1937年5月6日、ニュージャージー州レイクハーストのドックにヒンデンブルク飛行船が接近したとき、乗客用甲板を高く保持していた飛行船は水素で満たされていました。この元素は、宇宙で最も単純で最も豊富な元素であり、1つの陽子とその周りを回る単一の電子を持っています。水素はまた、原子的にすべての元素の中で最も軽い重量を量ります。それはかなりのパンチを詰め込むことができ、酸素と発火源が導入されると膨大な量のエネルギーを生み出します。ヒンデンブルクが爆発したとき、世界は水素の力を目撃しました。
その5月の夕方、ヒンデンブルクがドッキングしていたとき、飛行船の外皮は静電気の火花にさらされました。ほんの数秒で、炎が飛行船を横切って引き裂かれ、炎の球とねじれた金属になりました。 36人が災害で命を落としました[出典:国立公文書館]。そして、ヒンデンブルクが燃えるのと同じくらい速く、水素についての世論もそうしました。災害後の何十年もの間、水素は懐疑的でさえ警戒して見られていました。元素に関して開発された「水素恐怖因子」[出典:エドワーズ]。
今日、世界的な石油供給の減少と、その石油からの汚染物質の排出量の増加についての懸念が高まる中、エネルギー研究者は水素を燃料源として再考しています。確かに、それは非常に大きな可能性を秘めています。水素は温室効果ガス(GHG)をほとんどまたはまったく排出しません。その主な副産物は水蒸気と熱です。水素は、どの燃料よりも重量で最も高いエネルギー出力を示します[出典:CECA]。そしてそれは豊富です。水素は、天然ガスから水自体まで、さまざまな供給源から生成できます。
しかし、疑問はまだ残っています。水素燃料は私たちの車にとって安全なエネルギー源ですか?水素はどうやって燃料として使うことができるのでしょうか?次のページに簡単な入門書があります。
水素は実際にはエネルギー源ではなく、エネルギー担体です。 [出典:CECA]。水素は、生成時に生成されるエネルギーを運びます。電気に似ています。電気(エネルギーキャリア)を燃やすことはできませんが、天然ガスや石油などのエネルギー源を燃やすことで電気を作り出すことができます。次に、電気はこのエネルギーを家のコンセントなどの他の場所に輸送します。
これは、大雑把に言えば、エネルギーキャリアに運ぶエネルギーを与えなければならないことを意味します。ですから、水素を作るためにエネルギーを作らなければなりません。これは、主要な燃料源である石油を入手する従来の方法よりもはるかに簡単です。石油を入手するには、埋蔵量を掘削し、地面から汲み出し、精製し、ガソリンスタンドに送る必要があります。水素を燃料源として使用することで、基本的に私たちは独自の燃料を生産し、これらすべてのステップを排除できます。おそらく、石油が引き起こす地政学的な争いも排除できます。
水素は、改質と呼ばれるプロセスを通じて生成されます。 。確かに、天然ガスやその他の炭素ベースの燃料源を燃焼させることで、エネルギー伝達の手段として水素を生成することができます。実際、メタン改質(天然ガスを燃焼させることによって炭化水素から水素を分離する)は、現在、水素燃料を製造するための最も実行可能な方法です。しかし、この方法により、温室効果ガス(GHG)排出量に関する限り、私たちは正方に戻ります。水素からエネルギーを伝達するプロセスはクリーンなプロセスですが、水素を生成するプロセスは依然として化石燃料を燃焼させ、GHGを排出します。
電気を生成するためのよりクリーンな方法(水力発電など)があるのと同様に、水素は風力や太陽光発電によってもクリーンに生成できます。藻類を食べて水素を廃棄物として生成する微生物によっても生成されます[出典:NREL]。研究者たちは、これらの方法を、化石燃料を燃やさずに水素を生成する信頼できる方法として評価しています。そして、他の人々は、この生成された水素を使用してあなたの車に電力を供給するための最良の方法を考え出している。
自動車エンジニアは水素を考案しました 燃料電池 。これらの燃料電池は、電気化学的変換を通じて車に電力を供給するための電気を生成します 。純粋な化学元素である水素は、陽子と電子に分解され、電気を生成するプロセスです。それが酸素と混合するとき、プロセスの副産物は水です。燃料電池はそれ自体では車に電力を供給するのに十分な電力を生成できないため、燃料電池スタックを作成するにはセルを組み合わせる必要があります。 [出典:FuelEconomy.gov]。ただし、いくつかのスタックを組み合わせると、車はズームできます。
