エネルギー貯めるいろんな方法を比較 -その３

2022/03/02 2022/03/16

lenemas

まず簡単に、前回までで触れた「エネルギーをためる方法」についておさらいします。

エネルギーキャリアとして「水素」が検討されています。重量エネルギー密度は大きいので、少ない重量で多くのエネルギーを運べます。しかし、体積エネルギー密度が小さいことが課題です（エネルギーを運ぶ：エネルギーキャリアとして水素？参照）。体積エネルギー密度を高くするための方策として、これまでにいくつか紹介してきました。前々回の記事（エネルギー貯めるいろんな方法を比較 -その１参照）では、水素をぐっと冷やして液体にしてしまう、もしくは加圧してしまう方法について述べました。前回の記事（エネルギー貯めるいろんな方法を比較 -その２参照）では、水素を物理的にくっつけたり（水素吸着材料）、化学的にくっつけたり（金属水素化物、ケミカルハイドライド）する方法について紹介しました。

今回のポストでは、これらエネルギーを蓄える方法を比較してみます。

エネルギー密度の比較

ここまでで取り上げたものについて、その体積密度と重量密度を図にまとめます。データは、アメリカエネルギー省DOE（U.S. Department of Energy）で取り上げられている代表値を採用しています^[1,2]。

volmetric-and-weight-density-of-energy-carrier

まず重量エネルギー密度に着目しましょう。これを見ると、圧縮水素、水素吸着材料、ケミカルハイドライドは、いずれも1 [kWh kg^-1]を超える高い重量エネルギー密度を有していることが分かります。金属水素化物は、それらよりも低く0.5 [kW kg^-1]を下回る値となっています。

この重量密度についてさらに詳細なまとめデータ^[2]が、DOEから出ていました。以下に掲載します。

この図では、縦軸は水素含有重量パーセントです。横軸は温度ですが、常温未満は水素吸着温度、常温以上は水素脱離温度となっています。金属水素化物（metal hydrides）、水素化物（chemical hydrogen）などは、より高い温度にしなければ水素を放出できないですね。一方で、水素吸着材料（adsorbents）は、かなり低い温度にしないと水素を吸着しません。より常温に近い温度で水素を吸収・放出するものがエネルギー的には好ましいので、これらについても改良の余地は大きいですね。

一つ前の図に戻ります。体積エネルギー密度についても、金属水素化物は0.5 [kWh L^-1]と小さいですが、ケミカルハイドライドでは最も大きく1.5 [kWh L^-1]に迫る値ですね。

重量密度・体積密度のいずれでも、電池に比べてると、大きなエネルギー密度となっていることは注目すべき点です。「電気をためる」といえば、電池を思い浮かべるかもしれませんが、化学物質の方が、より高い密度でエネルギーをためることができるんですね。

しかしながら、エネルギー密度を考える時には、必要となる容器の重量も考慮に入れなければなりません。国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）による車載容器に関するデータによれば、水素量 1 [kg]用で、35 [MPa]用、容積39 [L]のタンクの重量は23 [kg]とあります^[3]。1 [kg]の水素に対して容器23 [kg]です。ほとんど容器の重量になってしまいますね。

次回以降では、エネルギー密度の値について、より詳細にみていきます。