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燃料電池車（FCV）または燃料電池電気自動車（FCEV）は、燃料電池（場合によっては小型バッテリーまたはスーパーキャパシタと組み合わせて）を使用して車載電気モーターを駆動する電気自動車です。車両の燃料電池は、一般的に空気中の酸素と圧縮水素を使用して発電します。ほとんどの燃料電池車は、ゼロエミッション車に分類されます。内燃機関車と比較すると、水素車は、水素が通常改質天然ガスから得られる水素製造の場所に汚染物質を集中させます。[ 1 ]水素の輸送と貯蔵も汚染物質を発生させる可能性があります。[ 2 ]燃料電池は、フォークリフトを含むさまざまな種類の車両で使用されており、特にクリーンな排出物が空気の質にとって重要な屋内用途や宇宙用途で使用されています。燃料電池は、トラック、バス、ボート、船舶、オートバイ、自転車など、他の種類の車両でも開発およびテストされています。
燃料電池で動く最初の道路車両は、ゼネラルモーターズが1966年に発表したシボレー・エレクトロバンでした。 [ 3 ] 2002年12月2日にリースを開始したトヨタFCHVとホンダFCXは、世界初の政府認定商用燃料電池車となり、[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 2008年にリースを開始したホンダFCXクラリティは、既存モデルを改造するのではなく、量産用に設計された世界初の燃料電池車でした。[ 7 ] 2013年、現代自動車は、世界初の量産型燃料電池電気自動車とされる現代ix35 FCEVの生産を開始し、 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]その後リース専用車として市場に投入されました。[ 11 ] [ 12 ] 2014年、トヨタは世界初の専用燃料電池車であるトヨタ・ミライの販売を開始した。 [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
2020年12月現在 2021年時点で、水素を動力源とする乗用燃料電池車（FCEV）は世界中で31,225台販売された。[ 16 ]当時、燃料電池車は一部の市場で一般に販売されていたのはトヨタ ミライ（2014年～現在）とヒュンダイ ネクソ（2018年～現在）の2車種のみでした。ホンダ クラリティは2016年から2021年まで生産され、その後生産が終了しました。[ 17 ]ホンダCR-V e:FCEVは2024年にリースのみでごく少量販売されました。[ 18 ] 2020年現在、水素インフラは限られており、米国で一般に利用可能な自動車用水素燃料ステーションは50カ所未満でした。 [ 19 ]批評家は、水素が他のゼロエミッション技術と比較して自動車にとって効率的または費用対効果が高いかどうか疑問視しており、2019年にモトリーフールは「議論の余地がないのは、乗用車市場における水素燃料電池の夢はほぼ消滅したということだ」と意見を述べました。[ 20 ]
カリフォルニア州の公共水素燃料ステーションのかなりの数が水素を供給できない。[ 21 ] 2024年、ミライのオーナーは、燃料電池電気自動車用の水素が利用できないことを理由にカリフォルニア州で集団訴訟を起こし、詐欺的な隠蔽と虚偽表示、カリフォルニア州の虚偽広告法違反、黙示の保証違反などを主張した。[ 22 ]
すべての燃料電池は、電解質、アノード、カソードの 3 つの部分で構成されています。[ 23 ] 原理的には、水素燃料電池はバッテリーのように機能し、電気モーターを動かすことができる電気を生成します。ただし、充電が必要な代わりに、燃料電池は水素を補充することができます。[ 24 ] 燃料電池の種類には、ポリマー電解質膜(PEM) 燃料電池、直接メタノール燃料電池、リン酸燃料電池、溶融炭酸塩燃料電池、固体酸化物燃料電池、改質メタノール燃料電池、再生燃料電池などがあります。[ 25 ]
燃料電池の概念は1801年にハンフリー・デービーによって初めて実証されましたが、最初の実用的な燃料電池の発明は、化学者、弁護士、物理学者であるウィリアム・グローブによるものとされています。グローブは「ガスボルタ電池」と呼んだものを使った実験で、1842年に白金触媒上で水素と酸素の電気化学反応によって電流を生成できることを証明しました。[ 27 ]イギリスのエンジニア、フランシス・トーマス・ベーコンはグローブの研究を発展させ、 1939年から1959年にかけてさまざまなアルカリ燃料電池を開発し、実証しました。 [ 28 ]
最初の近代的な燃料電池車は、1959年頃に15キロワットの燃料電池を搭載した改造されたアリス・チャルマーズの農耕用トラクターでした。 [ 29 ] 冷戦の宇宙開発競争は、燃料電池技術のさらなる発展を促しました。 ジェミニ計画では、有人宇宙ミッション中に電力を供給するために燃料電池がテストされました。[ 30 ] [ 31 ]燃料電池の開発はアポロ計画 で継続されました。アポロカプセルと月着陸船の電力システムにはアルカリ燃料電池が使用されました。[ 30 ] 1966年、ゼネラルモーターズは最初の燃料電池車であるシボレー・エレクトロバンを開発しました。[ 32 ] PEM燃料電池を搭載し、航続距離は120マイル、最高速度は70mphでした 。燃料電池スタックと水素と酸素の大きなタンクがバンの後部を占めていたため、座席は2つしかありませんでした。このプロジェクトは費用がかかりすぎると判断されたため、1台しか製造されませんでした。[ 33 ]
