水素自動車
水素燃料を動力源とする車両
水素燃料ロケットにはデルタIVヘビーが含まれます。

水素自動車は、移動に水素を使用する車両です。水素自動車には、一部の道路車両、鉄道車両、宇宙ロケット、フォークリフト、船舶、航空機が含まれます。動力は、水素の化学エネルギーを機械エネルギーに変換することによって生成されます。変換方法は、燃料電池で水素と酸素を反応させて電気モーターを駆動する方法と、あまり一般的ではありませんが、水素の内燃機関によって行われます。[1]

水素はガソリンやメタンなどの燃料よりもクリーンに燃焼しますが、分子が小さいため貯蔵や輸送が困難です。2020年代現在、乗用車を含む水素小型車両は、バッテリー電気自動車との競争により、少数しか販売されていません。[2] [3] 2021年現在[アップデート]、一部の市場では2つのモデルの水素自動車が一般に販売されています。トヨタ ミライ（2014年～）は、世界初の市販された燃料電池電気自動車（FCEV）専用車であり、[4] [5] [6]とヒュンダイ ネクソ（2018年～）です。ホンダ CR-V e:FCEVは、2024年にリースのみでごく限られた台数で販売されました。[7]

2019年現在、水素の98%は二酸化炭素を排出する水蒸気メタン改質法によって生産されています。[8]水素は水の電気分解、再生可能原料を用いた熱化学的または熱分解的方法によって生産できますが、これらのプロセスは現時点では高価です。[9]天然ガスを用いた水素生産と競合できるほど低コストで十分な量を実現することを目指した様々な技術が開発されています。[10]

水素技術で走る自動車は、1回の燃料補給で長い走行距離を得られるという利点があるが、天然ガスから水素を製造する際の炭素排出量の高さ、資本コストの負担、製造と輸送におけるエネルギー投入量の高さ、常温での単位体積あたりのエネルギー含有量の低さ、水素の製造と圧縮、そして水素を供給するために世界中に燃料補給インフラを構築するために必要な投資など、いくつかの欠点がある。 [11] [12] [13]さらに、漏れた水素は目に見えない可燃性のガスであり、CO2の11.6倍の地球温暖化効果を持つ。 [ 14]

車両

ホンダFCXとトヨタFCHVは、世界初の政府認証を受けた商用燃料電池車です。[15] [16]

根拠と背景

水素自動車の根拠は、化石燃料への依存、それに伴う温室効果ガスの排出、そして輸送による局所的な大気汚染を削減できる可能性にある。[17]そのためには、より安価でエネルギー効率の高い緩和策が限られている分野や用途で使用できるように、水素をクリーンに生産する必要がある。

ロケッツ

セントール（ロケット段階）は液体水素を使用した最初のロケットである。

多くの大型ロケットは、燃料として液体水素を使用し、酸化剤として液体酸素（LH2/LOX）を使用しています。水素ロケット燃料の利点は、灯油/ LOXエンジンやUDMH / NTOエンジンと比較して、有効排気速度が高いことです。ツィオルコフスキーロケット方程式によれば、排気速度が高いロケットは加速に必要な推進剤の量が少なくなります。また、水素のエネルギー密度は他のどの燃料よりも高いです。[18] LH2/LOXは、既知のロケット推進剤の中で、消費量に対する効率が最も高い燃料です。[19]

LH2/LOXエンジンの欠点は、水素を液体として維持するために必要な密度が低く、極低温が低いことです。これは、メタンと比較して、より大きく断熱された、したがって重い燃料タンクが必要になることを意味しますが、メタンはより汚染物質です。[20]もう1つの欠点は、LH2/LOX駆動ロケットの貯蔵性が悪いことです。水素が絶えず沸騰するため、ロケットは打ち上げ直前に燃料を補給する必要があり、極低温エンジンは、短い打ち上げ準備が必要なICBMやその他のロケット用途には適していません。 [要出典]最初の段階では、研究中の高密度燃料ロケットは、車両サイズが小さく、空気抵抗が低いため、わずかな利点を示す可能性があります。[21]

LH2/LOXはスペースシャトルでも電気システムに電力を供給する燃料電池を動かすために使用されました。[22]燃料電池の副産物は水で、宇宙で飲料水やその他の水を必要とする用途に使用されます。

