製造時にCO2を排出しないグリーン水素とは?　一般的な水素製造との違いや普及に向けた国内外の取り組み

自動車の燃料や再生可能エネルギーを運ぶ手段として、クリーンなエネルギーである水素の需要が高まっています。しかしながら、現在一般的に利用されている水素は、製造時に化石燃料を使用するため、CO2を排出してしまうという課題があります。

そこで近年、再生可能エネルギーを利用することによって製造時にもCO2を排出しない「グリーン水素」が注目を集めています。

普及に向けて、国内外ではどのような取り組みが行われているのでしょうか。国の水素戦略とあわせて、自治体や企業の事例を紹介します。

グリーン水素とは

水素は、燃焼や化学反応させることでエネルギーとして利用でき、利用時にCO2を排出しないクリーンなエネルギーです。また、水をはじめ、化石燃料やバイオマスなど様々な資源から作ることができるため、運輸分野や発電分野、産業分野など幅広い分野での活用が期待されています[*1]。

水素エネルギーの中でも、再生可能エネルギー由来の電力を利用して製造される水素は「グリーン水素」と呼ばれ、利用時だけでなく製造時にもCO2を排出しないのが特徴です[*1], (図1)。

図1: 様々な分野で活用できるグリーン水素
出典: 東京都産業労働局「『東京水素ビジョン』の概要」
https://www.sangyo-rodo.metro.tokyo.lg.jp/energy/gaiyou.pdf, p.2

様々な原料から生まれる水素エネルギー

原料や製造方法によって、水素エネルギーはいくつかの種類に分類することができます[*2], (図2)。

図2: 製造方法による水素エネルギーの分類
出典: 一般社団法人 日本バルブ工業会「～グリーン、ブルー、イエロー…水素に色があるの?～」
https://j-valve.or.jp/env-info/9040/

水素を取り出す方法として現在最も普及しているのは、天然ガスなどの化石燃料と水蒸気を反応させて取り出す「グレー水素」です。水素生成時に大量のCO2を大気中に排出するため、環境負荷が高いというデメリットがありますが、安価に製造できるため、世界全体で工業用に生産されている水素の99％はグレー水素と言われています。

次に、「ブルー水素」とは、グレー水素と同様に天然ガスなどの化石燃料を用いて生成されますが、発生したCO2を回収・固定・貯留または再利用するため、CO2排出量が差し引きゼロとなる水素エネルギーです。

その他、原子力発電による電力を用いて生成するイエロー水素や、他製品の生産工程で副次的に発生するホワイト水素など、様々な種類の水素エネルギーがあります。

グリーン水素のメリットと普及に向けた課題

グリーン水素は、利用時だけでなく、製造時にもCO2を排出しないため、環境に優しいとされるほか、再生可能エネルギーの大量導入を支えるというメリットがあります[*1], (図3)。

図3: 再生可能エネルギー供給を支えるグリーン水素
出典: 東京都産業労働局「『東京水素ビジョン』の概要」
https://www.sangyo-rodo.metro.tokyo.lg.jp/energy/gaiyou.pdf, p.2

近年、国内外で導入が進む再生可能エネルギーですが、太陽光発電や風力発電は天候によって発電量が左右されるため、需給バランスが崩れると大規模な停電などが発生するおそれがあります[*3]。

現在、需給バランスを調整するための手段としては、主に火力発電が活用されていますが、一般的に火力発電は化石燃料を使って発電するため、環境負荷がかかります。

火力発電以外には、液化水素などに形を変えることで運搬・貯蔵ができる水素エネルギーを活用することも可能です。クリーンなエネルギーであるグリーン水素を普及させることで、環境負荷のかからない需給調整を実現できます[*4]。

一方で、グリーン水素には課題もあります。例えば、グレー水素やブルー水素と比べて製造コストが高く、割高になる点です。

国際エネルギー機関（IEA）の試算では、天然ガスから製造するグレー水素のコストが1kgあたり0.5～1.7ドル、ブルー水素のコストは1～2ドルである一方で、グリーン水素のコストは3～8ドルとされています。

技術の進歩により、地域によっては2030年ごろまでには1kgあたり1.3～3.5ドルまで下がる余地があるとみられていますが、依然としてグレー水素やブルー水素と同程度または割高傾向であるため、さらなるコスト削減が求められています。

グリーン水素の普及に向けた国内外の取り組み

製造時にCO2を排出せず、再生可能エネルギーの推進にも貢献できるグリーン水素の普及に向けて、国内外で取り組みが加速しています。

諸外国の水素戦略―鍵となるグリーン水素動き

国レベルの動向としては、ドイツやアメリカ、中国など多くの国が既に脱炭素化を視野に入れた水素戦略を策定しており、今後グリーン水素の供給を増やすと発表しています[*5], (図4)。

図4: 各国における水素戦略
出典: 福岡県「福岡県水素グリーン成長戦略」
https://f-suiso.jp/site2/wp-content/uploads/2022/09/pamphlet2022.pdf, p.3

ドイツでは、パリ協定の目標達成に向けて、2030年までに14TWh相当のグリーン水素供給を目指すとしています。中国においてもグレー水素やブルー水素など化石燃料由来の水素供給を徐々に減らし、グリーン水素比率を2030年に15％、2050年までに70％まで引き上げることを目標としています。

