( 144950 ) 2024/03/02 14:38:51 2 00 将来のトラック燃料・水素の供給源になれるか!? 日本が技術研究でリードする「高温ガス炉」とは?ベストカーWeb 3/2(土) 10:00 配信 https://news.yahoo.co.jp/articles/6072080d25cfb06eae76974e2ffeef1ef9ffa634 |
( 144953 ) 2024/03/02 14:38:51 0 00 ベストカーWeb
将来のトラックの動力源として、燃料電池(FC)や水素エンジンが期待されています。しかし、燃料の水素を大量かつ安価に入手するのはまだまだ難しく、普及には程遠いのも事実。ただ一つブレークスルーとなりうるのが、高温ガス炉を使って「水から水素をつくる」ですが、このほど都内で開催された展示会「SMART ENERGY WEEK」で、それがいつ実現するのかを取材しました。
文/緒方五郎(商用車ライター) 写真/トラックマガジン「フルロード」編集部
トラックの脱炭素化・脱化石燃料化で、燃料電池自動車(FCEV)や水素エンジン車が期待されているのは、EV以上の航続距離と積載量が確保できるためです。
FCEVは水しか排出しないので最もクリーン、水素エンジン車は排気ガスを出すものの、ディーゼル車に近い使い勝手が得られます。しかし、それ以前に肝心の燃料が入手しにくく、しかも軽油より高い(ガソリン相当)といわれており、仮に水素を使うトラックが実用化されても、燃料があまり実用的ではないのが実情です。
水素が高価な理由は、いまの水素(グレー水素、CO2を放出しなければブルー水素)の原材料が天然ガス、石炭などの化石燃料で、さらに製造段階でも化石燃料を使うためです。製造段階に太陽光発電などの再生エネルギーを使う例(グリーン水素)もありますが、生産量はごく限られたものになります。
それでは、水素は化石燃料や工場の副生成物からしか得られないのでしょうか？答えはノー。水素原子2個と酸素原子1個が結合したH2O、すなわち水を熱分解すれば水素が得られます。ですが、そのためには巨大なエネルギーが必要ゆえに、水から水素を大量生産することは、きわめて困難なのです。
水から水素をつくる技術として、以前から知られていたのが「高温ガス炉」です。いったい何者なのか想像のつかない字面ですが、ひと言でいえば、「高圧のヘリウムガスを冷却材とする、高温で運転可能な次世代原子炉」です。
「高温で運転可能」というのは、冷却材に水を使う軽水炉(日本を含む世界各国の商用原子炉で用いられる方式)が摂氏280度で運転するのに対して、高温ガス炉は摂氏950度(原子炉出口冷却材温度)と、3倍の温度域で運転できるからです。そのために炉心構造もそれまでにないものですが、本稿では原子炉技術の解説は置いておきましょう。
この高温を、高圧ヘリウムガス(炉心を冷却しても放射性を帯びず、かつ不活性なガス)で炉外へ運び、水素製造プラント、ヘリウムガスタービン発電プラント、淡水化プラントなどで活用することが、高温ガス炉の用途として考えられてきました。
日本原子力研究開発機構(原子力機構)では、過去30年以上にわたって高温ガス炉の研究をしています。茨城県大洗町にある研究用高温ガス炉「高温工学試験研究炉(HTTR)」では、実際に原子炉を稼働させて、すでに高温連続運転や炉心冷却喪失試験を完了しています。高温ガス炉は現在、日本と中国にしかなく、その研究は先駆的といわれています。
そして2022年度から、経産省の「超高温を利用した水素大量製造技術実証事業」として水素製造の実証プロジェクトに着手しています。これも世界を先駆けるプロジェクトです。
HTTRによる最初の水素製造試験は、現時点でもっとも普及している水素製造法である「メタン水蒸気改質法」を用いた既存の水素製造プラントをHTTRと接続し、2030年度までに水素製造試験を行なう計画です。それまでに、高温・高圧のヘリウムガスを原子炉～プラント間で安全に往来させるための「機器」「配管システム」の技術も確立する予定です。
この段階では「水から水素」ではなく、原料となる天然ガス=メタンを水蒸気(水)と反応させて、水素と一酸化炭素へ改質させるものとなります。改質に必要な摂氏750～900度もの高温は、通常は化石燃料を燃焼して発生させていますが、これを高温ガス炉の高温ヘリウムガスに代えることで、製造時のCO2排出量はゼロとなります。