自動車

トヨタ・ミライ

2021年現在[アップデート]、一部の市場ではトヨタ・ミライとヒュンダイ・ネクソという2台の水素自動車が市販されている。[23]ホンダ・クラリティは2016年から2021年まで生産された。 [24] 水素燃焼自動車は市販されていない。[要出典]軽自動車分野では、2022年末までに燃料電池電気自動車が世界で7万200台販売されたのに対し、[25]プラグイン電気自動車は2600万台販売された。[26] 2023年には、米国で3143台の水素自動車が販売されたのに対し、バッテリー電気自動車は38万台販売された。[27]電気自動車とそれに関連するバッテリー技術およびインフラストラクチャの急速な台頭により、自動車における水素の役割の世界的な範囲は、以前の予想に比べて縮小している。[2] [28]水素燃料ニュースのジョン・マックスは、水素はクラシックカーを走らせるために直接、あるいは燃料の原料として使用される可能性があると考えている。[29] [30] [31]

水素燃料電池を搭載した最初の道路車両は、1966年にゼネラルモーターズが発売したシボレーエレクトロバンでした。 [32] 2002年12月2日にリースを開始したトヨタFCHVとホンダFCXは、世界初の政府認証を受けた商用水素燃料電池車となり、[ 16] [15] [33] 、2008年にリースを開始したホンダFCXクラリティは、既存モデルを改造するのではなく、量産向けに設計された世界初の水素燃料電池車でした。[34]ホンダは2008年に世界初の燃料電池車ディーラーネットワークを設立し、当時は水素燃料電池車を個人顧客にリースできる唯一の企業でした。[35] [36]

2013年型ヒュンダイ・ツーソンFCEVは、ツーソンを改造したもので、リース専用車として市場に導入され、[37] [38]ヒュンダイ自動車は、これが世界初の量産型水素燃料電池車であると主張した。[39] [40] [41]しかし、価格の高騰と充電インフラの不足により、販売台数は当初の計画を大きく下回り、2015年5月末までにわずか273台しか販売されなかった。[39] 2018年にツーソンの後継車となった ヒュンダイ・ネクソは、2018年にユーロNCAPで「最も安全なSUV」に選ばれたが、[42]ヒュンダイは2024年10月、欠陥のある「圧力緩和装置」による燃料漏れや火災の危険性を理由に、当時米国で販売されたネクソ車1,600台すべてをリコールした。[43]

ヒュンダイ・ネクソ

トヨタは2014年末に世界初の量産型燃料電池車（FCV）専用車であるミライを日本で発売し[4] [5] [6] 、 2015年後半にはカリフォルニア州、主にロサンゼルス地域で販売を開始し、またヨーロッパ、イギリス、ドイツ、デンマークの一部の市場でも販売を開始した[44] 。 [45]この車の航続距離は312マイル（502km）で、水素タンクの充填には約5分かかる。日本での初期販売価格は約700万円（69,000ドル）だった。[46]元欧州議会議長のパット・コックス氏は、トヨタは当初ミライ1台販売するごとに約10万ドルの損失を被ると見積もった。[47] 2019年末時点で、トヨタは1万台以上のミライを販売していたが[48] [8]、2024年（11月まで）のトヨタの世界販売台数は水素燃料電池車1,702台に落ち込む。[49]多くの自動車会社が限定台数のデモカーを導入した（燃料電池自動車一覧および水素内燃機関自動車一覧を参照）。[50] [51]

2013年にBMWはトヨタから水素技術をリースし、フォード・モーター・カンパニー、ダイムラーAG、日産の3社によるグループは水素技術開発で提携すると発表した。[52]トヨタは2015年に、水素燃料電池自動車と水素燃料電池充電ステーション技術に関する5,680件の特許すべてを、水素自動車市場を刺激するために競合他社に無償提供すると発表した。[53]しかし、2017年までにダイムラーは水素自動車の開発を断念し、[54]水素自動車を開発していたほとんどの自動車会社は電気自動車に重点を切り替えた。[55] 2020年までに、3社を除くすべての自動車会社が水素自動車の製造計画を断念した。[56]ホンダCR-V e:FCEVは、2024年にリースのみで、ごく限られた台数で発売された。[7]

カリフォルニア州の公共水素燃料ステーションの多くは水素を供給できない。[57] 2024年、ミライの所有者は、燃料電池電気自動車用の水素が供給されていないことを理由に、カリフォルニア州で集団訴訟を起こした。訴訟では、詐欺的な隠蔽や虚偽表示、カリフォルニア州の虚偽広告法違反、黙示の保証違反などが主張された。[58]

