日産のカーボンフリーへの取り組みがガチ！ 工場をエタノール燃料の燃料電池で稼働させる仕組みを公開
いまの世は、限りあるエネルギーを有効に無駄なく活用して、自然への影響を最小に留めることが、活動の最重要課題になっています。
自動車でいうと、実用性を犠牲にしないで消費する燃料をできるだけ少なくしつつ、排出する熱や環境に影響のある成分を限りなくゼロにしようと各メーカーが取り組んでいます。 自動車の環境対応具合は、私たち消費者が身近なシーンで運用していることから注目度が高いのですが、自動車を生産している工場では、自動車単体とは桁の違う量の燃料を消費して製造をおこなっていますので、生産現場での環境対応もメーカーとしては製品に負けないくらい重要な要素として取り組みを行なっています。 今回、日本の主要自動車メーカーの一角である「日産自動車」が、生産サイドでの環境対応のカナメとなる新技術を発表しました。 その新技術の概要と、取り組みの可能性について話を聞いてきましたので、ここで紹介していきましょう。
■日産が将来の生産用エネルギーのカナメとして据えたのは「SOFC」
「SOFC」というのは日本語に直すと「固体酸化物形燃料電池」となります。つまり日産では、近い将来……具体的には25年後の2050年までに、工場を稼働するエネルギー源をすべて電気に切り替えようとしています。家庭でいう「オール電化」を工場全体で行おうとしているのです。
■燃料電池のおさらい
「SOFC」も、ザックリいってしまうと自動車のエネルギー源として使われている「燃料電池」と原理は同じものです。 「SOFC」の紹介の前に、「燃料電池」とはどういうものかをおさらいしておきましょう。 「燃料電池」というのはその名のとおり、燃料を使った化学反応で電気を発生させる電池のことです。電気を発生させるもっとも一般的な方法は、オルタネーターという磁石とコイルを組み合わせた発電装置を回転させておこなうものです。発電所ではそのダイナモをまわす動力を、石油やガス、または原子力などを使った熱エネルギーで、あるいは水力や風力などを使って作動させています。 電気自動車では発電所でつくられた電気をバッテリーに溜めて、その電気で動かしています。自動車からは温室効果ガスは発生しませんが、発電所からは少なからずガスを発生させているので、トータルで見るとゼロエミッションとはいえないという見方が多いと思います。 それに対して「燃料電池」というのは、（燃料電池の）マイナス電極に供給された水素ガスがまず水素イオン（H+）と電子（e-）に分離します。このとき電子（e-）は外部回路を通ってプラス電極へ電流として流れます。そしてプラス電極に供給された酸素が電子を受け取って酸素イオン（O2-）となります。この酸素イオンと、電解質層を伝ってプラス電極へ移動してきた水素イオン（H+）が結合して水（H2O）になり、排出されます。 はい、これでは電気が発生する仕組みがよくわかりませんね。重要なのは、水素から分離した電子がマイナス電極からプラス電極に流れるという部分です。この流れはつまり電気の流れ、要は電流が発生＝電気エネルギーが発生しているというわけです。 発電に必要な物質のうち、酸素は大気中から調達されるので、用意する燃料は水素となります。自動車用燃料電池では生成された水素を専用のタンクに補充して用いられるのが現在の主流となっています。
■じゃあ、「固体」燃料電池ってなに？
上の説明では単に「電解質」と記していますが、もっともオーソドックスなのは塩水などの液体です。自動車の鉛バッテリーでは希硫酸が使われていますが、液体では万が一に破損したときに液が漏れて2次被害が起こる恐れがあるので、自動車のバッテリーでは電解質を（半）固体にした「ドライバッテリー」というものも売られていますね。 それは燃料電池でも同じで、電解質を液体から固体に置き換えたものが「固体燃料電池」というわけです。その電解質に使われる材質は被方式の違いによりいくつかにわかれますが、自動車用の燃料電池は「ポリマー（高分子）」が使われる「REFC」という方式が主力となっています。
■日産独自開発の技術による「SOFC」とは？
「SOFC」とは「Solid Oxide Fuel Cell」の略で、日本語に置き換えたものが「固体酸化物形燃料電池」となるのは前述しましたが、「固体燃料電池」には自動車用の「PEFC」や、積層形の「SOEC（固体酸化物形電解セル）」などがあり、それぞれ一長一短、用途に合わせた活用の研究が行われているようです。 日産の開発した「SOFC」の注目したい特徴は以下の4点です。 1. 直接の水素ではなく、エタノール（や天然ガス）などの燃料を使うことができる 2. エタノールの生成に用いるソルガムが原料として優秀 3. 高温で作動させるので、発電効率に優れる 4. 使用する金属素材の寿命が長くできる 1：直接の水素ではなく、エタノール（や天然ガス）などの燃料を使うことができる 日産の「SOFC」の最大の特徴がエタノールを燃料とすることです。