カーボンニュートラルの実現に向けて、水素の活用が重要なキーポイントになるといわれています。水素は、CO2を排出しないクリーンエネルギーで、かつ、世界中いたるところに存在しています。ここ数年に渡って、水素エネルギーの開発研究が世界中で進められており、新しい時代のエネルギーとしての役割が期待されているのです。
企業や自治体においても、脱炭素経営の1つとして水素を取り入れる動きはあるものの、水素と聞いて具体的にイメージしづらい部分もあります。今回は、水素がなぜカーボンニュートラルで重要だといわれているのか、水素社会や技術の可能性と課題について解説していきます。水素を活用した、国内事例も最後にご紹介いたしますので、どうぞこの機会にご一読下さい。
カーボンニュートラルで水素が重要だといわれる理由
気候変動を解決する国際的な取り決めとして、2050年のCO2排出ゼロが目指され、国内でも脱炭素への関心が高まってきています。しかし、CO2の要因となる化石燃料から、CO2を排出しない再生可能エネルギー（以下：再エネ）への移行は、けっして容易だとはいえません。
再生可能エネルギーの現状と課題
太陽光や風力、水力などの再エネが持つ課題とは、設備導入にコストがかかることが1つ、さらに安定したエネルギー供給の難しさにあります。再エネは確かに永続的なエネルギーですが、日照時間や風力・雨量の度合は地域によって大きな格差があるうえ、気象の動きや地理的要因に大きく左右されます。
気象の動きは、科学的な分析が可能であっても、誰にも100％正確には予測できません。つまり、再エネ電力は非常に不安定な側面を持つということです。そこで、エネルギーの安定供給に向けて開発が進められているのが、水素から創出する水素エネルギーです。
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水素とはいったいどんな物質なのか
水素の化学式は「H₂」、文字通りに水を構成する元素の1つで、地球上に最も多く存在する物質です。気体として多くの化合分の中に存在し、酸素が結合して「水：H₂O」になります。通常、水を水素と酸素に電気分解することで、水素が得られる仕組みです。
水素エネルギーの特徴・メリット
水素は、酸素と結合して水になる時に、同時に電気を発生させます。この時に生じる電気エネルギーが水素エネルギーです。従来の再エネや化石燃料とはまったく異なる、水素エネルギーの特質が注目され、研究開発が進められています。ここでは、水素エネルギーの特徴・メリットを解説していきます。
特徴・メリット1．CO2を排出しない安全なエネルギー
水素エネルギーが注目される第一の理由は、CO2を一切排出しないことです。人体や自然環境にまったく無害で安全性が高いことから、脱炭素実現に向けての実用化が進められています。1959年に米国で、初めて水素電池が特許を取得、日本ではToyotaが水素電池の自動車を2014年に販売開始しています。
特徴・メリット2．地球上に豊富、安定した供給源となる
もう1つのメリットは、地球上でほぼ無尽蔵に存在していることです。水, アンモニア、硫化水素、炭化水素など多くの化合物に含まれています。海水からも水素の摘出が可能です。
特徴・メリット3．エネルギー密度が大きい
さらに、水素エネルギーが注目されているのは、エネルギー密度がガソリンの約3倍と大きいことです。ロケットの燃料にも使われており、今後、船舶や航空機、大型商用車などへの水素エネルギーの展開が予想されています。原子力発電の代替えとなる可能性も上がっています。
特徴・メリット4．長期貯蔵が可能で、用途も幅広い
また、水素は長期間にわたる保存も可能です。タンクなどに貯蔵した水素は、緊急時のエネルギーとしても活用できます。自動車や住宅の燃料電池、電力の熱源に加え、半導体製造や石油精製、金属加工など幅広い用途に使える点でも水素は評価されているのです。
特徴・メリット5．あらゆる国でエネルギーが製造できる可能性
そして、とくに留意したい水素エネルギーのメリットは、将来的にあらゆる地域・国において製造できる可能性があることです。地球上に豊富に存在する水素は、製造技術や設備さえあれば場所を問いません。エネルギー資源に乏しい国であってもエネルギー自給国となれるかもしれないのです。
