65号 水素の大量生産・貯蔵技術の開発が進展

Arranged by T. HOMMA
1. 国家的施策
2. 国際的プロジェクト
3. PAFCの市場展開
4. PEFCの開発
5. 家庭用FCの開発と実証運転
6. FCV最前線
7. 水素関連技術
8. 燃料技術の開発と実証
9. 測定技術の開発
10. その他

1. 国家的施策

(1)通産省
  経済産業省は、「02年度から実施予定のFCVの大規模実証実験においては、内外メーカが参加する"内外無差別"、相互にデータを交換し集約する"共有財産化"、学識経験者など第3者による評価を行う"客観的評価"の基本3原則を適用し、国際標準化やレギュレーションの確立を図っていく方針である」ことを、11月28日、29日に開催されたJEVA主催の電気自動車国際フォーラムにおいて、同省の立岡自動車課長が表明した。この大規模実証実験は、首都圏を中心とする公道における実証運転試験で、水素ステーションやガレージなど実験に必要なインフラも整備する。
(日刊自動車新聞01年11月30日)

(2)NEDO事業
 NEDOは"PEFCの研究開発事業"の要素技術委託先として、応募39件から電源開発、日本製鋼所、松下電器産業、旭化成等16件を決定した。LPガスを燃料とするPEFCシステムの開発は、エルピーガス振興センターに委託する。
(日刊工業、日刊建設工業新聞01年11月27日、電気、鉄鋼新聞11月28日、日刊自動車新聞11月29日)  
 

2. 国際的プロジェクト
  国連の"The United Nations Development Program(UNDP)"による開発途上国の主要都市へのFCバス導入プログラムが、協力機関である"Global Environment Facility(GEF)"によって承認されたようである。このUNDP-GEFプログラムは、5カ国6都市に合計46台のFCバスを導入しようとする計画で、その内訳はブラジルのSao Pauloに8台、メキシコのMexico Cityに10台、中国の北京と上海に各6台、エジプトのCairoに8台、インドのNew Delhiに8台となっている。国レベルでの承認にはブラジルなど未だ若干の遅れが認められるが、他方で中国のように積極的な参加の意思を表明している国がある。中国の科学・技術省(Ministry of Science and Technology)は、天然ガスから生成した水素燃料の供給ステーションの整備を含めて、2001年から05年にかけて、約3億Yuan(3630万ドル)の資金を投入するとの情報が伝えられている。このプログラムに要する全費用1億4,000万ドルの内、GEFが6,000万ドルを負担し、残りの分は各国政府および民間企業が負担することになっている。
 UNDP-GEFプログラムの狙いは、将来世界の総需要の70%を占めるとも予想される開発途上国におけるFCバスの市場を展開することにある。最近の調査では、もし開発途上国で運行されているバスのデイーゼルエンジンの全てが、2020年までに天然ガスから抽出される水素を燃料とするFCに代替されれば、世界におけるCO2排出量の内4億4,000万トンがカットされ、都市における煤塵(airborne particulate matter) は40%減少すると予測されている。
(Hydrogen & Fuel Cell Letter, November 2001, VolXVI/No.11, p5) )
 
3. PAFCの市場展開
(1)川崎製鉄
 川崎製鉄は、千葉製鉄所内に設置・稼動しているガス化溶融炉"川鉄サーモセレクト炉"(1日当たり最大処理量300トン)の高機能化の一環として、東芝と共同で進めていた出力500kWのPAFC試験設備が完成し、実証運転を開始した。ガス化溶融炉で改質したガスを活性炭塔に通した後、FC本体に付随した複合反応器で脱硫し、シフトコンバータを経てPAFCスタックに導入、電力と温水を供給する。同社は97年11月にスイス・サーモセレクト社からガス改質型の熱分解ガス化溶融技術を導入し、それを川鉄の製鉄技術と組み合わせてゴミ溶融処理能力を蓄積した。この技術をベースに地域リサイクル事業をして産廃処理事業を手がけており、三菱マテリアルと共同出資した子会社JRC(ジャパンリサイクル)が主体となって、日産250tレベル(年間8万トン)の産業廃棄物処理事業を行っている。同社のガス化溶融炉は、廃棄物を単に焼却するのではなく、再資源化してリサイクルすることを目的としている点に特徴がある。廃棄物の可燃分は精製合成ガスとして回収し、その他の成分は無害化して再利用可能な資源として抽出する。
(鉄鋼新聞01年11月15日)

