2022-04-11
燃料電池自動車（FCV）はどんな仕組み？ガソリン車や電気自動車と何が違うの？
画像出典：photo AC
「燃料自動車（FCV）の仕組みを知りたい」と考えていませんか？エコカーとして名前を知ってはいても、その仕組みや構造までは知らないという方は多いのではないでしょうか。本記事では、燃料電池自動車の仕組みについて詳しく解説します。
「燃料電池自動車（FCV）ってどうやって動くの？」「ほかのエコカーとの違いがわからない」といった疑問をお持ちの方は多いのではないでしょうか。
この記事では、今後成長が期待されている燃料電池自動車（FCV）の仕組みと、ガソリン車やEV車との違いについて詳しく解説します。
「燃料電池自動車（FCV）に関する知識を深めたい」「購入を検討している」という方はぜひ参考にしてください。
燃料電池自動車（FCV）の仕組み
画像出典：photo AC
燃料電池自動車（FCV）は、水素と酸素を取り込んで生成した電力によって走行するモーター駆動車です。
最先端技術のイメージを持つ方もいるかと思いますが、実は燃料電池の歴史は古く、長年「夢のエネルギー」として実用化を渇望されてきました。
約10年前についに実用化を迎え、日本ではトヨタが世界で初めて市販化モデルの製造・販売を実現しています。
燃料電池自動車はどのような構造を持ち、駆動する車なのでしょうか。
まずは燃料電池自動車の仕組みと、燃料電池とはどのようなものなのか解説します。
燃料電池自動車はどう動いているの？
画像引用：ENEOS
燃料電池自動車（Fuel Cell Vehicle）は、燃料として補給した水素と空気中の酸素を燃料電池内で化学反応させて電気を作り、その電気でモーターを回して駆動する自動車です。
水素と酸素を取り込んで直接電力を作ることができる自家発電装置を搭載しているため、ハイブリッド車や電気自動車に比べてエネルギー効率が非常に高いという特徴があります。
現在、エネルギーとして一般的な存在であるガソリン車との大きな違いは、ガソリン車が「エンジン」を動力源としているのに対し、燃料電池車は「モーター」で動いている点です。
エンジンは密閉された空間内で燃料であるガソリンを燃やしてピストンの往復運動を促し、これをタイヤの駆動力として伝達します。
一方、燃料電池車は取り込んだ水素と酸素を用いて燃料電池で自家発電し、その電力をモーターに伝達することで動力を生み出します。モーターの力だけで走行するため、エンジンは搭載していません。
また、走行中に排出するのは水（水蒸気）のみであり、ガソリン車のように一酸化炭素や二酸化炭素などの有害物質を排出しないことから、クリーンなエコカーとして注目を集めています。
燃料電池とは？
「電池」と聞くと乾電池やスマホ、パソコンに搭載されている充電池などを思い浮かべる方が多いかと思いますが、燃料電池の仕組みはこれらとは全く異なります。
燃料電池は、水素と酸素を利用して直接電気を取り出す「発電装置」です。電池という名前ではありますが、乾電池や充電池のように電力をため込んだり外部から充電したりするものではありません。
燃料電池は、水素と酸素を反応させて水にする過程で生じる電力を取り出すための装置であり、燃料である水素と空気があれば自足的かつ継続的に電力を生み出すことができます。
また、発電と同時に熱も作り出すことができるため、この排熱を給湯や暖房に再利用することで各機関にかかる負荷を軽減できます。
これらの点から燃料電池は自動車のみならず、家庭用給湯器としても導入されています。
燃料電池自動車のメリット
画像出典：photo AC
燃料電池自動車のメリットとしては、以下が挙げられます。
【燃料電池自動車のメリット】
- 大気汚染の原因となる有害物質を排出しない
- エネルギー効率が非常に高い
- 静音、低振動
- 燃料補給にかかる時間が少ない
- 燃料補給1回あたりの走行可能距離が長い
前述した通り、燃料電池自動車は大気汚染の原因となる二酸化炭素や一酸化炭素などの有害ガスを一切排出しません。そのことから燃料電池自動車は「究極のクリーンカー」とも言われています。
エネルギー効率はガソリン車の2倍程度とされており、省エネ・省CO2に寄与しています。また、燃料電池自動車からの電力供給が可能で、非常時対応の観点からも非常に有益です。
燃料自動車はエンジン（内燃機関）ではなくモーターで走行するため、ガソリン車特有のエンジンの振動音や排気による騒音がありません。周囲の環境に配慮した、静かで快適な走行が可能です。
さらに、水素燃料の補給（充填）に要する時間が約3分程度と短時間で、燃料補給1回あたりの走行可能距離（航続距離）についてもガソリン車に匹敵する水準に達しています。電気自動車が家庭用充電で一晩程度、急速充電であっても1時間程度を充電に要する点と比べると、利便性の高さは歴然としているといえるでしょう。
