電気エネルギー確保に水素利用の効率は？

質問

人類はＣＯ２を発生する化石燃料をふんだんに使っている一方、地球温暖化抑制の重大な課題に悩んでいます。クリーンエネルギーとして太陽、風力、水力、地熱、波力などでは人類が必要とするエネルギーを賄いきれない。
地球には水素が無尽蔵に存在しています。水を電気分解すれば安全無害な工程で水素が得られます。その水素の燃料電池で発電して、その電気を使って電気分解し、余った電気を市民が使う。このサイクルを充実拡大すれば、やがて装置設備も安価に出来て、化石燃料は不要になる。と、この理想を考えるのですが、なぜかメデイアもあまり主張もしない。識者のご意見を知りたいのであります。
質問１．このサイクルが進まない理由は何んでしょうか？
質問２．電気分解に要する電力は水素電池の作る電力の何％に当たるのか？

回答No.6

nagata2017

現在に限定して言うと　「原発は儲かるから」ということにつきる。
そして膨大な資本投下をして利益を回収している途中段階にいるということです
これを今すぐ廃炉にして　水素のほうに移行することは　大損になるのでやらない。
これが最大の理由ですね。財界も政界もこの利権を捨てるつもりはないのです。

だから太陽光発電もブレーキをかけようとしている。

回答No.5

QCD2001

他の回答者も書いていますが、まとめると以下のようになります。

質問１．の理由は質問２の回答です。

質問２．電気分解に要する電力は、水素電池の作る電力の２倍以上で、現状ではおそらく水素電池が作る電力の５倍程度以上の電力が電気分解に必要になります。

燃料を燃焼させて、電力などの利用可能なエネルギーを得ようとする場合には、エネルギー効率の理論的な上限が存在します。この上限は燃焼させる温度が高いほど効率がよくなり、温度が無限大の時におよそ５０％になります。つまり、燃料を燃やして生じるエネルギーのおよそ半分しか電力として取り出すことができないのです。残りの半分は熱となって外へ逃げて行ってしまいます。

ですから、水素を燃やして発電機を動かしたり、あるいは燃料電池などを使って電気を得ようとしても、水素と酸素が結合して水ができるときに生じるエネルギーの半分は熱として失われてしまい、電力として取り出すことができるのは生じたエネルギーの半分しかないのです。この半分になってしまった電力で水を電気分解すると得られる水素は、最初にあった水素の半分しかないのです。

従って、水を電気分解して得られた水素から電力を得ようとしても、電気分解に使った電力の半分の電力しか得られず、この電力で水を電気分解して、できた水素で電力を得ようとすると、電力はまた半分になり・・・。というようにして、電力はあっという間に消費されて熱になってしまいます。

では、水素自動車を作ろうとしているのはなぜか？それはＣＯ２の排出量を減らしたいからです。

先に、燃焼させる温度が高いほど、効率よくエネルギーが得られると書きました。自動車のボンネットの中にあるガソリンエンジンの大きさを思い浮かべてください。この大きさの中でガソリンを燃焼させて、エンジンそのものが熱で溶けてしまわないようにするときの温度と、大きな発電所の中でガソリンや重油などを燃焼させる時とで、どちらが温度を高くできるかを考えてみてください。自動車の中のエンジンの方がどう考えても温度は低いです。従ってエネルギー効率も低いです。日本中で走っている自動車が利用している動力を電力に換算すると、同じだけの電力を火力発電所で発電した方が、燃焼させる燃料が少なく済みますから、発生するＣＯ２の量も少ないのです。

そこで、この電力で十分効率よく水素を作り、水素で自動車を動かすことができると、日本全体で発生するＣＯ２の量を削減できる可能性があります。これが水素自動車を開発しようとしている理由なのです。

回答No.4

toshi1860

もの凄く否定的な意見ばかりが並んでいるので。
水素は無尽蔵に存在しているが、殆どが他の元素と結びついた状態で存在している。これを水素単体にすることが容易ではないのだが、更に水素の持ち運びが難しいという問題がある。
こうしたことの一番の妨害になっているのが、勿論日本政府だ。
自民党というのは、原発推進と言うことを一貫して行ってきて、福島の原発事故であれだけ悲惨なことが起こったにもかかわらず、これといった責任も取ろうともせずに相変わらず原発推進の旗印を下ろしていない。
日本以外の先進国では、原発などだめだという気運が盛り上がっていて、自然エネルギーに資金を投入するのがあたりまえで、投資家達もこぞって自然エネルギーに資金をつぎ込んでいる。それなのに未だに石炭火力に力を注いでいる日本というのはいったい何なんだといった目で見られている。
勿論、自民党という政党がそういうアホしかいないからなのだが、全く世界の潮流からかけ離れているのだ。

