New Energies, new possibilities

COLONIE — Hydrogen fuel cell maker Plug Power says it is in "discussions with multiple locations" to build a new fuel cell and electrolyzer factory that would open next year.

The so-called gigafactory would be much larger than its existing local assembly facilities in Latham and Clifton Park. Plug Power's fuel cells are mainly used in forklift trucks operated in warehouses by companies like Walmart and Amazon.

https://www.timesunion.com/business/article/Plug-Power-planning-new-gigafactory-although-15464647.php

What happened

Plug Power (NASDAQ:PLUG) is looking pretty electric this morning, rising 17.5% through 11:20 a.m. EDT trading in the wake of an early-morning earnings report that showed the fuel cell maker beating earnings estimates with a stick.

Expected to lose $0.10 per share on sales of no more than $59.5 million in Q2 2020, Plug just reported that it lost only $0.03 per share -- and did $68.1 million in business.

So what

Granted, a loss is still a loss. But Plug's per-share loss in Q2 2020 was barely a third of its $0.08-per-share loss in Q2 2019.

Granted, too, part of the reason Plug's per-share loss was lower, was because it was divided up among many more shares outstanding. Plug diluted its shareholders heavily over the past year, with its shares outstanding count jumping 37%. But even undivided, the total of $8.7 million Plug lost this past quarter was less than half the company's $18.1 million quarterly loss of last year.

Now what

On top of all that, Plug issued new near-term guidance for $110 million to $115 million in "gross billings" in Q3 2020 (up about 55% over Q2 levels), and reaffirmed its very-long-range objective of growing to $1.2 billion in annual revenue, and $200 million in operating profit, by 2024.

2024 may be a long way off, but Plug says it's "on track" to deliver those numbers.

Munich, August 5, 2020 – Emission-free flight is a central goal of civil aviation. Emission-free air transport could be achieved in the long term by converting hydrogen into electricity. This would enable the environment-friendly electrification of propulsion systems. The German Aerospace Center (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR) and MTU Aero Engines are focusing on a fuel cell propulsion system, which they will jointly develop and validate. A Do228 will be used as the flight demonstrator. On 5 August 2020, the partners signed a Memorandum of Understanding (MoU) at the DLR site in Oberpfaffenhofen.

The MoU was signed by Prof Rolf Henke, DLR Executive Board Member for Aeronautics Research and Technology, and Lars Wagner, Chief Operating Officer at MTU Aero Engines. “Although great progress in the performance and lifespan of fuel cells has been made in recent years, there is still a considerable need for research into their use in aviation,” said Henke. “This planned joint research-industry project is the first of many steps towards emission-free aviation.” Lars Wagner adds: “As things stand today, fuel cells utilising sustainably produced hydrogen offer the greatest long-term potential for realising emissions-free aviation. We believe that they could offer sufficient performance and range for regional, short- and medium-haul aircraft.”

In order to develop and validate such technology, the partners plan to equip a Dornier 228 aircraft with a hydrogen-powered fuel cell and an electrical, single-sided propeller engine with over 500 kW shaft output, and flight test it over the coming years. Apart from water, fuel cells have no emissions and are highly efficient. The aim of the joint technology project is to develop a complete drive train suitable for aviation (power line) and its cooling (cooling line). The electrification of the powertrain is a core technology that serves to prepare a flying fuel-cell-based propulsion system. The partners are aiming for the maiden flight of the Do228 demonstrator to take place from 2026 onwards.

DLR is managing the flight project and providing and operating the research aircraft. It is also responsible for the integration and certification of the powertrain. The research institute will also offer its expertise in the fields of flight testing and aircraft aerodynamics and aeroelasticity. In its role as a partner to industry in the joint project, DLR is therefore contributing its overall system expertise. MTU is tasked with the development of the complete powertrain powered by a hydrogen fuel cell. All work and integration processes will be carried out jointly and in close coordination. Up to 80 experts will be involved.

