水素自動車：自動車産業の新たな革命

SDKI によって発行されました : May 2023

自動車産業における水素自動車市場

すべての車両は、一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物、粒子、揮発性有機化合物、二酸化硫黄などの汚染物質を大気中に放出します。炭化水素と窒素酸化物は、日光と暖かい温度に反応して、地上のオゾンを形成します。 スモッグの主成分である地上オゾンは、喘息や肺損傷などの上気道の問題を引き起こす可能性があります。上昇したレベルの COを呼吸すると、体の臓器や組織に到達する酸素の量が減少します。 心臓病を患っている人にとっては、胸の痛みやその他の症状が発生し、入院や救急科の受診が必要になる場合があります. また、影響を受けやすい植生や生態系全体にも影響を与える可能性があります。 さらに、車両は最も一般的な温室効果ガスである二酸化炭素も排出します。平均的な自動車は、毎年約 6 トンの汚染物質を排出します。これは、小型車 7 台分の重量にほぼ相当します。自動車からの公害は、主にエンジンの作動時に排出される排気ガスによって排出されます。ガソリンやディーゼル燃料を燃やすと、汚染の原因となる有害な副産物が生成されます。

従来の自動車の代替品

自動運転車は、またはロボット車とも呼ばれます。 その名の通り、人間の運転手がいなくても自動で運転することができます。人工知能と機械学習システムを使用して、環境を理解し、コマンドに反応します。車両のさまざまな部分に配置された高度なコンピューター ビジョン機能、センサー、アクチュエーターを使用して、周囲の地図を作成し、常に更新します。近くの車両や歩行者の検出を容易にします。 また、人工知能ソフトウェアは距離を測定し、道路の凹凸を検出します。内部に設置されたビデオカメラは、道路標識の読み取りや信号機の検出に使用されます。

Teslaの車は、このセグメントで最も際立っています。

挑戦：人間のドライバーは依然として制御下にあり、制御下に置く必要があるため、これは部分的な自動化の一種であり、完全な自動化とは言えません。後者はまだテストモードです。

全電気自動車、バッテリー式電気自動車 (BEV) とも呼ばれる電気自動車は、内燃エンジンの代わりに電気モーターを使用して機能します。この自動車は、壁のコンセントまたは充電機器に接続する必要がある電気モーターに電力を供給するための大きなトラクションバッテリーパックを持っています。テールパイプから排気ガスを出さず、電気で走るので環境にやさしい。

挑戦：これらの車両は、EVSE ( 電気自動車供給装置) とも呼ばれる充電ステーションに定期的にアクセスする必要があります。現在のシナリオを考えると、充電インフラストラクチャの可用性が課題になる可能性があります。 これらの自動車に使用されるコンピューター チップの生産量を増やすことも、困難な作業です。それとは別に、バッテリーの製造能力の欠如は不足をもたらし、その結果、電気自動車の生産を低下させる可能性があります。

水素燃料車：これらの自動車は、動力源として水素燃料を使用しています。水素の化学エネルギーは、特別に開発された燃料電池内の水素と酸素の間の REDOX 反応によって機械エネルギーに変換されます。この水素燃料電池は、水素ガス (H2) と酸素 (O2) を使用する陽子交換膜 (PEM) を使用して潜在的な化学エネルギーを電気エネルギーに変換します。しかし、酸素は大気中で容易に利用できるため、燃料電池には、車両に電力を供給するのに必要な水素のみを供給する必要があります。

挑戦：天然ガスなどの化石燃料から水素を製造すると、温室効果ガスが排出され、環境へのメリットが制限されます。したがって、その生産には再生可能エネルギー源を使用する必要があります。 さらに、水素燃料電池の製造には費用がかかります。反応に使用される触媒は一般的に白金であり、希少で高価な物質です。

 水素とは何ですか?

水素は地球上に豊富に存在する元素です。これは化学産業で使用される主要な標準材料の 1 つであり、多くの重要な製品の製造の基本的な構成要素です。水素はその製造方法により2種類に分かれます：

• グリーン水素 - 再生可能エネルギーはグリーン水素の生成に使用されます。風力、太陽光、地熱、さらには水力によっても、電気分解のための電気が生成されます。電気分解により水から水素原子と酸素原子が分離され、純粋な水素が生成されます。再生可能資源からの水素は、プロセス中に炭素が生成されないため、最もクリーンな電力源です。
• ブルー水素 - ブルー水素は天然ガスまたはバイオガスから生成されます。ガスと高温の蒸気を反応させて水素を生成します。ブルー水素は、バイオガスまたは樹木のオフセットから供給される場合、カーボンニュートラルです。

水素は、トラックやパイプラインで簡単に市場に輸送したり、後で使用するために保管したりできます。これは、二酸化炭素を排出することなく、ガソリンやガスが供給できるすべてのものに安全に電力を供給できます。そのため大変貴重な商品となります。

水素自動車とは何ですか?

