＜液体水素の知識＞
2007/10/28 日記<液体水素>
液体水素
液体水素(えきたいすいそ)とは、液化した水素のこと。沸点は摂氏-252.6℃で融点は摂氏-259.2である（重水素では、沸点-249.4℃）。水素の液化は、1896年にイギリスのジェイムズ・デュワーが初めて成功した。
液体水素の用途
ロケット燃料
ロケットエンジンの推進剤として利用され、LH2（Liquid H2）と略称される。液体水素を燃料、液体酸素を酸化剤としたロケットエンジンは実用化された化学推進ロケットとしては最も高い比推力を誇る。しかし液体水素は非常に軽い液体で、その比重は70.8kg/立方メートル（20ケルビン|Kの時)と水に対して約1/14でしかない。燃料タンクに詰めた時、非常に大きな体積を取るので体積効率やタンクの構造効率から見た場合、液体水素は効率が悪い推進剤である。
再生可能エネルギーとしての水素燃料
液体水素は代表的な再生可能エネルギーの水素燃料として以下の用途での使用が脚光を浴びている。燃料電池
水素は酸素と結びつくことでエネルギーと水が生まれる。水の電気分解の逆反応である。燃料電池はこの反応を利用して電気を生み出す装置である。燃料電池にはいくつか異なったタイプがあるが、アルコール等の炭化水素から水素を取り出す水蒸気改質などのしくみを必要とするものと違い、純粋な水素を消費する燃料電池は最も設計が簡単なものとなり、メンテナンスや信頼性の点でも有利となる。すでにトヨタ、ホンダ、日野、日産が燃料電池と電気モーターを動力とする電気自動車の生産を小規模ながら開始している。携帯型の電子機器の電源としても期待されている。内燃機関燃料
水素を燃料としてガソリンエンジン同様にピストンシリンダー内で酸素と反応させて動力を得る水素燃料エンジンの構想があり、水素自動車などで実用化されている。水だけが残る燃料電池と違い、内燃機関では排気中に窒素酸化物や過酸化水素の有害物質が生まれるので、これらを除去しなければならない。
水素燃料の課題
製造
水素はもっとも軽い元素であり地上には水素単体ではほとんど存在していない。このため、エネルギー資源としての水素は考えられず、人間が必要な量はすべて、水素化合物からエネルギーを使って取り出さなければならない。最も身近な水素化合物は水である。水を電気分解することで技術的には容易に水素が得られるが、電気分解に消費される電気エネルギーは得られた水素を反応させて再び得られる電気エネルギーより大きいために差し引きでは損となる。エタノールや石油精製品から水素を取り出す方法もあるが、その手間とコストを考えれば、そのままエタノールや石油精製品を燃料として使用するほうが経済的である。いまのところ水素は天然ガスと水より触媒を介する水蒸気改質で作り出されている。保管
水素原子や水素分子はあまりにも小さいため、金属容器に詰めてもその金属内部に浸透してゆくので容易には扱えない。水素吸蔵合金といった形や繊維強化プラスチック|CFRPボンベ、冷却して液化水素として運搬・保管する必要がある。可燃性
水素は容易に発火するため、危険度の点でガソリンの代替とは成り得ても、自動車燃料等の灯油や携帯機器の二次電池|バッテリーを置き換えるためには、十分な安全対策技術が必要とされる。流通
製造・流通・消費の各ステージでまったく新たな設備が必要とされる。たとえ水素燃料対応の自動車が街に走り出しても、現状ではエコ・ステーション|水素ステーションがほとんど存在しないために、水素の補給が出来ない。補給が出来ないから車が売れない、車が売れないから水素ステーションも作られないという悪循環である。新たな技術開発とともに、水素燃料の流通ルートという社会インフラの整備も課題である。
その他
航空燃料
近年では特に旧ソ連諸国の航空宇宙企業を中心として、石油の代替として液体水素を燃料とする旅客機の研究が進められている。液体水素燃料を用いた旅客機は（液体水素の製造過程はともかく）旅客機の飛行中には二酸化炭素を排出せず環境負荷が低いとされているが、前述のとおり極めて大きな燃料タンクが必要となるほか、飛行中の蒸発、極低温燃料の取り扱い、燃料供給体制の構築など解決すべき課題は多い。
出典
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