(2)富士電機
 富士電機は山形市から、出力100kWのPAFC2基を受注した。受注金額は約2億円、燃料は市の浄化センターの下水汚泥を微生物分解して生成される消化ガスで、02年3月に稼動の予定である。
(日本工業新聞01年11月21日)
 
4. PEFCの開発
(1)NOK
 NOKは、自動車メーカと共同で、PEFC用セパレータ一体型セルシールの開発に成功した。これはカーボンや樹脂のセパレータと、シール材のシリコンゴムや低溶出性プチルゴム、フッ素ゴムなどを接着剤を使って固定し、焼付けにより成形したものである。PEFCではセパレータとイオン交換膜を高度にシールする必要があるが、これまではセパレータとシールが別々であったため、組み立てプロセスが多段階になり、工数が多くなるという問題を抱えていた。セパレータとシール材を一体化できれば、工数が減るので、それだけコストダウンが可能になる。元来、NOKはOリングやガスケットのシール技術を生かしたFCのシール材を開発していた。この度同社は独自のシール技術を駆使して、このようなセルシール技術を実現した。この技術はスタックのエンドプレート、配管部などへの応用が可能であり、スタックのコストダウンが図れると期待されている。
(化学工業日報01年11月1日)

(2)Ballard Power Systems
Ballard Power Systemsは2000年1月にDetroit Auto Showで新型PEFCスタック"Mark900"を披露したが、それに続く次世代型商用スタック"Mark902"を発表した。Mark902は10kWから300kWまでの出力範囲をカバー(scalable)することができる。1号機は試験運転のため、先ず顧客に提供されるが、後続ユニットはFCバス用エンジンとしての利用が予定されており、ヨーロッパ10都市でのFCバス導入プログラムに投入されることになろう。以前の機種に比べて新機種は、大量生産に向くよう設計に改良が加えられており、コストの低減に加えて出力密度や信頼性等性能面で向上しているといわれているが、その詳細については発表されていない。特に出力密度について、Mark900シリーズのセル構造では2.2kW/lit.が可能であると同社は語っている。
(Hydrogen & Fuel Cell Letter, November 2001, VolXVI/No.11, p1)
 
5. 家庭用FCの開発と実証運転
(1)大阪ガス、荏原、BGS連合
大阪ガス、荏原バラード、荏原製作所、BGS(Ballard Generation Systems)は、PEFCによる家庭用コジェネレーションシステムに関して、共同で研究を推進することで同意した。大阪ガスは小型・高効率な燃料改質装置を開発し、既に数社に技術供与を開始している。又荏原バラードは2001年2月、家庭用1kW級PEFCコジェネレーションシステムのプロトタイプ1号機を製作し、世界最高レベルの発電効率(DC発電端)42%(LHV)を達成している。そして荏原バラードおよびBGSは、大阪ガスが開発した都市ガス用改質装置のテストを完了し、性能を確認した。これらの結果に基ずいて、荏原バラードは、荏原製作所およびBGSと共同でBPS(Ballad Power Systems)が製造するPEFC本体と大阪ガスの改質装置を組み合わせ、24時間連続運転が可能な家庭用PEFCコジェネレーションシステムの設計を開始することになった。これにより同種のFCシステムの実用化が加速できるものと期待している。
(電波新聞01年10月29日)

