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水素自動車は、移動に水素を使用する自動車です。水素自動車には、一部の道路車両、鉄道車両、宇宙ロケット、フォークリフト、船舶、航空機が含まれます。動力は、燃料電池で水素と酸素を反応させて電気モーターに電力を供給するか、あまり一般的ではありませんが、水素の内部燃焼によって、水素の化学エネルギーを機械エネルギーに変換することによって生成されます。[1]
水素はガソリンやメタンなどの燃料よりもクリーンに燃焼しますが、分子が小さいため貯蔵や輸送が困難です。2020年代現在、乗用車を含む水素小型車両は、バッテリー式電気自動車との競争により、少数しか販売されていません。[2] [3] 2021年現在[アップデート]、一部の市場では、2つのモデルの水素自動車が一般に販売されています。トヨタ ミライ（2014年～）は、最初の市販された専用の燃料電池電気自動車（FCEV）です。[4] [5] [6]とヒュンダイ ネクソ（2018年～）です。ホンダ CR-V e:FCEVは、2024年にリースのみでごく限られた数量で販売されました。[7]
2019年現在、水素の98%は二酸化炭素を排出する水蒸気メタン改質法によって生産されている。[8]水の電気分解や、再生可能な原料を使った熱化学的または熱分解的な手段で生産することもできるが、現在のところこれらのプロセスは高価である。[9]天然ガスを使った水素生産と競合できるほど低コストで十分な量を実現することを目指したさまざまな技術が開発されている。[10]
水素技術で動く自動車は、1回の燃料補給で長い航続距離を得られるという利点があるが、天然ガスから水素を製造する際の炭素排出量が多いこと、資本コストの負担、製造と輸送におけるエネルギー投入量が多いこと、常温での単位体積あたりのエネルギー含有量が低いこと、水素の製造と圧縮、水素を供給するために世界中に燃料補給インフラを構築するために必要な投資など、いくつかの欠点がある。 [11] [12] [13]さらに、漏れた水素は目に見えない可燃性のガスであり、CO₂の11.6倍の地球温暖化効果を持つ。[14]
車両
根拠と背景
水素自動車の根拠は、化石燃料への依存、それに伴う温室効果ガスの排出、輸送による局所的な大気汚染を減らす可能性にある。[17]そのためには、より安価でエネルギー効率の高い緩和策が限られている分野や用途で使用するために、水素をクリーンに生産する必要がある。
ロケット
多くの大型ロケットは、燃料として液体水素を使用し、酸化剤として液体酸素を使用します（LH2/LOX）。水素ロケット燃料の利点は、灯油/ LOXまたはUDMH / NTOエンジンと比較して有効排気速度が高いことです。ツィオルコフスキーロケット方程式によると、排気速度が高いロケットは加速に必要な推進剤が少なくなります。また、水素のエネルギー密度は他のどの燃料よりも大きいです。[18] LH2/LOXは、消費される推進剤の量に関して、既知のロケット推進剤の中で最も高い効率をもたらします。[19]
LH2/LOXエンジンの欠点は、水素を液体として維持するために必要な密度が低く、極低温が低いことです。つまり、メタンに比べて大きくて断熱された重い燃料タンクが必要になりますが、メタンはより汚染物質です。[20]もう1つの欠点は、LH2/LOX駆動ロケットの貯蔵性が悪いことです。水素が絶えず沸騰するため、ロケットは打ち上げ直前に燃料を補給する必要があり、極低温エンジンは、打ち上げ準備が短時間で済むICBMやその他のロケット用途には適していません。[要出典]研究中の第1段階では、高密度燃料ロケットは、車両サイズが小さく空気抵抗が低いため、わずかな利点がある可能性があります。[21]
LH2/LOXはスペースシャトルでも電気システムに電力を供給する燃料電池を動かすために使用されました。 [22]燃料電池の副産物は水であり、宇宙で飲料水や水を必要とするその他の用途に使用されます。
自動車
