29号 アメリカと日本に於ける船舶用FC機関の開発

Arranged by T. HOMMA
1. PAFCの開発
2. SOFC情報
3. PEFCの研究開発
4. ポータブルPEFCの開発
5. 住宅用電源小型PEFCの開発
6. 数百kW級定置式PEFCコジェネレーションプラント
7. DMFCの研究開発成果
8. FC自動車情報
9. IFC社の改組
10. 船舶の推進システム用FCの開発計画


1. PAFCの開発
(1)三菱電機
 三菱電機はPAFC事業展開を図るため、出力200kWPAFC新型モジュールを市場に投入することになった。新型機の特徴は、1)高品位のスチームを直接取り出し、それを施設建物の空調に利用できる。2)騒音レベルは60?55dbで低く、住居地域の屋外設置が可能、3)アクテイブフィルター、力率調整等の付加機能に対応する、4)リン酸リザーブ機能を強化してリン酸無補給化を実現し、起動停止・負荷変化に対して高いレスポンシビリテイーを持つ、である。同社ではこれまでに出荷した10台のプラントを第1世代の開発機、今回の新型機を商用化を前提とした第2世代高信頼機と位置ずけている。この新型機の対象市場としては、1)下水処理場、屎尿・畜産施設、並びに食品工場から発生するメタンガスを燃料とするFCプラントで、地方自治体や食品業界を対象とする、2)PAFCから取り出されるスチームを利用した吸収式冷温機とガスタービン吸気冷却システムを組み合わせた熱利用プラント、等が考えられており、市場拡大のためにメインテナンス体制の強化、故障診断および予知技術の充実等、アフターサービス面での整備が計画されている。
(電気新聞98年8月27日)

(2)富士電機
 富士電機はこの度新型100kWPAFCの開発状況を発表した。それによると同社は80台以上のオンサイト用第1世代プラントの運転経験をベースに、信頼性とメインテナンス性を向上させた第1次商品機を製作し、その1号機を97年9月から同社千葉工場内に設置、試運転を行ってきた。同機の特徴としては、1)既設建物への搬入を容易にするため、装置搬入時高さを2.5mとし、15tトラックでの輸送が可能である、2)電池スタックについては、4万時間リン酸無補給の実現、冷却管の腐食性の向上と燃料ガス濃度分布の改善、又コスト低減のために、セルサイズの適性化、高電流密度化、構造部材の簡素化が図られている、3)改質系に於いては、反応器内部に熱交換機能を内蔵し、反応器の出入りガス温度が低下した、が挙げられる。98年度から第1次商品機を市場に投入しながら更にコストを低減せしめ、同時に第2次商品機の開発を進める予定である。
(日刊電気通信98年8月26日)

(3)東芝
 東芝は98年6月にアサヒビール四国工場およびサッポロビール千葉工場の各排水処理過程でPAFCの稼働を開始した実績に続いて、環境分野での需要を一気に拡大することを目指している。第一のターゲットが下水処理場と畜産施設で、発生するメタンガスを燃料とするFCを導入するよう自治体に働きかけていくことにした。環境分野以外でも受注活動も推進する予定で、発電過程で生成される多量の純水(出力200kWユニットで純粋の生成量は1,500lit./day)は飲料水としても活用できることから、自治体に防災拠点等への設置を提案していくと語っている。
(日本工業新聞98年9月28日)

