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液体貯蔵での燃料の貯蔵方式

2014/10/26

燃料電池自動車は、燃料電池を車内に搭載することにより、水素と酸素が結びつく化学反応で得られる電気を利用して推進する自動車です。
この水素を自動車の中に貯蔵する方法はいくつか存在し、そのひとつに極低温にした水素を液体貯蔵するというものがあります。
水素を液体の状態にするためには、マイナス253度という極低温にする必要がありますが、液化に成功すれば、通常の気体の場合に比べて、その体積を約800分の1程度まで小さくすることができます。
そのため、この方法は、都市内走行がメインの小型の乗用車などよりも、むしろトレーラーなどの大型車が水素を遠隔地に大量輸送する際の技術として注目されています。

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液体状態の水素を扱うにはいくつかのデメリットもあり、例えば、液化にあたって大量の電力を消費するためトータルとしては二酸化炭素排出量の抑制という趣旨にあわなくなる可能性があること、輸送の途中で高温にさらされると水素の一部が蒸発するなどのエネルギーのロスが発生してしまうこと、などが挙げられます。
極低温状態の水素を安全に貯蔵するにあたっては、ステンレス鋼やアルミニウム合金などで構成された、耐久性のある特殊な容器を使用することも必要になりますので、車両の開発とともに容器の開発も並行して進められています。

水素吸蔵合金での燃料の貯蔵方式

2014/10/26

排気に水蒸気しか出さない夢のエコカーとして注目されている水素燃料電池車ですが、実用化には燃料である水素の取り扱いが課題となります。電池の方式以前に、「燃料」である水素を乗用車に搭載するためには、いかに安全な形で、コンパクトにできるかをクリアする必要があります。これに関連して近年注目されているのが「水素吸蔵合金」という素材なのです。
マグネシウム、チタン、バナジウム、ランタン等の元素は水素と親和力が大きく、水素と化合して水素化物となります。これらの金属を他の金属と、特定の配合比で合金にすることにより、圧力や温度を利用すると比較的容易に水素を吸蔵する合金を作ることができます。

水素をある圧力以上に加圧することにより、この合金は発熱反応により水素を吸蔵し、逆に減圧することにより吸熱反応を起こして放出します。吸蔵した状態は水素と金属の「混合物」ではなく化合物なので安定しており、水素を安全な状態で貯蔵することができるという大きな特長を持っています。
このような吸蔵合金は、自己の体積の約1,000倍以上の水素ガス(常温1気圧)を吸蔵することができるので、コンパクトに水素を貯蔵することができます。現在、チタン等の金属を組み合わせることにより、自己の2,500倍の体積の水素を貯蔵できる合金が開発されています。実用化されれば、自動車に搭載する電池にも、水素を供給するスタンドにも安全性が高いものを使うことができると期待されています。”

高圧ガス容器での燃料の貯蔵方式

2014/10/26

燃料電池自動車は、燃料として補給される水素と、空気中の酸素とを反応させることでエネルギーが得られる仕組みを応用した燃料電池を搭載している自動車のことで、環境問題に配慮したガソリン車に代わる次世代自動車として注目を浴びています。
この燃料電池自動車の燃料の貯蔵方式にはいくつかの方法がありますが、そのひとつとして、高圧ガス容器に気体の状態の水素を圧縮して貯蔵する方法が知られています。

この方式は、エネルギー効率が他の方式と比較しても優れているとともに、アルミ・カーボンFRP容器の使用など、容器の質量を軽くする技術が活用できるというメリットがあります。
ただし、高圧水素を扱うことから、水素が万が一漏れ出しても車内に滞留させないことや、漏れた水素を安全に車外に排出できるようにすることなど、容器そのものの気密性や取付位置、取付方法などの安全性を担保するための高度な工夫が求められます。
このような技術の進展に対応して、国土交通省では道路運送車両法、経済産業省では高圧ガス保安法に基づく技術的細目などの基準をそれぞれ定めており、こうした基準に則った技術が確認されれば、メーカーサイドでは公道走行ができる製品として随時投入することが可能になります。

