テキスト
テキスト

006

自動車②

2021
年度版

006

自動車②

最新環境教育（二酸化炭素（CO2）等）授業テキスト

対象学年：小学 6 年 中学 2・3 年 1 〜 2 時間

─ 世界の最先端を行く日本の自動車─

授業の感想をまとめよう

世界の最先端を行く
日本の自動車二酸化炭素 (CO2) の排出量の少ない自動車について、実験をしながら考えていきましょう。

アンケート
このテキストを使ってみてどうでしたか？あてはまるところに○をつけてください。

（）よくわかった （）少しわかった （学校住所：）むずかしかった

都道

市区

府県

町村

学 校 名：

学 年：年
１ ハイブリッド自動車の原理 ……………………… 2

本教材を使った授業の感想文を募集しています。郵送かファックスにて、下記の「最新環境教育研究会」までお送りください。記念品をお送りいたします。
＊このページをコピーしてお使いください。
発 行 日

2021 年 2 月 28 日

監修

向山洋一

担

当小森栄治

発行

最新環境教育研究会〒 142-0064 東京都品川区旗の台 2-4-12

TELFAX

協力03-5702-5835

２ 燃料電池自動車の原理 …………………………… 6
３ クリーンエネルギー車のよい点と解決すべき点 … 803-5702-2384

一般財団法人 経済広報センター＊本書は学校教材の資料として作成されたものです（非売品）。本書の無断転載・複写、また、学校の授業以外での使用はお控えください。

年組

名前

（2）手回し発電機で電気を起こす

１ ハイブリッド自動車の原理

プロペラ（モーター）を一方向に手で回すと、検流計の針が一１台でエンジンとモーターといった異なる２つの動力源を持つ自動車をハイブリッドモーターを回す自動車といいます。そのしくみを考えてみましょう。

方に振れます。これは直流（電流の向きが一定）の電流が流れたからです。

電流が流れる（1）モーターを手で回すとモーターに電流が流れると、モーターが回転しますが、反対に、手でモーターを回すと電流が流れます。モーターは発電機になるのです。

考えてみましょう

プロペラのついたモーターに電池をつなぐと、モーターが回ります。

やってみましょう

手回し発電機の中には、モーターが入っています。
電流が流れる

ハンドルを回すと、中のモーターが回転して、電流が流れます。

モーターが回る

１．豆電球を手回し発電機につないで、やってみましょう

ハンドルを回しましょう。
回路に電流が流れると検流計の針が動きます。

豆電球がつきましたか？

検流計につないだモーターのプロペラを手で一方向に回してみま しょう。
検流計の針はどうなるでしょう。
プロペラを手で一方向に回してみましょう。
回路に電流が流れると検流計の針が動きます。

２. 手回し発電機２台のコードをつなげ、検流計の針はどうなるでしょう。

片方のハンドルを回してみましょう。

正しいものを下のア〜エから選びましょう。

どんなことがおこるでしょうか？

※ 検流計：ほんの少しの電流でもはかれるメーター

わかったことを書きましょう。

ア . 検流計の針が一方に振れる。
イ . 検流計の針が左右に振れる。
ウ . 検流計の針は動かない。

実験の結果エ . そのほか。

実験の結果

答え＝片方のハンドルを回すと、もう一方のハンドルも回ります。ハンドルを回す向きを逆にすると、もう一方のハンドルの回る向きも逆になります。

答え＝ ア

23

（3）手回し発電機で発電した電気をためる（4）ハイブリッド自動車の原理

手回し発電機を回すと豆電球がつきました。でも、回すのをやめると消えてしま

手回し発電機を回しているときに、手回し発電機のコードをコンデンサーにつなぐと、ハンいます。発電した電気をためておけば、発電機を回さなくても豆電球をつけるこドルが急に重くなります。まるで、ブレーキがかかったようです。そのときに、手回し発電機で発電した電気をコンデンサーにためます。
（ ２ ）とができます。
やってみましょう

コンデンサーから手回し発電機のコードをはずし、ハンドルから手を離したときは、自動車がコンデンサーに電気をためて、豆電球をつけてみよう。

ハンドルから手を離したままコンデンサーに手回し発電機のコードをつなぐと、ハンドルが※ この実験は、２人で協力して行います。

①コンデンサーには、プラスとマイナスのコード止まっている状態です。エンジンが止まっているので、アイドリングストップです。
（ ３ ）②コンデンサーを手回し発電機につないで 20 回ぐらい回して電気をためます。

