燃料電池で電気を生み出すためには、水素を搭載しないといけないでつ。
たくさん水素を貯めていれば、それだけ長時間、充填せずに動かすことができるでつが、動かす機械そのものの
大きさの限界があるでつ。
ということでいかに効率よく、小さな容量にたくさんの水素を貯めることができるか…
常に研究が進められているでつ。
代表的な水素の貯め方となると…
気体で貯める方法は以下の方法があるでつ！
高圧タンク
高圧水素タンク
アルミを使ったタンクは、新材料として軽くて丈夫なアルミを使ったタンクも。
こりは燃料電池車でおなじみのやり方。
水素を気体のままでタンクに貯めるでつ。
水素は軽い＝密度の低い気体だから、限られたタンクの容積内にできるだけたくさん積むために、ギュウギュウに圧縮して
詰め込まなけいといけないので、高圧タンクと呼ぶでつ。
どのくらい高圧なのかというと、何もしない状態を１気圧として、現在多くの燃料電池車で使われているタンクの規格が350気圧(35MPa)だから、
350倍も圧縮して詰め込んでいるわけ。
ちなみに従来のガスタンクの内圧が150気圧(15MPa)なので、それと比べても倍以上。
また、それをさらに倍にした700気圧(70MPa)の高圧タンクも開発され、既に実用化のメドが立っているでつ。
70MPaのタンクを搭載したFCVの航続距離は400km以上になるといわれて、ガソリン車とさほど遜色はなでつ。
メリットとしては、気体のまま貯めることで、燃料としてすぐに使えること。
他の方法に比べ、容器の大きさに対して貯められる量が少ないという欠点はがあるでつが、700気圧のタンクの登場で、今では少なくとも
そう大きなデメリットとは言えなくなったでつなぁ~。
しかしあまりに圧力が高くなると、水素漏れや爆発といった危険性も高くなるでつ。
タンクも高圧に耐えるため分厚く丈夫なものにせねばならず、余計に容器が大きくなるというジレンマもあるでつなぁ～。
ちなみに強度や衝撃耐久性をチェックするため、水素を充填したタンクをライフルで射撃するなんてテストも行なわれているでつ。
また充填や運搬、貯蔵の過程で、水素を扱うこと自体に危険も伴うから、安全のために法的な規制もあり、それが水素ステーションなどの
インフラ整備への課題ともなっているでつ。
低圧タンク(ボンベ)は、高圧タンクほどに詰め込まず、低い圧力でタンクやボンベに貯める方法。
10気圧(1MPa)以下であれば現行法には抵触しないため、新たなインフラ整備が特別に必要でないというメリットがあるでつ。
だけど、貯められる水素の量が少ないので、あまり長時間連続で動かす用途には向ないでつなぁ～。
現在、電動カートや車イスといった、それほど遠出を必要としない乗り物で、実証実験が行なわれてるでつ。
液体で貯める方法は、水素を液体にすると、気体の状態の1/800の体積になるでつ。
そこで液体の状態で搭載してしまおうというのが、液体タンクの考え方。
そうすると、同じ大きさの容器の中に、気体の状態で搭載するよりたくさんの量を貯めることができるでつ。
ただし気体を液体の状態にするには超低温に冷やさないといけないから、水素の場合はマイナス253度。
そこまで冷やすだけでもものすごいエネルギーが必要になる上に、その状態を保つのもたいへん。
タンク内の温度が上がるとどんどん気体になっていくので(この現象を「ボイルオフ」と呼びます)から、断熱が万全でないと、
タンクが爆発ってこともあるでつ。
700気圧の高圧タンクが実用の粋に達してきた昨今、わざわざ液体で貯める意義は薄れてきてるけど、BMWやGM、GM傘下のオペルなどが、
液体水素タンクを開発して実用評価を行っているでつ。
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たみたいで、その実用性が注目されているでつ。
金属に吸わせる方法は、水素吸蔵媒体と呼ばれる金属に水素を吸い込ませて貯蔵する方法。
金属はそれぞれ独自の結晶構造を持っていて、固い金属といっても、ものすごくマクロに見ると、分子と分子の間にはスキマがあるでつ。
大きな箱の中に野球のボールを詰めたところをイメージする感じ。
箱いっぱいに詰めても、ボールとボールの間には結構スキマがあるでつ。
対して水素の分子は鉄よりもはるかに小さいので、野球のボール同士のスキマにパチンコ玉を詰めていくように、金属に水素を貯めることができると
いうわけ。
そのように水素を取り込む特性を持つのが水素吸蔵合金。
水素を取り出すには、外部から熱を与えてやればよく、乗用車では燃料電池からの廃熱を利用可能。
