水素エネルギー

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FCVに関して、水素エネルギーというものの価値を再認識していたところ、古書店で、「水素エネルギー」講談社現代新書、太田時男著を見つけたので、買ってみた。昭和49年刊だから、なんと私が大学に入って間もない頃の昔である。そんな時代の本が今でも有効なのかと思いつつ、中身をメモしてみる。

水素エネルギーというと、先ず問題になるのは、水素の生成である。小学生でも知っているナイーブな方法は、水を電気分解するものであるが、それだと下手したら電気代の方がかかってしまって実用的ではない。

そこで、この本に従い、実用的な水素エネルギーの生成方法をみてみる。

  1. その第一は、高温の水蒸気に、鉄などの酸化しやすい金属を接触させるものである。すると、金属が、水蒸気の酸素を奪うので、水素が出る。この方法の問題は、残りの酸化鉄をどうするかである。あまり経済的とはいえない。
  2. 次は、石油や天然ガスに、高温の水蒸気を作用させる方法で、それによって、多量の水素と一酸化炭素が得られる。ここから純粋な水素を得るには、冷却して液化させる。すると、一酸化炭素の液化温度は零下192℃で、水素のそれは零下253℃なので、分離することができる。
  3. 次は、石油や天然ガスではなく石炭に、1000℃の水蒸気を作用させるものである。すると、多量の水素と一酸化炭素及び二酸化炭素が得られる。
  4. 次は、900~1000℃程度の高温で、触媒により、天然ガスを、炭素と水素に分離させる方法がある。
  5. それ以外に、軟炭をコークスに蒸留するとき発生するガスを副産物として利用する方法がある。そのガスの半分は水素であり、後は炭化水素、一酸化炭素、窒素である。ここから水素を分離するにはやはり、液化が行われる。

以上は、慣用的な方法であるが、もう少し凝った方法として、次のような方法がある。
(a) 分子の大きさを利用する方法。水素分子は小さいので、多孔質膜で濾過する方法。
(b) 分子を大きさを利用して、遠心分離する方法。
(c) 磁性の差を利用する方法。

ところが、より先進的な方法として、サイクル化学という方法がある。例えば、次のような化学式をみてみる。

Step1: 6FeCl2+8H2O (650℃) → 
2Fe3O4 + 12HCl + 2H2
Step2: 2Fe3O4 + 12HCl + 3Cl2 (200℃) →
6H2O + 6FeCl3 + O2
Step3: 6FeCl3 → 6FeCl2 + 3Cl2 
Step3でリサイクルされたFeCl3は、Step1で利用される。また、Step3で発生したCl2は、Step2で再利用される。

サイクル化学の方法は、使用する金属や温度で様々で、効率もかなり違う。更に進んだサイクル化学の方法は、光エネルギーを使う。例えば、以下のようなものである。
Step1: 2FeSO4 + I2 + 2H2O (光) →

2Fe(OH)SO4 + 2HI

Step2: 2HI (光)→ H2↑ + I2
Step3: 2Fe(OH)SO4 (250℃)→
2FeSO4 + H2O + 1/2O2
Step3でリサイクルされたは、FeSO4Step1で利用される。Step3で必要な熱も、太陽光で賄える。また、Step2で発生したI2は、Step1で再利用される。

このような方法を駆使すれば、主として太陽光から、リサイクルされる材料によって、水から水素が得られる。すると、例えば、海岸や船上で、太陽光を取り込んで水素を生成して、運ぶという水素工場も可能になる。

次に、水素の利用方法であるが、典型的には水素エンジンである。アポロの時代から、ロケットの燃料には、液体水素が利用されている。すなわち、液体酸素と混合して燃焼させることによって、動力を得る。これの応用が、航空機や自動車に考えられた。航空機の場合は、液体水素によって駆動されるタービンをもつジェットエンジンを使う。

この本によると、2000年になる頃、液体水素によって飛行する旅客機が実用化されているはずである、というがまだ全くそういう話は聞かない。

自動車においては、水素を直接燃やすエンジンよりも寧ろ、水素を電気エネルギーに変換する燃料電池の方が本命視されている。それもまだまだ、研究は端緒についたばかりである。

水素エネルギーの生成だってそうで、高度なサイクル化学が30年も前に完成されているのに、実用化されているとは聞かない。そもそもが、FCVの燃料として、水素は、製鉄所から買わなくてはならないとか、輸入しなくてはならないなどと言われている始末である。

また、金属の水素脆化の問題も、この本では既に認識されているのに、また、ステンレスが比較的水素脆化に強いと言われているのに、依然として今でも、金属の水素脆化は難しい問題のようである。

このように水素エネルギーの研究があまりにも等閑視されてきたのは、どう考えても、石油エネルギーとそれを使った動力があまりにも有力で、石油メジャーからの圧力もあり、見えないところで、水素エネルギーが弾圧されてきたからではないだろうか。

ところが、特許出願を見てみると、2003年頃から、目だって水素エンジンの出願が増えている。その件数は、何と言ってもトヨタがダントツで、あとは、日立、日産、東芝、三菱重工、マツダ、ホンダと続く。

すると、水素の時代はやっと黎明期を迎えたのだろうか。水素といい、EVといい、ここにきて、次第に石油エネルギーを代替しようとすることの、技術的というよりも政治的な理由をつい、考えてしまう次第である。

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このページは、あやたろうが2009年8月20日 06:58に書いたブログ記事です。

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