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燃料電池バスは、電気駆動の車輪の動力源として水素燃料電池を使用するバスで、バッテリーやスーパーキャパシターとハイブリッド方式で増強されることもあります。バスから排出されるのは水だけです。世界中のいくつかの都市で燃料電池バスの試験運用が行われており、世界中で5,600台以上のバスが使用されており、その大部分は中国にあります。[1]
背景
ディーゼルバスが排出する温室効果ガスと粒子状物質による汚染のため、交通事業者は2000年代初頭からより環境に優しくクリーンなバス（ハイブリッド電気バスやバッテリー電気バスなど）への移行を進めてきました。 [2]しかし、バッテリー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、寒い天候ではエネルギー貯蔵量が減少します。[3]
そのため、運輸事業者は水素燃料電池バスなどの代替案を検討してきた。[2] 水素燃料電池は、触媒の存在下で水素と酸素を反応させて電気を発生させ、その副産物として水が発生する。この電気は、バスの車輪を駆動する電気モーターの動力源として使用される。[4]一部の企業は、燃料電池を大型バッテリーやスーパーキャパシタと組み合わせて航続距離延長装置として使用することを提案している。[5]水素はリチウム電池よりもエネルギー密度が高いため、バスやトラックなどの大型車両に適している。[6]
水素燃料の起源は様々であり、グリーン水素（再生可能電力を使用して生成される）は、ブラウン水素（石炭または褐炭を燃焼して生成される）やグレー水素（天然ガスを蒸気で加熱して生成される）よりもはるかに環境に優しい。[6] [7] [8]
歴史
初期テストと試行
1980年代後半から、バスのディーゼル排出ガスに関する懸念から、燃料電池を車両の動力源として使用する実験が行われました。最初の概念実証作業では、燃料電池をバスに組み込んで、バスに電力を供給できることを実証しました。[9] 1994年から1995年にかけて、ジョージタウン燃料電池バスプログラム（ジョージタウン大学と米国エネルギー省が主導）は、富士電機のリン酸燃料電池を搭載した3台の30フィート（9.1メートル）バスの実証を行いました。[10] [11]
1990年代後半から、水素を動力源とする燃料電池バスがさまざまな都市で試験的に導入されました。[9] 1998年には、シカゴとバンクーバーで、ニューフライヤーインダストリーズ社のバス車体とバラードパワーシステムズ社の水素燃料電池を使用した試験が開始されました。 [12] 3年間の試験では、20万人以上の乗客が乗車し、118,000キロメートル（73,000マイル）以上を走行しました。
2000年から日野とトヨタは水素燃料電池バスFCHV-BUSの開発で協力した。 [13] 2003年に都営バスで最初の試験運用が行われた後、8台のFCHV-BUSバスが2005年の愛知万博で使用された。[14]万博期間中、バスは100万人の来場者を運び、約13万キロを走行した。その後、バスは空港シャトルバスとして使用された。
米国では、米国国立再生可能エネルギー研究所（NERL）が連邦交通局と共同で2000年から水素燃料電池バスの研究を行っている。[9] [15]サンフランシスコ湾岸地域のACトランジットは2002年に水素燃料電池バスの試験運行を開始した。[16]
ヨーロッパのクリーンな都市交通
2001年から、欧州連合が支援する研究プロジェクト「欧州クリーン都市交通（CUTE）」が、ロンドン、マドリード、ハンブルクを含む9つの欧州都市で水素燃料電池バスの運行を開始した。[17]このプロジェクトは、交通事業者、水素インフラおよび燃料電池開発者、大学、市当局のコンソーシアムによって支援された。[18]レイキャビク、北京、パースの3つの都市も、同じコンソーシアムの支援を受けて同様の実証プロジェクトに参加した。[19]燃料電池バスクラブは、都市と研究者の間で経験と情報を共有するフォーラムとなった。[20]
3つのプロジェクトすべてで、バラードパワーシステムズの水素燃料電池を搭載したメルセデスベンツシタロバスが使用されました。当時、彼らは世界最大の燃料電池バスの艦隊であると主張していました。バス1台あたりの費用は120万ドルと推定され、航続距離は300キロメートル（200マイル）で、乗客は約70人でした。[21]
