New Energies, new possibilities

トヨタの燃料電池バスとホンダの給電機や蓄電池を組み合わせて活用する（クリックして拡大）

トヨタ自動車とホンダは2020年8月31日、可搬型の外部給電機やバッテリーと、燃料電池（FC）バスの給電機能を組み合わせた移動式発電・給電システム「Moving e」を構築し、実証実験を開始すると発表した。実証実験は2020年9月からスタートする。対象地域は商用車向けの水素ステーションがある関東地域となりそうだ。 　トヨタ自動車はMoving eの取り組みに合わせて従来型のFCバスから水素タンクの容量を大幅に増やし、発電量454kWh、最高出力18kWに性能を高めた。水素ステーションから片道100km圏内の避難所などに3日間給電し、また水素ステーションに戻るような使い方を想定している。FCVへの水素充填（じゅうてん）は、電気自動車（EV）の充電と比べて短時間で完了するため、電源が必要とされる地域で活動し、水素ステーションで水素を充填した後に短い時間で現地に戻ることも可能だ。 　従来の電動車では供給できない大容量の電力を供給できるFCバスと、持ち運べるさまざまなタイプの給電機やバッテリーを組み合わせて大規模な“電気のバケツリレー”を行い、V2L（Vehicle to Load）のニーズや課題を検証する。運んだ電気は、非常時のスマートフォンやPCなどの充電の他、停電中に自宅での生活を継続したり、避難所を運営したりするための電源として分け合う。非常時だけでなく、イベントや屋外での活動などで平時にも使ってもらうことを目指す。 新開発の燃料電池バスは「発電所レベル」 　トヨタ自動車は2018年3月に燃料電池バス「SORA」を発売、路線バスとして導入が進められている。Moving e向けに開発した燃料電池バス「CHARGING STATION」は、SORAをベースに高圧水素タンクの本数を増やした。SORAで使用する高圧水素タンク10本に加えて、新開発のタンク9本を床下に追加した。水素貯蔵量はSORAの24kgからほぼ倍増の47kgとなる。新開発の高圧水素タンクは従来よりも小型になったが体積効率が改善している。FCスタックはSORAと共通だ。 　高圧水素タンクの追加により、乗車定員は27人で路線バスとしてはかなり少なくなるが、旅客輸送でも使用できるという。また、非常時に車内で仮眠をとるなどの使い方も想定している。 　Moving eの取り組みでは、ホンダが持つ大中小の可搬型電源を使用するが、まずは車両からの電力を家庭用電源に変換する外部給電機「Power Exporter 9000」をつなげる。Power Exporter 9000は定格出力が9kVA（9000VA）で、エアコンなどの家電にも電気を供給できる。CHARGING STATIONは移動式の発電機としての用途を重視するため外部給電口は2つに増やしており、Power Exporter 9000も2つ接続できる。そのため、車両としての出力も18kVAだ。 　本来は規制で10kVAを超える出力を持つものは発電所扱いとなるが、「トヨタのおかげで例外的に認められた」（本田技術研究所 先進パワーユニット・エネルギー研究所 エグゼクティブチーフエンジニアの岩田和之氏）という。既存の乗用車でも外部給電に対応したモデルが複数あるが、電力供給の大本に発電量の大きな電動車を使用することでV2Lの新たな可能性やニーズを探る。 　Power Exporter 9000は、小型のポータブル蓄電機「LiB-AID E500」や、交換式バッテリー「モバイルパワーパック」の充電と給電を行う試作機「Mobile Power Pack Charge & Supply Concept」に電力を供給する。 　充電したLiB-AID E500やMobile Power Pack Charge & Supply Conceptは必要な場所に持ち運んで電源として利用する。 電源を屋内に持ち込めることを重視 　Moving e全体では、FCバスのCHARGING STATIONが1台、Power Exporter 9000が2台、LiB-AID E500が20台、モバイルパワーパックとMobile Power Pack Charge & Supply Conceptは36セットを使用する。ホンダはガソリンやカセットボンベで作動する発電機をラインアップに持つが、これらは一酸化炭素が多く発生するため屋内では使用できない。屋内に持ち込める蓄電機や給電機の活用を進めることもMoving eの狙いとなる。 　ホンダのモバイルパワーパックは、バッテリーを稼働率の低い製品に専用で使うのは“もったいない”という考えの下、汎用（はんよう）性を持たせたバッテリーだ。電動バイクから外したモバイルパワーパックを住宅に持ち込むなど、さまざまな用途で共用する前提で開発した。また、電動バイク本体とバッテリーを分けて販売してユーザーが所有するのは電動バイクの本体のみとし、バッテリーはその都度利用する形にすることで、所有コストを下げる効果もある。 　モバイルパワーパックを駆動用バッテリーに使用する電動バイクは既に国内外で市場に出ている。東南アジアではモバイルパワーパックを充電するステーションの実証実験も実施。バッテリーの電力の残量が少なくなったときに、充電済みのバッテリーと使用済みのものを充電ステーションで交換しながら使用するという試みだ。実証実験を実施。充電の待ち時間がない手軽さが好評だとしている。 　モバイルパワーパックの充電ステーションは、2020年9月にスタートする大阪府内の実証実験でも導入する。充電ステーションは定置用蓄電池としても機能するため、設置するコンビニエンスストアでは停電時にレジの稼働などを継続する上で役立つとして好意的だという。 　Moving eの取り組みは、電動車活用社会推進協議会で トヨタ自動車 FC事業領域 統括部長の濱村芳彦氏と本田技術研究所の岩田氏が意気投合したことで始まった。台風や豪雨、地震など災害で起きる停電が長期化する例が多いことや、働き方の多様化が進む中で、オフィスだけの災害対応では社員を守れなくなることを踏まえ、協業を決めた。

