1. ＰＡＦＣの市場展開1. ＰＡＦＣの市場展開
2. ＭＣＦＣプロジェクト
3. 家庭用コジェネ用ＳＯＦＣの開発
4. ＳＯＦＣの新構造
5. マツダによるＦＣ自動車の開発戦略
6. ＰＥＦＣ用固体高分子膜の開発成果と評価
7. ＰＥＦＣ関連技術の開発
8. ＰＥＦＣの新市場
9. ＦＣ市場予測
10. イギリスのガソリン改質技術
A POSTER COLUMN
サッポロビールは、ビール生産に伴って発生するメタンガスを利用する出力２００ｋＷのＰＡＦＣを同社千葉工場に導入することになった。メタンガス利用ＰＡＦＣの導入は日本では初めての試みで、本事業は９７年６月末施行の「新エネルギー利用等の促進に関する特別措置法」に基ずく補助金の認定を受けた。投資額は２億３０００万円。従来は排水処理で発生するメタンガスをボイラーで燃焼して再利用していたが、これをＦＣに導入利用することにより、ＮＯｘやＣＯ２の発生を抑制するとともに、電力原単位（１klのビール生産に要する電力量）は６％、燃料原単位は３％削減される見込みである。（日本経済新聞９８年４月７日）2. ＭＣＦＣプロジェクト
関西電力は、尼崎燃料電池発電試験所で出力２００ｋＷ級ＭＣＦＣ発電プラントの建設に着手し、９９年から実証運転を開始する。ＭＣＦＣスタックは三菱電機製内部改質型で、大きさは縦２ｍ、横２ｍ、高さ６ｍ、２２０枚のセルから構成される積層構造である。なお本プロジェクトはＮＥＤＯの研究委託事業でＭＣＦＣ研究組合の基に推進された。（日経産業新聞９８年４月２８日）3. 家庭用コジェネ用ＳＯＦＣの開発
東京ガスは、家庭用３ｋＷ級ＳＯＦＣの開発とそれの実用化を指向しているようである。ＳＯＦＣは現在実用化されているＰＡＦＣに対して小型化が可能であり、動作温度も高いので家庭等でのコジェネレーション用系統連系電源として用いることができる。スイスのズルツアー社は「電気も作る湯沸かし器」と称する１ｋＷ程度のＳＯＦＣユニットを開発しており、東京ガスのＦＣ技術開発部は、これを家庭用コジェネモデル機として注目していると語っている。（東京新聞９８年４月７日）4. ＳＯＦＣの新構造家庭用コジェネレーション用電源として開発された天然ガス利用１ｋＷＳＯＦＣデバイス(SOFC micro-cogenerator)の設計図がドイツ銀行の地下室に眠っており、それの新しいオーナを探しているとのことである。このデバイスの開発者であるドイツのHerrmann Waermesysteme GmbHは、９７年１１月突如としてこのビジネスから撤退することになった。デバイスの開発に同社は５００万ドルを費やしたとのことで、ヨーロッパ、アメリカ、カナダ、オーストラリアで４件の特許が取得されている。(Hydrogen & Fuel Cell Letter, March 1998 Vol.XIII/No.3, p5)
ＢＮＦＬ(British Nuclear Fuel Labratory)のDr.Bob Lewinは、同研究所はＳＯＦＣに構造上の改良を加えることにより、出力密度の大幅な上昇を実現したと発表した。新しい改造点とは電解質であるＹＳＺタイルの両側面に集電体としての役割を持つurania layerを挿入したことである。この様な構造を採用した結果、ＳＯＦＣの出力密度は大幅に増加した。代表的な測定結果を示すと、例えば、動作温度８００℃において、出力密度およびセル電圧は、各々４００mW/cm2および０.７Ｖであり、動作温度１０００℃では、９７０mW/cm2、０.６５Ｖの値が観測されている。このurania層は平板型、円筒型何れのタイプにも適用可能であるとDr.Lewinは述べている。このuraniaと電解質は同等の熱膨張率を持つので、セル構造に応力を生じることが無く、更に酸化並びに還元雰囲気に対して安定であるため、劣化率の低下や耐久性の向上にも効果があると期待されている。5. マツダによるＦＣ自動車の開発戦略
(Fuel Cell UK Newsletter, Issue 6, March 1998)
