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水素社会の到来と水素測定技術

レンテックインサイト編集部

環境に優しい次世代エネルギーとして、水素が注目を集めています。化石燃料に代わるエネルギー源として期待されている水素の有効活用は、これからのビジネスにおける重要なテーマになっていくでしょう。

本記事では、エネルギー源としての水素の概要や活用方法について触れた上で、来るべき水素社会を支えるであろう水素測定技術をご紹介します。

エネルギー源としての水素とは?

水素は地球上で最も軽く、なおかつ最も多く存在する物質です。主に水や化石燃料のような化合物の状態で存在しており、水の電気分解などによって得ることができます。水素を得る手段は多岐にわたり、身近なモノからでも簡単に得られるため、枯渇することのない豊かなエネルギー源として注目されています。

水素が優れたエネルギー源として期待されている理由は、他にもあります。化石燃料を燃焼させてエネルギーを得ると、地球温暖化の原因となるCO2を排出してしまいますが、水素を燃焼させてエネルギーを得てもCO2は排出されません。この「CO2排出量がゼロである」という点が、エネルギー源としての水素の最大の特長です。

水素は主に燃料電池によってエネルギーに変換されます。燃料電池は水素と酸素を燃料とした発電装置であり、電気エネルギーだけでなく、水と熱エネルギーも得ることができます。この特性を生かして実用化されているのが、一般的にエネファームと呼ばれる家庭用燃料電池であり、電気と同時にお湯も作り出すことで水素から得たエネルギーを高効率に活用しています。

水素社会の到来は目前に迫っている

水素は優れたエネルギー源として、すでにさまざまな用途で活用されています。2021年現在での水素エネルギーの主な用途は次の通りです。

  • 家庭用燃料電池(エネファーム)による家庭への電力供給
  • 業務用・産業用燃料電池によるビルや工場への電力供給
  • 水素発電
  • 燃料電池自動車・燃料電池バスなどのモビリティ
  • 水素ロケット

上述した通り、水素はエネルギーとして利用してもCO2を排出しないという特長があります。地球温暖化の影響が深刻化し、脱炭素化を目指した取り組みが世界中で行われていくこれからの時代において、化石燃料に代わるクリーンなエネルギーである水素の活用がますます進んでいくでしょう。

水素の活用という点では、かつての日本は先進的な取り組みを進めていました。例えば、エネファームは2009年に、燃料電池自動車は2014年に世界に先駆けて販売開始されており、日本の優れた技術力が生かされた結果となっています。しかし、現在は欧州を中心とした諸外国が先行しつつあるため、遅れを取り戻すべく政府主導で水素社会への取り組みが促進されています。

水素センサーの技術が、安全な水素社会の鍵を握る

水素は優れたエネルギー源ではあるものの、取り扱いに注意が必要な物質でもあります。水素に対して「爆発しやすくて危険」というイメージを持っている人は多いのではないでしょうか。確かに水素は可燃性ガスなので、状況次第では爆発する恐れもあります。しかし、それはガソリンや石油なども同様であり、正しく対処すれば水素は安全に利用できます。

水素の取り扱いに関しては、次のような基本的な考え方があります。

  1. 水素を漏らさない
  2. 万が一水素が漏れても、漏れを検知して止める
  3. 水素が漏れても溜めない

水素を扱う製品にはこの3段階の対策に基づいた安全設計が組み込まれていますが、それに関連して活用されているのが、各種の水素センサーです。特に燃料電池車関連では水素漏れ検知センサーの搭載が必須とされており、検出精度や耐久性が法規制によって定められています。

水素漏れ検知センサーにはいくつか種類がありますが、代表的なものは次の三つです。

接触燃焼式

水素ガスが触媒と接触した際に生じる燃焼熱の変化からガス濃度を検知する方式。

気体熱伝導式

水素ガスの熱伝導度が非常に高いことを利用して、水素ガスと標準ガス(空気)の熱伝導度の差からガス濃度を検知する方式。

半導体式

金属酸化物半導体の表面での、水素ガスの吸着による電気伝導度の変化を利用してガス濃度を検知する方式。

水素漏れ検知センサー以外にも、水素タンクの温度を測るセンサーや、燃料電池への水素の供給量を適正値に制御するためのフローセンサーなど、水素を測定対象にしたさまざまなセンサーが活躍しています。これらの水素センサーの技術が、安全な水素社会の実現を支えることになるでしょう。

水素活用技術の今後に注目が集まる

環境問題への意識がますます高まるこれからの時代において、水素エネルギーの活用は重要度を増していきます。自動車に関しては電気自動車(EV)の方が主流になりつつありますが、水素エネルギー自体はほかの分野でも活用されており、今後も注目され続けることになるでしょう。水素センサーも含めた水素活用技術の動向をつかみ、水素社会への対応に乗り遅れないようにしていきたいものです。

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