あらためて知る「燃料電池」~将来のエネルギー網に欠かせない機器(後編)

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(出典)左:Bloom Energy Japan株式会社、右:パナソニック株式会社

使用する際にCO2を排出しないエネルギーとして期待されている、次世代の新エネルギー・水素。水素が広く活用される「水素社会」を構築するカギのひとつとなるのが、水素を使って電気をつくるシステム「燃料電池」です。前編では、家庭用燃料電池「エネファーム」を中心に、そのメリットやカーボンニュートラルへの貢献をご紹介しました(「あらためて知る『燃料電池』~私にもできるカーボンニュートラルへの貢献(前編)」参照)。後編では、業務・産業用の燃料電池の現状や、水素を直接利用する新しいタイプの燃料電池についてご紹介しましょう。

事業継続に・省エネに…さまざまな場所で活躍する燃料電池

燃料電池は、家庭用燃料電池「エネファーム」が普及拡大するだけでなく、業務・産業用での利用も拡大しています。

業務・産業用燃料電池は、用途に応じて、発電容量も数kWから数百kWまで幅広い種類があります。すでにさまざまな場所において、業務・産業用燃料電池が活躍しています。たとえば、電気が止まってはいけない工場、公共施設、病院・福祉施設などでは、事業継続計画(BCP)の観点から導入が進められています。

導入がおこなわれている施設のひとつがデータセンターです。インターネット用のサーバやデータ通信などの装置を設置・運用するデータセンターは、さまざまな企業や個人のデータをクラウドであずかっています。こうした大事な機器やデータを守るため、データセンターでは停電にそなえたバックアップ電源が必須となります。停電が起こってもガスの供給があれば発電しつづけられる燃料電池は、このような場所でも活躍できます。

また、需要地のすぐそばで電気をつくる燃料電池は、発電時に発生する熱も利用することができます。このように電気も熱もムダなく使用できることから省エネルギー、CO2削減につながるとして、浴槽やシャワーなどでお湯をたくさん使う工場内社員用施設などへの導入実績もあります。

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(出典)三浦工業株式会社(日本鋳造株式会社 川崎地区)

また、日本だけでなく、韓国やアメリカ、ドイツ、南アフリカなど、世界のさまざまな国においても業務・産業用燃料電池は活躍しています。

バイオガスや水素の直接利用など、燃料電池の燃料も多様に

業務・産業用燃料電池が燃料として利用するのは都市ガスだけではありません。バイオガスなどを使用することで、実質CO2排出量ゼロを達成することも可能です。

たとえば、ビール工場の排水由来のバイオメタンガス、下水処理場から発生する消化ガス、生ゴミなど食品廃棄物由来のバイオガスなど、本来であれば廃棄されるものからガスを精製し、そのガスを燃料として発電する燃料電池も導入されています。

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バイオメタンガスを燃料として利用する業務・産業用燃料電池
(出典)三菱重工業株式会社

さらに、2016年から、ガス改質をおこなわず直接水素の供給を受けて発電する「純水素燃料電池」も登場しています。現在、用途に応じて700W~100kWまでの機器が発売されています。卸売市場や工場、温水プール、宿泊施設などへの納入実績があります。

中には、化学工場で製造工程の副産物として出てくる水素を使って運用されている純水素燃料電池もあります。2022年からは、純水素燃料電池と太陽光発電、蓄電池を組み合わせて、工場で使用する電気を再生可能エネルギー100%にする取り組みも始まりました。

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純水素燃料電池、太陽光発電、蓄電池を組み合わせた自家発電設備
(出典)パナソニック株式会社

福島県浪江町で水素製造をおこなう「福島水素エネルギー研究フィールド(FH2R)」が稼働するなど、水素サプライチェーンの構築が少しずつ進み始めていることから、今後は純水素燃料電池の利用も広がっていくと考えられます。福島県浪江町の道の駅「なみえ」には、このFH2Rで製造された水素を燃料とする純水素燃料電池が設置されています。以前スペシャルコンテンツでもお伝えしたように、2021年7月から9月にかけて行われた東京オリンピック・パラリンピックでは聖火の燃料としてFH2Rで製造された水素が一部使用されたほか、東京オリンピック・パラリンピックの選手村(晴海フラッグ)には「純水素燃料電池」も設置されました。

HARUMI FLAGの完成予想CGと水素供給概念図

HARUMI FLAG 外観完成予想CGと水素供給概念図
(出典)パナソニック株式会社

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福島県浪江町 道の駅「なみえ」に導入された純水素燃料電池
(出典:株式会社東芝)

純水素燃料電池への水素の供給方法についても、さまざまな方法が研究されています。すでに、敷地内に水素を貯蔵するタンクを設置し、そこから配管を通して燃料電池へ水素を供給するという方法を採用した純水素燃料電池が、たくさんの場所で稼働しています。一方、晴海フラッグや北九州市の水素タウンの純水素燃料電池では、水素ステーションから地下のパイプラインを通して水素を供給しています。

また、福島県浪江町では、電線のように柱上に水素パイプラインを通して供給する実証がおこなわれました。さらに、「水素吸蔵合金」と呼ばれる、冷やすと水素を吸収し加熱すると水素を放出する性質をもつ金属を使って水素を運搬する方法も実証されました。この「水素吸蔵合金」のカセットは、カセットコンロに使用するカセットボンベのように長期保存することができるため、信号機用のバックアップ電源として純水素燃料電池が採用される例も出てきています。

今後は、水素の供給方法も利用者のニーズや立地に合わせて多様化していくことで、純水素燃料電池がさらに利用しやすくなることが期待されます。

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純水素燃料電池(画像右下)と水素柱上パイプライン(画像中央に電線のように見えるもの)
(出典)ブラザー工業株式会社

このように、燃料電池は「水素社会」のカギをにぎる重要なものであり、カーボンニュートラルな未来のエネルギー網に欠かせない機器のひとつであることは間違いありません。今後もさまざまな進化を遂げそうな燃料電池、その技術の発展と動向に注目です。

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