参照：水素って？ – 環境省・水素サプライチェーンプラットフォーム
参照：水素エネルギーの利用の発展にとって克服すべき課題 – 水素元年 -吉岡 斉
参照：水素の魅力 – 岩谷産業
参照：The Future of Hydrogen – IEA
関連記事はこちら：脱炭素を推進すべき深刻な理由とは？
水素社会や技術における問題点
カーボンニュートラルへの貢献度が期待されている水素エネルギーですが、水素社会やの実現や開発技術においては、まだまだ解決すべき問題も多いのが現状です。
水素の技術開発における問題点・デメリット
水素エネルギーの技術開発における問題点は、水素を製造する段階でCO2が排出するケースがある点です。水素エネルギーそのものは、CO2を一切排出しないクリーンエネルギーに分類されます。しかし、材料調達や熱分解の方法によっては、水素エネルギーはクリーンだと言えなくなるのです。
また、水素は製造・貯蔵・輸送においてコストがかかりすぎる点が最大の難点となっています。
ブルー水素・グリーン水素
水素エネルギーは製造方法の違いから、グレー水素、ブルー水素、グリーン水素の3つに分類されています。
化石燃料を原料とした水素は「グレー水素」と呼ばれ、化石燃料同様に分類されます。化石燃料が原料であっても、もしCCS・CCUS技術などでCO2を吸収すれば、「ブルー水素」と呼ばれ、CO2排出が少ない水素と見なされます。脱炭素の視点で、最も理想的とされているのが、再エネ由来の「グリーン水素」です。
十分な「グリーン水素」を製造するためには、大量の再エネが必要となるためハードルは高いといわれています。当面は、「グレー水素」から「ブルー水素」への移行が目指されていますが、日本政府とサウジアラビアが「グリーン水素」で提携するなど、積極的な動きも見られています。
参照：循環型炭素経済を目指し、水素事業を推進（サウジアラビア）‐ JETRO
アンモニアと水素
水素エネルギーと同時に覚えておきたいのがアンモニアです。アンモニアも、水素同様にCO2を排出せず、身近に豊富に存在するエネルギー源として、急速に注目を浴び始めています。アンモニアはCO2を吸収する働きがあるため、水素製造時のCCSとしても活用されています。また、アンモニアにも水素が含まれているため、アンモニアと水素を一緒に開発しているケースが多いです。
IEAの今後の水素エネルギー需要の見通し
国際エネルギー機関IEAのNet Zero Emissionシナリオでは、2030年以降は、化石燃料の代替えとして、水素・アンモニアの需要が大幅に拡大すると予想しています。企業の脱炭素への動きから、とくに商用車や大型船舶において、水素・アンモニアの導入が増えるだろうとの見解です。
今後のカーボンニュートラルの実現、脱炭素の実現に向けて、いかに低コストで水素・アンモニアの製造供給が可能になるかが普及拡大に向けてのポイントとされています。
水素への取り組み～国内事例をご紹介
国や大手企業をはじめ、国内でも水素エネルギーを積極的に導入する動きが見られています。最後に水素への取り組み事例をいくつかご紹介いたします。
水素社会に向けた国の取り組み
約90％近くのエネルギー資源を輸入に頼る日本政府は、国内でも製造可能な水素エネルギーを、エネルギー貧国から抜け出る絶好の契機だと見てみています。水素の普及拡大にあたっての障壁はコストです。低コスト化に向けて3つの条件を打ち出しています。
①安価な原料を使って水素をつくる
②水素の大量製造や大量輸送を可能にするサプライチェーンを構築する
③燃料電池自動車（FCV）や発電、産業利用などで大量に水素を利用する
以上の目標を達成するためには、一貫した取り組みが重要だとし、「脱炭素化に向けた水素サプライチェーン構築の推進」というプロジェクトを、企業と提携のうえ全国12か所にて実施しています。
「脱炭素化に向けた水素サプライチェーン構築の推進」12のプロジェクト
- トヨタ自動車（神奈川県）→ 風力製造の水素を移動システムで搬送し、フォークリフトに使用
- エア・ウォーター（北海道）→ 家畜ふん尿から水素製造、ボンベ活用で施設に輸送
- トクヤマ（山口県）→ 苛性ソーダから水素回収、液化輸送し周辺の燃料電池に利用