自動車会社の“マツダ”は、９８年４月８日、アメリカのFord、ドイツのDaimler-Benz、カナダのBallard Power Systemsが共同で開発を進めているＦＣＥＶ開発事業に参加すると発表した。マツダによる資本や人員の派遣はないものの、情報交換や交流の推進と同社が独自に取り組んでいるＰＥＦＣ技術を提供する模様である。同社は９１年以来自動車用ＰＥＦＣの開発に取り組んできたが、今後はＦＣユニット自身の自主開発は中止し、３社から提供されるユニットをベースに、ＦＣＥＶの開発と実用化を目指す予定である。これにより多額の研究開発費を節約できる上、ＦＣシステムを安く調達することができる。（朝日、読売、毎日、中国、日本工業新聞等９８年４月９日）6. ＰＥＦＣ用固体高分子膜の開発成果と評価
つい最近まで固体高分子膜のコストがＰＥＦＣの商業化に対する重大な障害と考えられていたが、その問題は今や解決しつつあると専門家は見ているようである。DuPont’s Nafion Global Business CenterのmanagerであるDr.C.G.Michael Quahは「我々は＄１０/ｋＷまでコストを低下させ得る自信がある」と述べると共にシステム性能に関しても「現在の３kW/m2からおおよそ５.５kW/m2まで向上させることは可能であり、ある研究者は単一スタックで７?８kW/m2をも達成した」と語っている。この情報は９８年３月に開かれたアメリカＤＯＥの”Hydrogen Technical Advisory Panel(HTAP)の第１３回会合において紹介された。7. ＰＥＦＣ関連技術の開発
膜のコストは当然のことながら大量生産によって大幅に下落する。Quah氏は当初Nafion膜は＄４７５/m2であったが、生産量が２５０万m2に達すれば５０ドルそこそこにまで低下するであろうと述べている。（D.H.Swanは、１９８９年に書いた“ＦＣ自動車のコスト分析”に関する論文に於いて、Nafion膜の価格として＄５５０/m2を引用、大量生産によって少なくとも１/５に、更に将来は１/１０まで下がると仮定した。又ＦＣＥＶの実用時における出力密度については１０kW/m2を予想している）現在この種の膜はchlor-alkali産業において大きく需要が伸びており、Quahが上述の会合で紹介した生産設備では、圧延工程によって幅４?５feet(1.2?1.5m)、最小でも長さ１００ｍの膜が生産されている。
(Hydrogen & Fuel Cell Letter April 1998 Vol.XIII/No.4, pp1-3, cf.D.H.Swan;SAE Technical Paper Series 89174, pp123-128, 1989)イギリスＤＴＩ(Department of trade and Industry)は、専門の研究者に委託して、性能およびコストの両面から固体高分子膜の総合評価を実施した。これはＰＥＦＣの商業化のために、高分子膜が満たさなければならない条件を見いだすことを目的に行われた。これについて、Cranfield大学のDr. Keith Lovellは、自動車等の動力機関用ＰＥＦＣの商業化に対しては、＄１５０/m2が受け入れ可能なコスト目標であり、定置式発電用に対してはこれよりも高い価格が容認されると述べている。現在の膜の価格＄９００/m2は、目標値に比べてはるかに高価であるが、材料価格が＄１０/m2であることを考慮すると、大量生産体制によって目標値を満足すべく充分コストが下がり得ると考えられる。他方耐久性については、５０,０００時間を超える耐久試験によっても顕著な性能劣化が認められなかったとの観測結果が発表されており、又Ballard社は同社の開発したＢＡＭ３Ｇ膜について、良好な安定性のあることをリポートしている。ＤＴＩレポートは更に効率に関して、膜の水分管理のために燃料ガス中に水分を注入する必要のない構造の開発を提案しており、動作温度を高く維持することによって、より高い効率を実現することが可能であると論じている。これらの事実を総合して、“固体高分子膜がＰＥＦＣの商業化に対して基本的な障害にはなりえない”との結論が下されたようである。
(Fuel Cell UK Newsletter, Issue 6, March 1998)Foster-Miller社の主任研究員(senior scientist)であるRobert Kovar氏は、１５０℃の高温で動作可能で安価な膜の開発に成功したと語っている。従来の膜を用いたＰＥＦＣでは、水素電極側では水分が不足し、酸素電極側では過剰になる傾向があり、それが水分の制御を困難にしていた。同社による新しい膜はこの問題の解決に寄与するものと期待される。ＰＥＦＣの高温動作は、酸素極での水の発散を促進し、ＰＥＦＣに於ける水分の制御を容易する。これは高いイオン伝導性を持つ成分を、微細ポーラス構造を持つ高分子膜基質(microporous polymer substrate)に合成して作られたmicrocomposite膜で、力学的強度が高いと共に安定性も改善されている。(Hydrogen & Fuel Cell Letter, April 1998, Vol.XIII/No.4, p5)