水素吸蔵合金を使うと、水素を分子状態で貯蔵するため、気体の1/1000かそれ以上と、液体水素よりもコンパクトに、省スペースで貯蔵できるでつ。
また、超低温にする必要もないし、圧力も低いので安全性も高いというメリットもあるでつ。
ただし欠点は重いこと。
400kmの航続距離を実現するためには4kgの水素が必要になるけど、それを吸蔵するためには計300kgの合金が必要。
これでは重すぎて、とても乗用車には搭載できニャイでつ。
現在、軽量化を目指してより高効率な水素貯蔵合金材料の研究が盛んに行われてるけど、まだまだ実用には遠いでつなぁ～。
一方、電力消費量の少ない小さい機器であれば、それなりに軽くできるでつ。
日本製鋼所から携帯電話などモバイル機器向けの「マイクロMHタンク」が出品され、注目を集めていたでつ。
ワンセグなど次世代の携帯電話はますます電力消費量が多くなり、対して充電にはなかなか時間のかかるから、
水素の形ですぐに充填できる燃料電池の特性を生かした面白いアイディアもあるでつ。
水素そのものでなく、原料で貯める方法は、気体ではタンクが大きすぎ、液体では温度管理が厳しすぎ、吸蔵合金では重すぎる…水素そのものを搭載するには、
それぞれの方法で欠点が…。
そこで、水素そのものを搭載するのではなく、水素を作り出す原料の一つで、比較的扱いやすいメタノールを貯めて、随時水素に改質していこうというのが、
「メタノール改質方式」。
高圧水素よりもメタノールのほうが安全で扱いやすく、インフラの整備という面でもメリットはあるでつ。
だけど、700気圧のタンクも開発されるようになった昨今、改質装置を余計に積まなければならない点、メタノール自体を製造する効率や、
メタノールから水素に改質する際の効率などを総合的に考えると、今やメタノール改質方式にはそれほどのメリットを見出しにくいというのがあるでつ。
以下は水素と関係ない話になりますが、メタノールを直接の燃料にした「ダイレクトメタノール方式」という燃料電池の研究も進んでおり、
こちらは小型化が可能なことから、将来、現在のバッテリーの代わりにノートパソコンやデジタルカメラなどのモバイル機器に使われることが
期待されているでつ。
水素のインフラをいかに普及させるか…
ガソリンスタンドが水素スタンドになる日も近いのかなぁ～
たくさん水素を貯めていれば、それだけ長時間、充填せずに動かすことができるでつが、動かす機械そのものの
大きさの限界があるでつ。
ということでいかに効率よく、小さな容量にたくさんの水素を貯めることができるか…
常に研究が進められているでつ。
代表的な水素の貯め方となると…
気体で貯める方法は以下の方法があるでつ！
高圧タンク
高圧水素タンク
アルミを使ったタンクは、新材料として軽くて丈夫なアルミを使ったタンクも。
こりは燃料電池車でおなじみのやり方。
水素を気体のままでタンクに貯めるでつ。
水素は軽い＝密度の低い気体だから、限られたタンクの容積内にできるだけたくさん積むために、ギュウギュウに圧縮して
詰め込まなけいといけないので、高圧タンクと呼ぶでつ。
どのくらい高圧なのかというと、何もしない状態を１気圧として、現在多くの燃料電池車で使われているタンクの規格が350気圧(35MPa)だから、
350倍も圧縮して詰め込んでいるわけ。
ちなみに従来のガスタンクの内圧が150気圧(15MPa)なので、それと比べても倍以上。
また、それをさらに倍にした700気圧(70MPa)の高圧タンクも開発され、既に実用化のメドが立っているでつ。
70MPaのタンクを搭載したFCVの航続距離は400km以上になるといわれて、ガソリン車とさほど遜色はなでつ。
メリットとしては、気体のまま貯めることで、燃料としてすぐに使えること。
他の方法に比べ、容器の大きさに対して貯められる量が少ないという欠点はがあるでつが、700気圧のタンクの登場で、今では少なくとも
そう大きなデメリットとは言えなくなったでつなぁ~。
しかしあまりに圧力が高くなると、水素漏れや爆発といった危険性も高くなるでつ。
タンクも高圧に耐えるため分厚く丈夫なものにせねばならず、余計に容器が大きくなるというジレンマもあるでつなぁ～。
ちなみに強度や衝撃耐久性をチェックするため、水素を充填したタンクをライフルで射撃するなんてテストも行なわれているでつ。
また充填や運搬、貯蔵の過程で、水素を扱うこと自体に危険も伴うから、安全のために法的な規制もあり、それが水素ステーションなどの
インフラ整備への課題ともなっているでつ。