ゼネラル・エレクトリック社などは1970年代もPEM燃料電池の研究を続けていた。[ 30 ]燃料電池スタックは1980年代には主にスペースシャトルなどの宇宙用途に限られていた。[ 30 ]しかし、アポロ計画の終了により、多くの業界専門家が民間企業に移った。1990年代には自動車メーカーが燃料電池の応用に関心を持ち、デモンストレーション車両が準備された。2001年には、700バール（10000 PSI）の水素タンクが初めて実証され、車両に使用できる燃料タンクのサイズが小さくなり、航続距離が伸びた。[ 34 ]
あらゆる輸送モードに対応する燃料電池車が存在する。最も普及している燃料電池車は、乗用車、バス、フォークリフト、マテリアルハンドリング車両である。[ 35 ]
ホンダは2008年に世界初の燃料電池車ディーラーネットワークを設立し、当時、水素燃料電池車を個人顧客にリースできる唯一の企業でした。[ 36 ] [ 37 ]ホンダFCXクラリティは2008年に日本と南カリフォルニアの顧客向けにリース開始され、2015年までに販売終了となりました。2008年から2014年にかけて、ホンダは米国で合計45台のFCXをリースしました。[ 38 ]この期間には、 GM HydroGen4 [ 32 ]やメルセデス・ベンツF-Cellなど、20台以上のFCEVプロトタイプやデモカーが発表されました。[ 39 ]
ヒュンダイのix35 FCEV燃料電池車は2014年から2018年までリース可能で、[ 40 ] 54台がリースされました。[ 41 ] 2018年にヒュンダイはNexoを発表しました。[ 42 ] 2024年、ヒュンダイは欠陥のある「圧力逃がし装置」による燃料漏れと火災の危険性のため、それまでに米国で販売された1600台のNexoすべてをリコールしました。[ 43 ]
トヨタ・ミライの販売は2014年12月に日本で開始された。[ 44 ]価格は税抜きで670万円（約5万7400米ドル）からで、政府補助金200万円（約1万9600米ドル）が加算された。[ 45 ]欧州議会の元議長パット・コックスは、トヨタは当初、ミライ1台販売ごとに約10万ドルの損失を出すと推定した。[ 46 ] 2017年12月現在 全世界での販売台数は合計5,300台のミライでした。最も売れた市場は米国で2,900台、日本が2,100台、ヨーロッパが200台でした。[ 47 ]
2015年、トヨタは、水素燃料電池車と水素燃料電池充電ステーション技術に関する5,680件の特許すべてを、20年以上研究してきた同社が競合他社に無償で提供し、水素燃料電池車の市場を活性化させると発表した。[ 48 ]ホンダクラリティ フューエルセルは2016年から2021年まで生産された。[ 49 ] [ 50 ] 2017年のクラリティは、その年にEPAが評価したすべての水素燃料電池車の中で、複合燃費と市街地燃費の評価が最も高く、複合市街地/高速道路燃費はガソリン換算で67マイル/ガロン（MPGe）、市街地走行では68 MPGeだった。[ 51 ] 2019年、ホンダヨーロッパ社長の井上勝志氏は、「我々は現在、ハイブリッド車と電気自動車に注力している。水素燃料電池車が登場するかもしれないが、それは次の時代の技術だ」と述べた。[ 52 ]
2017年までに、ダイムラーはバッテリーコストの低下とEVの航続距離の延長を理由にFCEVの開発を段階的に中止し[ 53 ]、水素自動車を開発していた自動車会社のほとんどがバッテリー電気自動車に焦点を移した[ 54 ] 。 2020年までに、水素自動車を製造している、または製造プログラムが活発な自動車メーカーはわずか3社だけとなった[ 55 ]。2023年には、米国で販売された水素自動車は3,143台で、BEVは38万台だった[ 56 ] 。クラリティは後に生産中止となったが、ホンダCR-V e:FCEVは2024年にリースのみでごく少量販売された[ 18 ]。 2024年（11月まで）には、トヨタの世界販売台数は水素燃料電池車1,702台に減少した[ 57 ] 。
カリフォルニア州の公共水素燃料ステーションのかなりの数が水素を供給できない。[ 21 ] 2024年、ミライのオーナーは、燃料電池電気自動車用の水素が入手できないことを理由にカリフォルニア州で集団訴訟を起こし、詐欺的な隠蔽と虚偽表示、カリフォルニア州の虚偽広告法違反、黙示の保証違反などを主張した。[ 22 ]
以下の表は、 2021年9月時点でEPAが評価した2つの水素燃料電池車の燃費（ガソリン換算マイル/ガロン（MPGe））を比較したものです。 カリフォルニアでも入手可能です。[ 51 ]
2016年6月、日産は水素ではなくエタノールを燃料とする燃料電池車の開発計画を発表した。日産は、この技術的アプローチの方がコストが安く、水素インフラよりも燃料供給インフラの展開が容易だと主張している。[ 59 ]この車両には、水とエタノールの混合液を保持するタンクが搭載されており、それが車載改質器に供給されて水素と二酸化炭素に分解される。その後、水素は固体酸化物燃料電池に供給される。日産によると、液体燃料はエタノールと水の比率が55:45の混合液になる可能性があるという。[ 59 ]