補助電源の特徴

2014/10/26

燃料電池自動車は、車内に搭載した燃料電池により、水素と酸素の化学反応によって得られる電気エネルギーをもとにしてモーターを回転させて自走するタイプの自動車のことで、地球温暖化の元凶となる二酸化炭素を排出することとなる化石燃料を使わずにエネルギーが得られるため、環境問題を解決する切り札として注目されています。
この燃料電池自動車は、水素ステーションから直接水素の供給を受ける構造のものがいちばんシンプルでコストもかかりにくいといわれていますが、実際に公道を走行するにあたっては、坂道や悪路などでの加速性能に問題があることから、「補助電源」として、他のエネルギーと組み合わせて自走するハイブリッド方式が有力となっています。

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このハイブリッド方式では、回生エネルギーの再利用が可能なため、効率のよいシステムを組むことができるほか、自動車のスタート時や緊急時のバックアップ電源確保という点でも優れており、信頼性・安全性がより大きいという特徴がありますが、当然ながら内部のシステム設計は複雑になり、車両の総重量も増加するというデメリットはあります。
我が国ではメインの電源とニッケル水素型の蓄電池をサブとするハイブリッド方式が多いのに比べ、欧米では燃料電池単独のものが多くみられます。
これは、ドイツのアウトバーンをはじめとして、欧米では長距離・長時間の高速走行が一般的であるのに対し、我が国では道路事情が貧弱であり、渋滞や加速・減速の機会が多い都市内交通で自動車が使用される頻度が高いという点にも起因しています。

燃料電池自動車の仕組みと特徴

2014/10/26

自動車は、動力源が何であれ最終的に回転運動を生み出せれば良いわけです。化石燃料を燃料とする車は、レシプロエンジンかロータリーエンジンといった内燃機関で動きます。これに対し、電気自動車は電池から供給される電力でモーターを回転させるという点で、内燃機関より高いエネルギー効率が得られる上に環境に負荷をかけないのですが、現時点では電池の容量が十分ではないので一度の充電での走行可能距離が課題です。

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燃料電池自動車は、水素と酸素を反応させる「燃料電池」によってモーターを回転させて動力とする点は電気自動車と同じです、電気自動車に較べて飛躍的に走行距離が伸びることが期待される自動車です。その燃料電池の仕組みですが、「正極活物質」は空気中の酸素を使用するので無尽蔵と言ってもいいでしょう。「負極活物質」は水素が使用されます。電気自動車の電池は正極材と負極材が反応によって不活性化すれば燃料切れになり充電が必要ですが、燃料電池は水素を多く搭載できればこれよりはるかに長い距離を走行できます。反応する物質は水素と酸素であるため、その結果排出されるのは水蒸気で、環境汚染や地球温暖化につながる物質が全く排出されません。”

ガソリンの燃料

2014/10/26

ガソリンとは30度から220度の範囲に沸点がある石油製品のことです。gasという英語とフェノールやアルコールを意味する英単語の語尾につくol、不飽和炭化水素を組み合わせたものです。日本で燃料が切れた場合にガス欠という言葉が用いられますが、これはアメリカではガスということが多いことに起因します。日本の法令などの改まった文書では揮発油と呼ばれる場合があります。主成分は炭素と水素が結びついた炭化水素の混合物ですが、窒化物や硫黄などの不純物が含まれています。

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この不純物らを製品にする差異には脱硫と呼ばれる硫黄を取り除く工程を経由して取り除かれて製品化されます。引火点は非常に低く、常温においては無色透明の臭気を放つ液体です。揮発性が大変高く、揮発した気体は空気よりも重いです。現在自動車において最も広く使われている燃料であり、他にも携帯用コンロなどに使用されます。元々は無色透明の液体ですが、灯油など臭気のにた他の液体と区別するために人為的に青色や赤褐色に着色されています。
自動車用として日本全国にあるスタンドで販売されています。腐食性がなく、暑い地区や暑い時期でも気化して噴出すようなことはなく、冬の低音でもエンジンを難なく始動することが可能です。

