【今さら聞けない】燃料電池って何?

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水素と酸素の化学反応で電力を生み出す発電装置

燃料電池というのは、水素と酸素を反応させて水が生成される時に、弾き出される電子を受け取って、それを流す装置です。水の電気分解というのを化学の実験でやりませんでしたか? 食塩水に電気を流すと、プラス極から酸素が、マイナス極から水素が出る、という実験です。

それを逆に、水素と酸素を反応させて電力を発生させるのが燃料電池のメカニズムです。普通の電池は外部からの電力を蓄える容器のようなもので、燃料電池は燃料を外部から供給して化学反応によって電力を発生させる装置です。また電力を蓄える機能はありません。

燃料電池の中では、水素と酸素を反応させて、水と電気が出て来ます。そういう意味では、燃料電池だけを見ればクリーンなシステムといえるでしょう。ただし水素と酸素を化学反応させるのは、自然な環境の中では無理です。

水素は火を着ければ燃えるので、水素エンジンを使い動力として取り出すこともできます。しかし燃料電池の中で起こっているのは燃焼ではなく、化学反応なので複雑で高度な技術が必要になっています。

クルマ用の燃料電池は発電効率が低い

燃料電池が高価なのは、その複雑で高度な技術だけでなく、触媒としてプラチナを大量に使用するからです。

具体的に言うと、安定した水素分子の状態から、不安定な水素イオン+電子という形にする必要があります。安定した物質が不安定な物質になるということは普通はあり得ないので、それを高温と触媒によって可能にするのです。

だから燃料電池から出て来る水は、じつは高温になるので、家庭用燃料電池システムでは給湯器のような役割も果たしてくれます。燃料電池車では比較的低温の燃料電池を使っているので、それほど高温の水が大量に出るわけではありませんが、その代わりに発電効率は大幅に低いものになっています。

燃料となる水素という物質は貯蔵が難しいんですね。沸点、つまり液体が気体に変わる時の温度は-252.6℃という超低温です。つまり気体として扱うしかない、というのが基本的な考え方です。

気体というのは体積がとても大きくなってしまいます。それで高圧タンクを使って圧縮された状態で貯蔵することになります。燃料電池車では700気圧の高圧タンクが使われていますが、タンク本体だけでも100kg前後に達しています。しかもサイズが巨大なのでクルマのパッケージを圧迫してしまいます。

家庭用燃料電池は、エネファームという名称でアピールされています。このシステムでは都市ガスやLPガス、灯油などから改質器を用いて水素を取り出します。つまり都市インフラなどで供給されているガスや、ガソリンスタンドから宅配される灯油を用いることで、比較的に楽に燃料電池を稼働させることができます。

ヨーロッパではすでに小規模の発電所のシステムとして、運用が始まっています。こういったシステムはスケールが大きいほど効率が高くなり、エネルギーのロスも少なくなります。果たしてクルマに極小の発電所を積むべきなのか?  根本から再検討すべきではないかと思います。