大型トラック

国際エネルギー機関（IEA）の2022年ネットゼロ排出シナリオでは、2050年には主に長距離重量貨物輸送用の大型トラックのエネルギー需要の約30％を水素が賄うと予測されている（バッテリー電力は約60％を占める）。[59]

ユナイテッド・パーセル・サービスは2017年に水素燃料の配送車両の試験を開始した。[60] 2020年にヒュンダイはXcient燃料電池トラックの商業生産を開始し、10台をスイスに出荷した。[61] [62] [63]

2022年、オーストラリアでは、サンメタルズのタウンズビル鉱山からクイーンズランド州タウンズビル港まで亜鉛を輸送し、世界中に出荷するために、水素燃料電池クラス8トラック5台が導入されました。 [64]

飛行機

水素燃料電池を搭載したボーイング燃料電池デモンストレーター
水素ラダー：中期的な水素の用途と利用のランキング。[65] [66]

一部の出版物では、水素は船舶[65]やジェット機[66]で利用される可能性があると予測している一方、バイオ燃料と電池の方が商業的に成功すると予測するものもあります[67] 。ボーイング、ランゲ・アビエーション、ドイツ航空宇宙センターなどの企業は、有人航空機および無人航空機の燃料として水素の利用を推進しています。2008年2月、ボーイングは水素燃料電池を搭載した小型航空機の有人飛行試験を実施しました。無人水素航空機の試験も実施されています[68] 。大型旅客機については、タイムズ紙は「ボーイングは、水素燃料電池が大型旅客機のエンジンに動力を供給する可能性は低いが、機内のバックアップまたは補助動力装置として使用できると述べた」と報じています[69] 。

2010年7月、ボーイング社は水素で動くように改造された2基のフォード製内燃エンジンを搭載した水素燃料のファントムアイ 無人航空機を発表した。 [70]

船舶

2019年現在[アップデート]、水素燃料電池は大型長距離船の推進には適していませんが、フェリーなどの小型、短距離、低速電気船の航続距離延長装置として検討されています。[71]アンモニア中の水素は長距離燃料として検討されています。[72]

バス

ポーランドのボレホヴォにある工場近くのソラリス ウルビーノ 12 バス

燃料電池バスは2017年にウルスス・ルブリン市で試験的に導入された。[73] Solaris Bus & Coachは2019年にUrbino 12水素電気バスを発表し、数十台が発注された。 [74]米国で最初に水素燃料バスを導入した都市はイリノイ州シャンペーン市で、2021年にシャンペーン・アーバナ都市交通局がニューフライヤーXHE60連節水素燃料電池バス2台を発注し、2024年にさらにニューフライヤーXHE40バス10台を追加発注した。[75]

2022年、フランスのモンペリエ市は、水素燃料電池バス51台の調達契約をキャンセルした。これは、「水素（バス）の運行コストは電気代より6倍高い」ことが判明したためである。[76] 2025年までに、ヨーロッパのほとんどの水素バス計画はキャンセルされるか、燃料電池バスの購入は中止された。[77]

フォークリフト

水素内燃機関（ HICE）フォークリフトまたはHICEリフトトラックは、水素燃料を内燃機関で駆動する産業用フォークリフトで、資材の持ち上げや運搬に使用されます。リンデX39ディーゼルをベースとした最初の量産型HICEフォークリフトは、2008年5月27日にハノーバーで開催された展示会で発表されました。このフォークリフトは、2.0リッター、43kW（58馬力）のディーゼル内燃機関を改造し、コンプレッサーと直噴システムを用いて水素を燃料として使用できる構造となっています。[78] [79]

2013年には、米国で4,000台以上の燃料電池フォークリフトが資材搬送に使用されていました。 [80] 2024年現在、世界中で約5万台の水素フォークリフトが稼働しており（その大部分は米国にあります）、2021年には120万台のバッテリー式電動フォークリフトが購入されました。[81]

欧米の企業の多くは、排出ガス規制が必要な屋内で稼働するガソリン式フォークリフトを使用せず、代わりに電動フォークリフトを使用しています。[82] [83]燃料電池式フォークリフトは3分で燃料補給が可能です。低温でも性能が低下しないため、冷蔵倉庫でも使用できます。燃料電池ユニットは、多くの場合、代替品として設計されています。[84] [85]