“The flying test platform will provide important insights that we can use for the further development of electric and hybrid-electric powertrain systems and reduce the ecological footprint of aviation to zero," said Henke. On behalf of MTU, Wagner added: “The development of an airworthy fuel cell and the experience and data acquired as a result, including in the fields of aviation regulation and certification, will prove vitally important to ongoing product development.”

About MTU Aero Engines

MTU Aero Engines AG is Germany's leading engine manufacturer. The company is a technological leader in low-pressure turbines, high-pressure compressors, turbine center frames as well as manufacturing processes and repair techniques. In the commercial OEM business, the company plays a key role in the development, manufacturing and marketing of high-tech components together with international partners. Some 30 percent of today’s active aircraft in service worldwide have MTU components on board. In the commercial maintenance sector the company ranks among the top 3 service providers for commercial aircraft engines and industrial gas turbines. The activities are combined under the roof of MTU Maintenance. In the military arena, MTU Aero Engines is Germany's industrial lead company for practically all engines operated by the country's military. MTU operates a network of locations around the globe; Munich is home to its corporate headquarters. In fiscal 2019, the company had a workforce of more than 10,000 employees and posted consolidated sales of more than 4.6 billion euros.

東京ガス株式会社
京セラ株式会社
東京ガス株式会社（社長：内田 高史、以下「東京ガス」）と京セラ株式会社（社長：谷本 秀夫、以下「京セラ」）は、世界最小サイズ※1の家庭用燃料電池コージェネレーションシステム「エネファームミニ」を協業により製品化し、2019年10月30日より販売を開始します。

京セラは、ダイニチ工業株式会社(社長：吉井 久夫)、パーパス株式会社(社長：髙木 裕三、以下「パーパス」)と共同開発※2した「燃料電池ユニット(貯湯タンク内蔵)」を京セラブランドとして東京ガスに供給し、東京ガスはパーパス製の「熱源機」と組み合わせて販売します。

【本製品の外観】

【製品の主な特長】
1. 世界最小サイズ※1を実現
発電の主要構成機器であるセルスタックや貯湯タンク容量の小型化により、エアコン室外機と同等の大きさの世界最小サイズ※1を実現しました。設置条件※3を満たすことで、奥行き500㎜スペースへの設置ができるため、これまでエネファームを設置できなかったお客さま宅でも採用が可能となります。

2. エネルギー負荷に合わせた定格発電出力(400W)と省エネ性
発電効率の高い固体酸化物形燃料電池(SOFC)を採用し、定格発電出力を400Wとしました。年間のCO2排出量でおよそ1tの削減効果が見込め※4、高い省エネ性を実現します。

3. レジリエンス機能を標準搭載
エネファームミニが発電中に停電が発生しても、発電を継続します※5。停電時専用コンセントからテレビ、携帯電話の充電ができ、給湯※6や床暖房の使用も可能です。

4. IoT対応※7
パーパス製熱源機のスマートフォンアプリ「パーパスコネクト」を利用することで、エネファームミニで計測したガス、電気、水道の使用量や光熱費などが手軽にわかりやすく把握でき、外出先から風呂の湯はりや追いだき、床暖房の操作が可能です。また、離れて暮らすご家族の見守り、体脂肪率などの測定データをスマートフォンに送付することによる健康管理も可能です。さらに、スマートスピーカーに対応しているため、音声での風呂の湯はりや追いだき、床暖房などの操作も可能です。

5. 設置工事の簡素化
製品の小型・軽量化により、搬入時間が短縮されます。また、低重心化により下駄基礎の利用が可能になったことで、短時間で設置工事が完了します※8。

東京ガスは、2009年5月に世界で初めてエネファームの一般販売を開始し、2019年7月末までに累計販売台数12万台を達成しました。

京セラは、1985年にファインセラミック技術をベースに固体酸化物形燃料電池(SOFC)の研究開発を開始しました。2011年に世界初の家庭用SOFCシステムに京セラ製セルスタックが採用されました。以来、さらなる発電効率と信頼性を高める研究開発を進めています。