2020年現在世界中で5,648台の水素燃料電池バスが使用されており、そのうち93.7%が中国で使用されている。[ 60 ]
1980年代後半から、バスからのディーゼル排出ガスに対する懸念から、バスの動力源として燃料電池の実験が行われた。リン酸燃料電池の初期実験の後、1990年代後半には水素燃料電池バスが都市で試験運行された。[ 61 ] 2000年代には、世界中の都市でバスの試験運行が開始され、欧州連合は「クリーンな都市交通のためのヨーロッパ」という研究プロジェクトを支援した。[ 62 ]
2010年代までに、水素燃料電池バスの商業導入が世界中で進められていました。[ 63 ] [ 64 ]しかし、多くの公共交通機関の運行会社は、運用コストと購入コストが安いため、代わりにバッテリー式電気バスを購入していました。 [ 65 ]しかし、バッテリー式電気バスはディーゼルバスに比べて航続距離が短く、充電に時間がかかり（水素燃料電池バスはすぐに再充填できるのに対し、多くの場合一晩かかる）、寒冷地では航続距離が短くなります。一部の企業は、燃料電池を航続距離延長装置として使用し、より大型のバッテリーまたはスーパーキャパシタと組み合わせることを提案しました。[ 66 ]
水素燃料電池バスは、従来、ディーゼルバス、ハイブリッドバス、電気バスに比べて購入費用と運行費用が著しく高かった。[ 61 ] [ 65 ]近年、購入費用はディーゼルバスと同程度の水準まで下がったが、[ 67 ]運行費用は依然としてかなり高い。[ 68 ]
現在、さまざまなバスメーカーが水素燃料電池バスを製造していますが、[ 69 ] [ 70 ] [ 71 ] 2025 年までにヨーロッパのほとんどの水素バス計画は中止されるか、燃料電池バスの購入が中止されることになります。[ 68 ]バスメーカーは、Ballard Power SystemsやToyotaなどの水素燃料電池の供給業者と協力してバスに電力を供給することもあります。[ 69 ] [ 70 ]
燃料電池フォークリフト（燃料電池リフトトラックまたは燃料電池フォークリフトとも呼ばれる）は、燃料電池で駆動する産業用フォークリフトトラックで、資材の持ち上げや運搬に使用されます。フォークリフトで使用される燃料電池のほとんどは、 PEM燃料電池で駆動されます。 [ 72 ]
2013年には、米国でマテリアルハンドリングに4,000台以上の燃料電池フォークリフトが使用されており[ 73 ]、そのうち500台はDOE（2012）から資金提供を受けていました[ 74 ] [ 75 ] 。 2024年現在、世界中で約50,000台の水素フォークリフトが稼働しており（その大部分は米国）、2021年に購入された120万台のバッテリー式電気フォークリフトと比較するとその差は歴然です[ 76 ]。
PEM燃料電池フォークリフトは、局所的な排出物を一切出さないため、石油燃料フォークリフトに比べて大きな利点があります。燃料電池フォークリフトは、水素タンク1つで8時間フルシフト稼働でき、3分で燃料補給でき、寿命は8～10年です。燃料電池フォークリフトは、低温でも性能が低下しないため、冷蔵倉庫でよく使用されます。[ 77 ]設計上、FCユニットは多くの場合、既存のフォークリフトと交換できるように設計されています。[ 78 ] [ 79 ]
2005年、英国企業のインテリジェント・エナジー社は、 ENV（Emission Neutral Vehicle）と呼ばれる初の実用的な水素バイクを製造した。ENVは4時間走行でき、最高速度80 km/h（50 mph）で都市部を160 km（100マイル）走行できるだけの燃料を搭載している。[ 80 ]水素燃料電池エンジンを搭載したバイク[ 81 ]や自転車[ 82 ]の例は他にもある。スズキ・バーグマンはEUで「車両全体タイプ」の承認を受けた。[ 83 ] PHBは電気モーターを搭載した水素自転車だった。2008年に上海でデビューしたが[ 84 ] 、水素燃料サービスの不足により販売中止となった。その前身はカナダのバンクーバーを拠点とするPalcanという水素自転車だった。[ 85 ]
ボーイングの研究者とヨーロッパ中の業界パートナーは、2008年2月に燃料電池と軽量バッテリーのみで駆動する有人飛行機の実験飛行試験を実施した。燃料電池実証機と呼ばれるこの飛行機は、プロトン交換膜（PEM）燃料電池/リチウムイオン電池ハイブリッドシステムを使用して電気モーターを駆動し、それが従来のプロペラに連結されていた。[ 86 ] 2003年には、燃料電池のみで駆動する世界初のプロペラ駆動飛行機が飛行した。燃料電池は独自のフラットスタックスタック設計で、燃料電池を飛行機の空力面に統合することができた。[ 87 ]
燃料電池を動力源とする無人航空機（UAV）はこれまでにいくつか開発されている。Horizo n社の燃料電池UAVは、2007年に小型UAVの飛行距離記録を樹立した。[ 88 ]軍は、低騒音、低熱シグネチャ、高高度到達能力といった利点から、この用途に特に関心を持っている。2009年には、海軍研究所（NRL）のIon Tigerが水素燃料電池を使用し、23時間17分飛行した。[ 89 ]ボーイング社は、一度に最大4日間、 20,000m （65,000フィート） で研究および監視飛行を行うための高高度長時間滞空型（HALE）機であるPhantom Eyeの試験を完了している。[ 90 ] 燃料電池は、航空機の補助電源としても使用されており、以前はエンジンの始動や機内電力需要への電力供給に使用されていた化石燃料発電機に取って代わっている。[ 90 ]燃料電池は、航空機の二酸化炭素やその他の汚染物質の排出量や騒音を削減するのに役立ちます。
