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ハイブリッド自動車の原理
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2 ２燃料電池自動車の原理
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6 ３クリーンエネルギー車のよい点と解決すべき点
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8 年 組 名前世
せ か い界の最
さ い せ ん た ん先端を行
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ど う し ゃ 対象学年：小学 6 年 中学 2・3 年 1 〜 2 時間 二酸化炭素 (CシーオーツーO2) の排出量の少ない自動車について、実験をしながら考えていきましょう。─ 世界の最先端を行く日本の自動車─
授業の感想をまとめよう
テキスト006
自動車②
発 行 日 2018 年 3 月 31 日 監 修 向山洋一 担 当 小森栄治 発 行 最新環境教育研究会 〒 142-0064 東京都品川区旗の台 2-4-12 TEL 03-5702-5835 FAX 03-5702-2384 協 力 一般財団法人 経済広報センター ＊本書は学校教材の資料として作成されたものです（非売品）。本書の無断転載・複写、また、学校の授業以外での使用はお控えください。学校住所：
学 校 名： 学 年： 年
本教材を使った授業の感想文を募集しています。郵送かファックスにて、 下記の「最新環境教育研究会」までお送りください。記念品をお送りいたします。 ＊このページをコピーしてお使いください。 都道 市区 府県 町村 このテキストを使ってみてどうでしたか？あてはまるところに○をつけてください。 （ ）よくわかった （ ）少しわかった （ ）むずかしかった アンケート 最新環境教育（二酸化炭素（CO2）等）授業テキスト 2018 年度版 テキスト006
自動車②
2 3 手回し発電機の中には、モーターが入っています。 ハンドルを回すと、中のモーターが回転し て、電流が流れます。 １．豆電球を手回し発電機につないで、 ハンドルを回しましょう。 豆電球がつきましたか？ ２. 手回し発電機２台のコードをつなげ、 片方のハンドルを回してみましょう。 どんなことがおこるでしょうか？ わかったことを書きましょう。
（2） 手回し発電機で電気を起こす
プロペラのついたモーターに電池を つなぐと、モーターが回ります。（1） モーターを手で回すと
電流が流れる モーターが回る実験の結果
モーターを回す 電流が流れる 考えてみましょう 答え＝片方のハンドルを回すと、もう一方のハンドルも回ります。ハンドルを回す 向きを逆にすると、もう一方のハンドルの回る向きも逆になります。１ ハイブリッド自動車の原理
１台でエンジンとモーターといった異なる２つの動力源を持つ自動車をハイブリッド 自動車といいます。そのしくみを考えてみましょう。 回路に電流が流れると検流計の針が動きます。 検流計につないだモーターのプロペラを手で一方向に回してみま しょう。 検流計の針はどうなるでしょう。 プロペラを手で一方向に回してみましょう。 回路に電流が流れると検流計の針が動きます。 検流計の針はどうなるでしょう。 正しいものを下のア～エから選びましょう。 ※ 検流計：ほんの少しの電流でもはかれるメーター ア . 検流計の針が一方に振れる。 イ . 検流計の針が左右に振れる。 ウ . 検流計の針は動かない。 エ . そのほか。 答え＝ ア プロペラ（モーター）を一方向に手で回すと、検流計の針が一 方に振れます。これは直流（電流の向きが一定）の電流が流れ たからです。 モーターに電流が流れると、モーターが回転しますが、反対に、 手でモーターを回すと電流が流れます。モーターは発電機にな るのです。 やってみましょう やってみましょう実験の結果
4 5 ① コンデンサーには、プラ スとマイナスのコード がついています。 やってみましょう
（3） 手回し発電機で発電した電気をためる
（4） ハイブリッド自動車の原理
資料提供：日本自動車研究所 プラグインハイブリッド自動車というさらに進化したハイブリッド自動車がありま す。どんな自動車なのか調べてみましょう。発 進
モーターで動く加 速
エンジンとモー ターの両方を使用定 速
エンジンで走る。 発電も行い、バッ テリーに充電減 速
エンジンを停止。 モーターで発電し バッテリーに充電停 止
