燃料電池

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燃料電池車

 
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低公害車
燃料電池自動車
仕組み 参考・独立行政法人環境再生保全機構
燃料電池自動車は、水素と酸素の化学反応により発生する電気でモーターを駆動させる自動車で、燃料に水素を用いる場合、水しか排出されません。また高いエネルギー効率が期待できることから、「究極の低公害車」、「次世代低公害車の本命」などとも言われています。
燃料電池はセルを構成単位として、これがいくつも集まった構造をしています。
セルは平らな乾電池のようにプラス(空気極あるいは酸素極)とマイナス(燃料極あるいは水素極)の電極板が固形高分子膜(電解質膜)をはさんだ構造をしています。両方の電極には数多くの細い溝が掘られており、ここを外部から供給された水素と酸素が通ることで反応が起こります。

燃料
燃料電池自動車には、燃料として水素を圧縮タンクなどに積載し、燃料電池に供給する直接水素型の他、ガソリンやメタノールから水素を作る改質器を載せた改質型があります。直接水素型の場合、インフラが全く整備されていないため、普及には相当の時間がかかります。
そのため、既存の給油所が活用できるガソリン改質型や改質効率の高いメタノール改質型についても、自動車メーカー各社とも開発に取り組んでいます。直接水素型は改質型に比べて仕組みが簡単で、二酸化炭素(CO2)を出さない利点が評価されています。
なお、メタノールやガソリンなどを燃料として使用する場合にも、燃料改質装置を用いて水素を取り出して燃料電池に供給する改質方式の他、システムを簡略化して、燃料電池内で直接改質し発生させた水素を反応に使う直接方式があります。
メタノール、ガソリン燃料の直接方式では装置がコンパクトになるものの、効率が改質方式より劣ることや高温に耐える高分子膜の開発が課題となります。

主な燃料 特徴等
水素 ●走行時に排出されるのは水のみ
●水素ステーション等インフラ整備が課題
●水素の貯蔵方法が課題(高圧ガス、水素吸蔵合金、液体水素方式等)
メタノール ●メタノールは液体燃料であるため、取扱いが水素に比べて容易
●メタノールを改質して水素を作るのに250℃までの加熱が必要
ガソリン ●既存インフラ(ガソリンスタンド)が使用可能
●ガソリンを改質して水素を作るため800℃近くの高温まで加熱が必要
●ガソリンに硫黄分が含まれていると改質性能が低下

貯蔵方式 概要
高圧ガス容器 水素ガスを高圧で貯蔵する方式です。積載量を増やし、走行距離を延ばす
ことが課題。
水素吸蔵合金 合金に圧力をかけて水素を吸収・貯蔵する方式で、安全性も高いが、水素
を取り出すのに加熱する必要があります。
水素吸蔵率の向上が課題。
液体貯蔵 -253℃以下という極低温で貯蔵する方法で、エネルギーロスと液体水素
の気化の抑制が課題。

補助電源
燃料電池のみを搭載したものと、燃料電池に二次電池やキャパシターを併用したハイブリッド方式があります。燃料電池のみの場合、システムはシンプルになり、軽量化やコストダウンには有利ですが、エネルギー回収ができず、坂道や走行中の加速時に力不足となります。特に改質型では始動に時間がかかってしまいます。
一方、ハイブリッド方式では、回生制動によるエネルギー回収ができ、始動性や応答性が向上します。また他の機器の動力としても使用が可能ですが、車体が重くなることが問題です。ハイブリッド方式の方がエネルギー効率は高くなります。

特徴
エネルギー効率はガソリン車が15~20%程度であるのに対し、現時点でも30%以上です。小容量のものや比較的低出力域での使用でもこの高効率を達成できます。
特に直接水素型が最も効率が高くなります。また、燃料消費効率が高いため、走行時や燃料製造時などに排出される二酸化炭素(CO2)量が従来のエンジン自動車に比べて
大幅に少なくなります。直接水素型では、走行時の排出は水蒸気のみで、
窒素酸化物(NOx)、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、粒子状物質(PM)は
全く排出されません。
ベンゼン、アルデヒド等の有害大気汚染物質の排出もありません。改質型でも大気汚染物質の排出はごくわずかであると考えられています。その他、騒音も少なく、充電も必要ありません。

問題点
燃料選択(水素、メタノール、ガソリンなど)やコスト削減、信頼性の向上などの問題点があります。燃料として水素を使用する場合には、インフラ(水素ステーション)整備も解決しなければならない問題のひとつです。

購入するには
現在、燃料電池ハイブリッド自動車は、官公庁や一部の法人へのリース販売のみとなっていますので、詳しくはメーカー各社へお問い合わせください。




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