なお、HTTRに装荷される燃料集合体に含まれるウランは約4kgで、プラントで燃焼して使う化石燃料と比べると、はるかに少ない製造コストで済むそうです。つまり現状の製造方法でも、水素価格を引き下げられる可能性があるわけです。ちなみにHTTRは、研究炉といっても30メガワット(MW)という発電所クラスの出力をもっています。
もちろん、メタン水蒸気改質法とは異なる水素製造方法も検討する予定です。原子力機構では、候補として「高温水蒸気電解法」「メタン熱分解」「IS法」の3例を挙げています。
このうち「水から水素」は、高温水蒸気電解法とIS法の二つです。前者はHTTRによる発電、あるいは「ヘリウムガスタービン発電」による電力を利用して、水を電気分解する方式。後者は高温ヘリウムガスの熱を直接使い、ヨウ素(I)と硫黄(S)のブンゼン反応を経て水素を取り出すという、原子力機構独自の方式です。
ただ、ヘリウムガスタービン発電やIS法なども研究段階のものであり、これから実験と試験、実証テストを経ていく必要があります。仮に実用化できても、それはかなり先の話になるでしょう。
お話をうかがってみると、FCEVや水素エンジン車が「水からつくった水素」で走れるようになるのは、少なくともあと20～30年という時間が必要に思えました。それまでの間に、高温ガス炉とメタン水蒸気改質プラントのタッグが実用化できた場合は、化石燃料に対する需要とCO2排出量を漸減させながら水素をつくっていく、というステップを想定しているようです。
もちろん、いまの現役世代が40～60代になっているかリタイアしている頃でしょうが、もしも水、それも海水から水素を得られるとしたら、交通、物流はもちろん生活や産業のためのエネルギー資源を、ほぼ自給できることになり、日本のエネルギー環境が根本から変わっているかもしれません。
しかし、東日本大震災で大規模な核災害が起きてしまっただけに、たとえ安全対策が大きく進化しているとされる次世代原子炉であっても、新設あるいはリプレースへの抵抗は起きるでしょう。「水から水素」は、将来のエネルギーをどうしていくべきか？という、日本国民全体で考えるような課題と直結したお話でもあると考えます。
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( 144952 ) 2024/03/02 14:38:51 1 00 - 水素社会への移行は必然であり、人類は木や化石燃料、核を利用してきた歴史があり、次は水素だと考えられている。 - メタンガスから水素を作る技術を活用すれば、廃棄物の再利用と温暖化防止が同時に進むと考えられている。 - 水素燃焼のエンジンなどは将来的に熱の問題が課題となるが、高効率で低コストのエネルギー供給方法は宇宙船や宇宙コロニーにも応用できる可能性がある。 - 天然水素が豊富に埋蔵されているとの報告があり、将来的に天然水素の供給が可能になれば、エネルギー源として利用できるかもしれない。 - ヘリウムは有限の元素であり、冷却剤として使用されるが、効率的な使用が求められている。 - 原子力を利用した水素製造や利用には技術的課題やコストが大きな障壁となる可能性があり、水素ステーションの価格なども課題となる。 - 日本は新しい燃料に挑戦し、アンモニアなども燃料として検討されている。 - 水素車の排水による凍結などの問題点も指摘されている。 - 産油国や石油メジャー、ヨーロッパなどの影響力があるため、水素社会への移行には障害があるとの指摘もある。 - 原子炉の安全性や廃棄物処理など、水素社会移行に際して解決すべき問題がある。 - 20～30年後には核融合発電が実用化される可能性やヘリウム不足問題が取りざたされている。 - トラックやバスなどの排気ガス削減効果が期待される一方、水素製造に関する資源消費の問題も指摘されている。 - 水素を作るために石油や電気を使うことへの批判や、石油燃料を直接利用するべきではないかという意見もある。
