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燃料電池自動車 - Wikipedia

燃料ねんりょう電池でんち自動車じどうしゃまたFCV (Fuel Cell Vehicle) は搭載とうさいした燃料ねんりょう電池でんちから水素すいそまたあらためしつ水素すいそ燃料ねんりょうとし、空気くうきちゅう酸素さんそ反応はんのうさせて発電はつでんして電動でんどう駆動くどうする車両しゃりょうである。水素すいそのみを反応はんのうさせる場合ばあい電気でんき自動車じどうしゃ同様どうよう走行そうこうCO2CO,NOx,SOxなどの有害ゆうがい排気はいきガスさない。

FCX クラリティ
ボーイング燃料ねんりょう電池でんち実証じっしょう

歴史れきし

最初さいしょ道路どうろはしることの出来でき燃料ねんりょう電池でんち自動車じどうしゃ(Allis-Chalmers 燃料ねんりょう電池でんちトラクターをのぞく))[1]1966ねん昭和しょうわ41ねん)にゼネラルモータースによって製造せいぞうされ[2]最初さいしょ水素すいそ自動車じどうしゃは1807ねんFrançois Isaac de Rivazによって製造せいぞうされた。日本にっぽんにおいては1969ねん昭和しょうわ44ねん)、工業技術院こうぎょうぎじゅついん大阪おおさか工業こうぎょう試験しけんしょにおいて燃料ねんりょう電池でんち自動車じどうしゃ試験しけんおこなわれた。[3]これは電気でんき自動車じどうしゃけいトラック)の荷台にだい燃料ねんりょう電池でんちせたものだった。

エネルギー効率こうりつ

燃料ねんりょう電池でんち自動車じどうしゃへの利用りようかんがえられている固体こたい高分子こうぶんしがた燃料ねんりょう電池でんち発電はつでん効率こうりつは30~40%である。この数字すうじそのものは、コンバインドサイクルもちいない一般いっぱんてき火力かりょく発電はつでんしょ効率こうりつは40%前後ぜんごであることをかんがえるとちいさいとはえないが、燃料ねんりょうとなる水素すいそ調達ちょうたつまわしでおおきなエネルギーが消費しょうひされるため、燃料ねんりょう電池でんち自動車じどうしゃをとりまくエコシステム全体ぜんたいとしてみればかならずしもエネルギー効率こうりつたかくない。まず自然しぜんかい採集さいしゅう可能かのう水素すいそ存在そんざいしないから、水素すいそふく生水なまみずもと利用りようするほかはみず電気でんき分解ぶんかい天然てんねんガスのあらためしつなどによって生成せいせいしなければならない。またトヨタやホンダの車両しゃりょう水素すいそを350ないし700気圧きあつ圧縮あっしゅくして格納かくのうするが、これを標準ひょうじゅん状態じょうたい理想りそう気体きたいとしてかんがえると1気圧きあつから700気圧きあつ圧縮あっしゅくするには1モルあたりやく15kJのエネルギーが必要ひつようであるから、圧縮あっしゅく冷却れいきゃく効率こうりつを100%とすると170Lのタンクいちほんにつき22kWhものエネルギーが燃料ねんりょう格納かくのうするためだけに消費しょうひされることになる。それゆえ一般いっぱん燃料ねんりょう電池でんち自動車じどうしゃの「Well-to-Whell」効率こうりつ電気でんき自動車じどうしゃくらべておおきくおとる。実際じっさいに、たとえば風力ふうりょく発電はつでんによる電力でんりょく水素すいそ変換へんかん燃料ねんりょう電池でんち自動車じどうしゃ充填じゅうてんして使つかうよりも、そのまま電気でんき自動車じどうしゃへと充電じゅうでんするほうが3ばい程度ていど効率こうりついとされる[4]

なお、水素すいそ製造せいぞう投入とうにゅうするエネルギーにたいし、製造せいぞうされた水素すいそ貯蔵ちょぞう輸送ゆそう発電はつでん動力どうりょくとなり最終さいしゅうてきくるまのタイヤへとつたわる駆動くどうエネルギーのは、圧縮あっしゅく水素すいそ使用しようする場合ばあいは22%、液体えきたい水素すいそ場合ばあいは17%にとどまる[5]。これにたいし、通常つうじょうのガソリン自動車じどうしゃ効率こうりつは13%程度ていどである[6]が、現代げんだいにおけるガソリンのEPR平均へいきんして300%程度ていどであることから、ガソリン製造せいぞう投入とうにゅうするエネルギーにたいする駆動くどうエネルギーのはおよそ40%となる。なお、製造せいぞう水素すいそのEPRは製法せいほうにもよるが30~80%程度ていどである。

