霞ヶ関水素ステーション蓄圧器の健全性を評価
　−水素脆化の基本原理について成果を利用−

　水素を次世代のエネルギーとして安全に利用するためには、各種材料の強度が水素により劣化する水素脆化の基本原理を明らかにし、燃料電池車や水素ステーション^［1］など、水素利用に関わる機器に用いられる材料の適正な技術指針を確立する必要があります。

●水素脆化のメカニズムを解明

　水素脆化は格子脆化による脆性破壊ではなく、すべり集中（局所変形）によるミクロな延性破壊であることを発見しました。また、ステンレス鋼、低合金鋼、炭素鋼が高圧水素環境下におかれた場合の疲労特性、引張特性、衝撃特性の低下を侵入水素量を基準にして定量的に評価できる手法を確立しました。

　蓄圧器用SCM435鋼の疲労き裂進展に及ぼす水素、試験速度、応力比の影響を調べ、水素環境下における疲労き裂進展速度には上限値が存在することを突き止めました。

　この研究成果を霞ヶ関水素ステーション^［2］の水素ガス蓄圧器の健全性評価に利用しました。

●霞ケ関水素ステーションの健全性評価

　水素・燃料電池実証プロジェクト（JHFC）により経済産業省の敷地内に設置されていた霞ケ関水素ステーション（旧設備）^［2］の水素ガス蓄圧器について、切断検査（しわ深さ）、材質検査（組織と機械的性質）並びに疲労き裂進展解析を行いました。

　この結果、霞ヶ関蓄圧器には最大深さで3 mm程度のしわが存在していましたが、40⇔0 MPaの最も厳しい水素ガス充填条件でも、疲労き裂が板厚を貫通するに要する繰り返し数は、7.45×10³回となり、霞ヶ関蓄圧器は3年8ケ月使用した後も十分な疲労き裂進展寿命を有していることを証明しました。

蓄圧器用低合金鋼SCM435における疲労き裂進展速度と応力拡大係数範囲の関係（R = −1）

［1］水素ステーション：ガソリンスタンドの水素ガス版。燃料電池車や水素ガス自動車に燃料となる水素を充填する。 いろいろな方式の水素製造・水素供給方法が検討されている。 ［2］霞ヶ関水素ステーション：毎日　搬入・組立・撤収が行われるオフサイトタイプ。水素ガスボンベを運び込み、圧縮機で40 MPaに昇圧。 2008年５月現在、政府公用車を中心に通算して15000回以上の水素充填を行っている。解析を行った旧設備で2002年12月より2006年7月まで3年8ヶ月間運用し、以後は新設備で運用している。

水素材料先端科学研究センター　村上 敬宜