水素社会の意義

質問

私は中学時代の理科の授業で燃料電池について勉強しました。
電気を取り出しても水しか排出しないので地球環境を考える上で注目されていると習いました。

しかし、実際には水素を作るために天然ガスから取り出したり、水の電気分解で取り出したりと、エネルギーを使って水素を取り出すことからはじめなければなりません。この意味で、水素社会というのは水素だけをエネルギー源として使うのではなくて、ほかのエネルギー（主に電気）と共存して水素を使う社会なのだと思いました。

私が知る限りでは、自動車への応用が一番身近だと思います。
自動車の主流は「ガソリン車→ハイブリッド車→電気自動車→燃料電池車」という順序を追っていると思います。燃料電池車は”蓄電”という点でリチウム電池よりも優れているのではないかなと考えています。

結局何を質問したいかと言うと、将来における水素（また燃料電池）の意義（どのように活用されるか）ということです。
結局は、将来も主流のエネルギーは電気であり、発電方法としてではなく蓄電という観点から燃料電池が注目されているのではないか、と思えるのですが実際はどうなんでしょうか？（燃料”電池”なので当然のことかもしれませんが。）
自動車以外に、燃料電池の応用例はありますか？

あとこれは蛇足なんですが、天然ガス自動車のように水素ガス自動車なら比較的簡単に作れそうな気がするんですが、将来水素ガス自動車と燃料電池車とが競争していく見込みはありますか？

回答No.2

aburakuni · ベストアンサー

石油と言うエネルギーに比べ、
１）ガスは気体として取り扱いに問題あり
２）電気は保存に問題あり
と言う事なのですが、水素は最も軽い上、活性が強いので取り扱いが難しいという問題があります。
ガスとして取り扱いが容易なLPG（Ｃが３or４）は、４気圧で液化してしまいますが、ＣＨ4と言う分子式の天然ガスは－160℃より低い温度が液化に必要で、液化状態では極めて厳重な保管・取扱いが必要です。
分子量がメタンの１割程度の水素においては、液化温度は絶対零度に近い－262℃であり、宇宙船の事故でも判る様に極めて危険な物質となります。
アイスランドはその特異な地域性から地熱発電から水素を作り出して、水素エネルギー社会を作るという構想を持っていましたが、ご存知の経済破綻で実現は不可能になったと思われます。
他の先進国では既に石油・ガスをエネルギーとするインフラが出来上がっているので、危険性防止に極端な負担のかかる水素向けインフラを新設するのは難しいのが実情でしょう。
従って、燃料電池の利点を生かし実用化するためには、燃料から水素を取り出す改質器を併設したものを考えざるを得ないのですが、高出力・軽量化が求められる自動車では、改質器付き燃料電池車の開発はハードルが高く挫折しているのが実情です。
ただ燃料電池に関しては、寧ろ携帯パソコン・電話に対する電源候補としては有力で、メタノールから水素を取り出して電気を作り出すタイプが発売され様としています。
少なくとも、今の日本の様に危険性を避ける必要のある超過密都市を持ち、経済活動も大きな成長が望めない日本では、水素の配送を実用化するインフラが構築出来るとは思えません。

お礼

水素は生成だけでなく保存にも問題があるのですね。
考えてみれば、漏電する電気より、爆発する水素の方が危険ですよね。

小型の燃料電池が注目されているのですか！
これは意外でした。

水素インフラをうまく作れる仕組みが開発されるといいですね。

回答No.4

oyaoya65

他の方と重複しているいい所、悪い所は他の方にお任せします。

水素は全ての原子の中で一番軽く、一番小さな粒子です。気体としても一番軽く、その分子も一番小さいですね。また液化温度も「-253°」と非常に低いですね。そして見えない気体であり引火爆発性が非常に強い危険なガスですね。

