水素エネルギーが一番わかる しくみ図解シリーズ

白石拓(著者)

• 販売会社／発売会社: 技術評論社
• 発売年月日: 2024/02/16
• JAN: 9784297139919

商品レビュー

2025/01/10

原子数では、宇宙には水素93.4％、ヘリウム6.5％。宇宙は水素とヘリウムでできている。
水素は単独では存在しない。分離することが一手間かかる。
夢の金属水素＝金属結合で結びつき電気を通す。超伝導やロケット燃料、水素の貯蔵にも利用できる。400万気圧以上の圧力を必要とする。
水素結合＝水は固体の方が大きい理由。氷は水分子が正4面体結合をしていて、スキマが大きいから。
水素の同位体＝中性子が1個増えた重水素と2個増えた三重水素（トリチウム）がある。トリチウムは放射性同位体で、β崩壊で3ヘリウムになる。重水素とトリチウムは核融合の燃料になる。
重水素と酸素が結合してできた重水は、核分裂の中性子の速度を下げる減速材に使われる重水炉がある。日本は軽水を使う軽水炉だけ。

水素は可燃性で燃焼速度が速い。単位質量辺りの熱量は高いが、密度は小さいため、単位体積当たりは小さい。かさばる燃料。
活性化エネルギー＝燃焼開始に必要なエネルギー。この山を越えないと炎症が始まらない。最初に着火するなど熱を加える必要がある。
輻射率が小さい＝電磁波による電熱が小さい。機器にとって安全。
水素はガソリンよりも発火点が小さいが、最小着火エネルギーが小さいので、危険性がある。活性化エネルギーと似ている。
爆発は燃焼の一種。水素は燃焼速度が速いため、爆発的に燃焼する。

水素を利用するにはお金がかかる。水素は金属ないに侵入して脆くする水素脆性という性質がある。爆発しやすい、は誤解。ヒンデンブルグ号の火災は、水素ガスが直接の原因ではなかった。
福島原発の水素爆発は、ジルコミウムが水蒸気と反応して水素ガスが発生した。
副生水素（鉄鋼や化学製品をつくるときにできる水素）は既に燃料として使われている。
昔の都市ガスは石炭ガスで、主成分は水素。
昔の舞台照明は、水素バーナーで参加カルシウムを高温加熱していた。2400度から強烈な白色光を放つ。
東京オリンピックの聖火台は水素ガスバーナー。
水素バーナーは煤を発生しない。温度が高いためNOXを発生させる＝サーマルNOX（高温のため空気中の酸素と窒素が化合する）。

水素エンジン車は水素を燃やすエンジン。ガソリンエンジンと同じ仕組み。水素は燃焼速度が速いため、ロータリーエンジンと相性がいい。マツダのRX-8ハイドロジェンREは、発電用に水素ロータリーエンジンを使ったモノ。
e-fuel＝グリーン水素を使った合成燃料。水素と二酸化炭素を化合させたもの。燃やすときには二酸化炭素が出るが製造時に使っているのでカーボンニュートラル。

H-ⅡAは、水素の液体燃料を使う。イプシロンは固体燃料。

電池のロングセラーは鉛蓄電池。自動車用バッテリー。
ニッケル水素電池はリチウムイオン電池についで人気がある二次電池。
燃料電池は、燃料と酸化剤があれば電気を作り続けられる。排出ガスは水だけ。宇宙船内で引用にできる。
水の電気分解の逆反応。固体高分子型、リン酸型、アルカリ型、などいくつかある。
燃料電池車は充填が速く航続距離が長い。

エネファームは、都市ガスやLPガスから水素を作り発電する。燃料電池の排熱を利用してコジェネレーションを行う。

地上に太陽を作るITER計画。太陽の核融合と葉少し違う。重水素と三重水素を使う。中性子がないと核融合が起きにくい。
レーザー核融合。
常温核融合と呼ばれるが、単純な核融合ではない。メカニズムはわかっていないが、過剰熱は確認されている。量子水素エネルギーと呼んでいる。三浦工業で発売予定。

製鉄所ではコークス、高炉、転炉などで発生するガス二水素が含まれている。これを精製して出荷している。
石炭を粉砕して高温で加熱すると石炭ガスができて、これを精製すると水素になる。
水の電気分解は昔からある。
微生物の発酵を利用する。
光合成微生物を利用する。
バイオマスを超臨界水でガス化する。
高温ガス炉という次世代原子炉で水素製造する。
光触媒で水分解する。人工光合成の可能性もある。

高圧ガスタンクで貯蔵する。鉄鋼などのタンク材料に浸透する減少（水素脆化）を防ぐ必要がある。
液化水素で保存する。体積が800分の1になる。極低温にする必要がある。
水素ガスをパイプラインで送る方法もある。HARUMIFLAGではパイプラインで送る。10気圧以下であれば水素脆化がおきない。
水素貯蔵合金で貯蔵する方法。
有機ハイドライド、アンモニア、ギ酸で運ぶ方法。

2024/04/07

水素
　賢者の燈。　錬金術師の 亜鉛と酸で燃える気体。
　エネルギーキャリア：熱、運動、核融合　電気　　燃焼しても水しか出さない
　宇宙で最初に生まれ　いちばん多い
　質量で71％、数で93％　ヘリウム＋水素 98.1％、99.9％　ダークマターその5倍
　化合物として存在　自然から直接採取できない二次エネルギー　コスト高
　最小着火エネルギー ガソリンの1/10　広い燃焼範囲
　高い燃焼速度ガソリンの8倍　爆発しやすい

水素ロータリーエンジン
　圧縮空気に水素ガス噴射
　燃焼室が移動し温度低下しNOx抑え　バルブなく異常燃焼防ぐ
水素レシプロエンジン
　理論空燃比が高くパワー不足→ターボ、ノッキング→リーンバーン　

e-fuel　　グリーン水素を用いた合成燃料（水素＋CO2）　コスト高

液体燃料ロケット　H-ⅡA/B/3　液体水素燃料

金属水素
　水素原子の金属結合　常温で超電導　400万気圧以上で水素を圧縮　検証段階

太陽の核融合
　水素　約半分を消費、その後より重い原子の核融合へ　2000億気圧 1600万℃

ITER　国際熱核融合実験炉　2025年運転開始
　1億℃　重水素＋三重水素
　プラズマの磁場閉じ込めや　レーザー（慣性閉じ込め）核融合