ゼネラルモーターズは、ノルウェーの会社ネル ASA の子会社であるネル ハイドロゲン US と、より安価な再生可能水素源を開発する契約を結びました。
使用する GMの燃料電池知識 Nel の電解槽に関する経験と協力して、このペアは Nel の陽子交換膜 (PEM) 水素電解槽プラットフォームの開発を加速させたいと考えています。
「ゼネラルモーターズは、50 年以上の経験を持つ水素燃料電池推進の世界的リーダーの 1 つです。 Nel ASA の CEO である Håkon Volldal 氏は次のように述べています。
電解槽は、水分子を水素と酸素の成分に分解することにより、遊離水素を生成する最良の方法の 1 つです。 遊離水素は、貯蔵して燃料電池で発電するために使用することができます。
GMの仕事以外にも、 BMWとポルシェ、 としても ヒュンダイ、 レクサス、 ジャガーランドローバー、ボルボ、ダイムラーはすべて、水素燃料電池車に取り組んでいます。
電気分解の仕組み
米国エネルギー省 (DoE) によると、「電気分解は、電気を使用して水を水素と酸素に分解するプロセスです。 この反応は、電解槽と呼ばれるユニットで行われます。 電解槽のサイズは、小規模な分散型水素生産に適した小型のアプライアンス サイズの装置から、大規模な中央生産施設までさまざまです。」
電解槽は逆に燃料電池のように機能します。 電気と水を使って水素と酸素を生成するのに対し、燃料電池は水素と酸素を使って電気と水を生成します。
電解槽内には陽極側と陰極側があり、隔壁で仕切られています。 GM と Nel が追求している技術では、そのバリアはポリマーのプロトン交換膜 (PEM) です。
陽極側では、水が電流にさらされ、酸素、陽子として知られる正電荷の水素イオン、および電子に分裂します。 水素イオンは膜を通過し、電子は外部回路を通ってカソード側に流れます。 カソードでは、電子がイオンと再結合して、収集および保存できる遊離 H2 または水素ガスを形成します。
PEM 電解槽に加えて、アルカリ電解槽と固体電解槽の設計もありますが、これらは GM/Nel の開発努力の対象ではありません。
再生可能エネルギーに最適
燃料電池で使用する遊離水素を生成するには、電気エネルギーの適用が必要です。 理想的には、そのエネルギーは太陽光などの再生可能エネルギー源から得られるものであり、貯蔵が困難な過剰なエネルギーを生成する場合があります。 水素は適度に効率的な貯蔵媒体であり、電解槽は電気に加えて水しか必要としないため、クリーンなソリューションです。 生成される遊離酸素は、追加の利点です。
PEM 電解槽にはスケーラビリティという利点もあり、家庭用電化製品と同じくらい小さくすることができ、自宅で自動車に燃料を供給するのに十分な水素を生成できます。 または、産業規模まで大きくすることもできます。
Global HYDROTEC の GM エグゼクティブ ディレクターである Charles Freese は、次のように述べています。 「ネルは、クリーンな水素インフラの開発に役立つ最も有望な電解槽技術をいくつか持っています。 HYDROTEC燃料電池IP スケールに近づけるのに役立ちます。」
インフレ抑制法は税額控除を提供します
米国政府は、電解槽および燃料電池技術の開発を支援しています。 の 今年初めに署名されて法制化されたインフレ削減法は、クリーンな水素 1 キログラムあたり最大 3 ドルの税額控除を提供します。
「これは素晴らしい発展であり、米国におけるグリーン水素の見通しを完全に変えるものです。米国は、クリーンな水素を生産する世界で最も安価な場所の 1 つになるでしょう」と Volldal 氏は述べています。
欧州でも水素生産が増加しています。 EU の RePowerEU イニシアチブは、2030 年までにブロック内で 1,000 万トンのグリーン水素を生産し、同じ時間枠でさらに 1,000 万トンを輸入することを目指しています。 さらに、いくつかのヨーロッパ諸国は現在、独自の水素計画を持っています。 ドイツは、国内および国際的に数十億ユーロの投資を約束することでリードしています。
「国際的な状況は、グリーン水素に対する市場ベースのインセンティブと政府の支援の力を示しています。 もちろん、近い将来、ノルウェーと海外の両方で同じことが見られることを期待しています」とVolldal氏は述べています.
国防総省の資金
Nel は、高度な PEM 電解槽スタックを開発するために米国国防総省から 560 万ドルの資金提供を受けているため、水素の状況は商業的なものだけではありません。 助成金の目的は、PEM 電解槽の運用コストと資本コストの両方を削減することです。 この作業は、米陸軍の技術者研究開発センターである建設工学研究所 (ERDC-CERL) と協力して行われています。
高レベルの活動には、電解用途に最適化された膜の開発、大量生産およびリサイクル技術を含む高度な触媒の開発、貴金属の使用量を削減するための表面コーティング技術、およびセル スタックの統合とテストが含まれます。 このプロジェクトには、追加の資金調達のオプションもあります。
ERDC-CERL のエネルギー部門の上級研究員である Nicholas Josefik は、次のように述べています。
水素はグローバルなソリューションの一部です
より環境に優しいエネルギーの研究開発が続く中、水素電解技術は検討されている多くのソリューションの 1 つにすぎません。 DoE は次のように述べています。
電気分解によって生成された水素は、使用される電力源によっては、温室効果ガスの排出をゼロにすることができます。 電気分解による水素製造の利点と経済的実行可能性を評価する際には、必要な電力の供給源 (コストと効率、発電による排出量を含む) を考慮する必要があります。」
すべての関係者は、電気分解に使用される電力源が、エネルギーの貯蔵庫としての水素の環境に配慮した認証にとって重要であることを認識しています。 DoE によると、「国の多くの地域では、温室効果ガスが放出され、発電プロセスの効率が低いために必要な燃料の量が多いため、今日の送電網は電気分解に必要な電力を供給するのに理想的ではありません。」
電気分解による水素生成は、太陽光、風力、水力発電、地熱、さらには原子力発電と組み合わせるのが最適です。 これらの生成ソースにはすべて、独自のコストが伴います。 しかし、すべての費用と便益を評価すると、水素は将来のエネルギー供給において恒久的な場所を見つける可能性が高いと思われます。