水素社会の実現に向けトヨタ自動車とトヨタグループ各社が動きを活発化している。トヨタは水素の製造から運搬、利用に関する幅広い領域で知見の獲得や技術開発を進め、将来の商用展開を見据える。デンソーやアイシンも製造工程における水素活用の実証を始めている。水素は脱炭素社会に有力なエネルギー源。欧州や中国でも水素の利活用が加速しており、国際競争に勝つためにも技術の「手の内化」が欠かせない。（名古屋・川口拓洋）

【トヨタ】水素エンジン車／レース場で技術磨く

トヨタは２０１４年に世界初の量産型燃料電池車（ＦＣＶ）「ＭＩＲＡＩ（ミライ）」を市場投入するなど水素の活用では先行する。今ではＦＣＶの乗用車・商用車だけでなく、水を電気分解する装置で製造した水素を工場のガス炉で使用するなど「つくる・はこぶ・ためる・つかう」ための多様な取り組みを進めている。

同社の水素関連事業で注目されているものの一つが水素エンジン車の開発だ。水素エンジンを搭載したスポーツ車「ＧＲカローラ」をレースの場で走らせ、技術を磨いている。２３年５月末には世界で初めて液体水素を燃料とした車両を持ち込み、富士スピードウェイ（ＦＳＷ、静岡県小山町）での２４時間耐久レースに参戦。さらに７月末にはオートポリス（大分県日田市）で開かれたスーパー耐久レースで２度目の走行に挑んだ。

驚くのは、液体水素エンジンの開発スピードだ。ＦＳＷとオートポリスのレース間隔は約２カ月。この短期間で車両の耐久性向上や軽量化、給水素操作の自動化などを実現した。

車両の改善では、水素タンクから液体水素をくみ出しエンジンに供給するポンプの耐久時間を約３０％向上した。トヨタの社内カンパニーでスポーツ車を手がけるガズーレーシングカンパニーの高橋智也プレジデントは「簡単に言うとポンプのギアとベアリング（軸受）の間に緩衝機構を設けた」と話す。一般的なギアの摩擦は潤滑油などで軽減するが、水素に潤滑油が混じるため同車両では利用できない。緩衝機構の追加により、ポンプへの衝撃などを吸収できる。

軽量化ではテスト走行や前回のレースで把握したデータを分析し、配管などのシステムを最適化した。ポンプ自体の耐久性向上も軽量化に貢献し、駆動モーターやバッテリーの軽量化につながった。５月時より車重を４０キログラム減の１９１０キログラムにした。

車両側だけでなく、トヨタが岩谷産業と共同開発し、液体水素を供給する移動式ステーションも改良。水素を車両に供給する「充填ジョイント」は２・４キログラム減の６キログラムに、気化した水素をタンクから戻す「リターンジョイント」は３・５キログラム減の１２・５キログラムにした。設計の見直しや水素に触れない部分をアルミニウムに変更するなどして軽量化した。

このほか、水素を車両に供給するための操作も従来は１４工程あったが、車両のバルブ開閉動作などを自動化することで５工程に縮めた。給水素の作業を安定化し効率を上げる狙いがある。

７月１日付で新設された水素事業の専門組織「水素ファクトリー」を束ねる山形光正プレジデントは「未来のため環境に配慮したエネルギーと共存することが必要で、それは水素と共存すること」と語る。水素の利活用は日本だけでなく世界で加速しているとして「実現の難しさもあるが、地に足が着いた水素の活動にしていきたい」と方針を示す。

【デンソー・アイシン】メタネーション／脱炭素化の有効手段

製造現場での水素活用は、多くの企業が挑むカーボンニュートラル（温室効果ガス排出量実質ゼロ）への有用な手段の一つだ。デンソーやアイシンでは水素と二酸化炭素（ＣＯ２）を反応させてメタンを合成・製造する技術「メタネーション」に取り組む。

デンソーは安城製作所（愛知県安城市）内で「二酸化炭素循環プラント」の実証を進める。プラントを稼働する発電機の排気からＣＯ２を回収。水素発生装置で作った水素と反応させ、生成したメタンを再び発電に使う。

ＣＯ２回収能力は年８トン分。現在は同１トンのＣＯ２を回収し、電力量換算で同約７万キロワット時分のメタンを生成している。２５年までに、工場で使うアルミ溶解炉１台分に相当する１０００トンレベルまでプラントを拡大する計画だ。

一方、アイシンはアルミ溶解炉の排ガスから分離・回収したＣＯ２を活用。工場内の太陽光発電による電気で生成した水素と合成しメタンを作る。このメタンを燃料として溶解炉に戻す。

西尾工場（同西尾市）に小型の資源循環装置を設置した。独自設計で、一般的な装置に比べ高さを４分の１―５分の１に抑えたのが特徴だ。同工場はトランスミッション（変速機）や電動駆動装置「ｅアクスル」のカバーなどを製造。同社の工場の中で売上高比で最も多くのＣＯ２を排出する。

１日当たり０・０２４トンのＣＯ２を回収可能で、メタン生成量は同１２立方メートル。現状は溶解炉１台から発生するＣＯ２の１００分の１の循環にとどまるが、ＣＯ２回収方法などに磨きをかけ、２５年度に溶解炉１台から発生するＣＯ２を全量回収する装置の開発を目指す。