エンジンを停止。 燃料を節約 コンデンサーに電気をためて、豆電球をつけてみよう。 ※ この実験は，２人で協力して行います。 ②コンデンサーを手回し発電機につないで 20 回 ぐらい回して電気をためます。 ※ ハンドルを回す人は、回し続けたままで、もう１人が コンデンサーをはずすようにします。 コンデンサーに電気をためて、豆電球をつけることができましたね。 ■この原理を応用したのがハイブリッド自動車です。ハイブリッド自動車は、エン ジンとモーターの両方で走る車です。発電機のハンドルが自動車の車輪だと思っ て、下の□～□の実験をしましょう。また①、②のうすい文字をなぞりましょう。 手回し発電機を回しているときに、手回し発電機のコードをコンデンサーにつなぐと、ハン ドルが急に重くなります。まるで、ブレーキがかかったようです。そのときに、手回し発電 機で発電した電気をコンデンサーにためます。（ ） コンデンサーから手回し発電機のコードをはずし、ハンドルから手を離したときは、自動車が 止まっている状態です。エンジンが止まっているので、アイドリングストップです。（ ） ハンドルから手を離したままコンデンサーに手回し発電機のコードをつなぐと、ハンドルが 回りはじめます。コンデンサーにたまっていた電気で手回し発電機の中のモーターが回るの です。（ ） これが、ハイブリッド自動車の原理です。 ふつうの自動車は、ブレーキをかけると摩擦で熱が発生します。発生した熱は利用できませ ん。ハイブリッド自動車は減速するときに、モーターをタイヤの回転で発電する発電機とし て使い、バッテリー（充電池）に充電します。その電気は、発進するときにモーターを回す のに使います。ハイブリッド自動車は、エネルギーのムダが少ないので、少ない燃料でたく さん走れます。燃料を使う量が少なければ、二酸化炭素の発生量も少なくなり、環境によい ことになります。 調べてみましょう：答え＝電源コンセントから充電もできるハイブリッド自動車＜調べてみましょう＞
ハンドルを回す ハンドルを回す コンデンサーははずしておく コンデンサーをつなぐ ①（ ）で走る ブレーキがかかる エンジン係 制御係 車の状態 手回し発電機を回す人 コンデンサーをつないだりはずす人 ハンドルから手を離す ハンドルから手を離す コンデンサーをはずす コンデンサーをつなぐ 手回し発電機を回すと豆電球がつきました。でも、回すのをやめると消えてしま います。発電した電気をためておけば、発電機を回さなくても豆電球をつけるこ とができます。 停車中 （アイドリングストップ） ②（ ）で走る １ ２ ３ ４エンジン
モーター
２ ３ ４ ③コンデンサーに豆電球をつないでみましょう。 １ ４6 7
（1） 水を電気で分解してみよう
燃料電池 水素と酸素から、水ができるときに 電気を取り出す。 水の電気分解 水に電気を流すと水素と酸素に分か れる。（2） 燃料電池の原理
資料提供：日本ガス協会 http://www.gas.or.jp/fuelcell/contents/01_1.html 《燃料電池の原理》 電気分解装置に電流を流すと、小さな泡が出てきます。水が電気で分解され水素と酸素 ができるのです。２ 燃料電池自動車の原理
燃料電池とは、水素と酸素を反応させて電気を取り出す装置です。エンジンのかわりに、 この燃料電池とモーターを載せた自動車を燃料電池自動車といいます。燃料である水 素と大気中の酸素を反応させて電気を作り、モーターを回して走ります。燃料電池自 動車のしくみを考えてみましょう。 電気分解と反対に、水素と酸素から水ができ るときに電流が流れます。これが燃料電池の 原理です。 水素と酸素を混ぜて火をつけると激しく爆発します。日本のH2Aロケットは、そのエネルギー で飛び立っています。 燃料電池は、水素と酸素を爆発させるのではなく、電気エネルギーを取り出しているのです。 水素と酸素を利用した燃料電池は、スペースシャトルでも発電用などに使われていました。 できた水は乗組員の飲料水として利用されていました。 インターネットや本で、燃料電池について調べてみましょう。 写真提供：トヨタ自動車 http://www.toyota.co.jp/jpn/tech/environment/fcv/ 水素 酸素 水電流を流す
水素 酸素 水電流が流れる
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解説
３ クリーンエネルギー車のよい点と解決すべき点
石油以外のエネルギー源を使う自動車をクリーンエネルギー車といい、二酸化炭素の 出る量を減らしたり、排出ガスをきれいにするという観点から注目されています。 クリーンエネルギー車の種類には、電気自動車、燃料電池自動車、ハイブリッド自動車、 プラグインハイブリッド自動車、水素自動車、天然ガス（CNG）自動車などがあります。 その中でも、水素を燃料に使う燃料電池自動車は、水しか出しません。二酸化炭素をまっ たく出さないので、究極のクリーンエネルギー車といえます。 考えてみましょう 燃料電池自動車は、本当に二酸化炭素を全く出さないのでしょうか？ たとえクリーンエネルギー車でも、車を作るとき、車を処分するときには、エネ ルギーを使うので二酸化炭素が出てしまいます。 このように、自動車に限らずすべての工業製品は、作るとき、使うとき、処分す るときまでのすべての段階を通して、環境に与える影響を考える必要があります。 この考えかたをライフサイクルアセスメント（LCA）といいます。 ライフサイクルには、「誕生から死までの一生」という意味があります。 考えてみましょう：答え＝燃料の水素を作るときにエネルギーを使うので二酸化炭素が出る 考えてみましょう ライフサイクルアセスメントの考えかたからすると、燃料電池自動車は 8 ページの解 説にあるほかに、どんな場面で二酸化炭素を出していることになりますか？ クリーンエネルギー車と普通のガソリン自動車とくらべ、それぞれのよい点、解決 すべき点を、10 ページの「参考資料１」も参考にしながら調べてみましょう。 そして、どのような未来の自動車がよいか調べてみましょう。＜調べてみましょう＞