世界初の燃料電池ボートHYDRAは、正味出力6.5kWのAFCシステムを採用した 。燃料1リットルあたり、平均的な船外機は、平均的な現代の自動車が排出する炭化水素の140分の1しか排出しない。燃料電池エンジンは内燃機関よりもエネルギー効率が高く、そのため航続距離が長く、排出量も大幅に削減される。[ 91 ]アムステルダムは2011年に、市内の運河を巡る初の燃料電池ボートを導入した。[ 92 ]
燃料電池を初めて水中に応用したのは、ドイツの212型潜水艦である。[ 93 ] 212型潜水艦には、艦全体に分散配置された9個のPEM燃料電池が搭載されており、それぞれ30kW から50kW の電力を供給する。[ 94 ] これにより、212型潜水艦はより長く潜航することができ、探知されにくくなる。燃料電池を動力源とする潜水艦は、原子力潜水艦よりも設計、製造、保守が容易である。[ 95 ]
2015年3月、中国南車集団（CSR）は青島の組立工場で世界初の水素燃料電池式路面電車を実演した。[ 96 ]新型車両用の線路は中国の7都市に83マイル建設された。中国は今後5年間で2000億元（320億ドル）を投じて路面電車の線路を1200マイル以上に拡張する計画だった。[ 97 ]
2016年、アルストムは水素燃料電池で動く地域列車「コラディア iLint」を発表した。この列車は時速140キロメートル（87マイル）に達し、満タンの水素で600～800キロメートル（370～500マイル）走行できるように設計されている。 [ 98 ]この列車は2018年にドイツで運行を開始し、2019年からオランダで試験運行が開始される予定である。[ 99 ]
スイスのメーカーであるシュタッドラー・レールは、カリフォルニア州で契約を締結し、2024年に米国で水素燃料電池列車「FLIRT H2」をアロー通勤鉄道サービスの一部として納入する予定である。[ 100 ]
長距離トラックなどの輸送用途では、燃料電池はゼロエミッション輸送の潜在的な解決策です。Energies誌の2022年の研究では、電気トラックの充電時間やバッテリーのエネルギー密度の現在の制限と比較して燃料補給時間が比較的短いことが挙げられていますが、「運用上の制約」には「水素製造による大量のCO2排出量」、貯蔵および燃料補給インフラの不足、H2の漏洩と安全性の問題、効率の「圧縮、貯蔵、供給における損失」などが含まれると指摘しています。[ 101 ]
2020年、ヒュンダイはXCIENTというモデル名で水素燃料の34トン貨物トラックの製造を開始し、最初の10台をスイスに出荷した。満タンで400キロメートル（250マイル）走行でき、充填には8～20分かかる。[ 102 ] 2022年、Total Transportation Services（TTSI）、Toyota Logistics Services（TLS）、UPS、Southern Counties Express（SCE）は、ロサンゼルス地域の港から水素燃料電池トラックを運行する12か月の「Shore-to-Store（S2S）プロジェクト」を実施した。[ 103 ] [ 104 ]ロサンゼルスとロングビーチで使用されたケンワースT680水素プロトタイプは2018年に発表され、シアトル地域でもテストされた。[ 105 ]
エバーレとリトマー・フォン・ヘルモルトは2010年に、燃料電池車が他の技術と競争力を持つようになるまでには課題が残っていると述べ、米国における広範な水素インフラの欠如を指摘した。 [ 106 ] 2020年7月現在 当時、米国には一般に利用可能な水素燃料補給ステーションが43か所あり、そのうち41か所はカリフォルニア州にあった。 [ 19 ] 2013年、ジェリー・ブラウン知事は、最大100か所のステーション建設のために10年間で年間2000万ドルを拠出する法案AB 8に署名した。[ 107 ] 2014年、カリフォルニア州エネルギー委員会は28か所のステーション建設のために4660万ドルを拠出した。[ 108 ]
日本は2014年に初の商用水素燃料ステーションを開設した。[ 109 ] 2016年3月までに日本には80の水素燃料ステーションがあり、日本政府は2020年までにこの数を160に倍増させることを目指している。[ 110 ] 2017年5月には、日本には91の水素燃料ステーションがあった。[ 111 ]ドイツには2015年7月時点で18の公共水素燃料ステーションがあった。ドイツ政府は2016年末までにこの数を50に増やすことを望んでいたが、[ 112 ] 2017年6月時点では30しかオープンしていなかった。[ 113 ]
燃料電池車の規制枠組みは、安全性、性能、環境保護を確保するために設計された、国際、国内、および組織的な包括的な基準群から構成されています。これらの基準は、貯蔵容器から電気安全システムに至るまで、水素燃料システムの様々な側面を網羅しています。