水素自動車は、ガソリン、ディーゼル、CNG などの他の燃料ではなく、動力の燃料として水素を使用する自動車です。水素の化学エネルギーは電気エネルギーに変換され、電気モーター用の電力が生成されます。しかし、この変換は 2 つの方法で発生する可能性があります。これには、ICE での水素の燃焼、または燃料電池での水素と酸素の反応のいずれかが含まれます。

水素燃料電池はどのように動作するのでしょうか?

水素燃料電池は、輸送、マテリアルハンドリング、バックアップ電源などの幅広い用途に使用されています。燃料電池は基本的にバッテリーと同じように機能しますが、唯一の違いは、消耗したり再充電の必要がないことです。継続的に電気を生成することができます。燃料電池は化学エネルギーを電気エネルギーに変換し、内燃機関と比較してより高い効率で動作することができます。

燃料電池は、電解質膜で分離された 2 枚のプレートで構成されています。1枚のプレートはアノードと呼ばれ、そこに水素が通過します。もう一方はカソードと呼ばれ、酸素が通過します。水素はアノードを通過する際、触媒によって電子とプロトンに分解されます。水素の正の粒子は膜を通過しますが、負の粒子は膜を通過できません。しかし、原子には均一な電荷が必要であるため、電子は回路を強制的に通過することによって経路を変更されます。これにより最終的に電流と熱が発生し、この反応全体の最終生成物は水になります。一方、カソードでは、水素陽子、電子、酸素の融合によって水分子が生成されます。可動部品がないため、セルの信頼性が高く、動作音も静かです。

水素自動車のメリットは何ですか?

 水素燃料電池は自動車産業において重要な役割を果たしています。水素は燃料電池電気自動車（FCEV）の動力として使用されます。現在、水素自動車には次のような利点があるため、世界中で数社の企業が水素自動車の開発に取り組んでいます：

• 水素燃料電池自動車はテールパイプから排出物を生成せず、水蒸気中の暖かい空気のみを排出します。したがって、これらは環境に優しいのです。
• それらは、ガソリンエンジンの2倍の効率があります。
• それらは、バッテリー式電気自動車よりも航続距離が長くなります。たとえば、軽自動車の場合は 600ー800 km です。

• 水素燃料電池自動車の充填には、わずか 3ー5 分程度しかかかりません。

水素自動車のデメリットは何ですか？

水素自動車は未来ですが、現時点ではいくつかの欠点があります。

• 燃料電池の電気分解触媒である白金やイリジウムなどの金属は高価です。したがって、水素燃料電池の作成にはコストがかかります。その結果、水素燃料電池自動車の製造にかかるコストは法外なものとなります。
• 現時点では、水素自動車に適したインフラが整備されていません。世界中で利用できるステーションの数は非常に限られています。 
• 水素自動車が製造されているとはいえ、平均的なドライバーが実用的に使用できるようにするには、依然として多くの研究開発活動が必要です。水素自動車の研究開発には巨額の投資が必要ですが、政府や民間の指導者が簡単に手が出せるものではありません。

電気自動車と水素自動車の比較分析

水素燃料電池技術は、代替パワートレイン技術の中で最もクリーンな技術の 1 つと考えられており、水蒸気だけが排出されます。

• 水素燃料自動車 - 化石燃料車と電気自動車の間のブリッジ
• 水素はガソリンや軽油と同じように充填できます。 タンクを満たすのに約 5 分かかります。
• 水素燃料車の燃費は、電気自動車よりもはるかに優れています。
• 水素燃料電池は、バッテリーに比べてすぐには消耗しません。
• 燃料としての水素は、ガソリンやディーゼルからのわずかなインフラの変更であると認識されています。

現在の世界の水素燃料電池車のシナリオ

• 水素自動車の販売は、世界の他の国と比較して、韓国が最も高くなっています。これは、グリーン経済に移行するための政府の支援政策、とこれらの車両の採用を促進するための地域の自動車会社による投資の増加によって大きく促進されています。たとえば、Hyundai Mobisは 2021 年 10 月に、韓国に 11 億米ドルを投資して 2 つの新しい水素燃料電池システム工場を配備したと発表しました。これらのプラントには、毎年 100,000 個の水素燃料電池を生産するのに役立つ技術が備わっています。

• 日本は、水素燃料電池電気自動車の大量採用を記録しました。国は、2017 年の約 2,000 台から、2022 年には 7,000 台以上の水素自動車の使用を目の当たりにしました。さらに、日本での新しい燃料電池電気自動車 (FCEV) の販売は、2021 年に 約2,500 台の乗用車に達しました。

• サウジアラビアは、2021 年 3 月 11 日にドイツとの間で、水素の製造、処理、使用、輸送に関する協力を確立するための覚書に署名しました。主な目的は、燃料としての水素を促進し、持続可能性を達成し、サウジアラビアが世界的に水素大国になる道を開くことです。

