水素発電所 — 動向と展望

原子力発電所は長い間、非常に安全であると考えられてきましたが、2011 年の日本の福島原子力発電所の事故により、世界中のエネルギー技術者は再びこの種のエネルギーに関連する可能性のある環境問題について考えることを余儀なくされました。

多くのEU諸国を含む多くの国の政府は、投資を惜しまず代替エネルギーに経済を移行するという明確な意図を宣言し、今後5～10年間でこの産業に数十億ユーロを約束している。そして、そのような代替品の中で最も有望で環境に安全なタイプの 1 つは水素です。

石炭、ガス、石油が枯渇すれば、海洋には水素が無限に存在することになりますが、水素は純粋な形で貯蔵されているのではなく、酸素との化合物の形、つまり水の形で貯蔵されています。

水素は最も環境に優しいエネルギー源です。水素の入手、輸送、貯蔵、使用には、水素と金属の相互作用についての知識を広げる必要があります。

ここには多くの問題があります。ここでは、解決を待っている問題のほんの一部を紹介します。膜フィルターを使用した高純度の水素同位体の製造 (たとえば、パラジウムから)、技術的に有利な水素電池の作成、材料の水素コストとの戦いなどです。

他の伝統的な種類のエネルギー源と比較して、水素の環境安全性は誰も疑いません。水素の燃焼生成物は再び蒸気の形の水ですが、完全に無毒です。

燃料としての水素は、基本的な変更を加えることなく内燃機関やタービンで簡単に使用でき、ガソリンよりも多くのエネルギーが得られます。空気中のガソリンの燃焼比熱が約 44 MJ / kg である場合、水素の場合、この数値は約 141 MJ / kg となり、3 倍以上高くなります。石油製品も有毒です。

水素の貯蔵と輸送には特に問題はなく、物流はプロパンと同様ですが、水素はメタンよりも爆発性が高いため、ここにはまだ微妙な点がいくつかあります。

水素貯蔵ソリューションは以下のとおりです。 1 つ目の方法は従来の圧縮と液化です。この場合、水素の液体状態を維持するために超低温を確保する必要があります。これは高価です。

2 番目の方法は、より有望です。これは、一部の複合金属スポンジ (バナジウム、チタン、鉄の高多孔質合金) が積極的に水素を吸収し、低加熱で水素を放出する能力に基づいています。

Enel や BP などの大手石油・ガス会社は現在、水素エネルギーの開発に積極的に取り組んでいます。数年前、イタリアのエネル社は、大気を汚染せず、温室効果ガスも排出しない世界初の水素発電所を稼働させた。しかし、この方向における主な論点は、次の疑問にあります。それは、水素の工業生産をどのようにして安くするかということです。

問題はそれです 水の電気分解 大量の電力が必要であり、水の電気分解によって正確に水素の生産が開始されると、一国の経済にとって、この水素の工業生産方法は非常に高価になるでしょう。4 倍とは言わないまでも、3 倍の費用がかかることになります。 、石油製品からの等価燃焼熱の観点から、さらに、工業用電解槽の 1 平方メートルの電極から 1 時間あたり最大 5 立方メートルのガスを得ることができます。これは時間がかかり、経済的に非現実的です。

工業用量で水素を製造する最も有望な方法の 1 つは、プラズマ化学法です。ここでは、水の電気分解よりも安価に水素が得られます。非平衡プラズマトロンでは、磁場の中でイオン化したガスに電流が流れ、「加熱された」電子からガスの分子にエネルギーを伝達する過程で化学反応が起こります。

ガスの温度は+300〜+1000℃の範囲にあり、水素の生成につながる反応速度は電気分解よりも高くなります。この方法により水素を得ることが可能になりますが、炭化水素から得られる従来の燃料よりも 2 倍 (3 倍ではありません) 高価であることが判明しました。

プラズマ化学プロセスは 2 段階で行われます。まず、二酸化炭素が酸素と一酸化炭素に分解され、次に一酸化炭素が水蒸気と反応して、水素と最初と同じ二酸化炭素が生成されます (消費されず、ループ変換全体を見ると)。

実験段階 - ガス田や油田の開発において依然として有害な生成物である硫化水素からプラズマ化学的に水素を生成する。回転プラズマは単に遠心力によって反応ゾーンから硫黄分子を排出するだけであり、硫化水素への変換という逆反応は排除されます。この技術は、従来のタイプの化石燃料で生成される水素の価格を同等にし、さらに硫黄も並行して採掘されます。

そして現在、日本はすでに水素エネルギーの実用化に取り組んでいます。川崎重工業と大林組は、2018年までに神戸市の電力供給に水素エネルギーの利用を開始する予定である。両社は、実質的に有害な排出物がない水素を大規模発電に実際に利用し始める先駆者となるだろう。

1MWの水素発電所が神戸市に直接建設され、国際会議場や地域住民1万人のオフィスに電力を供給する。そして、水素から発電する過程でステーションで発生する熱は、地域の住宅やオフィスビルの効率的な暖房となります。

川崎重工業が製造するガスタービンには、当然のことながら純粋な水素が供給されるのではなく、水素20％と天然ガス80％のみを含む混合燃料が供給される。このプラントは年間 20,000 台の水素燃料電池車に相当する量の水素を消費することになりますが、この経験は日本および世界における大規模な水素発電開発の始まりとなるでしょう。

水素埋蔵量は発電所の敷地内に直接保管され、地震やその他の自然災害が発生した場合でも、ステーション内に燃料があり、重要な通信が遮断されることはありません。川崎重工業は日本国内に大規模な水素発電所ネットワークを開発する計画で、2020年までに神戸港に主要な水素輸入のためのインフラが整備されることになる。