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エネファームって、どこが凄いの?

2009 - 06/23 [Tue] - 22:44

今日の大泉町は暑かったーーー
午後から気温がどんどん上昇し、
異様な暑さに温度計を見たら……

2006-06-23

ナンとナンと、針が38℃を指しているじゃないですか
どうりで暑いはずです。
しかも午前中は雨が降っていたので最悪です(=_=)

同じとき、「FPの家」の中はといえば……

室温26℃、湿度60%

こんな中に一日中いられるんだから猫が羨ましい! 快適だぞ
でも仕方ない、お仕事お仕事(+_+)

いよいよエネファーム(ENE・FARM)の販売が開始されましたね。
これまで一人勝ちだったエコキュートもうかうかしていられなくなりました。
【エコキュート vs エネファーム戦争】の勃発ってところでしょう。
でも、そもそもエネファームって何なんでしょうか?

電気の最大のデメリットは、
電気を作る場所と電気を消費する場所が離れているという点です。
送電によるロスが結構あったでしょ?
そこで……

消費する場所で発電すれば無駄がない

これが自家発電という発想です。
各家庭に”小さな発電所”を作っちゃうわけですね。

こうして登場したのがエコウィル(ECOWILL)でした。
エコウィルはガスエンジンで発電します。
しかも燃焼で生じる排熱を利用してお湯を沸かすので、
エネルギーロスを最小限に抑えることができます。
このように電気と熱を同時に供給するエネルギーシステムを、
コージェネレーション(cogeneration)といいます。

ところが、エコウィルはいってみれば火力発電所でしょ?
省エネではアピールできてもCO2削減という点では今ひとつ魅力的じゃない(>_<)
そこで満を持して登場したのが第2世代のコージェネレーションで、
その統一ニックネームが【エネファーム】というわけ。

その普及型1号機は首相官邸に設置されました。
エネファームの普及に、政府はとっても期待してるみたいです。
今年の2月、資源エネルギー庁からも、
『燃料電池技術の現状と取り組みについて』というレポートが発表されています。
その中にこんな【図】が……

図をクリックすると拡大します
エネファームの普及促進

現在の価格は300~350万円もしますが、 補助金が140万円出ます
2020年ごろには大幅なコストダウンを達成します。
耐久性も2倍以上にUPして、数十万台を普及させる――みたい。
なんだかとっても鼻息が荒いのです。

どうしてそんなに力が入っているんでしょう?
それは、エネファームが燃料電池を使っているからです。
燃料電池にもいくつか種類がありますが、
エネファームに採用されているのは「固体高分子形燃料電池(PEFC)」というもの。
その仕組みを紹介しましょう。

図をクリックすると拡大します
燃料電池の仕組み

【燃料電池】を一言で表すと、
燃料を供給し続けることで継続的に発電する化学電池――ってなります。
それじゃ~”燃料”って一体なんなのさ?
答えは、水素(H2)です。
燃料電池は水素社会への第一歩として期待されているんです。

【図】の中の「マイナス電極(燃料極)」にご注目ください。
改質装置で発生した水素は、
燃料としてまず最初に「マイナス電極(燃料極)」に送り込まれます。

  1.マイナス電極で水素はプロトン(水素イオン)と電子に分かれます
     →→→反応式 H2 → 2H+ + 2e-
  2.プロトンは電解質を通ってプラス電極(空気極)に向かいます
     →→→電解質には固体高分子膜が用いられています
  3.電子は導線を流れます
     →→→電子は固体高分子膜を通れません
  4.プラス電極で再会したプロトンと電子に酸素を反応させて水になります
     →→→反応式 1/2O2 + 2H+ + 2e- → H2O

電子が移動すれば、その逆向きに電流が流れます。
これで発電の完了!
同時に出てくる排熱を利用してお湯を沸かします。
しかも、最終的に排出されているのは何ですか?

