水素燃料電池

学校の理科の授業で、水に電気を流して水素と酸素に分ける「水の電気分解」の実験を見たことがあるかもしれません。水を分解すると2つの気体が得られますよね。水素燃料電池は、まさにこの原理を丸ごと逆向きにした賢い装置です。

水素と酸素は結びついて安定した水になるときにエネルギーを放出しますが、ただ混ぜただけでは簡単には反応しません。燃料電池は白金（プラチナ）などの触媒を使ってこの反応を引き起こします。2つが合体するとき、内に秘めていた膨大なエネルギーが一気に解き放たれます。

一般的な火力発電や車のエンジンは、このエネルギーを燃やして熱に変え、タービンやピストンを動かします。しかし水素燃料電池は、熱で機械を回すステップを挟まずにエネルギーを直接電気へと変換するため、エンジンよりも効率が高いのです。ただし反応の過程で熱も出るため冷却装置が必要ですし、使用時には水しか出さなくても、その水素を化石燃料から作ったか再生可能エネルギーで水を分解して作ったかによって環境へのトータルの影響は変わってきます。

単に水素と酸素を混ぜて火をつけると、「ドカン！」と爆発して激しい熱が出るだけで終わってしまいます。私たちが使える電気を取り出すには、水素を構成する「水素イオン（プラス）」と「電子（マイナス）」を無理やり引き離す必要があります。

燃料電池の真ん中には、「電解質膜」という特殊なフィルターの壁があります。燃料電池車（FCV）によく使われる固体高分子形燃料電池（PEMFC）では、まず白金触媒が水素を水素イオンと電子にバラバラにし、この壁が水素イオンだけを通し、電子を通せんぼして弾き返します（燃料電池の種類によっては酸素イオンなどが電解質を通るものもあります）。行き場を失った電子は、仕方なく外部の導線という迂回路をぐるっと遠回りするしかありません。

無数の電子が一斉にこの迂回路を駆け抜ける流れこそが、まさに私たちが使う「電流」です。反対側にたどり着いた電子は、膜を通り抜けてきた水素イオン、そして空気中の酸素とついに合流し、きれいな水滴となって排出されます。

名前に「電池」とついているため、スマートフォンのバッテリーのようにあらかじめ電気をためておく装置だと誤解されがちです。実のところ、どちらも化学反応で電気を生み出す仕組みに変わりはありません。しかし、一般的な二次電池が反応物質をあらかじめ詰めておき、使い切ったら充電し直す「お弁当」だとすれば、水素燃料電池は外から燃料（水素）を供給し続ける限り休まず電気を生み出し続ける「小さな発電所」です。

スマホのリチウムイオン電池は、使い切ると何時間もコンセントにつないで充電しなければなりません。一方、燃料電池車（水素カー）はガソリンスタンドで給油するように、水素ガスを3〜5分ほど充填するだけで、すぐに再び電気を作って走り出せます。

また燃料電池は不純物に弱いため、取り込む空気を高性能フィルターでろ過します。そのため、一部の燃料電池車は「走りながら空気をきれいにする」とアピールされることもあるのです。