2007年に完成したこのプロジェクトは、研究者からは成功とみなされた。[22] [23]しかし、バスは運行コストが高いと一部の運行会社から批判され、マドリードは燃料費が約10倍であると報告した。[24]専用の水素充填ステーションも建設する必要があった。[24]北京のバスは中国初の燃料電池バスだったが、大気汚染により燃料電池の効率と寿命が低下したため、1年後に撤退した。[25] [26]
さらなる発展
2006年、連邦交通局は国家燃料電池バス技術開発プログラムを発表しました。[27]水素燃料電池バスの開発とテストを支援し、その商業化の可能性を高めるために、4,900万ドルの連邦補助金が交通機関に提供されます。[27] [28] 2003年、ACトランジットはThor「ThunderPower」バスを試験的に導入し、2004年10月までにテストを完了しました。[29] 2006年には、UTC Power燃料電池を搭載した5台のVan Hoolバスが運行を開始しました。これらは2010年に他のVan Hool水素燃料電池バスに置き換えられました。[29]
2009年、BCトランジットは2010年冬季オリンピックに先立ち、ブリティッシュコロンビア州ウィスラーの町で燃料電池バスの運行を開始した。20台の水素燃料電池バスの車両群は当時世界最大規模となり、プロジェクトの費用は約9,400万ドルだった。[30] [31]以前のプロジェクトとは異なり、使用された水素はケベック州のエア・リキードが水力発電を使用して製造したブルー水素だった。[32]運用コストが高かったため、このプログラムは2015年に中止された。[33] [31]
ブラジル初の水素燃料電池バスの試作車は2009年にサンパウロで運行を開始した。水素バスはカシアス・ド・スルで製造された。「 Ônibus Brasileiro a Hidrogênio 」（ブラジル水素バス）と呼ばれるこの計画には、さらに3台のバスが含まれている。[34]
2010年、ロンドンでは8台の水素バスが導入され、2000年代半ばに使用されていた燃料電池バスよりも航続距離が大幅に長くなりました。[35] [36]当時、これはヨーロッパで最大の水素バス車両群でした。[37] ロンドン交通局は、バスの高コストと燃料費の高さを認めましたが、商業的に実行可能になれば「コストが大幅に下がると予想している」と述べました。[35]
中国では、水素燃料電池バスが2008年の北京大会、 2010年の上海万博、 2010年の広州アジア競技大会で使用されました。[28]これらのバスはハイガーバスによって開発され、2008年の北京大会では3台、2010年の上海万博では196台が配備されました。[38] [39]
2015年3月、ヨーロッパ最大の水素燃料電池バスがスコットランドのアバディーン市で運行を開始しました。10台のヴァン・フールバスが5年間の試験運行に使用されました。[40]
大規模な商業導入
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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%が中国にあります。燃料電池バスを早期に導入した企業の中には、バッテリー電気バスに重点を置くことを選択した企業もあり、ロンドンでは2023年現在、950台のバッテリー電気バスと20台の水素燃料電池バスが保有されています。[41]
トヨタは2015年に東京で改良型の水素燃料電池バス「トヨタFCバス」の試験運用を開始した。日野自動車と共同で開発されたこのバスは、トヨタミライ水素燃料電池車と日野のハイブリッドバスの技術を活用している。2017年にトヨタはトヨタソラバスを発表し、[42] 2018年3月に生産を開始した。 [43] [44] 2020年までに100台以上のトヨタソラバスが納入され、東京BRT、JRバス関東、都営バスで運行されている。[45]
2018年、トヨタは、ポルトガルのバスメーカーであるカエターノに、欧州で販売されるバス向けに水素燃料電池技術を提供すると発表した。[46]カエターノH2.City Goldは、ビーレフェルト、[47] コトブス、[48]バルセロナなど、数多くの都市で販売されている。[49]トヨタが過半数株主になった後、カエターノはバスを「トヨタ」ブランドとして展開し始めた。[50]
