燃料电池はここまで进化した
二酸化炭素や有害な排気ガスを出さないクリーンなエネルギーとして、燃料电池が注目を集めている。世界各国のさまざまなメーカーがその研究开発にしのぎを削るなか、日本の燃料电池开発はどこまで进んでいるのだろうか?
燃料电池とは、図のように水素と酸素を电気化学的に反応させて、直接、电気を取り出す発电装置のことである。天然ガスからバイオガスにいたるまで、水素を取り出せるものなら何でも利用できる上、燃料を燃やさないので有害な排気ガスがほとんどない。しかも、エネルギー効率が、理论的には60%、化学反応の结果として発生する热まで利用すると80%以上と、他の発电システムに比べて高いことが大きな特长だ。1960年代に宇宙船の电力源としてまず実用化されたが、その后、石油危机を契机に、火力発电に代わる発电システムとして、世界各国で开発が进められてきた。
日本でも1981年から国家プロジェクトが始まり、2度の10年计画の中で、燃料电池の开発は进められた。その成果が、「リン酸形(PAFC=Phosphoric Acid Fuel Cell)」の実用化である。数年前の最盛期には50~200kW级のPAFCが全国で200基程度、今でも数十基が工场や公共施设などで稼働し、合计すると1万kWほどの电力を生み出している。ただし、発电コストは1kWあたり40万円から50万円と、まだガスタービン発电の倍もかかり、决して広く普及しているというわけではない。
プロジェクトで开発対象とした各种の燃料电池のうち、この10年で最も急速に开発が进んだのは、「固体高分子形(PEMFC=Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)」と呼ばれるタイプである。室温で稼働し、出力も大きいので、家庭用电力源や自动车用动力としての期待が高まったためだ。2002年末には、トヨタとホンダが、PEMFCで発电した电気により駆动する电気自动车、すなわち「燃料电池车」を完成。内阁府、経済产业省などに计7台を纳品した。ホンダは他にアメリカのロサンゼルス市にも3台纳品している。
ホンダの燃料电池车FCXの场合、PEMFCの出力は78kW。350気圧の高圧タンクに纯水素を156リットル搭载し、355㎞の航続距离と时速150㎞の最高速度を実现した。発进や加速时には、バッテリーに代えて搭载した高効率・高出力のキャパシタから电力を补うため、テストドライバーも惊いたほどの加速性能を持つ。まだ1台1亿円を超す価格や、水素ステーションなどの设备をどう整えるかという课题はあるが、燃料电池车が、航続距离と加速性能に难がある电気自动车に代わり、次世代自动车の笔头に跃り出た感が强い。
PEMFCからは、纯水素の代わりにメタノールを燃料にし、装置内で水素を取り出して使う「直接メタノール形(DMFC=Direct Methanol Fuel Cell)」という方式も派生している。DMFCは水素燃料のPEMFCより危険が少なく、装置も小型化できるため、现在は大手家电メーカーが、主にノート型パソコンや携帯电话の电源として开発を进めている。
2003年、东芝が発表した手のひら大・外付けタイプの携帯电话用DMFCは、カートリッジ内の25㏄のメタノールで、通常の携帯用内蔵リチウム电池6个分の电力を供给することができる。ノート型パソコン用は2004年、携帯电话用も遅くとも2005年には市贩されそうだ。
発电しても水だけ、あるいは水とわずかな二酸化炭素しか排出されないクリーンな电力源、燃料电池。かつて梦想されたように、家全体の电力源として普及するのはまだまだ先の话になるが、まずは携帯机器电源や自动车用という形で暮らしの中に入ってくることになる。