水素エネルギーに関する戦略目標を設定する国が増えており、グリーン水素技術開発への投資も増加しています。EUと中国は、技術とインフラの先行者利益を模索しながら、この開発をリードしています。一方、日本、韓国、フランス、ドイツ、オランダ、ニュージーランド、オーストラリアは、2017年以降、水素エネルギー戦略を発表し、パイロット計画を策定しています。EUは2021年に水素エネルギーに関する戦略的要求を発表し、風力と太陽光エネルギーを活用し、電解セルによる水素製造の稼働能力を2024年までに6GW、2030年までに40GWに増強することを提案しました。これにより、EU域内の水素製造能力は、EU域外でさらに40GW増加し、40GWとなります。
他の新技術と同様に、グリーン水素は研究開発段階から主流の産業開発段階へと移行しつつあり、その結果、単位コストが低下し、設計、建設、設置の効率が向上しています。グリーン水素のLCOHは、電解セルコスト、再生可能電力価格、その他の運用コストの3つの要素で構成されます。一般的に、電解セルコストはグリーン水素のLCOHの約20％～25％を占め、電力コストは最も大きな割合を占めています（70％～75％）。運用コストは比較的小さく、通常は5％未満です。
国際的に、再生可能エネルギー（主に大規模太陽光発電と風力発電）の価格は過去30年間で大幅に低下し、その均等化発電原価（LCOE）は現在、石炭火力発電の原価（30～50ドル/MWh）に近づいています。これにより、再生可能エネルギーは将来的にコスト競争力を高めることになります。再生可能エネルギーのコストは年間10%の低下を続け、2030年頃には約20ドル/MWhに達すると予想されます。運用コストは大幅に削減することはできませんが、セル単位のコストは削減可能であり、セルについても太陽光発電や風力発電と同様の学習コスト曲線を描くことが期待されます。
太陽光発電は1970年代に開発され、2010年のLCoE（均等化発電原価）は約500ドル/MWhでした。太陽光発電のLCoeは2010年以降大幅に低下し、現在は30ドルから50ドル/MWhとなっています。電解セル技術は太陽光発電セル生産の産業ベンチマークとほぼ同等であることを考えると、2020年から2030年にかけて、電解セル技術は単位コストの点で太陽光発電セルと同様の軌跡を辿ると予想されます。一方、風力発電のLCoeは過去10年間で大幅に低下しましたが、その低下幅は比較的小さいものです（洋上発電は約50%、陸上発電は約60%）。
我が国では、再生可能エネルギー（風力、太陽光発電、水力発電など）を用いて電解水水素を製造しており、電力価格を0.25元/kWh以下に抑えることで、水素製造コストは相対的に経済効率（15.3～20.9元/kg）が高くなります。アルカリ電解とPEM電解による水素製造の技術指標と経済指標は表1に示されています。
電解水素製造のコスト計算方法は、式（1）と（2）に示すとおりである。 LCOE = 固定費 /（水素製造量 x 寿命）+ 運転コスト (1) 運転コスト = 水素製造電力消費量 x 電気料金 + 水料金 + 設備メンテナンス費用 (2) アルカリ電解と PEM 電解プロジェクト（1000 Nm3/h）を例に、プロジェクトの全寿命を 20 年、運転寿命を 9×104h と仮定します。パッケージ電解セル、水素精製装置、材料費、土木工事費、設置サービス料などの固定費は、電解の場合 0.3 元 /kWh と計算されます。コスト比較を表 2 に示す。
他の水素製造方法と比較して、再生可能エネルギーの電力価格が0.25元/kWhを下回る場合、グリーン水素のコストは約15元/kgまで削減でき、コスト面での優位性が現れ始めます。カーボンニュートラルの文脈では、再生可能エネルギーの発電コストの削減、水素製造プロジェクトの大規模開発、電解セルのエネルギー消費と投資コストの削減、炭素税などの政策誘導により、グリーン水素のコスト削減の道は徐々に明確になるでしょう。同時に、従来のエネルギー源から生産された水素には、炭素、硫黄、塩素などの多くの関連する不純物が混入し、さらに精製とCCUSのコストが重畳されるため、実際の生産コストは20元/kgを超える可能性があります。
投稿日時: 2023年2月6日