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材料工学各論１２ − ６

Tokyo University of Science (TUS). 材料工学各論１２ − ６. 環境と次世代電力創成システム. 東京理科大学 基礎工学部材料工学科 西尾　圭史. 電気は現代の生活からは切り離せない. 主な発電システム. 火力. 水力. 風力. 原子力. 太陽電池. 水素生成. 排熱再資源化. エネルギー源予測 ( ドイツ・ Shell 社 ). http://web.mac.com/iida_lab/. 4. 火力発電では化石化燃料をエネルギーとして電気を生み出す. 重油や石炭. エネルギー変換. 火力発電.

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材料工学各論１２ − ６

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Presentation Transcript

  1. Tokyo University of Science (TUS) 材料工学各論１２−６ 環境と次世代電力創成システム 東京理科大学 基礎工学部材料工学科 西尾　圭史

  2. 電気は現代の生活からは切り離せない

  3. 主な発電システム 火力 水力 風力 原子力

  4. 太陽電池 水素生成 排熱再資源化 エネルギー源予測(ドイツ・Shell社) http://web.mac.com/iida_lab/ 4

  5. 火力発電では化石化燃料をエネルギーとして電気を生み出す火力発電では化石化燃料をエネルギーとして電気を生み出す 重油や石炭

  6. エネルギー変換 火力発電 化学エネルギー（燃焼） 運動エネルギー （タービンの回転運動） 熱エネルギー 電気エネルギー

  7. 発電効率を考えると、 燃焼効率（化学→熱）×タービンの効率（熱→運動）×発電器効率（運動→電気） 燃焼効率は90%以上、発電器効率も99% タービンの効率は可逆熱機関の効率制限（カルノーの効率）をうける 理論的に40%台が限界

  8. 二酸化炭素（CO2）の排出により地球温暖化か促進む！二酸化炭素（CO2）の排出により地球温暖化か促進む！

  9. 2003年8月撮影 2008年8月撮影 これらの航空写真は、日本航空のパイロットが巡航中の安定した飛行の中で、 充分に安全を確認したうえで撮影を行なったものです。

  10. 今後１００年の気温上昇予測（ＩＰＣＣ報告による) エネルギーや資源などの大量消費 地球環境問題の深刻化

  11. 大規模発電から分散型へ 電気料金の半分程度は電気の送料 分散化することで工場、都市などの近くで発電 規模に合わせた発電所 発電所から電気を各家庭に送るための送電線はAlで作られている 抵抗が高いため手元に届くまでに約半分が消費されてしまう

  12. 小規模発電システム 家庭、事業所ごとでの発電 必要に応じた発電 電力の削減

  13. 燃料電池 水の電気分解の反応の逆の反応で電気を作る！

  14. 水の電気分解といっても、純水は電気を通さない水の電気分解といっても、純水は電気を通さない 実験では水に水酸化ナトリウムなどを加える 水の電気分解で電気が流れる 電池のマイナス側から電子が流れ出している この電子は水に浸した電極（陰極）で水と反応して水素が発生 [2H2O ＋ 2e- → H2＋ 2OH- (水)+(電子)→(水素)+(水酸化イオン)] もう一方の電極（陽極） [2OH- → H2O ＋ 1/2O2＋ 2e- (水酸化イオン)→(水)+(酸素)+(電子)] 発生した電子は陽極に渡され、電線を通って電池のプラス極へ これら２つの反応式を足し合わせたものが水の電気分解を表す反応式 [H2O → H2＋ 1/2O2 (水)→(水素)+(酸素)]

  15. 燃料の多様化・優れた環境性 天然ガスやメタノールなど、石油以外の多様な燃料が利用可能 発生するのは水(H2O)のみで、大気汚染の原因となる 二酸化炭素（CO2）や窒素酸化物（NOx）、硫黄酸化物（SOx） はほとんど排出されない

  16. ‐ + Anode Cathode O2(gas) N2(gas) Fuel H2(gas) H2O H2O(liquid) N2(gas)

  17. エネルギー変換 燃料電池発電 化学エネルギー 電気エネルギー (水素の酸化反応の場合、PEFCでは95%、SOFCでは71%、メタンの酸化反応の場合、SOFCでほぼ100%)

  18. 高い発電効率 原料の持つ化学エネルギー 例：火力発電 燃料電池発電 ボイラー 直接変換 熱エネルギー 電気化学反応 タービン 電気エネルギー 運動エネルギー 発電機 電気エネルギー カルノー制約 火力発電効率:約30%～40% 燃料電池発電効率:約80%～100%

  19. 電池の発電量を増加させる 電力（ワット） =V（電圧）Ｘ I（電流） 直列で電池を接続 電力を増加！

  20. 自動車 分散型小規模発電所 携帯用燃料電池 1kW 10kW 100kW 1MW 10MW 100MW 炭酸溶融型燃料電池 (MCFC) リン酸塩燃料電池(PAFC) 固体酸化物形燃料電池(SOFC) 固体高分子型燃料電池(PEFC) 　　　家庭用業務用大規模 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　発電プラント 応用 出力 タイプ

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