未来の車が今日ここにあります。もちろん、まだ購入することはできません。しかし、あなたがカリフォルニアに住んでいるなら、あなたはそれを借りることができます。ガソリンを使用せず、大気汚染もしません。実際、それは排気の代わりに蒸気を生成します。それで、謎の燃料は何ですか？水素-宇宙で最も単純で最も豊富な元素。そして、20年から30年以内に、私たち全員がこれらの水素を動力源とする低燃費車を運転すると考える人もいます。
水素を動力源とする自動車には空想科学小説のような品質がありますが、そのアイデアはそれほど新しいものではありません。実際、水素を使って発電する技術は、19世紀の前半から存在していました。これは、自動車よりも長いものです。何が新しいかというと、実際に道路上に水素を動力源とする車があり、悪臭を放つガスの代わりに排気管から蒸気が出ているのを目にするかもしれません。現在、いくつかの水素自動車が存在していますが、それらのほとんどはコンセプトカーです。これらの環境に優しいドライビングマシンには、シボレーエクイノックス、BMW 745h、および現在カリフォルニアでリースされているホンダFCXが含まれます。
水素自動車を可能にするのは、燃料電池と呼ばれる装置です。 、水素を電気に変換し、副産物として熱と水だけを放出します。水素は汚染されていないため、21世紀の理想的な燃料のようです。政府や自動車業界の多くの人々は、その可能性に興奮しています。水素自動車は、燃料効率が高く、環境にやさしいグリーンドライブの希望を提供する可能性があります。しかし、水素が現在の化石燃料の使用に大きな違いをもたらすのに十分な人々にとって選択される燃料になる前に、克服しなければならない多くの問題と答える必要のある質問がまだあります。たとえば、水素はどこで入手できますか？これらの燃費の良い車を購入するのにどれくらいの費用がかかりますか？タンクを補充するための水素燃料ステーションを見つけることができますか？そして、おそらく最も重要なのは、燃料として、水素は実際に見た目と同じくらい汚染されていないのですか？
次のページでそれらの質問を見ていきますが、今すぐ答えを1つ挙げることができます。国の非常に特定の地域に住んでいて、ポケットに現金が並んでいる場合を除いて、水素自動車を期待しないでください。今後10年以内に私道で。
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1839年、ウェールズの科学者であるウィリアムロバートグローブ卿は、電気を使用して水から水素を生成する電気分解というおなじみの電気化学的プロセスを採用し、それを逆転させて水素から電気と水を生成しました。彼は自分の発明をガスボルタ電池と呼んでいましたが、今日では水素燃料電池として知られています。その後、20世紀半ばに、この技術は発明者のフランシスベーコンによってさらに開発されました。この2人の発明者が考案した技術は、水素自動車の運転に不可欠です。
最初の実用的な燃料電池システムは、軌道宇宙カプセルで使用するためにゼネラルエレクトリックによって1960年代初頭に開発されました。そして、1990年代に燃料電池が都市バスに登場し始めました。したがって、燃料電池で車両に電力を供給することが可能であることがわかっています。燃料電池は一種のバッテリーと考えることができますが、バッテリーは燃料を内部に保持しますが、燃料電池は補充する必要があります。水素燃料電池の燃料は、その名のとおり水素です。高校の化学の授業で思い出すかもしれませんが、水素はすべての元素の中で最も単純です。水素原子は、単一の電子と単一の陽子で構成されています。燃料電池は、陽子から電子を取り除き、電子を使用して純粋な電気の流れを作り出すことによって電気を生成します。次に、イオン化された水素原子が酸素と結合して水を形成します。このプロセスの他の副産物は熱であるため、この水は一般に蒸気の形をとります。環境にやさしい運転はどうですか？
