グリーン水素の理解：定義と主要な差別化要因

什么是グリーン水素？

グリーン水素は、電解と呼ばれるプロセスで水分子を分解して生成されますが、その際には太陽光や風力などの再生可能エネルギー源が供給する電力のみを使用する場合に限られます。基本的にこれは、水（H₂O）に電流を通すことで水素ガスと酸素に分解する方法であり、この過程で二酸化炭素を全く排出しません。一方、従来の水素製造法はそれほどクリーンではなく、多くの場合化石燃料に依存しています。そのため、HERO Future Energiesによる昨年の研究でも指摘されているように、専門家の多くがグリーン水素を世界的な温室効果ガス削減において極めて重要だと見ています。

グリーン水素がグレー水素およびブルー水素と異なる点

• グレーハイドロジェン ：天然ガスを蒸気改質法（SMR）によって処理して得られ、水素1kgあたり10～12kgのCO₂を排出します。
• ブルー水素 ：同じく化石燃料を原料としますが、炭素回収・貯蔵（CCS）技術を組み合わせることで、排出量を約50％削減します。
• グリーン水素 再生可能エネルギーが電解プロセス全体を供給するため、直接的な排出物を発生しません。

現在の水素生産の95％をグレーハイドロジェンが占めていますが、グリーン水素のライフサイクル排出量はブルーハイドロジェンよりも75〜90％低いです（Visualizing Energy、2024）。

グリーン水素生産における再生可能エネルギーの不可欠な役割

グリーン水素は再生可能エネルギーによるバックアップなしでは実現できません。電解プロセスでは従来の方法と比べて約4倍の電力が必要となるため、太陽光パネルや風力発電所をこれらのシステムに直接接続することが、持続可能な生産規模拡大において極めて重要になります。数字で見てみましょう。1キログラムのグリーン水素を生産するには、清潔な電力を約50キロワット時必要とします。これは多いように思えるかもしれませんが、過去10年間で太陽光パネルの価格が大幅に下落し、2010年からのみでほぼ90％も減少していることを考えると、着実な進展が見られます。将来の可能性を考えると、専門家たちは、今世紀半ばまでにグリーン水素が世界の化石燃料由来エネルギーの15～20％を最終的に置き換える可能性があると考えています。

グリーン水素の生産：電解、技術および世界の生産能力

電解によるグリーン水素の生産プロセス

グリーン水素の生産は、電気分解と呼ばれるプロセスを通じて行われます。これは、電気を水（H2O）に通して水素ガスと酸素ガスに分解する基本的な方法です。効率は使用する電解装置の種類によって大きく異なり、70％から90％程度まで変動します。このプロセスを適切に機能させるには、清浄な水と安定した電力供給が必要です。現在の多くの設備では、消費する電力50キロワット時あたり約1キログラムの水素を生成しています。他の工業プロセスで消費されるエネルギー量を考えれば、これは悪くありません。

電解装置の種類：PEM、アルカリ、固体酸化物

既存のプロジェクトではコストが低いためアルカリ電解槽が主流ですが、PEMシステムは変動する再生可能エネルギー用途で採用が広がっています。

持続可能な生産のための太陽光および風力発電との統合

再生可能エネルギーとの統合により、グリーン水素の最大コスト要因であるエネルギー入力の課題に対応しています。太陽光および風力発電の活用によって、生産コストは2024年の推定で $3-4/kg にまで低下しており、2018年の$6/kgから改善されています。日射量が多く風力条件が良い地域にある施設では ハイブリッドシステム 、太陽光パネルと風力タービンを組み合わせることで24時間稼働を実現しています。

現在の世界の生産能力および主要国

世界のグリーン水素生産量は2024年に 120万メトリックトン を超え、2022年以降50%の増加となりました。この生産能力の80%以上は中東、オーストラリア、北欧における旗艦プロジェクトから供給されており、これらのプロジェクトには全世界で5000億ドルの投資が行われています。

グリーン水素生産のスケーリングにおける課題

スケーリングには、次のような障壁が存在します。 水素1キログラムあたり9リットルの純水 が必要であり、高度な淡水化インフラが求められます。PEM電槽で使用されるイリジウムなどの希少材料のサプライチェーンのボトルネックや、水素パイプラインの不足も採用を遅らせる要因です。これらの障壁があるにもかかわらず、2030年のコスト見通しは $1.50/kg とされており、産業用途への適用可能性が加速していることを示しています。

グリーン水素の環境的および経済的メリット

生産時および使用時のゼロカーボン排出

グリーン水素の生産では 二酸化炭素を全く排出しません 再生可能エネルギー駆動の電解を使用する場合、メタン改質由来のグレーハイドロジェンとは異なり、このクリーンエネルギーは燃料電池や工業プロセスへの応用においてもカーボンニュートラルな状態を維持し、ライフサイクルの各段階で排出を排除します。