路面電車と電車

インド初の水素列車。水素貯蔵モジュール、バッテリー スタック、燃料電池を備えています。

国際エネルギー機関（IEA ）の2022年ネットゼロエミッションシナリオでは、2050年には鉄道エネルギー需要の2%を水素が占めると予測されており、鉄道輸送の90%が電化されると予想されています（現在の45%から増加）。鉄道における水素の役割は、電化が困難またはコストがかさむ路線に重点的に活用される可能性が高いでしょう。[86]

2015年3月、中国南鉄公司（CSR）は青島の組立工場で水素燃料電池で動く路面電車の走行を披露した。[87]この新型車両用の線路は中国の7都市で建設された。[88]

2018年、ドイツ北部では燃料電池を搭載したCoradia iLint列車が初めて運行を開始し、余剰電力はリチウムイオン電池に蓄えられます。[89]

2025年までに、フランスとスウェーデンでも水素燃料列車が導入される予定である。インドでは、1200馬力、2600人の乗客を運ぶことができる最強の水素列車が最終負荷試験中である。この列車はハリヤーナ州のソニパトとジンド間を運行する予定である。[90]

自転車とスタンドアップスクーター

PHB水素自転車

2007年、中国上海のパール水素動力源技術有限公司がPHB水素自転車を実演した。[91] [92] 2014年、オーストラリアのニューサウスウェールズ大学の科学者がHy-Cycleモデルを発表した。[93]同年、キャニオン・バイシクルズはエコスピードコンセプトバイクの開発を開始した。[94]

2017年、フランスのプラグマ・インダストリーズは、水素ボンベ1本で100km走行可能な自転車を開発した。[95] 2019年、プラグマは「アルファバイク」という製品が改良され、電動アシスト付きで150km走行可能となり、最初の200台がフランスのビアリッツで開催される第45回G7サミットを取材するジャーナリストに提供されると発表した。[96]

2020年、アレス・オーバー・ウォーターストフ[97]は、水素を燃料とする2輪スタンドアップスクーターを開発した。このスタンドアップスクーターは、15グラムの水素で20キロメートル以上の走行が可能で、交換可能な1リットル200バールの水素ボンベを使用している。同社は2021年に、3リットル300バールの再充填可能な固定式水素ボンベを使用する水素燃料カーゴバイクを開発した。HydroCargoバイクは、80グラムの水素で最大100キロメートルの走行が可能である。[98]

TreeHuggerのロイド・アルター氏はこの発表に対し、「なぜわざわざ電気を使って水素を作り、それを再び電気に戻してバッテリーを充電し、電動自転車を動かすのか、あるいは1日に35台しか扱えない高価なガソリンスタンドを必要とする燃料を選ぶのか。バッテリー駆動の自転車ならどこでも充電できるのに。もしあなたが自家用車運行会社なら、なぜバッテリーを交換するだけで航続距離を伸ばし、回転率を早くすればいいのに」と疑問を呈した。[99]

軍用車両

ゼネラルモーターズの軍事部門であるGMディフェンスは、水素燃料電池自動車に注力しています。[100]同社のSURUS（サイレント・ユーティリティ・ローバー・ユニバーサル・スーパーストラクチャー）は、自律走行機能を備えた柔軟な燃料電池電気プラットフォームです。2017年4月以来、米陸軍は米軍基地において、水素燃料自動車の軍事任務における戦術環境における実現可能性を検証するため、商用車シボレー・コロラドZH2の試験運用を行っています。[101]

オートバイとスクーター

ENVは、 CrosscageやBiplaneなど、水素燃料電池を搭載した電動バイクを開発しています。Vectrixなどの他のメーカーも水素スクーターの開発に取り組んでいます。 [102]また、スズキの燃料電池スクーター「バーグマン」[103]や「FHybrid」[104]など、水素燃料電池と電気を組み合わせたハイブリッドスクーターも開発されています。バーグマンはEUで「車両全体型式」の認証を取得しました。[105]台湾のAPFCT社は、台湾エネルギー局のために80台の燃料電池スクーターを用いた実走行試験を実施しました。[106]

オートリキシャ

水素自動車リキシャのコンセプトカーは、マヒンドラ・ハイアルファとバジャジ・オートによって製造されている。[107] [108]

