家庭用燃料電池
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 牛尾　正弘

　家庭用燃料電池発電装置（エネファーム）を導入して、約二年間が経過します。家庭用燃料電池は、「都市ガス（天然ガス）から水素を取り出し」、「取り出した水素と空気中の酸素を反応させて、電気と水を生成させる」、簡単に言うと水の電気分解と逆の原理で電気を作るものと説明されています。

　これを聞く限り原理は分かった気がするのですが、詳細はどの様なものであるか、少し調べてみました。

　先ず、天然ガス=メタン (CH₄）から水素(H₂)を取り出すのは、燃料処理器でメタンと水(H₂O)を反応させ、水素を生成させます。然し、一部で一酸化酸素(CO)が発生しますので、浄化する必要があります。燃料処理器は、「燃料改質部」と「CO変性部」・「CO浄化部」からからなる「CO処理部」から構成され、それぞれのプロセスで以下の様な反応を行います。

○「燃料改質部」

    CH₄+H₂O → 4H₂+CO₂

    CH₄+H₂O → 3H₂O+CO （約10~15%）

○「CO変性部」

    CO+H₂O → H₂+CO₂（0.5%に低減）

○「CO浄化部」

    CO+1/2H₂O → CO₂（10PPM以下に低減）

　燃料電池本体は、社団法人日本ガス協会のホームページに図解で説明されていますが、水素ガスの流れる「燃料極」と「セパレーター」、酸素を含む空気の流れる「空気極」と「セパレーター」及び「電階質」より成る「セル」が積み重なってできる「セルスタック」と呼ばれます。それぞれの極では、以下の様な電気化学反応が起こり、

○「燃料極」

    H₂ → 2H⁺+2e^-

○「空気極」

    2H⁺+1/2O₂+2e^- → 1/2H₂O

総合すると、

　　H₂+1/2O₂ → H₂O+2e^-

の電気化学反応で、発電していると説明されています。

参考

１）      PANASONIC  家庭用燃料電池「エネファーム」　ホームページ

２）      社団法人　日本ガス協会　ホームページ