(2)出光興産
 出光興産は、01年10月31日、家庭用PEFC向けに灯油改質触媒の連続動作評価により、1万時間の耐久性を実証したと発表した。開発した灯油改質触媒は、ルテニウム系の "ISR-7G" と呼ばれるもので、水蒸気改質を前提としている。今回の連続評価試験では、市販灯油を0.1ppm以下に脱硫した製品を、連続1万時間以上に亘って100%改質でき、且つ触媒性能の劣化が認められないことを確認した。触媒性能劣化を抑えるため、触媒を保持する担体の改良で高温安定性を保持したこと、および触媒組成の最適化により炭素析出による経時劣化を抑制することができた。市販灯油の硫黄濃度については、50ppmから0.1ppm以下としており、脱硫材の寿命も1年相当であることを確認している。今後は実用化レベルである4万時間の寿命(夜間停止を含め、システムとして10年間使用を想定)に向けて、更に継続評価を実施することにしている。開発した触媒を用いた家庭用FC用改質器(1kW級)を01年度内に専門メーカと共同で試作し、トータルシステムとして実用性能を確認する予定。
(日刊工業、日本工業新聞、化学工業日報01年11月1日)
 
6. FCV最前線
(1)トヨタ
 トヨタ自動車は、多様な燃料の改質を前提とするマルチタイプのFCV用改質器の開発に着手した。FCVでは当面インフラ整備に目途をつけ易い改質式が有力視されているが、ガソリン、メタノールなど複数の燃料が地域によって使い分けられるとの予想がある。トヨタは利便性や開発・生産効率を考慮すると、マルチタイプがメリットが大きいと判断し、この実現を目指すことにした。マルチタイプは、改質温度が高くコンパクト化が難しいなど、実用化のための難易度が高いガソリン改質器をベースに発展させる考えである。
(日刊自動車新聞01年11月15日)

(2)日産自動車とルノー
 日産自動車とルノーは、FCV共同開発の詳細を決定した。FCスタックの基礎技術部分だけを両社の技術者で共同開発し、ガソリンやメタノール等の改質器、燃料貯蔵容器、エアコンプレッサー、バッテリー、キャパシターなどの構成部分についてはそれぞれが独自に開発する。両社はシナジー効果を追及するため、車のプラットホームやパワートレインの共通化を図っているものの、FCVは技術的に確立されていないため、市場毎に柔軟に対応できるよう共同開発はスタックのみに留めることにした。
(日刊自動車新聞01年11月22日)

(3)日本ケミコン
 日本ケミコンは、バラード・エナジー、フォード、ダイムラー・クライスラーなどの合弁会社であるエコスター社向けに、新しく開発した大型アルミ電解コンデンサーを納入した。これはインバーターとセットになっており、FCVのエネルギーデバイスとして自動車用42ボルト電気系統向けに開発した大型コンデンサーである。瞬間的な大電流の放電と回生エネルギーの蓄積に用いられる。価格は1個数千円であるが、従来の1個数円から十数円であった既製品に比べて、全く異なる高付加価値品になっている。
(化学工業日報01年11月26日)

(4)GM
 トロントのHydrogenics CorpとGMはFC技術の開発と商用化を加速させるため、戦略的同盟関係を締結することになった。GMはHydrogenicsの株の30%(3,000万ドル)を取得し、他方HydrogenicsはロイヤリテイーなしでGMのFCスタック技術を使うことができる。HydrogenicsのJonathan Lundy開発戦略担当副社長は「我々は今まで700万ドルを費やしたが、GMは恐らく3億ドルは使っているであろう。この契約によってカナダの会社は、世界で最高とはいえないまでも、最高の1つであるスタック技術を手にすることができるようになった。同社はFCの自動制御化された試験装置FCATSTMラインの開発を手がけてきたが、今まではそれが日の目を見ることがなかった。(under most people's radar screen) 今後はこの開発によって得られた専門的技術を自動車用および定置式FCの開発に役立てることが出来る。GMは我々の最も大きな顧客である」と語っている。
(Hydrogen & Fuel Cell Letter, November 2001, VolXVI/No.11, p5) 
 