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2021年現在[アップデート]、一部の市場ではトヨタ・ミライとヒュンダイ・ネクソの2台の水素自動車が市販されている。[23]ホンダ・クラリティは2016年から2021年まで生産された。 [24] 水素燃焼自動車は市販されていない。[要出典]軽自動車分野では、2022年末までに燃料電池電気自動車が世界中で7万200台販売されたのに対し、[25]プラグイン電気自動車は2600万台販売される。[26] 2023年には、米国で3143台の水素自動車が販売されたのに対し、BEVは38万台販売される見込み。[27]電気自動車とそれに関連するバッテリー技術およびインフラの急速な普及により、自動車における水素の役割の世界的な範囲は、以前の予想に比べて縮小している。[2] [28] Hydrogen Fuel Newsのジョン・マックスは、水素はヴィンテージカーやマッスルカーの燃料として直接、または燃料の原料として使用できると考えている。[29] [30] [31]
水素燃料電池を搭載した最初の道路車両は、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。 [32] 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水素燃料電池車となり、[16] [15] [33] 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水素燃料電池車でした。[34]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、当時は水素燃料電池車を個人顧客にリースできる唯一の会社でした。[35] [36]
2013年型ヒュンダイ・ツーソンFCEVは、ツーソンを改造したもので、リース専用車として市場に導入され、[37] [38]ヒュンダイ・モーターズはこれが世界初の量産型水素燃料電池車であると主張した。[39] [40] [41]しかし、価格の高さと充電インフラの不足により、販売台数は当初の計画を大きく下回り、2015年5月末までにわずか273台しか売れなかった。[39] 2018年にツーソンの後継車となった ヒュンダイ・ネクソは、2018年にユーロNCAPで「最も安全なSUV」に選ばれたが、[42]ヒュンダイは2024年10月に、欠陥のある「圧力解放装置」による燃料漏れや火災の危険性を理由に、それまでに米国で販売されたネクソ車1,600台すべてをリコールした。[43]
トヨタは2014年末に世界初の量産型燃料電池車（FCV）であるミライを日本で発売し[4] [5] [6] 、 2015年後半にはカリフォルニア州、主にロサンゼルス地域で販売を開始し、ヨーロッパ、イギリス、ドイツ、デンマークの一部市場でも販売を開始した[44] 。 [45]この車の航続距離は312マイル（502km）で、水素タンクの充填には約5分かかる。日本での初期販売価格は約700万円（69,000ドル）だった。[46]元欧州議会議長のパット・コックスは、トヨタは当初ミライ1台販売につき約10万ドルの損失を被ると見積もった。[47] 2019年末時点で、トヨタは1万台以上のミライを販売した。[48] [8]多くの自動車会社が限定数のデモモデルを導入した（燃料電池車一覧および水素内燃機関車一覧を参照）。[49] [50]
2013年にBMWはトヨタから水素技術をリースし、フォード・モーター・カンパニー、ダイムラーAG、日産の3社が結成したグループは水素技術開発の協力を発表した。[51]トヨタは2015年に、20年以上研究してきた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、競合他社に無償提供し、水素動力車市場を刺激すると発表した。[52]しかし、2017年までにダイムラーは水素自動車の開発を断念し、[53]水素自動車を開発していた自動車会社のほとんどは、電気自動車に重点を切り替えた。[54] 2020年までに、3社を除くすべての自動車会社が水素自動車の製造計画を断念した。[55]ホンダCR-V e:FCEVは、2024年にリースのみで、ごく限られた台数で発売された。 [7]
カリフォルニア州の公共水素燃料ステーションの多くは水素を供給できない。[56] 2024年、ミライの所有者は、燃料電池電気自動車用の水素が不足していることをめぐってカリフォルニア州で集団訴訟を起こし、詐欺的な隠蔽や虚偽表示、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。[57]