国際的な燃料電池車規制の基盤は、ドイツ、日本、米国の後援の下、2013年6月27日に制定された国連グローバル技術規則第13号（GTR 13）である。[ 114 ] GTR 13は、総車両質量（GVM）が4,536kg以下のカテゴリー1-1および1-2のすべての水素燃料車に適用される。この規則は、水素燃料電池車が従来の燃料車と同じレベルの安全性を達成できるようにすることを目的として、国連車両規制調和世界フォーラム（UN/WP29）によって策定された。[ 115 ]
GTR 13 は、車両レベルでの高電圧システム、水素貯蔵システム、水素燃料システムの 3 つの主要セクションで構成されています。この規制は、使用中と衝突後の両方のシナリオに関する規定を提供しています。[ 116 ]フェーズ 2 は、2023 年 6 月 21 日に WP.29 の第 190 回会合で採択され、大型車両を含むように範囲が拡大されました。[ 117 ]
ISO 19881（気体水素－陸上車両用燃料容器）：この規格は、陸上車両の運転用圧縮水素ガスの貯蔵のみを目的とした、量産型再充填容器の材料、設計、製造、表示、および試験に関する要件を規定しています。[ 118 ] 2025年版は、特に火災試験プロトコルに関して、安全規格の相互承認を支援するために、UN GTR 13 フェーズ2と調和されています。[ 119 ]
ISO 23273:2013：この国際規格は、圧縮水素を燃料とする燃料電池道路車両の安全仕様および水素の危険に対する保護について規定しています。[ 120 ]
NHTSAは、自動車における水素の貯蔵および使用に関する安全上の懸念に対処するため、2つの新しい連邦自動車安全基準（FMVSS）を提案しました。FMVSS No. 308「圧縮水素貯蔵システムの完全性」およびFMVSS No. 307「水素自動車の燃料システムの完全性」です。これらの提案された基準は、GTR No. 13の要件に準拠しています。[ 121 ]
米国自動車技術者協会（SAE）は、燃料電池車に関するいくつかの重要な規格を策定した。
国際電気標準会議（IEC）は、燃料電池の安全性に関する様々な側面を網羅するIEC 62282シリーズを制定した。
GTR13では、圧縮水素貯蔵システムの耐用年数は15年以下でなければならない。[ 128 ]このシステムには、水素貯蔵容器、熱作動式圧力逃がし装置（TPRD）、逆止弁、遮断弁、および各コンポーネント間の配管と継手が含まれる。水素は通常、公称作動圧力（NWP）35 MPaまたは70 MPaで貯蔵され、最大燃料供給圧力はNWPの125パーセント（それぞれ43.8 MPaまたは87.5 MPa）である。[ 129 ]
性能耐久性試験では、3つの容器を破損することなく、NWPの125%まで22,000サイクル油圧加圧する必要があります。15年の耐用年数を考慮すると、11,000サイクル以内に漏れが発生しないようにする必要があります。[ 130 ]
主要な安全要件には、水素漏洩率の制御が含まれており、衝突試験中の換気システムの水素漏洩率は 118NL/h 未満でなければなりません。乗員室および荷物室の水素濃度は、体積比で 4% 未満に維持する必要があります。[ 131 ]
空気中の水素濃度が体積比で2%±1.0%以上検出された場合は警報システムが作動し、密閉空間または半密閉空間の空気中の水素濃度が体積比で3%±1.0%を超えた場合は主遮断弁が閉じられる必要がある。[ 132 ]
規制、コード、規格は、商業化への技術的障壁を克服するのに役立つ。[ 133 ]過去10年間、欧州連合、米国、カナダ、日本、中国、国際機関を含む国際水素コミュニティでは、車載用気体水素貯蔵用の複合タンクの包括的な規格を開発するための集中的な取り組みが行われてきた。[ 134 ]
GTR13の導入は、燃料電池車と圧縮水素貯蔵システムの開発に世界的に大きな影響を与え、燃料電池車産業における貿易障壁をなくすために、各国の基準を国際的な要件に合わせる必要が生じている。[ 135 ]
2003年、米国大統領ジョージ・ブッシュは水素燃料イニシアチブ（HFI）を提案した。HFIは、燃料電池車の商業導入を加速するために、水素燃料電池とインフラ技術をさらに発展させることを目的としていた。2008年までに、米国はこのプロジェクトに10億ドルを拠出した。[ 136 ] 2009年、当時の米国エネルギー長官スティーブン・チューは、水素自動車は「今後10年から20年の間に実用的ではないだろう」と主張した。[ 137 ] [ 138 ] しかし、2012年、チューは、天然ガス価格が下落し、水素改質技術が向上したため、燃料電池車はより経済的に実現可能になったと述べた。[ 139 ] [ 140 ]
カリフォルニア州は2013年に水素インフラ開発のリーダーとして台頭した。2013年6月、カリフォルニア州エネルギー委員会は水素燃料ステーションに1870万ドルを助成した。[ 141 ]同年、ジェリー・ブラウン知事は州議会法案8号に署名し、州全体で最大100か所の水素燃料補給ステーションを支援するために10年間毎年2000万ドルを拠出する法案を可決した。[ 142 ]
同時に、米国エネルギー省は、燃料電池電気自動車やマテリアルハンドリング機器などの新たな用途に十分な車載貯蔵を提供するため、「先進的な水素貯蔵システムの継続的な開発」に2014会計年度で最大400万ドルの資金を提供すると発表した。[ 143 ] 2013年5月13日、エネルギー省は、米国全土での水素インフラ展開の推進に焦点を当てた官民パートナーシップであるH2USAを開始した。[ 144 ]