分類ぶんるい規格きかく

燃料ねんりょう電池でんち自動車じどうしゃ燃料ねんりょう電池でんち規格きかくにより分類ぶんるいされ、[7] には定置ていちがた燃料ねんりょう電池でんち用途ようと搬型燃料ねんりょう電池でんち用途ようと規格きかくがある。

車載しゃさいよう燃料ねんりょう電池でんち詳細しょうさい

すべての燃料ねんりょう電池でんち電解でんかいしつせいきょく陰極いんきょくの3つの部品ぶひんつくられている。[8]燃料ねんりょう電池でんち機能きのう既存きそん蓄電池ちくでんちているが充電じゅうでんわりに水素すいそ補給ほきゅうされる。[9]固体こたい高分子こうぶんしがた、ダイレクトメタノールがた、リンさんがた炭酸たんさん溶融ようゆうしおがた固体こたい酸化さんかぶつがた再生さいせいがたとうことなる種類しゅるい燃料ねんりょう電池でんちがある。[10]

2009ねん時点じてんにおいてアメリカで使用しようされる大半たいはん自動車じどうしゃはガソリンを使用しようしておりアメリカ国内こくない排出はいしゅつされる一酸化いっさんか炭素たんその60%以上いじょう温室おんしつ効果こうかガスのやく20%を排出はいしゅつしている。[11] 一方いっぽう水素すいそ自動車じどうしゃわずかな汚染おせん物質ぶっしつしか排出はいしゅつしない。だい部分ぶぶんみずねつであるが燃料ねんりょう電池でんち使用しようされる水素すいそ再生さいせい可能かのうエネルギーのみによって生産せいさんされた場合ばあい以外いがい水素すいそ製造せいぞう工程こうていにおいて汚染おせん物質ぶっしつ発生はっせいする。[12]