大型トラック
国際エネルギー機関の2022年のネットゼロ排出シナリオでは、2050年には主に長距離重量貨物用の大型トラックのエネルギー需要の約30％を水素が満たすと見込まれている（バッテリー電力は約60％を占める）。[58]
ユナイテッド・パーセル・サービスは2017年に水素燃料の配送車両のテストを開始した。[59] 2020年にヒュンダイはXcient燃料電池トラックの商業生産を開始し、10台をスイスに出荷した。[60] [61] [62]
2022年、オーストラリアでは、サンメタルズのタウンズビル鉱山からクイーンズランド州タウンズビル港まで亜鉛を輸送し、世界中に出荷するために、クラス8の水素燃料電池トラック5台が導入されました。 [63]
飛行機
いくつかの出版物は、水素が船舶[64]やジェット機[65]に使用される可能性があると予測しているが、他の出版物はバイオ燃料とバッテリーの方が商業的に成功すると予測している。[66]ボーイング、ランゲ・アビエーション、ドイツ航空宇宙センターなどの企業は、有人および無人航空機の燃料として水素を追求している。 2008年2月、ボーイングは水素燃料電池で駆動する小型航空機の有人飛行をテストした。無人の水素飛行機もテストされている。[67]大型旅客機については、タイムズ紙は「ボーイングは、水素燃料電池が大型旅客ジェット機のエンジンに動力を供給する可能性は低いが、機内のバックアップまたは補助電源装置として使用できると述べた」と報じた。[68]
2010年7月、ボーイングは水素で動くように改造された2つのフォード製内燃エンジンを搭載した水素駆動のファントム アイ無人航空機を発表しました。 [69]
船舶
2019年現在、[アップデート]水素燃料電池は大型の長距離船の推進には適していませんが、フェリーなどの小型、短距離、低速電気船の航続距離延長装置として検討されています。[70]アンモニア中の水素は長距離燃料として検討されています。[71]
バス
燃料電池バスは2017年にウルスス・ルブリン市で試験的に導入された。 [72] Solaris Bus & Coachは2019年に水素電気バス「Urbino 12」を発表。数十台が発注された。[73]米国で最初に水素燃料バスを導入した都市はイリノイ州シャンペーン市で、2021年にシャンペーン・アーバナ公共交通機関がニューフライヤーXHE60連結型水素燃料電池バス2台を発注し、2024年にさらにニューフライヤーXHE40バス10台を追加発注した。[74]フランスのモンペリエ市は2022年に水素燃料電池バス51台の調達契約をキャンセルしたが、「水素[バス]の運行コストは電気代より6倍高い」ことが判明した。[75]
フォークリフト
水素内燃エンジン（または「HICE」）フォークリフトまたはHICEリフトトラックは、材料の持ち上げと輸送に使用される、水素燃料の内燃エンジン駆動の産業用フォークリフトです。リンデX39ディーゼルをベースにした最初の量産HICEフォークリフトトラックは、2008年5月27日にハノーバーの博覧会で発表されました。このトラックは、コンプレッサーと直接噴射を使用して水素を燃料として使用するように改造された2.0リットル、43kW（58馬力）のディーゼル内燃エンジンを使用していました。[76] [77]
2013年には、米国で4,000台以上の燃料電池フォークリフトが資材搬送に使用されていました。 [78] 2024年現在、世界中で約5万台の水素フォークリフトが稼働しており（その大部分は米国内）、2021年には120万台のバッテリー式電動フォークリフトが購入されました。[79]
ヨーロッパやアメリカのほとんどの企業は、排出ガス規制が必要な屋内で稼働するガソリン式フォークリフトは使用しておらず、代わりに電動フォークリフトを使用している。[80] [81]燃料電池式フォークリフトは3分で燃料補給できる。低温でも性能が低下しないため、冷蔵倉庫でも使用できる。燃料電池ユニットは、多くの場合、ドロップイン交換用に設計されている。[82] [83]
路面電車と電車
| 外部ビデオ | |
|---|---|
 中国が初の水素燃料電池ハイブリッド機関車を発表、新華社、2021年1月28日 |