• 米国では、手頃な価格の水素を提供するステーションが利用できないことが、水素燃料技術の採用に対する主要な課題でした。米国エネルギー省 (DOE) は、この課題に対処するために、連邦政府機関、自動車メーカー、水素供給業者、燃料電池開発者、国立研究所、その他の利害関係者との官民連携である H2USA を立ち上げました。H2USA は、米国の消費者により多くの輸送エネルギー オプションをサポートするために、水素インフラストラクチャの促進に重点を置いています。

• インド最大の統合エネルギー企業である NTPC Ltd は、ニューデリーとレーでのパイロット プロジェクト用に、このような水素燃料電池車 20 台を調達するための入札をまもなく発行する予定です。Hyundai と Tata Motors はすべてこのプロジェクトに注目しており、入札に参加しています。

• 2021 年 8 月 21 日、KPIT-CSIR (プネー) は、インド初の水素燃料電池 (HFC) プロトタイプ車を、プネーの CSIR-National Chemical Laboratory で独自に開発した燃料電池スタックで実行することに成功しました。

世界中の水素ステーション

2021 年末時点で、稼働中の水素ステーションは世界中で 685 か所あります。

日本は水素燃料ステーションの数が最も多く、具体的には 2021 年 9 月の時点で 154 です。この国は、自動車用水素燃料の主要な供給国であるだけでなく、世界の 2 つの主要な水素自動車メーカーの本拠地でもあります。

- ToyotaとHonda

韓国には 112 の水素補給ステーションがあり、燃料電池車の需要は 84% 増加しており、2020 年と 2021 年には 8,400 台の車が販売されています。

ドイツには 2021 年の時点で 92 の水素ステーションがありました。ドイツの連邦自動車輸送局によると、2020 年の 630 台と比較して、2021 年には合計 981 台の水素動力車がありました。

米国およびカナダ:59 の水素燃料供給ステーションがあり、現在、米国に 54 か所、カナダに 5 か所が稼働しています。

中国には 39 か所、フランスは 18 か所、イギリスは 10 か所、カナダは 9 か所、デンマークは 6 か所、ノルウェーは 5 か所、オランダは 5 か所、オーストリアは 5 か所、スウェーデンは 4 か所、スイスは 4 か所、インドは 3 か所でした。

市場の水素自動車

• ヒュンダイとトヨタは、水素燃料電池技術の分野で世界のトップランナーです
• 水素自動車の 2 つのモデルが、世界中の特定の市場で一般公開されています–
•  2014年に世界初の量産型燃料電池自動車（FCEV）であるトヨタ ミライが発売されました。
• Hyundai Nexo: 2018年3月に韓国で公開されました。

HondaのClarity: Hondaは、燃料電池車の開発と、水素を効率的に生成して使用するための独自の水素ステーションの開発に取り組んでいます。簡単に設置でき、完全にパッケージ化されたスマート水素ステーション (SHS) は、ローカルでのエネルギー生成と供給を可能にします。

他の多くの自動車会社は、パイプラインに水素動力車を持っています。BMW、Land Rover、Vauxhall は、今後 5 年以内に新しいモデルを計画しています。

日本ではどのような水素自動車が販売されていますか?

 現在、日本では、Toyota Mirai と Hyundai Nexoの 2 つの主要な水素自動車が利用可能です。このほか、市販の水素燃料電池をエンジンに搭載した交通バス「Toyota Sora」もあります。最新の傾向によれば、BMW iX5 とToyota Crownという 2 つの主要な水素自動車が日本市場に登場することが期待されています。BMWはすでに日本でiX5 Hydrogenモデルのパイロットテストを行っており、ToyotaのCrownモデルは2023年後半に発売される予定だ。

水素自動車市場調査

 水素自動車市場の収益は、2022 年に約 11 億米ドルに達します。さらに、当社の水素自動車市場に関する洞察によると、市場は2023ー2035年の予測期間中に約46.19%のCAGRで成長すると予想され、2035年までに約1,070億米ドルの価値に達すると予想されています。二酸化炭素排出量削減に対する環境への懸念、と持続可能な技術の採用が、予測期間中に市場の成長を牽引すると予想されます。また、水素自動車市場のセグメンテーション分析は、車両の種類、使用される技術、地域に基づいて行うことができます。Honda、Hyundai、とToyota などの自動車大手の存在は、今後数年間で日本で水素自動車市場規模が急速に拡大することを示唆しています。

路上を走る車両の数が増加するにつれて、再生可能なエネルギー源を使用したエネルギー効率の高い車両に対する世界的な需要も高まっています。私たち SDKI では、着実に成長している水素燃料電池車市場と、今後数十年間のその豊かな未来に関する事実と数字について、徹底的な調査を行いました。

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