がついています。

回りはじめます。コンデンサーにたまっていた電気で手回し発電機の中のモーターが回るのです。
（４ ）これが、ハイブリッド自動車の原理です。
ふつうの自動車は、ブレーキをかけると摩擦で熱が発生します。発生した熱は利用できません。ハイブリッド自動車は減速するときに、モーターをタイヤの回転で発電する発電機として使い、バッテリー（充電池）に充電します。その電気は、発進するときにモーターを回すのに使います。ハイブリッド自動車は、エネルギーのムダが少ないので、少ない燃料でたくさん走れます。燃料を使う量が少なければ、二酸化炭素の発生量も少なくなり、環境によいことになります。

※ ハンドルを回す人は、回し続けたままで、もう１人がコンデンサーをはずすようにします。

③コンデンサーに豆電球をつないでみましょう。

コンデンサーに電気をためて、豆電球をつけることができましたね。
■この原理を応用したのがハイブリッド自動車です。ハイブリッド自動車は、エンジンとモーターの両方で走る車です。発電機のハンドルが自動車の車輪だと思っ
１ ４て、下の□〜□の実験をしましょう。また①、②のうすい文字をなぞりましょう。

発

進モーターで動く制御係

手回し発電機を回す人

コンデンサーをつないだりはずす人

１ ハンドルを回す

コンデンサーははずしておく①（ エンジン ）で走る

２ ハンドルを回す

コンデンサーをつなぐ

ブレーキがかかる

３ ハンドルから手を離す コンデンサーをはずす
４ ハンドルから手を離す コンデンサーをつなぐ

4

車の状態

停車中
（アイドリングストップ）

速

エンジンとモーターの両方を使用

定速エンジンで走る。
発電も行い、バッテリーに充電減速

エンジンを停止。
モーターで発電しバッテリーに充電

停止

エンジンを停止。
燃料を節約
資料提供：日本自動車研究所＜調べてみましょう＞
プラグインハイブリッド自動車というさらに進化したハイブリッド自動車があります。どんな自動車なのか調べてみましょう。

②（ モーター ）で走る

調べてみましょう：答え＝電源コンセントから充電もできるハイブリッド自動車

エンジン係

加5《燃料電池の原理》

２ 燃料電池自動車の原理
燃料電池とは、水素と酸素を反応させて電気を取り出す装置です。エンジンのかわりに、この燃料電池とモーターを載せた自動車を燃料電池自動車といいます。燃料である水素と大気中の酸素を反応させて電気を作り、モーターを回して走ります。燃料電池自動車のしくみを考えてみましょう。

（1）水を電気で分解してみよう

水の電気分解燃料電池

水に電気を流すと水素と酸素に分かれる。

水素と酸素から、水ができるときに電気を取り出す。

資料提供：日本ガス協会 https://www.gas.or.jp/gas-life/enefarm/shikumi/

電気分解装置に電流を流すと、小さな泡が出てきます。水が電気で分解され水素と酸素ができるのです。

水素と酸素を混ぜて火をつけると激しく爆発します。日本のH2Aロケットは、そのエネルギーで飛び立っています。
燃料電池は、水素と酸素を爆発させるのではなく、電気エネルギーを取り出しているのです。
水素と酸素を利用した燃料電池は、スペースシャトルでも発電用などに使われていました。
できた水は乗組員の飲料水として利用されていました。

インターネットや本で、燃料電池について調べてみましょう。

電流を流す

水

水素

酸素

（2）燃料電池の原理

水

水素

酸素

電気分解と反対に、水素と酸素から水ができるときに電流が流れます。これが燃料電池の原理です。

電流が流れる6

写真提供：トヨタ自動車

https://global.toyota/jp/download/3766418/

7

３ クリーンエネルギー車のよい点と解決すべき点考えてみましょう

ライフサイクルアセスメントの考えかたからすると、燃料電池自動車は 8 ページの解
石油以外のエネルギー源を使う自動車をクリーンエネルギー車といい、二酸化炭素の説にあるほかに、どんな場面で二酸化炭素を出していることになりますか？

出る量を減らしたり、排出ガスをきれいにするという観点から注目されています。
クリーンエネルギー車の種類には、電気自動車、燃料電池自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、水素自動車、天然ガス（CNG）自動車などがあります。
その中でも、水素を燃料に使う燃料電池自動車は、水しか出しません。二酸化炭素をまったく出さないので、究極のクリーンエネルギー車といえます。

考えてみましょう燃料電池自動車は、本当に二酸化炭素を全く出さないのでしょうか？

＜調べてみましょう＞

クリーンエネルギー車と普通のガソリン自動車とくらべ、それぞれのよい点、解決すべき点を、10 ページの「参考資料１」も参考にしながら調べてみましょう。
そして、どのような未来の自動車がよいか調べてみましょう。

