水素エンジン

水素エンジンについてのご質問は、こちらをご覧ください。概要から詳しい情報まで幅広くご案内しています。

高まる水素エンジンへの関心

水素と水素エンジンは、ビジネス界隈、マスコミ、政府の間で注目の的になっています。もちろん正当な理由があり、世界で温室効果ガスを削減し、ネットゼロを達成する必要性はかつてないほど高まっています。そして、水素燃料は非化石エネルギーの担い手として、非常に高い可能性を秘めています。

電気部門では、水素燃焼タービンのような電力と水素の変換技術の開発が急速に進んでいます。運送業では当初、水素を使用した燃料電池電気自動車(FCEV)に注目が集まっていました。最近になって、内燃機関エンジンによる水素自動車にも関心が寄せられており、特に中型および高負荷トラック用でその傾向が高まっています。

水素エンジンは、無炭素水素燃料を使用したFCEVによりネットゼロの目標達成を叶えます。また、自動車メーカーや船舶、運転者にとって馴染みの深い技術を使用してそれが可能です。

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水素エンジンの環境に対するメリット

水素内燃エンジンを搭載した自動車は、使用する水素の原料に応じて、直接的または間接的に、水素燃料に由来するCO2を排出せずに走行できます。

たとえば、太陽電池パネルまたは風力タービンでで作られた電気を使用した電気分解で生成された水素により、CO2を使用せずに運転が可能です。また、水素燃料は粒子状物質や一酸化炭素、揮発性有機化合物を一切放出しません。

ただし、水素エンジンは、夏場に大都市圏で見られるもやの原因となる大気汚染物質のNOx(酸化窒素)を放出する可能性があります。排出されるNOxの多くは、後処理システムを使用して除去されます。

米国では、中型および高負荷のトラックをクリーンな水素に切り替えることで、輸送業からの温室効果ガスの4分の1近くを削減できるとされています。

 

水素エンジンの図表

 

ネットゼロ達成における水素エンジンの役割

再生可能資源を原料とする水素は、排ガスゼロの自動車燃料のひとつです。

さまざまな低炭素や無炭素技術の中でも、水素エンジンには、自動車メーカーや車両にとって独自のメリットがあります。水素エンジンは、現在の信頼性に優れた最新の内燃エンジンをもとに作られています。自動車メーカーにとって、車両の設計および製造で馴染みのある技術です。同様に、車両を利用する側から見ても、運転や保守、問題解決、修理でこれらの技術を使い慣れています。

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水素内燃エンジンへの移行

水素エンジンは信頼性に優れた馴染み深い技術で、環境面のメリットもあります。このため、業務および経済の面で水素エンジンへの移行は有望視されています。

一方、水素エンジンへの移行で問題となり得る点が2つあります。

まず一点目は搭載する貯蔵設備です。水素自動車は、水素を貯蔵する低コストの設備を必要とします。カミンズはこのほど、水素の貯蔵および水素貯蔵タンクの輸送をリードするNPROXX社と合弁事業を立ち上げました。この事業により、オンハイウェイおよび鉄道向けに、水素ならびに圧縮天然ガスの貯蔵製品を提供していく予定です。

二点目は、燃料補給のためのインフラです。水素を利用した自動車やトラックは、水素が利用可能な範囲でしか運転できません。トラック輸送は初期の使用事例としてうってつけです。これについては、次の項で詳しくご説明します。

水素エンジンの初期の用途

水素エンジンを大量に採用するとしたら、どのタイプの車両が適切でしょうか?

数十年にわたって想定されてきたのが自家用車ですが、バッテリー式電気技術の方が自家用車には向いているでしょう。

中型および高負荷の車両の方が、水素燃料電池や水素エンジンに目を向ける可能性が高いでしょう。おそらくこの先十年で、水素で走るバスや長距離トラックが目につくようになります。これらはバッテリー式の電気バスや電気トラックを補完する存在となり、特定の業務の特性や用途において、コストおよび運用の面で有望なオプションでもあります。

水素エンジンを搭載したオフロード、建設機材、農業機械、さらに船舶までもが、珍しくなくなるでしょう。使用事例と業務の特性上、これらは電化するのが難しい用途になると言えます。

発電もまた、近い将来に水素エンジンが使用される事例です。

輸送業における水素エンジンの使用例

実用化が近づいてきた水素エンジンの輸送業における使用例をご覧ください。

水素エンジンの使用例

水素経済の先駆けとなる水素エンジン

水素経済は、地球温暖化および化石燃料の枯渇に対する社会全体の解決策です。

水素経済では、化石燃料に代わって再生可能資源から生成された水素が使用されます。

この方向に進む上で、大きな妨げとなっているのが堂々巡りの議論です。水素が幅広く使用されるには、水素燃料がどこでも入手可能にならなければなりません。そして、水素の利用が一般的になれば、水素燃料が入手しやすくなります。

幸いなことに、水素の補給拠点の大規模なネットワークがなくても、水素エンジンの利用が有望な用途があります。

たとえば、水素エンジンを利用した長距離トラック輸送は、主要な輸送経路に水素補給拠点が数か所あれば実現可能です。水素エンジンの利用によって水素がもっと入手しやすくなり、水素の利用がさらに増えるという好循環が始まるのは夢ではありません。

水素エンジンと燃料電池

水素エンジンと水素燃料電池は、水素を利用して自動車を動かすという同じような機能を果たしますが、非常に異なる技術です。

この2つはお互いを補完する技術で、用途が異なり、エンドユーザーの要件もそれぞれ異なります。

燃料電池は高度な新しい技術です。

水素エンジンは、単に内燃エンジンを改造したものです。片方の水素補給のインフラは、もう一方にも使用できます。また、より低コストの車載用水素貯蔵設備の開発の成果は、どちらにも問題なく利用可能です。

水素エンジンと燃料電池:類似点と違い

しくみから使用事例、排ガスにいたるまで、水素エンジンと燃料電池の類似点と違いについて概要をご説明します。

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