(4)日本石油ガス
 日本石油ガスは、LPGを燃料としたPAFCの実用性能を更に向上するため、98年度までの予定であった実証試験を2年延長して2000年度まで行うことにした。同社はLPGによるPAFC商業機の開発を目標に、96年度以来3カ年に亘り、東芝と共同で改質技術を中心にプラント開発を進めてきた。燃料改質に関しては、原理的にはLPGと都市ガスは同じではあるが、LPGの方が都市ガスよりも難しく、そのため東芝・京浜事業所では改質触媒の性能や耐久性評価を行う一方、日石ガスの新潟ターミナルにONSI製PC25Cユニットを設置して、システム特性の評価試験運転が行われていた。この3カ年間で運転時間は累計9,200時間、発電量は1,400Mwhに達し、プラントは長時間に亘り安定した性能を発揮することが確認された。又触媒の性能についても初期の目標を達成し、改質触媒評価では限界S/C比が炭素析出耐性評価試験により2.5であることが判明したと報告されている。環境面ではNOXは2.5ppm以下、SOXは0.01Nm3/h未満となり、排出基準値よりも大幅に低い値になっている。99および2000年までの延長2年間では、改質器をこれまでの単管から多管タイプに替えて耐久性を高めると共に、廃熱利用を向上させるため120℃以上の蒸気を効率的に回収する技術について検証する。2年間の予算は1億7,000万円で、半分は通産省からの補助、残り半分は両社折半の負担となっている。又両社は実証試験と平行して、地方自治体等に対して本格的な販売活動を展開すると語っている。
(化学工業日報98年9月14日)
 

2. SOFC情報
 世界最大規模のWH社製100kW円筒型SOFCユニットが、オランダArnhem近郊
Westervoortにあるエネルギー供給事業体NUONに於いて、系統連系発電と給湯に関する実証運転が行われていたことはよく知られている。これはオランダとデンマークの複数の電力事業者によって設立されたconsortiumのプロジェクトで、その主要な目的はエネルギー供給に係わるコストを最小化すると共に発電および送電に伴う環境への負の効果を低減することにあると書かれている。天然ガスを燃料とするこのSOFC実証ユニットは、1997年に設置され、定格出力での準備試験運転(pre-operational tests)は97年12月と98年2月以降に、そして公式実証運転は98年5月14日に始められた。この時点で既に運転時間は2,650時間に達していた。計画された2年間の運転実証計画の目的は、発電および総合効率、燃料効率等性能の評価に加えて運転および保守に関する経験、並びに信頼性の評価に置かれている。(J.A.Kuipers;100kWe Westinghouse SOFC Field Unit in the Netherklands,第36回SOFC研究会資料)

 上記Kuipers氏は、European Fuel Cell NEWS, Vol.5, No.3に於いて、100kWSOFCユニットの仕様・性能について詳しく論じている。彼は本プラントを準商用実証ユニット(pre-commercial demonstration unit)と位置ずけ、NUONでの設置のために、プラントは空路と道路を経て輸送されたと語っている。現在までに少なくとも3ヶ月以上の連続運転を成し遂げている。以下主要な仕様と性能を記す。
プロジェクト事業体 EDB/ELSAM(consortium)
定格出力 100kW(AC400V)
熱出力(GT/SG/HW) 54kWth(800/300/120℃)
最大出力 145kW(同上)
最大熱出力(GT/SG/HW) 130kWth(同上)
スタック数
セル数 1152
セル長さ 1500mm
セル直径 22mm
燃料 パイプラインからの天然ガス
改質方式 内部改質型
燃料利用率 75%
天然ガス消費量 24m3/h(定格)、41m3/h(最大)
動作温度 1000℃
起動時間 14h
コスト US$1000万
発電効率 47%(定格出力運転)、40%(最大出力運転)
熱出力効率 25%(定格出力運転)、36%(最大出力運転)
CO2排出量 44kg/h(定格出力運転)、73kg/h(最大出力運転)

(European Fuel Cell NEWS, Vol.5, No.3, July 1998, pp7-8)

 オランダのArnhemで実証運転が行われていたWH社製100kW円筒型SOFCは、スタックに於いて幾つかの問題点が発生し、現在アメリカのWH社に持ち帰って検査が行われている。問題点の内容については不明。
(communication of Steven Glaser, EscoVale)
 