国際エネルギー機関の2022年ネットゼロ排出シナリオでは、2050年には鉄道エネルギー需要の2％を水素が占めると予測されており、鉄道旅行の90％がそれまでに電化されると予想されています（現在の45％から増加）。鉄道における水素の役割は、電化が困難またはコストがかかる路線に重点が置かれる可能性が高いでしょう。[84]
2015年3月、中国南方鉄道（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披露した。[85]この新型車両用の線路は中国の7都市に建設されている。[86]
2018年にドイツ北部で燃料電池を搭載した初のCoradia iLint列車が運行を開始し、余剰電力はリチウムイオン電池に蓄えられる。[87]
自転車と立ち乗りスクーター
2007年、中国上海のパール水素動力源技術社がPHB水素自転車を実演した。[88] [89] 2014年、オーストラリアのニューサウスウェールズ大学の科学者がHy-Cycleモデルを発表した。[90]同年、キャニオンバイシクルズはエコスピードコンセプトバイクの開発を開始した。[91]
2017年、フランスのプラグマ・インダストリーズは、水素ボンベ1本で100km走行可能な自転車を開発した。[92] 2019年、プラグマは「アルファバイク」という製品が改良され、電動アシスト付きペダリング距離が150kmとなり、最初の200台がフランスのビアリッツで開催される第45回G7サミットを取材するジャーナリストに提供されると発表した。[93]
2020年、アレス・オーバー・ウォーターストフ[94]は2輪の水素燃料スタンドアップスクーターを開発した。スタンドアップスクーターは15グラムの水素で20キロ以上の走行が可能で、交換可能な1リットル200バールの水素シリンダーを使用している。2021年には、静的な3リットル300バールの詰め替え可能な水素シリンダーを使用した水素燃料カーゴバイクを開発した。HydroCargoバイクは80グラムの水素で最大100キロの走行が可能だ。[95]
TreeHuggerのロイド・オルター氏はこの発表に反応し、「なぜ…電気を使って水素を作り、それを再び電気にしてバッテリーを充電して電動自転車を動かすという面倒なことをするのか、あるいは、どこでもバッテリー駆動の自転車を充電できるのに、1日に35台しか扱えない高価なガソリンスタンドを必要とする燃料を選ぶのか。もしあなたが自家用車運行会社なら、なぜバッテリーを交換して航続距離を伸ばし、回転率を早くしないのか？」と疑問を呈した。[96]
軍用車両
ゼネラルモーターズの軍事部門であるGMディフェンスは、水素燃料電池車に注力している。[97]同社のSURUS（サイレント・ユーティリティ・ローバー・ユニバーサル・スーパーストラクチャー）は、自律機能を備えた柔軟な燃料電池電気プラットフォームである。2017年4月以来、米陸軍は米軍基地で市販のシボレー・コロラドZH2をテストし、軍事任務の戦術環境での水素燃料車の実現可能性を判断している。[98]
オートバイとスクーター
ENVは、CrosscageやBiplaneなど、水素燃料電池で動く電動バイクを開発している。Vectrixなどの他のメーカーも水素スクーターの開発に取り組んでいる。 [99]最後に、スズキバーグマン燃料電池スクーター[100]やFHybrid [101]など、水素燃料電池電気ハイブリッドスクーターが製造されている。バーグマンはEUで「車両全体型式」の承認を受けた。[102]台湾の企業APFCTは、台湾のエネルギー局のために80台の燃料電池スクーターで路上ライブテストを実施した。[103]
オートリキシャ
水素オート三輪車のコンセプト車両は、マヒンドラ・ハイアルファとバジャジ・オートによって製造されている。[104] [105]
クワッドとトラクター
Autostudi SrlのH-Due [106]は、1〜3人の乗客を輸送できる水素駆動のクワッドです。水素駆動のトラクターのコンセプトも提案されています。[107] [108]
自動車レース
