このページは、2019年3月に保存されたアーカイブです。最新の内容ではない場合がありますのでご注意ください |
燃料電池車というのがある。
現在、自動車の主力燃料となっている石油は、有限資源なので将来必ず枯渇する。
また自動車の発達により、大気汚染等の環境破壊が深刻な問題になっている。
燃料電池車は、資源の有効利用と、環境保護というふたつの観点から浮かんだ、ひとつのアイデアだ。
少し、中学理科の復習をしてもらおう。なぁに。ちっとも難しくありません。不安な人は、本棚の奥から理科の教科書を引っ張り出して、それを片手に読んでください。
2H2 + O2 → 2H2O
あ。これを見てもうすでに頭痛に悩まされているあなた。ここ。大事なんです。ガマンして読んでください。
上の化学反応式は、"H"は水素を表し、"O"は酸素を表します。これを足し合わせると(正確には水素原子2コと酸素原子1コを足し合わせると)"H2O"という化合物ができる、ということを表しています。
この"H2O"の正体は、何を隠そう「水」です。みんな知ってますね、「水」。ヒトの身体の9割を占める、アレです。みんなが毎日飲んでる、アレです。
上の化学反応式が左辺から右辺へ(矢印の方向へ)動くとき、つまり、水素と酸素が合体して、水になるとき、この時に膨大なエネルギーが発生します。水素爆弾がこの原理によって発生したエネルギーを使った爆弾である、と説明すれば、このエネルギーの大きさがどの程度のものであるか、わかってもらえると思います。
このエネルギーを利用して、車を動かせないか。そのアイデアから生まれたのが冒頭で述べた、燃料電池車なのです。どうです、勉強になったでしょう。
もっと正確にいうと、燃料電池車の場合、水素と酸素が合体(「化合」という)するときに発生するエネルギーを、電気エネルギーに変換して電池をつくり、その電池で車を走らせるため、電気自動車の一種である、ともいえます。
この燃料電池車の走行によって排出されるのは、人体にも自然にも全く無害な、水。従来の自動車が有害な排気ガスをまき散らし、環境汚染に悩まされている現代、燃料電池車はまさに、夢のような車なわけです。
現在この燃料電池車の実現・普及に向けて課題となっているのが、燃料となる水素の供給方法。酸素は空気中にあるものを使えばそれでいいが、水素はそれよりももっと大量に必要となる。
水素の供給方法のひとつとして、ある会社は「水の電気分解」を利用しようとしている。 ん? 「水の電気分解」? どこかで聞いたことがあるような……さ。も一度、中学理科の復習に戻ろう。
2H2O → 2H2 + O2 いやん。いじわるぅ。またこんな化学反応式持ち出してぇ。でもさっき出てきた反応式と見比べてほしいのだが、これはさっきの式と矢印の方向を逆にしただけなのだ。
「水の電気分解」は、理科の実験でやった人も多いと思う。教科書にもちゃんと載っている。プラスとマイナスの電極が入ったガラス装置の中に水を封入し、電気を流す。するとマイナス電極側から水素が発生し、プラス電極側からは酸素が発生する。水素と酸素は2対1の割合で発生し、これは水素原子2コと酸素原子1コという、水(H2O)分子の構造と一致する。
つまり上の化学反応式は、水に電気的なエネルギーを加えることによって、水素と酸素に分解することができることを表している。
水の電気分解によって発生した水素を、燃料電池車用の水素に使おうというのが、先に話した燃料となる水素の供給方法のひとつのアイデアだ。
ここで。ぼくはとても素晴らしい大発見をしてしまった。この大発見を実現できればもう、ノーベル賞どころの騒ぎではない。教えようかなぁ。どうしようかなぁ。全部独り占めにしたいなぁ。どうしても知りたいの? えええ。……まぁ、いいか。教えよう。
燃料電池車は、水素と酸素が化合して水になるとき発生するエネルギーを、電気エネルギーに変換して車を走らせる。また燃料電池車の排出物となる水は、電気エネルギーで水素と酸素に分解できる。ということは、水素と酸素の化合により発生したエネルギー(最終的には電気的エネルギー)のうち、車の走行に必要な分だけ燃料用にまわして、残りの電気エネルギーを排出された水の電気分解に使えば、分解によって発生した水素はふたたび自動車燃料に使える。これをくり返せば、最初、自動車に少量の水素を与えてやるだけで、車は永久的に走り続ける。
もう石油が枯渇する心配をしなくてもいい。しかも環境にもやさしい。言う事なし。おお、すごい。
ぼくが発明したこのシステムが実現できれば、もうノーベル賞なんか十回くらいとってしまうような勢いで、金なんかもうがっぽがっぽ懐に入ってきてユーラシア大陸とアフリカ大陸と北米・南米大陸とオーストラリアを買い占めて地中海を屋内プールに改造しそれでもやっぱり日本に住みたいからこれも買い占めて日本列島の上に日本列島型の家を建てて世界中の海の幸山の幸食い尽くしているうちに日本総理大臣のオファーなんか来たりしてあんな苦労の多い仕事は嫌だと言って断ると今度はアメリカ大統領のオファーが来るんだけどそぉんなスケェェェェェルの小さいのじゃあなくって。世界大統領をやらせなさいっ! って一言言うともう全世界の民が世界大統領の椅子を捧げ奉って、ぼくは晴れて独裁者に……
(ネタばらし)
結論から言ってしまうと、ぼくのした大発見は、実現不可能。
したがってぼくはノーベル賞もとれないし、もちろん大統領にも独裁者にもなれない。世の中そんなに甘くないようです。はい。
ぼくは物理学が大の苦手なのだが、実現不可能であることは、中学高校程度の物理学の知識で説明できる。先に出てきた化学反応式を例にとると、
2H2 + O2 → 2H2O
は、水素と酸素が化合して水になる、という化学反応を表している。この化学反応がおこるためには、外部から何らかのエネルギーが加えられなければならない。上の反応の場合は「酸化」といい、具体的には熱エネルギーを加えてやることで、水素と酸素は水になる。逆に、もうひとつの反応式、
2H2O → 2H2 + O2 の場合にも、反応にはエネルギーが必要で、こちらは「電気分解」、つまり電気エネルギーを加えてやることで、水は水素と酸素に分かれる。
したがって水素と酸素が水になる反応も、またその逆の反応も、どちらをやるにもエネルギーが必要ということになる。
さて、ではこの両方向の反応にかかるエネルギーの量は、それぞれどれだけになるのか。ずばり。これはどちらも同じ量のエネルギーがかかるのです。これを物理学では、「エネルギー保存の法則」と言ったりします。
ゆえにぼくの大発見については、「水素と酸素の化合により発生したエネルギー(最終的には電気的エネルギー)のうち、車の走行に必要な分だけ燃料用にまわして、残りの電気エネルギーを排出された水の電気分解に使えば」というところが、罠になっているのです。
上の「エネルギー保存の法則」から考えれば、燃料電池車の排出物である水を、電気エネルギーでふたたび水素と酸素に戻すためには、はじめ水素と酸素が化合したときにおこるエネルギーと同じエネルギー量が必要となります。
だから発生したエネルギーを燃料用と電気分解用に分けて、ということは不可能であり、この場合燃料電池車はいつまでたっても走らないのです。
余談ですが、ぼくがここで考案した「夢の」燃料電池車は、「第一種永久機関」と呼ばれるものの一例で、このような装置は現実には存在しない、というのが物理学の大前提になっています。
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