研究開発に見た遠回りの結論にあきれる -水素エンジンと点火装置-


2020年11月17日火曜日

JRがCO2削減として、環境に優しい電力を使用する、といっていたが・・・

手っ取り早い話が、ディーゼルカーを止めて、水素を燃料としたFCV(正確にはFCETか?)にするらしいが、そのシステムはどのようにするのだろうか。自動車で実績がある、水素ガスを高圧タンクに溜めて、そこから使用する水素を取り出すのだろうか。

 

でも、それでは効率が悪い。俺が考えるとしたら、液体水素(液体そして貯蔵するには、低温状態としなければならないので、液体窒素などのデバイスが必要だが)として使用するには、蒸発しないよう保つ装置が必要でこれだと効率が悪い。また、走行前の準備に時間とお金が掛かる。

 

だからといって、液体水素は魔法ビン状態の高圧タンクに溜めても、それを完全密閉したのでは、タンクが破裂(どこかのメーカーに液体水素を密閉した状態にすると、どの位の圧力となるのか聞いてみると「地球が破壊するぐらい」と言う返事だった。つまり計測できないらしい)してしまうから、常にパージさせておく必要がある。

 

これまでBMWが液体水素を燃料とした自動車を開発したとき(FCVではない直接水素も燃やす)、液体水素タンクからのパージ圧力は、5気圧だったと記憶する。そして、BMWでは、パージした水素を外部にある燃料電池に使用し、バッテリーに蓄えたと言う。

 

パージは24時間、水素がなくなるまで行われるのだが、おおよそ1週間で、液体水素は空になると言うことだった。

 

そこで、JRが使うとしたら、どのようなシステムを組めば効率がいいのか考えてみた。ひとつは魔法ビン状態の高圧タンクに液体水素を貯蔵する。この実験は数十年前に自動車を使った(ニッサンフェアレディZ)走行コンペティションとして、アメリカ横断レースに参加した実績がある。

 

当然そこから水素をパージさせなければならないので、そのパージさせた水素ガスは、別の高圧ボンベに溜める。高圧とするには別にコンプレッサーが必要だが、動力は十分にある。そのボンベも一杯になったら、BMWのように、液体水素ボンベからパージした水素ガスは、燃料電池用に使用し、床下にあるバッテリーに充電する。

 

システムはかなり大きくなるが、電車の床下にはそれ以上のスペースはあるはず。

 

電車は燃料電池からの電気で直接走らせる必要はなく、現在市販しているFCEV同様に、一度バッテリーに充電したものを使用すれば、負荷変動による燃料電池スタックの劣化も少ない。

 

ついでだが、液体水素と言うと、非常に危険で、爆発し易い、と誤解している方が居るだろうが、実は、低温貯蔵の状態から、それを大気に出して、火を点ける事をやっても、まず無理だと言う話。大気温度ではなかなか蒸発してくれないし、例え蒸発しても、軽いのでアッというまに上昇し、その場にとどまっていない。

 

また、火が点いたとして、その火の温度による蒸発が促進しても、蒸発量は僅かのため、チョロチョロと燃える程度だと言う。

 

水素ガスを使った飛行船の事故というと、着陸時に火災となったヒンデンブルグを思い浮かべるが、飛行船ヒンデンブルグが燃えたのは、水素に火が点いたのではなく、飛行船の外壁に塗装された塗料が紫外線により劣化し、着陸時に飛行船に溜まっていた静電気が、地上との間でスパークし、その塗料が発火したと、NASAが結論をしているので、気にする必要はなさそうだ。