クリーンエネルギー用の水素を海水から製造できる可能性

海水の電気分解は、世界的な淡水不足を悪化させることなく、持続可能な水素を生成できる可能性がある。

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クリーン エネルギーは世界中の国にとって最優先事項です。 従来の電力は石炭、天然ガス、石油などの化石燃料に依存していますが、クリーン エネルギーには太陽光、風力、地熱、水力発電、バイオマスなどさまざまな形があります。

水素も再生可能エネルギー貯蔵の有力な選択肢であり、高レベルの炭素排出量の削減に役立つ可能性があります。

現在の研究では、水を酸素と水素に分解するプロセスである塩水電気分解が、淡水電気分解の一般的な課題に対する実行可能な解決策であることを示唆しています。 海水の電気分解は、世界的な淡水不足を悪化させることなく、持続可能な水素を生成できる可能性がある。

米国エネルギー省代替燃料データセンターによると、純粋な水素は地球上に豊富に存在する元素であり、クリーンで持続可能な再生可能エネルギーへの移行をサポートする上で大きな期待が寄せられています。

水素が生成された後は、燃料電池で発電することができ、排出されるのは水蒸気と暖かい空気だけです。 水素は温室効果ガス、窒素酸化物、炭化水素、その他の粒子状物質を放出しないため、環境に悪影響を及ぼしません。

水素には、クリーン エネルギー経済の構築に役立つ他の利点もあります。 これは、脱炭素化が一般に困難な分野における最適なエネルギー ソリューションです。 これにより、現代の電力網の信頼性と回復力が向上します。 また、公衆衛生や環境の状態を改善することもできます。

さらに、世界の産業における雇用の機会とエネルギー安全保障を増やすことができます。 これにより、運輸業界の持続可能性が高まり、電気自動車（EV）への移行が促進されます。 そしてそれは収益の増加に貢献し、世界経済を強化することができます。

米国、オーストラリア、サウジアラビア、日本、チリ、ドイツなど、いくつかの国がグリーン水素生産に投資しています。 さらに、欧州連合は、欧州グリーンディールで概説された目標の達成を支援するために、2030年までにグリーン水素に4,300億ドルを投資する予定です。

グリーン水素の製造に関連するコストを押し上げる課題の 1 つは、電解槽に超純水が必要であることです。 多くの水源は汚染物質で満たされているため、このことが従来の塩水の電気分解を困難にしています。

EPA は鉛、塩素、細菌の存在を理由に水に対して厳しい要件を設けていますが、すべての水に汚染物質が含まれていないことを必ずしも意味するわけではありません。

海水電気分解

海水の電気分解の研究は 19 世紀初頭に始まりました。 科学者たちは水素製造を進歩させましたが、それが注目を集めたり、実行可能なエネルギーソリューションになったりすることはありませんでした。 20 世紀には、水素は主に天然ガスから抽出され、自動車、バス、飛行船、ロケットの動力として使用されていました。

この水素の使用は実現可能ですが、その製造はエネルギーを大量に消費し、気候変動の主な原因の 1 つである炭素排出の一因となります。 さらに、一部の都市では都市固形廃棄物を水素燃料電池技術で濾過し、水素を生成し、地域の水道における廃棄物由来の汚染を防止しています。

さまざまな研究者や科学者が、これらの課題を回避するために海水の電気分解を使用する高度な技術を開発しています。 これらの技術が適切に機能すれば、淡水資源を使用したり炭素排出に寄与したりすることなく、持続可能な水素を生成できるようになります。

例えば、テキサス超電導センターでは、研究者らは銅-コバルトと相互作用できるニッケルおよび鉄ベースの電極触媒を作成し、海水の電気分解を成功裏に実行した。

同機関のディレクター、Zhifeng Ren氏は、この多金属電極触媒が海水電解技術の開発を促進し、前進させる可能性があると示唆している。 将来的には、このプロセスと技術により、水素製造コストが 1 キログラムあたり 1 ドルに引き下げられる可能性があります。

一方、カナダのマギル大学のマルタ・セルッティ教授とその学生数名は最近、海水から水素を製造する際の主な問題の一つに対する可能な解決策を開発することを提案した。

セルッティと博士課程の学生イーウェン・チェンは、導電性を備えた多孔質の 3D 足場である還元酸化グラフェンを作成しました。 テストの結果、酸化グラフェンは水のみを通過させ、塩化物を遮断することで海水の電気分解プロセスを改善しました。

ドイツの自動車サプライヤーであるシェフラーは、別の研究分野に取り組んでおり、オランダのパートナーと協力して海水からの水素抽出をテストするパイロットプロジェクトに取り組んでいます。 同社は、電動モビリティへの移行に伴い、特定の自動車部品の需要が減少することを理解しています。

シェフラーとオランダに本拠を置く新興企業ハイドロン BV は、高分子電解膜 (PEM) システムを開発しています。 このソリューションは、膜蒸留技術に到達する前に、電気分解プロセスからの廃熱を利用して塩水を蒸留します。

水素はクリーン エネルギー分野で重要な役割を果たす可能性があるため、このようなプロジェクトは海水の電気分解の開発を加速するのに役立ちます。 この点に関する研究は、各国が水素製造の価格を削減し、CO2 排出量を削減するために重要です。