3. PEFCの研究開発
 旭化成はアメリカのダウ・ケミカルと共同で、出力密度を2倍にまで高められるPEFCの電極材料を開発し、又日産自動車は水素イオンの移動度が1.5ないし2倍にまで増大する電極・高分子膜結合体を開発したと発表している。これらはいずれも自動車動力源用FCの小型化に大きく貢献するものと思われる。他方ドイツのヘキスト・グループもフッ素を含む既存の高分子膜よりも安価な膜を開発したと発表した。従来型のPEFCとように高熱を出さないため、汎用の樹脂を周辺材料に適用することが可能であり、PEFCのコストを大幅に引き下げられると同社は語っている。PEFCの出力低下の原因となるCO対策でも、旭化成と野口研究所は、触媒を使って水素ガス中のCOをほぼ0にまで低減させる技術の開発を成功させたようである。これらの成果は何れもFC自動車の開発に弾みをつけるものと思われる。
(日本経済新聞98年9月21日)
4. ポータブルPEFCの開発
 NTTの子会社であるNTTファシリテイーズ社は、定格出力1kWのPEFCをベースとする小型ポータブル電源を開発し、自治体の防災施設や病院の予備電源等を目的に98年10月から商品として売り出すことになった。サイズは縦0.5m、横0.55m、高さ1mで、重量は110kg、搭載してある水素ボンベ2本で約3時間の発電が可能である。価格は百数十万円と発表されている。
(日経産業、日刊工業、日本工業新聞等98年9月2日)
5. 住宅用電源小型PEFCの開発
 CO2の国内排出量の2割強は、家庭やオフィス等民生用エネルギー消費に由来する点を考慮して、家庭用電源にPEFCを適用しようとする動きが最近各国で活発になってきた。工業技術院は、99年度から太陽光発電と組み合わせたPEFC電源の開発を目的に基礎研究を始めることになった。太陽光発電で得られた電力を水電解に適用して水素を生成し、その水素を用いてPEFCを動作、必要な時に家庭やオフィスビル内に電力と熱を供給する。いわゆる電力・水素統合型エネルギーシステムで、アメリカやドイツでは家庭用のみならず大規模電源としての開発研究も行っている。
(日経産業新聞98年9月17日)

 日本経済新聞社の調査によると、FCの2020年での日本国内市場規模は現在の52倍に相当する約3,600億円で、特に家庭に於ける電力需要を自給することができる分散型電源は、災害に強い都市作りにも役立つと期待されている。アメリカのFC専門メーカであるプラグパワー社(ニューヨーク州)は、住宅用小型PEFCを世界で初めて開発し、ニューヨーク州レサムに位置する牧舎を改良した一戸建て住宅で、98年6月から実証試験運転を開始した。出力7kWのPEFCユニットのサイズはオフィス用複写機とほぼ同じで、冷暖房、照明を含む家庭内の全てのエネルギー需要を賄うことができる。試作ユニットの発表会で、当時のペニャDOE長官は、その祝辞の中で「量産化で1台3,000ドル以下になれば、温暖化防止に大きな役割を果たす」と述べている。日本でも三洋電機が2000年に家庭用PEFCの商品化を宣言し、東芝はPEFCの生産でアメリカのUT社と合弁会社を設立するなど、この分野に於ける電機業界の関心が高まってきた。自動車分野で本格化したPEFCの開発競争は、住宅機器分野で第2幕の火蓋が切って落とされようとしている。
(日経産業新聞98年9月16日)

 松下電器産業は、98年9月17日、今後出力が数Wから数十kW級のPEFCを対象に研究開発体制を強化し、2000年過ぎには自動車用電源を実用化すると共に、家庭のコジェネレーション用PEFCシステムの実証実験を開始、2010年までにPEFCシステムを商品化する予定であると発表した。そのために同社生活環境システム開発センターで、材料の開発や加工プロセス、システム化技術等を総合的に推進する。同社は5kW級PEFC試作品をブラッセルで開催される第15回国際自動車シンポジウムに出展するが、これは数十枚のセルを績層して作られており、大きさは22×27×10cm3、重さは17kgと記されている。自動車用電源として利用する場合には、6スタック程度を組み合わせてパッケイジ化されることになろう。
(日刊工業、日本工業、電波、日経産業新聞98年9月18日)
 

