炭アルミ電池を基礎に入れた家を考えているのですが

質問

自然環境にやさしい新しい家について考えており、炭アルミ電池を基礎か壁にした家を提案したいと思います。
10cm程度の長さの備長炭で炭アルミ電池を作ると、0.4Vの電流が流れるそうです。
それを、住宅の基礎に敷き詰め、直列につないで住宅の一般電圧100Vに高めて使用しようと思います。
その場合、電極に人体が触れると感電するのでしょうか？
また、発生するアルミニウムイオンの有効利用はないでしょうか？

回答No.5

mydummy · ベストアンサー

ここでみんなが突っ込んでるのは……具体的構造は置いといて、エネルギーの話でもしましょうか。大幅に省略した書き方をするので専門家の方はそのあたりのツッコミはなしで。

1.家電製品は電気エネルギーを使って駆動する。
2.エネルギーには電気エネルギー、運動エネルギー、熱エネルギーなどがあり、条件を満たせばお互いに変換可能である。

ここに炭素がある。一定量の炭素を燃やす（酸化する）と必ず一定量の熱エネルギーを得ることができる。このことから、燃やす前の炭素には、熱エネルギーに変換可能な【化学エネルギー】と呼べるものがあるといえる。

3.物質はそれ自体が化学エネルギーを持つ。

炭アルミ電池の反応を考えよう。この電池ではアルミニウムが（広義の）酸化される反応が起きていて、その酸化反応の時に放出されるエネルギーが電気エネルギーに変換されている。したがって、炭を燃やすときと同じようにエネルギーを取り出せば取り出しただけアルミは酸化され「灰」になっていく。
「アルミイオンが再びアルミ電極に付着」するためには、少なくとも酸化反応で失われた化学エネルギーを戻してやらなければならない。しかもアルミニウムの「灰」を金属に戻す条件は作りづらく、その条件を作るのに大幅に余計なエネルギーを投入する必要がある。しかもアルミの場合投入するのは電気エネルギーである。

4.アルミを再生するためには、アルミから取り出した以上のエネルギーを与えなければならない。

だったら最初からその電気エネルギーを家電にやればいいという話になる。要するに炭アルミ電池で云々って盛大に電気の無駄をしているようにしか見えないわけで……。
ここで突っ込んでいる範囲はほぼ高校化学に相当する範囲内の問題なので、一度勉強しなおされることをお勧めします。エコロジーを「実現」したいなら本格的な自然科学の知識がないと無理でしょう。企画する分には常識にとらわれない発想があっていいんですが。

回答No.4

c80s3xxx

> 電圧を100Vに高める意味は、日本の電化製品は100Vで使えるようになっているからです。

つまり家庭の電力源として使おうということですか．

> そして、この発電は、海水にアルミニウムイオンが流出してしまうのを防げば、クリーンエネルギーであると言えると思います。

そもそもアルミで電池を作るということは，アルミを作るときに使った (言い替えればそのときアルミという素材に充電された) 電気を取り出しているだけなのですが．

>「アルミイオンが再びアルミ電極に付着して、アルミも補給しなくてもよい」

それはもう完全に第一種永久機関です．

なお，アルミ-炭電池では水素は発生しません．アルミの溶解時に出てきた電子は，炭を電極として空気中の酸素(が電解質溶液に溶けたもの)と反応します．

また電圧だけあってもだめで，電力を取り出すためには相応の反応速度が必要になります．

ちょっと計算してみましょう．
アルミの原子量を 27 とすると 1kg は 37mol ですから，これをすべて溶解するまでに111molの電子，すなわち1×10^7 C の電気量を取り出せます．仮に起電力が 0.4 V とすれば，取り出せる全エネルギーは4×10^6 J = 4×10^6 Ws = 1 kWh です．つまり 1kg のアルミから 1kWh のエネルギーを取り出せるだろうという概算です．一般家庭の年間消費電力は平均で 4500 kWh くらいだそうですから，20年住もうと思うと 100t 近いアルミを「消費」することになるわけですがどうでしょうか．実際には効率の問題とかありますから (負荷がかかると 0.4V の起電力は出ないだろうし)，これよりずっと多くのアルミを「消費」するわけです．

