液体水素

液体水素について

液体水素（えきたいすいそ）は、液化された水素を指し、沸点は-252.6℃、融点は-259.2℃です。この液体水素の発見は、1896年にイギリスの科学者ジェイムズ・デュワーによって実現されました。

液体水素の主な用途

1. ロケット燃料

液体水素は、主にロケットエンジンの推進剤として活用されており、LH2（Liquid H2）という略称でも知られています。ロケットエンジンにおいて、液体水素は液体[[酸素]]と組み合わされ、非常に高い比推力を実現します。この組み合わせは、化学推進ロケットにおいて最も効率的な燃料とされています。液体水素は軽量で、その密度は20Kのとき70.8 kg/m³と高いエネルギー密度を誇ります。

2. 代替エネルギーとしての可能性

水素は、主に天然ガスや石油から安価に大量生産されていますが、この方法では再生可能エネルギーとは言えません。水を電気分解して得られる水素も存在しますが、その生産には大規模な電力が必要で、現在のところ実用化は難しい状況です。それでも、液体水素は以下の用途でも期待されています。

燃料電池

水素は酸素と反応し、エネルギーと水を生み出す反応を利用した燃料電池が存在します。家庭用の燃料電池は天然ガスを水蒸気改質によって水素を取り出し利用しています。自動車では、水素を直接供給する燃料電池も実用化されていますが、携帯型の電子機器向けの燃料電池はまだ開発段階です。

内燃機関燃料

水素燃料エンジンでは、ピストンシリンダー内で水素と酸素が反応し、動力を得ることが可能です。ただし、排気に有害物質が含まれるため、それらを除去する必要があります。また、ガソリンエンジンに比べて出力が低いという課題があります。

航空燃料

近年では、JAXAや旧ソ連の航空宇宙企業が液体水素を使用した環境に優しい旅客機の研究を進めています。この技術により、飛行中に二酸化炭素を排出しないため、航空業界の環境負荷の低減が期待されています。

水素燃料の課題

1. 原料と製造

現在、多くの水素が天然ガスや石油から生成されています。水を利用したクリーンな水素生産には、膨大な電力が求められ、そのコストがネックとなっています。水素は自然界にはほとんど単体で存在しないため、化合物から取り出す必要があります。

2. 保管と可燃性

水素分子は非常に小さく、金属に浸透してしまうため、長期保管が難しいです。また、混合気体として存在する場合、非常に燃えやすいため、安全対策が求められます。

3. 流通の整備

水素燃料の提供には新たなインフラ整備が必要です。2023年6月時点で、日本には170か所の水素ステーションがありますが、適切な流通体系の構築が求められます。

オルト水素とパラ水素

水素分子にはオルト（ortho）とパラ（para）という二つの異性体があります。低温時にはパラ水素の割合が増加し、常温以上では約3:1の比率です。オルト水素からパラ水素への変化過程は発熱反応を伴い、これが液体水素の取り扱いに影響を及ぼします。この現象をボイル・オフ問題と呼びます。

まとめ

液体水素は、その特性からロケット燃料として主に利用されており、今後は代替エネルギーとしての役割も期待されています。しかし、その生産や保管、流通にはさまざまな課題が残されています。

もう一度検索