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クリーンエネルギーとして大注目!水素発電を解説!

   

現代の私たちの生活に無くてはならない電気。一方で世界的な環境問題にも大きく関係していることはよく知られています。
可能なかぎりクリーンなエネルギーとして得たいものですね。そこで最近注目されているのが水素発電

ではその水素発電とはどんな発電なのでしょうか。大きく分けて2つの水素発電について説明したいと思います。一つは燃料電池発電、もう一つは水素燃焼による発電。

水素発電とは?

燃料電池は簡単にいうと水素と酸素を反応させて電気を取り出すというもの。これは水の電気分解とは逆の化学反応によって直接電気へ変換することです。

この燃料電池、電池とは呼ばれてはいますがいわゆる乾電池や蓄電池のような電気を貯めておくものではなく、水素と空気中の酸素を反応させることによって電気を起こす「発電用の設備」のことなのです。この燃料電池の発電実験が初めて成功したのは1839年で、今から170年以上も前のことになります。仕組みとしては空気極と燃料極であるそれぞれの電極の間に電解質を挟んだ構造になっています。

空気極には空気中の酸素が供給され、燃料極には水素が供給されます。すると化学反応を起こし、水と電気を発生させるのです。

どんなメリットがあるの?

特徴として水素である燃料の持つ化学エネルギーから直接電気エネルギーを得られるので、損失がとても少なく発電効率が高い点が挙げられます。

従来の火力発電などは、燃料を燃やした熱で水を沸騰させて、その蒸気でタービンを回して発電する仕組みになっています。燃料の持っている化学エネルギーを熱エネルギーに変換して、さらに運動エネルギーに変えてからようやく電気エネルギーを得ているためです。エネルギーが形を変えるたびに、それぞれの過程で損失がでてしまうのです。

またクリーンと呼ばれる点も大きな特徴でしょう。発電時に生成されるのは「水」だけで温室効果ガスの原因といわれる二酸化炭素(CO2) 、窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物(SOx)、粒子状物質(PM)などの有害な排出物が排出されません。

さらに燃料である水素は石油、天然ガス、LPガス、メタノール、バイオマスガスなどさまざまな原料から得られますし、製鉄所やソーダ工場などから出てくる副生水素も利用できるので資源を確保しやすいといったメリットもあます。そして従来の発電方法(火力発電)などで利用されるエンジンやタービンなどと比べると、低騒音で低振動というメリットもあります。

説明しよう!水素燃焼による発電とは

では水素燃焼による発電について説明します。実は水素は燃やしても水になるのです。

これは水素を燃やすことで発生するのです。これは発電所においてガスタービンの燃料として水素を用いる方法や蒸気タービンや蒸気タービン用のボイラーの燃料として水素を用いる方法があります。燃料電池のように化学反応から直接電力を取り出す訳ではありません。あくまでも発電機を稼働させるためのタービンを動かすための燃料ということになります。

こうした発電所における水素発電は、まだまだ一定の技術的や経済的なハードルが存在していますが、それらがクリアされるなら様々なメリットが考えられます。

例えば発電段階ではCO2を排出せず、水素の製造方法によっては、CO2を全く発生させない電源となる可能性があること。さらに水素はさまざまなエネルギー源から製造することが可能なため、水素発電が社会全体に普及するなら、その時の利用可能な他のエネルギー原から水素を得、電力の確保、安定供給ができるといったメリットがあります。こうしたメリットは魅力的ではありますが、現状まだまだハードルは高く、既存の火力発電設備に比べて効率も悪く、高いコストもネックとなっています。

さらに現状では水素の製造や水素を燃料とした発電時に、化石燃料も使用せざるを得ないため環境負荷軽減効果が小さいことも問題となっています。今後水素の大量製造によるコスト引下げや沸点の低い水素を安全に長距離輸送するための技術の開発なども必要となるでしょう。

問題点は?

こうして燃料電池発電、また水素燃焼による発電について説明してきましたが、コストの壁やインフラの整備、技術的にクリアすべき問題などがあり、水素発電はまだまだ普及するにあたって時間がかかるというのが現状です。

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