マグネシウムが変えるか、日本のエネルギー問題：インタビュー スマートグリッド（1/3 ページ）

「エアロトレイン」

　燃料電池は何らかの物質を酸素と反応させて電気エネルギー（と水など）を取り出す発電装置だ。モノ（燃料）を入れると電力が出てくるという点で、火力発電といくぶん似ている^＊1）。ただし火力発電よりも効率が高く、CO₂（二酸化炭素）の排出を減らせる。

＊1） 一方、リチウムイオン二次電池などは電力を入力し、蓄え、電力を出力する装置だ。モノを入れる必要はないが、最初に電力を入力しなければ機能しない。

　燃料電池はモノを入れなければ動かない。現在広く使われている燃料電池は低分子の炭化水素や水素を燃料として用いる。例えば家庭用の設置型装置である「エネファーム」はCH₄（メタン）を主成分とする都市ガスなどを使い、燃料電池車（FCV）ではH₂（水素）を主成分とするガスを利用する。いずれも原料物質を酸化する過程で電力を取り出し、水などを排出する。

　燃料電池が大規模に普及し、成功するかどうかには、さまざまな要因が関係する。例えば燃料の流通インフラや燃料電池のコスト低減などだ。しかし、地球全体のエネルギー循環まで考慮すると、長期的には投入するモノが再生可能かどうかによって決まるだろう。CH₄は化石燃料であり、H₂は現時点では再生可能になっていない^＊2）。

＊2） 水素は水の電気分解で作り出せるため、原理的には再生可能エネルギー（例えば太陽光発電）で量産できる。しかし、現在量産されている水素は製鉄の副産物（関連記事：市街地に水素を供給、北九州市で燃料電池の実証実験始まる）やメタノール分解、都市ガス分解などを使って作り出しており、化石燃料が必要だ。

Mg燃料電池が登場

　東北大学未来科学技術共同センター教授の小濱泰昭氏が2012年1月26日に発表した「Mg燃料電池」は、再生可能であるところに特長がある。「太陽エネルギーを使ってMgを精錬するめどがついており、効率よく量産可能な燃料電池が実現する」（小濱氏）。Mgは地球上で8番目に多い元素であり、海水にもMgCl₂（塩化マグネシウム、にがりの成分）として大量に含まれている。レアメタル問題を起こすこともなく、人体にも無害だ。

　小濱氏の開発品は、燃料電池としてどのような点で優れているのだろうか（図1）。3点ある。

図1　Mg燃料電池　写真のセルは60Ah、6V。これを2つ直列にして使う。セルの寸法は幅約20cm、奥行き約23cm×高さ約15cm。重さは約4kg。出典：東北大学小濱研究室

　まず、第1に電池としてのエネルギー密度が高く、小型化に向くということだ。小セルでの実験値は1464mAh/gであり、これはリチウムイオン二次電池の5倍以上に当たる。今回開発したMg燃料電池はまだ小型化の取り組みが十分進んでいないが、鉛蓄電池（35Wh/kg）や、ニッケル水素二次電池（60Wh/kg）を既に上回っており、リチウムイオン二次電池（120Wh/kg）がすぐ目の前に見えている性能だ^＊3）。

＊3） 充電可能な鉛蓄電池やリチウムイオン二次電池と、1回ごとに使い切るMg燃料電池のエネルギー密度を直接比較する意味は薄いという意見もある。Mg燃料電池は、二次電池というよりも充電できない一次電池と似ている。しかし、非常用など、使用時に再充電ができず、1回限りで利用する場合には比較に意味が出てくる。

　次に低コスト化が可能であることだ。原料金属が安価であることなどから「電池の実装について協力を求めた古河電池によれば、60Ah、12Vという開発品と同じ容量のPb電池（2万円）を示して、この半分にはできる」（同氏）という。つまり1万円が目標になる。

　最後に、「寿命」が長いことだ。ここで言う寿命とは、いわゆるサイクル寿命ではない。電池内部にエネルギーを蓄えたまま、どの程度の時間、放置できるかという意味での寿命だ。二次電池は自己放電を起こすため、満充電状態にしても数カ月単位でエネルギーを失ってしまう。「Mg燃料電池は電解液を入れない状態で放置すれば50年、100年持つと考えている。このような性質は非常用電源として優れている」（小濱氏）^＊4）。

＊4） 電池全体の反応はMgと酸素、水が反応してMg（OH）₂（水酸化マグネシウム）が生成するというものだ。正極の反応は1/2O₂＋2H^＋＋2e⁻ → 2H₂O。負極の反応はMg＋2H₂O → Mg（OH）₂＋2H^＋＋2e⁻。電池全体の反応は、Mg＋1/2O₂＋H₂O → Mg（OH）₂だ。