近年、世界各国はかつてないスピードで水素エネルギー産業の発展を推進している。国際水素エネルギー委員会とマッキンゼーが共同で発表した報告書によると、30以上の国と地域が水素エネルギー開発ロードマップを発表しており、水素エネルギープロジェクトへの世界的な投資額は2030年までに3000億米ドルに達する見込みだ。
水素エネルギーとは、水素が物理的・化学的変化の過程で放出するエネルギーのことです。水素と酸素は燃焼させて熱エネルギーを発生させることができ、燃料電池によって電気エネルギーに変換することもできます。水素は供給源が豊富なだけでなく、熱伝導性が高く、クリーンで無毒であり、単位質量あたりの熱量が高いという利点も持ち合わせています。同じ質量における水素の熱量はガソリンの約3倍です。水素は石油化学産業の重要な原料であり、宇宙ロケットの動力燃料でもあります。気候変動対策とカーボンニュートラルの実現への要求が高まるにつれ、水素エネルギーは人類のエネルギーシステムを変革することが期待されています。
水素エネルギーは、放出過程での二酸化炭素排出量がゼロであることだけでなく、再生可能エネルギーの変動性や断続性を補い、その大規模開発を促進するエネルギー貯蔵媒体として利用できることからも注目されています。例えば、ドイツ政府が推進する「電気からガスへ」技術は、風力発電や太陽光発電など、適時に利用できないクリーンな電力を水素に貯蔵し、長距離輸送してさらに有効活用することを目的としています。水素は気体状態だけでなく、液体や固体の水素化物としても存在し、多様な貯蔵・輸送形態が可能です。希少な「カップリング」エネルギーである水素エネルギーは、電気と水素間の柔軟な変換を実現するだけでなく、電気、熱、冷気、さらには固体、気体、液体燃料の相互接続を実現する「架け橋」となり、よりクリーンで効率的なエネルギーシステムの構築に貢献します。
水素エネルギーは様々な形態があり、多様な用途が考えられます。2020年末までに、水素燃料電池車の世界的な保有台数は前年比38%増加すると予測されています。水素エネルギーの大規模な応用は、自動車分野から輸送、建設、産業などの分野へと徐々に拡大しています。鉄道輸送や船舶に適用すれば、長距離・高負荷輸送における従来の石油・ガス燃料への依存度を低減できます。例えば、昨年初めには、トヨタが船舶向け水素燃料電池システムの最初のバッチを開発・納入しました。分散型発電に適用すれば、水素エネルギーは住宅や商業ビルに電力と熱を供給できます。また、水素エネルギーは石油化学、鉄鋼、冶金などの化学産業に効率的な原料、還元剤、高品質の熱源を直接供給し、二酸化炭素排出量を効果的に削減できます。
しかし、水素エネルギーは二次エネルギーの一種であるため、入手が容易ではありません。水素は主に地球上で水や化石燃料に化合物として存在しています。既存の水素製造技術のほとんどは化石エネルギーに依存しており、炭素排出を避けることができません。現在、再生可能エネルギーからの水素製造技術は徐々に成熟しており、再生可能エネルギー発電や水の電気分解によって炭素排出ゼロの水素を製造できます。科学者たちは、太陽光による水分解による水素製造やバイオマスによる水素製造など、新しい水素製造技術も研究しています。清華大学原子力エネルギー・新エネルギー技術研究所が開発した原子力水素製造技術は、10年以内に実証を開始する予定です。さらに、水素産業チェーンには、貯蔵、輸送、充填、利用などのリンクも含まれており、これらも技術的な課題やコストの制約に直面しています。貯蔵と輸送を例にとると、水素は密度が低く、常温常圧下では漏洩しやすい性質があります。鋼材と長期間接触すると、「水素脆化」を起こし、鋼材に損傷を与えます。貯蔵と輸送は、石炭、石油、天然ガスよりもはるかに困難である。
現在、多くの国々で新水素に関するあらゆる分野の研究が本格的に進められており、技術的な課題克服に向けて着実に前進しています。水素エネルギーの生産・貯蔵・輸送インフラの規模拡大に伴い、水素エネルギーのコストも大幅に低下する余地があります。研究によると、水素エネルギー産業チェーン全体のコストは2030年までに半減すると予測されており、水素社会の実現が加速すると期待されます。
投稿日時：2021年3月30日