New Energies, new possibilities

　ドイツの国際展示会「Hannover Messe 2024」では、水を再生可能エネルギーの電力で電気分解してグリーン水素を取り出すための水電解装置や部材の出展が相次いだ。この水電解装置にはいくつか種類があるが、今回の展示会で最も出展が多かったのが、PEM（形）†と呼ばれるタイプである。

PEM形水電解は、固体高分子形燃料電池（PEFCまたはPEMFC）の逆の化学反応プロセスであり、大半の部材や技術が共通している。このため、これまで燃料電池車（FCV）など向けにPEFCを開発していたメーカーが、PEMで水電解事業に参入するケースが多い。トヨタ自動車もその1社である。今回のHannover Messeでも、PEFCのセルスタックとセットのように、PEMのセルスタックが置かれているケースが目立った。

小型化で「80％コストダウン」

　このHannover Messe 2024で見えたPEMの新たな傾向は、これまで似たり寄ったりだった開発の方向性が、様々な方向に分岐しつつあることだ。例えば、これまでPEM形水電解のセルスタックは徐々に大型化する傾向が強かった。今回はドイツRobert Boschが開発中の1.25MW級のセルスタックをはじめ、人の背丈に並ぶようなPEMとしては大型のセルスタックの出展が相次いだ（図1）。

（a）ドイツRobert Bosch

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（b）ドイツHoeller Electrolyzer

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（c）英Oort Energy

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（d）ドイツShaeffler

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（e）中国Shanghai H-Ray S＆T

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（f）韓国Sunbo UniTech

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図1　1台で1MW超のセルスタックが登場

ドイツRobert Boschは1.25MW級のPEM向けセルスタックを出展（a）。このセルスタック2台をコンテナ1台に実装することを想定する。ドイツHoeller Electrolyzerのセルスタックの寸法は61cm×56cm×93cmで推定で100kW級（b）。5～40bar（約5～40気圧）と高圧の水素を生成するのが特長だ。250kW級のセルスタックを出展した英Oort Energyは、この分野大手の英ITM Powerの研究者だったNick van Dijk氏が創業した（c）。ドイツShaefflerのセルスタックの水素生産能力は最大2.2kg/時（約25Nm3/時）（d）。中国Shanghai H-Ray S＆Tのセルスタックの水素生産能力は推定で50Nm3/時（e）。セルスタックのエネルギー効率は4.1k～4.3kWh/Nm3だとする。韓国Sunbo UniTecのセルスタックは韓国企業として初のPEM関連製品（f）。Sunboは同Hyundai Heavy Industriesなどから出資を受けている。（写真：日経クロステック）

　一方で、その逆、つまり小型化の方向も出てきた（図2）。典型例がドイツの研究所であるFraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology（IWU）が出展した12kW級、すなわちBoschの約1/100の規模のセルスタックである。これでも「量産モデル」（同研究所）だという。

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図2　超小型セルスタックの量産でコスト大幅低減へ

ドイツFraunhofer IWUが主催する技術組合「Referenzfabrik.H2」が開発中の超小型セルスタック。セルの有効面積は300cm2で10層を重ねている。投入電力は最大12kW。水素の生産能力は最大2.5Nm3/時。セルスタックのエネルギー効率は74％である（写真：日経クロステック）

　ここまで小型にしたのは、その方が製造しやすく、数も出やすいため、量産効果によってコストの低減につながるといった考えによる。ただし、水電解システム自体は小型にはならない。「このセルスタックを多数用いることで1システムはコンテナサイズになる」（Fraunhofer IWU）とする。

　量産は、「ロール・スタンピング」（同研究所）と呼ぶ、ロール・ツー・ロール（R2R）とスタンプ、すなわち金型を押し付けて成型する方式を組み合わせて進めることで、「従来品に比べてコストを80％低減できる」（同）とする。パートナー企業8社と協力することで、2025年に製品化する計画だ。

　量産プロセスについては、ドイツFraunhofer Institute for Electronic Nano Systems（ENAS）も、インクジェット印刷方式で製造したPEMやPEFC向けMEA†やそのインクを出展した（図3）。

（a）Fraunhofer ENASのインクジェット印刷向け触媒インク

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（b）（a）で印刷したMEAシート

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（c）ロールに巻いた中国SinoHyKeyのMEAシート

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（d）中国Taiji Powerの大型MEAシート

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（e）Shanghai H-Ray S＆TのMEAシート

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図3　インクジェット印刷技術で触媒を“印刷”

印刷技術でMEAやCCMを製造した例。Fraunhofer ENASは、インクジェット印刷用インクでMEAの触媒を“印刷”した（a、b）。ただし、このMEAは燃料電池（PEMFC）にも水電解（PEMWE）にも使えるとしている。中国メーカー各社も印刷技術で大型のMEAまたはCCMシートを製造している（c～e）（写真：日経クロステック）

　最近までアルカリ水電解を選ぶ傾向が強かった中国メーカーも、最近はPEMを開発する例が増えてきた。今回は、R2Rで製造したフレキシブルなMEAシートや1m角近い大型のMEAもしくはCCM†を出展するなど、PEM形水電解装置の製造プロセスの革新に積極的な姿勢をアピールしている。

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'South Korea must invest in hydrogen-based steelmaking — or lose out to Europe': report | Hydrogen Insight

월간수소경제 = 박상우 기자 | 삼성중공업이 암모니아 추진선 개발에 박차를 가한다.

삼성중공업은 12일 거제조선소에 암모니아 실증 설비를 준공했다고 밝혔다.

지난해 4월에 착공해 1년 2개월 만에 준공된 암모니아 실증 설비는 거제조선소 내 1,300㎡ 부지에 조성됐다.

삼성중공업은 앞으로 이 설비를 활용해 암모니아 추진 실선 적용에 필요한 연료공급 시스템과 재액화 시스템, 배출 저감 시스템 연구개발은 물론 그에 따른 성능과 신뢰성을 검증한다. 

이와 함께 실시간 누출 감지·경보 시스템과 독성 중화 장치, 4족 보행 로봇을 활용한 감시 시스템 등 스마트 안전체계도 확보한다는 목표다.

아울러 삼성중공업은 암모니아 실증 설비를 기반으로 암모니아 밸류체인(가치사슬) 핵심기술을 확보하고 유관 기업·기관과 함께 기자재 국산화도 추진할 예정이다.

삼성중공업은 최근 노르웨이 DNV선급으로부터 암모니아 연료전지 추진 암모니아 운반선(VLAC)에 대한 기술 인증을 획득하는 등 암모니아 추진선 개발에 박차를 가하고 있다.

그 일환으로 미국의 암모니아 연료전지 전문기업인 아모지와 암모니아 추진선을 개발하고 있다. 이를 통해 기존 추진용 대형엔진과 전력용 발전엔진을 모두 암모니아 연료전지로 대체할 계획이다.

출처 : 월간수소경제(https://www.h2news.kr)

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