燃料電池に関する記事を読むと、水素と酸素から電気を生成し、蒸気のみを放出することがわかります。水素を動力源とする燃料電池の主な問題は、水素の貯蔵と分配に関係しています。詳細については、水素経済の仕組みを参照してください。
水素ガスはエネルギー密度の高い燃料ではありません。つまり、ガソリンやメタノールなどの液体燃料と比較して、単位体積あたりのエネルギーはほとんど含まれていません。そのため、燃料電池を動力源とする自動車に十分な水素ガスを適合させて、妥当な走行距離を確保することは困難です。液体水素は優れたエネルギー密度を持っていますが、極低温および高圧で保管する必要があります。これにより、保管と輸送がかなり困難になります。
天然ガス、プロパン、ガソリンなどの一般的な燃料と、メタノールやエタノールなどのあまり一般的でない燃料はすべて、分子構造に水素が含まれています。これらの燃料から水素を除去し、それを使用して燃料電池に電力を供給することができる技術があれば、水素の貯蔵と分配の問題はほぼ完全に解消されます。
その技術は開発中です。これは燃料処理装置と呼ばれます 、またはリフォーマー 。今回のハウスタッフワークスでは 、スチームリフォーマーの方法を学びます 動作します。
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燃料処理装置の仕事は、容易に入手可能または容易に輸送可能な燃料を使用して、燃料電池に比較的純粋な水素を供給することです。燃料処理業者は、汚染を最小限に抑えて効率的な方法でこれを実行できなければなりません。そうしないと、そもそも燃料電池を使用するメリットが失われます。
自動車の場合、主な問題はエネルギー貯蔵です。 。大きくて重い圧力タンクを避けるために、液体燃料はガスよりも好ましい。企業は、ガソリンやメタノールなどの液体燃料用の燃料処理装置に取り組んでいます。 メタノール 短期的に最も有望な燃料です。現在のガソリンとほぼ同じ方法で保管および配布できます。
住宅や定置型発電には、天然ガスやプロパンなどの燃料が好まれます。多くの発電所や住宅は、すでにパイプラインによって天然ガス供給に接続されています。また、ガス管に接続されていない家の中には、プロパンタンクを備えているものもあります。したがって、これらの燃料を固定燃料電池で使用するために水素に変換することは理にかなっています。
水蒸気改質器では、メタノールと天然ガスの両方を水素に変換できます。 。
蒸気改質装置にはいくつかの種類があり、1つはメタノールの改質です。 およびその他の改質天然ガス 。
メタノールの分子式は CH です。 3 OH 。改質装置の目標は、水素（ H ）をできるだけ多く除去することです。 ）一酸化炭素（ CO ）などの汚染物質の排出を最小限に抑えながら、この分子から可能な限り ）。このプロセスは、液体のメタノールと水の気化から始まります。これを達成するために、改質プロセスで生成された熱が使用されます。このメタノールと水蒸気の混合物は、触媒を含む加熱されたチャンバーを通過します。
メタノール分子が触媒に当たると、一酸化炭素（ CO ）に分裂します。 ）および水素ガス（ H 2 ）：
水蒸気は水素ガスと酸素に分かれます。この酸素はCOと結合してCO 2 を形成します 。このように、ほとんどのCOがCO 2 に変換されるため、COはほとんど放出されません。 。
主にメタン（ CH ）で構成される天然ガス 4 ）、同様の反応を使用して処理されます。天然ガス中のメタンは水蒸気と反応して一酸化炭素と水素ガスを形成します。
メタノールを改質するときと同じように、水蒸気は水素ガスと酸素に分解し、酸素はCOと結合してCO 2 を形成します。 。
これらの反応はどちらも完璧ではありません。一部のメタノールまたは天然ガスと一酸化炭素は、反応せずに通過します。これらは、酸素を供給するための少量の空気を使用して、触媒の存在下で燃焼されます。これにより、残りのCOのほとんどがCO 2 に変換されます 、および残りのメタノールをCO 2 と水。他のさまざまな装置を使用して、排気流に含まれる可能性のある硫黄などの他の汚染物質を浄化することができます。
一酸化炭素を排除することが重要です 排気流からの理由は2つあります。1つは、COが燃料電池を通過すると、燃料電池の性能と寿命が低下することです。第二に、それは規制された汚染物質であるため、車は少量しか生成できません。
電力を生成するには、いくつかのシステムが連携して必要な電気出力を提供する必要があります。一般的なシステムは、電気負荷で構成されます。 （家や電気モーターなど）、燃料電池 および燃料処理装置 。
燃料電池車を例にとってみましょう。ガス（水素）ペダルを踏むと、ほぼ同時にいくつかのことが起こります：
あなたが突然電気需要を増やすとき、あなたの家で同様の一連の出来事が起こります。たとえば、エアコンがオンになると、燃料電池の出力をすばやく上げる必要があります。そうしないと、燃料電池が需要に追いつくまでライトが暗くなります。
燃料処理業者には、汚染などの欠点もあります。 全体的な燃料の効率 。
燃料処理装置は、内燃機関よりもはるかに少ない汚染を生成しながら燃料電池に水素ガスを供給することができますが、それでもかなりの量の二酸化炭素（CO 2 ）。このガスは規制された汚染物質ではありませんが、地球温暖化の一因となっている疑いがあります。
純粋な水素が燃料電池で使用される場合、唯一の副産物は水（蒸気の形で）です。 CO 2 なし または他のガスが放出されます。ただし、燃料電池を使用する燃料電池車は、一酸化炭素などの規制された汚染物質を少量排出するため、ゼロエミッション車とは見なされません。 （ZEV）カリフォルニアの排出法に基づく。現在、ZEVとして認定されている主な技術は、バッテリー駆動の電気自動車と水素駆動の燃料電池自動車です。
一部の企業は、規制された汚染物質を排出しないように燃料処理業者を改善しようとする代わりに、車両に水素を貯蔵または生成するための新しい方法に取り組んでいます。 。 Ovonicは、スポンジが水を吸収するように水素を吸収する金属水素化物貯蔵装置を開発しています。これにより、高圧貯蔵タンクが不要になり、車両に貯蔵できる水素の量を増やすことができます。
Powerball Technologiesは、水素化ナトリウムで満たされた小さなプラスチックボールを使用したいと考えています。水素化ナトリウムは、開いて水に落とすと水素を生成します。この反応の副産物である液体水酸化ナトリウム 、は一般的に使用される工業用化学物質です。
燃料処理装置のもう1つの欠点は、燃料電池車の全体的な効率が低下することです。燃料処理装置は、熱と圧力を使用して、水素を分解する反応を支援します。使用する燃料の種類、および燃料電池と燃料処理装置の効率によっては、従来のガソリン車に比べて効率の向上はかなり小さい場合があります。燃料電池車、ガソリン車、電気自動車の効率の比較をご覧ください。