クワッドとトラクター

Autostudi Srl製のH-Dueは、1～3人の乗客を輸送できる水素燃料のクワッドバイクです。[109]水素燃料トラクターのコンセプトも提案されています。[110] [111]

自動車レース

2007年8月、ボンネビル・ソルトフラッツで、大型の圧縮酸素タンクを使用して出力を増大させたフォード・フュージョン・ハイドロジェン999燃料電池レースカーのプロトタイプが、時速207.297マイル（333.612 km/h）の記録を樹立した。[112]水素燃料自動車の陸上速度記録である時速286.476マイル（461.038 km/h）は、オハイオ州立大学のバックアイ・バレット2が2008年8月にボンネビル・ソルトフラッツで「フライングマイル」速度280.007マイル（450.628 km/h）を達成したことで樹立された。

2007年、水素燃料電池自動車のレース組織として、水素電気レース連盟が設立されました。同団体は、500マイルレース「Hydrogen 500」をスポンサーしました。[113]

内燃機関車

水素内燃機関車は水素燃料電池車とは異なります。水素内燃機関車は、従来のガソリン内燃機関車をわずかに改良したものです。これらの水素エンジンは、ガソリンエンジンと同じように燃料を燃焼しますが、主な違いは排気ガスです。ガソリンの燃焼では、主に二酸化炭素と水が排出されますが、微量の一酸化炭素、NOx、粒子状物質、未燃焼炭化水素も排出されます[114]。一方、水素燃焼では、主な排気ガスは水蒸気です。

1807年、フランソワ・イザック・ド・リヴァスは最初の水素燃料内燃機関を設計しました。[115] 1965年、当時高校生だったロジャー・E・ビリングスはモデルAを水素で動くように改造しました。[116] 1970年、ポール・ディーゲスはガソリンエンジンを水素で動かすことができる内燃機関の改造の特許を取得しました。[117]

マツダは水素を燃料とするヴァンケルエンジンを開発し、マツダRX-8ハイドロジェンREに搭載しています。ヴァンケルエンジンやピストンエンジンなどの内燃機関を使用する利点は、生産のための設備変更コストが低いことです。[118]

燃料電池

燃料電池のコスト

水素燃料電池は、設計上、触媒としてプラチナなどの希少物質が必要となるため、製造コストが比較的高い。[119] 2014年、元欧州議会議長のパット・コックスは、トヨタがMIRAIを1台販売するごとに当初約10万ドルの損失を被ると推定した。[47] 2020年、コペンハーゲン大学化学部の研究者たちは、燃料電池のコスト削減につながると期待される新しいタイプの触媒を開発している。[120]この新しい触媒は、プラチナナノ粒子がカーボンでコーティングされていないため、プラチナの使用量が大幅に削減される。従来の水素燃料電池では、カーボンはナノ粒子を固定する役割を果たすものの、触媒を不安定にし、徐々に変性させてしまうため、さらに多くのプラチナが必要となる。この新技術では、ナノ粒子の代わりに耐久性のあるナノワイヤを使用している。「研究者たちの次のステップは、この技術を水素自動車に実装できるように、成果を拡大することです。」[121]

凍結条件

初期の燃料電池設計における低温域での航続距離とコールドスタート能力に関する問題は、「もはや致命的な問題とは見なされない」までに解決された。[122] 2014年のユーザーによると、燃料電池車は氷点下でも航続距離を大幅に低下させることなく動作し続けている。[123]中性子ラジオグラフィーを用いた非補助コールドスタートに関する研究では、カソードにおける氷の形成、[124]コールドスタートの3段階[125]およびナフィオンのイオン伝導性が示唆されている。[126]コールドスタート能力を測定するためのパラメータとして、電荷クーロンが定義された。[127]

耐用年数

燃料電池の耐用年数は他の車両とほぼ同等である。[128] [説明が必要] 高分子電解質膜（PEM）燃料電池の耐用年数は、サイクル条件下で7,300時間である。[129]

水素

水素は、化石燃料やヘリウムのように、都合の良い貯留層や鉱床には存在しません。[130]水素は天然ガスやバイオマスなどの原料から生産されるか、水から電気分解されます。[131]水素自動車の大規模導入による利点として、温室効果ガスやオゾン層前駆物質の排出量削減につながる可能性が示唆されています。[132]しかし、2014年時点で、水素の95%はメタンから作られています。再生可能な原料を用いて熱化学的または熱分解的に製造することも可能ですが、これは非常に高価なプロセスです。[9]