中国では、フェイチ（アレンバス）社がバラード社から燃料電池技術のライセンスを取得し、雲浮市で水素燃料電池バスの製造を開始した。水素燃料電池は36kWhのリチウムイオン電池と組み合わされ、電動モーターに電力を供給する。現在、中国広東省仏山市では300台以上のフェイチバスが運行されている。 [51]中国の他のメーカーも水素燃料電池バスの生産を開始した。中通バスは2014年に研究開発プログラムを開始し、2016年にバスの生産を開始した。[52]
2018年、張家口市は2022年北京冬季オリンピックに備えて74台の水素燃料電池バスを発注した。[53]オリンピック期間中、福田、宇通、吉利、中通バスの各メーカーの水素燃料電池バスとコーチが800台以上使用された。[54] [55] [56]河北省では寒冷な気候が一般的であったため、バッテリー式電気自動車ではなく水素燃料電池車が選ばれた。[54]中国の水素の多くは石炭を燃焼させて生成される「ブラック水素」であるため、水素の大量使用は批判された。[57]これは、1キロの水素が約15～20kgのCO2を排出することを意味した。[ 57]
2017年に発売されたヒュンダイ・エレクシティ、 2019年12月に韓国で商用サービスを開始した。2021年6月までに、韓国全土で108台のバスが運行されている。 [58]オーストリア・ウィーンのウィーナー・リニエンと共同でエレクシティの試験運行を2021年11月から計画しており、[59]ドイツでもさらなる試験運行が発表されている。[60]エレクシティの航続距離は500キロメートル（310マイル）を超え、最大出力は180kWである。[58]釜山市と蔚山市は2022年に、2025年までに620台以上のバスを導入する計画を発表した。[61]
2019年、ポーランドのバスメーカーSolaris Bus & Coachは、人気の高いUrbino 12プラットフォームをベースにした水素燃料電池バスを発表しました。これはその後、パリのRATPを含むさまざまな大手バス事業者によってテストされ、[62] Connexxion、[63] ÖBB Postbus、[64] MPK Poznań [65]を含むヨーロッパのバス事業者から注文を受けました。 2022年、SolarisはInnoTrans 2022でUrbino 18連節バスの水素燃料電池バージョンを発表しました。[66]
2020年、中国の南寧市は、7,000台のバッテリー式電気バス全車両を、より性能の良い水素燃料電池/バッテリーハイブリッドバスに置き換える計画を発表した。[67]
2020年現在[アップデート]、NERLは米国での燃料電池バスプロジェクトの評価作業を継続しており、カリフォルニア州、ハワイ州、オハイオ州で64台のバスが運行されている。[68] ACトランジットは米国で最大の水素燃料電池バスの車両群を保有しており、ヴァン・フールとニュー・フライヤーの22台のバスが運行されている。[68]これにより、バッテリー電気バスと水素燃料電池バスを直接比較し、ゼロエミッションバス車両群の要望を踏まえた将来の購入決定の指針とすることができる。[69] ACトランジットは、同社が「米国で最も包括的なゼロエミッションバス（ZEB）プログラム」を有しており、2000年以来、ゼロエミッションバスで320万マイル（510万km）の運行を行っていると述べた。[69]
2021年6月、世界初の水素燃料電池2階建てバス（ライト・ストリートデッキ・ハイドロライナー）がロンドンのメトロライン7番路線で運行を開始しました。[70] [4]これらのバスはスコットランドのアバディーンでも運行を開始しました。 [71]ハイドロライナーFCEVは、欧州連合の「欧州水素自動車共同イニシアティブ」（JIVE）の一環として開発されました。[72]
他のバスメーカーも水素燃料電池市場への参入を続けており、イヴェコはエア・リキードと「水素モビリティ」を開発するための覚書を発表し、 [73]アレクサンダー・デニスは「次世代」の二階建てバスを発表した。[74]ハイゾン・モーターズなどの新しいメーカーも市場参入を計画している。[75]他の国々も水素燃料電池バスの可能性を調査し続けており、モスクワは2022年にカマズバスの試験運行を発表した。 [76]