2007年8月、ボンネビル・ソルトフラッツで、大型の圧縮酸素タンクを使用して出力を増強したプロトタイプのフォード・フュージョン・ハイドロジェン999燃料電池レースカーが、時速207.297マイル（333.612 km/h）の記録を樹立した。[109]水素動力車の陸上速度記録である時速286.476マイル（461.038 km/h）は、オハイオ州立大学のバックアイ・バレット2が樹立したもので、2008年8月にボンネビル・ソルトフラッツで時速280.007マイル（450.628 km/h）の「フライングマイル」速度を達成した。
2007年、水素燃料電池自動車のレース組織として水素電気レース連盟が設立された。同組織は500マイルレースであるHydrogen 500を後援した。 [110]
内燃機関車
水素内燃エンジン車は水素燃料電池車とは異なります。水素内燃エンジン車は、従来のガソリン内燃エンジン車をわずかに改良したものです。これらの水素エンジンは、ガソリンエンジンと同じように燃料を燃焼しますが、主な違いは排気ガスです。ガソリンの燃焼では、主に二酸化炭素と水が排出され、さらに微量の一酸化炭素、NOx、粒子状物質、未燃焼炭化水素が排出されますが、[111]水素燃焼の主な排気ガスは水蒸気です。
1807年、フランソワ・イザック・ド・リヴァスは、最初の水素燃料内燃機関を設計しました。[112] 1965年、当時高校生だったロジャー・E・ビリングスは、モデルAを水素で動くように改造しました。[113] 1970年、ポール・ディーゲスは、ガソリンエンジンを水素で動かすことができる内燃機関の改造の特許を取得しました。[114]
マツダは水素を燃焼するヴァンケルエンジンを開発し、マツダRX-8ハイドロジェンREに搭載している。ヴァンケルエンジンやピストンエンジンのような内燃機関を使用する利点は、生産のための設備変更コストが低いことである。[115]
燃料電池
燃料電池のコスト
水素燃料電池は、設計上、触媒としてプラチナなどの希少物質を必要とするため、製造コストが比較的高い。[116] 2014年、元欧州議会議長のパット・コックスは、トヨタがミライを1台販売するごとに当初約10万ドルの損失を被ると推定した。[47] 2020年、コペンハーゲン大学化学部の研究者は、燃料電池のコストを下げることを期待して、新しいタイプの触媒を開発している。[117]この新しい触媒は、プラチナのナノ粒子がカーボンでコーティングされていないため、プラチナの使用量が大幅に削減される。従来の水素燃料電池では、カーボンはナノ粒子を所定の位置に保持するが、触媒を不安定にしてゆっくりと変性させ、さらに多くのプラチナが必要になる。新しい技術では、ナノ粒子の代わりに耐久性のあるナノワイヤを使用する。「研究者の次のステップは、この技術を水素自動車に実装できるように、結果を拡大することです。」[118]
凍結条件
初期の燃料電池設計における低温での航続距離とコールドスタート能力に関する問題は、「もはや致命的とは見なされない」ように解決された。[119] 2014年のユーザーは、燃料電池車は氷点下でも航続距離を大幅に減らすことなく動作し続けていると述べた。[120]中性子ラジオグラフィーを使用した無補助コールドスタートの研究では、カソードでの氷の形成、[121]コールドスタートの3段階[122]およびナフィオンのイオン伝導性が示された。[123]コールドスタート能力を測定するために、電荷のクーロンとして定義されたパラメータも定義された。[124]
耐用年数
燃料電池の耐用年数は他の車両と同等である。[125] [説明が必要] 高分子電解質膜（PEM）燃料電池の耐用年数は、サイクル条件下で7,300時間である。[126]
水素
水素は、化石燃料やヘリウムのように便利な貯留層や鉱床には存在しません。[127]水素は、天然ガスやバイオマスなどの原料から生成されるか、水から電気分解されます。[128]水素自動車の大規模導入の利点として、温室効果ガスやオゾン層前駆物質の排出量が削減される可能性があることが示唆されています。[129]しかし、2014年現在、水素の95%はメタンから作られています。再生可能な原料を使用して熱化学的または熱分解的な方法で生成することもできますが、これは高価なプロセスです。[9]
