​「産業革命以来の大変革」は間近──電力会社が挑戦する「水素社会」​
= NewsWeek＿Column＿2023年3月24日（金） パンドラ・デワン /


世界は今まさに地球規模のエネルギー転換の時代を迎えようとしている。19世紀の産業革命以来の大変革が間近に迫っているのだ。今も石油、天然ガス、石炭が世界の1次エネルギー消費の77％超を占めているが、世界的な潮流となった脱炭素の流れはもはや止められない。

太陽光や風力などの自然エネルギーは再生可能だが、気候に左右されるため供給が安定しない。そこが化石燃料に代わる代替エネルギーとしてネックになっているが、今ではこの問題を解決するエネルギー貯蔵技術が次々に生まれている。その代表格が太陽光や風力などの再生可能エネルギーを使って製造される「グリーン水素」だ。

アメリカ各地では既に水素で走るトラックや乗用車、バスが試験的に導入されている。米エネルギー省（DOE）は今後10年をめどに水素を価格競争力のある新エネルギーに仕立てる計画で研究開発を後押ししている。水素が主流のエネルギーとして活用される「水素社会」の実現には何が必要なのか。

水素は宇宙に最も豊富にある元素だが、地球上では単体ではほとんど存在しない。酸素と結び付いて水（H2O）になるなど、通常は他の元素と結合している。結合を解いて水素を抽出するにはエネルギーが必要で、再び結合するときにこのエネルギーが放出される。

重量1キロ当たりの水素のエネルギーはガソリンの3倍。ただし、体積エネルギー密度は低いため、エネルギー源として利用するには圧縮するか液化して使うことになる。
「水素を燃料として利用すると、酸素と結合して水になり、二酸化炭素（CO2）は放出されない」と、英電力会社ナショナル・グリッドのモリー・ギルソン広報部長は説明する。「水素は炭素を含まないので、エネルギー源として利用しても一酸化炭素（CO）もCO2も出さず、水蒸気が出るだけだ」

社会の受容が普及の鍵
水素の中でも、いま最も注目されているのは、再生可能なエネルギーを使って水を電気分解して製造されたグリーン水素だ。太陽光や風力などの自然エネルギーでグリーン水素を製造して貯蔵しておけば、燃料としても使えるし、日照不足や風が弱いときに発電に利用できる。これがグリーン水素の大きなメリットだと、ギルソンは言う。

グリーン水素のほかにも、製造方法によって「グレー水素」、「ブルー水素」などと呼ばれる水素がある。
天然ガスや石炭など化石燃料に含まれるメタン（CH4）を高温の水蒸気と反応させて水素を抽出する「水蒸気メタン改質」と呼ばれる製造法では、抽出過程でCO2が放出される。この方法で生産した水素は「グレー水素」と呼ばれ脱炭素には役立たないが、排出されたCO2を回収して地中貯留などの処理をすれば、グレー水素はより環境に優しい「ブルー水素」となる。



さらに、原子力発電による電力で水を電気分解して製造した水素を「ピンク水素」と呼ぶなど、さまざまな「色」の水素がある。DOEは混乱を避けるためCO2排出量が少ない製造方法でつくられた水素をまとめて「クリーン水素」と呼んでいる。DOEの定義では、水素1キロの製造でCO2排出量が2キロ未満であれば、クリーン水素にカテゴライズされる。

DOEの推定によると、現在アメリカで生産されている水素は年間1000万トン。米国内には2500キロ以上に及ぶ水素パイプラインが整備されていて、ほぼ全ての州に水素の製造施設がある。だが現在製造されている水素の大半はグレー水素で、製油所や肥料工場などで使われている。

グリーン水素に限らず水素普及の大きな障壁は安全性だ。水素は無害だが可燃性ガスで、天然ガスやガソリンよりも着火しやすい性質を持つ。そのため水素を扱う施設には換気を確保し、漏洩を防ぐなどの安全対策が求められる。幸い、水素は幅広い用途で既に安全に利用されてきた実績がある。
「米国内でも世界各地でも、さまざまな装置で安全に利用されており、高圧ガスの形でも液化水素でも安全に輸送・貯蔵できる」と、ギルソンは保証する。

ギルソンによれば、普及の鍵を握るのは幅広い用途での活用が社会に受容されること。輸送インフラが整備されれば、「より低コストで量産できる地域から人口密度が高い地域に水素を輸送できるようになり」、普及に弾みがつくという。 多くの米企業が、既存の天然ガスの供給網にクリーンな水素を混ぜてCO2排出量を抑える試みに挑んでいる。

こうした事業の1つがハイグリッド・プロジェクト──ナショナル・グリッドがニューヨーク州ロングアイランドで地元の自治体と共同で始めた事業である。実証試験では天然ガスに最大20％のグリーン水素を混合し、既存の施設を使って約800戸の住宅の暖房用に供給公用車するほか、自治体の10台の燃料として利用するという。

ギルソンによれば、水素と天然ガスの混合比率については世界中で多数の研究が行われており、「わが社の研究チームは水素の性質を厳密に調べ、（ロングアイランドの）施設では天然ガスに最大20％混ぜれば安全性を確保できることを突き止めた」そうだ。

急速に進む低コスト化
カリフォルニア州とニューヨーク州でも水素燃料電池を搭載した長距離トラックや宅配トラックの実証試験が行われている。アメリカでは水素を燃料とするフォークリフトやバスの導入も進み、既に多くの州で水素で走るさまざまな車の実証試験が実施され、本格的な実用化に向けデータが蓄積されている。

ハイグリッド・プロジェクトのような実証事業は今後も全米各地で行われ、グリーン水素の安全性やコスト効率が検証されるとともに普及に向けた技術開発も進むだろう。
DOEは既に水素燃料の輸送と貯蔵を支える水素インフラ整備を進めるための官民のパートナーシップ、H2USAを立ち上げている。

水素は天然ガスより高価だが、量産化によるコスト低下が期待される。水電解装置の製造で世界最大手のノルウェー水素企業ネルは、早ければ2025年にはグリーン水素の製造コストは化石燃料と同程度になるとみている。
DOEは今後10年で水素1キロ当たりの水素の製造コストを1ドルまで下げ、水素社会の実現に王手をかける計画だ。