Hydrogen as fuel/ja

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水素は内燃機関と水素燃料電池の両方の燃料として使用できます。化学プロセスまたは生物学的プロセス（最も一般的なのは廃棄有機物、すなわち藻類、バクテリア、または古細菌を用いる）によって生成できます。^{[ 1 ]}

水素の概要

水素は原子です。陽子1個と電子1個を含みます。元素周期表では、水素は原子番号1で、元素番号1の一番上の位置にあります。

重水素は、原子核に陽子1個と中性子1個が結合した水素原子です。三重水素は、原子核に陽子1個と中性子2個が結合した水素原子です。

H+イオン（プロトンとも呼ばれる）こそが、酸の腐食性を生み出す唯一の要因です。例えば、臭化水素酸（HBr）、塩酸（HCl）、フッ化水素酸（HF）、重水素酸（HI）、重炭酸水素ナトリウム（HCO3）、硫酸水素ナトリウム（H2SO4）などは、酸性物質が水（水溶液）に溶解すると、遊離プロトンを放出します。酸性物質の腐食性は、遊離プロトン、つまりH+を放出する能力に依存します。

ヒドロニウムイオン（H30+）は[次]です：

水素製造

化学プロセスの使用

水素は、さまざまな方法で化学プロセスを使用して生成できます。

• 合成ガスから生成できる（「水性ガスシフト反応」を使用）
• 電気分解（「水分解」）によって水から生成できる

最初の方法は、700～1100℃という非常に高い温度を必要とするため、加熱に膨大なエネルギーが必要になります。また、合成ガスも必要であり、合成ガス自体も何らかの物質（例えば、石炭ガス化プロセスを用いた石炭、または水蒸気改質プロセスを用いたメタンまたは合成ガス）から製造する必要があります。

水の電気分解は最も単純なプロセスです。必要な設備は少ないですが、エネルギー効率はあまり高くありません。内燃機関燃料発生器#水素・水素ステーション#家庭用水素ステーションをご覧ください。

生物学的プロセスの使用

廃棄物となった植物の部品は、微生物電解セルで微生物の力を利用して水素に変換できます。水素が生成されたら、追加のPEM燃料電池またはICエンジンを使用してすぐに発電するのが最適です。これは、水素を貯蔵するのが非常に難しいためです。右の画像をご覧ください。

水素貯蔵

水素の貯蔵は非常に困難です。大量の冷却または加圧が必要であり、そのため高価な設備（コンプレッサー、冷却器、非常に頑丈なタンク）が必要になります。さらに、水素（非常に小さな原子）は、時間が経つとほとんどあらゆるものから漏れ出てしまう（蒸発する）という厄介な性質があります。貯蔵寿命を延ばすため、貯蔵タンクは特殊な（したがって高価な）材料で作られることが多いのです。

一般的に、水素は必要な設備が非常に高価であり、エネルギー消費量も大きいため、中期または長期のエネルギー貯蔵には適していません。むしろ、水素は製造後すぐに使用するのが最適です。この方法であれば、シンプルなタンクを使用でき、加圧や冷却を不要、あるいは最小限に抑えることができます。

もう一つの方法は、水素を別の燃料に変換することです。水素は合成ガスやメタン（後者は水素とCO₂を結合させるサバティエ法を用いて生成されます）に変換できます。メタンは貯蔵がはるかに容易であるため、中長期貯蔵における多くの問題を回避できます。しかし、合成ガスは水素と同様の貯蔵上の問題を抱えており、この燃料に変換しても問題は解決されません。

水素の使用

水素は燃料電池に使用できますが、燃料電池は高価な材料から作られることが多く、それ自体が非常に高価です。水素は内燃機関にも使用できます。後者は経済的にはるかに魅力的な選択肢ですが、一般的に効率は低くなります（少なくとも、複合サイクル発電なしで単純な内燃機関を使用する場合）。

水素製造の代替手段

• 酸素水素は水素の代わりに生成することもできる（少なくとも化学生産プロセスと比較すると、生産ははるかにエネルギー効率が高いため）。また、酸素水素は消散に関する同様の問題を抱えており、劣化も問題となるため、迅速に使用することができる。
• 合成ガスも生産できるが、その生産には実際にはまず水素（COと結合）が必要である。
• 他にもいくつかのZE燃料を生産できる

参照:

• 代替ICE燃料の比較
• ICE燃料ジェネレータ
• ICE燃料変換
• 水素燃料電池

参考文献