7. 水素関連技術
(1)国際基盤材料研究所
 ベンチャー企業の国際基盤材料研究所(川崎市)が、入れ子構造を持つ特殊タイプのフラーレンを開発した。これは60個の炭素原子がボール状に結合したフラーレンが、240個の炭素原子でできた大きなフラーレンの中に入っている2重構造を形成している。炭素の棒に強いレーザ光を当てて3,000℃に加熱して炭素を蒸発させると、蒸発した炭素が冷える過程で、直径20nmの入れ子構造のフラーレンが形成される。収率は8〜9割にまで高めることができるので、普通のフラーレンとほぼ同じ価格で製造できると同社は語っている。入れ子構造のフラーレンは、6ないし8wt%の水素貯蔵能力を持つと伝えられている。
(日本経済新聞01年11月9日)

(2)丸八とフクイテキスタイル
 繊維メーカの丸八(福井市)とフクイテキスタイル(同)は、FCV用高圧水素ガスタンクの開発を目的に、この程アルミボンベに炭素繊維を巻き、従来の鉄製タンクに比べて重量を半分に抑えたタンクを試作した。
(日本経済新聞01年11月10日)

(3)リンデ
 液体水素貯蔵タンクを開発するドイツのリンデは、扁平タンク状で液体水素を貯蔵する技術開発が1年以内に可能になるとの見通しを示した。扁平タンクが実用化されれば、車の床下にタンクが搭載できるので、トータルコストの面などで効果が期待できる。リンデはBMWが今年公表した小型の水素自動車に扁平タイプのモックアップを搭載した。現在走行実証している水素自動車の液体水素タンクは、極低温のため扁平構造は難しく、楕円型で後部座席の後ろに設置されている。今回開発している扁平状のタンクは、アルミとそれ以外の材料をミックスして多層化し、従来よりも優れた高断熱性を実現しており、又タンク壁構造を薄くしたことにより軽量化が図られている。1年程度で完成してテストに入る予定であり、BMWが2005年以降に実用化する水素自動車への搭載を目指す他、他社にもライセンス供与していくことにしている。又液体水素は今のタンク構造では5日間は漏れず、それ以降は1日1%の割合でボイルオフしていくが、この水素を補機駆動用FC(5kW)に導入することにより漏れのロスを無くする予定である。
(日刊工業新聞01年11月13日)

(4)NKK
 NKKは、高圧ガス容器製造メーカのダインテック社(カナダ)と、NGVやFCV用燃料タンクに関する提携関係を強化すると発表した。NKKの関連会社である鋼管ドラムがダインテック社株式の3%を取得し、容器の国産化を含めた今後の事業展開について共同で検討していくことにした。ダインテックのFRP容器は、薄肉アルミライナーをカーボン繊維で強化しており、十分な強度と軽量性を兼ね備えていると云われている。カナダのカルガリーに工場を持つと共に、ドイツにも工場を建設中である。
(日本経済新聞01年11月20日、日経産業、日本工業、日刊工業、鉄鋼、日刊自動車新聞、化学工業日報11月21日)

(5)新日鉄
 新日本製鉄は、海外企業も加えた数社とアライアンスを結び、製鉄所で発生する水素濃度20%程度の副生ガスから水素を分離し、それを液化して供給する事業に乗り出すことにした。国内にある全ての製鉄所からこのプロセスで水素を生成すれば、FCV400万台分の燃料を供給できる計算にある。水素を分離するのがキーテクノロジーであるが、分離技術は同社が既に保有する酸素製造装置(PSA)や冷熱技術、幕技術を適用することができる。02年度から3年をかけてモデルプラントを設置し、水素を液化して供給するシステムの開発を進め、水素を安価に確保する技術の確立と実用化を目指すと同社は語っている。最終的にはFCV向け水素スタンドへ液体水素を供給するまでのサイクルを開発することにしている。
(日刊工業新聞01年11月26日)
 