2022年5月、ドイツ・ケルンの公共交通機関であるRegionalverkehr Köln Wrightbusに最大100台の水素燃料電池バスを発注した。[77]これは、ドイツで「国家水素戦略」が発表されたことを受けてのもので、水素燃料電池バスが長距離路線の実現可能な代替手段であることを明らかにした。[78]メルセデス・ベンツは、人気のeCitaroバスにトヨタの水素燃料電池を使用した航続距離延長装置を搭載すると発表した。これにより、バスの航続距離は400キロメートル（250マイル）に延長される。[79] [80]
2022年7月、イル・ド・フランス・モビリティ（IDFM）は、フランスのグラン・パリ地域向けに47台の燃料電池バスを4,800万ユーロで発注した。クレテイユの焼却炉で生産されたグリーン水素が使用される。[81] IDFMのマネージングディレクターは、最初の発注でバスメーカーに「技術を改善し、成熟させ、（商業的に）生産すれば、我々はそこにいる」というシグナルを送りたいと述べた。[82]
2022年7月、500台以上のFoton AUVバスが北京公共交通グループに加わった。メディアの報道によると、バスの航続距離は約600kmで、約10～15分で燃料補給が可能だという。[83]これらのバスは以前、北京2022冬季オリンピックで使用されていた。[83]
2022年8月、インド初の国産水素燃料バスがプネーで公開された。このバスはKPITテクノロジーズと科学産業研究評議会によって開発された。[84] [85]
2022年、ニューヨーク市のMTAは、ニューヨーク州エネルギー研究開発局からの助成金を受けて、水素燃料電池バスを試験的に導入すると発表しました。[86]最初の2台のバス（New Flyer Xcelsior CHARGE H2 ）は、2024年後半までにブロンクス区で運行開始される予定です。 [87] MTAは、2040年までにバス全車両をゼロエミッション化すると発表しました。[88]
2023年には、水素と電気のコスト比較に関する問題から、いくつかの交通機関が発注をキャンセルした。[89] [90]しかし、他の機関は燃料電池バスの発注を続けた。ボローニャのTPERはSolarisに130台のバスを発注し、[91] [92]ソウルはHyundaiに1,300台のバスを発注し[93]、SamTransはNew Flyerに108台のバスを発注した。[94] 2023年10月、カリフォルニア州サンタクルーズのサンタクルーズメトロは、フル積載のバッテリー電気バスは地域の丘陵道路に適していないことがテストで判明した後、8,700万ドルの費用で57台の燃料電池バスを発注した。[95] [96]
2023年の研究論文では、2044年までにゼロエミッション車のわずか4%が水素燃料電池で動くと推定されており、「燃料電池市内バスの普及率が低い」のは、水素インフラが整った国と、バッテリー電気バスの運行が不可能なバス路線のみであるとしている。この論文では、都市間バスやバスが水素燃料電池で動く可能性についても言及している。[97] [98]他の報告書では燃料電池バスの成長が示されており、ソラリスは500台以上のバスを発注しており、欧州の燃料電池バスの市場シェアは44%であるとしている。[99] [100]
2024年1月、バルセロナのTMBはソラリス社に水素燃料電池バス38台を2,340万ユーロで発注した。同バスには、市内のゾナフランカ地区でイベルドローラ社が生産したグリーン水素が使用される。 [101] 2024年4月、米国のメーカーであるギリグ社は、 BAEシステムズのパワートレインとバラードパワーシステムズの燃料電池を搭載した水素燃料電池バスを2026年までに導入すると発表した。[102]
バッテリー電気バスとの比較
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水素燃料電池で動くバスは、バッテリー電気バスといくつかの類似点がありますが、重要な違いもあります。
どちらのタイプも排気ガスはゼロで、水素燃料電池バスは水を生成します。しかし、最も一般的に使用されているものも含め、多くの水素源はゼロ排出ではありません。[7] [8]どちらも電気モーターで駆動し、さまざまなバスメーカーによって生産されています。[103]どちらも電気充電器や水素燃料ステーションなどの初期費用がかかります。[103]