しかし、再生可能電力は水を水素に変換する動力源として使用することができます。水の電気分解を使用する統合型風力水素（電力ガス）プラントは、従来のエネルギー源と競合するのに十分な低コストと十分な量を提供する技術を研究しています。[130]車両での水素の使用が直面している課題には、車両内での水素の貯蔵が含まれます。2023年9月現在、カリフォルニア州の公共燃料ステーションでの水素のコストは1キログラムあたり36ドルで、テスラモデル3と比較してミライの場合1マイルあたりの14倍のコストです。[131]
生産
水素自動車の搭載燃料として必要な分子状水素は、天然ガス、石炭（石炭ガス化と呼ばれるプロセス）、液化石油ガス、バイオマス（バイオマスガス化）、熱分解と呼ばれるプロセス、またはバイオ水素または生物学的水素製造と呼ばれる微生物廃棄物など、多くの熱化学的方法によって得ることができます。 水素の95％は天然ガスを使用して生産されています。[132]水素は、65〜70％の作業効率で電気分解によって水から生成できます。 [133]水素は、化学水素化物またはアルミニウムを使用した化学還元によって作ることができます。[134]現在の水素製造技術では、さまざまな形でエネルギーを使用しており、水素燃料の高発熱量の25〜50％が、水素を製造、圧縮または液化して、パイプラインまたはトラックで輸送するために使用されます。[135]
化石エネルギー資源から水素を製造することによる環境への影響には、温室効果ガスの排出が含まれるが、これはメタノールを車内で水素に改質することでも生じる結果である。[136]再生可能エネルギー資源を使用した水素製造ではそのような排出は発生しないが、輸送ニーズのかなりの部分をカバーする水素製造に使用するには、再生可能エネルギー生産の規模を拡大する必要がある。[137]いくつかの国では、再生可能エネルギー資源がエネルギーと水素の製造に広く使用されている。例えば、アイスランドは地熱発電を利用して水素を製造しており、[138]デンマークは風力を利用している。[139]
ストレージ
350バール（5,000psi）および700バール（10,000psi）の水素タンク内の圧縮水素は、タイプIV炭素複合技術に基づく車両の水素タンクシステムに使用されます。[140]
水素は、ガソリンや他の車両燃料と比較して、常温での体積エネルギー密度が非常に低い。 [141]水素は、過冷却液体または高圧縮ガスとして車両に貯蔵する必要があり、そのためには追加のエネルギーが必要となる。[142] 2018年、オーストラリアのCSIROの研究者は、膜技術を使用してアンモニアから分離された水素を使用して、トヨタミライとヒュンダイネクソに電力を供給した。アンモニアは、純粋な水素よりもタンカーで安全に輸送しやすい。[143]
インフラストラクチャー
輸送エンドユーザーに水素燃料を届けるためには、国際エネルギー機関（IEA）によると、「新しい港湾インフラ、緩衝貯蔵庫、パイプライン、船舶、燃料補給ステーション、水素をより輸送しやすい商品（場合によっては水素に戻すもの）に変換する工場の建設と運用」を含む幅広い投資が必要である。[144]特に、IEAは、産業ハブなど長距離トラック輸送に適した場所に燃料補給ステーションが必要になると指摘し、水素の貯蔵と配送のための空港インフラへの投資の必要性を認識している。IEAは、海運における水素のインフラ要件はより困難であると考えており、「燃料供給業者、港、造船業者、荷送業者の間で大規模な投資と協調的な取り組みが必要である」ことに注目している。[145]
2024年現在[アップデート]、米国には公的にアクセス可能な水素燃料補給ステーションが53か所あり、そのうち52か所はカリフォルニア州に位置している（電気充電ステーションは65,000か所）。[146] [147] 2017年までに、日本には91か所の水素燃料補給ステーションがあった。[148] 2024年、ミライの所有者は、燃料電池電気自動車に利用できる水素が不足していることをめぐってカリフォルニア州で集団訴訟を起こし、詐欺的な隠蔽と不実表示、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。[57]
規格と基準
水素に関する規格や基準、水素の安全性や貯蔵に関する規格や技術基準は、水素技術の導入に対する制度的な障壁となってきた。消費者向け製品における水素の商業化を可能にするには、連邦政府、州政府、地方自治体が新たな規格や基準を策定し、採用する必要がある。[149]
公式サポート
米国の取り組み
