水電解装置とは？目的・研究・製造の動向

水を電気分解し、水素や合成ガスを生成する装置を水電解装置（エレクトロライザー）といいます。
燃料電池の実用や、クリーンエネルギーの活用促進が普及するとともに注目されている技術の一つです。

ここでは水電解装置がどのように活用されているのか、研究・製造における近年の動向などをご紹介いたします。

そもそも水電解とは

水電解とは、水（H₂O）を電気分解することで酸素（O₂）と水素（H₂）を得ることを指します。ただし純粋な水は電気を通さないため、触媒を通して水電解します。

水電解装置とは

水電解装置は、触媒を通して水に電気を流すことで化学反応を起こし、水素と酸素を発生させる装置です。
現在実用されている水電解装置は、大きく分けて固体分子型とアルカリ型の2種類があります。それらは電解質の違いにより分けられますが、研究により他にも様々な方式の水電解装置が開発されています。

構成要素・仕組み

水電解装置は燃料電池と逆の反応を起こす装置ですが、その構成要素は燃料電池とよく似ています。
MEAをセパレータで挟むことでできたセルを多数重ねてスタック化し、一つ一つのセル内部で水の電気分解が行われます。

MEAとはGDL（電極）で挟んだ電解質と、その間に触媒が塗布されたもののことです。化学反応を起こすうえでコアとなる部分です。

セパレータとはカーボンや金属で作られ、セル同士の境界となる板のことです。分解を行うための水や、発生した水素・酸素を適切に通す役割があります。

水電解装置の目的

水電解装置は、エネルギーとして活用される水素や合成ガスを生成します。
一見すると、電力を消費して水素や合成ガスを生成し、それをまたエネルギーとして活用するというのは、「足し引くとゼロ」で意味が無いように感じられるかもしれません。
しかし、以下の2点で水電解装置には大きな利点があります。

余剰電力の活用

再生可能エネルギーによる発電（太陽光発電や風力発電）において発生した余剰電力を、水電解装置に使用することで、電力を無駄にすることなく水素・合成ガスの生成に活用することができます。

再生可能エネルギーによる発電は、自然環境により左右されるため発電量の不足や余剰が発生します。
しかし、電力を貯蔵するシステムの構築は技術やコストの面から現在ではまだ実現が難しいものです。
そのため従来無駄になっていた余剰電力を水電解装置の稼働に利用することで、水素・合成ガスという別の形のエネルギーとして貯蔵することができます。

グリーン水素の生成が可能

水素はエネルギーとしてだけでなく、様々な産業・工業分野でも活用される存在です。
水素の生成にはいくつかの方法がありますが、中でも二酸化炭素を排出せずに生成された水素を「グリーン水素」と呼びます。
従来広く用いられている化石燃料やバイオマス原料を使用した水素の生成では、二酸化炭素が排出されるため環境への負荷が懸念されていました。
しかし水電解装置の開発・実用により、環境に優しいグリーン水素の生成が可能になるのです。

水電解装置の製造の課題

このようにエネルギー課題や環境問題に対応する水電解装置は、注目を集めるソリューションといえますがその製造には未だ課題もあります。

製造コストの削減要求

量産フェーズを見据えると、水電解装置の製造際のコスト低減が課題になります。
そもそも水電解装置は構成要素として高価な材料が多く使用されています。特にMEA製造時の触媒には希少金属が用いられることがあり、コストを増幅させる要因の一つといえます。

性能（生産効率）の向上

コストの削減だけでなく、水素・合成ガスの生成効率の向上も課題です。
またMEAを大量生産するにあたり、一定の性能を保つ必要もあります。

Sono-Tekの超音波スプレーで、MEAの製造コスト抑制・性能向上

水電解装置の化学反応のコアとなるMEAの製造工程において、コスト抑制と性能向上の方法として弊社ではSono-Tekの超音波スプレーをご提案しております。

触媒塗布の工程で、触媒消費量の低減及び発電効率の向上に繋がる有効なソリューションとして、水電解装置だけでなく燃料電池の製造にも採用されています。

Sono-Tekの超音波スプレーでMEA製造するメリット

超音波振動によって霧化した触媒は、非常に薄い塗膜を形成することができ、高コストな触媒材料の消費量削減に貢献します。
また触媒材料の性質から通常のスプレーでは塗布に偏りが生じてしまうところ、超音波による粒子の分散で均一に塗布を実現し、性能の向上に繋がります。

また当製品は研究開発用の小型のものから、量産に対応できるものまで幅広いラインナップを取り揃えており、研究開発からプロダクションへシームレスに展開が可能です。