https://news.yahoo.co.jp/articles/d445119f2f08a228fd96795b26a7c757bb815ab5

A breakthrough by University of Copenhagen researchers means they last much longer.

Hydrogen vehicle fuel cells have been based on a platinum catalyst, which is expensive and have been among the challenges holding back the technology from most of the world’s roads.

Platinum is a precious metal and each catalyst requires a large amount of about 50 grams per car.

The 50 grams of platinum needed for the catalysts is substantially higher than what the average non-H2 powered cars currently need, only 5 grams. These limitations to the hydrogen vehicle fuel cells help to explain why very few of the world’s billion cars and trucks are powered by H2. Every year, approximately 100 tons of platinum are mined, primarily out of mines in South Africa.

However, researchers from the University of Copenhagen have developed a new type of catalyst that requires a far smaller amount of the precious metal.

“We have developed a catalyst which, in the laboratory, only needs a fraction of the amount of platinum that current hydrogen fuel cells for cars do. We are approaching the same amount of platinum as needed for a conventional vehicle. At the same time, the new catalyst is much more stable than the catalysts deployed in today’s hydrogen powered vehicles,” said University of Copenhagen Department of Chemistry Professor Matthias Arenz.

The smaller requirement for platinum makes hydrogen vehicle fuel cells cheaper but also more sustainable.

As available as the H2 itself may be, and as much as cars powered by this renewable energy source may seem green due to their lack of carbon and pollutant emissions, FCV materials must also be taken into consideration. When rare materials are required in order to make them run, their sustainability plummets and scalability becomes restricted at the same time. The current limitation due to the high requirement for platinum makes it difficult for the world to rapidly adopt cars and trucks that run on H2. However, a new technology that changes that barrier may change that.

