燃料とする自動車を開発中です。

Answer 6

石油や石炭はCO2を排出するので近い将来は使用禁止になるでしょう。航空機や自動車などの交通機関では主に水素を利用するようになるでしょう。

電気エネルギーは水素として蓄積できますので、将来的には水素は太陽光発電や核融合発電で製造されるようになるでしょう。