2021年11月15日、バイデン大統領は、 1.2兆ドルのインフラ投資・雇用法（超党派インフラ法とも呼ばれる）に署名し、同法は水素産業の大規模な展開と投資を促進するために、水素関連の条項に95億ドルを計上した。[ 145 ]この法律は、大規模な地域クリーン水素ハブに80億ドル、クリーン水素電解の研究開発に10億ドル、クリーン水素の製造とリサイクルに5億ドルを認可している。[ 146 ]
地域クリーン水素ハブプログラムでは、原料、最終用途、地理的な多様性が求められ、少なくとも1つのハブが化石燃料、1つが再生可能エネルギー、1つが原子力エネルギーから水素を生産する必要があります。最終用途の多様性の要件では、ハブは発電、産業部門、住宅および商業暖房、輸送における水素の使用を実証する必要があります。[ 147 ]
2023年10月、バイデン政権は、米国全土の7つの地域クリーン水素ハブに70億ドルの資金提供を発表した。H2Hubsは、年間合計300万トンの水素を生産し、2030年の米国の生産目標のほぼ3分の1を達成し、最終用途からの二酸化炭素（CO2）排出量を年間2500万トン削減すると見込まれている。 [ 148 ]
インフレ抑制法は、新たなクリーン水素生産税額控除を含む、水素に関する重要なインセンティブを確立しました。この控除は、対象となるクリーン水素生産施設に対し、水素1キログラムあたり最大3.00ドルの税額控除を提供します。[ 149 ]控除額は炭素強度に基づいており、排出量がほぼゼロの水素に対して最も高いインセンティブが適用されます。プロジェクトは、代わりにセクション48に基づき最大30%の投資税額控除を申請することもできます。[ 150 ]
この法律では、燃料電池投資に対する30%の税額控除を2024年まで延長し、水素貯蔵を含むエネルギー貯蔵に対する新たな30%の投資税額控除も盛り込まれています。さらに、代替燃料補給設備税額控除の上限を3万ドルから10万ドルに引き上げ、商用車を含む燃料電池車に対する控除も含まれています。[ 151 ]
2025年1月3日、米国財務省はクリーン水素生産税額控除の最終規則を発表し、電力、炭素回収付き天然ガス、再生可能天然ガスなどさまざまな供給源を使用する水素生産者に対して明確さと投資の確実性を提供した。[ 152 ]
インフラ投資雇用法に基づいて設立された充電・燃料供給インフラ助成プログラムは、2024年に指定された代替燃料回廊沿いの水素燃料供給インフラの展開に対して競争的な助成金を提供しました。このプログラムには推定総額13億2000万ドルの資金が含まれており、少なくとも50％は農村地域や低・中所得地域を優先するコミュニティ助成金に充てられました。[ 153 ]
米国エネルギー省の水素・燃料電池技術局は、手頃な価格のクリーン水素技術の研究、開発、実証、展開のために最大1,000万ドルの助成金を提供し、国内製造転換助成金プログラムを通じて水素燃料電池電気自動車および部品の国内生産のために最大5億ドルの助成金を提供している。[ 154 ] [ 155 ]
2010 年までに、燃料電池技術の進歩により、燃料電池電気自動車のサイズ、重量、コストが削減されました。[ 156 ] 2010 年に、米国エネルギー省(DOE) は、自動車用燃料電池のコストが 2002 年以降 80% 低下し、大量生産によるコスト削減を前提とすれば、そのような燃料電池は 51 ドル/kW で製造できる可能性があると推定しました。[ 157 ]燃料電池電気自動車は、「給油なしで 250 マイル以上走行可能」な状態で製造されています。[ 157 ] 5 分未満で給油できます。[ 158 ] 導入された燃料電池バスは、ディーゼルバスよりも 40% 燃費が向上しています。[ 156 ] EEREの燃料電池技術プログラムは、2011 年時点で燃料電池がフルパワーで 42 ～ 53% の燃料電池電気自動車効率を達成し、[ 156 ] 10% 未満の電圧低下で 75,000 マイルを超える耐久性を達成したと主張しており、これは 2006 年に達成されたものの 2 倍である。[ 157 ] 2012 年に Lux Research, Inc. は、「資本コスト... により、2030 年までにわずか 5.9 GW にしか普及が制限されない」と結論付けたレポートを発表し、「ニッチな用途を除いて、普及に対するほぼ克服不可能な障壁となる」としている。Lux の分析では、2030 年までに PEM定置型燃料電池の用途は10 億ドルに達し、燃料電池フォークリフトを含む車両市場は合計 20 億ドルに達すると結論付けている。[ 159 ]
2023年9月現在、カリフォルニア州の公共充電ステーションでの水素の価格は1キログラムあたり36ドルで、ミライの1マイルあたりの価格はテスラ モデル3の14倍である。 [ 160 ] 2023年のドイツの平均価格は1キログラムあたり12.5ユーロである。[ 161 ]
燃料電池車の環境への影響は、水素の製造に使用された一次エネルギーに依存します。燃料電池車は、水素が再生可能エネルギーで製造された場合にのみ環境に優しいと言えます。[ 162 ]しかし、2024年の時点では、水素の95%以上が依然として水蒸気メタン改質法で製造されていました（約95%がグレー水素、残りの大部分がブルー水素、グリーン水素は約1%のみ）。[ 163 ]さらに、燃料電池車は、1マイルあたりのエネルギー消費量がはるかに少ないバッテリー電気自動車ほど効率的ではありません。 [ 164 ]通常、燃料電池車はバッテリー電気自動車の2.4倍のエネルギーを消費します。これは、水素の製造と貯蔵が、電気を使用してバッテリーを直接充電するよりもはるかに効率が悪いためです。[ 162 ]また、国際気候環境研究センター（CICERO）による2023年の研究では、漏洩した水素の地球温暖化効果はCO2の11.6倍であると推定されています。[ 165 ]
