CO2排出量削減の主役となる固体酸化物形燃料電池 ～環境性能向上に向けた2つの課題へのデンソーの取り組み～

May 20, 2023

次世代燃料電池研究開発部の大杉氏は、固体酸化物形燃料電池（SOFC）の必要性とデンソーの環境性能向上について講演しました。

【講演者】 環境ニュートラルシステム開発部 NEGP開発部 大杉 隆正株式会社デンソー

自己紹介

こんばんは。 SOFCについて説明します。 簡単に自己紹介をさせてください。 私はデンソーに入社以来、自動車以外の分野、特に住宅関連製品の開発に携わってきたので、デンソーでは珍しいキャリアパスです。 2019年よりSOFC事業企画を担当。

SOFCとは何ですか? SOFCとはSolid Oxide Fuel Cell（固体酸化物燃料電池）の略で、水素から発電する装置です。 SOFC の化学反応は SOEC の化学反応とは逆です。 電気は水素と酸素の化学反応によって発生します。 燃料電池にはさまざまな種類があります。 このスライドでは、PEFC と SOFC を例として示します。 SOFCは電解質にセラミックス材料を使用しているため、約700℃の高温での動作が可能であり、動作効率が高い。 水素、都市ガス、プロパンガスなどさまざまな燃料が使用可能です。

なぜSOFCが必要なのでしょうか? 水素社会は、すべてが水素で賄われるわけではありません。 水素が普及するまでは、水素由来燃料やさまざまな種類のカーボンニュートラル燃料が使用されます。 したがって、さまざまな種類の燃料で駆動できるSOFCは、水素社会に向けてシームレスにCO₂排出量を削減する上で重要な役割を果たすことが期待されています。

なぜ水素だけでなく、都市ガスやバイオガスなどの炭素由来燃料も利用できるのかを説明します。 SOFCには、さまざまな種類の燃料を水素に変換して発電する改質システムが組み込まれています。

SOFCの環境性能向上における2つの課題 冒頭でSOFCは運転効率が高いと述べました。 さらなる環境パフォーマンスの向上に取り組んでいます。 大きく2つの問題について説明したいと思います。 （スライドを指しながら）最初の課題は、セルスタックの出口で燃料を再利用することです。 この模式図は発電のプロセスを示しています。 上から燃料を充填し、白い円筒形のセルスタックで電気を発生させます。 理想的には、水素燃料の投入量が 100 の場合、発電のためにすべてがセル スタック内で使用され、セル スタックの出口には水素燃料が残らないはずです。 ただし、水素を使い切るとセルスタックが劣化してしまうため、燃料を使い切らないように制御する。 この図の上部にあるエジェクターが重要な役割を果たします。 デンソーの独自技術から生まれた高品質で信頼性の高い部品で、カーエアコンにも使用されています。 エゼクターにより出口の未使用燃料をリサイクル（再循環）することで、無駄な水素を最小限に抑え、発電効率を向上させます。 2 番目の課題は、効率を最大化するために温度を制御することです。 SOFC は、特定の温度範囲で最も効率的に動作します。 均一で適切な温度を達成することも重要です。 発電時に発生する熱を最大限に活用するため、熱マネジメント技術を駆使し耐久性を向上させています。 自動車分野で磨いた技術を他の製品へ応用することに全社を挙げて取り組んできました。

デンソーの目標 最後にデンソーの目標について説明します。 このスライドの左側のグラフは、横軸に発電出力、縦軸に発電効率をプロットしています。 このグラフの右側に大型火力発電所の出力と効率がプロットされています。 当社は、発電所に比べて発電効率が高いSOFCの高効率化を図りながら小型化を図っており、今後デンソーの工場にSOFCシステムを導入して実証評価を開始します。 私たちの将来のビジョンは、このスライドの右側に示されています。 カーボンニュートラル燃料はすぐには普及しないため、最初のステップは高効率の SOFC を使用してエネルギー節約を開始することです。 カーボンニュートラル燃料の普及が進む中、分散型電源の特性を活かして脱炭素化とエネルギーセキュリティに貢献していきます。 私たちはSOFCの開発を通じて「幸福循環社会」の実現に貢献したいと考えています。

最後になりますが、カーボンニュートラルに向けて大きく前進することは困難です。 私たちは、エネルギー節約を最大限に活用することで、カーボンニュートラルな世界の構築に貢献することを目指しています。 これが私のメッセージです。省エネとその先の未来を一緒に作りましょう！

私のプレゼンテーションは以上です。 ご清聴ありがとうございました。

SOFC の詳細については、以下をクリックしてください。https://www.denso.com/global/en/driven-base/tech-design/sofc/