しかし、再生可能電力は水を水素に変換する動力源として利用することができます。水の電気分解を利用した統合型風力水素（電力ガス）プラントは、従来のエネルギー源と競合できるほど低コストかつ十分な量を提供する技術を模索しています。[133]自動車における水素の利用における課題は、車両内での水素貯蔵です。2023年9月現在、カリフォルニア州の公共燃料ステーションにおける水素の価格は1キログラムあたり36ドルで、これはミライの場合、テスラ モデル3の1マイルあたりの価格の14倍に相当します。[134]

生産

水素自動車の搭載燃料として必要な分子状水素は、天然ガス、石炭（石炭ガス化と呼ばれるプロセス）、液化石油ガス、バイオマス（バイオマスガス化）、熱分解と呼ばれるプロセス、またはバイオ水素もしくは生物学的水素製造と呼ばれる微生物廃棄物など、多くの熱化学的方法によって得ることができます。水素の95％は天然ガスを使用して製造されています。[135]水素は、65～70％の作業効率で水の電気分解によって生成できます。 [136]水素は、化学水素化物またはアルミニウムを使用した化学還元によって生成できます。[137]現在の水素製造技術では、水素燃料の高位発熱量の25～50％に及ぶさまざまな形のエネルギーが、水素の製造、圧縮または液化、およびパイプラインまたはトラックによる輸送に使用されています。[138]

化石エネルギー源から水素を製造することによる環境への影響には、温室効果ガスの排出が含まれますが、これはメタノールを車内で改質して水素を製造する場合にも同様の結果がもたらされます。[139]再生可能エネルギー源を用いた水素製造ではそのような排出は発生しませんが、輸送ニーズの大部分を賄う水素製造に使用するためには、再生可能エネルギー生産の規模を拡大する必要があります。[140]一部の国では、再生可能エネルギー源がエネルギーと水素の生産に広く利用されています。例えば、アイスランドは地熱発電を利用して水素を製造しており、[141]デンマークは風力発電を利用しています。[142]

ストレージ

圧縮水素貯蔵マーク

350バール（5,000psi）および700バール（10,000psi）の水素タンク内の圧縮水素は、タイプIV炭素複合技術に基づく車両の水素タンクシステムに使用されます。[143]

水素は、ガソリンや他の自動車燃料と比較して、常温での体積エネルギー密度が非常に低い。 [144]水素は、過冷却液体または高圧縮ガスとして車両に貯蔵する必要があり、その際には追加のエネルギーが必要となる。[145] 2018年、オーストラリア連邦科学産業研究機構（CSIRO）の研究者らは、膜技術を用いてアンモニアから分離した水素をトヨタ・ミライとヒュンダイ・ネクソに供給した。アンモニアは純粋な水素よりもタンカーで安全に輸送しやすい。[146]

インフラストラクチャー

水素自動車への燃料補給。車両はヒュンダイ・ ネクソ。水素ガスの膨張によりハンドル周辺に結露が発生し、ハンドルが凍結しました。

輸送エンドユーザーへの水素燃料供給を可能にするには、幅広い投資が必要であり、国際エネルギー機関（IEA）によると、「新たな港湾インフラ、緩衝貯蔵施設、パイプライン、船舶、燃料補給ステーション、そして水素をより輸送しやすい商品（そして場合によっては水素に戻すこと）に変換するプラントの建設と運用」が含まれる。[147]特に、IEAは、産業拠点など長距離トラック輸送に適した場所に燃料補給ステーションが必要になると指摘し、水素の貯蔵・供給のための空港インフラへの投資の必要性を指摘している。IEAは、海運における水素のインフラ要件はより困難であるとし、「燃料供給業者、港湾、造船業者、荷送業者間の大規模な投資と協調的な取り組みの必要性」に注目している。[148]

2024年現在[アップデート]、米国には公的にアクセス可能な水素燃料補給ステーションが53か所あり、そのうち52か所はカリフォルニア州に位置している（電気充電ステーションは6万5000か所）。[149] [150] 2017年までに、日本には91か所の水素燃料補給ステーションがあった。[151] 2024年、ミライの所有者は、燃料電池電気自動車用の水素が入手できないことを理由に、カリフォルニア州で集団訴訟を起こし、詐欺的な隠蔽と不実表示、カリフォルニア州の虚偽広告法違反、黙示の保証違反などを主張した。[58]