- 昭和電工（神奈川県）→ 使用済みプラスチックから水素を製造、商業施設の燃料に利用
- 東芝（北海道）→ 小水力発電の水素で酪農施設や温水プールの燃料電池に利用
- 日立（宮城県）→ 太陽光製造の水素を一般家庭・店舗などの燃料電池で利用
- NTTデータ（秋田県）→ 風力製造の水素をガスと混合し、市販ガス機器で使用
- 大成建設（北海道）→ 風力製造の水素をタンクと配送車で貯蔵・輸送、温浴施設に使う
- 北九州パワー（福岡県）再エネ製造の水素をフォークリフトや自動車の燃料に利用
- 大林組（福島県）→ 福島エネルギー研究フィールドで水素製造、近隣の燃料電池に使用
- 大阪ガス（大阪府）→ 再エネ由来の水素とバイオガスの輸送と都市ガス利用
- 室蘭ガス（北海道）→ 風力発電で製造した水素を一般住宅や工場に利用
以上のような取り組みにて、地域一体型の水素活用モデル事業を実証しています。水素・アンモニアの開発は、政府の「グリーン成長戦略」の一環でもあります。2050年までに2000万トンの水素を導入、東南アジアに向けたアンモニア市場への投資額5000億円を投入予定です。
※なお、福島エネルギー研究フィールドとは「FF2R」と呼ばれる、世界最大級級の水素製造工場のことです。次の項で詳しく解説しています。
参照：「脱炭素化に向けた水素サプライチェーン構築の推進」‐ 環境省
世界最大級の水素製造施設「FH2R」
福島は東日本大震災にともなう、福島原子力発電所の爆発にて、もう2度と原発を利用しない方針でいます。再エネへの道を早々に切り開いている地域の1つです。震災以来、福島は日本のみならず、世界の再エネ市場をリードしてきた存在で、福島の「FH2R」と呼ばれる水素製造施設は世界最大規模を誇ります。
「FH2R」は、東芝エネルギーシステムズ、東北電力、岩谷産業、NEDO（新エネルギー・産業技術総合開発機構）らが共同で進めてきた水素エネルギー施設です。当施設は、再エネ利用で世界最大級10ＭＷの水素製造装置を備え、1,200Nm³／h水素の製造キャパシティーを有しています。グリーン水素の製造にいち早く着手した事例です。
製造された水素は、電力発電や自動車、バスの燃料として活用されています。
参照：再エネを利用した世界最大級の水素製造施設「FH2R」- NEDO
まとめ
太陽光発電に風力発電、水力、地熱と再エネを活用した様々な取り組みが進められる中、移行を急ぐには、コストや手間がかかり、今なお解決すべき課題は多いといわれます。
そこで、もし水素が安価にかつ容易に製造できるとすればどうでしょうか。水素は空気中や水、身近なものからいくらでも入手可能です。日本国内でも安定した電力供給が計れる可能性が出てきます。エネルギー資源の自給が実現できれば、単価も当然安くなり、安価になればなるほど、普及への追い風となります。
低コストの水素エネルギーの実現は、イコール、カーボンニュートラルの実現だけでなく、すべての国がエネルギー自給国と変われるチャンスさえも秘めています。だからこそ、水素エネルギーがカーボンニュートラル・次世代エネルギーのキーポイントといわれているのです。
企業や自治体の脱炭素においても、水素型エネファームや水素を燃料とするFCEVやFCVなど導入されています。水素ステーションの設置も選択肢の1つです。どう削減していくか、考えるだけでも脱炭素への大きな1歩です。無料のタンソチェックツールを使えば、自社のCO2排出量を調べることができます。具体的な数値がわかることで、目標や対策も立てやすくなります。
自社の脱炭素経営に頭を悩ませている方も多いと思いますが、例えば、運送会社の再配達を失くすよう工夫するだけでも、CO2削減につながります。無理のない範囲で何ができるのか、今回の記事が検討する機会となれば幸いです。
著者のプロフィール
- 太陽光発電・蓄電池等を専門とする住宅設備会社での勤務歴10年。再エネの専門知識からエネルギー系の株式投資と記事執筆を開始する。エネルギー専門の投資家兼ライターとして独立して7年。過去にNY、ロンドンの移住歴あり、国内・海外メディアを駆使した情報収集が強み。
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