水素燃料電池はEVの未来か？

北米におけるバッテリー電気自動車（BEV）の採用は、行き詰まりに直面しているようです。  低い中古車価値、高額な修理費用、そしてインフラの遅れにより、販売が大幅に減速しています。ハーツのような大手レンタカー会社が保有するEVの大部分を売却し、内燃機関（ICE）車に戻すという決定転換さえ見られました。

たとえそうであっても、ICE のように至る所にあるものからの移行がスムーズに進むと考えるのは無理があります。常に障害は起こり、EV の利点についての妥当な疑問も常に提起されてきました。

The bottom line is that the shift toward EVs isn’t just a desire by the few; it is a need by the many in the fight against climate change.  However, if the current generation of EVs isn’t up to the task, what other options do we have?  For many, the answer is one that has been mulled over for many years now and has recently seen critical advancements – Hydrogen Electric Vehicles (HEVs).

水素燃料電池の耐久性向上

In a recent 研究¹, a joint research team comprised of scientists from Harvard and Incheon National Universities detailed a new approach to building hydrogen fuel cells that would result in both improved durability and lifespans.

具体的には、研究は「Nafion とペルフルオロポリエーテル（PFPE）の相互浸透ネットワークからなる疲労耐性電解質膜のカテゴリ」の開発を確認しました。使用時、燃料電池の通常使用中に発生する応力亀裂として現れる典型的な疲労が大幅に減少することが指摘されました。

材料を燃料電池内の電解質膜に組み込むことで、研究は「…疲労閾値を 175% 向上させ、燃料電池の寿命を 1.7 倍延長する」と示しました。さらに、未改質の Nafion 膜は 242 時間の寿命を示すのに対し、複合膜は 410 時間の寿命を示しました。

チームはこの材料の導入により燃料電池の性能が若干低下したことを指摘しましたが、耐久性・長寿命の驚異的な向上は明らかに価値あるトレードオフです。今後、もし水素燃料電池が EV セクターでバッテリーパックに取って代わることが期待されるなら、こうした進歩が必要です。しかし、最良の技術が必ずしも勝つわけではありません。先行者利益は実在し、バッテリー駆動の EV は最近の市場低迷にもかかわらず明らかにリードしています。

水素電気自動車（HEV）とは何か？

電気自動車とは、燃料を燃焼させるエンジンではなく、電気で駆動するモーターに依存する車両です。現在、圧倒的多数の電気自動車は重いバッテリーパックを使用して電力を蓄え、モーターに供給しています。前述の通り、別のアプローチとして水素燃料電池が注目を集めています。

水素電気自動車（HEV）は、燃料電池電気自動車（FCEV）とも呼ばれ、モーターを駆動するための電力は、液体または圧縮ガスとして貯蔵された水素が電気化学反応でプロトンと電子に分解されることで供給されます。全プロセスは以下の通りです：

1. 高圧タンクに貯蔵された水素が必要に応じて燃料電池に放出されます。
2. 燃料電池に導入された水素がプロトンと電子に分解されます。
3. 電子はモーターを駆動するために使用され、車輪を回転させます。
4. プロトンは空気中の酸素と結合し、熱と水蒸気という二つの副産物を生成します。

興味深いことに、一部のハイブリッド HEV は小型バッテリーパックを使用して回生ブレーキで失われたエネルギーを回収し、両者の長所を組み合わせています。

水素の魅力は何か？

HEV の魅力は多様で重要ですが、バッテリー駆動 EV も同様です。したがって、バッテリー駆動のバリエーションが現在市場を支配していますが、決定的に勝者と宣言されたわけではありません。実際、以下の要因は HEV が何らかの点で優れていることを示しています。

生成と貯蔵：バッテリーパックは通常、大規模で環境破壊的な採掘作業で得られる材料で構成され、環境に良いという前提を損ないます。一方、水素は持続可能な電解や、潜在的に自然に存在する埋蔵量から捕獲できます。

