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» 2015年04月30日 13時00分 UPDATE

自然エネルギー:太陽光エネルギーを水素で貯蔵、変換効率15.3%を達成 (1/3)

理研は、太陽光エネルギーから水の電気分解により水素を製造し貯蔵するシステムを開発。シンプルな構造で安価なシステムを実現し、エネルギー変換効率15.3%を達成したという。

[三島一孝,スマートジャパン]

 今回新たに高効率な水素の製造・貯蔵システムを開発したのは、理化学研究所(理研)の社会知創成事業イノベーション推進センター 中村特別研究室 特別招聘研究員の中村振一郎氏と客員研究員(東京大学特任教授) 藤井克司氏らによる研究チーム。

 自然エネルギーを活用した発電は普及が広がっており、発電能力は年々増加しているが、天候などによる発電量変動が大きく、既存の送配電インフラへの負担が大きいため、必要な時に必要な量のエネルギーを供給可能とするエネルギーの貯蔵方法に対する技術開発の要望が高まっている。電力を蓄積する方法としては蓄電池があるが、蓄電容量に対するコストが高いという課題を抱えている。このため「Power to Gas」(関連記事)として、「水素」をエネルギー貯蔵源とする考え方が広がり、これを実現するためのさまざまな技術が登場している。

 理研の研究チームでは、太陽電池で発電した電力を利用し、水の電気分解により水素を得て、それを貯蔵するシステムの開発に取り組んだ。同チームでは水素でエネルギーを貯蔵する利点として以下の3点を挙げている。

  1. 気体であるため軽く、大量に貯蔵できる
  2. 長期間保存しても電池のようにエネルギーが減ることがない
  3. 使用時に排出されるのが水だけというクリーンなエネルギー
photo 図1:理研の研究チームが取り組んだ自立型エネルギーシステムのイメージ ※出典:理研

高効率の太陽電池システムを開発

 太陽電池については発電効率を上げるために、「フレネルレンズ(のこぎり状の断面構造を持つレンズ。材料を減らし軽量・薄膜化することが可能)」で集光する「タンデム型太陽電池(積層型太陽電池、構造は複雑になるが光を効率的に利用可能)」を開発。これを直列で接続することで水の電気分解が可能な電圧まで高めた。さらに、さまざまなエネルギーロスの少ない接続方法を検討した結果、エネルギー変換効率(水素が生み出すエネルギー量/太陽光のエネルギー量)を15.3%に高めることに成功したという。

 太陽エネルギーから水素を生み出す方法としては、電気化学的に電気分解を行う方法の他、光触媒などを用いた「人工光合成」などがあるが、こちらは世界最高クラスの研究でもエネルギー変換効率は2.2%程度(関連記事)となっている。現状では電気分解型の方がはるかに高いエネルギー変換効率を実現できているといえる(図2)。

photo 図2:簡単な水分解装置の模式図 ※出典:理研
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