車載しゃさいよう燃料ねんりょう電池でんちシステムの課題かだい

水素すいそ社会しゃかい実現じつげんのためのふだとして注目ちゅうもくされているシステムであるが以下いかしめ課題かだいもある。( )ない補足ほそく説明せつめい。  ・水素すいそガスボンベの噴出ふんしゅつガスの乗員じょういんへの火炎かえん暴露ばくろたいする安全あんぜん対策たいさく[13]  ・水素すいそガスボンベの内圧ないあつ圧力あつりょく限界げんかいていかくの2.25ばい[14]   サイクル寿命じゅみょうは11250かい以上いじょう[15]   耐久たいきゅうせいは5000時間じかん以上いじょうであるため、 [16] [17] 水素すいそガスボンベを車載しゃさいする場合ばあい定期ていきてき交換こうかん作業さぎょう必要ひつようとなる。 このため、水素すいそガスボンベ搭載とうさいしゃ車体しゃたい販売はんばい形態けいたいはリース販売はんばい中心ちゅうしんで、 個人こじん所有しょゆう普通ふつう乗用車じょうようしゃへの展開てんかいというよりは、バス、タクシーとう公共こうきょう交通こうつう機関きかん商用しょうようしゃへの展開てんかい期待きたいされている。  ・水素すいそガスボンベへの水素すいそガス充填じゅうてん爆発ばくはつたいする対策たいさく水素すいそステーションは接地せっち工事こうじによりアースを確保かくほしているが、人体じんたいからのアーク放電ほうでん防止ぼうしできない。 このため、水素すいそ濃度のうどが500[ppm]をえるとガス警報けいほう発動はつどうする。 [18]  ・くるましつないへの水素すいそガス漏洩ろうえい対策たいさく。  ・排気はいき管内かんないぼうカビ対策たいさく燃料ねんりょう電池でんちスタックへの影響えいきょう評価ひょうか。  ・排気はいきかんからの排水はいすい起因きいんとするスリップ事故じこ発生はっせい評価ひょうか。  ・水素すいそ酸素さんそリサイクル社会しゃかい実現じつげん。(酸素さんそ消費しょうひ問題もんだい)  ・水素すいそステーションの設置せっち費用ひよう削減さくげん候補こうほ確保かくほ。(すうおくえん費用ひよう必要ひつよう[19]  ・水素すいそ原子げんし遮蔽しゃへいざい結晶けっしょうつぶかいをすりける問題もんだいたいする対策たいさく。 (空気くうきちゅうふくまれる窒素ちっそ酸素さんそ水素すいそ原子げんし分子ぶんしみずヒドラジン(Hydrazine hydrate):H4N2・H2O(無色むしょく液体えきたい、アンモニアさまほろ特異とくいしゅうあり、みずやアルコールと混和こんわする、軽油けいゆより発火はっかがたく、ひろ流通りゅうつうしており、化粧けしょうひん結核けっかくくすりなどの原料げんりょう使用しようされている)) [20] のようにあつか粒子りゅうしおおきさをおおきくすることにより、実用じつようてき遮蔽しゃへい効果こうか獲得かくとくする研究けんきゅう実施じっしされている。 [21] この燃料ねんりょうは、1気圧きあつ常温じょうおん環境かんきょう比較的ひかくてき容易よういあつかえるため、ポリタンクに充填じゅうてんしてはこぶことができ、免許めんきょ不要ふようでセルフ給油きゅうゆ可能かのうである。 この燃料ねんりょうもちいて実証じっしょう実験じっけんおこなっている国内こくない自動車じどうしゃメーカーでは、手作業てさぎょう燃料ねんりょう補給ほきゅうおこなっている。(みずヒドラジンステーションの建設けんせつおこなっていない。) 20リットルの燃料ねんりょう軽自動車けいじどうしゃを500kmきろめーとる走行そうこうさせる発電はつでん性能せいのうっている。(理論りろん) ただし、この燃料ねんりょうは、アルカリ性あるかりせい皮膚ひふとう人体じんたいたいして有害ゆうがいはつガン区分くぶん2B、ガソリンははつガン区分くぶん[22] )であるため、 車載しゃさいされている燃料ねんりょうタンクないではジェルじょうにして、給油きゅうゆするとき液体えきたいになる仕組しくみを開発かいはつちゅう燃料ねんりょうとしてのコストはやすい。 また、ゴム材料ざいりょうなかには、アルカリにつよいものとよわいものがあるが、この燃料ねんりょう搭載とうさいしゃでは、ゴム部品ぶひんをシリコーン部品ぶひん置換ちかんする必要ひつようがある。 また、このメーカーは、小型こがた発電はつでんユニット(FC_dock 05c)を開発かいはつしており、EVを充電じゅうでんすることも可能かのうである。 走行そうこうしながら充電じゅうでんできるようにコンバートEVがわのシステム変更へんこうおこない、車載しゃさい接続せつぞくすることにより、充電じゅうでん時間じかん短縮たんしゅくや、充電じゅうでん回数かいすう低減ていげん航続こうぞく距離きょり延長えんちょうとう期待きたいできる。)  ・水素すいそガスボンベは円筒えんとうじょう [23] であり、偏平へんぺい形状けいじょう成型せいけいするのが非常ひじょう艱難かんなんであるため、すうほん分割ぶんかつして搭載とうさいする必要ひつようがある。 このため、ガスボンベあいだきスペースをしょうじ、空間くうかん利用りようりつわるくレイアウトの自由じゆうひくい。 [24]  ・水素すいそガスボンベは、ガソリンタンクの2ばい以上いじょうのスペースが必要ひつよう[25]  ・水素すいそ燃料ねんりょう充填じゅうてんは、セルフではできない。 (70[MPa]ディスペンサでこうあつガスを充填じゅうてんする場合ばあいゆう資格しかくしゃおこな必要ひつようがある。)  ・水素すいそガスを70[MPa]まで圧縮あっしゅくするのは容易よういではない。 (燃料ねんりょう電池でんちしゃようCHG(圧縮あっしゅく水素すいそガス)はこうあつ圧縮あっしゅくにより充填じゅうてんされるが、航続こうぞく距離きょり延長えんちょうする場合ばあいはガスあつ向上こうじょう不可欠ふかけつである。圧縮あっしゅくは、初段しょだん圧縮あっしゅくで20[MPa]、 次段じだんで40[MPa]、最終さいしゅうだんで70[MPa]をえる圧力あつりょくまで圧縮あっしゅくする。 プレクーラーの設置せっちはスペースの制約せいやくじょう困難こんなん場合ばあいがある。 ガスあつ向上こうじょうさせると電力でんりょく使用しようりょう増加ぞうかする。) [26]  ・高性能こうせいのうバッテリを搭載とうさいする必要ひつようがある。 (燃料ねんりょう電池でんち電気でんきモーターのわせでは、燃料ねんりょう電池でんちへの水素すいそ流入りゅうにゅうりょう制御せいぎょして発電はつでん電力でんりょく能動のうどうてき制御せいぎょして、電気でんきモーターを駆動くどうすることになるが、 この方法ほうほうでは、応答おうとう速度そくどおそく、電気でんきモーターの俊敏しゅんびんさが発揮はっきできなくなる。 また、必要ひつようとなる電力でんりょくのピークにわせて燃料ねんりょう電池でんちスタックの容量ようりょう決定けっていする必要ひつようがあり、 だい容量ようりょうのものを搭載とうさいすることが必要ひつようで、大型おおがたこうコストするという問題もんだいしょうじる。 このため、燃料ねんりょう電池でんち電気でんきモーターとのあいだ電気でんき重層じゅうそうコンデンサ [27] やリチウムイオンバッテリとう介在かいざいさせて加速かそく必要ひつようだい電流でんりゅう確保かくほするとともに、 燃料ねんりょう電池でんちスタックのセルすう削減さくげん最適さいてきにより、燃料ねんりょう電池でんち小型こがた軽量けいりょうていコストする必要ひつようがある。 搭載とうさいされるエネルギーバッファは、常時じょうじたかし放電ほうでんかえすため、電気でんき重層じゅうそうコンデンサに脈動みゃくどう成分せいぶん吸収きゅうしゅうさせる ことで、バッテリのたかし放電ほうでん容量ようりょう減少げんしょう抑制よくせいする方法ほうほうかんがえられるが、電気でんき重層じゅうそうコンデンサは削減さくげん省略しょうりゃくされることがおおい。 また、エンジンは搭載とうさいしていないため、電気でんきモーターで発電はつでんする回生かいせいブレーキ(エンジンブレーキに相当そうとう)により発電はつでんした電力でんりょく蓄電ちくでんするために、 ながくだざかにも、ある程度ていど対応たいおうできるような比較的ひかくてき容量ようりょうおおきなバッテリを搭載とうさいする必要ひつようがあるが、 実際じっさいは、しょう容量ようりょうバッテリとヒーターとラジエターとうわせにして充電じゅうでんできない回生かいせいエネルギーは大気たいきちゅう廃棄はいきする。 このバッテリの搭載とうさいりょう削減さくげんするためには、反応はんのうみずふたた水素すいそガスと酸素さんそガスに電気でんき分解ぶんかいして、酸素さんそガスは大気たいきちゅう放出ほうしゅつし、水素すいそガスは水素すいそガスボンベに充填じゅうてんすればよいが、 水素すいそガスを70[MPa]をえる圧力あつりょくまで圧縮あっしゅくするのに、電気でんき分解ぶんかいとはべつすうだんこうあつ圧縮あっしゅく駆動くどうする電力でんりょく必要ひつようとなり、エネルギー変換へんかん効率こうりつくない。 結局けっきょく、バッテリの性能せいのう向上こうじょう小型こがた軽量けいりょうてい内部ないぶ抵抗ていこう長寿ちょうじゅいのちていコストとう)が不可欠ふかけつである。) [28]