H2O、つまり水しか出てこない

燃料電池の化学反応は水の電気分解の逆反応ですから、
CO2がいっさい排出されないんです。
温暖化防止にはうってつけな上に、
エネルギー効率も約80%に達します。
これまで君臨してきたエコキュートの実動COPの低さを考えると、
省エネ性能でも遜色がありません。
まさに理想的なエネルギーシステムというわけです。

ただし、COを全く排出しないというわけじゃないんですよ。
例えば、燃料となる水素を天然ガスから得るとしましょう。 これが一般的みたいです
天然ガスの主成分であるメタン(CH4)を、
バーナーで高温(700℃)にして水蒸気と反応させます。
これを【水蒸気改質】といいます。

   CH4 + 2H2O → 4H2 + CO2

ね? ここでちょっぴりCO2が出ます。
でも火力発電よりはるかに少ないので、クリーンエネルギーは偽りじゃありません。

ちなみに、燃料電池の電極や改質装置の触媒には”白金”が使用されます。
みなさんがプラチナと呼んでいる貴金属であり、
価格が高いことからわかるようにレアメタル(希少金属)です。
エネルギー資源ばかりでなく、
今後は鉱物資源の確保も重要になっていくんでしょうね。 やれやれ、大変だ

ところで、
水素は理想的なエネルギー。
それじゃ~、一気に水素社会に転換するかっていうと……
そうは簡単にいかないように思います。

石油や天然ガスは、自然界に存在するままの形で利用できます。
こういうエネルギーを一次エネルギーっていいます。
原子力発電の燃料であるウランも一次エネルギーですし、
太陽光や風力などの自然エネルギーも同じです。

これに対して、
一次エネルギーを”加工”したエネルギーは二次エネルギーといいます。
その代表が電気であり、ガソリンや都市ガスも二次エネルギーです。
そして……

水素も二次エネルギー ――なんですね。

この点を見落としちゃ~いけないんじゃないでしょうか?
つまり、どうやって水素を作るかが問題なんです。
とりあえずは天然ガスを利用するんでしょうが、
天然ガスも有限だということを忘れてはなりません。
昨日紹介した『BP統計』では可採年数が 60年 となっていますが、
年間生産量が増えれば消耗は早くなります。 可採年数が短くなる

エネルギー資源の可採年数

技術的には水素を得る方法なんていくらでもあるでしょう。
しかし”燃料”となる水素を得るために、
莫大なエネルギーを消費したのでは本末転倒です。
できればバイオマスなどの再生可能な方法で、
大量の水素をいかに安く供給できるかが今後の課題だと思います。

ところが水素供給の壁が越えられても、
水素社会に移行するにはまだ問題が残されています。
もし石油化学製品が手に入らなくなったら……
”未来の技術”は全て画餅となるかもしれません。

「固体高分子形燃料電池(PEFC)」の心臓部は、
その名の通り電解質として用いられる固体高分子膜です。
その正体は陽イオン交換樹脂! 
つまりブラスチック製品なんです。

燃料電池の内部は強い酸性なので、
耐久性の面から主にスルホン酸系フッ素樹脂が用いられることが多いようです。
旭化成や旭硝子も素晴らしいイオン交換樹脂膜を開発していますが、
代表的なものといえばデュポン社の『ナフィオン』でしょう。
もちろんこれは登録商標で、
その正式な化学物質名は……

テトラフルオロエチレンと
パーフルオロ[2-(フルオロスルホニルエトキシ)-プロピル]ビニル エーテル
の共重合体(copolymer)


テトラフルオロエチレンっていうのはPTFEそのものです。
やはりデュポン社の登録商標である『テフロン』っていう名前の方が有名ですね。
ただ『ナフィオン』の場合には、
このPTEFとパーフルオロスルホン酸の2つのモノマーが共重合したフッ素樹脂です。

Nafion

イオン交換樹脂膜で重要なのはスルホ基(-SO3H)です。
これがイオン化して親水基となることで、
マイナス極で発生したプロトン(H+)はスルホ基上を”移動”していくわけです。
難しい原理のようですが、
イオン交換樹脂膜は身近な軟水器にも利用されているんですよ!

天然ガスを石油化学製品の原料とすることもできますが、
石油ほど成分が多様ではありません。
植物を原料とするのはいかにもECOのように思えますが、
バイオエタノールのように食糧生産と競合する恐れがあります。
そう考えると、やっぱり石油はとっても素晴らしい資源です。

最先端技術は石油に支えられている

皮肉なことですが、脱石油は石油があるから可能になるんです。

それじゃ~、石油がなくなったらどうなるの(?_?)

それを考えるのはまにあっくの仕事じゃありません(>_<)
自分にできることといえば、
せめて石油が長持ちするように省エネと節約に努めることくらい。
ただ根性のないまにあっくは、
気合で頑張るっていう精神論は大嫌いなのです。

幸い、「FPの家」はとっても省エネな高断熱・高気密住宅。
しんどい(T_T)なんて眉間にしわを寄せないでも、
快適に省エネライフが楽しめます\(^o^)/



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