地球規模での環境問題を背景に、水素エネルギーが注目されている。とくに、燃料の水素が、空気中の酸素と反応して水を生成する際に放出する化学エネルギーを、電気エネルギーに直接変換するデバイスとして、燃料電池が期待されている。燃料電池にはいくつかの種類があるが、中でも固体高分子電解質膜を用いる固体高分子形燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell; PEFC)は、1理論エネルギー変換効率が高い。2NOxを排出しない。低温作動のため、起動・停止が容易である。1電池構造の柔軟な設計が可能で、小型化も容易である、騒音・振動が少ないなどの長所をもつ。そのため、PEFCは自動車などの移動用および小型コジェネレーション用電源として、また携帯用のマイクロ燃料電池としても活発な研究開発がなされている。PEFCでは燃料極で水素などの燃料の酸化反応、酸素極で酸素還元反応が同時に進行する。
 1/2O2(g)+2H₊+2e₋→ H2O(I)(1)式の酸素還元反応は、反応過電圧が非常に大きく、エネルギー変換効率の大幅な低下を招いている。現在では酸素還元触媒として、白金や白金合金が用いられている。しかし、万能触媒と呼ばれる白金でさえ。その酸素還元触媒能は十分ではなく、室温での理電圧123Vのうち0.3V程度の過電圧を生じている。環境負荷の低減を目的とするPEFCでは、この酸素還元過電圧の減少が必須であり、白金を超える新しい触媒が求められている。また、PEFCの本格普及を考えると、白金の資源量も大きな問題である。白金の推定埋蔵量はおよそ39000tと見積られている。一方、例えば現状では100kW級の燃料電池車におよそ100gの白金が使用されていると思われる。とくに酸性であり、かつ酸素の存在により激しい腐食環境となる酸素還元触媒の利用量が多く、全ての白金を憑料電池車に使用しても、4億台弱程度しか製造できない。すでに世界には9億台弱の自動車車輌があり、現状の使用量では、燃料電池車は到底主流になれない。そのため、白金の高分散化および遷移金属との合金化により、白金使用量の低減が試みられてきたが近年、カソードの白金触媒の溶解劣化が問題となってきており、使用量の低減には限界があるように思われる。このような状況を鑑み、安定で高活性な白金代替触媒の研究開発が、これまで以上に強く求められている。室温付近での非白金酸素還元触としてはこれまで数多くの取り組みがあるが、主要なものとして遷移金属錯体とカルコゲン化合物が希統的に研究されている。

カテゴリ: 化学
質問: 世界のすべての自動車を燃料電池車に置き換える場合、必要な白金の総量は何トンになりますか。
回答: 必要な白金の総量は90,000トンです。