6. 数百kW級定置式PEFCコジェネレーションプラント
 ヨーロッパで最初の定置式PEFC発電プラントが、1999年にドイツの4社とフランスの電力会社によって、ドイツのベルリンに建設されることになった。発電プラントはBallard Generation Systems社の出力250kWPEFCで、99年後半には発電を開始し、続いて230kWの熱供給を開始する予定と伝えられている。参加企業は、ドイツのHEW of Hamburg、PreussenElektra of Hannover、ベルリンのVEAGおよびBewag、ならびにフランスの電力会社Electricite de Franceである。プラントはAlstom Energietechnikによって建設設置されるが、この会社はBallard Generation Systemsとパートナーシップを結んでいるフランスGEC Alsthom社のドイツに於ける子会社となっている。費用の40%はEuropean Commissionが受け持つようである。水素は天然ガス改質および10kW太陽光発電と水電解の複合ユニットによって供給されると報道されているが、詳細は不明。
(Hydrogen & Fuel Cell Letter, September 1998, Vol.XIII/No.9, p2)
7. DMFCの研究開発成果
 山梨大学の渡辺教授と内田助教授は、DMFCにおいて、性能低下をもたらすクロスオーバー現象を抑制する技術開発に成功したと発表した。すなわち、白金微粒子をフッ素樹脂系イオン交換膜に広分散担持した電解質膜を用いることによって、膜中でメタノールが酸素と反応し、カソード電圧が低下するクロスオーバー現象が抑制されることを実験によって確認した。又アノード電極には白金とルテニウムの合金を用いることによって出力特性は更に向上し、常圧のDMFCとしては世界最高級のデータが得られている。水素ガスを燃料とするPEFCでも、水素のクロスオーバーが起こるが、同様の電解質によってこの現象を抑制することができる。
(化学工業日報98年8月31日)
8. FC自動車情報
(1)通産省の水素FCV開発計画
 通産省は、2010?2030年に於ける水素FC自動車の実用化を目標として、99年度から水素FC自動車関連の研究開発に着手することになった。約5年間かけて自動車動力用新型FCのみならず、燃料タンクや水素供給施設に不可欠な“水素貯蔵技術”や、個々の自動車に対する“水素供給方法”等、インフラ整備に付帯する技術の開発も行うことにしている。
(日経産業新聞98年9月18日)

(2)日産自動車の開発戦略
 日産自動車は幕張メッセで開催された日産環境会議でFC自動車の試作車を発表し、メタノールを燃料とするFC自動車を、早ければ2003年までに商品化する計画であると語った。動力源には、Ballard Power Systems社製PEFCが採用されている。
(日本経済、日経産業、産経新聞98年9月2日)

(3)ガソリン改質技術開発の加速
 石油大手Shellの子会社Shell International Oil ProductsおよびDaimler-Benzの子会社DBB Fuel Cell Engines GmbHは、車載ガソリン改質器の開発を加速することになったと発表した。開発の核となる改質技術は、Shellが10年前から用いている触媒部分酸化法(Catalytic Partial Oxidation)で、本来は天然ガスから水素リッチの合成ガスを生成するために開発されたものである。Shellはガソリンの分解(breaking down)に触媒を適用し、従来から用いられているいわゆるAutothermic Partial Oxidation Processに比較して低い温度レベルの約1000℃でガソリンから水素を採取する技術を確立した。Shell Oil Productsの研究開発マネジャーであるDr.Herman P.C.E. Kuipersは、このガソリン改質法は温度が低く、1500?1600℃のフレーム温度を使う方式に比べて、煤塵やNOXの発生がほとんど観測されない点に特徴があると述べている。この改質装置は既に運転されているが、AクラスのFC自動車への適用ができるよう、現在小型化するための技術開発が進められているようである。
(Hydrogen & Fuel Cell Letter, September 1998, Vol.XIII/No.9,pp1-2)
 