回答No.3

noname#62864

多くの問題点があるように思います。
アルミの処理のこともそうですが、アルミを電池として使えば、水素ガスが発生します。家庭の電力をその電池でまかなうとするならば発生する水素の処理も考えておかなければ危険です。
いっそ、発生した水素も有効利用する方法も考えますか？

電気量とアルミの使用量の計算も必要です。
安定的に電気を供給するのも容易ではないように思います。

それと、電池で発生するのが直流で、家庭の電気が交流だということも考えておられますか？

発生するアルミニウムイオンは、適当な処理をした後に、大量の電気を使った電気分解によってアルミを再生するのがもっとも理にかなっていると思いますが・・

とりあえず、このくらいのことを思いつきました。

お礼

ありがとうがざいました。水素ガスのことは気がつきませんでした。水素を燃料電池に利用して・・・って考えていくと、とても大きな家になってしまいそうです。うぅ。やはり問題が山積みですね。
直流を交流にするのは、家庭用インバータを利用すれば可能かと思いました。

今思ったのですが、アルミニウムイオンをアルミに戻すのは、大量の電気を使うという点でエコではないかもしれませんが、ボーキサイトから水酸化アルミニウムをつくる過程を工場から省けると考えれば、将来エコにつながる技術になるのでしょうか・・。いただいた意見を参考に考えてみます。ありがとうございました。

回答No.2

mydummy

まあ100Vあれば感電すると思います。私の場合は18V（積層電池×2）で感電したことがあります。
ただ質問文にある用途から考えると、普通に家庭用コンセントに接続するように設計すると思うのですが（太陽電池つき住宅で感電しないように設計するような感じで）。

またアルミニウムイオンについては、使用する電解液にもよると思いますが、水酸化アルミニウムだかなにかの塩として取り出せると思うので、電気分解して精錬すれば金属アルミニウムにリサイクルできると思います。

ただし、アルミの精錬にかかるエネルギーコストは炭アルミ電池で得られるエネルギーを大幅に上回るものと予想されます（答：明らかに環境にやさしくない）

お礼

ありがとうございます。
１８Vでも感電するんですね。絶縁した方がよさそうですね。感電しないのなら電極を露出させて、コンセントを家中どこでも使えるようなかんじにすると便利だなあと思いました。
アルミニウムイオンについても参考になりました。ありがとうございました。

回答No.1

c80s3xxx

教えてください．
そのようなものを作ったとして，それのどのあたりが「自然環境に優しい」ということになるのでしょうか?
電圧を100Vに高める意味は?
「0.4Vの電流が流れる」 0.4V の電流というのはありえません．電池がどうとかいう以前の問題として．
ところで，アルミはそのうち消耗しますが，補給とかは考えなくていいんですか? ふつうはそうなる前に取り壊され，建て直しになる程度の量を仕込むということでしょうか?

補足

「0.4Vの電圧」の誤りです。すみません。
電圧を100Vに高める意味は、日本の電化製品は100Vで使えるようになっているからです。

自然環境にやさしいというのは、炭とアルミと海水を利用している点にあります。
炭は半永久的に利用可能で、発電という有効利用をした上で、木廃材を一般に処理するときに排出される、温暖化の原因である二酸化炭素を地上に留めることができます。
一方アルミは、軽くてリサイクルがしやすいため、サスティナブルな建材であると思います。
そして、この発電は、海水にアルミニウムイオンが流出してしまうのを防げば、クリーンエネルギーであると言えると思います。

ここで、c80s3xxxさんがおっしゃるように「アルミの消耗」が問題になります。アルミニウムイオンの流出を防ぎ、アルミがサスティナブルな建材であることを生かせるようにできればアルミを構造体にしたいです。そこでなにかいい案を教えていただきたく、投稿しました。「アルミイオンが再びアルミ電極に付着して、アルミも補給しなくてもよい」ならば一番よいのですが・・・化学を専門としていないのでよく分かりません。おねがいします。