水素経済：現在開発が進められている未来の燃料

グローバルな気候変動の影響が強まる中、クリーンで持続可能なエネルギー源の拡大が必要とされています。様々なエネルギー源の中で水素は多くのメリットがあり、水素経済は世界のエネルギー革命を起こす可能性を秘めています。

水素は豊富な元素ですが、簡単に入手することはできず、その製造には化学的プロセスが必要です。高いエネルギー含有量と燃焼による二酸化炭素排出量ゼロという特性から、水素はエネルギー貯蔵や発電において、従来の化石燃料を代替するサステナビリティに優れた有力な燃料であると言えます。

燃料として使用する場合、水素は水蒸気しか放出しません。製造方法は多岐にわたり、需要に応じた製造、貯蔵、消費が可能です。また、まだ多くの課題があるとは言え、水素は輸送が可能であるため、安定したエネルギー源としての柔軟性と信頼性に優れています。

しかし、多くの産業イニシアチブと同様、水素経済の発展および水素をエネルギーとするプロセスには、主に既存のインフラや規制に関連したいくつかの課題があります。

水素に関する概況を理解するには、水素の取得や製造の各種方法と、それぞれのコスト、サステナビリティ、および法規制に関する側面を理解することから始めるのが肝要です。

他の消耗品と同様、水素がクリーンで環境に配慮しているかどうかは、その製造方法によって決まります。水素の環境適合性レベルは、色で区分されています。さまざまな製造方法がありますが、天然ガスの主成分であるメタンを使用した方法が主流です。

• グレー水素：グレー水素は、現在最も一般的な製造方法である水蒸気メタン改質法（SMR）または自己熱改質法（ATR）によって天然ガスから生成されます。これらのプロセスはコスト効率に優れていますが、いずれも大量の二酸化炭素を大気中に放出するため、グレー水素を燃料として使用する場合は環境面のメリットはほとんどありません。
• ブルー水素：天然ガスのSMRやATRで製造する点ではグレー水素と同様ですが、ブルー水素では製造によって生成された二酸化炭素を回収・貯留（CCS）する技術によって隔離します。この方法 では 二酸化炭素を回収貯蔵 するためサステナビリティに優れていますが、コストも高額になります。ATRはSMRよりも純度の高い二酸化炭素を生成するため、ブルー水素製造にはATRがより適しています。
• グリーン水素：グリーン水素は風力、太陽光、水力などの再生可能な電力を使用した電解プロセスによって、水分子を水素と酸素に分解することで製造されます。この方法では二酸化炭素が放出されないため、最もサステナビリティに優れています。しかし、製造コストと再生可能エネルギーの供給に課題が残ります。
• ターコイズ水素：開発途上技術であるターコイズ水素の製造では、天然ガスの主成分であるメタンの熱分解により、水素と固 体炭素に分解します。この方法は未だ開発途上ですが、副産物である炭素を効果的に活用または隔離できれば、少ない排出量でグレー水素を代替することが可能です。

未だ黎明期にあるとは言え、水素経済は具体性を帯びてきており、その多用途性と世界的普及の可能性に注目が集まっています。水素は既に、肥料用アンモニアの製造から石油製品の精製プロセスにいたるまで、数多くの工業プロセスにおいて重要な要素となっています。

輸送分野では、水素をエネルギー源とした燃料電池電気自動車（FCV）が、ゼロエミッションの輸送手段として脚光を浴びています。バッテリから電力を供給するEVは充電に数時間かかりますが、FCVは数分で燃料を補給できるという特長があります。 水素は発電用の定置型燃料電池としての活用も可能です。遠隔地や電力網へのアクセスが制限されている地域でも、家庭や事業所向けに安定した電気供給を可能にします。

さらに、水素は効率的なエネルギー貯蔵手段でもあります。ピーク期間に生成された余剰な再生可能エネルギーを回収して貯蔵し、必要時に使用することが可能です。短期的なエネルギー貯蔵に適したバッテリとは異なり、長期にわたって大量のエネルギーを貯蔵できる水素の特性は、再生可能エネルギーの生成が季節により不安定であるという問題の解決策となります。バッテリによるエネルギーの貯蔵と比較すると、水素による貯蔵は省スペース化が可能で、軽量かつ長期にわたりエネルギー損失がほとんどありません。

化石燃料ベースの発電方法を水素によるエネルギーで補完することで、人類と地球が現在直面している多くの気候変動の課題、特に温室効果ガスの排出に関する問題の解決に役立ちます。また、水素社会が発展することで、企業にとっても気候変動緩和への取組みや、サステナビリティの目標達成が可能になります。