やってみましょう 理科の実験で使える燃料電池 自動車の模型があります。 水素ステーションの模型は、 水を乾電池の電気で分解して 水素を作ります。晴れていれ ば、乾電池のかわりに太陽電 池パネルで発電した電気を利用して、水の電気分解をして水素を発生させること もできます。 作った水素を燃料電池自動車の模型自動車に入れると、100 ｍも走ります。 燃料電池自動車 水素ステーション10 11 燃料電池自動車には、まだまだ多くの課題があ ります。 ① 電池（バッテリー） 燃料電池自動車も、発進するときなど特にパワー が必要なときは、電池からの電気も使って走るの で、より軽量で高性能の電池が必要です。 ② 電子制御技術 燃料電池のパワーや電池の充電・放電をコント ロールするシステムが必要です。 ③ 燃料電池 小型で高性能の燃料電池が求められています。 燃料電池には、水素と酸素から電気を作るために、白 金（プラチナ）などとても高価な物質が使われています。 そのため燃料電池はたいへん値段が高くなります。 ④ 水素タンクと水素ステーション 300 気圧以上の高圧で、水素を安全に貯蔵する燃料タンクが 必要です。高圧水素タンクのほか、水素吸蔵合金（水素を取り込む金属）や液体水素を利用す る方法も開発中です。タンクの圧力を現在の２倍の 700 気圧にした車も登場しています。水 素は酸素と混ざって火がつくと爆発しやすくなります。水素を安全に自動車に積む技術が必要 です。
＜参考資料２：バイオ燃料のよいところとよくないところ＞
バイオ燃料について、よいところとよくないところをあげてみましょう。 よいところ よくないところ＜参考資料１：クリーンエネルギー自動車の先端技術と課題＞
（1） ハイブリッド自動車の先端技術 ① 電池（バッテリー） できるだけ軽くて、大量の電気を蓄えられるものが 必要になります。 現在、多くのハイブリッド自動車は「ニッケル水素電 池」を利用しています。そのほか「リチウムイオン電池」 を利用したハイブリッド自動車もあります。 ハイブリッド自動車では、充電と放電をひんぱんに 繰り返すので、電池が高温になります。そのような 過酷な条件でも高性能を発揮できる電池が必要です。 バッテリーよりも電気をすばやくためこみ、すばやく放出できるコンデンサー（キャパシタ）を バッテリーの代わりに使う研究も進められています。 ② 電子制御技術 ハイブリッド自動車は燃費がよく、１リットルで 35km も走るとカタログに書いてある車もあ ります。より効率的に走れるよう、エンジンとモーターの出力をコンピューターでコントロー ルしています。 （2） 燃料電池自動車の先端技術 ハイブリッド自動車用ニッケル水素バッテリー 写真提供：トヨタ自動車 http://www.toyota.co.jp/jpn/tech/environment/ technology_file/hybrid.html 《燃料電池自動車の構造》 モー タ ー モー タ ー # バッテリー ③ バッテリー 電子制御装置 ④電子制御装置 "燃料電池 ② 燃料電池 ① 水素タンク 電気 大気中の酸素 水 水素 写真提供：JHFC 千せ ん じ ゅ住水素ステーション 光合成 トウモロコシ サトウキビ CO₂CO₂ CO₂ CO₂
バイオ燃料(100％) など 二酸化炭素の排出 二酸化炭素の吸収 二酸化炭素 二酸化炭素 二 酸化炭素 二酸化炭素 ＜バイオ燃料のよいところ＞ バイオ燃料を燃やして出る二酸化炭素は、もともと植物が大気中の二酸化炭素を吸収 したものなので、全体として大気中の二酸化炭素の量は、増えないと考えることがで きます。また、植物は何度でも育てることができるので、石油のようにいつかなくな るということがありません。 ＜バイオ燃料のよくないところ＞ トウモロコシなどの食料を大量にバイオ燃料の原料に使うと食料不足が心配です。そ こで木くずなどを使ったバイオ燃料も研究されています。 バイオ燃料とは、トウモロコシやサトウキビなどの植物から作ったエタノール（エチ ルアルコール、バイオエタノール）を燃料として利用するものです。主に自動車の燃 料として、ガソリンの代わりにもなりますし、ガソリンに混ぜて使うこともできます。 日本では、ガソリンに混ぜて使われており、「バイオガソリン」と呼ばれています。