まず、他のどんな気体より軽いことで液化温度が低く宇宙の温度（地球の大気圏の上層部でも凍ることがないことから、そして分子や原子の大きさがどんな分子や原子より小さいためどんな容器に保存しても徐々に容器を通り抜けてもれてしまうという性質があり、地上で大規模に水素を大量に使うと、大量の水素ガスが大気中の放出されてしまいます。地球上で一番軽いガスのため大気圏の最上層部上昇して行き、太陽風に晒されイオン化して水素原子と電子に分解しプラズマ状態になって、一部がオゾン層の活性酸素と反応して、オゾン層を薄くしたりオゾンホールを発生させる原因となります。また軽いため、一部は地球の引力圏の外の宇宙に逃げていきます。オゾンホールができたり、オゾン層が薄くなると、遺伝子を破壊する太陽風の中の紫外線の内の紫外線「UV-B」がオゾン層に吸収されず地表により多く到達することが考えられます。このUV-Bは人間に皮膚癌を起こすだけでなく、地表の動植物の染色体を破壊したり傷をつける危険な紫外線ですね。現在は、色々なオゾン層を破壊する物質の放出規制でオゾン層がやや回復傾向にありますが、水素燃料時代が到来すれば、逆にオゾン層が大規模に破壊されると警告している科学者も出てきています。

ガソリンは気化し安いですが、常温で液体なので見えます。しかし見えない水素は、どんな容器に保存しておいても、粒子が他の全ての容器材料の原子の隙間を通り抜けていく性質があり、熱い鋼鉄の容器なら漏れは多少なりとも少ないかも知れませんがもれていくことには変わりません。また容器から容器に移し替える時に沢山の水素ガスが漏れてしまいます。従って保管や貯蔵が難しく、水素が漏れてしまうため、貯蔵室など密閉室内や運送途中の車の密閉荷台や水素運搬船の密閉倉庫にもれた水素ガスに引火して大爆発する危険性があります。また水素ボンベを積んだ水素自動車が交通事故や衝突事故でボンベに亀裂が入って水素ガスが一気に放出され引火、爆発する危険性がないとはいえません。現在の自動車の衝突事故や横転事故などで自動車火災が発生することがかなりの頻度でありますが、水素ガスの拡散の速さと引火性の強さから、瞬時爆発で広範囲に被害がおよび逃げる暇もないでしょうね。巻き添えになる車や周辺家屋やビル（爆発で窓ガラスが割れ飛び散る、それにより怪我をする）被害も発生するでしょうね。

現在、永久凍土の中や下、深海の海に大量に存在するメタンガスの固体化したメタノサイト（さらさらの粉状の固体物）が次世代エネルギーとして注目されています。メタノサイトは日本周辺の海に大量に存在しています。メタノサイトに火をつけるとゆっくり炎あげて安定して燃え、天然ガスの燃焼にくらべ数分の１の炭素ガスしか出しません。メタノサイトをそのまま気体の変えてしまうとメタンガスになり、地球温暖化負荷が炭酸ガスの21倍で大気中のそのまま放出されると非常に地球環境に害を与えます。しかし安全に保存できるメタノサイトとして貯蔵し、気化させてメタンガスとして天然ガスの変わりに台所のガスや火力発電所で使えば、天然ガスよりクリーンで炭酸ガスの排出が少なくほとんどが水蒸気になって冷えて水になります。
水素社会より、メタノサイト社会の方が、貯蔵面やガス漏れやオゾン層破壊の観点から安全で環境やさしいエネルギー源とつかえる可能性がありますね。日本の大学がカナダで万年氷の地層の下のメタノサイトを気化して、燃料として取り出すことに成功したとのニュースも報道されています。まだまだ解決しないといけない問題があるようです。
現状のまま地球温暖化で地上の万年氷がとけ、海水温が上昇して、地下や改訂の宝の未来のエネルギー源であるメタノサイトがメタンガス化して大気中に放出されて、地球温暖化が一気に加速する危険性も孕んでいます。
原子力も効率が約1/3で残りの2/3の熱エネルギーが冷却水（海水）を暖め続けていますので、日本沿岸部の海水温上昇の原因の１つにもなっていますね。日本周辺に大量に眠るメタノサイト資源を有効に資源化できれは、石油や天然ガスよりずっと炭酸ガスを出さないクリーンエネルギーを手中にでき、海外から石油資源や天然ガスの輸入をしなくても良くなる可能性がありますね。

お礼

メタノサイトというと、私の知っているメタンハイドレートと同義でしょうか。
どれほどの埋蔵量なのか知りませんが、日本が資源輸出国になれるとすればありがたい話しですね。

みなさまのご意見を拝見しますと、水素は”貯蔵”に最大の問題をかかえているようですね。
ノルウェーでは国家プロジェクトで水素ステーションを建造しているようですので今後注目してみたいと思います。

