24 水素燃料の長所と短所

燃料電池内での水素ガスと酸素の化学相互作用の副産物として水と電気が生成され、水素燃料電池に電力が供給されます。

1990年代から2000年代初頭にかけて、水素エネルギーがクリーンエネルギー革命の火付け役になると多くの人が信じていたが、水素エネルギーによる新たな世界は実現しなかった。インフラ整備は、多くの新しいエネルギー源にとって大きな障壁となっている。

製造コストの高さ、製造および生産効率の低さ、そして保管および輸送における課題などが、水素燃料電池が一般の自動車に広く使用されることを妨げてきた。

水素燃料電池をサポートするために必要なインフラストラクチャを用意できる人にとって、水素燃料電池は産業用途に非常に理にかなっています。 この記事では、水素燃料電池を使用して資材運搬装置に電力を供給する利点と欠点について説明します。

水素燃料のメリットとデメリット

S /いいえ。	水素燃料のメリット	水素燃料のデメリット
1.	用途の多様性 技術の発展に伴い、水素燃料電池はさまざまな定置型および移動型アプリケーションにエネルギーを供給できるようになります。 水素で駆動する自動車は一例にすぎません。 家庭用品などの小型製品や大規模な暖房システムにも水素が使用される可能性があります。 電力が質量に比例して増加するバッテリーベースの電力とは対照的に、ICE パワープラントではエネルギー貯蔵容量 (燃料タンクなど) とエンジン サイズが切り離されており、設計の自由度が大幅に高まります。	水素抽出 宇宙で最も豊富な元素である水素は、炭素ベースの物質から抽出する必要がある不活性ガスです。 化石燃料 または電気分解によって水から回収されます。 これら XNUMX つの操作を完了するには、大量のエネルギーが必要です。 このエネルギーは高価であることに加えて、水素自体から得られるエネルギーよりも大きい可能性があります。 さらに、この抽出には通常、化石燃料の使用が必要であり、CCS が存在しない場合、水素の環境上の信頼性が損なわれます。
2.	長い使用時間 水素燃料電池により、使用時間の効率が向上します。 水素自動車の走行距離は 300 マイルで、これは化石燃料自動車と同じ距離です。 これは、電気自動車（EV）がすでに提供しているものよりも優れており、電気自動車（EV）は「航続距離延長装置」として燃料電池パワーユニットを使用して開発が進んでいます。 さらに、水素燃料電池は外気温の影響をほとんど受けず、寒冷地でも劣化しません。 急速充電期間と組み合わせると、メリットがさらに大きくなります。	投資が必要です 水素燃料電池を真に実用的なエネルギー源として開発するには投資が必要です。 テクノロジーを進歩させ、成熟させるには、必要な時間とリソースを開発に費やすという政治的意志も示さなければなりません。 簡単に言えば、ユビキタスで持続可能な水素エネルギーの開発における世界の難しさは、最も経済的に「供給と需要」の連鎖を少しずつ構築する方法を見つけ出すことです。
3.	化石燃料と比較して強度とエネルギー効率が優れています 水素燃料電池技術は、非常に高密度で効率的なエネルギー源を提供します。 すべての一般的な燃料の中で、水素は最も高いエネルギー含有量を持っています。 高圧の気体および液体水素の体積エネルギー密度は天然ガスに匹敵し、LNG およびディーゼルの重量エネルギー密度 (約 120 MJ/kg) の約 XNUMX 倍です。	原材料費 イリジウムや白金などの貴金属は、ある種の水電解装置や燃料電池の触媒として頻繁に必要となるため、燃料電池の初期コストが高くなる可能性があります。 法外なコストのため、水素燃料電池技術への投資を控える人もいます。 水素燃料電池をすべての人にとって実用的な燃料源にするためには、これらの費用を削減する必要があります。
4.	他のエネルギー源と比較して効率が高い 他の多くのエネルギー源と比較して、 グリーンエネルギーのオプション、水素燃料電池はより効率的です。 この燃料効率により、使用される燃料 XNUMX ポンドごとにより多くのエネルギーが生成される可能性があります。 たとえば、従来の燃焼ベースの発電所を使用した発電効率は 33 ～ 35% ですが、水素燃料電池は最大 65% を達成できます。 同様に、自動車の水素燃料電池は、燃料に含まれるエネルギーの 50 ～ 40% を使用しながら、燃料使用量を 60% 削減します。	規制の問題 商用展開モデルを指定する構造に関する法的問題にも障害があります。 コストと収益の基礎を理解しやすくする明確な規制枠組みが存在しない場合、商業ベンチャーは財務投資決定 (FID) に到達する際に困難に直面する可能性があります。
