水素製造システム（1）i2cner.kyushu-u.ac.jp/~matsumoto/wp01/wp-content/uploads/...Kyushu University UI project Kyudai Taro,2007 講義全体の目的水素製造に関する背景的原理と学問、技術を学ぶ。水素製造システム概要

水素製造システム（１）

松本

Kyushu University UI project Kyudai Taro,2007

講義日（案）

10/3(水)

10/17(水)

10/24(水)

10/31(水)

11/7(水)

11/14(水)

11/21(木)休講

11/28(水)

2

12/5(水)

12/12(水)

12/19(水)

1/9(水)

1/16(水)

1/23(水)


講義全体の目的

水素製造に関する背景的原理と学問、技術を学ぶ。

水素製造システム概要

化石燃料からの水素製造（１）（２）

電解による水素製造（１）（２）

バイオマスを利用した水素製造

熱化学水素製造

光触媒、光化学水分解

エネルギー効率とCO2排出量の比較

水素社会とその意義

燃料電池開発と水素

水素社会構築へのシナリオと課題

3


評価等

• 出席（毎回、小テスト）：40%

• 小テストの回答内容：20%

• 期末レポート：40%

4

以下がそろった上で、出席点1/2を付与：

（１）学会発表を確認できるもの（発表しない場合には、学会に出席する必要がある理由の説明；原則として指導教員により説明していただきたい）。

（２）当日の講義資料（講義日近く以降、HPよりDLできます）を参考にして、A4、1枚程度のレポートを提出

※学会等参加の扱い


5

本日の講義予定内容

1. 本講義の目的、評価、今後の講義内容

2. なぜ水素？

3. 水素の用途、現状、将来、量的な問題

4. 水素の製造法の分類と特徴、利点・欠点

講義資料

• 次回より、下記から各自でダウンロードしてください（印刷体による配布は、今回のみです）

http://i2cner.kyushu-u.ac.jp/~matsumoto/download.html


なぜ、水素？Comparison: Australia and Japan

Australia Japan

Population 23 million 127 million

Area 7,692,000 km² 377,900 km²

GDP 156 million USD 492 billion USD

GDP per person 67,458.36 USD 38,633.71 USD

As of 2013


Energy independency

What about Australia?