両社は、今後も環境性に優れたエネファームのさらなる普及拡大を目指すとともに、お客さまの快適な暮らしと地球環境の保全、レジリエンス性の強化に貢献してまいります。

【仕様概要】

※1 定置型家庭用燃料電池において世界最小サイズ（京セラ調べ）。2019年10月10日時点。
※2 開発にあたり、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の委託業務の結果から得られた成果を一部活用。
※3 スリムタイプ熱源機の使用や施工、メンテナンスに必要なスペースが別途設けられていることなど。
※4 試算条件は下記の通り。
試算条件：CO2排出係数：電気0.587kg-CO2/kWh、ガス2.277kg-CO2/m3（資源エネルギー庁家庭の省エネ徹底ガイド春夏秋冬2017年8月より）。電力負荷：JIS C 8851 中間期　給湯負荷：JIS S 2075 中間期の条件で京セラにて算出。使用環境により数値は異なる。
※5 エネファームミニが発電を継続するには、都市ガスと水道が供給状態であることが必要。最大400Wまで使用可能。
※6 給湯の利用には、水道の供給が必要。
※7 パーパス製熱源機のアプリ「パーパスコネクト」によるサービス。詳しくは、パーパス株式会社のホームページ（https://www.purpose.co.jp/special/purpose_connect/

）をご参照ください。
※8 条件により設置工事の時間は異なる。
※9 エネファームサポート制度とは、東京ガスがエネファーム故障時の修理などを無償で実施するサービス。

【エネファームについて】
「エネファーム」は都市ガスから取り出した水素を空気中の酸素と化学反応させて発電し、発電した電気は家庭内で利用します。その際に出る熱も給湯に利用します。電気をつくる場所と使う場所が同じであるため、送電ロスがなく、また発電時に出る熱を無駄なく活用できる環境に大変やさしいシステムです。火力発電所からの電気と都市ガス給湯器からの給湯を行う方式と比べ、CO2排出量、一次エネルギー消費量を削減できます。 

燃料電池は外部からの水素がなければ普及しないのか？

水素社会の幕開けといわれた2015年、世界に先駆けてトヨタから発売された量産型燃料電池自動車（FCV） “MIRAI”が耳目を集め「水素と酸素で発電する燃料電池」は広く認知されるようになった。しかし同時に「燃料電池は水素で動くのだから、パイプライン等による外部からの水素の直接供給がない場所では普及しないのではないか？」と思われてしまうことも多い。
燃料電池は純水素を調達できる場所でしか使用できないというのは誤解である。例えば、定置用燃料電池を利用した家庭用電熱供給システム、エネファーム1は改質器を燃料電池に付設しているため都市ガスやLPG燃料を使用できる。改質とは天然ガス等の化石燃料と水蒸気を高温で触媒反応させて水素を製造するプロセスで、水素と同時にCO2も生成するが、火力発電と比較した場合、全体でのCO2排出は抑えられる。
重量等の制約がある車載用と異なり、定置用燃料電池はシステム構成の自由度が高く、「水素供給インフラがない場所でも普及する」高効率な分散型電源・電熱供給システムとして使用することが可能だ。最近では燃料電池の優位性を発揮できる環境や条件で経済性も含めて採用されるケースが少しずつ増えており、発電以外の機能も研究されている。本稿では、定置用燃料電池のそのような用途開発の現況を考察し、将来の普及可能性を展望したい。

