水素社会を目指す日本市場において、その中心戦略の１つでもあったブルー水素に関して、
通常の天然ガスを燃焼するより、多くのCO2を排出してしまうという驚愕の論文が発表されてしまい、
今後の日本の水素戦略が根底から覆る可能性が出てきてしまっているという、水素研究に関する最新動向について、
その水素に関する前提知識をなるべくわかりやすくまとめながら、徹底的に解説します。
水素社会を達成するために必要なこととは
まず、今回の水素社会に関してですが、
こちらは日本政府が主導して、何年も前から大号令がかけられ続けている長期的なエネルギー政策となっていて、
特に再生可能エネルギーの導入とともに、問題は、その不安定な電力源から、いかに安定的な発電量を確保するかという点で、
もちろん蓄電池というバッファーをかませるという方法もありますが、
その再エネの電気を水素に貯蔵しておけば、より長期間において保存しておくことができますので、
こちらも日本だけに関わらず、欧米でも、その水素社会の構想が長期的に計画されています。
特に、日本政府が掲げている水素社会については、
トヨタミライを筆頭とする水素燃料電池車であったり、
より大型の燃料電池バス、燃料電池フォークリフトなど、商用車についても水素を動力源とする車両の開発、
また、そもそも水素を海外から輸入する際の輸送タンカーに関しても、
水素を使って運行する水素輸送タンカー、つまり、水素を運ぶための船すら水素で動かすという、
何れにしても、様々な場面で水素を大量に活用していくことによって、
そのスケールメリットで、水素の価格競争力を引き上げていく狙いがあります。
そもそも、水素とは世界中いたるところに存在していると思われがちなのですが、もちろんんそんなわけはなく、
現状日本側が考えている水素供給体制というのは、大きく3種類存在するわけで、
まずは、石炭や天然ガスを日本に輸入し、そこから水素を生成するというものですが、
こちらに関しては、水素を生成するために化石燃料を輸入するという、化石燃料という資源を海外に頼るという観点から、
今までと全く同じく、化石燃料からの脱却という脱炭素化を目指すことはできません。
水素を自動車に利用する場合の問題点
それでは、海外で生成された水素を、日本へ海上輸送して輸入するといった方法が次に存在し、
確かに脱炭素化という観点では、
最終的には再生可能エネルギーにおいて生成された水素となってくれば、それはまさに、脱炭素化された水素ということになるわけですが、
ここで問題となってくるのは、
その海外で生成された水素を、我々日本市場において、
特に水素燃料電池車や水素エンジン車という乗用車や、バスや配送トラックという商用車に使用していく場合、
発電された電力を使って水を電気分解し、
その分解された水素を超高圧に圧縮し、－253度という超低温状態に液化し、
それを実際に充填する日本まで輸送し、
しかも日本に輸入してから、日本全国各地、津々浦々の水素ステーションにまで、水素配送トラックで輸送し、
さらに、その水素を水素燃料電池車に充填するために、
液化状態である水素を気化させ、
およそ700気圧にまで、さらに電気を使って圧縮し、
しかもその圧縮によって温度上昇してしまった水素を、
また-40度程度にまで再冷却し、
そして、その車内に充填された水素を、空気中にある酸素と反応させて電気と水を作り出し、
そのうちの電気を、車内にある少量のバッテリーに充電しながら走行させる、
といった、実際に水素を海外で生成してから、我々日本市場で利用するため、
特に今回の乗用車や商用車というモビリティに対して利用していくためには、極めて複雑な工程を挟むことになるのです。
水素燃料電池車のエネルギー効率は極めて悪いです
したがって、そのような複雑な工程を挟むことによって、そのトータルのエネルギー効率は、
第三者機関であるTransport&Environmentによれば、なんと33％にまで低下してしまう、
つまり、海外で再生可能エネルギーによって生成された電力の、たったの3分の1しか実際に利用することができないということと同義でありますので、
つまり、そのコストという観点で、物理法則として、一定程度のコストで高止まりしてしまうことは不可避である、ということなのです。
そして、水素獲得の最後の手段として、
国内で再生可能エネルギーによって発電された電力から、水素を生成する方法が存在するわけですが、
こちらに関しても全く同様に、物理法則として、水素に変換する際のエネルギー効率はかなり悪いわけですが、
そもそも再エネ電力から水素を生成する場合は、
やはり再エネ率がある程度高まっていないと、水素生成分に回すことができないわけで、
大前提として、再エネで生成された電力をそのまま送電線を使って各家庭や工場などに送ってしまった方が、
