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燃料電池

燃料電池とは機能を考えると、電池といううよりも「発電機」と表現した方がよいかもしれません。
それに、乾電池や充電池などのように電気をためておくものではなく、水素などを燃料として使い、一般的な電池と同じような電気化学反応を利用して発電します。

電気分解に使われる電気エネルギーは、水素分子と酸素分子の内部エネルギーとして蓄えられ、この水素を燃やして酸素と結びつけると、発熱して水になります。 水素と酸素の化学反応によって、蓄えられた内部エネルギーが熱エネルギーとして放出されるのです。 このように燃やせば熱として放出されてしまうエネルギーを、電気化学反応によって電気エネルギーとして取り出すのが、燃料電池です。

燃料としては、水素のほか、メタンガスやメタノール、ガソリンなどが使われることもありますが、水素以外の燃料を使う場合も、電気エネルギーを取り出す電気化学反応では水素を分離させて利用します。

いま燃料電池は、地球温暖化対策に役立つエネルギー供給システムとして注目されています。

2007年の調査では家庭部門の温室効果ガスの排出量は、京都議定書の第一約束期間(2008〜2012年)の基準年である1990年に比べて、4割以上も増えてしまっています。ですから家庭向けの燃料電池には、対策が急務な、CO2排出量削減が期待されて、今年度(2009年)から経済産業省による家庭向け燃料電池の導入補助金制度も始まりました。

また、燃料電池は、発電する際の電気化学反応によって熱も発生し、この熱を利用することで、トータルのエネルギー利用効率が高まり、エネルギーを利用することによるCO2排出量を抑えられます。

家庭用コージェネレーション・システムでは、発生した熱を利用して、給湯や床暖房などに使うお湯をつくります。

発電におけるエネルギー変換効率だけを考えても、燃料の持つ化学エネルギーを直接、電気エネルギーに変換するので、理論的には80〜90%もの高いエネルギー変換効率が期待でき、火力発電などよりも原理的に優れています。

一方、火力発電では、燃料の持つ化学エネルギーを、燃焼によって熱エネルギーに変換し、この熱を利用して蒸気を発生させ、蒸気タービンを回転させて機械エネルギーに変換し、さらに発電機で電気エネルギーに変換します。これだけの段階を踏むことで、トータルの変換効率は低下してしまいます。

また、従来の大規模発電所の場合、一般に、家庭などの需要地まで送電する際に数%程度の損失がありのに対し、燃料電池の場合は送電による損失はゼロです。

燃料電池は、このように優れたエネルギー利用効率によってCO2排出量を削減して地球温暖化を防ぐだけではなく光熱費を削減して、家計も助ける役割もします。

現在は初期費用の高さに課題が残っていますが、今年度からの導入補助金や、製造メーカーによるコストダウンの努力、市場拡大による価格低下などによって、初期費用も徐々にリーズナブルになるよう期待したいです。

  

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