さらに、水素は液体に圧縮しやすく、大量に輸送でき、生成地点からの送電線を必要としないため、プロセスがより柔軟です。

性能：性能面では、HEV と BEV の間に大きな違いはありません。両方の車両はモーターで駆動輪を動かすため、即時トルクと出力という技術の利点を享受します。

排出：排出面では、水素は議論の余地があります。技術的には二次的な排出源ですが、排出されるのは水蒸気だけです。一方、BEV は全く排出がありません。水素が際立つのは製造プロセスで、バッテリーパックの製造には広範な採掘が必要で、地球にダメージを与えます。

給油：給油は水素の最大の魅力の一つで、エンドユーザーが定期的に直面する要素です。BEV は長時間の充電と専用インフラが必要ですが、HEV は通常のガソリン/ディーゼル車と同様に迅速に給油できます。

航続距離：バッテリー技術は向上していますが、BEV が従来の ICE と同等の航続距離を実現するには大容量バッテリーパックが必要です。これにより充電時間が長くなり、環境負荷が増大し、重量による効率低下が生じます。一方、水素は ICE と同等の航続距離を示し、航続不安を完全に解消します。

寒冷地：BEV オーナーが抱える航続不安の一因は地域です。理想的な気候条件を満たす場所は少なく、多くの顧客で航続距離が大幅に減少します。水素は寒冷時に若干航続が減少しますが、劇的ではなく、多くの人にとってより魅力的な選択肢です。

ご覧のとおり、HEV がバッテリーパック車種を上回る重要な領域は多数あります。遅れを取る点は、システムの複雑さ、既存の給油インフラの改修が必要なこと、そして固体電池の潜在的な登場です。

水素ソリューションを開発する業界プレーヤー

EV 業界は現在いくつかの障害に直面していますが、交通の未来であることは明らかです。EV がどの形態になるかは不透明です。バッテリー駆動になるのか、あるいは水素燃料電池に依存するのか。以下の二社は後者に賭けており、すでにその未来に向けた計画を進めています。

*以下の数値は執筆時点で正確でしたが、変更される可能性があります。投資家は指標を必ず確認してください*

1. Toyota

世界最大の自動車メーカーであることから、トヨタがHEV領域に参入したことは驚きではありません。興味深いことに、同社は固体電池ソリューションを積極的に開発しつつ、現在のバッテリーEVに対しては慎重な姿勢を示しています。代わりに、トヨタはHEV と水素燃焼エンジンがより明るい未来をもたらすと公言しています。

特筆すべきは、トヨタが1992年にHEV技術の開発を開始し、5分で給油でき、650kmの航続距離と有害排出ゼロを誇るセダン『ミライ』を発売したことです。

2. Plug Power

(PLUG )

Plug Power Inc.は1997年に設立され、ニューヨーク州ラサムに本社を置き、水素燃料電池技術の推進における重要なプレーヤーです。特筆すべきは、Plug Power が自動車やトラックだけに焦点を当てているわけではなく、電動モーターを利用する小規模設備向けにシステムの設計・製造も行っている点です。

近年、Plug Power はマテリアルハンドリング用燃料電池を超えて事業領域を拡大し、より広範な市場を狙っています。これには固定式電力システム、配送車両のフリート、さらには航空分野への潜在的応用が含まれます。同社の戦略的買収（United Hydrogen や Giner ELX など）は、水素生成、液化、流通における能力を強化し、ハイドロジェンエコノミーにおける地位をさらに高めました。

最終的な結論

バッテリーEV が足踏みする中、代替案への関心が高まっています。現時点で水素ソリューションは最前線にあり、技術を一見で軽視しがちですが、トヨタだけが水素を推進しているわけではありません。ホンダ、GM、ヒュンダイなどの企業とのパートナーシップや水素ソリューションの開発はすでに存在しています。

持続可能に調達された水素へのアクセスが日々拡大するにつれ、EV の未来は多くの人が想像するよりもやや異なる形になるかもしれません。

参照研究：

^{1. Kim, Y., Zhang, J., Lim, H., Jang, W., Kim, D. Y., Lee, W. Y., Choi, W., Kim, D. J., Lee, S. H., Jeong, S. K., Park, J. H., Park, S., & Kim, J. Y. (2024). Fatigue‐Resistant Electrolyte Membranes for Durable Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells. Advanced Materials, 36(24), 2308288. https://doi.org/10.1002/adma.202308288}