2009年時点で、自動車は米国で消費される石油の大部分を消費し、米国の二酸化炭素排出量の60%以上、温室効果ガス排出量の約20%を排出していたが、ガソリン製造に使用される水素化分解用の水素製造（その主な産業用途）は、車両全体の温室効果ガス排出量の約10%を占めていた。[ 166 ]純粋な水素を燃料とする車両は、排気管から排出される汚染物質は少なく、主に水と熱、微量のNOx、SOx、NO2、SO2、CO、炭化水素、粒子状物質を生成する。 [ 167 ]水素の製造は、一般的に汚染物質を生成するが、再生可能エネルギーのみを使用して製造される少量の水素は例外である。[ 168 ]
2006年、ウルフ・ボッセルは、天然化合物（水、天然ガス、バイオマス）から水素を分離し、圧縮または液化によって軽質ガスをパッケージ化し、エネルギーキャリアをユーザーに輸送するために必要な膨大なエネルギーに加え、燃料電池で有用な電力に変換される際に失われるエネルギーを考慮すると、実際に使用できるエネルギーは約25%しか残らないと述べている。[ 169 ]『Transport Revolutions: Moving People and Freight without Oil 』（2010年）の共著者であるリチャード・ギルバートも同様に、水素ガスの製造は、生成されたエネルギーの一部を消費することになる、と述べている。そして、燃料電池内で水素を再び電気に変換する際にエネルギーが消費される。「これは、最初に利用可能なエネルギーのわずか4分の1しか電気モーターに到達しないことを意味する…このような変換損失は、例えば、日産リーフやシボレーボルトのような電気自動車（EV）を壁のコンセントから充電する場合と比べて、見劣りする。」[ 170 ] [ 171 ] 2010年の水素燃料電池車のウェル・トゥ・ホイール分析レポートは、アルゴンヌ国立研究所は、再生可能な水素経路は温室効果ガス削減においてより大きなメリットをもたらすと述べています。[ 172 ]この結果は最近確認されました。[ 162 ] 2010年に米国エネルギー省が発行したウェル・トゥ・ホイールズの出版物では、燃料補給ステーションで水素を6,250 psi (43.1 MPa)まで圧縮する単一ステップの効率は94%であると想定されています。[ 173 ]スタンフォード大学とミュンヘン工科大学の科学者による2016年11月号のEnergy誌に掲載された研究では、水素の現地生産を想定した場合でも、「主にコストが低く、エネルギー効率が著しく高いことから、全電気バッテリー車への投資は二酸化炭素排出量を削減するためのより経済的な選択肢である」と結論付けています。[ 174 ]
2008年、ジェレミー・P・マイヤーズ教授は、電気化学会誌「インターフェイス」で、燃料電池は「酸素還元反応の非効率性のため、電池ほど効率的ではない。…[T]グリッドから切り離された状態での運転、または燃料を継続的に供給できる場合に最も理にかなっている。頻繁かつ比較的迅速な起動が必要な用途、…倉庫などの密閉空間のように、ゼロエミッションが要求される用途には適している。」と書いた。 [ 175 ]また、2008年には、Wired Newsが「専門家は、水素がガソリン消費量や地球温暖化に意味のある影響を与えるまでには40年以上かかると言っているが、そんなに長く待つ余裕はない。その間、燃料電池はより即効性のある解決策から資源を奪っている。」と報じた。 [ 176 ] 2008年、エネルギー勝利の著者であるロバート・ズブリンは、「水素は『考えられる限り最悪の自動車燃料』だ」と述べた。[ 177 ]水素が再生可能エネルギーで製造できるのであれば、「このエネルギーを使って電気自動車やプラグインハイブリッド車のバッテリーを充電する方がずっと簡単だろう」。[ 177 ]ロサンゼルス・タイムズは2009年に、「どう考えても、水素は自動車を動かすには不向きな方法だ」と書いた。[ 178 ]ワシントン・ポストは2009年11月に、「アメリカ中のコンセントから電気エネルギーが吸い出されて自動車のバッテリーに蓄えられるのを待っているのに、なぜ水素の形でエネルギーを貯蔵し、その水素を使ってモーター用の電気を生成したいと思うのか…？」と疑問を呈した。[ 179 ]
モトリーフールは2013年に「水素自動車には、輸送、貯蔵、そして最も重要な生産に関して、依然としてコスト面で大きな障害がある」と述べた。 [ 180 ]フォルクスワーゲンのルドルフ・クレブスは2013年に「自動車自体をどれほど優れたものにしても、物理法則が全体的な効率を阻害する。エネルギーを移動手段に変換する最も効率的な方法は電気である」と述べた。彼はさらに、「水素移動はグリーンエネルギーを使用する場合にのみ意味がある」が、まず「効率の低い」方法で水素に変換する必要があり、「初期エネルギーの約40パーセントを失う」と説明した。次に水素を圧縮して高圧でタンクに貯蔵する必要があり、これにはさらにエネルギーが必要となる。「そして、燃料電池で水素を再び電気に変換する必要があるが、ここでも効率が低下する」。クレブスは続けて「最終的には、元の100パーセントの電気エネルギーから、30～40パーセントしか得られない」と述べた。 [ 181 ]
