New Energies, new possibilities

Bosch's contribution to the energy transition: Decentralized and environmentally friendly power generation

• Future-oriented: electricity production at Wernau plant with three fuel cell units based on SOFC technology
• Flexible: operation with hydrogen, biogas or natural gas possible
• Tailor-made: reliable and scalable small power plants from Bosch production

Bosch is opening a new chapter in the energy transition: At the Bosch training center in Wernau, Germany, a fuel cell pilot installation based on SOFC technology, short for Solid Oxide Fuel Cell, is launched. The system consists of three fuel cell devices for stationary applications, which supplement the existing power supply of Wernau plant in a CO2-saving manner and drive the further development of these decentralized energy system

Franz Untersteller, Baden-Württemberg's State Minister for the Environment, Climate, and Energy, Andreas Schwarz, Member of the Baden-Württemberg Parliament, and Armin Elbl, mayor of Wernau, were among those who accepted Bosch Thermotechnology’s invitation to attend the official inauguration ceremony.
"As you see, Bosch has recognized the enormous economic potential associated with hydrogen and fuel cell technology, both in the mobility sector and in the field of stationary energy supply. And that's not all: With hydrogen, the economic prospects complement the ecological benefits wonderfully. This technology is a key technology for climate protection," explained Franz Untersteller during the event.

Fuel cell devices from Bosch with a wide range of applications

The development of these novel fuel cell systems was only made possible by close cooperation between the Bosch Corporate Research, Powertrain Solutions, and Thermotechnology divisions. Further SOFC pilot installations for testing and validation are located at the Bosch sites in Bamberg, Homburg, Renningen, and Schwieberdingen. Demonstration facilities are also planned in Stuttgart-Feuerbach and Salzgitter.

From 2020, the Bosch Group locations worldwide will no longer leave a CO2 footprint. The further development of the solid oxide fuel cell as an efficient and sustainable energy system also plays an important role in this respect, reports Uwe Glock, chairman of the board of management of Bosch Thermotechnology: "The energy transition can only succeed if we invest in sustainable, renewable energies over the long term. For Bosch, the highly efficient fuel cell is therefore an important contribution to the reliability of supply and flexibility of the energy system of the future.”

Focus on CO2 reduction: Operation with hydrogen, eco/biogas or natural gas

With the recently adopted hydrogen strategy of the Federal Government, hydrogen will become an important energy carrier of the future.

The SOFC fuel cell can be operated flexibly with hydrogen, eco/biogas, or natural gas: "The gradual switch to hydrogen as an energy carrier over the next few years makes the stationary fuel cell particularly future-proof in terms of achieving climate targets," explains Dr. Wilfried Kölscheid, head of the Solid Oxide Fuel Cell project at Bosch.

Compared to the electricity mix in Germany, a SOFC fuel cell system saves up to 40 percent in CO2 emissions, even when operated with natural gas. If the fuel cell is operated with hydrogen or ecogas, there are no direct CO2 emissions at all. A single SOFC unit with a power output of 10 kW can cover the annual electricity demand of more than 20 four-person households. At Wernau plant, this means that the energy requirements of an industrial building within the plant can be almost completely covered by the three fuel cell units.

"With the SOFC pilot installation in Wernau, Bosch is demonstrating that a reliable, environmentally friendly and flexible energy supply can be guaranteed decentrally by systems such as the fuel cell," reports Uwe Glock. "The installation underlines our efforts to drive forward the energy transition and the associated mitigation of climate change in all energy and heating solutions from Bosch," adds Wilfried Kölscheid.

SOFC devices with an overall efficiency of more than 85 percent

In a purely electrochemical process, oxygen ions pass through a thin ceramic electrolyte from an anode to the cathode in the SOFC fuel cell, where they react with hydrogen to form water. This produces electricity with an efficiency of more than 60 percent. The additional heat generated can be used to supply heating and hot water systems via a heat exchanger. With this dual use, an overall efficiency of more than 85 percent is achieved for SOFC devices.

Tags: fuel cell, climate action, Wasserstoff

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Technical Contact:
Dr. Markus Ohnmacht M/PJ-SOFC
Telefon: +49 711 811-30926

Journalist Contact:
Anne Kaletsch TT/COM
+49 6441 418 1797

https://www.bosch-presse.de/pressportal/de/en/bosch-eroeffnet-wasserstofffaehige-brennstoffzellen-pilotanlage-am-standort-wernau-214400.html

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。

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