規格と基準

水素に関する規格や基準、そして水素の安全性や貯蔵に関する規格や技術基準は、水素技術の導入における制度的な障壁となってきました。消費者製品における水素の商業化を可能にするためには、連邦政府、州政府、地方自治体が新たな規格や基準を策定し、採択する必要があります。[152]

公式サポート

米国の取り組み

燃料電池バスがサポートされています。[153]

ニューヨーク州エネルギー研究開発局（NYSERDA）は、水素燃料電池電気トラックとバスに対するインセンティブを創設しました。[154]

水素自動車への批判

批評家は、少なくとも今後数十年間は自動車に水素を大規模に使用することは難しいと主張している[155] [156]。また、水素自動車は、自動車における化石燃料の使用を削減するためのより容易に利用可能な解決策から注意を逸らす危険なものであるとも主張している[157] [158]。

元米国エネルギー省高官のジョセフ・ロム氏は、「水素自動車は温室効果ガスを削減する方法として、最も効率が悪く、最も高価なものの一つだ」と述べている。[159]彼は、水素燃料補給ステーションの全国ネットワークを構築するには、法外な費用がかかると主張している。[160] [161] 『Energy Victory 』の著者であるロバート・ズブリン氏は、「水素は『考え得る中で最悪の自動車燃料』だ」と述べている。[162] 2024年時点でも、水素の95%以上は依然として水蒸気メタン改質法で生産されている（約95%がグレー水素、残りの大部分がブルー水素、わずか約1%がグリーン水素）[163]。これは、1マイルあたりの二酸化炭素排出量が現在のガソリン車と少なくとも同程度だが、たとえ再生可能エネルギーでより多くの水素を生産できたとしても、「このエネルギーを電気自動車やプラグインハイブリッド車のバッテリー充電に使う方が間違いなく簡単だろう」と述べている。[162]水素自動車は、その寿命を通じてガソリン自動車よりも多くの炭素を排出する。[164] [13]ワシントン・ポスト紙は2009年に、「アメリカ全土のコンセントから電気エネルギーが吸い出され、自動車のバッテリーに蓄えられるのを待っているのに、なぜ水素という形でエネルギーを貯蔵し、その水素を使ってモーターの電力を生産しようとするのか？」と疑問を呈した。[135] [165]

フォルクスワーゲンのルドルフ・クレブス氏は2013年に、「水素モビリティはグリーンエネルギーを利用する場合にのみ意味を成す」と述べたが、まず水素を「効率の低い」水素に変換する必要があり、「初期エネルギーの約40%を失う」。その後、水素を圧縮し、高圧下でタンクに貯蔵する必要があるが、これもまたエネルギー消費量の増加につながる。「そして、燃料電池で水素を再び電気に変換する必要があるが、これもまた効率を低下させる」。クレブス氏はさらに、「最終的には、元の100%の電気エネルギーから、30～40%しか残らない」と述べた。[166]スタンフォード大学とミュンヘン工科大学の科学者による2016年のEnergy誌に掲載された研究では、たとえ水素を現地で生産することを前提としても、「二酸化炭素排出量を削減するには、電気自動車への投資の方が経済的な選択肢である」と結論付けている。[167]

2017年にGreen Car Reportsに掲載された分析では、最高級の水素燃料電池車は「電気自動車に比べて1マイルあたり3倍以上の電力を消費し、他のパワートレイン技術よりも温室効果ガスの排出量が多く、燃料費が非常に高い」と結論付けられています。新しいインフラに必要なあらゆる障害と要件（推定4000億ドルの費用がかかる）を考慮すると、燃料電池車はせいぜいニッチな技術であり、米国の石油消費にはほとんど影響を与えない可能性が高いと考えられます。[151]米国エネルギー省も、送電網の電気分解によって生成される燃料についてはこれに同意していますが、他のほとんどの発電経路については同意していません。[168] Real Engineeringによる2019年のビデオでは、FCVを1キロメートル移動させるのに必要な水素のコストは、同じ距離をBEVを移動させるのに必要な電力の約8倍であると結論付けられています。[169]

