環境にやさしいエネルギーの代表格・水素。東京オリンピック・パラリンピックでは、聖火台や聖火リレーのトーチなどに水素が活用され、大会用車両には水素で走る燃料電池自動車が多用されるなど、次世代クリーンエネルギーとして水素が広く認知されつつある。

水素社会を実現するには、水素を安全に管理することが重要だ。例えば、水素を貯めるタンクなどは、水素に強い、つまり水素脆化^※1しにくい材料で作る必要がある。そのため、材料が水素にどれくらい耐え得るかを引張試験^※2や疲労試験^※3で評価している。通常の試験方法では、試験片の周りを高圧の水素ガスで満たす装置が必要となるが、その特殊性から、装置の導入と維持に高額の費用がかかり、その結果、試験コストも高額となってしまう。

水素環境での評価試験をもっと簡単に行えないか——そこでNIMSは装置ではなく、試験片の方に目をつけた。試験片を空洞形状にして、試験片の中に水素を閉じ込めれば、汎用の試験設備でも評価できるのではと考えたのだ。実際に引張試験を行ったところ、通常の試験片と空洞のある中空試験片で、ほぼ同じデータが取れることが分かってきた。

これであれば、装置にかかるコストが低減できる上、手間も時間も大幅な削減が可能となり、試験効率は格段に上がる。

中空試験片は、もともとNIMSが行ってきた極低温下での材料特性評価で使われていたもの。中心孔を空けたのは、センサーを埋め込んで、液体ヘリウム中で試験中の材料の温度変化を測るためだった。その中心孔に水素を仕込むという斬新な発想は、長年NIMSが材料評価において、信頼性と簡便性を追求してきたからこそ生まれたものに他ならない。

現在、この中空試験片による高圧水素環境下での試験方法を、国内外の試験規格とするべく、更なるデータ収集を行うとともに、通常の試験片のデータとの比較を行っている。また、疲労試験にも応用しようと、研究を進めているところだ。「中空試験片によって試験や研究がスピードアップすれば、それだけ水素社会にも早く近づくということです」と小野研究員。

待ち望まれる水素社会の実現。その一端は間違いなく、この中空試験片が握っている。

（※1）水素脆化：水素原子が金属中に吸収されることで、金属がもろくなる現象。
（※2）引張試験：試験片を一軸方向に所定の速度で引っ張り、破断するまでの試験片の伸びとそれに要する力を測定する試験。
（※3）疲労試験：試験片に繰り返し負荷を与えて、材料の耐久性を評価する試験。