これから太陽光発電システムを導入したが、買い取り制度の枠から外れていくものが増えていくと言われている。高い価格で電力を買ってくれるからということで導入したのだが、これが買い取り制度の枠から外れてしまったら電力会社から安い価格でしか買ってもらえなくなると言って嘆いている。
しかし、太陽光発電システムは年々歳々価格は低下して行っている。日本の太陽光発電システムはとても高いのだが、他の先進国では考えられないくらいの低価格になっている。やがてのことに、日本でも太陽光発電システムの価格破壊が起きることになるだろう。そうなったときに余った電力をどうするかという問題が起きる。この時に余った電力で電気分解を行って水素にすれば良いのだ。
下に、水素は危険だ等といい加減なことを書いているのがいるが、危険という観点では都市ガスも水素も大差が無い。持ち運びについては、もう随分前から水素吸蔵合金というものが存在している。馬鹿は知らないだろうが、現在乾電池型の充電池の殆どは水素吸蔵合金を使っているのだ。また、持ち運びの利便性を改善するために水素をアンモニアに変えると言うことが考えられている。水素という爆発の危険性がある気体をアンモニアという液体にすることで、持ち運びがガソリンと同じようにできるうえに、直接アンモニアを燃やすと言うこともできるからだ。まだ、実験段階ではあるが、小規模なアンモニアを燃やす火力発電所が稼働している。
昔は、アンモニアを作ること自体が大変だったのだが、日本の研究者が簡単にエネルギーを使わないで水素からアンモニアを作る方法を考え出したからだ。
電気分解についても効率的に電気分解ができる研究が進んでいるが、こうしたものの一番の阻害要因が政府だというのが、この国の泣き所なのだ。

回答No.3

tyr134

質問１．このサイクルが進まない理由は何んでしょうか？

一番の理由としては，燃料電池のある材料が高いというからです。
例え量産化してコストが下がっても，その額は限定的に下げ止まるとされています。
このネックになっている材料がプラチナです。
プラチナの指輪やネックレス，高いですよね。
そして，この部分は燃料電池が発電するための重要な位置を占めています。

燃料電池は水の電気分解を利用しています
しかし，水→酸素・水素という反応ではなく逆なのです。
燃料電池は、電解質をはさんだ電極に水素を送り、もう一方の電極に酸素を送ることによって化学反応を起こし、水を発生させます。
この時，電解質を通り移動によって電気が発生し利用するのです。
つまり，水素と酸素から水を作る過程で起きた電気を回収して蓄電しています。
プラチナに変わる安価な素材が見つかるか開発されないと，コストがネックとなり普及しないでしょう。

もう一つの使い方として水素を燃やして電気を作る方法があります。
この場合は水素を燃やしてタービンを回す，所謂火力発電の一種です。
そして，水素を作るには電気が必要です。
その電気はどこかから引っ張って来なくてはならない。
じゃ，その電気を太陽光や風力など別の方法で作らなきゃいけませんが、「そもそもそれだけ発電できるな直接使った方がよくね？」とります・

質問２．電気分解に要する電力は水素電池の作る電力の何％に当たるのか？

水素を1Nm3の水素を作るには５kWhが必要となりま。
「Nm3」といのは気体の体積を表示す値です。
体積なので、物質によるので換算は一様にはできません。
代わりに電気代ベースで言えば100円／Nm3となります。
これが水素を取り出すためのコストになります。

計算方法が分からないので，％表示への変換できませんでした。すみません。

回答No.2

dragon-man

質問1:　安価な水素の蓄積保管方法がない。輸送保管に莫大なコストがかかる。水素は取り扱いが難しく、危険。ガソリンスタンドに較べて水素ステーションの建設維持コストはおそらく10倍以上。実用上水素自動車は成り立たない。

質問2:　H2Oの電気分解に必要な電気エネルギーと水素燃焼によって得られる燃焼エネルギーは原理的には等価。しかしながら電力は送電中に多くの部分（おそらく数十％）が失われるし、燃焼エネルギーの大半は有効利用できない。最も効率の良い水素エンジンでも熱損失が大きく、有効利用率は50％以下。それを勘案すれば200％以上、下手すると300％以上になるでしょう。

回答No.1

f272

(1)
永遠にエネルギーを投入し続けなければならないから。
(2)
大雑把に言えば200%です。