New Energies, new possibilities

ブラザー工業は2020年7月6日、瑞穂工場（名古屋市）の敷地に自社開発の燃料電池「BFC4-5000-DC380V」を設置し、稼働を開始したと発表した。電気とともに発生した熱を、食堂やオフィスなどが入る第14工場に供給する。

設置した燃料電池システム（クリックで拡大） 出典：ブラザー工業

　出力4.4kWのBFC4-5000-DCは、2018年に販売を開始。水素と空気中の酸素を反応させて電気を生み出し、水だけを排出する。環境に配慮したシステムとなっており、高い安全性と安定性を備え、IoT（モノのインターネット）にも対応する。

燃料電池システムの仕組み（クリックで拡大） 出典：ブラザー工業

　現在は非常用電源として活用されているが、電気の他に熱も生み出すことから、将来的にはコージェネレーションシステムとしての利用が想定される。今回の設置はそうした用途拡大に向け、自社内で発電、発熱状況のデータを取得することを目的とする。システムの稼働により4.4kWの電気に加え、4.5kW相当の熱も発生させ、1日8時間の稼働で最大70kWhのエネルギーを供給する。

第14工場（クリックで拡大） 出典：ブラザー工業

https://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/2008/04/news018.html

「道の駅なみえ」に納入した3.5kW「H2Rex™」（出所：東芝エネルギーシステムズ）

東芝エネルギーシステムズ（神奈川県川崎市）は8月3日、福島県浪江町の「道の駅なみえ」に、水素を直接用いて発電し、発生する熱も有効活用する純水素燃料電池システム「H2Rex TM」を納入したと発表した。10月頃に稼働する予定。

「道の駅なみえ」は一部施設が8月1日にオープンした。7月に本格稼働した世界最大級の水素製造装置を備えた「福島水素エネルギー研究フィールド（FH2R）」から車で10分弱の場所にある。同システムで使う水素は、FH2Rで製造され、カードルに充填し運搬される。

https://www.kankyo-business.jp/news/025726.php

水素利用に向けて2017年1月に開催された世界経済フォーラム（通称ダボス会議）で発足した水素評議会（Hydrogen Council）の存在はあまり知られていない。当初はエアリキッド（Air Liquide)、アルストム（ALSTOM)、アングロアメリカ（Anglo America)、BMW、ダイムラー、エンジー（eNGie)、本田技研工業、ヒュンダイ自動車、川崎重工、ロイヤル・ダッチ・シェル、リンデグループ（The LINDE GROUP)、トタル（TOTAL)、トヨタ自動車の13社で始まり2018年９月にエアバス、エアプロダクツ、カミンズ、EDF、フォルシア、ジョンソンマッセイ（Johnson Matthey)、KOGAS、SINOPEC、ティッセンクルップが参画し、サポートメンバーには三菱重工、三井住友銀行などが加わった。活動指針は「水素エネルギーの利用促進を図ること」である。


　水素評議会はさまざまな活動を行なっている。同時に同評議会参加企業は個々に水素社会への試みを始めている。そして、ドイツの自動車メーカーは独自に水素利用のための研究開発を進めている。CO2フリー、つまり「結果的にCO2を増やさない燃料」の開発である。そのなかで将来の最有力候補に挙げられているのがH2（水素)とCO2（二酸化炭素)の合成液体燃料、e-fuelだ。産業レベルで発生する余剰水素をCO2と合体させ、再生可能エネルギーを使ってe-fuel作るという試みである。

水素と二酸化炭素でCH4（メタン）を精製する。（PHOTO：AUDI）

　e-fuelと呼ばれるもののなかには、再生可能エルギーで水を電気分解してH2を得る方法や、e-gas と呼ばれるCH4（メタン)燃料の精製もある。要は自然エネルギーと廃棄物を使って燃料を作り出してICEV（内燃機関自動車）を走らせるという、カーボンニュートラル自動車社会の実現が狙いである。

　e-fuel のメリットは、既存の自動車部品産業、車両工場、ガソリンスタンドなど給油施設、アフターサービスネットワークといった産業インフラをほぼそのまま利用できることだ。つまり、実用化への過程で「新規投資がそれほどかからない」と推進派は主張している。