送電ロスを考慮したとしても、圧倒的に効率がいいわけで、
それではなぜ、わざわざ効率が極めて悪い水素に変換しなければならないのか、
それは、再エネの割合が高まっていくことによって発生する再エネの余剰電力を、比較的長期間にわたって保存することができるという点に、
水素の価値を見出すことができるのです。
つまり水素というのは、あくまで再エネの大幅拡充とセットで考えなければならないということであり、
余剰分の再エネ電力が大量に発生するからこそ、効率性で劣ってしまったとしても幾分利用価値が生まれてくるわけで、
特に我々災害国家である日本市場においては、
その大規模な災害対策として、比較的長期で保存することのできる水素というのは、まさに国家の安全保障にも直結してきますから、
そのような国家全体のエネルギー保証というような観点において、
やはり水素というのは、一定程度必要性を見出すことは可能、
しかしながら、やはり自動車に対しては、繰り返し説明しているそのエネルギー変換効率の悪さ、
もちろんのことですが、1ステーション建設するのに数億円単位で資金が必要な水素ステーションを、全国津々浦々、
ガソリンスタンドの設置数である3万ステーション弱も設置していくなど、正直どこまで現実的であるのかには疑問ですし、
したがって本メディアにおいては、水素の自動車に対する活用については、極めて懐疑的な立場をとっている、ということですね。
水素の種類とは
そして、そのような前途多難な将来が待ち受けている、水素社会の実現に関して、今回新たに明らかになってきていることというのが、
その水素の生成方法について、
特に我々日本市場における水素社会の実現の、前提条件がひっくり返ってしまうかもしれない論文が発表されてしまったということで、
それが、ブルー水素が想像以上のCO2排出量となってしまうのではないか、という内容なのです。
そもそも論として、今回取り上げたいブルー水素とは一体全体なんなのかに関してですが、
先ほど少し取り上げたように、水素というのは主に、天然ガスや石炭を燃やして生成するか、もしくは電気から生成することができるわけですが、
その何から生成されたかによって種類を分けているということで、
例えば、天然ガスを燃やして生成されるのがグレー水素であったり、
さらには、石炭を燃やして生成されるブラック水素であったり、
そして、我々日本が今後の水素調達のメインパートナーとしている、オーストラリアで採掘される褐炭を燃やして生成されるブラウン水素など、
このように複数の種類があるわけですが、
これらの水素は、すべて化石燃料を燃やして水素を生成している、
つまり、脱炭素化という観点で、本質的にCO2を減らすことには寄与しないのです。
クリーンな水素である「ブルー水素」に注目
そこで、現在注目を集め、日本に限らず世界中で研究開発が進められているのが、
CO2を排出しない脱炭素化された水素の種類であり、いくつか種類があるわけで、
まずわかりやすいのが、100％再生可能エネルギーで生成された電気を使って作られる、グリーン水素であり、
こちらは水を再エネ電力を使って電気分解するだけですので、もちろんCO2を一切排出することがない、
まさに、クリーンな水素ということになるわけですが、
やはり問題は、そのコストとなっていて、
国際エネルギー機関であるIEAによる、水素生成量の推移予測と、その生成方法の内訳を見てみると、
主にグリーン水素を示す電気というのは、2030年においてもまだまだマイノリティ、
2050年ごろになって、ようやく化石燃料を燃やすことによる水素生成の割合と同じレベルになっていくという予測を立てている、
したがって、技術的なハードル、そして何よりも、そのコストという面で、
やはりその実際の普及には大幅に時間がかかってしまう、というわけなのです。
そこで、現在注目されていたのが、今回フォーカスしていきたいブルー水素となっていて、
こちらのブルー水素とは、化石燃料、特に日本では褐炭から生成された水素のことであり、
これはブラウン水素なのではないかと思われるかもしれませんが、
その褐炭を燃やした際に発生するCO2を回収し、それを地中に貯蔵してしまうという、
いわゆるCarbon Capture, Utilization & Storage、略してCCS（CCUS）によって、
実質のCO2排出量をゼロにすることができる、というものなのです。
しかしながら、このオーストラリアとの共同プロジェクトでもあるブルー水素に関しては、
実は想定されているよりも、ずっと温室効果ガスを発生させてしまうのではないかという、
このブルー水素の存在自体を脅かしてしまう、驚愕のレポートが発表されてしまっているということで、
