宇宙で最も単純でありながら最も豊富な元素である水素は、信じられないほど多用途であり、最近ではさまざまな分野で利用されています。 水素燃料電池 水素と酸素を結合させて水とガスを生成する電気化学プロセスを介して。これらの電池は、最も差し迫ったエネルギー関連の問題のいくつかを解決できる可能性があります。水素燃料電池の賛否については議論が続いていますが、水素が化石燃料に代わる環境に優しい代替品であり、多くの産業プラントや輸送手段に高密度の電力を供給できることには異論はありません。
ここでは、水素燃料電池が電力利用の未来をどのように変えるのか、そして企業がこの進化からどのような恩恵を受けることができるのかを詳しく見ていきます。
水素燃料電池の世界市場
水素燃料電池の世界市場には価値があった 6.6 年には推定 2021 億ドル、燃料電池会社は、水素燃料電池の軽量化、生産コストの削減、必要な部品の削減に引き続き取り組んでいきます。
そのため、市場は19.5年までに2027億ドルの価値に達し、21年から2022年の間に2027%のCAGRを記録すると予想されています。特定の地域、特にアジア太平洋地域におけるクリーンエネルギーの需要が、水素の成長をさらに促進しています。燃料電池市場では、日本がさまざまな用途を通じてこの分野の拡大を主導しています。将来の成長が避けられないと思われる他の国には、中国、ドイツ、韓国などがあります。
水素燃料電池をめぐる事実
についての 10 の事実は次のとおりです 水素燃料電池 他の燃料貯蔵システムとの違いは次のとおりです。
燃料電池はクリーンなエネルギー源です
水素燃料電池 環境負荷の少ないクリーンなエネルギー源となります。貯蔵には燃焼は関与せず、副生成物は熱と水のみです。さらに、水力発電やバイオ燃料とは異なり、水素を生産するために広大な土地を必要としません。
NASAは水素を資源として利用する取り組みも行っており、副産物として生成される水は宇宙飛行士の飲料水として利用されている。この事実は、どのようにして 水素燃料電池 毒性のない資源であるため、石炭、原子力、天然ガスよりも優れています。
水素電池は音や視覚の汚染がほとんどありません
他のエネルギー源と同様に、 水素燃料電池 過度のノイズを発生させないでください。水素を燃料とする自動車であっても、従来の内燃機関を使用する自動車よりも騒音は小さくなります。従来の車両エンジンには爆発や機械部品の可動が伴いますが、燃料電池の電気化学プロセスは静かで、機械的な騒音も最小限に抑えられます。これが理由の 1 つです それが推定されます 20 年までに世界中の自動車の約 2030% が燃料電池で動くようになるだろうと予想されています。
燃料電池のシンプルな設計により、視覚的な汚染につながる可能性のある複雑な機械コンポーネントの必要性が軽減されます。流線型のデザイン 水素電池 いくつかのアプリケーションを通じて視覚的な互換性を強化します。
燃料電池は多用途です
の汎用性 水素燃料電池 も採用が増加している主な要因です。その用途は、車両や建物への電力供給から、ポータブル電子機器や代替電源構造まで多岐にわたります。
水素燃料電池は、海事産業や航空宇宙産業でも研究されています。水素ベースの推進へのこの傾向は、排出量を削減し、環境への影響を最小限に抑えることを目的としています。
水素電池は充電時間が速い
最新の 水素燃料電池の設計 充電時間が大幅に短縮されました。これは、半円筒形のコイルを内部熱交換器として使用することで実現され、固体水素燃料電池をより速く冷却し、その結果、より迅速な充電に役立ちます。
この方法により、従来のヘリカルコイル熱交換器を使用した場合と比較して、水素充填時間を59％短縮できました。
燃料電池は使用期間が長い
正確な寿命 燃料電池 バッテリーの消耗速度は用途に応じて異なるため、使用状況に依存します。たとえば、水素燃料電池車は、燃料を補給するまでに平均 312 マイルと 380 マイル走行できます。セル内の燃料スタックは、約 150,000 ～ 200,000 マイルの生涯使用を想定して設計されています。燃料電池は寿命が来たら分解し、部品をリサイクルすることができます。
この持続時間は電気自動車 (EV) が提供する持続時間を超えています。外気温は燃料電池の効率に影響を与えません。 EVのように寒冷地でも劣化しません。水素燃料電池のこの利点は、高速充電時間と組み合わせるとさらに大きくなります。