自動車で使用される燃料電池のタイプは、ポリマー交換膜（またはPEM）燃料電池です。 PEM燃料電池には、軽量で小型であるという利点があります。それらは、2つの電極（負に帯電したアノードと正に帯電したカソード）、触媒、および膜で構成されています。水素は、それぞれが2つの水素原子を含むH2分子の形で、アノードの燃料電池に押し込まれます。アノードの触媒は、分子を水素イオン（プロトン）と電気の流れ（電子）に分解します。イオンは膜を通過しますが、電気は回らなければなりません。それがそうしている間、それは仕事をするために利用することができます。水素がアノードで燃料電池に押し込まれるのと同じように、酸素がカソードで押し込まれます。陽子と電子は陰極で再結合し、酸素と結合して水を形成します。そのほとんどが燃料電池の排気ガスになります。燃料電池は、主に積み重ねることができるように、平らで薄くなるように設計されています。スタック内の燃料電池が多いほど、スタックが生成する電気の電圧が高くなります。
21世紀のエネルギー需要を満たすには、水素自動車のような低燃費車が重要だと多くの人が考えています。 2003年、ジョージW.ブッシュ大統領は、燃料電池技術の開発を支援する12億ドルの自由燃料イニシアチブを発表しました。燃料電池には、化石燃料に比べて2つの大きな利点があります。第一に、それらは世界の有限の石油供給を枯渇させないので、既存の供給を維持するのに役立ち、外国の石油への依存を減らすこともできます。第二に、燃料電池の動作からの唯一の副産物は熱と水です。これは、燃料電池が汚染を引き起こさないことを意味します。これは、自動車からの炭素排出が地球温暖化を促進すると考えられている時代において非常に重要です。
次のページでは、水素自動車と燃料電池がどのように製造されているかを見ていきます。そしておそらくもっと重要なのは、水素自体がどこから来るのかを見ることです。
では、メーカーは実際に燃料電池車のような低燃費車をどのように製造しているのでしょうか。さて、水素自動車の生産は、典型的な自動車の生産と大差ありません。もちろん、たとえば駆動列や電気システムは、燃料電池が電気を生成するため、やや独特です。したがって、水素自動車と電気自動車には、その点で多くの共通点があります。おそらくもっと重要な問題は、水素自体がどのように生成されるかということです。水素は宇宙で最も豊富な元素であり、存在する原子の約90％を構成していることを考えると、これは問題ではないと思います。さて、もう一度考えてください。水素は宇宙で最も軽い元素でもあり、地球の表面に含まれていない水素はすぐに宇宙空間に浮かび上がります。この惑星に残っている水素は、分子の形で他の元素、最も一般的には水（H2O）分子と結合しています。そして、たまたま地球の表面にはたくさんのH2Oがあります。
しかし、水中の水素分子を酸素分子からどのように分離するのでしょうか？そして、水素源として水を使用しない場合、他にどこで水素を得ることができますか？
水から水素を得る最も簡単な方法は、ウィリアム・グローブ卿が150年以上前に知っていた方法である電気分解です。水に電流を流すと、H2O分子が分解します。燃料電池の操作と同様に、このプロセスでは、通常は不活性金属でできているアノードとカソードを使用します。水に電流を流すと、陰極で水素が発生し、陽極で酸素が発生します。このプロセスは遅いですが、大規模に行うことができます。
水素の代替供給源は天然ガスであり、これは天然に存在する炭化水素で構成されています。水蒸気改質と呼ばれるプロセスを使用して、ガス中の水素を炭素から分離することができます。現在、これは水素の工業規模の生産の最も一般的な方法であり、燃料電池車用の水素を生産するために使用される最初の方法である可能性があります。残念ながら、このプロセスでは化石燃料（天然ガス）を使用するため、水素で走行する自動車を製造する目的が化石燃料の備蓄の枯渇を回避することである場合、天然ガスがこの燃料の最悪の供給源になります。
一部の専門家は、平均的な人のガレージに収まる小型の水素プラントを建設できる可能性があると示唆しているため、車の水素タンクを満たすために地元の燃料ステーションまで車で行く必要はありません。このアイデアの最も極端な形は、電気分解を車自体の内部で実行できるという提案でした。これにより、水上を走る車の驚くべきアイデアが可能になります。ただし、電気分解の電力はある種のバッテリーから供給される必要があるため、水燃料自動車は定期的に充電する必要があります。
