水素自動車の仕組み・原理とメリット

ときどきTV番組などで耳にする「水素自動車」「燃料電池自動車」は、従来の自動車と何がどう異なるのでしょうか?また、そのメリットとは?

わざわざガソリンの代わりに水素を用いるのはなぜかといいますと、その方が環境に優しいからですね。水素自動車の排気ガスは、従来の自動車のそれと比べてほぼ無害ですし、今までと全く異なる資源を用いる事によって石油不足の問題も軽減されます。ただし、このメリットはあくまで理屈の上での話であって、そう容易く実現できるものではありませんが。

さて、水素を用いるメリットについてはおわかりいただけたかと思いますが、それはそうと水素でどうやって車を動かすのか?気になる方が多いと思いますので、その原理をご説明しましょう。

水素自動車の動力は水素を燃やす事によって発生します。それってガソリンで走る普通の自動車の仕組みとほとんど変わらないんじゃ?と思われるかもしれません。まさにその通りですが、仕組みはこれだけではありません。これと異なるもう一つの仕組みでは、水素と空気(もっと正確に言えば空気中の酸素)から生じる電気を動力として自動車を走らせます。

「水素と酸素の化学反応によって水と電気が生じる」この原理は学校の授業でも習いますので、ご存知の方も多いでしょう。もう一つの仕組みでは、この原理を利用するわけです。こちらの仕組みによって走る水素自動車の事を、燃料電池自動車と呼びます。

水素自動車の問題点・課題

従来の自動車と比較して「環境に優しい」「低騒音」「高効率」とメリット尽くしな水素自動車ですが、実用化にはいくつかの問題点・課題を解決する必要があります。

まず、水素を入手するのが容易ではありません。違う用途ならば特に問題はないのですが、水素自動車に利用するのであれば、少なくとも今現在使われているガソリンと同量かそれ以上の量が必要です。しかし、その大量の水素を一体どこから手に入れようというのでしょうか。

自然からの入手が困難であれば作り出してしまおう、という事になりますが・・・水素の生産過程において、二酸化炭素が若干発生してしまうのが大きな課題です。有害な排気ガスを出さない事が売りの自動車なのに、その燃料の生産過程で有害な二酸化炭素が発生してしまうのは、本末転倒もいいところです。

問題点・課題はそれらにとどまりません。環境面や効率面において優れた自動車であるという事は、それだけ生産コストも莫大なのです。1台あたりの価格は数十万や数百万どころの話ではなく、一個人が簡単に手に入れられるようなものではありません。リーズナブルな価格で普及するようになるのは、少なくとも10年20年先と言われています。

マツダ・トヨタ・ホンダ・BMWの水素自動車

各大手の自動車メーカーが水素自動車の研究開発を進めていますが、開発のアプローチはそれぞれ異なります。

トヨタやホンダは、燃料電池自動車と呼ばれるタイプの水素自動車を重点的に開発しています。燃料電池自動車は、水素と空気中の酸素の化学反応によって生み出した電気をその動力とします。

BMW製は、水素を直接燃焼させて動力とするタイプで、こちらのエンジンにはレシプロエンジンを採用しています。レシプロエンジンは、ほとんどの自動車に搭載されている一般的なピストン式エンジンです。BMW製は、水素とガソリンを両方使用できる切り替え式となっています。また、通常の水素の代わりに液体水素を燃料とする事で差別化を図っています。

マツダもBMWと同タイプですが、BMWがレシプロエンジンであるのに対し、マツダはロータリーエンジンを採用しています。水素ロータリーエンジンは、レシプロエンジンと比べて効率面で劣るものの、水素燃焼時のトラブルのリスクを軽減できる構造になっており、安全性に優れています。マツダ製も、BMWと同じく水素とガソリンの切り替え使用が可能です。

アイスランドと水素自動車

アイスランドはとりわけ環境への意識が高い国で、電気などのエネルギー生成に化石燃料を用いることをなるべく避け、地熱発電や水力発電など、自然からのエネルギー生成に努めています。電気エネルギーに限っていえば、この国の場合、ほぼ全てが水・地熱によるものと言ってもよいでしょう。

アイスランドは、自然エネルギーのみで暮らしていける国づくりを数十年のうちに実現しようと日々努力しています。近年進めている水素自動車や電気自動車の研究開発も、その計画の一環です。乗物の利用に関しては化石燃料である石油エネルギーに頼ってきましたが、それすらも自然のエネルギーで代用してしまおうという事です。幸いな事にアイスランドは水に恵まれた国ですので、水素・電気を燃料とした乗物の開発は順調に進んでいます。

水素を燃料とする乗物に関しては、水素自動車・水素バス・水素船の3種類の開発が進められています。まず自動車・船よりも先に、世界のどこよりも早く公共水素バスを導入しました。この水素バスは水素を燃焼させて走らせるタイプであり、水素の化学反応から生じた電気で走らせる燃料電池タイプではありません。

乗物には当然エネルギーの供給源が必要という事で、水素バスに水素を補給するステーションも導入されました。ガソリンスタンドのガソリンが水素に置き換わった施設を想像していただければよいでしょう。