水素でどうして電気を作れるの?水素発電と燃料電池の違い(追記)

8月に燃料電池について投稿しましたが、今日(12月9日)のニュースで、神戸市が燃料電

池バスの試乗会を行ったというのがありました。

試乗した人の感想は「静かだ」というもの。

まあ、これはガソリン車のように内燃機関ではないので、エンジンの爆発音がないから当然

のことで、電気自動車と同じですよね。

産経新聞に水素発電に関する記事(8月)がありました。

「水素発電」という言葉と「(水素を用いた)燃料電池」という言葉がよく似ているので、

その違いや、そもそも水素発電とは何かについて、書いてみたいと思います。

興味のある方はチョコっと目を通してください。

豪州→日本 燃料電池車300万台分の水素を運ぶ川崎重工 目をつけた水素の元は? 8/26(土)産経新聞 

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燃料電池(水素を燃料としている電池)と水素発電との違い

燃料電池とは

電気をつくるための燃料に何を使うかで、いくつかの種類があります。

その中で、シンプルで分かりやすいのが、水素を使った燃料電池です。

水素を使うと書きましたが、水素だけでは無理で、もう一つ、酸素が必要です。

構造としては、燃料電池の負極(-極)に水素分子を充填します。(水素が無くならない

ように外部から水素ガスを供給し続けます)

そして、正極(+)には酸素分子を充填しておきます。

やはり、酸素が無くならないように外部から酸素ガスを供給し続けます。

この負極と正極を電解質(硫酸など)を混ぜた水の中につければ、燃料電池の出来上がりで

す。

負極では、水素原子が水素イオンになる際に電子が発生し、その電子が外部回路を通って正極

の酸素分子側に移動します。つまり、外部回路に電流が流れることになります。

燃料電池の画像

〈出典:ヤフー画像〉

電子が外部回路を流れる際に、モーターを回したり、電灯を点けたりして、仕事を

するのです。

そして、正極にやってきた電子は、酸素原子に受け取られ、酸化物イオンO2ーになります。

この酸化物イオンと水素イオンは、陰イオン(-)と陽イオン(+)ですので、容易に

結合して水分子になりますので、次から次へと電子が正極に流れ込んでくることになります。

(つまり、電流が流れ続けます)

次に水素発電とは何でしょうか

これは簡単なことです。

要は火力発電に用いる燃料に水素ガスを使って発電するということです。

現在の火力発電は、燃料として化石燃料(石炭、石油、天然ガス)を使っています。

ただ、石炭、石油、天然ガスを燃やすと温室効果ガスの二酸化炭素が発生しますので、

困るのです。

例えば、石油の成分は、主に炭素原子と水素原子だけからできている物質(炭化水素と言い

ます)で、多くの種類の分子があります。

ただ、いずれも炭化水素ですので、空気中の酸素と燃焼すれば、水と二酸化炭素を生じます

ので、二酸化炭素CO2が発生します。

天然ガスや石炭も同様です。ただ石炭は燃やせば、煙(微粒子)が多量に出ますので、

先進国の発電所は使っていません。

日本ではとっくの昔に、石炭から石油に転換されましたが、中国ではまだまだ、燃料として

石炭を使っていて、そのために中国の空気汚染は非常に深刻な状況にあります。

さて、そこで化石燃料の替わりに、燃やしても二酸化炭素を発生しない水素ガスを燃料に使

おうというプロジェクトが今、進められているんですね。

水素を空気中の酸素と燃焼させた場合、水しか生成しませんから、クリーンなエネルギーと

いうわけです。(2H2+O2→2H2O)

つまり、水素ガスを直接燃やして、その熱エネルギーで水蒸気を作り、タービンを回転させて

発電するのです。

石油・天然ガスの替わりに水素ガスを燃やすだけのことです。

ただ、水素は可燃性の気体(爆発する)ですの、扱いや保存には注意をしなければなりません。

そのため、ガス漏れを防ぐ容器を作ったり、運搬するときの設備など、コストが非常に

嵩みます。

また、水素は天然ガスのように、地中に埋まっているものではなく、人間が作り出すものです

ので、水素を作るためには、エネルギーを使わねばなりません。そのエネルギーは化石燃料を

燃やして作るエネルギーですので、水素ガスがクリーンだといっても、結局、水素を作る時

には、二酸化炭素が一定量、発生することになります。

水素はどうやって作るか

一番、わかりやすい例は、水の電気分解です。

皆さんは中学や高校の時に水を電気分解して、水素と酸素を作った経験があるかもしれませ

ん。この方法は水素を作るために、電気エネルギーを使っています。

ということは、電気は発電所で化石燃料を燃やして作っていますので、二酸化炭素が発生する

ことになります。

ですので、水素を効率よく大量に手に入れるにはどうしたらよいかということで、今、褐炭

が注目されているんですね。

褐炭とは

褐炭というのは、水分を多く含有する低品質の石炭であるため、まだ利用されていないんで

す。そして、この褐炭が、オーストラリアに大量に存在しているので、褐炭から水素を製造

して、日本に運ぼうということなんです。

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