2014年、電気自動車とエネルギーの未来学者であるジュリアン・コックスは、メタンから水素を製造することは「エネルギー単位当たりの炭素集約度が石炭よりはるかに高い」と書いた。シェールの水圧破砕による化石水素を環境的に持続可能なエネルギー経路と誤解することは、再生可能エネルギーと経済的に適合する車両技術から投資と焦点を逸らすリスクがあるため、気候変動を阻止するための世界的な取り組みを弱め、場合によっては頓挫させるエネルギー政策を助長する恐れがある。[ 182 ] 2014年、元エネルギー省職員のジョセフ・ロムは、FCVフリート用の水素を製造するために再生可能エネルギーを経済的に利用することはできないと結論付けた。「現在も将来も」[ 183 ] GreenTech Mediaのアナリストも2014年に同様の結論に達した。[ 184 ] 2015年、Clean Technicaは水素燃料電池車のいくつかの欠点を挙げた。[ 185 ] [ 186 ]
2017年にGreen Car Reportsに掲載された分析によると、最高の水素燃料電池車は「電気自動車よりも1マイルあたり3倍以上の電力を消費し、他のパワートレイン技術よりも多くの温室効果ガスを排出し、燃料費が非常に高い」ことが判明した。「新しいインフラに必要なあらゆる障害と要件（最大4000億ドルの費用がかかると推定される）を考慮すると、燃料電池車はせいぜいニッチな技術であり、米国の石油消費にはほとんど影響がないと思われる。」[ 111 ] 2017年に、マイケル・バーナードはForbesに寄稿し、水素燃料電池車の継続的な欠点を列挙し、「2008年頃には、水素は車両のエネルギー貯蔵としてバッテリー技術よりも劣っており、今後も劣るだろうことは非常に明らかだった。2025年までには、最後まで抵抗していた人々も燃料電池の夢を諦めることになるだろう」と結論付けた。[ 187 ] Real Engineeringによる 2019 年のビデオでは、自動車の燃料として水素を使用しても、輸送からの炭素排出量の削減には役立たないと指摘されています。水素の 95% は依然として化石燃料から生産されており、二酸化炭素を放出します。また、水から水素を製造するプロセスはエネルギーを消費します。水素を貯蔵するには、液体の状態まで冷却するか、高圧でタンクに入れるためにより多くのエネルギーが必要であり、水素を燃料ステーションに輸送するにはより多くのエネルギーが必要であり、より多くの炭素を放出する可能性があります。FCV を 1 キロメートル移動させるのに必要な水素のコストは、BEV を同じ距離移動させるのに必要な電力の約 8 倍です。[ 188 ]また、2019 年に、ホンダ ヨーロッパの社長である井上勝史氏は、「我々は現在、ハイブリッド車と電気自動車に注力しています。水素燃料電池車が登場するかもしれませんが、それは次の時代の技術です」と述べています。[ 52 ]
2020年以降の評価では、水素自動車の効率は依然として38%に過ぎず、バッテリーEVの効率は80%から95%であると結論付けられています。[ 189 ] [ 190 ] CleanTechnicaによる2021年の評価では、水素自動車は電気自動車よりもはるかに効率が悪く、生産される水素の大部分は汚染物質であるグレー水素であり、水素の供給には大規模で高価な新しいインフラの構築が必要となる一方で、燃料電池車の残りの2つの利点である「航続距離の延長と燃料補給時間の短縮」は、バッテリーと充電技術の向上により急速に失われつつあると結論付けられています。[ 55 ] Nature Electronicsの2022年の研究もこれに同意しています。[ 191 ]
水素燃料電池分野の燃料電池特許出願は、 NASAの宇宙計画が一因となって1960年代に増加し、80年代には自動車の研究によってさらに増加しました。その後、2000年から2005年にかけて、日本、米国、韓国の発明家による出願が急増しました。それ以降、この分野の特許出願は中国が支配しており、日本、ドイツ、韓国、米国では少数となっています。[ 192 ] 2016年から2020年の間に、特に輸送用途の年間出願件数はさらに23%増加しました。[ 193 ] [ 194 ]
輸送用燃料電池分野の特許のほぼ80%は自動車会社によって出願された。[ 195 ]学術界は産業界と積極的に協力している。[ 196 ]乗用車やトラックなどの道路車両に関連する出願が圧倒的に多いが、船舶、航空、鉄道、その他の特殊車両などの他の分野の発明も増加している。[ 197 ]大手航空機メーカーであるエアバスは、2019年以降、この分野での特許活動を増やしている。[ 198 ]船舶用途の燃料電池特許の数は航空用途のものと同程度で、同様に成長が遅い。[ 196 ]
2022年の世界知的所有権機関の報告書では、建設車両、フォークリフト、空港牽引車などの大型車両はより高い積載量を必要とするため、水素の高いエネルギー密度により燃料電池はバッテリー用途よりも有利なソリューションになり得ると主張している。[ 198 ]
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