ただ、燃料電池車、水素自動車の燃料補給施設である水素ステーションは、なかなか設置が進んでいないのが現状です。この点が改善されれば、燃料電池自動車の普及は加速すると考えられます。
エコカーとガソリン車のそれぞれ特徴は？
画像出典：photo AC
エコカーという言葉は聞き慣れていても、具体的にどのような車がエコカーに該当するのか曖昧という方もいるでしょう。
エコカーは「Ecology car（自然環境保全車）」の略称であり、その名が示す通り地球環境に配慮したクリーンな車のことです。
ガソリン車、ディーゼル車が地球温暖化の要因となる二酸化炭素などの有害物質を排出するのに対し、エコカーはそれらの排出を最小限に抑えることに成功しています。
ガソリン車は充填時間（燃料補給に要する時間）、航続距離には秀でているものの、環境面に多大な悪影響がある点がかねてより懸念されています。
2021年1月、国会の施政方針演説で当時の菅首相は「2035年までに新車販売で電動車100％を実現する」と表明し、これにより政府が事実上ガソリン車を廃止する方向で調整していることが明らかになりました。
また、ガソリンに代表される化石燃料の枯渇が危険視されている一方、水素の源である水は地球上に無尽蔵に存在しているため、資源節約の観点からも有益です。
日本では、政府が制定している排気ガスの排出量と燃費基準を満たしている自動車がエコカーとして認定されます。
エコカーの種類は、以下の通りです。
- 燃料電池自動車（FCV）
- 電気自動車（EV）
- ハイブリット車（HV）
- プラグインハイブリット（PHV）
各種エコカーの特徴と仕組みについて、以下で詳しく解説していきます。
燃料電池自動車（FCV）
|
燃料
|
水素
|
| 動力 |
モーター |
| CO2の排出量 |
なし |
| 特徴 |
水素と空気中の酸素を化学反応させて作り出した電気で走る |
燃料電池自動車は水素を燃料とするモーター駆動車で、二酸化炭素は一切排出しません。このことから「究極のエコカー」とも評されています。各自動車メーカーが精力的に開発研究を進めており、2014年にはトヨタが世界初の市販化モデルとしてセダン型燃料電池自動車「MIRAI」を発売しました。
その後MIRAIは2020年12月にフルモデルチェンジを果たし、航続距離（水素一充填あたりの走行距離）は初代モデルの約650kmを大幅に超える約750〜850kmに達しています。この数値は、ガソリン車に匹敵する水準です。
電気自動車（EV）
|
燃料
|
水素
|
| 動力 |
モーター |
| CO2の排出量 |
なし |
| 特徴 |
外部から取り込んだ電気を動力源として走行するモーター駆動車 |
電気自動車は燃料電池自動車と同様に、搭載されたモーターによって走行する自動車です。燃料電池自動車との違いは、動力＝電力を自己生成できない点です。電気自動車は、燃料として利用する電気を外部から調達する必要があります。
燃料補給は各地に設置された充電スタンドのほか、自宅に充電設備を設置することでも対応できますが、燃料電池自動車、ガソリン車に比べると充電に時間がかかる点は難点といわざるを得ません。
また、航続距離が200〜600kmと短く、長距離ドライブにはやや不適格というのが現状です。
ハイブリット車（HV）
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燃料
|
ガソリン
|
| 動力 |
ガソリン＆モーター |
| CO2の排出量 |
ガソリン車より少ない |
| 特徴 |
ガソリンで動くエンジンと電気で動くモーターの2つを搭載し、動力を使い分けて走る |
ハイブリット車は、エンジンとモーターの2つの動力源を備えた自動車です。
速度や燃費の高低によって自動的にエンジンとモーターを切り替えることで、燃費効率の向上を図っています。適宜、電力モーターで動力を補うため、燃料補給の頻度を抑えることができることからガソリン代を節約できる点がメリットです。
プラグインハイブリット（PHV）
|
燃料
|
ガソリン＆電気
|
| 動力 |
エンジン＆モーター |
| CO2の排出量 |
ガソリン車よりは少ない |
| 特徴 |
外部充電できるハイブリッド車 |
プラグインハイブリットカーは、ハイブリッド車に外部充電機能を加えたエコカーです。
走行用バッテリーを搭載し、バッテリーへの外部充電を行うことで電力のみで走行できる距離がハイブリット車に比べて格段に長くなっています。
日常における近距離移動程度であれば、電気のみでの走行が可能です。
また、たとえバッテリーの電力をすべて使い切ってしまってもその後はガソリンエンジンを動力に走行できるため、航続距離については電気自動車よりも有利といえます。
燃料自動車のコスパはいいの？