関連かんれん項目こうもく

脚注きゃくちゅう

  1. ^ HistoryWired: A few of our favourite things”. October 23, 2009閲覧えつらん
  2. ^ The First Fuel Cell on Wheels” (2008ねん10がつ21にち). October 23, 2009閲覧えつらん
  3. ^ [1]
  4. ^ Ulf Bossel On Hydrogen” (2006ねん12月11にち). June 2, 2009閲覧えつらん
  5. ^ Efficiency of Hydrogen PEFC, Diesel-SOFC-Hybrid and Battery Electric Vehicles” (PDF) (2003ねん7がつ15にち). January 7, 2009閲覧えつらん
  6. ^ 電気でんき自動車じどうしゃ開発かいはつ自動車じどうしゃ環境かんきょう効率こうりつ評価ひょうか”. 国立こくりつ環境かんきょう研究所けんきゅうじょ. 2013ねん12月4にち閲覧えつらん
  7. ^ FC Vehicle standards
  8. ^ "Basics", U.S. Department of Energy, Retrieved on: 2008-11-03.
  9. ^ "What Is a Fuel Cell?", オンライン燃料ねんりょう電池でんち情報じょうほう, Retrieved on: 2008-11-03.
  10. ^ "Types of Fuel Cells", U.S. Department of Energy, Retrieved on: 2008-11-03.
  11. ^ "Fuel Cells for Transportation", U.S. Department of Energy, updated September 18, 2009. Retrieved June 7, 2010
  12. ^ "Fuel Cell Vehicles", Fuel Economy, Retrieved on: 2008-11-03.
  13. ^ "日本にっぽん自動車じどうしゃ研究所けんきゅうじょ(JARI)爆発ばくはつ火災かさい試験しけん(PDF)"
  14. ^ "日本にっぽん自動車じどうしゃ研究所けんきゅうじょ(JARI)サムテック株式会社かぶしきがいしゃ殿どの訪問ほうもんインタビュー調査ちょうさ報告ほうこく P348(PDF)"
  15. ^ "日本にっぽん自動車じどうしゃ研究所けんきゅうじょ(JARI)サムテック株式会社かぶしきがいしゃ殿どの訪問ほうもんインタビュー調査ちょうさ報告ほうこく P347(PDF)"
  16. ^ "日本にっぽん自動車じどうしゃ研究所けんきゅうじょ(JARI)2007 年度ねんどJARI 国内こくない訪問ほうもんインタビュー調査ちょうさ結果けっか概要がいよう P286(PDF)"
  17. ^ "日本にっぽん自動車じどうしゃ研究所けんきゅうじょ(JARI)平成へいせい19年度ねんど 燃料ねんりょう電池でんち自動車じどうしゃかんする調査ちょうさ報告ほうこくしょ P196(PDF)"
  18. ^ "日本にっぽん自動車じどうしゃ研究所けんきゅうじょ(JARI)サムテック株式会社かぶしきがいしゃ殿どの訪問ほうもんインタビュー調査ちょうさ報告ほうこく P408(PDF)"
  19. ^ "水素すいそ燃料ねんりょう電池でんち実証じっしょうプロジェクト(JHFC)燃料ねんりょう電池でんちシステムとう実証じっしょう研究けんきゅう だい報告ほうこくしょ P187 ひょう1.2.2-20 海外かいがい水素すいそステーション比較ひかくひょう(PDF)"
  20. ^ "安全あんぜんデータシート(SDS) みずヒドラジン"
  21. ^ "すいヒドラジンをもちいた貴金属ききんぞくフリー液体えきたい燃料ねんりょう電池でんち(PDF)"
  22. ^ "製品せいひん安全あんぜんデータシート ガソリン"
  23. ^ "日本にっぽん自動車じどうしゃ研究所けんきゅうじょ(JARI)サムテック株式会社かぶしきがいしゃ殿どの訪問ほうもんインタビュー調査ちょうさ報告ほうこく P351(PDF)"
  24. ^ "日本にっぽん自動車じどうしゃ研究所けんきゅうじょ(JARI)平成へいせい17年度ねんど 欧米おうべいにおける燃料ねんりょう電池でんち自動車じどうしゃ政策せいさく動向どうこう技術ぎじゅつ動向どうこう調査ちょうさ P12(PDF)"
  25. ^ "日本にっぽん自動車じどうしゃ研究所けんきゅうじょ(JARI)2007 年度ねんどJARI 国内こくない訪問ほうもんインタビュー調査ちょうさ結果けっか概要がいよう P316(PDF)"
  26. ^ "日本にっぽん自動車じどうしゃ研究所けんきゅうじょ(JARI)サムテック株式会社かぶしきがいしゃ殿どの訪問ほうもんインタビュー調査ちょうさ報告ほうこく P404~P407(PDF)"
  27. ^ "日本にっぽん自動車じどうしゃ研究所けんきゅうじょ(JARI)燃料ねんりょう電池でんちしゃかんする技術ぎじゅつ開発かいはつとう動向どうこう P247(PDF)"
  28. ^ "日本にっぽん自動車じどうしゃ研究所けんきゅうじょ(JARI)燃料ねんりょう電池でんちしゃかんする技術ぎじゅつ開発かいはつとう動向どうこう P247(PDF)"

出典しゅってん

Carr. "The power and the glory: A special report on the future of energy", page 11. The Economist, 2008.

外部がいぶリンク