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2015/10/28

燃料電池についての奇問

燃料電池自動車が、話題をさらっている。
それで、ふっと思いついたことがあるので、バカげているかもしれぬが、とりあえず記す。

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そもそも、燃料電池とはなにか。
とりあえず化学の教科書には、以下のように記載あり。

『水素などの燃料を、空気中の酸素などとともに外部から供給し、その酸化還元反応にともない放出される化学エネルギーを、電気エネルギーとして取り出す装置』

<リン酸型の例: 電解質は高濃度のリン酸水溶液、両極の極板は白金(pt)触媒を含む>
基本構成は (-) H2 | H3PO4 aq | O2 (+)
「負極」の酸化反応は H22H+ + 2e-
「正極」の還元反応は 1/2O2 + 2H+ + 2e-H2O
よって「全体として」の酸化還元反応は  2H2+O → 2H2O


燃料電池は、基本的にはこのように、酸化還元反応とおした正極での水生成の過程で、発生した電子を電気エネルギーとして取り出すものが多い。


燃料電池の採用メリットとしては;
・このプロセスで生じる物質が水だけであり、二酸化炭素や硫黄酸化物などを発生させないこと。
・排熱利用も含めた発電効率は80%と高く、よって環境負荷が小さいこと。
一方でデメリットとしては;
・水素燃料の生成過程で化石燃料を消費し二酸化炭素を発生させていること。
・自動車の動力源とする場合、水素燃料ステーションを随所に設営しなければならぬこと。
・漏れ出すと爆発する危険性のある水素燃料の貯蔵が難しいこと
・効率よく反応させるための触媒として白金(pt)が大量に必要となることなど。

なお、とくに個体高分子型の案内としては;
電解質として水素イオン伝導性の高分子膜を利用、小型軽量化が進み家庭や自動車用電源として開発すすむ。
燃料として水素ではなくメタノールや天然ガスを用いる燃料電池もある由。

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…と、ここまでは燃料電池についての基本コンセプトで、早慶の入試英語で引用される程度のもの、つまり、ちょっとマジメに学校に通っていればバカでもわかること ─ としよう。

さて、ここから、バカな僕なりのヒラメキについて記す。
燃料電池を駆動エネルギー源とする自動車が、水素燃料の供給ファシリティの問題を残しているというが、これが自動車ではなくて、周囲をはじめから水で囲われた乗り物…たとえば潜水艦などではどうなんだろう。
潜水艦についてちょっと調べてみると、なるほど燃料電池を動力源としたものは古くから研究開発されてきたというが、これはどうもよく分からない。

ただ、潜水艦の機体自身の周辺にふんだんに存在する海水(いや淡水がいいか)を潜航の過程で機体内にインテイクすることはいくらでも出来るでしょう。
その水をとりあえず電気分解して水素をとりだし、それから燃料電池で電子をアウトプットしたら…。
そしたらこの潜水艦は、水の中でなんぼでも潜航を続けることができるのではないかな?
すばらしい!燃料電池は自動車ではなくて、潜水艦の動力源とすればいいではないか!

追記: 
仮に本アイデアを推し進めるなら、周辺の水の電気分解のために太陽光エネルギーを常に活かせる洋上船舶がよいのでは、とすぐに指摘された。
もっとも、上で潜水艦を想起した理由のひとつは、燃料電池のメリットとして動力系の駆動音がゼロであることがあげられ、だから潜水艦にもってこいだろうと考えたこと。

…いや、きっと出来ないんだろう。
では、どうして出来ないのか、笑ってないで答えてみなさい。
こういうところまで大胆に考えを巡らせて、はじめて理科の勉強といえるのではないですか?
(物理の問題になるのかな?)




以上

謝辞

ここに提示の記事は、いずれも私自身の判断責任のもと編集・投稿したものです。

大半の投稿は学生など若年層向けを意図してやや平易な表現にて、通俗性は極力回避しつつ、論旨の明示性を重視しつつ書き綴りました。あわせてまた、社会人の皆様にお読み頂くことも想定しつつ、汎用性高い観念知識を相応に動員しながら記した積もりです。

私なりの思考着想によるささやかな閃きが、皆様の諸活動にて何らかの光源たり得れば、望外の喜びであります。

山本