高効率「燃料電池×2」コジェネレーションシステム開発！ : サイエンスジャーナル

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　「コジェネレーション」とは何か？
　最近注目される新エネルギーの１つに「コジェネレーション」がある。「コジェネレーション」とは何だろう？

　コジェネレーション(cogeneration)とは、内燃機関（エンジンなど）、外燃機関（ガスタービンなど）等の排熱を利用して動力・温熱・冷熱を取り出し、総合エネルギー効率を高める、新しいエネルギー供給システムのひとつである。

　昔は火力発電所などで石油を燃やしてできる排熱を利用していたが、最近では家庭で発電し、そこで発生する熱を直接効率的に利用する、コジェネレーションが主流になった。

　しかも最近は、都市ガスの「燃料電池」を使った「燃料電池コジェネレーション」が注目されている。我々、一般庶民にはまだ馴染みが少ないが、政府の電力買い取り制度により徐々に普及していくものと思われる。

　燃料電池「PEFC」と「SOFC」
　今回、東京工業大学と東京ガスの研究チームがさらに効率的な「燃料電池コジェネレーション」をつくりあげた。

　開発したシステムは、燃料電池で電気を生み出す際に発生する排熱を、再利用する複合システムになっているのが特徴。

　燃料電池には固体高分子形燃料電池(PEFC)、アルカリ電解質形燃料電池(AFC)、リン酸形燃料電池 (PAFC)、溶融炭酸塩形燃料電池 (MCFC)、固体酸化物形燃料電池 (SOFC)、バイオ燃料電池など、主に電解質の違いによりいくつかの種類があるが、今回使用したのは「PEFC」と「SOFC」。

　まず固体酸化物形燃料電池（SOFC）で電気を作り出す際の温度が900℃であるのを利用し、この熱で都市ガスから水素を分離する（「改質」）。この水素を再び燃料電池の原料として利用する。　

　こちらの燃料電池はより低温(約80℃)で稼動する固体高分子形燃料電池（PEFC）が用いられている。都市ガスから水素を分離した際には一酸化炭素(CO)も出てくるが、これは水素の一部と共に高温で運転される固体酸化物形燃料電池の原料として利用される。改質の過程は「都市ガス（メタン）＋　水　＋　熱　→　水素　＋　CO」といった具合だ。　

　新開発「燃料電池×2コジェネレーション」
　今回開発された燃料電池コジェネレーションは、燃料電池で発生する排熱を、燃料電池に利用する、いわば「燃料電池×2コジェネレーション」。

　試験設備の発電効率はSOFC単独では 45% 程度だが、SOFC + PEFC複合システムでは　50%程度が期待できる。将来の加圧型1MW級では55%以上が期待されており、今後本格的な試験による本研究の結果から実証的に推計する計画。

　先日、神戸市と大阪ガスが協力して、「バイオガス」を使った「都市ガス」づくりも始まっている。こちらの方は下水から発生する「メタン」を有効利用している。こうしたものと組み合わせれば、さらに効率的なエネルギーシステムが構築できそうだ。

　さらに今回の複合燃料電池システムは、都市ガス以外にも、石油系やアルコール系燃料に対しても設計することができるという。アルコールに「バイオエタノール」を使えばさらに効率はアップする。

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「都市ガスを利用の高効率燃料電池システム開発」

　都市ガスを原料とするエネルギー効率の高い燃料電池システムを、東京工業大学統合研究院の研究チームが東京ガスの協力で開発した。実証機が既に同大学大岡山キャンパス内に設置され、動いている。

　燃料電池は、電気分解反応の逆を利用する。水素などを燃料に電力をつくるが、都市ガス(主成分はメタン)はそのまま燃料電池の原料にはならない。

　荒木和路・統合研究院特任教授らが開発したシステムは、燃料電池で電気を生み出す際に発生する排熱を、再利用する複合システムになっているのが特徴。

　まず固体酸化物形燃料電池で電気を作り出す際の温度が900℃であるのを利用し、この熱で都市ガスから水素を分離する。

　この水素を再び燃料電池の原料として利用する。こちらの燃料電池はより低温(約80℃)で稼動する固体高分子形燃料電池が用いられている。都市ガスから水素を分離した際には一酸化炭素(CO)も出てくるが、これは水素の一部と共に高温で運転される固体酸化物形燃料電池の原料として利用される。

　2種類の燃料電池を組み合わせる結果、システム全体としてエネルギー利用効率を上げるだけでなく、温暖化の原因となる二酸化炭素(CO2)の排出量も削減できるのが自慢だ。

実　証機は、水素貯蔵槽も持っており、このシステムを利用すると、将来、水素を燃料電池自動車などに供給する拠点にも成りうる、と研究チームは言っている。