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水素自動車とは

水素をエネルギーとする「水素自動車」。ガソリンエンジンやディーゼルエンジンを改良して直接燃焼を行うものと、燃料電池により発電するもの(燃料電池自動車)にわけられます。

水素燃料は炭素を含まないため、燃焼しても二酸化炭素、一酸化炭素、炭化水素が発生せず、排出ガスは水とNOx(排出量はガソリンエンジン並)だけのクリーンなエンジンです。

水素の貯蔵方法としては、高圧水素、液化水素、水素吸蔵合金が考えられていますが、安全性の面からは、液体水素や水素吸蔵合金が有利ともいわれています。
太陽、地熱、風力などで発電した電力を使い海水の電気分解により大量に水素が製造できれば、地球環境保全の面で理想的な燃料ということです。

ここでは、そんな『水素自動車』と、その燃料である『水素・燃料電池』について考えてみたいと思います。

開発史

日本国内では1970年代から武蔵工業大学(現在の東京都市大学)の古濱庄一教授の下で市販のレシプロエンジンの改造で研究が始められ、現在まで数多くの水素燃料エンジン技術の開発の成果をあげてきた。

1990年代からマツダとBMWが既存のエンジンを改良する形で水素燃料エンジンの開発を進めている。

2006年、水素エネルギー開発研究所が水素と水を燃料とするエンジン(HAWエンジン)を開発し、世界35カ国で特許を取得。

2009年、広島市にマツダ・RX-8水素エンジン搭載車が納入される。マツダはフォードと提携している。

水素燃料タンク

燃料タンクについては、気体水素の密度が低く、高密度貯蔵が困難であることから、従来のガスタンク内圧(15 MPa程度)を大きく超える高圧タンクが開発されている。現在は炭素繊維複合材にアルミ合金ライニング(内張り)を施した35 MPa級高圧タンクが各所で開発され、燃料電池自動車で実用試験に供されている。DOE(アメリカ・エネルギー省))の試算によると、ガソリン車と同程度の走行距離を得るためには70 MPa級の高圧タンクが必要とされており、各研究開発機関がこの要求値を満たすタンクの開発をすすめている。これらのタンクはいずれも極めて高圧の水素をガソリン程度の安全性を維持して貯蔵する必要があるため、安全性保証のために、水素充填時のタンクをライフルで撃つガンファイアテストなどをクリアする強度を持たなければならない。

このような貯蔵密度の問題を回避するために、BMWとGM、そしてGM傘下のオペルは液体水素タンクを開発し、実用評価を行っている。液体水素は極低温であるために、断熱対策が万全でないと貯蔵されている水素が気化する。BMWは、貯蔵開始後からボイルオフが始まるまでの時間を3週間程度まで延ばすことに成功している。さらに、事故などでタンクが破損した場合の危険性もガソリンと同程度か、ガソリンより低いと思われる。

水素吸蔵合金の性能が向上すれば、低圧で比較的穏和な水素供給が可能なタンクが開発されると考えられているが、現状では、吸蔵放出温度、吸蔵放出速度、吸蔵放出時の反応熱のやりとり、合金質量などの点において未解決の問題が多い。

その他の低公害車との比較

すでにエタノール、メタノール、液化天然ガスなどの燃料で低公害車は普及している。アルコール系燃料は技術的ハードルが低く、ブラジルでの普及やモータースポーツでの使用などもあり、安全性やインフラなどの技術も確立している。水素燃料はまったく二酸化炭素を出さないという環境面でのメリットがあるが、前述のように非常に沢山のデメリットがあり、それらが実用化を妨げている。

低公害車とは

低公害車(ていこうがいしゃ)は、大気汚染物質(窒素酸化物や一酸化炭素、二酸化炭素など)の排出が少なく、環境への負荷が少ない自動車。狭義には電気自動車、メタノール自動車、圧縮天然ガス (CNG) 自動車、圧縮空気車及びハイブリッド自動車の5車種を指す。低公害車の認定を受けた自動車は、税制面で優遇される等の特典を持つ。通称はエコカー (eco car)。

日本では、環境省・国土交通省・経済産業省の3省は「低公害車」という場合には圧縮空気車を除く4種類の四低又は低公害車4兄弟を指す。基本的に「低公害性能」の他に「石油代替性」が要求されている。また日本政府の「低公害車普及計画」では、これらに加え「低排出ガス認定かつ低燃費車」を含め、クリーンエネルギー自動車という概念ではLPG車のうちトラック等貨物車とバス・特種車を加え「ディーゼル代替LPG車」が加わり、低排出ガスのガソリン車は除外されるという不思議な構造となっている。

諸外国では、代替燃料車として電気、メタノール等のアルコール系、天然ガス・LPガス・水素・DMEのガス系が上げられ、低排出ガス性能については「燃料を問わず一定のレベルをクリア」することが主流である。

日本では特に四低は石油代替法の足かせにより、既に数十台しかないメタノール車がいまだに「低公害車4兄弟」の1つとされていたり、CNG車と排出ガス性能で殆ど差のないLPG車が除外されていたり、「燃料電池自動車」は低公害車とはされていない。また、ガソリン・軽油の既存の液体燃料を使用する車両のうち排出ガス性能で低公害車としたため、概念が整理されていない。

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