水素自動車の仕組みはどうなっているの?構造や供給方法などの疑問に答えます

いま、話題なっているECOカー、ハイブリット、電気自動車と発展し、次に期待されている水素自動車、実用化のめどが立ち今後、主力になっていくであろう水素自動車、その仕組みは、どうなっているのでしょう、水素って危険ではなの? 燃料の水素はどうやって供給するのなどの疑問にお答えします。

水素自動車 どうやって走る?

イメージ画像 水素自動車とは、文字通り「水素」をエネルギーとして走る自動車です。では、「水素」をどのようにして動力に変えて走るのでしょうか? 水素自動車は、現在開発されているものは、2つのタイプに分かれます。一つは、通常のエンジンを改良し直接燃料とする「水素燃料エンジン」。もう一つは、燃料電池として発電する「燃料電池自動車」になります。

「水素燃料エンジン」

通常のエンジンを改良しガソリンの代わりに水素を直接、エンジンに吹き込み燃焼させるエンジンです。水素を使うので燃焼した後の排気にCO2が発生せず、水になるので環境にやさしいエンジンです。通常のエンジンを改良するためコストが低く抑えられるのも特徴の一つです。 イメージ画像 国内では、「MAZDA」が、「水素ロータリーエンジン」を開発しています。このエンジンの特徴は、水素でもガソリンでも走行できるデュアルフューエルシステムの採用しているところです。これをもとにハイドロジェンREハイブリッドを開発し、動力をモーターにしそのモーターの動力源の電気をバッテリーと水素ロータリーエンジンで供給するというものです。2009年に日本国内の官公庁や企業向けのリース販売を開始しています。

MAZDA「水素ロータリーエンジン」

「燃料電池自動車」

「燃料電池自動車」は、Fuel Cell Vehicle:FCVと呼ばれています。燃料電池に水素を使用したのが、水素自動車ということです。燃料電池自動車としての水素自動車は、水素と酸素の化学反応によって発電(燃料電池)した電気を使ってモーターを回して走る自動車です。電気自動車の電力供給のバッテリーを燃料電池に改良した自動車ということになります。燃料として供給するのは、水素のみとなります。電気自動車の場合、バッテリーの充電時間が長いこと、バッテリーの劣化が課題ですが、水素を燃料とした燃料電池は劣化の問題もないですし水素の充填するだけなので、充填時間の問題も解消されます。また、燃料電池で化学反応した後は水になるので、ガソリン車のような有害物質は発生しないので環境にやさしい自動車ということになります。

燃料電池自動車のしくみ
国内では、TOYOTAが「FCHV」、HONDAが「FCX」をリース販売しています。また、TOYOTAもHONDAも新車種を販売することを発表しています。「水素燃料エンジン」より進んでいます。

TOYOTA FCV

クラリティ | Honda
水素自動車は、水素燃料エンジン、燃料電池自動車のタイプがありますが、排気がECOという点ではあまり変わりがありませんが、水素燃料エンジンの場合、内燃機関ですから騒音、メンテナンスなどの課題があり、燃料電池自動車のほうが開発には一歩リードしています。



水素自動車 構造は?

イメージ画像 水素自動車が、どのように走るか仕組みが分かったところで、車としての構造はどうなっているでしようか?

「水素燃料エンジン」

イメージ画像 水素燃料エンジンの場合、ガソリンエンジンと水素燃料エンジン自体はあまり変わりませんから簡単に言えば、燃料タンクをガソリン用から水素用に変えればよいということになります。

「燃料電池自動車」

イメージ画像 燃料電池自動車の場合は、電気自動車をベースにバッテリーを燃料電池と水素貯蔵タンクに変えればよいということになります。燃料電池自体、初めは大型でしたが、コンパクトになり動力モーターと一緒にボンネット内に収まるぐらいの大きさになりました。技術の進歩はすごいです。

水素貯蔵タンク(燃料タンク)

イメージ画像 「水素燃料エンジン」、「燃料電池自動車」ともに車の限られたスペースの中に水素を貯蔵するタンクをどれくらいの大きさにしてどのように配置するがカギになってきます。水素は、気体だと密度が低いため高圧タンクが必要になり、ガソリンより扱いが難しく危険性が高いところが問題点です。水素の貯蔵容量によって走行距離が左右されますから安全性を確保したうえで容量も確保できるような貯蔵タンクの開発に各社しのぎをけずっています。開発のかいあって、今の水素自動車の走行距離は、ガソリン自動車と変わらないレベルになっています。また、水素貯蔵タンクは、35MPa(MPa:メガパスカル/圧力の単位)タンクを搭載するものと、70MPaタンクを搭載するものがあります。さらに、より水素を多く貯蔵するよう気体でなく液化して貯蔵する試みも行われています。

水素自動車 燃料の水素の供給は?

水素をどうやって、水素タンクに充填するのでしょうか? ガソリンスタンドと同じように、水素ステーションが、全国に展開し始めています。水素ステーションで充填ノズルを水素自動車に接続するだけで、簡単に水素を充填することができます。充填する方式には、「差圧充填方式」と「直充填方式」があります。差圧充填方式はタンクにためた水素の圧力と水素自動車が搭載する水素タンクとの圧力差で高圧水素を送り込みます。直充填方式は直接加圧しながら水素自動車に送り込みます。いずれも、ユーザーが気にする必要はありませんが、「差圧充填方式」と「直充填方式」には、水素ステーション設置のコストが異なり、今後の水素ステーションの展開に影響してきます。

水素ステーション情報サイト



まとめ

水素自動車の仕組み、いかがでした。少しでも、仕組みがわかっていただけましたでしょうか? ECOなクリーン自動車として、ハイブリット、電気自動車と発展してきましたが、電気自動車の問題、バッテリーの性能の技術は進んできましたが、走行距離に限界が見えてきたと思います。そこで、資源としてどこにでも存在する水素を燃料とする水素自動車が未来のECOカーとして開発されてきました。その水素自動車が実用化されようとしています。まだ、課題がありますが仕組みを理解し今後の動向を見ていっていただければと思います。