こちらは、コーネル大学とスタンフォード大学の研究チームが調査した結果によると、
ブルー水素の問題は、CO2を捕捉するというCCS処理を施したとしても、すべてのCO2を捕捉することができず、
結果的に、CO2が大気に放出されてしまう、
したがって、ブルー水素の本質である、CCS処理によって実質のCO2排出量をゼロにすることができない、ということなのです。
また、さらに悪いことというのが、
特に欧米で主流である、天然ガスを燃やして生成されるグレー水素を、CCS処理を施しブルー水素とする際に、
どうしても発生してしまうメタンを取り逃がし、待機中に放出してしまい、
特にこのメタンというのは、温室効果ガスの中でもかなりの悪影響を持つ種類であり、
結果的に、地球全体の温度上昇に歯止めをかけるという、本質的なゴールと相反する結果となってしまう、というわけなのです。
天然ガスを直接燃やした方がエコという事実
ちなみに、今回の研究において明らかになってきた具体的な数値についてですが、
まず、天然ガスを燃やすブルー水素については、
確かにグレー水素よりも9-12%ほど、CO2排出量を抑えることができるものの、
問題は、メタンの排出量がグレー水素よりも多くなってしまい、
こちらは、CO2を捕捉するというCCS処理において、さらに追加で天然ガスを燃やして動力を得なければならないからである、としています。
したがって、ライフサイクル全体で見た、ブルー水素の温室効果ガスのフットプリントについては、
天然ガスや化石燃料を直接燃やして熱を生み出したほうが、20％も少なくて済み、
ディーゼルを燃やした方が、さらに60％も少なくて済む、
つまり、CO2排出量を実質ゼロにすることが目標であるブルー水素というのは、
もはやこれまで通り、天然ガスや化石燃料を普通に燃やしてしまった方が、よっぽど温室効果ガスの削減に寄与してしまう、
地球温暖化のためにはよっぽどマシであるという、まさに驚愕の研究結果となっているのです。
また、今回の研究の前提というのが、
ブルー水素における本丸でもある、CO2をしっかりと補足して回収し、最終的に地中に埋めるというCCS技術について、
特に地中に埋めるという段階が、今後ブルー水素生成の際に発生するすべてのCO2を、すべて地中に埋めることができるという、
未だ証明されていない、極めて楽観的なシナリオに基づいているともしていますので、
何れにしても、CO2排出量を実質ゼロにすることができるとされていたブルー水素については、その実態を調査してみると、
なんと普通に化石燃料などを燃やすよりも、よっぽど多くの温室効果ガスを発生させてしまい、
しかも、そのCCS技術によって回収したCO2を、本当にすべて地中に埋めることができるのかは、まだ証明もされていないという、
極めて不確定要素が強い水素の種類である、ということなのです。
日本の水素社会構想や、いかに、、
したがって、この最新の研究結果が今後より多くの支持を集めていってしまった場合、
特にブルー水素に積極的な姿勢を示していたアメリカやイギリス市場については、
このブルー水素研究の一線から退いてしまう可能性も出てきてしまうわけであり、
したがって、世界的な研究が停滞してしまうということは、我々日本の水素社会の中心戦略の1つでもある、
オーストラリアの褐炭から生成するブルー水素活用という戦略の根幹を、揺るがしかねない状況でもある、ということですね。
何れにしてもこのように、現状すでに様々な困難を抱えていた水素を活用した社会、水素社会の実現については、
特にエネルギー自給率の低い日本としては、災害対策上、そして安全保障上の観点から、一定程度進めていきたい構想ではあるわけなのですが、
残念ながら、特に肝心要の、水素調達の中心戦略でもあった、オーストラリアとの共同プロジェクトでもあるブルー水素については、
最新の研究結果によって、地球温暖化に起因する温室効果ガスを、想定以上に排出してしまうということが明らかになりつつあり、
今後この研究結果が支持を集めていけば、欧米がブルー水素研究から身を引く可能性が出てくる、
つまり我々日本のブルー水素研究についても、大きな支障が出てくる恐れがありますので、
特にこの研究結果が、世界でどれほど支持されるのか、それによってどれほど政府が反応を示してくるのか、
そして、それに対して日本はどのようなアクションを取るのか、日本の水素社会実現の構想はどうなってしまうのか、
その行方がわかり次第、情報をアップデートしていきたいと思います。
From: Wiley Online Library、Guardian、経済産業省
Author: EVネイティブ
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