エネルギーと環境 91

彦根藩二代当主である井伊直孝公をお寺の門前で手招き雷雨から救ったと
伝えられる招と、井伊軍団のシンボルとも言える赤備え（戦国時代の井伊
軍団編成の一種、あらゆる武具を朱りにした部隊編成のこと）と兜（かぶ
と）を合体させて生まれたキャラクタ－



【季語と短歌：10月29日】

　　　　　　　　物忘れ酷くなりけり日記買う　　
　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　高山　宇　（赤鬼）　　

✨    ターコイズ水素製造装置概論 ⓶
エナジートランジションがグローバルに加速する中で，三菱重工業株式会
社の主力製品であるガスタービンコンバインドサイクル（GTCC：GasTu-
rbine Combined Cycle）・汽力発電のカーボンニュートラルへの対応も急
務である。これら火力発電の脱炭素化には，発電設備の脱炭素化技術開発
に加え，燃料の一つとなる水素を製造する技術開発が必要不可欠。発電設
備のみならず，水素製造装置についても開発に取り組み，高砂水素パーク
や長崎カーボンニュートラルパーク，水素の製造技術に焦点を当て，技術
の特徴や開発状況を紹介（上下画像クリック）。



✨　 最新水素電解製造及び関連技術論 ⓵
三菱重工業は、高砂製作所（兵庫県高砂市）構内に整備している高砂水
素パーク内で、次世代の高効率水素製造技術である固体酸化物水蒸気電解
「SOEC」（Solid Oxide Electrolysis Cell）のデモ機の運転を開始。SOEC
は、開発・製品化している固体酸化物形燃料電池（SOFC：Solid Oxide
Fuel Cell）の技術を応用したもの、高効率であるという利点に加え、円筒
形セルにより他社にはない高圧化を可能にする技術として開発を推進。今
回稼働したデモ機は、長崎カーボンニュートラルパーク（長崎市）での要
素技術開発を経て、SOFCに採用していた技術に基づき設計・製作した400
kW容量のもので、高砂水素パークに設置し、運転を始めました。その成
果を、さらなる高出力・大容量化につなげる。




全固体電池は、液体電解質ではなく固体電解質を使用することで、高い安
全性とエネルギー密度を実現したバッテリー。固体電解質はイオンの通り
道として機能し、バッテリー内部でのイオンの移動を可能にする。この特
徴により、全固体電池は高い耐久性と長寿命を備えている。

🎈発電効率45％超・総合効率90％を実現
天然ガスなどの燃料から発電する燃料電池は、CO₂を排出しないクリーン
な電力源として注目されている。先に商用化された自動車だけでなく、熱
源から電力と熱を生産し供給する家庭用コジェネレーションシステムとし
ても実用化が進んいた。さらに、2011年の東日本大震災後には、停電時
にも使用可能な独立分散型電源としての期待が高まる。背景の中、大阪ガ
ス株式会社はNEDO「固体酸化物形燃料電池実証研究」プロジェクトに参
画。京セラ株式会社、トヨタ自動車株式会社、アイシン精機株式会社との
共同開発により、化石燃料を用いた燃料電池の中で最も発電効率が高い「
固体酸化物型燃料電池（SOFC）」を使った家庭用燃料電池コジェネレー
ションシステムを開発。家庭用燃料電池では世界最高水準となる発電効率
46.5％を実現。2012年4月27日に「エネファーム　type S」として販売を
開始。2013年2月までに1,112台が販売され、今後も更なる普及が期待さ
れている。
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✳️  固体酸化物形燃料電池とは
SOFCとは、固体酸化物燃料電池 (Solid Oxide Fuel Cell) の略称であり、
高温で動作する燃料電池の一種です。燃料電池とは、燃料と酸素を化学反
応させて、直接電気エネルギーに変換する装置です。SOFCは、固体の電
解質を用いて、水素や一酸化炭素などの燃料と酸素との間に反応を起こす。
SOFCは、高い発電効率や低排出ガスなどが特徴。
🪄私が小型燃料電池の開発（調査）1995年前後である。

🎈　使用用途
⓵ 分散型発電：分散型発電とは、需要地点に近い場所での発電。
分散型発電では、送電ロスや停電リスクを低減できます。SOFCは、高発
電効率や低排出ガスなどの特徴を活かして、分散型発電に適している。例
えば、以下のような場合に使われている。
産業用：工場やビルなどの大規模な施設で、自家発電やコージェネレーシ
ョン (発電と同時に熱利用) を行う場合。
家庭用：家庭や集合住宅などの小規模な施設で、自家発電やエネファーム
(発電と同時に給湯) を導入する場合。

⓶水素社会：水素社会とは、水素を主要なエネルギー源とする社会。水素
社会では、水素の安全かつ効率的な生産・輸送・利用が重要。SOFCは、
水素社会で以下のような役割を果たすことが期待されている。

水素製造：SOFCは、逆方向に動作させることで、水や二酸化炭素から水
素を製造できます。このプロセスは、高温蒸気改質やCO₂分解と呼ばれる 。
水素利用：SOFCは、水素を直接燃料として利用できます。

🎈原理
1. 燃料極：燃料 (水素や一酸化炭素) は、インターコネクタによって分け
られた燃料側の流路に流れ込みます。燃料は、燃料極に到達すると、空気
極から来た酸素イオンと反応して、水や二酸化炭素と電子を生成します。
この反応は、以下の式で表されます。
   水素の場合: H₂ + O^2- → H₂O + 2e-
   一酸化炭素の場合: CO + O^2- → CO₂ + 2e-
2. 空気極：空気 (酸素) はインターコネクタによって分けられた空気側の
流路に流れ込みます。空気は、空気極に到達すると、電子を受け取って酸
素イオン (O^2-) になる。この反応は、以下の式で表されます。
   O₂ + 4e- → 2O^2-
3.電解質：酸素イオン (O^2-) は、電解質を通って空気極から燃料極にイオ
ン伝導します。電解質は、高温でないとイオン伝導性が低いため、SOFC
は高温で動作する必要がある。
4. 外部回路：電子は、インターコネクタを通って外部回路に流れ出す。こ
のとき、電気エネルギーが発生します。外部回路で負荷を動かした後、電
子は再び空気極に戻る。