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次世代のエコカーとして進化を続ける燃料電池自動車ですが、一般ユーザーが気になる点は環境面もさることながら、購入費用、ランニングコストの実情ではないでしょうか。
本項では燃料電池自動車のコストパフォーマンスを検証すべく、燃料電池車、ガソリン車の本体価格、ランニングコストを見ていきます。
【燃料電池自動車】
|
本体価格
|
710万円～860万円
|
| 燃料費 |
1,100円 / kg |
| 1,00km走るための費用 |
948円 |
※トヨタ MIRAI Zの場合
【ガソリン車】
|
本体価格
|
100万円～400万円前後
|
| 燃料費 |
144円 / L |
| 1,00km走るための費用 |
720円 |
※燃費が20km / Lの場合
ガソリン車と比べると、燃料電池自動車のコストパフォーマンスは良いとはいえず、現時点では本体価格も燃料費も高いのが現状です。
しかし、今後日本では2035年をめどにガソリン車の新車販売が禁止されるため、ゆくゆくは電気自動車もしくは水素自動車（燃料電池車）に切り替えなくてはいけません。
すでに、世界の各国ではガソリン車の規制を強めていて、イギリスは2030年までにガソリン車、ディーゼル車の新車販売を禁止することを表明しています。また、ノルウェーやインドも同様に2030年から新車販売車種を電気自動車、水素自動車に限定、オランダにいたっては2025年から販売を電気自動車に限定する取り組みを行っています。
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この記事では燃料電池自動車について解説しましたがいかがでしたでしょうか。
まだ、あまり身近ではない燃料電池自動車ですが、2030年からガソリン車の販売がされなくなるため、将来は多く道路を走っている存在になるかもしれませんね。
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よくあるご質問
Q1：燃料電池自動車（FCV）の仕組みは？
A：燃料電池自動車（FCV）は、水素と酸素を取り込んで生成した電力で走行するモーター駆動車です。直接電力を作ることができる自家発電装置を搭載しており、ガソリン車や電気自動車に比べて優れたエネルギー効率を発揮しています。
Q2：燃料電池自動車のメリットは？
A：燃料電池自動車のメリットとしては「大気汚染の原因となる有害物質を排出しない」「エネルギー効率が非常に高い」「静音、低振動」「燃料補給にかかる時間が少ない」「燃料補給1回あたりの走行可能距離が長い」という点が挙げられます。
Q3：エコカーとガソリン車のそれぞれ特徴は？
A：エコカーは環境汚染の原因となる二酸化炭素などの有害物質の排出量が少なく、地球に優しいのが特徴です。ガソリン車は燃料補給に時間がかからず航続距離が長いのですが、その一方で地球環境に悪影響を及ぼす有害物質を排出し地球温暖化の要因にもなっています。
また、その他にも、走行音が静かで、燃料補給に時間と手間がかからないというメリットもあります。
しかし、その一方で車両の価格が高く、水素ステーションが少ないというデメリットがあるがあります。
Q4：燃料自動車のコスパはいいの？
A：現時点では燃料電池車は本体価格も燃料費もガソリン車と比べて高い傾向にあります。しかし、今後日本では2035年をめどにガソリン車の新車販売が禁止されるため、将来的には電気自動車もしくは水素自動車（燃料電池車）に切り替えを検討する必要があります。
参考サイト
燃料電池の種類と仕組み（参照日：2022-3-5）
https://electric-facilities.jp/denki2/nenryou.html#
脱ガソリン車、世界で加速 英は販売禁止を5年前倒し（参照日：2022-3-5）
https://www.nikkei.com/article/DGXMZO66361010Y0A111C2AM1000/
水素の価格1210円/kgの現在、トヨタ新型MIRAIで1000km走ると高い？安い？他の乗りものと比べてみた！（参照日：2022-3-5）
https://clicccar.com/2021/06/28/1096359/#
FCVってどんな車？（参照日：2022-3-5）
https://www.pref.saga.lg.jp/kiji00379905/3_79905_200077_up_bgh37u7s.pdf
[Q] 燃料電池車とはどんなクルマですか？（参照日：2022-3-5）
https://jaf.or.jp/common/kuruma-qa/category-construction/subcategory-eco-car/faq042
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