グローバル市場に羽ばたく通信基地局電源

最初に注目したい用途は携帯電話などの通信基地局電源である。現在国内では基地局の多くが緊急時のバックアップ電源として鉛バッテリーを採用しているが、バッテリーは電力供給時間に比例して大容量化する。よって日単位のバックアップには推奨されず、軽量で高効率な発電機である低温型燃料電池が代替電源として有望視されている。
低温型の固体高分子形燃料電池（PEFC）（図表1）は高出力密度でコンパクト、メンテンナンス負荷も小さいという利点を持つ。起動が速いこともバックアップ用途に好まれる。燃料には取り扱いが容易なことから液体メタノールを使う2。
また、途上国では無電化地域や電力不安定地域における基地局においてもディーゼル発電機の代替として燃料電池が導入され始めている。
インドでは基地局の70％以上が1日8時間以上停電するといわれ、頻繁にディーゼル発電機が稼働する。環境負荷を懸念する同国通信省は通信各社に対して基地局電源にクリーンエネルギーを一定割合導入することを義務付けており、燃料電池導入のモチベーションとして働いている。英国の燃料電池メーカーIntelligent Energy社はインドの大手ネットワークサービスプロバイダーGTL社と基地局のエネルギーマネジメント契約を締結し、既設ディーゼル電源を燃料電池に置き換えていく計画が進行中である。
インド以外でも中国、南アフリカ等では既に基地局における燃料電池システムの実証が始まっている。世界中で急速に成長する基地局市場だが、2020年までには約40万基以上がクリーンエネルギーを導入するのではないかとの見方もあり、燃料電池が伸びると予測される分野の一つである。

米国でチャンスとニーズを捉えた自家発電システム

米国では、安価な天然ガスと安定した電力供給需要を背景に定置用燃料電池の初期市場が立ち上がっており、高効率な高温型の固体酸化物形（SOFC）、溶融塩炭酸形（MCFC）（図表1）を採用した数百kW～数十MW規模の発電プラントが数多く建設されている。
シェールガス増産により米国の天然ガスは低価格で推移しており、MCFCの米メーカーFuelCell Energy社は、連邦政府および州からの助成3を加味した場合のMCFC発電コストを9-10セント/kWh（補助金なしでは14-15セント/kWh）と試算（米国エネルギー省、The Business Case for Fuel Cells 2014）、国内業務用電力価格（10-11セント/kWh）に対して競争力を持つレベルといえる。
2000年代以降ハリケーンが多発し、天然ガスパイプラインの堅牢性が認識されたことも影響する。ミッションクリティカルな重要施設、およびデータセンターにおいて系統電力に代替する自家発電機として天然ガス燃料の定置用燃料電池が導入されるようになった。
SOFC、MCFCは高温で作動することから起動・停止に時間がかかるため、緊急時のみのバックアップ用途では十分に強みが発揮できない。しかし、通常時の電力も全て自家発電によって供給することで、系統電力からの受電設備と非常時のUPS4機器、ディーゼル発電機などが不要になり設備投資を削減することができる。天然ガス供給の安定性と経済的なメリットが見込まれたことで、国家安全保障局（NSA）やBank of America、Apple、AT&T、Verizon、Microsoft、Google等の政府機関や大手企業が助成制度を利用し定置用燃料電池の自家発電システムを実証、自社環境で優位性を確認した多くの企業は自費で追加導入を決定している。

CO2分離回収技術への応用

さらに特筆すべき定置用燃料電池の開発動向としては、発電以外の燃料電池活用法が挙げられる。まずMCFCを利用したCO2分離回収を取り上げたい。
MCFCは他の燃料電池と同様に水素と酸素の電気化学反応により発電するが、空気（酸素）とともにCO2が反応に用いられることが大きな特徴である。空気極（正極）に供給されたCO2は炭酸イオン（CO32-）として電解質中を移動し、反対側の燃料極（負極）で再びCO2として濃縮された状態で回収できる。この仕組みを応用して空気極に火力発電所の排ガスを供給すれば、排ガス中のCO2が燃料極で濃縮回収され、同時に追加電力を得る効率的なシステムが可能となる（図表2）。
米国エネルギー省はCO2回収プログラムの一環として、米FuelCell Energy社のMCFCを利用した石炭火力発電排ガスからのCO2分離回収システムを開発している。同社によれば石炭または天然ガス火力発電所からの排ガス中のCO2濃度を、5～15％から最大70％まで濃縮することが可能である。同システムのF/Sでは、550MW石炭火力発電に420MW-MCFCを付設したシステムで、発電所の排ガスに含まれるCO2の90％を回収し、かつMCFC発電によって80％の追加電力が得られるとの結果が出ている。燃料電池を利用したCO2分離回収法では、アミン溶液を用いた化学吸収法5と異なり多量の熱エネルギー投入を必要とすることがないため、CO2分離回収コストは米国エネルギー省が目標とする40ドル/CO2トン未満、また発電コスト増分は35％未満に抑えられると試算されている。本プロジェクトは今後小型の実機を利用したプロセス実証に進む予定である。

