■anond:20200210183214

FCEV(燃料電池) vs BEV(電気自動車)について返答してみる。FCEVに水素をいれるよりも、BEVを充電した方が効率が良いという話です。

水素を作る際に投入する電力のうち、数割は熱に変わってしまう。この点をBEVと比較しようと思う。Well-to-Wheelではなく「Grid-to-Wheel」で見た場合となっている。

燃料電池車(FCEV)の効率

製造

水素を製造する際には電気分解が主流だ。（石油からの生成もあるが、今回は電気分解とさせていただく）

なお電気分解の際は、送電グリッド（交流）での変換とすると、まず交流を直流に変換する必要がある。この効率を92%とする。

【92%】

電気分解法としてPEMを考えると、効率が80%であるから、この時点で：

【92% * 80% = 74%】

となる。

充填(貯蔵)

燃料が問題なのは、「物質」であるために、「貯蔵」と「輸送」が必要になる点だ。

貯蔵に関して言えば、（水素は密度が低いので）貯蔵する際に液化または高圧にする必要があり、必ずエネルギーを消費する。

輸送に関して言えば、重さのある物体を動かすわけなので、必ずエネルギーを消費する。

ここで、燃料を貯蔵する際に使うエネルギーの効率を見てみると：

• 液化する場合
  • 液化する際は、非常にエネルギーを使うので、燃料電池車に対しては普通は行わない
• 圧縮する場合
  • 投入電力に対して87%の効率で圧縮できる

つまり貯蔵方法として圧縮する場合、今までの効率を掛け合わせると

【92% * 80% * 87% = 64%】

となった。タンクに充填する段階までで、投入電力の36%は熱として失われる。

使用

さて、ここまで製造した水素を水素タンクに充填した。次はその水素を使用するわけだが、ここでもロスが生じる。

燃料電池に貯蔵されたエネルギーは直流で取り出される。この効率を95%とする。また、取り出した電流をACに変換する必要がある。例えばMiraiのモーターは交流同期モーターで、DCからACへの変換効率を90%とすると、

【92%(ACDC) * 80%(PEM) * 87%(充填) * 95%(FCスタック効率) * 90%(DCAC) = 55%】

となる。

電気自動車(BEV)の効率

バッテリへ充電する際、ACDC変換の効率を92%、充電の効率を80-90%、インバータのDC→ACの変換効率を96%とすると

【92%(ACDC) * 80-90%(充放電) * 96%(DCAC) = 70-79%】

となる。

すなわち、同じ電力を投入する仮定のもとでは、電気自動車を充電した方が効率が高い。燃料電池車は、「水素製造」〜「燃料電池からの電力を取り出すまで」の間に、投入した電力のうちの45%の熱を出すわけだ。

数字をよくみると、問題なのは PEM電気分解 と 充填 の効率だ。ここが余分に入っているせいでFCEVの効率が悪くなっている。これらを再生エネルギーでやればいいのでは？と思うかもしれないが、そういう話ではなく、その再生エネルギーをBEVの充電に使った方が効率が高いよね、という話なのだ。

電気分解をしない場合のFCEVの効率

電気分解をしないケース（石油精製時利用する水素を使うケース）で見ると、

【87%(充填) * 95%(FCスタック効率) * 90%(DCAC) = 74%】

となり、まぁ悪くないような感じになる。ただ、このケースではCO2を出している。

水素の輸送ロス (anond:20200210183214)

「水素燃料の輸送ロスについて」への返答としては、「場合によるが（余り物の水素を使うなら効率が高い）、BEVよりも劣る」だろう。

輸送の際の話は答えていないので答えると、液体水素で輸送する場合ボイルオフ（気化していく）によりロスが生じる。圧縮する時にはエネルギーを投入する必要がある。パイプラインを引けばロスはない。

燃料電池の寿命

燃料電池スタックにも寿命がある。BEVとの比較はデータがないので難しいが、ここはおあいこのようだ。

水素貯蔵の安全性について (anond:20200210183214)

Miraiとかはかなり頑丈なプリプレグでタンクを作っており安全性は高い。

リチウムイオンの危険性も確かにあるが、今は切ったり突き刺したりしても燃えないように作られている。

安全性を語る時はケース（事故）を色々考えないといけないので論ずるのは難しいが、一般論で言えばどれも極端なケースを除けば安全に作られていることは確かだ。

ガソリンは使い方を間違えれば兵器にもなるわけだし、あれほど危険なものをある程度安全に使えているので、安全性に関しては規制でなんとかなるという見解だ。

蓄電はどうするのか (anond:20200210183214)

EVに蓄電するケースは自然エネルギーとの付き合い方では最も最適だ。EVをバッファとして使う。その際にパワーグリッドの需給状況に応じて充電電流などを変える必要があるだろうが、CHAdeMOはすでに遠隔監視のために携帯電話網に接続されたものもあることから、あとは制度次第で可能だろう。

水素で蓄電することももちろんできて、各水素ステーションの改質のタイミングを電力のオフピークに行えば良い。ただ書いたように、同じ電力を使うならEVに充電した方が効率は高い。

水素社会 (anond:20200210183214)

LPG車が細々と残り続けていることからも、こういう形で燃料電池車が使われるのではという確証の無い予想をしている。

現在のリチウムイオン電池はエネルギー密度が低く、例えばトラックなどがEV化した場合、目指す航続距離にもよるが、トラックの自重の半分とかが電池の重さになるだろう。大型トラックでも25tまでしか許されないので、電池ばかりを積むこともできない。航続距離が欲しいなら積載量を削ることになり、積載量を増やしたいなら航続距離を減らすことになる。

リチウムイオン電池のブレークスルーがなければ、燃料電池車もある程度日の目を見るだろう。

ただ、トラック・バスをEVやFCEVにするのはあまりにもコストがかかるわけで、もうしばらくはハイブリッドのままなのでは無いだろうか。

技術はどうなるのか誰にも予測できないので、確証はないけれども。

Permalink | 記事への反応(2) | 03:43

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