燃料電池バスがサポートされています。[150]
ニューヨーク州エネルギー研究開発局（NYSERDA）は、水素燃料電池電気トラックとバスに対するインセンティブを創設した。[151]
水素自動車への批判
批評家は、少なくとも今後数十年間は自動車に水素を大規模に使用することは難しいと主張している[152] [ 153]。また、水素自動車は、自動車における化石燃料の使用を削減するためのより容易に利用可能な解決策から注意をそらす危険なものであると主張している[154] [155] 。
元米国エネルギー省高官のジョセフ・ロムは「水素自動車は温室効果ガスを削減する方法として、最も効率が悪く、最も高価なものの1つである」と述べている。[156]彼は、水素燃料補給ステーションの全国ネットワークを構築するには法外な費用がかかると主張した。[157] [158] Energy Victoryの著者ロバート・ズブリンは「水素は『考えられる中で最悪の自動車燃料』である」と述べた。[159]エコノミストは、ほとんどの水素は蒸気メタン改質によって生産されており、これは1マイルあたりの炭素排出量が今日のガソリン車の一部と少なくとも同程度であり、水素が再生可能エネルギーを使用して生産できれば、「このエネルギーを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だけの方が間違いなく簡単だろう」と指摘した。[159]寿命を通じて、水素自動車はガソリン車よりも多くの炭素を排出する。[160] [13]ワシントンポスト紙は2009年に「アメリカ全土のコンセントから吸い取られて自動車のバッテリーに蓄えられる電気エネルギーがすでにあるのに、なぜ水素の形でエネルギーを蓄え、その水素を使ってモーター用の電気を生産したいのか」と疑問を呈した。[132] [161]
フォルクスワーゲンのルドルフ・クレブス氏は2013年に「水素モビリティはグリーンエネルギーを使う場合にのみ意味がある」と述べたが、まず「効率の低い」水素に変換する必要があるため、「初期エネルギーの約40％を失う」。次に水素を圧縮し、高圧下でタンクに貯蔵する必要があるが、これにはさらにエネルギーが必要になる。「そして、燃料電池で水素を電気に戻す必要があるが、これも効率が落ちる」。クレブス氏はさらに「結局、元の100％の電気エネルギーから、30～40％しか残らない」と続けた。[162]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年のエネルギー研究は、たとえ地元での水素生産を想定しても、「全電気バッテリー車両への投資は二酸化炭素排出量の削減にとってより経済的な選択である」と結論付けた。[163]
2017年にGreen Car Reportsに掲載された分析では、最高の水素燃料電池車は「電気自動車に比べて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」と結論付けられています。新しいインフラ（推定4000億ドルの費用がかかる）に対するあらゆる障害と要件を考慮すると、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を与えないと思われます。[148]米国エネルギー省は、電気分解によってグリッド電力から生成される燃料についてはこれに同意していますが、他のほとんどの発電経路については同意していません。[164] Real Engineeringによる2019年のビデオでは、FCVを1キロメートル移動させるために必要な水素のコストは、同じ距離をBEVを移動させるために必要な電力の約8倍であると結論付けられています。[165]
2020年以降の評価では、水素自動車の効率は依然として38％に過ぎないのに対し、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る。[166] [167] CleanTechnicaによる2021年の評価では、生産されている水素の大部分は依然として汚染物質を排出するグレー水素であり、水素を供給するには広大で高価な新しいインフラの構築が必要である一方で、「燃料電池自動車の残りの2つの利点である長距離走行と高速燃料補給は、バッテリーと充電技術の向上により急速に失われている」ことが判明した。 [55] Nature Electronicsの2022年の研究もこれに同意している。[168] Recharge Newsの2022年の別の記事では、船舶は水素よりもアンモニアやメタノールで動く可能性が高いと述べられている。[169]また、2022年にはドイツのフラウンホーファー研究所が、水素が道路輸送で大きな役割を果たす可能性は低いと結論付けた。[28]