🎈 構造
1. 電解質:固体酸化物から作られる薄いセラミックス板であり、イオン伝
導性を持ちます。一般的には、ジルコニアやセリアなどの金属酸化物にイ
ットリウムやスカンジウムなどの希土類元素を添加したものが使われる 。
2. 電極：電解質の両面に貼り付けられる金属やセラミックスの層であり、
電気伝導性と触媒作用を持つ。一般的には、燃料極としてニッケルや銅な
どの金属、空気極としてランタノムやストロンチウムなどの希土類元素を
含むペロブスカイト型酸化物などが使われます 。
3. インターコネクタ：電極と電極を電気的につなぐ金属やセラミックスの
板であり、ガスの流れを分ける役割もし。一般的には、クロムやマンガン
などの金属酸化物や合金が使われる 。

【洗浄装置】ウェハ・石英・ガラス・サファイア・Sic　など各種素材に対
応高圧断続スプレー・ニ流体スプレー・各種ブラシ・ 超音波・薬液等を組
合せ、研磨後の粗洗浄から精密洗浄など、各種洗浄工程に対応。

図　SOFCの出力規模とエネルギー効率

図　「エネファーム　type S」 と
　　　　　　　従来の家庭用コジェネシステムとの省エネルギー性能比較

🪄  ここまで全固体型電池の今日的な技術レベルを俯瞰できた。タフでパ
       ワフルな　図「エネファーム　type S」 と従来の家庭用コジェネシ
　　ステムとの省エネルギー性能比較課題をを探ぐる。

✳️　砂漠環境での持続可能な農業のエネルギー回収と貯蔵を備え
　　  統合された太陽光発電の凍結淡水化および水電解システム
【要点】
1.スタンドアロンの太陽光発電凍結淡水化および電気分解システム
2.統合されたソーラーシステムは、農業に不可欠な商品を提供
3.凍結海水淡水化は、汽水の脱塩の効率的な方法
4.氷の融解による冷気エネルギーは、空調に回収
5.水素貯蔵により、連続運転が可能
【概要】人里離れた砂漠地帯での農業活動は、水とエネルギーの需要が高
く、必要なインフラが不足しているため、大きな課題に直面している。ポ
ータブルディーゼル発電機の使用は、小規模農家では一般的だが、現場で
は大きな汚染につながる。必需品の供給に自然に利用可能なエネルギーと
水源を効率的に利用することは、砂漠気候での農業活動の実行を大いに支
援するでしょう。凍結淡水化は、低エネルギー需要、ごくわずかな汚れ、
スケーリング、腐食、精製のための前処理の必要性など、蒸留プロセスに
比べて多くの利点がある。さらに、水素燃料電池は、高い変換効率を持ち、
温室効果ガス(GHG)の排出と騒音公害を排除するため、ディーゼル発電機
のクリーンな代替品。この研究では、遠隔地の砂漠地帯の汽水地下水から
淡水およびグリーン水素を生成するための、スタンドアロンの太陽光発電
による凍結淡水化および電気分解システムを提案している。このシステム
には、貯水槽、氷貯蔵エアコン、燃料電池付き金属水素キャニスターなど
いくつかのエネルギー回収および貯蔵ソリューションが装備されており、
エネルギーと水を効率的に利用し、日射量の変動を補償します。この統合
システムは、熱力学の原理に基づいてモデル化および解析され、その結果、
日量52.8 mの生産能力が実証されました³淡水、6.3 MWhの空調、177 kg
の水素、2.4 MWhの電力(10,785mを使用)²両面太陽光発電システム。さ
らに、システムのエネルギー効率と運動効率は、日中は17.8%と13.5%、
夜間は56%と34.9%と計算される。


図1.提案されたシステムと状態ポイントの概略フロー図


図2. PEM水電解装置とPEM燃料電池の概略図と電気化学反応

地下水製造、凍結淡水化、氷貯蔵空調は日中(24時間)連続運転し、電解槽
は昼間のみ(8時間)、燃料電池は夜間(16時間)のみ運転する。このシステム
は、人里離れた砂漠環境で利用可能な天然水とエネルギー源を効率的に利
用できるように設計される。さらに、ストレージソリューションの統合に
より、持続可能で信頼性の高い生産のためのスタンドアロンで中断のない
システム運用が保証される。提案されたシステムは、熱力学法則に基づい
てモデル化および解析されます。システムの定常状態のモデリングと解析
を容易にするために、次の簡略化と仮定が行われる。
【掲載論文】
タイトル： Integrated solar-powered freeze desalination and water
electrolysis system with energy recovery and storage for sustainable
agriculture in desert environments

掲載誌：Desalination　Volume 595, 26 February 2025, 118321　
https://doi.org/10.1016/j.desal.2024.118321

    　　　　　　　　　今日の楽曲　　『 冬のクラシック』　
　　　　　　　　ショパン 、グリーグ、ラヴェル 、ドヴォルザーク 他

●　今日の言葉：信頼喪失　⓼

　　　　　春が来ても、鳥たちは姿を消し、鳴き声も聞こえない。
　　　　　　      　　　　　　 春だというのに自然は沈黙している