水素燃料の利点

ドローン、空飛ぶ車

皆さんこんにちは!

このブログでは、水素燃料(電池)を何回か取り上げてきました。

今日は、水素が本当に燃料として効率が良いのか?化石化燃料や電力(バッテリー)の代

わりになるのかを見ていきましょう。

APUS(アプス)の水素動力航空機

アプスは十分な資金を得る

2014年6月に創立したドイツのAPUS・AERO(アプスエアロ:以下アプス)

アプスグループであるソフトウェア起業家の ロルフ・ユルゲン・モール から

4,000 万ユーロ (4,300 万ドル) を調達したと述べました。

水素動力航空機

ベルリン近くのシュトラウスベルク空港に拠点を置く アプス は、i-2 と呼ばれる 4 人

乗りの航空機と、14 人乗りの通勤モデルであるより大型の i-5 を開発しています。

どちらもガス状水素を燃焼する燃料電池ベースのパワートレイン用にアプス 独自の設計

を特徴とし、それぞれ 140 万ユーロと 380 万ユーロの価格が予想されます。

i-2設計の最初のプロトタイプが2023年末までに地上試験を開始できるようになる予定です。

ハイブリッド構成は、燃料電池とバッテリーの組み合わせを特徴とし、後者は離陸時に追加

の電力を提供します。i-2 には 1 組の電動モーターがナセルに搭載され、大型の i-5 モデル

には 4 つの 150 kW モーターが搭載されます。安全のために、パワートレインの一部に障害

が発生した場合、モーター、燃料電池、40 kW バッテリー、および関連するすべてのコンポ

ーネントとシステムの各セットは、独立して動作することができます。 

両方の航空機の設計は、翼に組み込まれたガス状水素用の統合燃料タンクを特徴としており、

これらは本質的にスパーとして機能し、その過程で機体全体の重量を削減します。アプス が

商標 Tubestruct で特許を取得したこの設計は、  3,000 Wh/kg という驚異的なエネルギー

密度をサポートすることが期待されています。燃料電池は航空機の機首に取り付けられます。

アプス    i-2

i-2 は、化石燃料に依存する航空機の環境への影響なしに、便利な輸送オプションを求める個

人や企業を引き付けることを期待しています。航続距離は約 500 nm で、巡航速度は 160

ノットで、Cirrus SR20 ピストン シングルなどの航続距離が 700 nm 以上の航空機と競合

できるとしています。

アプス  i-5

i-5「Hydrogen」は、150 kW の電気エンジンを 4 基搭載しています。これらは燃料電池で

連続的に駆動され、高出力バッテリーでブーストされて合計 600 kW を供給します。

ゼロエミッションレベルの飛行のための2 x 100 kW水素燃料電池を使用しています。

アプス i-5「キャリア」

早期市場参入を達成するために、「ハイブリッド」パワーバージョンには、2 つの SAF

エンジンと 2 つの追加の電気エンジンが装備されます。この燃焼ハイブリッド パワート

レインは、大気中に化石 CO2 を放出せず、最高の出力密度と最高のエネルギー密度とい

う従来の燃焼エンジンのすべての利点を保持する合理的なブリッジ技術です。

ディーゼル燃焼技術に基づくエンジンは、可能な限り最高の効率で作動できるように、可

能な限り小型に設計されています。それらは内側のナセルの位置に取り付けられています。

電動モーターが外側のナセル位置に取り付けられ、合計出力が 1,000 hp まで快適な離陸

性能に増加します。巡航中、これらは非常に少ない抗力でフェザリングされます。

アプス  i-5 「マルチミッション」

アプス i-5 マルチミッションは、長年のパートナーであるロールスロイスと共同開発した

i-5 ファミリーの最初のバリエーションです。主な目的は、研究目的のデモンストレーター

として使用することです。ロールス・ロイスは、電動およびハイブリッド電動ドライブを

開発するために、最初の拡張バリアントで航空機を使用しています。

同時に、航空機は偵察機としても使用できるように設計されています。積載量が多いため、

重量のある長距離レーダー システムや IO / IR センサーも輸送できます。翼幅が大きいため

航空機は可能な限り低いエネルギー消費で高高度を飛行できるため、長時間の飛行が可能に

なります。

i-5 は、旅客および貨物サービスの両方を含む役割を意図しており、さまざまなマルチミッシ

ョン アプリケーション用に構成することもできます。翼の両側に 2 つのモーターを搭載した

特徴的なツインブーム デザインは、1,770 kg (3,894 ポンド) のペイロード、800 nm の

航続距離、および 160 ノットの巡航速度を実現すると予想されます。

水素燃料の利点

アプスが液体燃料よりも気体水素を選択した要因の 1 つは、前者は移動式タンクでより容易

に配送できるため、短中期的には空港や飛行場で利用できるようになると同社が見ているこ

とです。現在の水素ガス価格が 1 キロあたり約 5 ユーロであることを踏まえると、同社は

i-5 の座席マイルのコストをわずか 0.13 ユーロ、貨物のトンマイルのコストを 0.99 ユー

ロと予測しています。

運用コストのもう1つの予想される節約は、燃料電池のオーバーホール間の平均時間が長い

とに基づいており、アプスの販売および事業開発マネージャーは、メンテナンスコストが大

幅に削減されると述べています. 同社は、全体の運用コストは、セスナ 208B グランド キャ