国際気候環境研究センター（CICERO）による2023年の研究では、漏洩した水素はCO₂よりも11.6倍強い地球温暖化効果を持つと推定されています。[14]
安全と供給
水素燃料は、水素の発火エネルギーが低く（自己発火温度も参照）、燃焼エネルギーが高いことと、分子サイズが小さいためにタンクから漏れやすいことから危険である。[170] 2024年、ヒュンダイは、欠陥のある「圧力解放装置」による燃料漏れや火災の危険性があるため、当時米国で販売されていたNEXO車1,600台すべてをリコールした。[43] 水素脆化は、貯蔵タンクの材料だけでなく、慢性的な漏れがある場合はタンク周辺の自動車部品にも懸念される。水素は無臭であるため、特殊な検出器がなければ漏れを簡単に検出できない。[171]
水素ステーションでの爆発が報告されている。[172]水素ステーションは通常、水素供給業者からトラックで水素の配達を受ける。水素供給施設の中断は、複数の水素ステーションの停止につながる可能性がある。[173]
他の代替燃料車との比較
水素自動車は、現代の化石燃料 内燃機関（ICE）自動車インフラに代わる様々な提案された代替手段と競合している。[116]
天然ガス
ICEベースの圧縮天然ガス（CNG）、HCNG、LPGまたはLNG車両は、総称して天然ガス車両（NGV）と呼ばれ、天然ガスまたはバイオガスから採取したメタンを燃料源として使用します。メタンは水素よりもエネルギー密度が高く、バイオガスからのNGVはほぼカーボンニュートラルです。[174]水素自動車とは異なり、CNG車両技術は数十年前から利用可能であり、既存の充填ステーションには商業用および家庭用の燃料補給を提供するのに十分なインフラストラクチャがあります。 2011年末までに世界中で1,480万台の天然ガス車両があり、そのほとんどはバイフューエル車両の形をとっています。[175]天然ガスのその他の用途は、燃料電池を備えた電気自動車で使用するための水素ガスを生成する一般的な方法である水蒸気改質です。 [8]
メタンも代替ロケット燃料である。[176]
プラグイン電気
プラグインハイブリッド
プラグインハイブリッド電気自動車（PHEV）は、従来のハイブリッド車のように内燃エンジンのみで発電機を駆動し、電気モーターとバッテリーパックに電力を供給するのではなく、電力網に接続して車載バッテリーパックを充電できるハイブリッド電気自動車です。PHEVのコンセプトは、より多くのEVモードでの運転を可能にすることで車両の燃費を向上させると同時に、内燃エンジン（通常はターボガソリンエンジン）を補助動力装置または航続距離延長装置として使用することで航続距離の不安を軽減します。
バッテリー電気
軽自動車分野では、2023年までに世界中で2,600万台のバッテリー式電気自動車が販売され、[26]北米には65,730の公共充電ステーションがあり、さらにAC電源プラグとソケットを介して家庭や職場で充電できるようになります。[177]長距離電気トラックには、より多くのメガワットの充電インフラが必要です。[178]
航空バイオ燃料
ハンナ・リッチーは、十分な航空バイオ燃料を生産するのに十分な土地がない可能性があると主張している。[179]
参照
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、水素自動車に関連するメディアがあります。
- カリフォルニア燃料電池パートナーシップのホームページ
- Fuel Cell Today - 燃料電池業界に関する市場ベースの情報
- 米国エネルギー省の水素ページ
- サンディア社 – 水素内燃機関の説明
- 世界初の水素燃料量産車の内部 BBC ニュース、2010 年 9 月 14 日
- トヨタエコパーク水素デモンストレーション ARENAWIRE、2019年3月22日