メタノールの燃料

2014/10/26

メタノールというと消毒液を連想する人が多いですが、古くから自動車のエンジン等の内燃機関の燃料として用いられてきており、自動車ではベンゼンを混ぜた混合燃料が主に使われています。ただしガソリンの代替燃料としては今のところさほど期待されていません。なぜなら同じような燃料にエタノールがありますが、これと比べて少なくとも現時点では天然ガス等の資源を原料にしなければならず、有限資源の消費を回避する意味があまりないからです。最近では地球温暖化などの問題も相まって環境保護の動きが世界中に広まっていますが、少なくとも有限資源の消費は促進してしまいます。

他に代替燃料として期待されているエタノールと比べた場合においても腐食性が大きい点や熱量が少ない点、他にも揮発性が高く管理が困難であったり人体への害が大きいなどの点も非常に問題です。ただし天然資源がまだ地球上に豊富にある現在ではエタノールと比べ、低コストでの大量生産が可能であり優れているといえます。さらに毒性や揮発性ではエタノールと比べ大きく劣ってしまうものの、現在自動車燃料として主流になっているガソリンと比較した場合はさほど大きな問題になりえません。有限資源を使うことなく作成することができれば非常に優れた燃料といえます。

水素の燃料

2014/10/26

燃料電池自動車は水素を燃料として走ります。実際は大気中の空気を取りこんで、空気中に含まれる酸素と化学反応を起こさせることで、モーターを回して動力を得て走る車です。
この方法の特徴は、エネルギー効率がいいといったことがあげられます。ガソリンを使用した内燃機関が15%前後なのに比較して、2倍近い30%程度の効率となっていますので、非常に高い高効率で動力を得ることができているといえます。

燃料が化石燃料ではありませんから、石油などの枯渇といったことが心配される必要がなく、有害となるガスが排出されないといったことも特徴といえます。発生するのは水蒸気のみとなっていますから、大気汚染や温暖化の原因と考えられている二酸化炭素の排出がないといったことも注目されています。また、窒素酸化物や炭化物といったような有害大気汚染物質の排出もありませんので、クリーンなエネルギー源といっていいでしょう。
そして、騒音が少なく、電気自動車のような長時間の充電も不要といったような特徴もあります。
ただ、この方法では燃料の補給地を設置する必要がでてくるといったようなこともありますから、今後が期待されている技術といっていいでしょう。

燃料電池自動車の特徴は燃料

2014/09/30

温室効果ガスである二酸化炭素の削減が急がれる昨今、注目されているのが「燃料電池自動車」(FCV)です。マスコミの報道で聞いたことがある方は多いでしょうが、どういう原理なのか、とか「燃料電池」とはどういう仕組みなのか、と聞かれたら、答えられる方はどれくらいいるでしょうか。
 おおまかに言うと、FCVは水素と酸素の化学反応によって発電した電気エネルギーを使って、モーターを回して走る自動車です。その特徴は走行で発生するのは水だけなので大気汚染をしない、ガソリン自動車に比べてエネルギー効率が2倍近く高い、ガソリン車と較べて騒音が少ない、などが挙げられます。

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とりわけ、その動力源に関するメリットが注目されています。燃料として水素そのものでなくても天然ガスやエタノールなど、水素を発生させるものであれば利用可能です。また、同じく低公害車として注目されている電気自動車と違って、長い時間をかけて動力を補給する必要がありません。
一方で、「水素」を動力源にする上で安全対策が課題になります。ですから、その供給方法としては液体水素方式や、水素を特殊な合金に吸収させて必要に応じて取り出す方式などが考えられていますがどれも一長一短があるので、これからの研究が待たれるところです。