山梨大学渡辺政廣教授のグループは、水素ガス中に含まれるＣＯを選択的に除去する新触媒を開発したと発表した。これはＰＥＦＣの実用化に大きく寄与する成果と期待されている。新触媒は、ＰＥＦＣスタックに導入される改質ガスから反応に有害なＣＯを除去するため、スタックの手前に設置されたＣＯ除去器のガス通路に適用される。触媒は白金とルテニウムの合金微粒子で、ナトリウムイオンを含んだ珪素とアルミニウムの多孔質複合酸化物の穴の内面に分散配置される。この様な構造を持つ通路に水素、ＣＯ、ＣＯ２の混合ガスを空気と一緒に通すと、ＣＯと酸素のみを選択的に反応させてＣＯ２に変換する。実験に於いて、ＣＯ濃度１％を含む１５０℃の混合ガスを通した結果、ＣＯ濃度が０.１％に下がることを確認した。用いた触媒の量は約０.１ｇで、反応を２回に分けると９９.８％までＣＯを除去することができた。ＣＯのみを反応させることができたのは、多孔質材料を用いて穴の大きさを制御したためと同教授は語っている。すなわち、水素はそのまま通り抜けるが、ＣＯと酸素は穴の内部に凝縮して吸着し、合金微粒子が選択的に反応を起こさせる。ガスの流速が速くしても効果があり、自動車用ＰＥＦＣエンジンの開発に大きく寄与するものと思われる。（日経産業新聞９８年４月２７日）8. ＰＥＦＣの新市場
H Power Corp.はNew Jersey州の交通局から小用量ＰＥＦＣを６５ユニット受注したと発表した。高速道路の情報表示板用電源として用いられる”Power PEMTM 50”と称される出力５０Ｗ級重さ１１lbsの小用量ＰＥＦＣで、契約総額は７４万９０００ドルと伝えられている。燃料は高圧水素ガス(2,000psi, 134atm)又はアンモニアから分解生成される水素になる予定で、直径９インチ(23cm)長さ５８インチ(147cm)の高圧水素シリンダーで約１４kWhのエネルギーを蓄えることができる。この情報表示板用電源には従来太陽電池が使われていたが、これをＦＣに切り替えるか、ＦＣによって電源としての機能を補完するものと思われる。H Power社ＣＥＯのDr. H. Frank Gibbardは、「喜ばしいことに、ＰＥＭＦＣの商業化が、予想される２００４年ではなく、New Jersey州の調達によって現在既に始まった」と述べている。9. ＦＣ市場予測H Powerは、もともと３０Ｗから１ｋＷレベルの可搬式小用量ＰＥＦＣの開発と商業化について、先導的な役割を果たそうと努めてきた。彼等が指向しているＰＥＦＣシステムの用途として、遠隔僻地での冷凍（房）用電源、鞄に入るラップトップ電源(portable power briefcase for laptops)、バッテリーの充電器、車椅子のためのＦＣ/バッテリー電源等が挙げられている。同社は又バス、トラック、自動車、あるいは定置式利用を目的に、数ｋＷ以上の発電規模を持つＰＥＦＣシステムの開発も進めている。同社の発表によると、もともと宇宙用に開発された”FC metal ‘platelet’ process design”と称される技術の特許を獲得したようである。 これは複数の機能を１枚のメタル板上に結合させるプロセス技術で、これを利用することによりセルスタックのサイズと同時にコストも３０ないし５０％減少させることができると期待されている。
(Hydrogen & Fuel Cell Letter, April 1998, Vol.XIII/No.4, pp3-4)
日経新聞と日経リサーチによって実施された１５６分野の未来予測調査結果の発表によると、ＦＣはエネルギー分野の中で高い成長が期待されていることが分かる。日本市場と海外市場に分けて表示された数字によると、９８年から２０００年、２０００年から２０１０年、２０１０年から２０２０年にかけての市場成長率は、日本に於いては各々１０９.０％、５２０.２％、３２８.３％、海外については各々２９６.6％、５８７.８％、２９１.５％となっており、成長率に関する限り高効率ガスタービンやＩＰＰを大きく抜いている。10. イギリスのガソリン改質技術なお田中貴金属工業は、山梨大学の研究グループが開発した高性能化触媒の実用化開発に乗り出した模様で、性能を更に向上させたり量産方法を考案して、年内にもサンプルを出荷する予定と伝えられる。