2020年以降の評価では、水素自動車の効率は依然として38%に過ぎないのに対し、バッテリーEVの効率は80%から95%に達していると結論付けられています。[170] [171] CleanTechnicaによる2021年の評価では、生産されている水素の大部分は依然として汚染物質を排出するグレー水素であり、水素を供給するには大規模で高価な新たなインフラの構築が必要になる一方で、燃料電池自動車の残りの2つの「利点、すなわち航続距離の延長と燃料補給時間の短縮は、バッテリーと充電技術の進歩によって急速に失われつつある」ことが明らかになりました。 [56] Nature Electronics誌の2022年の研究もこれに同意しています。[172] Recharge News誌に掲載された2022年の別の記事では、船舶は水素よりもアンモニアやメタノールで駆動される可能性が高いと述べられています。[173]また2022年には、ドイツのフラウンホーファー研究所が、水素が道路輸送において主要な役割を果たす可能性は低いと結論付けました。[28]

国際気候環境研究センター（CICERO）による2023年の研究では、漏洩した水素は二酸化炭素よりも11.6倍強い地球温暖化効果を持つと推定されています。[14]

安全と供給

水素燃料は、水素の発火エネルギーが低い（自己発火温度も参照）一方で燃焼エネルギーが高いこと、そして分子サイズが小さいためタンクから容易に漏れやすいことから危険である。[174] 2024年、ヒュンダイは「圧力逃し装置」の欠陥による燃料漏れと火災の危険性を理由に、当時米国で販売されていたNEXO車1,600台すべてをリコールした。[43] 水素脆化は、貯蔵タンクの材質だけでなく、慢性的な漏れがある場合はタンク周辺の車両部品にも懸念される。水素は無臭であるため、専用の検知器がなければ漏れを容易に検知できない。[175]

水素ステーションでの爆発事故が報告されている。[176]水素ステーションは通常、水素供給業者からトラックで水素を供給されている。水素供給施設の停止は、複数の水素ステーションの停止につながる可能性がある。[177]

他の代替燃料車との比較

水素自動車は、現代の化石燃料 内燃機関（ICE）自動車インフラに代わる様々な代替案と競合している。[119]

天然ガス

ICE-based compressed natural gas (CNG), HCNG, LPG or LNG vehicles, collectively called natural gas vehicles (NGVs), use methane harvested from natural gas or Biogas as a fuel source. Methane has a higher energy density than hydrogen, and NGVs from Biogas are nearly carbon neutral.[178] Unlike hydrogen vehicles, CNG vehicle technology has been available for many decades, and there is sufficient infrastructure in existing filling stations to provide both commercial and home refueling. Worldwide, there were 14.8 million natural gas vehicles by the end of 2011, mostly in the form of bi-fuel vehicles.[179] The other use for natural gas is in steam reforming which is the common way to produce hydrogen gas for use in electric cars with fuel cells.[8]

Methane is also an alternative rocket fuel.[180]

プラグイン電気

プラグインハイブリッド

プラグインハイブリッド電気自動車（PHEV）は、従来のハイブリッド車のように内燃機関のみで発電機を駆動し、電動モーターとバッテリーパックに電力を供給するのではなく、電力網に接続して車載バッテリーパックを充電できるハイブリッド電気自動車です。PHEVコンセプトは、 EVモードでの走行を増やすことで車両の燃費を向上させると同時に、内燃機関（通常はターボガソリンエンジン）を補助動力源またはレンジエクステンダーとして利用することで航続距離の不安を軽減します。

バッテリー電気

In the light road vehicle segment, by 2023, 26 million battery electric vehicles had been sold worldwide,[26] and there were 65,730 public charging stations in North America, in addition to the availability of home and workplace charging via AC power plugs and sockets.[181] Long distance electric trucks require more megawatt charging infrastructure.[182]

航空バイオ燃料

Hannah Ritchie has argued that there may not be enough land to produce enough aviation biofuel.[183]

参照

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ウィキメディア コモンズには、水素自動車に関連するメディアがあります。
  • カリフォルニア燃料電池パートナーシップのホームページ
  • Fuel Cell Today - 燃料電池業界に関する市場ベースの情報
  • 米国エネルギー省の水素ページ
  • サンディア社 – 水素内燃機関の説明
  • 世界初の水素燃料車の内部 BBCニュース、2010年9月14日
  • トヨタエコパーク水素実証実験 ARENAWIRE、2019年3月22日
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