水素も製造できる燃料電池

水素供給の観点からも興味深い用途が燃料電池を利用した水素製造である。高温型のSOFC、MCFCでは、外部の改質器を持たずに燃料電池内部で排熱を使って燃料を改質しながら発電することが可能だ。燃料電池内部で生成された水素の一部は発電反応で消費されるが、装置全体では水素が余剰となるため、この余剰水素を取り出してFCV燃料等で活用するコンセプトが検討されている。
三菱日立パワーシステムズ社は、燃料である都市ガス、都市ガスを改質した水素、燃料電池発電による電気・熱をそれぞれ需要に合わせて取り出すマルチエネルギーステーションを提案している。同社は250kW-SOFCとマイクロガスタービンを組み合わせた複合発電システムを2017年に市場投入する予定であり、マルチステーションはこのSOFCを応用したシステムとして製品化される見込みだ。
米国では、FuelCell Energy社がバイオガス燃料を投入して水素と電力、熱を同時に取り出すトリジェネレーションシステムを実証している。バイオガスを利用していることから同システムにより製造された水素燃料はCO2フリーと見なされ、カリフォルニア州の自動車燃料規制においてはクレジット対象としても認められている。同社はさらに水素製造に特化した装置も手掛けている。MCFC装置に電力負荷をかけると、通常発電時とは逆に炭酸イオンが移動することから水素製造量が増加する。この手法では既存の水電解に6よる水素製造と比較して消費電力を30～40％減らせる可能性があり、今後の開発動向を注視したい技術である。

定置用燃料電池の普及に向けて

定置用燃料電池が基地局電源や自家発電として市場を形成しつつあるのは、燃料市場や社会ニーズといった外部環境を認識し、燃料電池が競争力を持つ場所や運用条件を的確に見極めた結果といえる。さらにCO2の分離回収やクリーン水素の調達といった新たな社会ニーズに応えるアプリケーションも新規市場開拓の呼び水となるだろう。エネルギー市場を俯瞰する視点を持ちながら燃料電池の適材適所を見いだすために創意工夫する、双方向からのアプローチを兼ね備えた取り組みは定置用燃料電池普及に向けた道筋となるだろう。

1. エネファーム：都市ガスまたはLPGを改質して得られた水素により発電する、改質器と燃料電池が一体となった家庭用発電ユニット。排熱で温水を製造することで熱効率95％が得られる。
2. メタノール燃料：燃料電池でメタノール燃料を用いる場合、現在の主流となっているのはメタノールを改質して水素を作りPEFCで発電するシステムだが、改質せずにメタノールから直接水素イオンを取り出すタイプPEFCも開発されている。直接メタノール投入型は効率や耐久性の点でメタノール改質型に劣るものの初期投資が安くなるメリットがある。
3. 政府助成制度：米国連邦政府は2009年から2016年末までの期間、燃料電池導入費用の30％（上限3,000ドル/kW）を助成する（Federal Investment Tax Credit）。カリフォルニア、コネチカット等の一部の州ではさらに独自の補助金を設けている。
4. UPS（Uninterruptible Power Supply）：無停電電源装置。二次電池など蓄電機能を有する装置を内蔵し、外部からの電力供給が途絶えても一定時間外部に電力を供給することができる。
5. 化学吸収法：アミン等のアルカリ性溶液とCO2を化学反応させて選択的に吸収しCO2を分離回収する手法。
6. 水電解：水に電気を流すと水素と酸素が生成する反応。再生可能エネルギー電力を用いることで、水からCO2フリーのクリーン水素を製造することができる。