では、燃料電池車のようなグリーンな運転機械は本当に未来の車なのだろうか？多くの人がそう望んでいますが、水素で走る車で人々が移動する世界に向かう途中で、いくつかの潜在的な障害があります。次のページでそれらを見ていきます。
多くの人々は、水素燃料電池が現在開発中の最も重要な代替燃料技術であると信じています。しかし、問題がないわけではなく、燃料電池技術が広く使われるようになるまでには数十年かかるかもしれません。水素の問題は、技術開発のコスト、水素貯蔵の難しさと危険性、そしてこの「非汚染技術」が結局のところそれほど非汚染ではない可能性という3つのカテゴリーに大まかに分類できます。近い将来に対処することが期待できる水素自動車の後退のいくつかを次に示します。
水素技術の開発コストは高いです。燃料電池や自動車を設計・開発するだけでなく、これらの低燃費車を支えるインフラを整備する必要があります。あなたが現在水素自動車を所有していると想像してみてください。タンクをどこで満たすのですか？ガレージに水素製造施設がないと仮定すると、水素燃料補給ステーションが必要になります。現時点でそのようなステーションがかなりの数存在するのは、アーノルドシュワルツェネッガー知事がいるカリフォルニア州だけです。水素の未来をサポートすることをお約束します。より悲観的な見積もりのいくつかは、かなりの数の水素自動車が5,000億ドルにもなることを可能にするインフラストラクチャを構築するコストと、40年ものインフラストラクチャを作成するための時間を費やしています！
車の値段も高いです。燃料電池で最も広く使用されている触媒としてプラチナを使用しているため、現在、単一の燃料電池車の価格は10万ドルを超え、おそらくかなり高くなっています。そのため、現時点で運転できる水素自動車はリースのみです。 、 非売品。このような高価な車を買う余裕のある人はほとんどいません。おそらくプラチナよりも安価な他の触媒が開発されていますが、それらがどれほど早く大規模に使用できるようになるかは誰にもわかりません。
ストレージの問題も厄介な問題です。水素はガスであり、拡散するのが好きです。車に乗せるということは、適度な大きさに絞ることを意味しますが、それは簡単なことではありません。さらに、駐車中の車のタンクに水素が入っていると水素が温まり、ガスが膨張します。これは、タンクが定期的に車から水素を排出する必要があることを意味します。水素自動車を数日以上置いておくと、すべての燃料がなくなります。水素も非常に可燃性が高く、1930年代の飛行船ヒンデンブルクの壮大な爆発は水素火災の結果であると一部の人が信じています。したがって、水素がタンクから出ると、危険になる可能性があります。 。幸いなことに、水素の火はガソリンの火ほど熱くはなく、二次火を起こす可能性は低くなります。また、水素が上昇するため、逃げ出した水素のほとんどは、実際に害を及ぼす前に浮き上がります。
そして、水素は本当に無公害ですか？燃料電池は排気ガスとして熱と水しか生成しませんが、水素を生成するために使用されるプロセスは必ずしもクリーンではありません。電気分解は電気を使用し、その電気は多くの場合、汚染度の高い供給源である石炭を燃やす植物から供給されます。そして、水素が天然ガスから抽出されると、炭素排出が発生します。これは、そもそも水素を使用することで回避しようとしていることです。
多くの人は、私たちがこれらの障害を最終的に克服すると考えていますが、それは難しいでしょう。近い将来の燃費と環境にやさしい運転のための最善の策は、水素ではなく、トヨタプリウス、フォードフュージョンハイブリッド、その他の同様のハイブリッド車などのハイブリッド電気自動車にあると考える人もいます。それでも、今後数十年以内に、水素燃料電池車を所有する可能性があります。
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