Recently Nihon Keizai Shimbun Electronic Edition reported the following:
「夢の燃料」水素、炭素超える発熱効率 (1 of 2)
カーボンゼロ
2021年3月30日 11:00
[有料会員限定]
燃やしても二酸化炭素（CO2）が出ず「夢の燃料」と期待される水素。燃焼した時のエネルギーが大きく、宇宙ロケットの燃料に使われるほか、発電所などでも活用の研究が進む。これまでの主役だった炭素と比較しながら、水素のイロハを学ぶ。
水素（H）は全宇宙の元素の9割以上を占め、最もありふれた物質だ。地球上にも多く存在するが、水素そのままではなく、酸素（O）と結びついた水（H2O）の状態であることがほとんど。水素に火を近づけて燃やすと大きなエネルギーと水が生まれる。
自然界では炭素（C）と結びついた炭化水素としても存在している。燃料として広く使われるメタン（CH4）も炭化水素の一種だ。炭化水素は天然ガスや石油、石炭などに多く含まれている。メタンを燃やすときは、メタンのなかの炭素と水素が同時に燃えている。
水素を語るには、まず燃料としてのライバルである炭素のことを語らなければならない。人類の歴史上、最も身近な燃料は炭素だった。炭素を含む化合物のことを有機物というが、生物の体をつくるたんぱく質や炭水化物、脂肪は全て有機物。つまり炭素を含む。
動物や植物といった生物の遺骸が地中に閉じ込められ、そこに含まれる炭素は長い時間をかけて濃縮されていく。その結果生まれるのが天然ガスや石油、石炭というのが一般的な学説だ。生物の体が地層内でおし固められたものを化石というが、化石が変化し石油などになる。だから「化石燃料」と総称される。
化石燃料は木材よりエネルギー効率が良く、18世紀から始まる産業革命を支えた。炭素は燃えるとCO2になる。大気中のCO2は地球表面から発せられる熱を吸収し、地球を温めてしまう。地球温暖化だ。環境を激変させ、生物の生存を脅かす可能性もある。
CO2の排出を抑える手法は主に2つ。1つは発生するCO2を大気中に逃がさないよう回収し、地中に埋めたり、炭酸ガスなどとして再利用したりする。もう1つはそもそもCO2が出ない燃料に変える。そこで水素にスポットライトが当たった。
水素は燃えても水しか排出しない。1キログラムあたりの発熱量は炭素が約8000キロカロリーなのに対し、水素は約3万キロカロリーと発熱効率もいい。水素が夢の燃料と呼ばれるゆえんだ。
(to be continued)
Translation
Hydrogen is expected to be a "dream fuel" because it does not emit carbon dioxide (CO2) even when burned. The energy generated when it burns is large, and it is used as fuel for space rockets; and a research on its utilization is in progress at power plants. To compare it with carbon which has been the main player so far, we need to learn the ABC of hydrogen.
Hydrogen (H) accounts for more than 90% of the elements in the entire universe and is the most common substance. There are many of them on the earth, but most of them are not hydrogen as it is, but exists as water (H2O) which is a combination with oxygen (O). When a fire is brought close to hydrogen and burns, a large amount of energy and water will be generated.
In nature, it also exists as a hydrocarbon after bonding with carbon (C). Methane (CH4), which is widely used as a fuel, is also a type of hydrocarbon. Hydrocarbons are abundant in natural gas, petroleum, coal, etc. When burning methane, carbon and hydrogen in methane are burning at the same time.
To talk about hydrogen, we must first talk about its rival carbon, as a fuel. Carbon is the most familiar fuel in human history. Compounds containing carbon are called organic substances; the proteins, carbohydrates, and fats that make up the body of living organisms are all organic substances. That is, it contains carbon.
The remains of living things such as animals and plants are trapped in the ground, and the carbon contained in them is concentrated over a long period of time. The general theory is that they result in natural gas, oil, and coal. A fossil is an organism whose body is compacted in the stratum, and when changes happen in the fossil it become petroleum. Therefore, it is collectively called "fossil fuel".
Fossil fuels are more energy efficient than wood and supported the Industrial Revolution that began in the 18th century. When carbon burns, it becomes CO2. CO2 in the atmosphere absorbs the heat generated from the surface of the earth and warms the earth. It's global warming. It can also drastically change the environment and threaten the survival of living things.
There are two key methods to reduce CO2 emissions. One is to collect the generated CO2 so that it does not escape to the atmosphere, and to bury it in the ground; then to reuse it as carbon dioxide gas etc. The other way is to change to a fuel that does not emit CO2 in the first place. There, the hydrogen is in the spotlight.
Even if hydrogen burns, it only gives out water. For carbon, the calorific value per kilogram is about 8,000 kcal while hydrogen has a good heat generation efficiency of about 30,000 kcal. That's why hydrogen is called dream fuel.
(to be continued)
沒有留言:
張貼留言