一般社団法人燃料電池開発情報センター
Fuel Cell Development Information Center

燃料電池

燃料電池
令和３年
令和３年

Vol.20No.4

The Journal of Fuel Cell Technology

20巻4号
4月30日発行
4月25日印刷ISSN 1346-6623

Spring 2021

春号

巻頭言

脱炭素社会に向けて電気化学の貢献

特 集

水電解によるグリーン水素の製造

基礎講座
投稿論文

固体酸化物形燃料電池（SOFC）
モデル電極を用いたプロトン伝導セラミック燃料電池空気極の反応機構解析
機械学習を用いたペロブスカイト酸化物におけるプロトン濃度の予測精度の評価
株式会社徳力本店

会員紹介

巻頭言

Foreword

脱炭素社会に向けて電気化学の貢献
Contribution of Electrochemistry for the Realization of the Carbon
Neutral Society

山梨大学

名誉教授・特命教授

渡辺政廣

Masahiro Watanabe
University of Yamanashi, Emeritus Professor

電気化学は、電気（電子）と化学物質が関わる学問・技術分野であり、蓄電池、水電解、燃料電池等は、この分野の代表例でもある。電池は 1800 年にＡ．ボルタにより発明された。それを電源として、同年末にはＡ．カーラルとＷ．ニコルソンが初めて水を電気分解して水素／酸素の生成実験に成功している。さらに、1930 年末には W. グロー
ブが、逆に水素／酸素から直接発電できる燃料電池を発明した。これらの発明・実証以来、時を経て、現在、この一連の電気化学技術が、解決困難な地球温暖化問題の最有力の対応技術として注目されている。電気化学を生業としてきた筆者も、電気化学へ寄せられる今の期待を誇りに思う一人である。以下に、関連情報に接しての筆者の最近の雑感を述べさせて頂く。
コロナパンデミック後の産業振興／変革を目指し、昨年、欧州連合、中国が相次いで 2050 年の脱炭素化方針を打ち出した。我が国も昨年 10 月に、菅首相が「2050 年までにカーボンニュートラルの実現を目指す」と宣言し、従来の 80 % 削減目標から大きく踏み出した。米国も、新政権発足と同時にパリ協定に復帰し、今後4年間に2兆ドルもの環境投資を行うと発表するなど、世界は脱炭素エネルギー社会に向け大きく舵を切った。欧米、中国等に比べ、我が国の代替の再生可能エネルギー（風力、太陽光等）資源は豊富とは言えず、また、化石資源は無い。そこで政府は、水素を新しいエネルギーキャリアーと位置づけ、2014 年以来、利用技術開発と大規模輸入／サプライチェーン構築に取り組んでいる。褐炭（豪州）の改質と CO2回収／固定により、或は水力（カナダ）、太陽電池（中東）の電力による水電解により、現地で H2ガスを大量生産し、更に液化 H2、又は水素化トルエン（MCH）或は液化アンモニアを合成し、この液体水素キャリアーを輸入し、ハブ又は内陸の輸送先で H2ガスとして利用する国家構想を進めている。海浜地区での水素、アンモニアの発電への利用は、大口の需要形成と CO2（国内全排出の約 40％）削減の手段として極めて有効と思われる。
ここで、H2基準の水素キャリアー及び生成物のエネルギーレベルの大小関係は、H2> 液化 H2>NH3>CH4>MCH≫ H2O ≫ CO2となる。熱力学（平行論）的には、下位への変化でエネルギーの放出ΔH（↓）
が、逆では吸収ΔH（↑）
ffが必須である。加えて速度論的には、変化加速のために過剰エネルギーΔH（↓）の注入が必要となる。変化後にΔV
H（↓）
が回収できなければロスとなる。CO2と H2O は石炭、H2等が理論的に持つエネルギーを放出し切った最低V状態にある。従って、水電解で H2を得るには、ΔH（↑）＋ΔH（↓）の電気エネルギーの注入を必要とする。現状で
fV
は、触媒性能、電導性、ガス拡散性等の向上によるΔH（↓）の大幅削減が求められている。産地でH2液化、NH3化、V
MCH 化し、それを消費地で H2ガス化する場合、各変換時の放出ΔH（↓）の活用法と吸収ΔH（↑）の供給法、またff
注入ΔH（↓）の低減法など技術課題はなお多そうである。
この変換工程ロスに加え、冷却、輸送等に要したエネルギーV
ロスΔHt を加味し、注意深くトータルの効率を評価し利用すべきである。化石資源の継続利用策として生成 CO2のCH4化が検討されているが、エネルギー注入ΔH（↑）＋ΔH（↓）
用にクリーン H2を使い続ける事になるがそれで良fV
いか。原子力の利用問題と同様、再生可能エネルギーへの移行時期の見定めが重要と思われる。
我が国の内陸需要地は細分化されているので、小口輸送／利用の場合、液化 H2 の蒸発ロス増加、MCH、液化NH3での分解プラントの設置／稼働の非経済性が問題となる。今から、分散・再生エネルギーを電気及び水素に変換、貯蔵する高効率、モジュール化した小型 H2システム（蓄電、水電解、昇圧、供給等）開発を推進すべきである。
それは我国の有力な輸出技術となり得る。大きな CO2排出源（約 20 %）である輸送分野では電動化が進められるが、EV は小型・短距離用、FCV は中大型・長距離用の特色で棲み分けすべきである。送電網の再整備と H2ステーション設置の各コストは、国により異なるはずである。独自のコスト調査に基づく効率的なインフラ整備・利用技術・普及活動への国家投資が求められる。研究・開発者には、不断のエネルギー論的活動点検と難関技術障壁への挑戦により、我国の発展と世界の脱炭素社会実現に貢献することが求められている。