5.	重い荷物や電車の移動に便利 水素推進はまだ比較的新しいため、大型輸送と鉄道は、水素推進をすぐに使用するのが現実的と考えられる XNUMX つの産業です。 これらの車両の内燃機関の代わりに電気バッテリーが使用される場合、バッテリーは非常に大きく、重くなり、充電に非常に長い時間がかかることになります。 逆に、水素には、よりコンパクトな推進システム、素早い燃料補給、長い航続距離という利点があります。 HGV 車両が最も頻繁に使用する高速道路沿いの埠頭で、毛細管配送ネットワークの構築を必要とせずに、またはすべての主要鉄道駅で充電できます。	総費用 現時点では、水素燃料電池は他のエネルギー源よりも電力単位あたりのコストが高くなります。 ソーラーパネル . 水素は一度生成されるとより効率的になりますが、現在ではコストがその普及の障壁となっています。 これは技術の進歩に応じて変わる可能性があります。 この費用が水素で走る自動車のコストなど、将来の出費に影響を与えるため、現時点では普及は考えにくい。 水素燃料電池の利用は、水素燃料の製造プロセスが複雑であるため、他のエネルギー源を使用するよりも高価です。 車両管理者は、マテリアルハンドリング機器にどのエネルギー源を含めるかを決定する際に、鉛酸に比べて大幅な労働力の節約がインフラストラクチャと水素燃料のコストを相殺できるようにする必要があります。
6.	宇宙船の電力供給に使用される 水素エネルギーのパワーと効率は、宇宙船の燃料として最適です。  その強大な力により、宇宙船は探査ミッションで迅速に打ち上げられる可能性があります。 また、大量のエネルギーを必要とする作業に使用するのに最も安全なエネルギー源でもあります。 実際、水素エネルギーは、ガソリンなどの化石燃料由来の燃料よりも XNUMX 倍強力です。 理想的には、これは、巨大なタスクを完了するために使用する水素の量を減らすことを意味します。 さらに、車両、ボート、自動車、および定置型または可搬型の燃料電池アプリケーションに動力を供給します。 極低温または高圧タンクに水素を貯蔵することが本質的に不可能であるという事実は、自動車での水素使用の欠点です。	水素貯蔵 水素は化石燃料よりも高度な貯蔵と輸送を必要とします。 これは、水素燃料電池をエネルギー源として使用すると追加の出費が伴う可能性があることを示唆しています。 水素は極低温で液体の状態で、または高圧タンク内で気体として保持できますが、リフトトラックの燃料電池で使用するためには気体の状態でのみ保持できます。 どちらの方法を使用しても、水素貯蔵プロセス全体を通じてエネルギーが失われます。 水素の総エネルギーの約 13% を圧縮に使用する必要があります。 液化し、エネルギーの約 40% が失われます。 水素ガスが閉じ込められた場所から逃れると、金属が腐食する可能性があります。 その結果、これらの汚染された金属が脆くなり、破損しやすくなる可能性があります。 現在、水素電力を利用する企業には XNUMX つの選択肢があります。大量の燃料が必要な場合は、プラントを建設するか、チューブトレーラーで水素ガスを供給してもらうかです。
7.	急速充電時間 バッテリー駆動の電気自動車と比較すると、水素燃料電池パワーユニットの充電時間は著しく高速です。 これは、従来の内燃機関 (ICE) 自動車のそれに匹敵します。 水素燃料電池は XNUMX 分以内に再充電できますが、電気自動車は完全に充電するのに何時間もかかります。 水素自動車は充電時間が短いため、通常の自動車と同じレベルの自由を提供します。	インフラ 化石燃料は長年にわたって使用されてきたため、この電力を供給するために必要なインフラはすでに整備されています。 スタートツーエンド給油は、配送用トラックや HGV などの長距離用途に採用されることが予想されますが、自動車用途に水素燃料電池技術を広く採用するには、それをサポートする新しい給油インフラが必要になります。
8.	騒音公害なし 風力発電などの他の再生可能エネルギーとは異なり、水素燃料電池は騒音公害を引き起こしません。 これは、水素を燃料とする自動車は、電気自動車と同様に、従来の内燃機関を搭載した自動車よりもはるかに静かであることを意味します。	とても燃えやすい 水素が非常に可燃性の燃料であることを考えると、安全性への懸念は当然です。 水素を含むガスは空気中で 4 ～ 75% の濃度で燃焼します。