バッテリー式電気バスとは異なり、水素燃料電池バスは約10分で燃料補給が可能で、電気バスの場合は一晩かけて充電する必要があります（または、エネルギーを大量に消費する高電流の急速充電が必要です）。[90] [104]水素燃料電池バスは、バッテリー式電気バスよりも航続距離が長く、走行時間も長く、燃料補給前の航続距離は約450キロメートル（280マイル）です[104] [105] 。これに対し、バッテリー式電気バスの場合は、1回の充電間隔は約250キロメートル（160マイル）です。[106] [105]水素は、バッテリーよりもエネルギー貯蔵密度が高いです。[103]さらに、航続距離を延ばすためにバッテリーが大きくなると、重くなり、エネルギー効率が低下します。[103]そのため、水素燃料電池バスは、バッテリー式電気バスよりも重量が軽く、最大11,000ポンド（5,000 kg）軽量です。[104]
水素燃料電池バスは温度の影響を受けにくく、極端な高温や低温でも安定した出力と航続距離を保ちます。[3] [103]バッテリー電気バスの運行会社は低温時には航続距離が短くなると報告しており、[106]ベルリン交通局（BVG）は寒冷気候（約−10℃（14℉））では航続距離が30％短くなると報告しています。[107]
エネルギーベースでは、バッテリー電気バスは水素燃料電池バスよりも効率的である。これは、バッテリーに比べて水素燃料電池の相対的な非効率性によるものである。[108]
水素バスの燃料コストはバッテリーバスよりも高い。[6] [108]バッテリー電気バスと水素燃料電池バスのコストは両方とも時間の経過とともに低下している。[68]
レンジエクステンダー
一部のメーカーは、バッテリー電気バスの航続距離延長装置として水素燃料電池を使用し、航続距離を延ばしている。[5]例えば、メルセデス・ベンツのeCitaroは、バッテリー電気モデルとして280キロメートル（170マイル）の航続距離を持ち、eCitaro燃料電池バスは、バッテリーを再充電する60kWのトヨタ燃料電池のおかげで400キロメートル（250マイル）の航続距離を持っている。[109]
費用
2023年時点では[アップデート]、研究によると、水素燃料電池バスは、車両と使用する水素燃料のコストが高いこと、およびバッテリーに比べて水素燃料電池を使用する効率が悪いことから、バッテリー電気バスよりも運行コストが高くなることが示されています。[110]
水素燃料
バスの燃料費は、水素のコストと入手可能性によって大きく異なります。一部の交通事業者は、コストを下げるために、工業プロセス（ポリ塩化ビニルの製造など）からの水素副産物を使用しました。 [111]他の交通事業者は、天然ガスから水素（ブラウン水素）を製造する小規模プラントを建設したり、[112]工業生産者から直接購入したりしています。[35]活動家は、工業プロセスによって生じる炭素排出量を考慮して、バスの燃料としてブラウン水素を使用することを批判しています。 [6] [7]グリーン水素（再生可能エネルギーを使用して生成される水素）は、一般的に高価すぎると考えられています。[7] [103]
2006年、国立再生可能エネルギー研究所は、水素燃料のコストは1キログラムあたり約9ドルで、ディーゼル燃料の1ガロンあたり2ドルとほぼ同じであると述べました。さらに、1マイルあたりの総コスト（メンテナンスを含む）は、ディーゼル燃料が1マイルあたり約1ドル、水素燃料が1マイルあたり約6.50ドルであると指摘しました。[113]ヨーロッパでは、 2000年代初頭のクリーン都市交通（CUTE）プロジェクトで、燃料コストがディーゼル燃料の約10倍であると報告されました。[24]
2021年に東急バスは、水素燃料電池バスの燃料コストは同等のディーゼルバスの約2.6倍高く、日本では主にブラウン水素が使用されていると報告しました。[6] 2022年1月、フランスのモンペリエ市は、運行コストが電気バスの6倍かかることが判明したため、水素燃料電池で動くバス51台を調達する契約をキャンセルしました。[114] [115] [108]市は代わりにバッテリー式電気バスを発注しました。[115]