「PEFC」や「SOEC」は精製された水素を燃料として使用するので外部から水素を調達する必要がありますが、日産の「SOFC」は一般に燃料として用いられているエタノールを燃料とする方式のため、水素に比べて調達の自由度が高く、応用の幅も広いのが特徴です。 2：エタノールの生成に用いるソルガムが原料として優秀 そして、そのエタノールの原料を、イネ科の植物である「ソルガム」を採用することで、自然由来の「バイオ・エタノール」としている点にも注目です。このプロジェクトの推進のテーマのひとつに「エネルギー調達のすべてを自社と協力企業でまかなう」というのを掲げていて、その実現にもっとも適しているのがこの「ソルガム」を使った「バイオ・エタノール」というわけです。 「ソルガム」の特徴のひとつは生育が早いことで、年間で複数回の収穫が見込め、土壌の有効活用につながります。また、燃料に使用しない実の部分は食料に活用でき、搾汁後の絞りカスも「バイオマス発電」に活用できるなど、無駄がありません。 そのソルガムの調達は、共同開発を行なった「バイネックス株式会社」から行います。すでにオーストラリアにて年間30万キロリットルのバイオエタノールを生産できる広大な農地を確保してあるとのことで、「SOFC」の本格稼働時までには船舶などの、燃料を輸送する手段も自社で発電した電力で賄うという構想もあるそうです。 3：高温で作動させるので、発電効率に優れる 日産の「SOFC」ではエタノールを高温で水素に改質させるプロセスを踏むので、発電を高温（600～800度）で行えるため、発電効率が高い。（「PEFC」が60％程度なのに対して70％を実現） 4：使用する金属素材の寿命が長くできる 直接水素を燃料とする「PEFC」に対して「SOFC」は化学反応のプロセス（電子の流れ）が逆向きの方式のため、セルの基幹素材の寿命が長くできるのもメリットのひとつ。「SOEC」ではその「サポートセル」というパーツが、稼働状態により劣化してしまう問題が懸念事項だそうで、「SOFC」ではその劣化点を大幅に遅くできるとのこと。 ちなみに現在の「サポートセル」の素材には専用開発のセラミックが使われていますが、衝撃に強くないという点と、起動停止の反応がまだ改善の余地があることから、将来的にはより優れた材質の「メタル・サポートセル」を鋭意開発中とのこと。
■2050年の目標に向け、第一歩を踏み出した
前述のように、日産では2050年までにすべての生産拠点での発電をこの「SOFC」でまかなうという目標を掲げていています。 今回の発表では、その目標達成の第一歩ということで、2024年の2月末に初めて「SOFC」を中核とした独自の「e-Bio Fuel Cell」燃料電池システムを稼働させ、初めての発電を実現したとのことです。 実際、いまはまだ実験段階の域を出ていないということもあって、その発電能力の数値は3kWという微々たるものですが、完全自社開発による、将来の日産の生産を支える装置のシェイクダウンということで、開発に携わったスタッフの感慨もひとしおでしょう。 今後の展望としては、2027年までにメタル・サポートセルの実現で発電量を5kWに向上、2029年には4倍の20kWに、そして目標年である2050年までにはシステムの増産を本格的に進めて、日産のすべての生産拠点の電力をまかなう450GW／年※という膨大な発電量を実現するとのことです。 ※ざっくり30億世帯分の年間消費電力量相当
■栃木工場の見学では、鋳造ラインの電化が進んでいた
「e-Bio Fuel Cell」燃料電池システムの発表会のあと、実際の工場での電化に向けての取り組みも披露してもらいました。生産プロセスのなかでもっともエネルギーを消費（鋳造セクションだけで、栃木工場全体の50％を占める）するアルミの鋳造工程では、従来のガス釜によるアルミの溶融から、徐々に電気釜の溶融に切り替えているのを目の当たりにすることができました。 電化することで鋳造プロセスと溶融釜が隣接できるため、設置スペースが少なくでき、熱の損失が最少で済み、CO2の排出は45％削減できているとのこと。 生産の現場を見学して、着々とカーボンフリーの実現に向けて歩みが加速していることが実感できました。このペースなら、5年、10年後には想像を超える変化が訪れていることでしょう。そのときにまた見学をしてみたいものです。
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日産のカーボンフリーへの取り組みがガチ！ 工場をエタノール燃料の燃料電池で稼働させる
いまの世は、限りあるエネルギーを有効に無駄なく活用して、自然への影響を最小に留めることが、活動の最重要課題になっています。 自動車でいうと、実用性を犠牲にしないで消費す
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