燃料電池 Vol.20 No.4 2021

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燃料電池 Vol.20 No.4目

次

巻頭言 脱炭素社会に向けて電気化学の貢献
名誉教授・特命教授 渡辺

山梨大学

特集

政廣…

１

水電解によるグリーン水素の製造■ 特集にあたって���������������������������������
編集委員（日本ガス協会） 松尾滋人…

６■ グリーン水素製造に向けた水電解技術 ��������������������
横浜国立大学

大学院工学研究院 / 先進化学エネルギー研究センター グリーン水素研究ラボ

光島重徳、黒田義之…

７■ 低炭素社会の実現を目指した大規模水電解開発 ���������������㈱トクヤマ

研究開発部門

新規事業推進グループ

主任

則安佑亮…

14

■ 工業スケールのアルカリ水電解および Power to X バリューチェーンの構築 ���������������������������������������ティッセンクルップ・ウーデ・クロリンエンジニアズ㈱グリーンハイドロジェングループ

村山凡子…

18

■ Scaling Up Hydrogen Production with AEM Electrolysers by EnapterEnapter GmbH

Jingwen Wang…

24■ SOEC を用いた高温水蒸気電解技術の開発 �����������������東芝エネルギーシステムズ㈱水素エネルギー事業統括部■ フッ素系イオン交換膜 FORBLUETMAGC ㈱化学品カンパニー

燃料電池設計部

吉野正人…

29

S-SERIES の開発 ���������
応用商品開発部

早部慎太朗、角倉康介…

36

基礎講座
■ 第７回

固体酸化物形燃料電池（SOFC） ���������������（国研）産業技術総合研究所 省エネルギー研究部門 燃料電池材料グループ

グループ長

山地 克彦… 45

技術情報■ BaZrO3 電解質を用いたプロトン伝導セラミック型燃料電池の熱力学に立脚した開発手法の検討�������������������
京都大学大学院工学研究科材料工学専攻

植野雄大、畑田直行、宇田哲也…

53■ 微生物燃料電池「マイクローブパワー」の開発�������������
㈱マウビック2

燃料電池 Vol.20 No.4 2021

代表取締役

小沢誠…

63

●表紙「水素製造システム AWE 法角型水電解槽」（写真提供：トクヤマ）

コラム 燃料電池と私 No.36
報告

成人…

67

（一社）燃料電池開発情報センター（FCDIC） FCDIC 事務局…

69

神戸大学名誉教授・山梨大学客員教授

出来● FCDIC 第 158 回研究会報告● 第 17 回国際水素・燃料電池展報告（一社）燃料電池開発情報センター（FCDIC） FCDIC 事務局…

70

投稿論文
■ モ
 デル電極を用いたプロトン伝導セラミック燃料電池空気極の反応機構解析 �
東北大学大学院 工学研究科 西舘 克弥、四宮東北大学 多元物質科学研究所 木村 勇太、中村東北大学大学院 環境科学研究科 八代
パナソニック株式会社 テクノロジー本部 見神 祐一、山内由貴、水野 敬太
崇司、雨澤 浩史
圭司、川田 達也
孝祐、黒羽 智宏…

72

■ 機械学習を用いたペロブスカイト酸化物におけるプロトン濃度の予測精度の評価 �
九州大学

稲盛フロンティア研究センター/九州大学 大学院工学府材料物性工学専攻（元 宮崎大学大学院工学研究科 機械・情報系コース） 辻󠄀川 皓太
九州大学 稲盛フロンティア研究センター 兵頭 潤次
岐阜大学 工学部電気電子・情報工学科/理化学研究所 革新知能統合研究センター 志賀 元紀
宮崎大学 工学教育研究部 奥山 勇治
九州大学 稲盛フロンティア研究センター/九州大学 大学院工学府材料物性工学専攻/
九州大学 エネルギー研究教育機構 山崎 仁丈…

80

研究室紹介
■ 山梨大学 燃料電池ナノ材料研究センター�������������������
山梨大学

燃料電池ナノ材料研究センター

研究企画部門

吉積

潔…

92

会員紹介
● 株式会社徳力本店�������������������������������� … 97

会告・情報
● センター通信 ���������������������������������� … 98
● 論文投稿規定・執筆要領���������������������������� … 101
永宏… 104● 編集後記������������������������� 編集委員 星

燃料電池 Vol.20 No.4 2021

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