また、目標達成に向けて各国は水素関連分野への積極的な投資を計画しています。例えば、ドイツ政府は水素関連分野に2年間で90億ユーロ（約1.1兆円）を投じるとしており、イギリス政府は2030年までの間に40億ポンド（約6,000億円）の投資を計画しています。

図4で紹介した国以外でもグリーン水素普及に向けた取り組みが加速しています。例えば、オーストリア政府は2021年3月に再生可能エネルギー拡大法案を閣議決定し、再生可能エネルギーの拡大に向けて、グリーン水素の導入を推進する計画を立てました[*6]。

企業によるグリーン水素の研究開発や導入が開始されており、鉄鋼大手のフェーストアルピーネの工場では、グリーン水素生産のためのパイロットプラントが2019年11月から稼働しており、6MW規模の世界最大級の電解プラントによって生産されたグリーン水素を鉄鋼の生産工程に活用しています。

また、石油大手OMVは、2021年2月に、トラック輸送にあたってのグリーン水素の活用についてオーストリア郵便と覚書を締結しました。OMVは、燃料電池トラックのために必要なインフラ整備とグリーン水素を供給し、オーストリア郵便は燃料電池トラックの試験運転を実施します。2030年までに2,000台の燃料電池トラックを利用できるようにするための基盤を構築するとしており、2023年までに燃料電池トラックの利用が開始される予定です。

日本の水素戦略―自治体で進むグリーン水素の取り組み

海外のみならず、国内においても行政や企業によるグリーン水素普及に向けた取り組みが加速しています。

日本政府は、2017年に「水素基本戦略」を策定し、水素をエネルギーとしてあらゆるシーンで活用する水素社会の実現に向けて、水素のコストをガソリンやLNGなど既存のエネルギーと同程度のコストにすることを目標として掲げています[*7]。

水素の低コスト化に向けた取り組みとして、海外で作られた水素の効率的な輸送のための国際的なサプライチェーン開発や、発電し過ぎた再生可能エネルギーの余剰電力を使って水素を作ることなどが検討されています。

自治体レベルでは、例えば、福岡県が「福岡県水素グリーン成長戦略」として、成長産業である水素分野への企業の参入支援を行うとともに、再生可能エネルギー先進地域である強みを活かし、グリーン水素分野への取り組みを重点化するため、3つの戦略を推進しています[*5], (図5)。

図5: 2030年の福岡県が目指す姿
出典: 福岡県水素グリーン成長戦略会議「福岡県水素グリーン成長戦略」
https://f-suiso.jp/site2/wp-content/uploads/2022/09/pamphlet2022.pdf, p.19

• 戦略1　水素製造のイノベーショングリーン水素製造の低コスト化・多様化に向けて、（1）廃プラスチックガスによる水素製造・輸送の実証推進、（2）下水バイオガス由来の水素製造・利用拡大、（3）太陽光や風力など再生可能エネルギーを活用した大規模水素製造拠点の構築等を進める。
• 戦略2　水素利用の拡大
  製造したグリーン水素の受け皿となる活用先の拡大に向けて、(1)地域交通やごみ収集車などの業務車両への燃料電池モビリティ導入や、(2)燃料電池や水素エンジンを活用した「水素燃料船」の導入等を図る。
• 戦略3　水素関連産業の集積
  グリーン水素関連の新製品開発支援や、水素エネルギー人材育成センターの充実など水素関連産業の集積を図る。

行政のみならず、企業による取り組みも始まっています。例えば、株式会社大林組は、2021年7月に大分地熱開発株式会社の協力のもと、国内初となる地熱を使ったグリーン水素の製造・供給を開始しました[*8], (図6)。

図6: 大分県玖珠郡九重町における地熱を使ったグリーン水素製造プラント
出典: 株式会社大林組「水素」
https://www.obayashi.co.jp/green_energy/project/hydrogen/

地熱発電施設は山間部に位置することが多く、発電できたとしても送電網に接続する「系統連系」が困難なケースがあります。そのような課題を解決する手段として、「運べるエネルギー」であるグリーン水素を製造しています。

さらに、大林組はグリーン水素の利用者である供給先との連携も積極的に行っており、製造されたグリーン水素は、地元企業の脱炭素実証事業のほか、ヤンマーパワーテクノロジー株式会社が開発する燃料電池搭載型船舶の燃料としても利用されています。

また、山梨県が推進する事業で製造されたグリーン水素は、トヨタ自動車株式会社が鈴鹿サーキットにおける国内最大級の自動車耐久レースで使用するなど、普及に向けた取り組みが進んでいます[*9]。

2021年3月に開催されたレースでは、約80分、160キロの距離を走り抜いたとされ、次回以降のレースでも使用される予定とのことです。

グリーン水素普及に向けた展望

先述したように、グリーン水素にはコスト面などの課題があり、2030年までは緩やかに需要が伸びていくと予測されています[*10]。

しかし2030年以降には、水素生産コストは現在のおよそ半分になるとされるため、需要の伸びが加速すると予測されています。

水素は、製造・輸送・供給・活用といったサプライチェーンをいかに確保するかが重要となります。今後は、再エネ余剰電力を活用した製造方法や、燃料の共同調達を確立するほか、水素自動車のような水素需要を創出する製品開発や、水素ステーションのような環境整備がグリーン水素の普及に繋がっていくことでしょう。

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