　いま、EUではBEVとPHEV（プラグイン・ハイブリッド車)、外部から電力を充電することで走行するECV（Electrically Chargeable Vehicle)を増やすための活動がEU政府の音頭取りで進められているが、これに必要なバッテリー（繰り返し充電が可能な2次電池）の供給はほとんどがアジア企業に牛耳られている。この分野でEU企業の存在感は限りなくゼロに近い。

　さらに、ECV普及が進めば、将来的に廃棄バッテリーが大量発生する。これを回収し資源として再利用できるようなリサイクリングを行なうには、そのためのシステム作りが必要であり、同時に再生工程にはエネルギー使用が必ず伴う。すでに電池の極材であるリチウム、コバルト、リン酸鉄などを個別回収できるシステムは整備可能だが、その回収・再生コストは確実に中国製の新品電池価格を上回ってしまう。これではビジネスモデルとして成立しない。

　また、EU政府は現在「走行段階で排出されるCO2」だけを問題にしている。製造から廃棄まで、あらゆる段階でのCO2発生に配慮するLCA（Life Cycle Assessment）の考え方は導入されていない。そのためBEVはすべて「CO2排出ゼロ」とカウントされる。「それはおかしいんじゃないですか？」という反論はすでに存在する。そしてe-fuel についてはVWグループのアウディやBMW、ダイムラーといったドイツ勢が本格的な取り組みを始めている。

BEVではEUの雇用を守れない　では、ドイツはどうするか？

　BEVではEUの雇用を守れない……これは経済人ならだれもが納得する論理である。昨年秋以降、ドイツ、フランス、イタリアの自動車メーカーはBEVラインアップを急拡大させている、しかし、搭載されているLiB（リチウムイオン２次電池)は中国、日本、韓国の企業が供給している。「EU内に自前のLiBメーカーを作ろう！」とドイツ製が中心になって「電池のエアバス（国際共同開発を進めてきた旅客機メーカー）構想」をぶち上げたものの、他国企業はついてこない。ECV製造原価にLiBが占める比率はもっとも高いのだが、EU政府は動こうとしない。

　そこで、しびれを切らしたドイツの自動車メーカーは、エンジニアリング会社とも連携しe-fuelの実現へと歩み始めた。e-fuelならEU企業だけで完結できる。EU域内のCO2削減目標実現にも寄与できる。そういう判断である。

　かつて1990年前後に、次世代自動車エンジンのメインテーマのひとつとして研究が進んでいた水素エンジンは、LiBという電池分野に生まれた起死回生策によって急速に下火になった。同様に、水素を発電燃料に使うFC(フューエル・セル＝燃料電池)をクルマに積んで走らせるFCEV(燃料電池電気自動車)への世界的関心度も低くなった。この方針転換が中国に「電動化で自動車強国になる」という野望を抱かせ、中国政府は新興LiBメーカーを育てた。

　その代表例が寧徳時代新能源科技（CATL)であり、単価の安さに目が眩んだ欧州の自動車メーカーが一斉に同社と購買契約を結んだ。自動車メーカーや自動車産業のないノルウェーは中国の比亜迪汽車（BYD Auto）から電動バスを購入し路線バスに使い始めているが、自動車産業を持つ国ではそうはいかない。車両まで中国に牛耳られたら自動車産業は弱体化する。

　もっとも、EU政府が進めるCO2削減政策に対しては疑問の声が少なからずあがっていた。とくに自動車産業でからは、前述のように「BEVではEUの雇用を守れない」との問題提起が多い。さらにBEVそのものについても疑問視する声があがるようになった。今年６月、調査・コンサルティング企業のFVVがBEVの「CO2削減効果」についてレポートを発表した。その内容が非常に興味深い。

Impact of electric vehicles on the cross-sector CO2 residual budget（Frontier Economics）

注：この資料はFrontier Economicsが作成しFVVが引用した。

　まず①2020年代を通じて1050万台のBEVが普及すると年間1300万トンのCO2削減が可能。②その削減効果は2030年までに6500万トンにおよぶ。同時に③ICEV（インターナル・コンバッション・エンジン・ビークル＝内燃機関エンジン搭載車）の減少によりウェル・トゥ・タンク＝ＷｔＴ、ガソリン／軽油の精製からその運搬という「車載タンクまで」の過程でのCO2排出も880万トン減る。