水素発電セルはより強力です
燃料電池 エネルギー効率に優れた高密度エネルギー源です。一般に、水素は、重量の点で一般的な燃料の中で最も高いエネルギー含有量を持っています。液体水素と高圧ガスは、LNG やディーゼルの 3 倍の重量エネルギー密度と、天然ガスと同様の体積エネルギーを持っています。
燃料効率が向上すると、燃料ポンドあたりにより多くのエネルギーを生成できます。たとえば、従来の燃焼発電所は、他の燃料電池の 33% の効率とは対照的に、35 ～ 65% の効率で電気を生成します。車両でも同じことが起こります。 水素燃料電池 燃料消費量を 40% カットしながら、エネルギーの 60 ～ 50% を活用します。
水素電池技術は農村地域に最適
多くの国のエネルギープラントは都市中心部から遠く離れた場所にあり、消費者に電力を安定的に供給するには配電ネットワークが必要です。同様に、農村地域に電力を供給するには、具体的な解決策が必要です。研究者らは、そのような地域に電力を拡張することは経済的にも技術的にも実現不可能であることを明らかにしました。
シンプルさと有効性 燃料電池 農村地域に適したエネルギー資源となります。それらの機能は可動部品から独立しており、寿命は最大 40,000 時間と長いです。また、さまざまな電力要件に合わせてこれらを積み重ねることもできます。
燃料電池は熱と電力を同時に発生するという利点を活かし、両方をさまざまな目的に使用できます。たとえば、熱を取り出して、熱換気および空調 (HVAC) 機器に使用できます。たとえば、南アフリカでは、エネルギーの 13% が暖房に使用され、32% が温水に使用されます。
燃料電池はバックアップ電源として機能します
水素燃料電池は、バックアップ電源用途での使用に有望な技術となっています。バックアップ電源とは、突然の停電の場合に二次電源を使用して電力を供給することを指します。これは、データセンター、病院、通信ネットワークなどのインフラストラクチャにとって重要です。 水素発電セル このようなインフラストラクチャに信頼性の高い電力を供給し、高い稼働時間と低いメンテナンス要件を実現します。世界中の多くの組織が、特典を最大限に活用するために燃料電池を導入しています。
水素電池は持ち運び可能
ポータブル電源は、さまざまな分野で活動する個人や組織にとって必需品ですが、巨大な電力構造への依存度が高いと、移動に制限が生じる可能性があります。幸いなことに、 燃料電池 こうしたニーズに応えるソリューションとして登場しました。ポータブル燃料システムの重量は 10kg 未満で、供給電力は 5kW 未満です。
より小さい マイクロ燃料電池 携帯電話やラップトップに電力を供給するために使用でき、リチウムイオン電池と比較した場合、重量の削減とエネルギー密度に関連する利点があります。一方、大規模なポータブル電源は、気象観測所のような地理的に離れた用途に有望です。
燃料電池は権力を民主化できる
電力生産のための化石燃料への過度の依存は、エネルギーシステムを疲弊させ、環境を汚染しています。 燃料電池 分散型エネルギー生産を可能にし、コミュニティや小規模事業体がより多くの電力を生成できるようにします。さらに、集中型送電網への依存度が低下することで、個人や地域社会がよりコントロールできるようになり、在庫が不足した際に化石燃料価格が高騰する可能性を減らすことができます。
化石燃料を使用した分散型発電は、送電網の故障や自然災害時の回復力を強化します。また、局所的な電力生産は、集中化された送電網が中断された場合でも重要な施設やサービスが機能し続けることを意味します。
まとめ
現在進行中の研究は、コストを削減し、触媒、膜、バイポーラプレート、膜電極アセンブリなどの燃料電池スタックコンポーネントの寿命を延ばすための燃料電池技術の特定と開発に焦点を当てています。また、大量生産プロセスと低コストにより、燃料電池構造は従来技術とのコスト競争力が高まります。
この種の改良された燃料電池は、地域社会や電力を必要とする産業への電力供給にますます役立っています。テクノロジーが向上するにつれて、社会のさらに多くの分野でテクノロジーが利用されるようになるでしょう。
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