ただし、大きな問題が残っています。水素を車両に保管することです。いくつかの方法はすでに使用されています。水素は、極低温水素のように、高圧ガスまたは極低温液体の形で貯蔵することができます。これは燃料ポンプに水素を貯蔵するために機能しますが、車の中で燃料を持ち運ぶのには実用的ではありません。極低温水素液体は、燃料を低温に保つために追加の車載システムを必要とします。これにより重量が増加し、車両のエネルギー効率に影響します。
研究者たちは、燃料源として水素を貯蔵し、利用するための最適な方法をまだ調査しています。その研究の一部には、水素燃料に対する国民の恐れを払拭することが含まれています。科学は水素燃料のパズルを解くことができるかもしれませんが、ドライバーがフェンダーベンダーの後に白熱した炎のボールの中で生きたままフラッシュ燃焼することをまだ想像しているなら、とにかく誰が水素燃料車を買うでしょうか?おそらく次のページがあなたの悩みを和らげるでしょう。
多くの場合、水素は私たちが現在車に動力を供給するために使用している燃料よりも安全です。炭素ベースの燃料は液体として広がる傾向があります(ポンプでガソリンをこぼしたことがあるかどうかはよくご存知のとおりです)。従来の燃料は燃焼すると高温の灰を発生し、輻射熱を発生します。これは水素には当てはまりません。純粋な形では、水素は炭素を燃焼せず、高温の灰を生成せず、輻射熱もほとんど発生しません[出典:RMI]。さらに、水素が漏れると、水素は急速に大気中に上昇するため、燃焼する時間が短くなります[出典:プリンストン]。
では、ヒンデンブルクはどうですか?水素燃料の賛成派と反対派の両方が、彼らの議論の中で不運な飛行船に引っ掛かっています。反対派はそれを注意話として指摘しますが、支持者はそれを水素の免罪と見なします。
ヒンデンブルクに搭載された水素は確かに信じられないほどの力で燃えましたが、災害を引き起こしたのは水素ではなく、アルミニウム粉末でした。太陽光を反射するために、ヒンデンブルクの皮膚はこの粉末で覆われていました。これはロケット燃料に相当する形です[出典:RMI]。そして、飛行船の皮膚を構成する綿生地は、可燃性の高いアセテートで防水されていました[出典:ABC]。水素の支持者はまた、要素が非常に軽量であるため、ヒンデンブルクの災害の炎は燃え尽きるのではなく、上向きに燃えたと指摘しています。これにより、乗客は炎に比較的悩まされることなく、下のキャリアに残りました。 36人のヒンデンブルクの死のうち35人は、乗客が飛行船から飛び降りた結果でした。乗船したままの人は全員生き残った[出典:RMI]。
水素燃料貯蔵によって提示される課題は、将来の世代のための水素に対する警告の話とはならない貯蔵タンクを作成する方法を考え出すことです。言い換えれば、自動車事故で水素が爆発するのを防ぐのに最適な貯蔵タンクは何でしょうか?
スチールタンクは1つの可能性です。それらは、自動車の水素ガスの信頼できるキャリアとして機能するのに十分な強度があります。事故が発生した場合、鋼製タンクはパンクや破裂を被ることなく衝撃に耐えることができる可能性があります。ただし、鋼の問題の1つは、水素が非常に軽量であるため、ガソリンよりも密度が低いことです。加圧水素燃料を保持するタンクは、車の従来のガスタンクよりもはるかに大きくする必要があります。鋼鉄製の戦車はかなり重く、エネルギー効率が低下します。
複合材料は、鋼よりもさらに有望であるように思われます。ポリエチレン製のタンクは軽量で、車に合うように形作ることができ、粉末になるように設計されています -衝撃のエネルギーを吸収し、タンクをほこりに減らし、表面上は水素を安全に大気中に放出します[出典:プリンストン]。
水素は最終的に、元素を保持し、必要に応じて放出できる材料に貯蔵される可能性があります。 金属水素化物などの一部の種類の金属 、それらの組成構造内に水素分子をトラップすることができます。ここでは、水素は安全に貯蔵され、金属が加熱されると放出されます。この技術をさらに魅力的なものにしているのは、金属タンクから水素分子を放出するために必要な熱が、水素燃料電池によって生成される排熱から発生する可能性があることです[出典:DOE]。
「水素の恐れの要因」が燃料源としてのその実行可能性についての継続的な研究を思いとどまらせるために多くのことをしているようには見えません。そして、世界が本当に石油を使い果たしているのなら、私たちはそれらの恐れを完全に脇に置く必要があるかもしれません。
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