ラバン ターボプロップ単機よりも 40% 少なくなると見積もっています。i-2 の運用コスト

は、約 20% 低くなります。

まだ未定であり、最初の水素航空機のサービス参入のタイムラインにおける重要な未知の要

因は、航空規制当局が新しい推進技術を認証するための基礎となります。アプス によると、

EASA で型式証明申請プロセスを正式に開始した唯一の水素パイオニアであり、申請は欧州

航空安全機関に提出されています。i-5モデルについては、ドイツのLBA規制当局に型式証明

申請を行っています。

ドイツ政府と欧州連合からも資金提供を受けているアプスは、すでに EASA から設計と製造

組織の両方の承認を取得しています。同社は、エンジニアリングの下請け業者として他の航

空機メーカーをサポートする仕事や、飛行サービスのサポートからの既存の収益源を持って

います。

水素は本当に効果的なのか?

ワシントン大学の航空宇宙部門での演説のタイトルでした。スピーカーは ボーイング社

の元 CEO、フィル・コンディット氏です。

コンディット氏は、1992 年にボーイングの社長、1996 年に最高経営責任者に任命され

ました。ボーイングでの生涯のキャリアの後、2004 年に退職し、747、757、757、767

および 777 プログラムで指導的役割を果たしました。

何ができる

コンディット氏は、今日の人気メディアには「水素に関する情報が山ほどある」と述べてい

ます。ロールス・ロイスは最近、水素でエンジンを動かしました。エアバスは、水素燃料飛

行機の開発に注力しています。

一見すると、大衆紙の最初の段落で何かを読むと、『これは完璧な燃料です。燃焼のための

唯一の生成物は水と熱です。それよりも良いものは何ですか?」コンディット氏は尋ねました。

水素は燃料ではありません。それはエネルギーキャリアです」と彼は言いました。「見た

目は電池のようです。それを生み出すにはエネルギーが必要で、それからエネルギーを取り

戻すことができます。問題は、水素の支持者である誰もがグリーン水素の使用を望んでいる

ことです。」水素には、灰色の色があります。

灰色の水素はメタンから生成され、二酸化炭素の副産物があります。これは環境によくあり

ません。

青い水素はメタンから生成されますが、CO2 は回収されます。これは良いです。緑の水素

は、電気分解によって生成されます。誰もが言うことは、持続可能な電力を使用してグリー

ン(緑)水素を生成したいということです。

水素の生産 vs 効率

しかし、コンディット氏によると、持続可能な電力を使用して電気自動車のバッテリーを

充電すると、前後の効率は約 85% になります。水素を生成し、電気自動車を駆動する燃

料電池のタンクに入れると、効率は約 35% になります。「水素を作ることは、特に効率

的なプロセスではありません。

さらに、世界の電力の約 17% が持続可能な資源から生成されています。「それを使用し

て非効率的に水素を生成したいですか、それとも持続可能な電力を効率的に生成するため

に使用したいですか? 私の考えでは、環境や効率の観点から見た最良の答えは、紙の上

では非常にきれいに見えますが、水素は答えではないということです」とコンディット氏

は言いました。

バッテリーと環境

水素じゃないなら電池は?コンディット氏もこれに懐疑的です。

「電池は水素よりも効率的です。ただし、重いです。」今日のバッテリーは、ジェット燃料

の 45 分の 1 の重量対出力です。「バッテリーを 747 に搭載して 747 キャリアの燃料を

補充した場合、約 20 分間の持続飛行が可能です。ほとんどの電気飛行機を見ると、最高の

ものは約30分または45分です。」

コンディット氏はまた、ジェット A 燃料を使用すると重量が減少することにも言及しました。

バッテリーのエネルギーを消費するため、重量は減りません。

これは、ジェット A 燃料に代わる最良の代替手段として、持続可能な航空燃料への取り組み

をもたらします。しかし、これにも問題があります。最良の SAF は、その作成方法によって

異なります。

「それは生産可能であり、正味の炭素ゼロ、または潜在的にわずかな正味の炭素マイナスでさ

えある方法で、缶に重点が置かれています。しかし、それは簡単なプロセスではありません」

とコンディット氏は言いました。「なぜなら、それは高価だからです。」

具体的には藻類と海水からSAFを作ることで、正味マイナス炭素の生産が可能になります。

他の材料、特に食用作物を置き換えることは、いくつかのリスクがあります。

(ボーイング には カスケードCascade と呼ばれる新しいソフトウェア プログラムがあり、

純利益分析に到達するためのオプションを生成するための良い要素と悪い要素の設定を行

うことができます。)

しかし、コンディット氏が長期的な可能性を秘めていると考える 3 つのオプションのうち、

SAF は唯一のオプションだと考えています。

まとめ

今回は、世界の流れが水素燃料に傾いている中での、2つの記事を紹介しました。

確かに,水素を生成するには色んな課程を経て、生成にまで至ります。またその設備や

技術もまだ開発段階です。次回は、この水素の生成方法や問題点について考えて

行きましょう。

 

それでは今日はこの辺で・・・

またお会いできる日を楽しみにしています。

 

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