“The new catalyst can make it possible to roll out hydrogen vehicles on a vastly greater scale than could have ever been achieved in the past,” explained the UCPH Department of Chemistry’s center leader of the Center for High Entropy Alloy Catalysis, Professor Jn Rossmeisl. The new hydrogen vehicle fuel cells catalyst design significantly improves the technology and makes it possible to generate greater horsepower per gram of the precious metal. As a result, these cars and trucks become immediately more sustainable.

https://www.hydrogenfuelnews.com/wp-content/cache/all/hydrogen-vehicle-fuel-cells-are-getting-cheaper-and-more-sustainable/8540412/index.html

アサヒビール茨城工場に導入した燃料電池メガミー（右手前）＝茨城県守谷市（ＭＨＰＳ提供）

　三菱日立パワーシステムズ（ＭＨＰＳ、横浜市）などは２６日、ビール工場排水由来のバイオメタンガスを利用した燃料電池による発電の実証事業を、アサヒビール茨城工場で始めると発表した。長崎市のＭＨＰＳ長崎工場で製造した固体酸化物形燃料電池「ＭＥＧＡＭＩＥ」（メガミー）を導入。１０月に本格稼働する予定。 　実証事業はアサヒグループホールディングス株式会社（東京）の独立研究子会社アサヒクオリティーアンドイノベーションズ（茨城県守谷市）が実施主体。三井住友ファイナンス＆リース（ＳＭＦＬ）がリースで資金提供し、環境省の補助金も活用する。 　ＭＨＰＳによると、発電出力は２００キロワット。年間発電量は約１６０万キロワット時で一般世帯約３５０戸分の電力を供給できる。通常発電と比べ、年間千トン程度の二酸化炭素（ＣO2）排出量削減を見込む。 　アサヒは、ビール生産の排水処理過程で発生するバイオガスを高純度に精製する仕組みを開発。小規模の燃料電池で発電する試験に成功している。今回は世界最高クラスの発電効率のメガミーで、実用化に向けた最終試験を行う。 　メガミーは２０１７年発売。ＭＨＰＳ長崎工場で製造され、納入実績は３社３基目となる。通常は都市ガスを燃料に電力と熱（蒸気）を供給するが、バイオガス精製設備と組み合わせて大幅にＣO2排出を抑える。 　今後、アサヒは幅広い業界に今回の技術を普及させるために特許を取得せず、情報公開に努める。ＭＨＰＳはさまざまな未利用エネルギー源を活用できる発電システムへの展開を図る。

https://news.yahoo.co.jp/articles/eec3752ff48d82f09287e513de1edcdced9ce8cf

2039年までにCO2ニュートラルは実現できるか

消費財と称される乗用車に対して、商用車はわれわれの生活を支える生産財。プロフェッショナルの道具として機能する商用車の守備範囲は幅広い。物流業から建設業など一連の業種を担いつつ、バスともなれば公共交通機関や観光業にまで多岐にわたる。

「eCanter F-Cell」のプロトタイプ（前）と量産型の「eCanter」（後）（筆者撮影）

2019年、全世界で48万8500台の商用車を販売したダイムラートラックAGは、乗用車で培った電動化技術を礎に、商用車の電動化についてもヨーロッパや北米、そして日本を中心に推し進める。

これまでメルセデス・ベンツのトラックとバス部門は、ドイツを代表する企業の1つであった旧ダイムラーAGの一角であったが、2019年11月1日に大がかりな組織改編により、新たにダイムラートラックAGとして組織化された。

東洋経済オンライン「自動車最前線」は、自動車にまつわるホットなニュースをタイムリーに配信！ 記事一覧はこちら

この組織改編は歴史的規模で行われ、一極集中のダイムラーAG体制から大きく3つに分社法人化。乗用車を中心とした「メルセデス・ベンツAG」、商用車を中心とする「ダイムラートラックAG」、MaaSをはじめ新しい乗り物形態を担当する「ダイムラーモビリティAG」をそれぞれ名乗る。

現在、3つの企業体の総従業員は約29万4000人で、そのうちダイムラートラックAGは約10万人（約34％）を占める。

三菱ふそうトラック・バス株式会社は、現在、ダイムラートラックAGの一員として神奈川県川崎市に本社を構える。前身が1920年に3トン、4トン積み軍用トラックを三菱造船（神戸造船所）で製造したことを皮切りに、1932年に「B46型バス」、1941年に「YB40型2トントラック」を日本市場に送り出す。そして2003年に、三菱ふそうとして三菱自動車から分社化され今に至る。