9.	水素は、炭素ゼロのエネルギー計画に役立つ柔軟でクリーンなエネルギー源です 水素燃料電池の動作中に生成されるものはすべて熱と水であるため、本質的にクリーンなエネルギー源です。 水力発電やバイオ燃料とは異なり、水素の生産には多くの土地が必要ありません。 NASAは資源としての水素の利用を研究しており、副産物として生成される水を宇宙飛行士の飲料水として利用していることもある。 これは、水素燃料電池が無毒で入手も容易な燃料源であるため、石炭、天然ガス、原子力に代わる優れた代替品であることを示しています。 不安定な供給モードと厳しいエンドユーザーのニーズのバランスをとることで、水素の製造、貯蔵、使用は、再生可能エネルギー源のさらなる開発を促進し、送電網インフラのアップグレードにおける多額の先行投資の必要性を防ぐ上で重要な役割を果たすことになります。	水素エネルギーでは人口を維持できない 水素は豊富に存在しますが、その抽出に費用がかかるため、その普及は制限されています。 既存の現状を変えるのは難しいことは理解されています。 地球は今も化石燃料エネルギーによって運営されています。 さらに、一般的な自動車所有者が将来的に手頃な価格で持続可能な水素エネルギーを保証する枠組みは整備されていません。 たとえ水素が今すぐに広く利用可能になったとしても、自動車やガソリンスタンドは水素の規制に適合するように改造する必要があるため、他のエネルギー源に取って代わるには何年もかかるだろう。 これには多額の費用がかかります。 水素エネルギーは広く利用可能であり、その影響はほとんど無視されているため、水素は確かに再生可能な資源です。 ただし、水素を酸素から分離するには、水素を製造する企業は、石炭、天然ガス、石油などの化石燃料など、追加の非再生可能エネルギー源を必要とします。 水素エネルギーを導入すれば、化石燃料への過度の依存を減らすことができますが、システムから水素エネルギーを排除することは困難です。
10.	視覚的な汚染がない 風力エネルギーや風力エネルギーなどのいくつかの低炭素エネルギー源は、 バイオ燃料 発電所は見苦しい場合がありますが、水素燃料電池は必要な面積が少ないため、視覚的な汚染も少なくなります。
11.	再生可能ですぐに利用可能 宇宙で最も豊富な元素、特に水素は、 豊富で再生可能熱と電力を組み合わせた将来のゼロカーボン需要に最適です。 たとえ水から抽出するのに困難が伴うとしても。
12.	遠隔地での使用に最適 地元で生産され貯蔵された水素は、地元の条件が許せば、離れた場所でディーゼルベースの電気や暖房の有力な代替品となる可能性がある。 これにより、燃料輸送の必要性が軽減されるだけでなく、汚染物質を含まず、簡単にアクセスできる天然資源に由来する燃料が提供されるため、遠隔地に住む人々の生活の質も向上します。
13.	ほぼゼロエミッション 燃料電池は水素を放出しないので、 温室効果ガス 化石燃料源と同様に大気中に放出すると、汚染が軽減され、大気の質が改善されます。
14.	電力供給の民主化 水素燃料電池の使用により、国の化石燃料への依存が軽減される可能性があり、これはエネルギーと電源の世界的な民主化に貢献します。 現在、化石燃料の利用に依存している多くの国は、この独立性の向上によって利益を得るでしょう。 当然のことながら、供給が減少した場合には、化石燃料価格の上昇の問題も防ぐことができます。
15.	二酸化炭素排出量を削減 水素燃料電池の排出量はほぼゼロです。つまり、使用中に排出物がまったく発生しません。 カーボンフットプリント.

結論

要約すると、水素エネルギーにはいくつかの利点と欠点があります。 水素はクリーンで再生可能なエネルギー源ですが、広く使用される前に、その生産と貯蔵のコストを削減する必要があります。

現在の形態では、水素エネルギーはコストが高く、インフラが不足しているため実用的ではありません。

それにもかかわらず、この分野はますます注目を集めており、その困難に対処するために資金が割り当てられています。 例えば、欧州連合はこれらに匹敵する取り組みに5.2億米ドルの資金を提供しており、米国は水素開発に52.5万米ドルを約束したばかりである。

世界中の政府は、その気になれば、将来的には持続可能で手頃な価格のエネルギー源として水素を使用できる可能性があります。

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