やってみましょう
水素ステーション
燃料電池自動車

理科の実験で使える燃料電池
解説

自動車の模型があります。
水素ステーションの模型は、水を乾電池の電気で分解してルギーを使うので二酸化炭素が出てしまいます。

水素を作ります。晴れていれ

このように、自動車に限らずすべての工業製品は、作るとき、使うとき、処分すば、乾電池のかわりに太陽電るときまでのすべての段階を通して、環境に与える影響を考える必要があります。

池パネルで発電した電気を利用して、水の電気分解をして水素を発生させること

この考えかたをライフサイクルアセスメント（LCA）といいます。

もできます。

ライフサイクルには、「誕生から死までの一生」という意味があります。

作った水素を燃料電池自動車の模型自動車に入れると、100 ｍも走ります。

考えてみましょう：答え＝燃料の水素を作るときにエネルギーを使うので二酸化炭素が出る

8

たとえクリーンエネルギー車でも、車を作るとき、車を処分するときには、エネ

9＜参考資料１：クリーンエネルギー自動車の先端技術と課題＞＜参考資料２：バイオ燃料のよいところとよくないところ＞（1） ハイブリッド自動車の先端技術

バイオ燃料とは、トウモロコシやサトウキビなどの植物から作ったエタノール（エチルアルコール、バイオエタノール）を燃料として利用するものです。主に自動車の燃料として、ガソリンの代わりにもなりますし、ガソリンに混ぜて使うこともできます。
日本では、ガソリンに混ぜて使われており、「バイオガソリン」と呼ばれています。

① 電池（バッテリー）
できるだけ軽くて、大量の電気を蓄えられるものが必要になります。
現在、多くのハイブリッド自動車は「ニッケル水素電池」を利用しています。そのほか「リチウムイオン電池」を利用したハイブリッド自動車もあります。
繰り返すので、電池が高温になります。そのような二酸化炭素の排出

炭
酸化 素

CO₂

炭
酸化 素

CO₂

二ハイブリッド自動車用ニッケル水素バッテリー
写真提供：トヨタ自動車
https://global.toyota/jp/download/14434842

二ハイブリッド自動車では、充電と放電をひんぱんに

CO₂二二二酸化炭素の吸収
炭
酸化 素
炭
酸化 素

CO₂光合成過酷な条件でも高性能を発揮できる電池が必要です。
バッテリーよりも電気をすばやくためこみ、すばやく放出できるコンデンサー（キャパシタ）をバッテリーの代わりに使う研究も進められています。

トウモロコシサトウキビなど② 電子制御技術
ハイブリッド自動車は燃費がよく、１リットルで 35km も走るとカタログに書いてある車もあ
バイオ燃料(100％)

ります。より効率的に走れるよう、エンジンとモーターの出力をコンピューターでコントロールしています。

《燃料電池自動車の構造》（2） 燃料電池自動車の先端技術

バイオ燃料を燃やして出る二酸化炭素は、もともと植物が大気中の二酸化炭素を吸収

燃料電池自動車には、まだまだ多くの課題があります。

＜バイオ燃料のよいところ＞
したものなので、全体として大気中の二酸化炭素の量は、増えないと考えることがで

大気中の酸素① 電池（バッテリー）

きます。また、植物は何度でも育てることができるので、石油のようにいつかなくな#③バッテリー水素

燃料電池自動車も、発進するときなど特にパワーが必要なときは、電池からの電気も使って走るの④電子制御装置
電子制御装置電気① 水素タンク②燃料電池"燃料電池るということがありません。

モー タ ー

で、より軽量で高性能の電池が必要です。

水② 電子制御技術＜バイオ燃料のよくないところ＞
トウモロコシなどの食料を大量にバイオ燃料の原料に使うと食料不足が心配です。そ

燃料電池のパワーや電池の充電・放電をコント

こで木くずなどを使ったバイオ燃料も研究されています。

ロールするシステムが必要です。
③ 燃料電池バイオ燃料について、よいところとよくないところをあげてみましょう。

小型で高性能の燃料電池が求められています。
燃料電池には、水素と酸素から電気を作るために、白よいところ金（プラチナ）などとても高価な物質が使われています。

よくないところ

そのため燃料電池はたいへん値段が高くなります。
④ 水素タンクと水素ステーション
300 気圧以上の高圧で、水素を安全に貯蔵する燃料タンクが

写真提供：JHFC 千住水素ステーション必要です。高圧水素タンクのほか、水素吸蔵合金（水素を取り込む金属）や液体水素を利用する方法も開発中です。タンクの圧力を現在の２倍の 700 気圧にした車も登場しています。水素は酸素と混ざって火がつくと爆発しやすくなります。水素を安全に自動車に積む技術が必要です。

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