2010年から電動化に取り組んできた「三菱ふそう」

三菱ふそうでは、2010年9月にBEV（電気自動車）である小型トラック「キャンター E-CELL」を世界的な商用車ショーである「IAA2010」、翌2011年の「東京モーターショー」にそれぞれ出展。2013年6月にはパワートレーンを強化した第2世代のキャンターE-CELL用いてNEXCO中日本との実証実験を開始する。同時にポルトガルやドイツでも実証実験を重ねた。

その後、キャンターE-CELL改め「eCanter」として2016年の「IAA2016」に出展、2017年7月からは川崎工場（神奈川県川崎市）において電動小型トラックeCanter（車両総重量／GVW7.5トンクラス）の量産を行っている。

現在、三菱ふそうではBEVである電動小型トラックeCanterとともに、燃料電池をパワートレーンとした電動小型トラックの開発も進めている。

2019年の「東京モーターショー」で「Vision F-Cell」として初公開された燃料電池小型トラックは、2020年3月26日に開催された燃料電池車両に関するオンライン説明会の場で、名称を「eCanter F-Cell」に改めたことが発表された。

同説明会の冒頭で、三菱ふそうの代表取締役社長でありダイムラー・トラック・アジア代表のハートムット・シック氏は、「2022年までにBEV商用車の量産体制を実現し、2020年代後半までに燃料電池トラックを量産する」と発言。

2020年代後半に燃料電池トラックの量産を開始することが明言された（写真：三菱ふそう）

そこで筆者は、「2020年代後半とする量産体制とは、SOP（Start of Production／製造開始）のタイミングなのか、それとも販売を行うタイミングなのか」と質問する。

それに対して「SOPです。このビジョン実現には、電気自動車や燃料電池自動車の充電・充填設備の整備、水素インフラの整備および車両購入時の補助金といった政府からの支援などの必要なインフラやサポート態勢が整ったうえで、初めて実現すると考えています」と回答した。

たしかに車両を製造することと、販売を行い事業として軌道に乗せることは、別の側面で異なる課題がある。それが燃料電池車であればなおのこと。

2015年にトヨタの燃料電池車「MIRAI」の製造工場を取材したが、最先端のクルマとはいえ手作業が多く工作機械においてもより高い精度が求められることから、1日の生産台数に限りがある（当時は3台／日）と説明を受けた。

普及のカギとなる水素ステーション

一方、販売面においては乗用車と同じく、燃料となる水素を充填する水素ステーションの普及がひとつの要だ。

「日本における水素充填スタンド数は現状、112カ所を数えるが、2020年代の後半時点でどの程度までその数が増えていると、三菱ふそうが目指したCO2ニュートラルプランとの採算点と符号するのか」と筆者が質問する。

すると三菱ふそうは、「経済産業省は今後、水素ステーションを大幅に増やしていく構想を持っています。この構想が実現するのであれば、商用車に関しては問題ないと考えます。また、経済産業省は同時に2030年までに水素燃料の価格を段階的に下げる計画も打ち出しており、これに伴い燃料電池車は将来的に市場において競争力を持つだろうと考えます」と回答した。

さらに続けて、「eCanter F-Cellは、三菱ふそうにとって初めてのプロトタイプですが、この具現化により、三菱ふそう社内でトラックに燃料電池を組み込む礎ができました。またダイムラーグループは、燃料電池技術において長年の経験と知見を持っており、三菱ふそうには、これらを活用できるメリットがあります。初期の段階ではコストが大きなチャレンジとなりますので、一定台数を生産し、コストを下げるまでは、政府からの助成金が必要と考えます」と話す。

