研究室コラム

くらし+きかい=エネルギー

次世代の発電システム、
「燃料電池」を身近にするのは
セラミックなのです。

大学院 環境科学研究科 環境科学専攻
工学博士 教授 川田 達也

注目の発電システム

私が手がけているのは酸素のイオンを通す特殊なセラミックを使った燃料電池の研究なのですが、なかなか説明するのが難しくて、かみさんにも未だに「いったい何の研究をしているのやら?」といわれたりするくらいなんです(笑)。

ところで君は燃料電池を知っていますか。水素や天然ガスなどの燃料のエネルギーを直接電気に変える発電システムで、環境汚染物質をほとんどださないということで、近年、よく話題になっていますね。特に水素を燃料にする燃料電池自動車は水しか排出しないので、環境問題の観点から注目度も高いのですが、注目度以上に価格が高く、皆さんが買えるようになるのはもう少し先の話になりそうです。

燃料電池の特長としては、発電効率が高いことが上げられます。何しろ電気を使う場所で発電するので送電によるロスがなく、しかも発電しながらお湯を沸かすこともできるので、使い方によっては、燃料を節約して、二酸化炭素の排出をぐんと減らすことができるのです。燃料電池は限りある資源を有効に活かせることからも、次世代の発電システムとして注目されているんですね。

セラミックが燃料電池を身近に

さて、話をセラミックの燃料電池に戻したいと思います。自動車用の燃料電池は電解質がプラスティックの膜であり、現在の主流になっているのですが、触媒がプラチナで非常に高価。しかも燃料として純水素しか使えません。例えば家庭に来ている都市ガスを使って発電しようとすると、そこから一旦、水素を取り出して、きれいな水素にしてから使用するという複雑なシステムを組まなければならないわけです。これに対してセラミックの燃料電池は、700度から1,000度という高温で動かすので、化石燃料をそのまま取り込んで自分の熱で処理することができます。その分コストが安くすみ、効率も高いというわけです。また、もっと大型のシステムでは、排熱を利用した複合発電と合わせると、もとの燃料の約70%を電気に変えることも可能になると期待されています。

いまNEDO(新エネルギー・産業技術総合開発機構)を中心に、セラミックの燃料電池の実用化に向けたプロジェクトが大学や研究機関、メーカーが集まって進められています。その中で私たちは材料の立場から性能の向上や信頼性を高めるための研究を行っています。セラミックを曲げたり、伸ばしたり、圧力をかけたり、あるいは、セラミックの中の酸素の通り道を調べたりすることで、実用化に不可欠な基盤研究に取り組んでいるのです。

燃料電池の可能性は今後もどんどん広がっていくでしょう。君もさまざまな経験を積むことで、新しい材料、ひいては燃料電池を越える新しい発電システムを見つけることができるかもしれません。東北大学でなら可能だと思います。