化石燃料に代わるエネルギー源に目を向けると、選択肢が不足することはありません。太陽光発電、 風力エネルギー、エタノール、バイオ燃料は、通常、石油ベースの内燃機関や石炭火力発電所に代わる候補として最も広く挙げられています。
しかし、水素は有望な代替エネルギー源として際立っています。自動車に動力を供給したり発電したりするために広く使用されている燃料源としての水素という考えは、石油の代替品を求める中比較的新しい概念ですが、水素燃料電池は実際には、19 世紀半ばに発明された内燃機関よりも古いものです。約20年前までに。
このテクノロジーの最も基本的な形式が 150 年近く存在していることを考えると、なぜ突然その時代が来たのでしょうか?
なぜ水素なのか？
水素は宇宙で最も豊富な元素であるため、人間の消費者が供給を枯渇させる可能性はありません。現在、世界の需要を満たすのに十分な 石油資源があることは確かですが、多くのエネルギー専門家は、世界の石油供給は 60 年以内に枯渇すると予測しています。製造は非常に簡単なので、適切な機器があれば自宅でプロセスを完了できます。
世界の石油供給が枯渇し、あるいは地球が現在抱えている人口の増加と経済成長に伴う避けられない石油不足に近づくと、代替エネルギー源の急速な導入を必要とする大規模なエネルギー不足が生じるだけではありません。それだけの量の燃料を燃焼させるということは、その過程で大気への多大な負担も意味します。そしてそれは、地球からの原油の抽出が環境に与える潜在的な影響さえも考慮していません。
対照的に、水素はクリーン燃焼します。水素発電の唯一の副産物は水と熱であり、どちらもリサイクルすることができます。これは本質的に、エネルギーを消費するプロセスをエネルギーを生成するプロセスに変えることを意味します。
しかし、水素は石油や天然ガスのようにすぐに使えるエネルギー源ではありません。むしろ、エネルギー経済全体を促進するのに必要な量の純粋な水素が地球上で入手できないため、それはエネルギーを貯蔵する手段です。水素を利用可能な燃料の形で得るにはエネルギーが必要です。水素は、電気分解のプロセスを通じて水中の酸素分子から水素を分離することによって、またはこの記事で詳しく説明されているように、化石燃料の炭化水素鎖から水素を分離することによって生成できます。このプロセス自体が温室効果ガスの排出を引き起こします。
水素はどのようにして利用可能な電力を生成するのでしょうか?
水素燃料電池は、熱と電力に依存してエネルギーを生成する石油ベースの燃焼エンジンとはまったく異なります。
chishiki.click の Ed Grabianowski 氏が説明するように、燃料電池はスタック、つまり「アノード、カソード、その他のハイテク材料のサンドイッチ」で構成されています。液体水素燃料はアノードの周囲に入り、そこで水素に結合した電子が原子自体から分離されます。燃料電池内の電解質は水素陽子を通過させますが、電子は通過させません。水素原子が燃料電池の反対側であるカソードに到達すると、酸素と結合して熱と水蒸気が発生します。
水素の欠点は何ですか？
水素燃料供給をサポートするインフラの構築に率先して取り組んでいるカリフォルニアに住んでいない限り、最後にガソリンスタンドに行ったときに、車に水素を充填するオプションを見たことがない可能性があります。
一方で、最近自動車ディーラーに行ったことがある人は、通常のガソリン エンジン、ディーゼル、そしておそらくいくつかのハイブリッドを搭載した車両を見たことがあるでしょう。しかし、水素で動く自動車はどうでしょうか？ありそうもない。
そして、これが新しいエネルギー技術を導入する上での最大のハードルの 1 つです。それは、エネルギー生産者と販売者が燃料の需要を供給するためのインフラストラクチャを必要としているということです。しかし、需要はそれをサポートするインフラがなければ実際には存在できません。これは「鶏が先か、卵が先か」の問題に似ていますが、異なるのは、その解決策にはおそらく数十億ドルの価値があるということです。
水素のもう 1 つの重大な欠点は、水素燃料は豊富に存在しますが、貯蔵が難しく、高価になる可能性があることです。通常の室温では、水素は気体として存在します。水素を貯蔵、輸送し、最終的に燃料として使用できる液体状態にするには、華氏 -423 度 (摂氏 -253 度) の温度が必要です。水素燃料を低温に保つには、左の写真のような特殊な容器が必要です。
最後に、水素自動車は現在、平均的な消費者が購入するには高価すぎます。ある情報によると、トヨタは昨年、自動車メーカーが2015年までに同車両の現行価格の90％引き下げとなる約5万ドルの水素燃料車両を生産する意向であると発表した。ある時点では、各車両の製造コストは 100 万ドルにも達しました。
言い換えれば、水素は有望であり、エネルギー会社や自動車メーカーなどから多大な注目と投資が寄せられているものの、その時はまだ来ていないということだ。確かに、水素は将来の燃料源になるかもしれませんが、おそらく明日も、古いレギュラーガソリンを車に充填する必要があるでしょう。