　しかし④発電〜送電〜充電というエレクトリシティ・セクター（発電領域）でのCO2は5110万トンが見込まれる。この計算は、現在の再生可能なグリーンエネルギーのシェアが2020年代をとおして着実に増えるという前提でのものだ。また⑤BEVの生産および車両廃棄段階での解体・再資源化に伴うCO2発生は、同数のICEVの場合に比べて1480万トン増加する。同時に⑥充電インフラへの投資などエネルギーおよび産業セクターへの追加投資が360万トンのCO２発生をもたらす。

　つまり、CO2削減効果としての6500万トンと880万トンは、途中でそのほとんどが目減りして⑦最終的にはわずか390万トンの削減にしかならない。その流れをFVVは示した。多額の投資が必要な割には実入りが少ないという結論を導いたのである。

　一方、VW（フォルクスワーゲン)はプラットフォームから完全に新設計したBEV「ID.3」の発売を前に、逆説的な啓蒙を行なった。そのなかのひとつがこのグラフである。ID.3を１台製造するときのCO2排出を、EU域内での生涯走行距離20万kmと仮定したときに「どのパートがどれくらいを占めているか」を示したグラフだ。ごらんのようにバッテリー製造で発生するCO2がダントツに多い。

　すぐにわかるのはディーゼル車と風力発電利用のBEVとの違いだが、現状でのEU-28（英国も含めたEU加盟28カ国)平均という発電方法ミックスでは、意外にディーゼル車に対するID.3のアドバンテージが小さい。そしてドイツ国内での発電ミックスではディーゼル車とID.3ほぼ同等という結果だ。EUでも石炭・褐炭・泥炭を使った火力発電は2019年実績で全体の33.3％とまだ多い。同様に、このグラフを見るかぎりでは中国政府が進めている「新エネルギー社普及」政策は、CO2発生の抑制が狙いでないことは一目瞭然である。

VWのEVブランド、ID.。その第一弾がID.3である。

　VWはディーゼル排ガス不正問題で世の中から袋叩きにあった。電動車普及に本気であることを示すためIDシリーズをこれからどんどん世の中に送り出す。しかし、こういうメッセージを添えた。婉曲的な表現を使っており、けして明言したわけではないが、本音は以下のようなものと推察される。


「BEVが欲しい方には提供します。車両価格を極力抑えて性能は妥協していません。ドイツの一部地域では100％再生可能エネルギーによる電力をID.3に充電していただけるオプションを設定しました。しかし、このオプションは地域限定です。で、こう言っては何ですが、ディーゼル車にお乗りいただいても、まったく後ろめたいことはないのですよ、みなさん」

VWのID.3を生産する工場。EVは製造過程でのCO2排出量が多

「道路輸送からの有害なCO2排出を大幅に削減するために、さまざまな技術と燃料が現在検討されている。科学的な観点から、運行段階での直接排出だけでなく、車両の生産、エネルギー源や燃料の生成、それらの配送、および最後に排出される温室効果ガスも考慮する必要がある。とくに、車両の寿命末期におけるリサイクリングだ。通常LCAと略されるライフサイクルアセスメントの方法は、最終的かつ全体的なバランスシートを作成する手段としての地位をすでに確立している。ここでのひとつの課題は、LCA研究の結果が、行われた仮定に大きく依存することだ」

　FVVが言いたいのは発電方法やLiB製造方法である。EU政府が語る「もっともらしい数字」は、その前提をひとつ変えるだけで水泡に帰すという、自動車排出CO2分野でのLCA視点の欠如である。果たしてEU政府は、2023年に予定されている再検討作業でLCA視点を導入するだろうか。
　この件についてはあらためて取り上げたいと思う。

motor-fan.jp/article/10015735?page=2

かつて、マツダは水素／ガソリンのバイフューエル使用ロータリーエンジンを開発、販売していた。水素と相性がいいとされるロータリー、その理由を探る。
TEXT：松田勇治（MATSUDA Yuji）

「次世代エネルギー」候補として、期待が寄せられているもののひとつに水素がある。この水素を自動車用エネルギーとして用いる場合、道はふたつある。ひとつは燃料電池（FuelCell）スタックを介して発電し、その電力でモーターを駆動して走る燃料電池車（FCV）。そしてもうひとつは、水素を内燃機関で燃焼させて走る、水素エンジン車だ。

