水素燃料がどのように作られるのかを考えると、なぜ水素が燃料として使われるのかという疑問が生まれます。水素は、燃料電池の燃料として使用される場合、水のみを生成するクリーンな燃料です。
多数のリソース: 天然ガス, 原子力, バイオマス, 再生可能エネルギー源 ような 太陽 風や風を利用して水素を製造することができます。
その利点により、エネルギーの生産や輸送に関わる用途には望ましい燃料の選択肢となります。ポータブル電源、家庭用、自動車など、さまざまな用途に使用できます。
クリーンで効果的な代替品としての水素燃料電池の使用 従来の内燃機関 大幅に成長しました。これらの燃料電池内で水素と酸素が化学的に相互作用して電気を生成する唯一の結果は水です。
水素燃料電池の可能性を最大限に活用するには、高度な製造手順が必要です。
目次
水素燃料の作り方 – 4つの主な製造方法
様々な 水素燃料の製造方法。最近では、電気分解と天然ガス改質 (熱プロセス) が最もよく使用される技術です。生物学的プロセスと太陽光発電プロセスは、さらに 2 つのアプローチです。
- 熱プロセス
- 電解プロセス
- 太陽光発電プロセス
- 生物学的プロセス
1. 熱プロセス
水素を製造するための最も一般的な熱的方法は水蒸気改質です。これは、水蒸気と炭化水素燃料の間の高温反応で水素を生成します。
水素は、ディーゼル、天然ガス、ガス化石炭、ガス化バイオマス、再生可能な液体燃料などのさまざまな炭化水素燃料を改質することで生成できます。現在、水蒸気改質天然ガスにより、全水素のほぼ 95% が生成されます。
2. 電解プロセス
電気分解技術を使用して水から水素と酸素を抽出できます。電解槽は電気分解処理を行う装置です。水素分子のエネルギーを利用するのではなく、水分子から水素を生成するという点で燃料電池に似ています。
3. 太陽光発電プロセス
太陽光発電システムでは、光が水素を生成する物質として機能します。いくつかの太陽駆動プロセスには、熱化学、光電気化学、光生物学的プロセスがあります。水素は、細菌や緑藻の自然な光合成活性に依存する光生物学的プロセスを介して生成されます。
特定の半導体を利用して、光電気化学反応により水を水素と酸素に分割します。集中太陽光発電は、水分解反応を促進するために太陽熱化学的水素合成に使用され、多くの場合、金属酸化物のような追加の種と組み合わせて使用されます。
4. 生物学的プロセス
細菌や微細藻類などの微生物は生物学的プロセスで使用されており、これらの微生物は生物学的反応を通じて水素を生成できます。
細菌は、バイオマスや廃水などの有機物質を分解することにより、微生物バイオマス変換として知られるプロセスで水素を生成できます。対照的に、光生物学的プロセスでは、微生物のエネルギー源として太陽光が使用されます。
水素燃料の作り方 - 8 つの製造ステップ
さまざまな製造方法について説明した後、原料の調達からクリーンなエネルギー源の製造まで、水素燃料電池の製造に関わる具体的な手順を見てみましょう。電解プロセスを構成する手順を見ていきます。
- 原材料の調達
- 触媒の準備
- 膜電極接合体 (MEA) の製造
- バイポーラプレートの製造
- 燃料電池スタックアセンブリ
- 植物成分のバランス
- 品質管理とテスト
- 展開と統合
1. 原材料の調達
水素燃料電池の構築に必要な原材料の調達は、製造プロセスの最初のステップです。必須コンポーネントには、バイポーラ プレート用の炭素ベースの材料、電解質膜用のポリマー、電極反応用の白金またはその他の触媒が含まれます。
通常、これらの材料は多くのベンダーから入手され、燃料電池製造への適切性を保証するために厳格な品質保証手順を経ています。
2. 触媒の準備
触媒は白金でできていることが多く、燃料電池が電気化学反応を行う能力に不可欠です。
高活性で安定した触媒層を生成するために、触媒材料は化学蒸着や物理蒸着などのさまざまな方法を使用して処理および製造されます。
次に、スプレー コーティングやスクリーン印刷などの技術を使用して、電極表面がこの層で覆われます。
3. 膜電極接合体 (MEA) の製造
触媒がコーティングされた電極と高分子電解質膜は、燃料電池の重要な部分である膜電極接合体を構成します。高分子電解質膜は、燃料電池スタックの構造に合わせて細心の注意を払って製造され、彫刻されています。
通常、パーフルオロスルホン酸ポリマーで構成されています。続いて、触媒でコーティングされた電極を膜の各面に組み込むことによって、MEA が形成されます。
4. バイポーラプレートの製造
燃料電池のスタックでは、バイポーラ プレートが反応ガスを分散させ、燃料電池間で電気を伝達する役割を果たします。通常、これらのプレートには腐食に強く、軽量なカーボン系材料が使用されます。
必要な形状や構造を実現するために、製造工程では成形、機械加工、プレスなどの加工が行われます。バイポーラプレートにはチャネルと流れ場も含まれており、酸素と水素ガスの効果的な通過を促進します。
5. 燃料電池スタックアセンブリ
水素燃料電池システムの重要なコンポーネントは燃料電池スタックであり、並列および直列に接続された複数の燃料電池で構成されます。このアセンブリは、完全に積み重ねられたバイポーラ プレート、ガス拡散層、MEA で構成されています。
接着剤やガスケットなどのシール材を使用することでガス漏れを防ぎ、良好なシール性を確保します。スタック アセンブリは、冷却剤とガスの理想的な流れを維持しながら、最大の電力を生成するように作られています。
6. 植物成分のバランス
完全な燃料電池システムには、燃料電池スタックに加えて、いくつかのプラントバランス (BOP) コンポーネントが必要です。これらは、加湿器、冷却システム、水素と酸素の供給システム、電気出力を管理および調整するパワーエレクトロニクスで構成されています。
適切な燃料と冷却剤の流れ、熱管理、電気接続を確保するために、BOP コンポーネントはシステム全体の設計に統合されています。
7. 品質管理とテスト
各燃料電池の信頼性と効率を保証するために、製造プロセス中に厳格な品質管理手順が使用されます。いくつかの段階で、目視検査、電気試験、性能レビューなどの品質検査が実行されます。
最終的な燃料電池アセンブリに対して完全なテストが行われ、電気出力、耐久性、効率、安全性が確認されます。必要な品質基準を満たすために、欠陥のあるセルまたはコンポーネントが検出され、交換されます。
8. 展開と統合
燃料電池は、製造とテストが成功した後、さまざまなアプリケーションへの導入と統合の準備が整います。携帯用電子機器、定置型発電装置、自動車はすべてこのカテゴリに分類されます。
有用かつ効果的な水素駆動装置を構築するための統合手順では、燃料電池システムを水素貯蔵タンク、吸気システム、電源管理ユニットなどの必要な補助システムに接続する必要があります。
まとめ
水素燃料電池の製造は、原材料の調達から始まり、燃料電池システムの統合で終わる複数の段階のプロセスです。
この複雑なプロセスにより、発電、輸送、その他の産業を完全に変革する可能性を秘めた、クリーンで信頼性の高い効率的なエネルギー源の生産が保証されます。
水素燃料電池の製造プロセスは、持続可能なエネルギー ソリューションの開発を推進する継続的な研究開発により常に進化しています。
提言
熱意にあふれた環境保護主義者。 EnvironmentGo のリード コンテンツ ライター。
私は、環境とその問題について一般の人々を教育するよう努めています。
それは常に自然に関するものであり、私たちは破壊するのではなく保護するべきです。