このように三菱ふそうには、「政府の支援なくして燃料電池小型トラックの普及は難しい」という考えがあることがわかった。

しかしながら、押し寄せる電動化の波は乗用車の世界だけにとどまらない。この先は、商用車にも等しく訪れる。電動化の三種の神器とされる「モーター」「バッテリー」「インバーター」はいずれも量産効果を持ち、それにより技術的な昇華が見込めるからだ。加えて、量産効果は燃料電池の源であるFCスタックにしても同じである。

2039年までにCO2ニュートラルを目指す

一方、三菱ふそう（ダイムラートラックAG）のICE／内燃機関を搭載した既存の販売車両に対する電動化についてどう考えているか、ダイムラートラックAGに訊いた。

「ダイムラーでは現在、ICEを用いたハイブリッド技術は2039年までの移行期間のオプションとして見ています。可能性に関する最終評価はまだ保留中です。ハイブリッド技術はCO2ニュートラルではないため、われわれのターゲットには含まれていません」

なるほど、現時点でICE車両をハイブリッド化して2040年以降も延命する考えはないと言う。そのうえで、ダイムラーAGが掲げるCO2ニュートラルについて質問すると、次のような答えが返ってきた。

「2019年に、ダイムラーとして2050年までにCO2ニュートラル輸送を実現することが、私たちの最終目標であることを発表しました。ここで掲げた、2050年までにすべての車種をリニューアルするプランの実行には約10年かかる見込みです。まずは2039年までに、主要地域である欧州、日本、北米において『Tank To Wheel (TTW)』の走行時CO2ニュートラル車両のみを提供する、これが目標です」

さらに2020年4月に発表したボルボとの合弁事業については、「2022年までに、主要な販売地域である欧州、米国および日本での車両ポートフォリオに、電気自動車の量産車を含める予定です。計画されている燃料電池の合弁事業に関するボルボグループとの共通の目標は、2020年代後半までに航続距離がより長い燃料電池車の大型車両を提供することです」とした。

BEVトラックの量産体制をあと2年で構築する（写真：三菱ふそう）

別角度からの質問として、CO2ニュートラル車両が前提となるCO2ニュートラル輸送について伺い、以下のような回答を得た。

「それはCO2に依存しない駆動、つまり電池と水素のみで成立します。ダイムラーではトラックとバスの両車で、電池と水素のテクノロジーを共存させ、相互に補完し合うことができると確信しています。燃料電池は、重負荷および要求の高い長距離向けの環境に配慮した技術であるため、これらの2つのテクノロジーを使用することで、あらかじめルートが決まっている都市内の配送から、事前のルート計画が難しい数日以上にわたる大型貨物の輸送まで、お客様の多様な輸送ニーズのすべてをカバーできます」

また、「最終的に車両のTCO（Total Cost of Ownership／総所有コスト）は、どの技術が、どの目的に適しているかによって決定されます。ダイムラーは今後数年間で、バッテリー電気駆動（BEV）と、水素ベース駆動（F-Cell）の両方に多額の投資を行い、それらを使用して幅広い車両を構築します」とも話す。

2020年代後半の「eCanter F-Cell」に期待

三菱ふそう（ダイムラートラックAG）は、電動小型トラックを含めた商用車全般に対し、BEVとF-Cellの両面から普及を目指す。今回の小型トラックではBEVであるeCanterのパワートレーンをベースにしながら、そこからバッテリー搭載量を減らし、代わりにFCスタックといった動力源によって求められる駆動力を確保する。

2020年6月現在、eCanterは全世界で150台以上を販売、うち40％近くを日本国内で販売した実績がある。続くeCanter F-Cellでは、経済産業省が進める水素インフラ拡充プランとともに2020年代後半の量産化を目標に、販売に向けた車両開発を進めている。

Researchers at the Korea Institute of Science and Technology (KIST) have developed a steam-carrier-adopted composite membrane reactor system to produce pure H2 (>99.99%) from ammonia with high productivity (>0.35 mol-H2 gcat−1 h−1) and ammonia conversion (>99%) at a significantly reduced operating temperature (<723 K). A paper on their work is published in the Journal Of Membrane Science.