　今日に至るEV、FCVなどの開発が活性化した直接のきっかけは、1990年に制定された米国のクリーン・エア・アクトと、CARB（California Air Resource Board）が発表したZEV（Zero-Emission Vehicle）に至るプログラムである。世界中の自動車メーカーの間で、EVならびにFCV開発ブームが起こった。この流れを受けて、マツダもZEV開発に取り組む。2001年にはバラード社製のFCスタックを搭載し、メタノール改質方式を採用した「プレマシーFC-EV」で国土交通省の大臣認定を受けてナンバープレートを取得、FCVとしては日本初の公道走行試験を実現した。

した。

プレマシーFC-EV

同じ時期、マツダ内部では水素内燃機関の研究も行なわれていた。FCVが完全なゼロ・エミッションであるのに対し、水素内燃機関は若干のNOxなどが生じてしまう。そのネガゆえ、ZEVの本命をFCVとしていたが、実現性を念頭に置いた場合、水素内燃機関ゆえのメリットも大きいのではないか？との発想から、研究が続けられていたのだ。

　たとえば、FCVの場合、燃料として用いる水素には99.99%の純度が求められる。このレベルに純度を上げるためには、それなりのエネルギーが費やされる。対して水素内燃機関は70~80%の純度で十分に対応できる。水素供給インフラが十分に整っていない現状、FCVでは燃料系の針が半分程度になると、どうしても不安感が先に立ってしまいがち。しかし水素内燃機関なら、水素とガソリンを切替えて作動する「デュアル・フューエル」仕様の実現が可能だ。

　このような見解から、レシプロとロータリーエンジンの両面で基礎研究が進められた結果、「水素の特性上、REにメリットがある」との判断に至り、以後、水素REの研究・開発が本格的に始まった。

2003年の東京モーターショーに技術参考展示として出展された、水素REの将来像。電気アシストターボチャージャーとハイブリッドシステムを組み合わせていた。

　レシプロに対するREのメリットとは何か？　水素内燃機関の実現において最大のネックになっていたのは、水素の最小点火エネルギーの小ささだ。ガソリンの最小点火エネルギーが0.24mJであるのに対し、水素は0.02mJ。つまり10倍着火しやすい。

　通常のレシプロエンジンは吸気室=燃焼室で、さらに高温となるバルブ類が室内に露出している。水素を入れた瞬間、燃焼室自体の高温によって着火してしまい、異常燃焼（バックファイア）が起こりがちなのがネックだ。対して、吸気室と燃焼室が分離しているだけでなく、バルブ類も存在しないREなら、異常燃焼の問題をクリアしやすいのではないか？

「たとえば、水素用インジェクターはガスのインジェクターなので、噴射ボリュームを確保するにはある程度の径が必要になってしまい、レシプロエンジンでは置き場所に苦労します。しかしREならトロコイド上部に広大な場所があって、しかもこの部分は燃焼に直接晒されないので、水素を吸気する場所として、とても都合がいいのです（プログラム開発推進本部 開発主査 柏木章宏氏）」

　水素が持つ燃焼速度の速さも、REに向いている。ガソリンのλ=1時の層流火炎伝播速度が40cm/秒なのに対し、水素は265cm/秒。ガソリンでは燃焼が不可能なλ=2の状態でも、水素なら48cm/秒で燃焼する。条件によってはもっと速くなってしまうが、音速を超えない限り、この特性もREにとって好都合だ。REの作動室は縦長の形状であるため、層流火炎がすみずみに行き渡るまでに時間がかかる。しかし着火性がよく、早く燃える水素なら、燃焼特性の改善という点でもマッチングがいいわけだ。

　相性の良さは、具体的には排気量あたりの出力の高さとなって表れる。“市販”されていたRX-8ハイドロジェンREが搭載する水素RE（基本部分はRENESIS13B-MSPのまま）は、総排気量654cc×2で、水素使用時の最高出力109ps、最大トルク140Nm（14.3kgm）を発生する。

RX-8ハイドロジェンRE

RX-8ハイドロジェンREが搭載する水素REの概要。基本構造はRENESIS13B-MPSと同様で、吸気室上部に水素インジェクターを追加した構成だ。ガソリンはポート噴射。燃料は運転席足元にあるスイッチで任意に切替えられる（ガソリン→水素は停止時のみ切替え可）。

RX-8ハイドロジェンREのコンポーネント構成図。水素タンクは車体後部、ラゲッジスペースとなる部分を占有する形で収められている。

motor-fan.jp/tech/10015753