燃料電池とは何？
電池といってすぐに思い浮かぶのは、乾電池ではないでしょうか。「燃料電池」は、名前は似ていても乾電池とは少し違う装置です。
まずは、燃料電池がどのようなものなのか、基本情報を押さえておきましょう。
電力と熱を発生させる技術
乾電池とは、すでに内部に電気が蓄えられたものです。充電式のものも、中に電気を蓄えてから使用されます。
一方の燃料電池は、その内部で「電力」と「熱」を発生させる装置です。材料さえあれば、いつでも必要な分だけ発電できます。
もともとは宇宙船を動かすエネルギーとして開発されました。電力を発生させると同時に「水」も発生するため、飲料水の確保にも役立つ装置だったのです。
環境問題が叫ばれる近年になって燃料電池に注目が集まり、一般に広く利用できるよう研究開発が進められています。
燃料電池の仕組み
「装置の中で発電できる」と言われても、いまいち想像できないかもしれません。次は、どのように発電するのか、燃料電池の仕組みを見ていきましょう。
水素と酸素の電気化学反応
発電に利用される材料は、「水素」と「酸素」です。理科の授業で習った「水の電気分解」を覚えているでしょうか。水に電気を通すと「水素」と「酸素」に分解されますが、その逆の反応を利用した仕組みが燃料電池です。
まず、天然ガスから専用の機器を通して、水素ガスが取り出されます。燃料電池本体へ送られた水素ガスは、電子と水素イオンに分解され、電子が燃料電池外部の回路を流れて発電する仕組みです。
電子はその後再び燃料電池の中へ流れ込み、今度は空気中から取り込んだ酸素と結び付いて、酸素イオンになります。酸素イオンは燃料電池の中を移動してきた水素イオンと結び付き、水になるのです。
燃料電池のメリット
燃料電池が広く使われるようになると、従来と比べてどのような点が改善されるのでしょうか。燃料電池の具体的なメリットを紹介します。
発電効率・総合エネルギー効率が高い
燃料電池が注目される理由の一つに、「発電効率が高い」ことが挙げられます。
一般的に使用されている電気は、発電所で発電されたものです。発電所から電気が届くまでには、さまざまな場所を経由しなければならず、そのたびに電気が少しずつ失われます。
送電する距離が短い方がエネルギーの節約になりますが、いたるところに発電所を作るわけにもいきません。しかし、燃料電池があれば、各家庭で発電が可能になるのです。
また、発電の際には熱が生じるため、その排熱も給湯などに利用できます。燃料のエネルギーが100％だとして、電気と熱にそれぞれ40％、合わせて元のエネルギーの80％以上を利用できるとされています。
環境に優しいクリーンな燃料
燃料電池は環境に優しいことから、「クリーンエネルギー」と呼ばれます。
燃料電池は発電の際に電気・熱・水しか発生せず、大気汚染物質を排出しません。化学反応による発電のため、ほとんど騒音がないこともメリットです。
発電システムには他にもさまざまなものがありますが、仕組みによっては環境に悪影響を及ぼすことを避けられません。
例えば、火力発電は燃焼する際に大量の二酸化炭素を排出します。原子力発電は、放射性物質の処理問題や漏洩による環境破壊が懸念されています。
水力発電や風力発電は、燃料電池と同じくクリーンエネルギーですが、季節や気候に左右される点がデメリットです。
さまざまな原料が使える
燃料電池による発電に使われる水素は、さまざまな原料から取り出せます。石油・石炭・天然ガスといった「化石燃料」の他にも、薪・炭などの「非化石燃料」も原料となるのです。
さらに、廃棄物から水素を取り出す研究も進められています。将来的にはプラスチック・木質・生ごみなどからも、効率的に燃料電池の原料を得られるようになるかもしれません。
現在日本の一次エネルギーとして最も消費されている化石燃料は、今後さらに需要が増え、獲得するのが難しくなると考えられています。化石燃料に頼らず十分に発電できれば、天然資源の供給が減っても安定して電気を使えるようになるでしょう。
私たちの身近でも活躍する燃料電池
私たちの暮らしのどのようなところで、燃料電池が使われているのでしょうか。身近にある燃料電池を利用した製品を紹介します。
普及率は年々増加「家庭用燃料電池・燃料電池自動車」
2009年に世界で初めて「家庭用燃料電池」の一般販売が開始されました。給湯システムに使われる「エネファーム」です。
エネファームは、水素の原料として家庭用ガスを利用するため、二酸化炭素を全く排出しないわけではありません。それでも発電効率を考えれば、全体的に二酸化炭素の排出量を抑えられるのです。
電気でモーターを回す「燃料電池自動車（FCV）」も、まだ車種の選択肢は多くありませんが、一般に売り出されています。エンジンの代わりに、圧縮された水素タンクが搭載された自動車です。排出ガスが一切発生しない、究極のエコカーといえるでしょう。
参考：家庭用燃料電池「エネファーム」の新製品発売について | Panasonic Newsroom Japan
今後に期待！「パソコン・スマートフォン」
給湯器や自動車のような大型の製品以外にも、もっと身近な場所で燃料電池が利用されています。
例えば、パソコンやスマートフォンを充電する「モバイルバッテリー」です。外部から塩と水を加えて発電させる仕組みで、電源がなくてもデバイスへの充電が可能になります。
この燃料電池が活躍する場といえば、自然災害などにより電力の供給が受けられなくなったときでしょう。1台持っておけば、避難所で充電切れを心配することもありません。
また、これまでに燃料電池が搭載されたパソコンの試作品も発表されており、マイクロ燃料電池が内蔵されたスマホの実用化も期待されています。
燃料電池は次世代のエネルギー
燃料電池は、水素と酸素を原料とした発電装置です。電気と有害物質を含まない水のみを発生させ、さらに発電時の熱も効率的に利用できます。
近年問題になっている二酸化炭素の排出量を抑えられる点で、クリーンエネルギーとして期待が高まっています。燃料電池は環境へ悪影響を及ぼさない、まさに「次世代のエネルギー」といえるでしょう。
個人単位で使用するさまざまな製品へと普及していけば、世界が目標とするカーボンニュートラルな暮らしが実現できるかもしれません。
あなたにはこちらもおすすめ
構成・文／HugKum編集部