ありがとうございました。

回答No.3

navyc

水素エネルギー撲滅活動ってのがあります。
エネルギー分野で利権を有する団体・個人が、権益確保の為に有望なエネルギー開発を潰してしまおう、との陰謀にも似た反人類的行為のひとつですね。
こう言うと、私が何かサイコがかった自然至上主義者のようにも見られるんでしょうが、現実に多くの自然エネルギー・再生可能エネルギーの開発・普及が、この陰謀の為に頓挫し、潰されてきました。これが近年の日本でのエネルギー開発分野で国際的に立ち遅れた根本原因です。

エネルギーとしての水素の利用の主眼は、燃料電池ではなく、民生分野での水素燃料（水素を燃やしてエネルギーを取り出す）としての活用法ですよ。
つまり、ガソリンの代わりに水素を燃やして自動車を走らせ、化石燃料の代わりに水素を燃やして火力発電をする。

水素燃料自動車は既に実用化され、公道を走っています。（燃料電池ではなく）
燃やしても排出するのは原則的に水ですから、環境にやさしい。（その他微量の有害ガスが出るので排ガス処理をしなければならないのは、今の自動車と同じ）
水素がコスト的に見合う価格で供給されれば、水素燃料の利用用途は止め処もなく拡大すると思われます。

だが現在では水素の生産方法が、化石燃料から取り出すか、植物起源の資源から取り出すか、がメインとなってます。なので現状のまま水素生産を拡大していけば、化石資源の枯渇の問題がありますし、食糧危機や森林破壊の危険があります。
人類の究極エネルギーとして水素をとらえる場合、それでは意味がありませんから、水素を無限に生産する手法が多種類研究されています。
この中の多くの研究では、水素生産の基本に、再生可能エネルギーを用いています。つまり、地球上の全資源が枯渇してもなお、原則的には生産可能であるっていう生産方法です。（生産施設を建設するための資源は必要ですが…）

水素エネルギー利用の為の３大課題
１．水素の生産手段の確立
２．水素の運搬・貯蔵手段の確立
３．水素を燃料として活用する内燃機関等の開発

３はほぼ解決済み。あとは低コストで水素を入手できれば良い段階にまで来てますね。
１も、電気分解よりはよほどましな生産手段が研究されつつあります。資源はいずれ全て枯渇するとの前提に立てば、水素の農業生産なんてのが未来的には最も有望かもしれない。

一番問題なのが２ではないでしょうか。
液化温度が低いので貯蔵・運搬が困難ですから、水素燃料を生産から消費まで一貫した小規模サイクル内で活用していく段階から始まるのでしょうね。
水素吸蔵合金も多種類開発されてますが、いずれ全ての資源が枯渇すると仮定すれば…

水素燃料は人類の究極エネルギーの代表多的な候補の最右翼ですから、気長に研究・普及すればよいです。

お礼

いろいろとありがとうございます。

正直な話、
＞水素燃料は人類の究極エネルギーの代表多的な候補の最右翼ですから、気長に研究・普及すればよいです。
というのが一番納得しました。
もうしばらくガソリンで頑張れそうなので、気長に待ちたいと思います。

回答No.1

yasuhiga

まず、「自動車以外に、燃料電池の応用例はありますか？」ですが、
今、エネファームを売ってますね。
補助金なしでは、まったくペイしない商品ですが。

蓄電という言い方ですが、化学エネルギーと言う方がしっくりします。
まあ、電気が一番使いやすいですけど。
そうすれば、「水素ガス自動車と燃料電池車」は両方化学エネルギーを活用していることになりますが、燃料価格、エネルギー密度、供給インフラ、危険性を競うことになります。
水素は、現状では、圧倒的にインフラが不利ですね。

お礼

エネファーム、気づきませんでした。
家庭用の発電装置が今後普及するのでしょうね。

水素はどこで売っているのかも私のような一般人にはわかりません。
水素のスタンドのようなインフラ整備が整えば、水素ガス・燃料電池自動車は普及が進むと考えても良いのでしょうか。
少なくともリチウムイオン電池よりも、水素を使ったエネルギーシステムの方が、効率が良くないと普及は進まないのでしょうが…。