水と備長炭、アルミホイルでオルゴールが鳴った!燃料電池実験
帰って来たエレキガール! 森ノオト編集長のキタハラマドカが久しぶりにエレキ実験をレポートします。2015年は「水素元年」と言われています。水素と酸素から生まれる無限大の可能性を秘めたエネルギー源を用い、「燃料電池」を手づくりする実験、やってみました。

年の瀬も押し迫った2014年12月26日、世間はトヨタの燃料電池自動車(FCV)・MIRAIの話題で持ち切りのころ、今まさに旬の燃料電池をつくっちゃおう! という実験を、森ノオトとたまプラーザぶんぶん電力の共催でおこないました(ヨコハマ・エコ・スクール事業)。場所はおなじみ、アートフォーラムあざみ野です。

この日の先生は、東芝未来科学館の佐藤奈央子さん。身振り手振りとわかりやすい例えで、燃料電池の仕組みを教えてくれました。

「電池には、使い切りの一次電池、充電可能な二次電池、燃料電池の三種類があります」と佐藤さん。燃料電池は燃料ガスを供給すればいつでも発電可能で、今は石油などから水素を取り出し空気中の酸素と化学反応させて発電する技術が主流です。

 

こちらが電池の材料。備長炭にアルミホイル、水、割り箸、食塩、虫かご、ワニグチクリップ。水の電気分解用の乾電池と、発電した電気で鳴らすオルゴールもセット

 

さっそく、燃料電池をつくってみます。実験はとても簡単。次の6ステップです。

(1) 食塩を水に溶かす

(2) 備長炭にアルミホイルを巻いて、ねじる

(3) 備長炭を割り箸ではさみ、食塩水に入れる

(4) 備長炭と乾電池を動線でつなげる

(5) 水の電気分解をおこなう

(6) 備長炭にたくわえられた水素と酸素で電子オルゴールを鳴らす

 

青葉区のIT隊長こと千葉恭弘さんは、実は子ども向けの科学実験体験活動もしている。食塩水を溶かすのは、水をイオン化して電子を帯びやすくするため

 

備長炭を割り箸ではさみ、ゴムで固定し食塩水に浸ける。ポイントは「なるべくたくさん水にふれさせるけれども、底にはつけないこと」。佐藤さん、それ難しいですよー!

 

赤の導線は電池のプラス極に、黒の導線はマイナス極につなげる。すると、水の電気分解が始まる……! 備長炭に水泡がついているの、わかるかな? マイナス極についているのが水素で、プラス極についているのが酸素

 

上の写真は、水の電気分解の真っ最中。水だけでも電気分解できますが、食塩を入れることによって水が電子を帯びてイオン化傾向を示し、電気が通りやすい「電解質」になります。この電解質に電圧をかけることで、水素イオン(陽イオン)と水酸化物イオン(陰イオン)にわかれるのですね。

水を化学記号で表すとH2O(2は小さい文字です)で、水の化学分解の式、覚えていますか?

H20→H++OH-

2H2O→ 2H2+O2

おお……、なんだか懐かしい!

そう、水に電気を通すことで、陰イオンと陽イオンがそれぞれの水素と酸素の原子にくっついて、水素と酸素にわかれるんですね。

備長炭でつくった電池のプラス極には酸素が、マイナス極には水素がくっついて、多孔質(穴がたくさん空いている状態)の備長炭に水泡の形でたくわえられています。

続いて、乾電池を外して、導線にオルゴールをつなげます。すると……

 

オルゴールを鳴らすには、3分ほどは水を電気分解する必要があるそう。それにしても、水と酸素からエネルギーが生まれるなんて!

 

誰もが知るかの名曲『エリーゼのために』が会場のあちらこちらで鳴ります。3分が経つころ、気持ちよく流れていたメロディーがだんだんスローテンポになり、元気がなくなってきます。水槽を見てみると、なるほど、気泡が減っているような気がします。いわゆる電池切れですね。

「水から電気が生まれるんだ! 今年、いちばん感動したかもしれない」

「ほかにも電池になる液体ってあるんですか?」

わずか30分ほどの実験でしたが、参加者の皆さんの感動と興奮はさめやらず、予定時間を超過しての質問の嵐でした。子ども向けの化学実験で有名なのが「レモン電池」。レモンを電解液と見立て、10円玉(銅)をプラス極に、1円玉(亜鉛)をマイナス極に見立てて導線をつなぐと、同じようにオルゴールが鳴るそうです。

「レモンやみかんのほかに電解液になる食べ物はあるんですか?」

との問いに、佐藤さんは

「実は、お肉でも実験したことがあります。お肉も電解液になるんです!」

この答えには、一同「おおー!」

「じゃあ、人間電池なんてできるんじゃないかしら?」

……「できますよ! だけど、少ししか発電しませんが」

 

みかん、りんご、レモン、すいかなどの果物だけでなく、トマト、玉ねぎ、そしてお肉まで電解液になるとか。佐藤さんは様々な食べ物で実験してみたそう

 

今、注目されている水素エネルギー。今は石油やガスを改質して水素を取り出し、空気中の酸素と反応させて発電し、その廃熱を給湯のための熱源にする「家庭用燃料電池」が普及しています。いずれ、太陽の光でつくった電気から水を電気分解して水素を取り出し、空気中の酸素と反応させることで、化石燃料を全く使わない究極のゼロエミッション(廃棄物を出さない)発電も可能になると期待されている技術です。燃料電池自動車は、排気ガスやCO2を排出しない究極のエコカーとの呼び声も高く、今後の普及が期待されます。

こうした最先端の技術も、元をたどれば実は、身の回りにある素材から生まれている。エレキ女史の連載「琥珀の子 電気のおはなし」でも、テクノロジーの元を発見した人たちの人生物語にせまっています。

地球温暖化の進行や、原発事故の影響から、身の回りに必要不可欠なエネルギーについて、改めて考える機会を得た私たち。太陽の光や風をエネルギーに変える技術はすでに生まれているけれども、もしかしたら今後、誰も気づかなかったような素材や自然から、新たな発明が生まれるかもしれませんね。

エレキラボに参加してくれた子どもたちの中から、新しい発見、そして発明の芽が吹いてくることを願って、今後も楽しい企画をお届けしてまいります。

北原 まどか
この記事を書いた人
北原まどか理事長/編集長/ライター
幼少期より取材や人をつなげるのが好きという根っからの編集者。ローカルニュース記者、環境ライターを経て2009年11月に森ノオトを創刊、3.11を機に持続可能なエネルギー社会をつくることに目覚め、エコで社会を変えるために2013年、NPO法人森ノオトを設立、理事長に。山形出身、2女の母。
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