9. IFC社の改組
 IFC社は改組によって新会社を設立し、移動体用エネルギーシステムを構成するFCの開発に積極的に乗り出すことになった。新会社はもはやUTC’s Hamilton Standard Divisionの帰属するのではなく、UTCのトップに対して直接レポートを提出できるようなスタンスを持つと共に、新しく発展するビジネスに対してより積極的に取り組むため、他社とのパートナーシップが組み易くなるような組織体として誕生するようである。新会社はONSIと同様200人で構成され、事業内容としては自動車や宇宙(NASA)用FCおよび燃料改質技術の開発が記されている。
(Hydrogen & Fuel Cell Letter, August 1998, Vol.XIII/No.8, p1-2)
10. 船舶の推進システム用FCの開発計画
(1)アメリカの次世代高速船用エネルギーシステムの開発計画
 アメリカ西海岸およびハワイに位置する幾つかの会社が、次世代高速船用エネルギーシステムを開発するためのチームを形成しようとしている。このベンチャーの基本的アイデアは、カリフォルニア州ValenciaにあるDCH Technology, Inc.およびLos Angelseに本拠を置くAsian Infrastructure Development Group, Inc.によって提起された。 DCH社のDavid C. Haberman氏がコーデイネータとなっている。DCH社は水素センサーや小型FCシステムに関する専門会社で、後者のAIDGは港、橋梁、道路、や電力プロジェクトを広く手がける企業である。他の参加企業には、SOFCの開発で知られるAlliedSignalも含まれている。本グループは既に1,000万ドルの準備資金(seed money)を私的に集めたと伝えられる。
 Haberman氏は、動力源を含むエネルギーシステムとして、SOFC、PEFC、ガスタービン、およびハイブリッド等を候補に挙げている。今後専門家によって検討の上、選択されることになろう。本企業グループの最終目標は、水素を燃料とするクリーンな各種船舶の実用化で、その中にはフェリー、レジャー船、海底住居(underwter habitats)の開発が視野に入っている。
(Hydrogen & Fuel Cell Letter, August 1998,Vol.XIII/No.8,p5-6)

(2)海洋科学技術センターによる自律型無人潜水船用動力源FCの開発計画
 海洋科学技術センターは、今年度から長距離航行型無策無人潜水機(AUV:Autonomus Underwater Vehicle)の開発建造を開始することになった。従来の無人潜水機は、母船から命令やエネルギーを受け取るためにケーブル付であったが、このAUVは慣性航法装置を持ち、自分の位置を計算しながら航行するので、ケーブルを擁する必要の無い点に特徴がある。有人では危険な海底火山の周辺や氷の下などの調査に威力を発揮するものと思われる。動力源にはPEFCを採用する予定であり、来世紀の始めには時速5kmの速度で300kmの巡航潜航を実現させることにしている。将来は北極海の横断を目標としており、ベーリング海からグリーンランドまで観測をしながら約5000mの潜航が可能な潜水機を開発する計画を立てている。今年度補正予算に約30億円が計上されており、設計検討のための委員会が日本深海技術協会に設置される。
(青木他;長距離航行型無人潜水機と燃料電池の研究開発、平成8年度海洋科学技術センター研究報告会、社団法人日本深海技術協会)

(3)Siemens社の新型潜水艦用PEFCの出荷
 シーメンスのKWU(発電事業部)グループは、1kWから300kWまでの出力が可能な世界で最大級のPEFC(重量8トン)を海軍に出荷した。このFCエンジンは、2003年に就航が予定されているドイツ海軍の新型潜水艦に、同社が最近開発した電気モータと組合わせて搭載される。この新型動力源の導入により、鉛蓄電池とデイーゼルエンジンを動力源とする標準タイプに比べて5倍の長時間潜航が可能になると予想されている。同社はもともと潜水艦用PEFCの開発で知られているが、先ず価格より性能重視の軍事用で実績を重ね、それをベースに将来コジェネレーション等民生用に市場を展開する戦略と伝えられる。
(電気新聞98年9月11日)
 

        ― This edition is made up as of September 30, 1998 ―