（まとめ） | ( 144954 ) 2024/03/02 14:38:51 0 00 ・この世が水素社会になるのは自明の理で、人類は生きていくために、木を燃やし、化石燃料を燃やし、核を燃やしてきた。次はもう水素なのだ。石油だって大昔から燃える水として存在していたけど、化学の発達によって宝の水に変えた歴史がある。現在の技術では、水素製造にコストが掛かる。しかし、それも人の叡智によって解決されていく。高温ガス炉が救世主となるかは未知数だけど、水素は2030年までに大量輸送が実現すると言われているし、CO2フリー水素も商用化に向かっている。日本の技術に期待して良いと思う。
・メタンガスは、CO2以上の温室効果ガスです。 それを分解して水素が作れるなら、廃棄物として大気中に放出(気体のゴミ)されているメタンガスを回収する技術と併用すれば、エネルギー確保と温暖化防止の一挙両得ですね。
・水素燃焼型エンジン含めて、将来的な問題としては、熱が問題なのよ。 温室効果ガスは、あくまで大気中に蓄えられる熱の総量に関わる部分だから、貯蓄総量がどうあれ、熱の供給と排出を改善する方も大事になる。 その時には、地球上に原子炉を置くとかの部分でマイナスになりうるのが厄介なのよね。
ただ、効率の高い、エネルギーコストの低い方法ってのが無意味かと言うと違う。 宇宙などにそういうのを置けば、水素という燃料を作りながら航行する宇宙船とか、宇宙コロニーなどに使える。 そういう時代を見ての研究開発だと思う。
まあ、それ以上に、地球から宇宙への熱の放出技術も極めてしまえば、大丈夫になるのだけれども。 そういうのや、溜まった熱をより高温に集約して活用したり、宇宙とかに放出したりして、ある程度の制御ができるようにするといいかもね。
・2月27日付けの『 天然水素「５万年分使用量」の５兆トンが足元に…新しいゴールドラッシュ来るか』というネット記事から以下引用。
＞史上最大の天然水素の鉱床がアルバニアの鉱山で発見されたという研究報告に続き、全世界の地中に埋蔵されている天然水素が5兆トンに達するという米国地質調査局（USGS）の未発表報告書の内容が公開され、注目を集めている。
＞研究責任者である地質調査局のジェフリー・エリス博士（石油地質学）は、最近デンバーで開かれた米国科学振興協会（AAAS）の年次学術会議で、研究内容の一部を紹介し、「大部分の水素は接近不可能な可能性が高いが、数％だけ抽出しても年間5億トンに達するとみられ、天然水素の予想需要量を数百年にわたって充足できるだろう」と話した。
・冷却剤に用いるヘリウムは天然ガスから分離しなけりゃ作れない、有限の元素。まぁ高温ガス炉で使う量がどの程度か知らんが、ドナルドダックの真似をするために使うようなことはやめるべきだろうな。
・原子力ムラのストーリーに乗っているのは日本政府だけで、水素が安く製造できても輸送や貯蔵の技術的課題やインフラ整備のコストは大きな障壁になる。原子力で作った水素はそのまま発電に使ってコンバインドサイクルにしたほうが社会インフラが電気一本で済むので現実的だ。原子力には廃棄物問題を解決しないと孫子の世代に付け回しするだけだから容易に国民に受け入れられないだろう。 水素が安く作れても水素ステーションが3億円もするようでは普及はない。イーロン・マスクの『水素社会なんてありえない』という意見のほうが説得力がある。
・アンモニアも燃料にしようとチャレンジしています。日本は、資源がないではなく、ないなら新しい燃料をつくる。はやぶさのエンジンを作れる技術があります。
・数年前にFCVはクリーンでも水を出すので冬になると道路が凍り付いてとても危険な乗り物だと必死に水素などダメだと書き込んでいた人がいたの思い出した。
・産油国や石油メジャー、ヨーロッパがタッグを組んでグダグダな方針を打ち出しちゃうから、水素も潰されて終わり。
石油マネーから離脱することは無理っぽい。
・良いことばかり書いてあるけど、原子炉の安全性や立地の安全性、核関連ゴミ(原子炉解体含む)の廃棄場所はどうなる。
・２０～３０年先だと、核融合発電が出来てそう。 熱源として融合炉を使うだけじゃなく、融合の結果生まれるヘリウムも使えそう。
・最近ヘリウム取れる量少ないニュース聞いたけど大丈夫なんだろか？医療でもつかうみたいだけど、無いとあの機械が使えなくなるんだとか
・トラックとかバスは真っ黒い排気ガスをモウモウと吐きながら走る。水素ガスに変われば恩恵は計り知れない。
・水素を作るのにそんなに石油だの電気だの使うなら 最初から石油燃料で走ればいいじゃないの。
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