（日経産業新聞９８年４月８日）
アメリカではA.D.LittleやArgonne Natinal Lab.に於いて部分酸化法によるガソリン改質技術が開発され、実証運転段階に入っているが、イギリスでもWellman CJBが水蒸気改質法によるガソリンやデイーゼルを対象とするベンチスケールの改質器を試作し、既に５０時間以上の運転に成功したと伝えられる。この研究はイギリスＤＴＩ(Department of Trade and Industry)の援助を受けて実施された。低温シフトリアクター出口での改質ガスのＣＯ濃度は０.５％以下、水素の濃度は７６％であったが、Wellman社はＣＯ濃度を１０ppm以下まで低減させることのできる同社固有の選択的酸化プロセス(proprietary selective oxidation process) 技術を保持しているようである。他方、Johnson Matthey(JM)は、ガソリン改質については、触媒部分酸化によるautothermal reforming processを高く評価している。同社は又アメリカとイギリスの共同開発計画に於いて、ＡＤＬ社の改質プロセッサとの組み合わせを想定して、選択的酸化法によるgas clean-up systemを製作した。(Fuel Cell UK Newsletter, Issue 6, March 1998)
― This edition is made up as of May 6, 1998 ―
*Siemens社がＷＨ社の電力部門を買収
既に伝えられているように、９７年１１月、アメリカおよびヨーロッパの承認の基に、ドイツのSiemensがアメリカのＷＨ社の電力部門を、１５億２５００万ドルで買収することを決定した。 ＷＨ社は円筒型ＳＯＦＣの開発に於いて世界をリードしており、同社による１００ｋＷプロトタイプがオランダに設置され、９８年初頭から実証運転が始められている。他方Siemens社は平板型ＳＯＦＣの研究開発を実施中で、最近１０ｋＷスケールの実証運転を行った。 ＷＨ社のＳＯＦＣ開発計画はこの中に含まれるものと思われるが、これらがどのように買収に係わるのかは、未だに不明の点として残されている。(FUEL CELL UK Newsletter, ISSUE 6, March 1998)＊２１世紀には環境問題を軸に冷戦が起こるかも知れない？
９８年３月１８日から１９日に掛けて開かれたＳＡＥ(the Society of Engineers)の”Fuel Cell for Transportation” TOPTEC Workshopに於いて、「炭素系燃料の改質による水素生成は、zero emissionエネルギー経済に至る過渡的な“代償”であって、我々は全く排気のないクリーン燃料による交通システムの実現というより大きな目標を見失ってはならない」との見解が披露された。Desert Research Institute(DRI)のAlan Lloyd氏は、昼食会での講演に於いて、「ＦＣへの化石燃料の使用は、ＦＣを商業化するために必要な道程かも知れない。しかしアメリカに於ける大気汚染の現状は、平均余命を２ないし３年間縮める程深刻で、この事実を勘案すると再生可能でクリーンな水素エネルギーをベースとする動力機関の実現が最終的なターゲットでなければならない」と訴えた。同氏は更にＵＣＬＡのKumar Patel氏の言葉を引用して、「２１世紀には環境問題を軸に世界に“冷戦”が発生するかも知れない」とも述べている。車載水素貯蔵は問題があると言われているが、もしnanofibersに水素を高密度に貯蔵する技術が確立されれば、それは水素燃料の登用に大きなインパクトになろうと予想されている。他方、水素燃料による自動車が排気ガスに満ちた都市間道路を走行するとき、前方を走行する自動車からの排気ガスが、ＦＣエンジンの性能や耐久性に与える影響について、今後検討する必要があろうとの見解も表明された。
(Hydrogen & Fuel Cell Letter, April 1998, Vol.XIII/No.4, pp4-5)