低圧タンク(ボンベ)は、高圧タンクほどに詰め込まず、低い圧力でタンクやボンベに貯める方法。
10気圧(1MPa)以下であれば現行法には抵触しないため、新たなインフラ整備が特別に必要でないというメリットがあるでつ。
だけど、貯められる水素の量が少ないので、あまり長時間連続で動かす用途には向ないでつなぁ～。
現在、電動カートや車イスといった、それほど遠出を必要としない乗り物で、実証実験が行なわれてるでつ。
液体で貯める方法は、水素を液体にすると、気体の状態の1/800の体積になるでつ。
そこで液体の状態で搭載してしまおうというのが、液体タンクの考え方。
そうすると、同じ大きさの容器の中に、気体の状態で搭載するよりたくさんの量を貯めることができるでつ。
ただし気体を液体の状態にするには超低温に冷やさないといけないから、水素の場合はマイナス253度。
そこまで冷やすだけでもものすごいエネルギーが必要になる上に、その状態を保つのもたいへん。
タンク内の温度が上がるとどんどん気体になっていくので(この現象を「ボイルオフ」と呼びます)から、断熱が万全でないと、
タンクが爆発ってこともあるでつ。
700気圧の高圧タンクが実用の粋に達してきた昨今、わざわざ液体で貯める意義は薄れてきてるけど、BMWやGM、GM傘下のオペルなどが、
液体水素タンクを開発して実用評価を行っているでつ。
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たみたいで、その実用性が注目されているでつ。
金属に吸わせる方法は、水素吸蔵媒体と呼ばれる金属に水素を吸い込ませて貯蔵する方法。
金属はそれぞれ独自の結晶構造を持っていて、固い金属といっても、ものすごくマクロに見ると、分子と分子の間にはスキマがあるでつ。
大きな箱の中に野球のボールを詰めたところをイメージする感じ。
箱いっぱいに詰めても、ボールとボールの間には結構スキマがあるでつ。
対して水素の分子は鉄よりもはるかに小さいので、野球のボール同士のスキマにパチンコ玉を詰めていくように、金属に水素を貯めることができると
いうわけ。
そのように水素を取り込む特性を持つのが水素吸蔵合金。
水素を取り出すには、外部から熱を与えてやればよく、乗用車では燃料電池からの廃熱を利用可能。
水素吸蔵合金を使うと、水素を分子状態で貯蔵するため、気体の1/1000かそれ以上と、液体水素よりもコンパクトに、省スペースで貯蔵できるでつ。
また、超低温にする必要もないし、圧力も低いので安全性も高いというメリットもあるでつ。
ただし欠点は重いこと。
400kmの航続距離を実現するためには4kgの水素が必要になるけど、それを吸蔵するためには計300kgの合金が必要。
これでは重すぎて、とても乗用車には搭載できニャイでつ。
現在、軽量化を目指してより高効率な水素貯蔵合金材料の研究が盛んに行われてるけど、まだまだ実用には遠いでつなぁ～。
一方、電力消費量の少ない小さい機器であれば、それなりに軽くできるでつ。
日本製鋼所から携帯電話などモバイル機器向けの「マイクロMHタンク」が出品され、注目を集めていたでつ。
ワンセグなど次世代の携帯電話はますます電力消費量が多くなり、対して充電にはなかなか時間のかかるから、
水素の形ですぐに充填できる燃料電池の特性を生かした面白いアイディアもあるでつ。
水素そのものでなく、原料で貯める方法は、気体ではタンクが大きすぎ、液体では温度管理が厳しすぎ、吸蔵合金では重すぎる…水素そのものを搭載するには、
それぞれの方法で欠点が…。
そこで、水素そのものを搭載するのではなく、水素を作り出す原料の一つで、比較的扱いやすいメタノールを貯めて、随時水素に改質していこうというのが、
「メタノール改質方式」。
高圧水素よりもメタノールのほうが安全で扱いやすく、インフラの整備という面でもメリットはあるでつ。
だけど、700気圧のタンクも開発されるようになった昨今、改質装置を余計に積まなければならない点、メタノール自体を製造する効率や、
メタノールから水素に改質する際の効率などを総合的に考えると、今やメタノール改質方式にはそれほどのメリットを見出しにくいというのがあるでつ。
以下は水素と関係ない話になりますが、メタノールを直接の燃料にした「ダイレクトメタノール方式」という燃料電池の研究も進んでおり、
こちらは小型化が可能なことから、将来、現在のバッテリーの代わりにノートパソコンやデジタルカメラなどのモバイル機器に使われることが
期待されているでつ。
水素のインフラをいかに普及させるか…
ガソリンスタンドが水素スタンドになる日も近いのかなぁ～