2021年、ヴッパータール・シュタットヴェルケは、水素燃料電池バスの運行コストはディーゼルバスとほぼ同じであると報告した。[116]ロンドンは、2023年の水素のコストは1キログラムあたり約6ポンドで、ディーゼル燃料のコストとほぼ同等であると報告した。[117]サンタクルーズは2023年に、水素のコストは1ガロンあたり約9ドルから13ドル（ディーゼル燃料は1ガロンあたり約6ドル）であると述べたが、燃料電池バスは「1ガロン相当の水素で1ガロンのディーゼルの2倍以上の走行距離」を得られるため、2つの燃料を直接比較することは困難であると指摘した。[118]
水素協議会の予測によれば、再生可能エネルギーから大規模に生産された水素のコストは1キログラムあたり約1.4ドルから2.3ドルになる可能性がある。[1]
車両
燃料電池バスのコストは、技術が普及し商業的に実行可能になるにつれて徐々に低下してきました。[68] [110]
2007年、国立再生可能エネルギー研究所は、水素燃料電池バスの購入価格は約200万～300万ドル、標準的なディーゼルバスは約33万ドル、ハイブリッドバスは約48万ドルであると述べた。[ 119] [120]ドイツのケルンにあるRegionalverkehr Köln フィリアスバスの購入費用が2011年に186万ユーロ、ヴァンホールA330の購入費用が2014年に約85万ユーロ、2020年に59万ユーロであり、価格はさらに下落しており、2023年には新しい水素燃料電池バスの価格が約50万ユーロになると報告した。[111]
2022年、フィナンシャルタイムズは、日本製のトヨタFCソラの6年リース料が1億円（71万ユーロ）であるのに対し、ディーゼルバスは約2400万円（17万ユーロ）であると報じた。[6]地方自治体はバスの運行開始費用を補助している。[6]韓国では、政府が7億ウォン（47万ユーロ）相当のヒュンダイエレクシティバスの購入費を3億ウォン（20万ユーロ）補助し、中国製のバッテリー式電気バスから国内産業を保護している。[121]
米国では、2022年に水素バスの購入コストが約120万ドルであるのに対し、バッテリー式電気バスは75万ドルであると報告されました。[106] グローブ・アンド・メール紙は、欧州で生産される燃料電池バスは大量生産されているため安価であると指摘しました。[31]
H2Busコンソーシアムなどの研究グループは、水素燃料電池バスのコストをディーゼルバスのレベルまで下げることに取り組んでおり、大量注文と大量生産によりメーカーは規模の経済性を活用できるようになっている。[122]
その他の費用
ディーゼルバスと比較すると、交通事業者は水素燃料電池バスに移行する際、追加の初期費用を負担することになります。これには、水素燃料ステーションの建設や、新しいバスのスペアパーツの購入が含まれます。[6] バッテリー電気バスにも同様の費用がかかり、電気充電器の設置や、（多くの場合は夜間に）大量の電気バスの充電に対応するために電力網のアップグレードが必要になります。[103]
車両
2020年現在[アップデート]、世界中で5,648台の水素燃料電池バスが運行されており、そのうち93.7%が中国で運行されている。[1]
現在、さまざまな企業が水素燃料電池バスを生産しています。バスメーカーは通常、バラードパワーシステムズやトヨタなどの水素燃料電池のプロバイダーと協力してバスに電力を供給しています。[3] [123]
車両には以下が含まれますが、これらに限定されません。
- ニューフライヤー エクセルシオール チャージ FC [124]
- トヨタソラFC [43]
- ライトストリートデッキハイドロライナーFCEV [125]
- ソラリス・ウルビーノ[64]
- ヒュンダイエレクシティ[58]
- カエターノH2.シティゴールド[50]
- フォトンAUV [83]
- 宇通F12 [54]
- ヴァンホールA330FC [126]
- メルセデスベンツ eシターロREX [79]
- 中通LCK6126FCEVG [127]
- スカイウェルNJ6106FCEV [128]
- エルドラドアクセスFC [129]
- サンウィンiFCV10
参照
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、燃料電池バスに関連するメディアがあります。
- H2mobility.org 世界中の水素バス [リンク切れ]
- トヨタ FCHV-BUS データシート
- 国際燃料電池バス協同組合 [リンク切れ]