8. 燃料技術の開発と実証
 ベンチャー企業の日本食糧は、複合的な自然エネルギーとFCを利用した自家発電型住宅の研究・実験を来春から開始することになった。太陽光発電と家庭から出る新聞紙など紙類のバイオマスから高効率でエタノールを製造できる独自システムをベースに、FC発電システムを研究するベンチャー企業と提携して、2005年を目途に新エコ住宅の実用化を図る予定である。具体的な工程は、先ずセルロース、ヘミセルロースを特殊な酵素を使って加水分解し、65ないし70%の高い効率でブドウ糖を抽出する。それを酵母で発酵させて熟成・蒸留してエタノールに変換、エタノールを改質してFCで発電させるシステムの開発・実証である。当面は02年4月に完成予定の "Factory Park MEGA" 内にある社員食堂、研究所にシステムを設置して実証試験を行うことにしている。同社は住宅用だけではなく、オフィスビル、工場などにも適用できるシステムの実用化も想定している。
(日本工業新聞01年11月7日)
 
9. 測定技術の開発
 (1)セル性能計測装置  半導体、産業機器を扱う専門商社の丸文は、計測器メーカのエヌエフ回路設計ブロックと共同でFCセルの総合評価装置を開発し、12月から販売を開始する。同装置は主として電解質膜や触媒、電極の開発に役立てることを目的にしており、温度、湿度、水素や混合ガスの流量などを測定しながら、膜の抵抗の変化や電流・電位特性などを自動測定できる機能を備えている。測定条件などはパソコン上で設定可能であり、ガス供給器や計測器は纏めて1つのラックに配置されている。価格は800万円以上。今後はセルを積層したスタックの評価ができるよう製品開発を更に進めるほか、ガスの成分を分析するガスクロマトグラフの機能も加えていく予定である。
(日経産業新聞01年11月30日)

(2) 硫黄測定装置
 計測器メーカの理学電機工業(高槻市)は、ガソリンや灯油など石油製品に含まれる硫黄分を高精度で測定する技術を開発した。従来法に比べて使用法が簡単であり、数十ppb単位の測定が可能である。新技術は試料に液状の触媒を加えた後、エックス線を照射して硫化水素やメルカプタンなどの硫黄化合物を分解する。分解した硫黄分は触媒と反応して沈降するが、再びエックス線を当てた時にそれが放出する蛍光エックス線から硫黄分の濃度を測定することができる。硫黄と触媒の結びつきは強く、測定時に分解することはない。イソプロピルアルコールやナフサを使って装置の性能を確かめた。同じ試料を対象に、容器を替えながら10回繰り返し測定した結果、50ppbレベルの分析で測定値のばらつきが約10%であり、この方法による測定精度の高いことが確認された。これまでは試料を燃やして硫黄を酸化し、その量を測定する手法が使われていたが、この手法は手間がかかる上、燃焼した硫黄分が2酸化硫黄や3酸化硫黄に変化する割合が安定していないため、微量の硫黄を測定するときにばらつきが大きくなるという欠点があった。FCに使う高品質の液体燃料の開発に役立つものと同社は期待している。
(日経産業新聞01年11月30日)
 
10. その他
 アメリカ・ボーイングは01年11月27日、FCを使った旅客機を開発すると発表した。機体から排出される有害ガスの総量を減少させるため、プロペラ機のエンジンやジェット機の補助動力システムなどにFCを適用する。具体的には、プロペラ機用エンジンを電気モータに置き換え、その動力源としてのFCシステム、およびジェット機については機体最後部についている補助動力装置を代替するFC発電システムの開発である。2004年初めにも試験飛行を開始、実用化に向けた量産技術やコスト削減方法などを確立する予定である。
(日本経済新聞01年11月28日、日本工業新聞11月30日)

 

 ―― This edition is made up as of November 30, 2001. ――