Energy independency

http://www.meti.go.jp/policy/energy_enviro

nment/energy_policy/energy2014/kadai/


Comparison: Australia and Japan

Australia Japan

Population 23 million 127 million

Area 7,692,000 km² 377,900 km²

GDP 156 million USD 492 billion USD

GDP per person 67,458.36 USD 38,633.71 USD

CO2 per person

As of *2010, Others 2013

9.19 ton*16.93 ton*


水素循環によるエネルギーシステム

風力

電気エネルギー

水素

太陽光

電気エネルギー

家庭用燃料電池燃料電池自動車

No CO2 emission !水素

化合物

水電解


水素技術

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製造輸送

発電貯蔵

石炭・石油

自然エネルギー

水素吸蔵合金

供給電子高圧水素

液体水素

水素ステーション

液体水素ローリー

燃料電池自動車

水素化合物


エネルギー・キャリアとしての水素（１）

• 化石燃料から容易に製造可能

• 電気エネルギーから電気分解により製造可能電気エネルギーから最も容易に変換できる化学物質

• 種々の反応・プロセスにより他の物質への変換が可能アンモニア合成（ハーバー・ボッシュ法など）

N2+3H2 → ２NH3 メタン合成（サバティエ反応）

CO2＋4H2 → CH4+H2O

液体燃料合成

CO＋2H2 → CH3OH（メタノール合成）

(2n+1)H2 + nCO → CnH2n+(2+n)H2O（ﾌｨｯｼｬｰ・ﾄﾛﾌﾟｼｭ反応）

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エネルギー・キャリアとしての水素（２）

• エネルギー密度：重量密度は高い

体積密度は低い（気体H2）→化学変換・圧縮・液化

• エネルギーキャリアとして働く海外からのエネルギー輸送

水素パイプライン


• 電気エネルギー・熱エネルギー等に変換可能水素燃料電池

水素エンジン

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水素ってどんなもの？

元素記号 1H安定な単体 H2

性質その1：軽い1937年ヒンデンブルグ号の事故

水、炭水化物、アミノ酸、油脂石炭、石油、アンモニア


水素ってどんなもの？

性質その２：燃えやすい

2H2＋O2=2H2O

燃えて熱を出す燃焼によって生じるのは水

＝理想的な燃料

水素＝軽くて燃えやすい気体


水素

一次エネルギーではない。

石炭・石油＝一次エネルギー

太陽（光・熱）＝一次エネルギー

水素＝二次エネルギー

水素の形では地球上に存在しない

何らかの一次エネルギーから作る。


日本の水素の需要：現状

国内年間水素製造量=150～200億Nm3※※

※資源エネルギー庁燃料電池推進室「水素の製造、輸送・貯蔵について」（平成２６年４月１４日）

※※左図の量を足すと147億Nm3であるが、他資料も含め～200億Nm3とした。

※

水素は現在のところ、エネルギーとしてはほとんど利用されていない。おもに石油精製・アンモニア合成、石油化学等において化学原料として利用されている。


水素社会

2015年＝水素元年

Hyundai fuel cell vehicle

Lease in the US

Toyota fuel cell vehicle

On Sale from Dec. 2014

WHTC2015にて（2015.10、シドニー）


日本の水素の需要：将来燃料電池自動車（FCEV）

• トヨタ自動車「MIRA（ミライ）」、発売開始（2014.12）• 本田技研工業：2015年度中の発売をアナウンス（2014.11.17）

水素発電• 火力発電の燃料として水素を利用（専焼、混焼）• エネルギー基本計画に明記

今後、水素のエネルギーとしての利用が開始、拡大


Hydrogen Energy

20

Demand Supply Demand Supply

Present 2015 2030

15 15 15 15 15

Captive production & consumption

NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization)

White paper 2014

• Hydrogen should play an important role as an energy medium

Domestic production

Oversea production

12-18

Hydro

gen p

roduction/b

illio

n N

m3

11-17

Thermal power

0-22

0.001 2.7

FCEV

Others

METI/NEDO


エネルギーとしての水素の需要：将来Hydrogen production at present: 150-200億 Nm3/y

Year 水素需要

[ 億 Nm3/y]

内訳

2020 5－11

5－11

40 万～80 万 FCEVs*1

2030 27－27

27－54

0－216

200 万～400 万 FCEVs*1

水素発電（50%混焼）*2

2050 135－351

135

0－216

1000 万 FCEVs*1

水素発電（50%混焼）*2

*1FCEV: 120kg-H2/car/y, yielding 1.35 x 109 Nm3/y/million-FCEVs

*2According to the report by Mizuho Information and Research Institute

2050年において現在の１～2倍の水素需要がエネルギー用途に発生。

水素製造のエネルギーパス

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Well一次エネルギー源

①

液化

② ❶❷❸水素パイプライン

③ 圧縮

吸収 ④

CO２ ❺

⑤ ❻ ⅰ,ⅱ,ⅲ充填

⑥ ⑨

❼

⑦ ❹

(　）内：一次エネルギー構成割合2005年次、エネルギー・経済統計要覧（2007)

パイプライン　⑧

Tank

Wheel

原子力(12%)

改質

発酵→改質

発電

石油・LPG（50%）

天然ガス(14%)

石炭(21%)

バイオマス(-)

風力・太陽光(-)

水力(3%)

製鉄・ソーダ工業等副生

オフサイト改質

オンサイト改質

液体水素

圧縮水素

熱分解

改質

電気分解

水素

水素

FCV

高圧ローリー

水素パイプライン

Ⅲ


LHローリー

⓵

⓶

Ⅰ

Ⅱ

CO2

CO2

CO2

CCS

CCS


現在の主な水素製造法炭化水素の改質

水蒸気改質

CH4+H2O→CO+3H2 (吸熱反応)

シフト反応

CO+H2O→CO2+H2 (発熱反応)

部分酸化

CH4+1/2O2→CO+2H2 (発熱反応)

副生水素ソーダ工業：食塩電解

製鉄プロセスにおけるコークス製造

石油化学・石油精製


再生可能エネルギーを利用した水素製造

バイオマス木質バイオマス→炭化水素改質

下水汚泥→消化ガス→改質

熱化学水素 ISサイクル：ヨウ化水素、硫酸分解を利用した化学サイクルにより900℃程度の

熱から水素を製造することができる。例＞日本原子力機構：高温ガス炉

光触媒（水分解）本多藤島効果。現在性能として変換効率2%。

水／水蒸気電解アルカリ水電解、高分子電解質水電解、高温水蒸気電解

電気から水素を作る手法

CO2（GHG）排出抑制の観点から、上記の水素製造法の技術的な発展が重要。


比較 (我が国)製造コスト

[¥/Nm3]

CO2 排出

[kg-CO2/Nm3-H2]

エネルギー

効率 [%]

改質 31～58 0.95～1.13 70%

副生水素 20～37 0.89～1.28 -

水電解76～136 (renewable)

84 (grid electricity)

0 (renewable)

1.78 (grid electricity)70%


小テスト

「なぜ、水素？」について、簡単に説明せよ

• エネルギー自給率・エネルギーセキュリティーの向上

• 再生可能エネルギーをうまく高い割合で導入

• 需要とのバランスに対して、蓄エネルギー（エネルギー貯蔵）材料として機能

• CO2の排出を抑制

• 可搬性・大規模に利用可能

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