燃料電池とは何ですか?誰もが未来の効率的なテクノロジーについて話しているので、おそらくあなたも過去にこの質問を自問したことがあるでしょう。しかし、このテクノロジーの背後にあるアイデアははるか過去に遡ります。約 200 年前、賢い頭脳は水素と酸素から電気と熱を生成するという決断に至りました。しかし、その背後にある意味は何で、燃料電池はどこで使われるのでしょうか?これについては以下で説明します。
燃料電池とは何ですか?なぜ燃料電池が必要なのでしょうか?
しかし、燃料電池とは一体何なのでしょうか?そして実際には何に使われるのでしょうか？つまり、燃料電池は熱と電力を簡単に生成する代替手段です。この技術は何年も前に使用されており、特に宇宙旅行において、そう遠くない将来に既存のエネルギー生成手段から脱却することを目的としています。現在では電車や自動車にも使われています。
燃料電池の原理は英国の物理学者で弁護士のウィリアム・グローブ卿によって発見され、水を水素と酸素に分解する電気分解がその逆にも機能することを発見しました。彼は 1839 年という早い時期に、今日の燃料電池の基礎となる「ガルバニック ガス電池」を設計しました。しかし、電圧と電流の流れによって測定されるエネルギー収量は非常に低いため、本発明は電気力学エンジンや内燃機関に勝つことはできませんでした。
燃料電池では、供給された燃料、例えば天然ガスから得られる水素と、酸素などの酸化剤との永続的な反応が引き起こされる。この反応では水、電気、熱が発生します。この電気化学反応は低温燃焼としても知られ、特に効率的であると言われています。
燃料電池はどのように動作するのでしょうか?
燃料電池の機能は、その構造と同様に、標準的なバッテリーの機能と比較することができます。どちらもアノード (正極) とカソード (負極) を持っています。電解質はこれら 2 つを分離し、プラス極とマイナス極の間のイオンの輸送を担当します。アノードとカソードの間の化学反応によりエネルギーが生成され、そのエネルギーは水素と酸素の結合によって放出されます。
水素は酸素と反応して、再び普通の水になります。これは燃料電池にとって何を意味するのでしょうか?それは非常に簡単です。水素は、いわゆる改質器を使用して天然ガスまたはメタノールから生成されます。燃料電池では、これが空気中の酸素と反応します。その結果、化学反応を通じて水、電気、熱が生成されます。エンジンやタービンの通常の燃焼とは対照的に、エネルギーは低温燃焼によって生成されます。
燃料電池の長所と短所
燃料電池とは何なのかと疑問に思っている方は、実際にどのような長所と短所があるのかにも興味があるでしょう。主な利点は、燃料電池の動作効率です。燃料電池
- 効率が高いです。
- 電気エネルギーと熱エネルギーを生成します
- ほぼ排出ゼロで動作します。
- メンテナンスの必要がほとんどなく、長期間磨耗せずに使用できます。
しかし、燃料電池の使用には欠点もあります。これらは主に
- 技術的な要件は非常に高いです。
- 高いコスト。
- 総排出量は水素の生成に依存します。
- そして、エネルギー業界の燃料電池に関する経験は限られています。
自動車産業における燃料電池: 排出ガスの終焉?
燃料電池は 1950 年には潜水艦で使用され、約 10 年後に宇宙技術で再び発見されました。どちらの分野でもあまり節約できなかったため、コストの高さは影響しませんでした。しかし、このため、大衆市場の代替エネルギーとしての画期的な進歩は当面実現しませんでした。一般の人々にとって希望の光とみなされるようになったのは 1990 年代になってからであり、当時は発電所や高圧線の代わりに使用されるはずでした。自動車は、将来的には汚染物質なしで走行できるようにする必要があるため、燃料電池の議題にもなりました。そして、住宅所有者であっても、自分で電気を生産できるようになることで、新しいエネルギー生成方法の恩恵を受けることができるはずです。
30 年以上が経ち、燃料電池はついにそれに値する誇大広告を得るようになりました。ホンダ、ヒュンダイのほか、メルセデス・ベンツ、トヨタ、ルノーなどのいくつかの有名な自動車メーカーが現在、燃料電池に切り替えています。いわゆる水素自動車は現在大量生産されており、環境に優しいモビリティの選択肢として電気自動車の仲間入りを果たしています。電気自動車に対する大きな利点は、航続距離がバッテリーではなくタンクのサイズに依存することです。一部のモデルはすでに航続距離が 750 キロメートルを超えていますが、電気自動車の航続距離は通常 500 キロメートルを超えています。
タンクへの充填も比較的簡単で、通常の内燃エンジンを彷彿とさせます。燃料電池は現在、バス、飛行機、電車、船舶でも使用されています。ただし、その最大の欠点である極度のコストを隠したくはありません。実際には、電気自動車は、購入面だけでなく燃料費の面でも大幅に安いことがよくあります。水素を供給する充填所は依然として少なすぎ、燃料電池のエネルギー効率のバランスはテスラ社のバッテリー駆動車両よりも悪い。
結論: 燃料電池は未来のエネルギー源です
それにもかかわらず、非常にはっきりと言えるのは、燃料電池は明らかに環境に優しいエネルギー源としては前衛的なものに属するということです。彼らは、古き良き燃焼エンジンに代わるすべての代替手段と同じ目標、つまり化石原料の使用を再生可能エネルギーに切り替えることを追求しています。
出典: Co2Online、学習支援