さらに、水素によってエネルギー供給が多様化することで、地政学的な影響を受けやすい従来のエネルギー源への依存度が低減し、エネルギー安全保障が強化されます。水素社会は、イノベーションの推進、新しい産業や職業の創出、およびバリューチェーン全体での経済成長促進の機会となります。また、産業用エネルギー源を水素に転換することで大気汚染が低減し、特に人口密集地における空気の質が改善され、人々の健康にプラスの効果をもたらします。

前述のような利点の一方で、水素の幅広い普及にはいくつかの障害があります。

まず、グリーン水素はインフラへのエネルギー供給時の二酸化炭素排出量がゼロであるとはいえ、従来の化石燃料によるエネルギーと比較すると、製造コストが依然として格段に高額です。グリーン水素製造のコストを低減させることが、水素経済促進のための最優先事項の1つです。

同様に、ブルー水素もグレー水素と比較すると製造コストが非常に高いため、利用を促進するには奨励策が必要となります。

さらに、水素には製造、貯蔵、輸送、および流通において堅牢なインフラが不足しています。これらを確立するには、水素を安全かつ効率的に扱うための新規インフラの建造や既存インフラの改造に多額の投資が必要となります。また、水素技術を社会に適応させるには、企業や消費者に信頼され、受け入れられる必要があります。これには、水素のメリットについて周知し、安全性に関する疑念を払拭するための啓蒙活動が必要です。

さらに、製造および貯蔵から輸送や利用に至るまで、バリューチェーン全体における安全基準や法規制が広く周知される必要があります。既存および将来的な水素利用者への教育及び導入の奨励策施行に関しては、規制当局が大きな役割を担います。

政府や規制当局は、政策や奨励策により水素社会の発展を促進するという重要な役割を担っています。これらの政策や奨励策として、事業者の観点からグリーンエネルギーがより魅力的なものとなるような炭素税、グリーン電力証書、 排出権取引制度などが採用されています。例えば、2022年に米国で成立したインフレ抑制法には、国内での再生可能エネルギー製造促進を目的としたクリーンエネルギー税控除などの条項が盛り込まれています。 一方で、日本 や韓国 は、それぞれ2050年までのカーボンニュートラルを目指しており、 EU全体も同様の宣言を行っています。

政策の施行の他に、政府は研究開発に補助金を交付しています。これは、グリーンおよびブルー水素の製造コスト削減、水素技術の効率改善、およびエネルギーキャリアである水素の新しい用途を模索する上で重要です。公的資金や奨励策によっても、水素補給ステーション、パイプライン、および貯蔵施設の開発が加速し、幅広い普及をサポートする堅牢なインフラの構築につながります。

水素バリューチェーンにおいて明確な安全基準や規制を確立する上で、公共機関も重要な役割を担います。水素技術の公共性と安全性や信頼性を確立するには、これらの施策を強力に進めることが最も重要です。

水素経済の初期段階であるとは言え、現状の利用以外にも、適用可能な用途は広がっています。例えば、製造プロセスにおいて大量のエネルギー消費によりカーボンフットプリントが多大な製鉄やセメント生産などの産業は、環境負荷を低減させるために、水素による化石燃料エネルギーの補完を積極的に研究しています。

化石燃料への依存度が大きい海運や航空の分野での二酸化炭素排出量の削減も大きな課題です。しかし、水素を燃料とした内燃機関がソリューションとなる可能性があります。

従来の天然ガス発電所向けに水素を混合し、大気中への二酸化炭素排出量を低減させる試みも行われています。 最近では、天然ガスの混合が不要な、水素のみを燃料として使用するガスタービン設計も使用されています。  

消費者レベルでは、天然ガスに最大20パーセントまで水素を混合しても、暖房システム、ストーブ、給湯器、衣類乾燥機などの既存の機器に改造を加えることなく、住宅や商業施設で使用可能な、二酸化炭素排出低減及び健康的な生活環境実現への新しい道が開拓されています。

堅牢な水素経済の発展は、単独では成しえません。これにはメーカー、流通業者、研究機関、政府、消費者といった利害関係者すべてによる包括的アプローチが必要となります。イノベーションの推進、コスト障壁の緩和、技術的課題の克服、安全性の確保には、パイロットプロジェクトによる更なる研究開発が不可欠です。

世界が二酸化炭素排出量の削減や、現状のエネルギー源に代わる持続可能なグリーンエネルギーの利用を求める中、水素利用には課題が残っているとは言え、数多くのメリットがあります。水素経済の普及には、継続的な研究、教育、技術革新、政策の一体化が不可欠です。一方、水素利用の可能性は拡大しており、産業界だけでなく、消費者レベルでもクリーンな未来を実現する重要な推進力となりつつあります。