Membrane reactor for production of H2 from NH3. Credit: KIST

Coupling of a custom developed palladium/tantalum composite metallic membrane and ruthenium on lanthanum-doped alumina catalysts allowed stable operation of the membrane system with significant mass transfer enhancement. Various reactor assemblies involving as-fabricated membranes and catalysts are experimentally compared to suggest the optimal configuration and operating conditions for future applications. Steam is adopted as a sweep gas, presenting efficient H2 recovery (>91%) while replacing conventionally utilized noble carrier gases that require additional gas separation processes. The steam carrier presents similar membrane reactor performance to that of noble gases, and the water reservoir used for steam generation acts as an ammonia buffer via scrubbing effects.

—Park et al.

Although the need to build a global clean energy supply network has been noted worldwide, there are constraints when it comes to transporting renewable energy in the form of electricity across long distances. This has resulted in a growing demand for a technology that can convert surplus renewable energy into hydrogen and transport the hydrogen to the target destination for utilization.

Hydrogen gas, however, cannot be transported in large amounts due to the limitations in the amount that can be stored per unit volume. A strategy suggested to overcome this issue is the use of chemicals in liquid form as hydrogen carriers, similar to the current method of transporting fossil fuels in a liquid form.

Liquid ammonia (hydrogen storage density per volume: 108kg-H2/m3) is capable of storing around 1.5 times more hydrogen than liquefied hydrogen under the same volume. Unlike the conventional hydrogen production method of natural gas steam reforming in which large amounts of carbon dioxide is emitted in the production process, the hydrogen production method using ammonia only leads to the generation of hydrogen and nitrogen.

Despite the many advantages presented by ammonia, there has been relatively little research on producing high-purity hydrogen from ammonia and generating electricity in conjunction with fuel cells.

The research team at KIST developed a low-cost membrane material and a catalyst for decomposition of ammonia into hydrogen and nitrogen. By combining the catalyst and membrane, the research team created an extraction device that is capable of decomposing ammonia and separating pure hydrogen at the same time. With the developed technology, it is possible to continuously produce high-purity hydrogen. The system can even be applied to small power generation devices by directly connecting it with fuel cells without any additional hydrogen purification processes.

The research team substantially reduced the ammonia decomposition temperature from 550 ˚C to 450 ˚C, thereby lowering energy consumption and doubling the hydrogen production speed compared to the conventional technology. Also, using the low-cost metal membrane, it was able to produce at least 99.99% pure hydrogen without any high-cost isolation process such as pressure swing adsorption (PSA).

Currently, storage- and transportation-related infrastructure for ammonia has been commercialized and used worldwide for intercontinental transportation. If the newly developed technology from KIST is applied to such infrastructure, it will help Korea take a step closer to the hydrogen economy.

“We’re planning a follow-up study to develop a compact hydrogen power pack that does not emit any carbon dioxide, based on the recently developed technology, and apply it to urban aerial mobilities (e.g. drone taxis), unmanned aerial vehicles, ships, and other modes of transportation.

—Dr. Jo Young Suk from KIST

This study was carried out, with a grant from the Ministry of Science and ICT (MSIT), as Institutional R&D Program of KIST and the Core Renewable Energy Technology Development Project of the Korea Energy Technology Evaluation and Planning.

Resources

• Yongha Park, Junyoung Cha, Hyun-Taek Oh, Taeho Lee, Sung Hun Lee, Myung Gon Park, Hyangsoo Jeong, Yongmin Kim, Hyuntae Sohn, Suk Woo Nam, Jonghee Han, Chang Won Yoon, Young Suk Jo (2020) “A catalytic composite membrane reactor system for hydrogen production from ammonia using steam as a sweep gas,” Journal of Membrane Science, Volume 614, 118483 doi: 10.1016/j.memsci.2020.118483.