大気汚染および温室効果ガス排出の削減

輸送部門や製造業における化石燃料をグリーン水素に置き換えることで、窒素酸化物（NOx）を最大45％、硫黄酸化物（SOx）を92％削減でき、都市部の大気質を大幅に改善します。

ライフサイクル分析：グリーン水素の環境影響

2023年の比較研究によると、グリーン水素のライフサイクル排出量は 96% 削減 洋上風力発電を用いる場合、天然ガスベースのシステムと比較して。水消費量は石炭からの水素製造方法に比べて30%低いままです。

再生可能エネルギーおよび水素分野における雇用創出

グリーン水素バリューチェーンは、 2035年までに世界全体で230万件の雇用を創出すると予測されています 特に電解槽の製造および太陽光・風力ハイブリッド農場においてです。ドイツやオーストラリアなどの国では、すでに水素関連職種での年間労働力の成長率が12〜15%に達しています。

投資動向とコスト低下のトレンド

電解槽のコストは2015年以降60%低下しており、グリーン水素の生産コストは2030年までに1.50ドル/kgに達すると予測されています。これは 75％削減 2022年の価格から大幅な低下です。2023年には、48か国の国家水素戦略における官民パートナーシップにより、世界的な投資額が3200億ドルを超えました。

エネルギー自立と地政学的な利点

国産のグリーン水素への移行により、EU諸国のエネルギー輸入コストを年間1100億ドル削減できるとともに、化石燃料市場の変動によるサプライチェーンの混乱を緩和できます。

産業用途および技術進展

鋼鉄やアンモニアなど、脱炭素化が困難な産業における脱炭素の実現

グリーン水素への移行は、長年にわたり化石燃料に依存してきた産業界に大きな変化をもたらしています。例えば、IRENAの2023年報告書によると、世界のCO2排出量の約7%を占める製鉄業について考えてみましょう。企業が従来の石炭を使用する方法から水素ベースの直接還元技術に切り替えることで、生産する鋼鉄1トンあたりの排出量を約95%削減できます。また、鋼鉄業に限った話ではありません。アンモニア製造業者が天然ガスからグリーン水素に切り替えることで、製造するアンモニア1トンあたり約1.8トンのCO2を削減できます。こうした数値は単なる紙上の数字ではなく、現在世界中の工場やプラントで実際に進行している現実の変化を示しています。

重機運送および船舶輸送におけるグリーン水素

水素燃料電池は長距離トラックや貨物船におけるバッテリーの限界を克服しつつあり、1回の充填で600〜800 kmの航続距離を実現しています。海事分野での試験では、水素駆動船舶が従来の船舶用ディーゼル燃料と比較して窒素酸化物排出量を35%削減できることが示されています。

発電および家庭用暖房への利用

欧州では既存のパイプラインに水素を天然ガスに対して最大20%まで混合する取り組みが進んでおり、複合火力発電システムにおいて12%の二酸化炭素排出量削減が実証されています。日本のENE-FARMプロジェクトは2020年以降、家庭用として46万台の水素燃料電池を導入しています。

貯蔵、輸送、および燃料電池技術における革新

最近の進展には以下が含まれる：

• 極低温液体水素タンクによる97%の貯蔵効率の達成
• 液状有機水素キャリアによる安全な海上輸送の実現
• 固体酸化物燃料電池が65%の発電効率に到達（DOE 2023）

系統安定化およびエネルギー貯蔵用途

ドイツの風力発電所では、出力がピークに達した際に余剰電力を水素に変換するために現在140MWの電解槽を使用しており、送電網の安定化と同時に年間2,800トンの水素を工業用に生産しています。

グリーン水素の世界的な採用と将来展望

世界中の新興市場とパイロットプロジェクト

世界中のグリーン水素市場は現在驚異的なペースで成長しており、35を越える国々で試験プロジェクトが相次いで立ち上がっています。例えばサウジアラビアのNEOMプロジェクトは、2026年までに毎日約650トンのクリーン水素を生産することを目指しています。オーストラリアのアジア再生可能エネルギー・ハブ（Asian Renewable Energy Hub）はさらに大規模な目標を掲げており、次の十年の終わりまでに年間350万トンの生産を目指しています。経済的に発展途上にある国々もこの分野に参入しつつあります。チリやナミビアなどの地域には、豊富に存在しながらまだ活用されていない太陽光や風力のエネルギー資源があるため、これらの国々は将来的な輸出国としての地位を築こうとしています。チリのHIF Global社だけでも、2040年頃までに14ギガワット分の電解槽を建設する計画を立てています。将来を見据えると、2030年までに年間ほぼ5000万トンのグリーン水素を生産できるとの見通しが多く、これは2023年の生産量の約5倍に相当します。

導入を加速させる政策支援と国際協力

世界中の政策立案者は、水素戦略を現実のものにするためにより一層力を入れています。欧州連合（EU）はその水素戦略において野心的な目標を設定しており、2030年までに域内で少なくとも1,000万トンのグリーン水素を生産することを目指しています。この目標には、アメリカのインフレ抑制法に含まれるキログラムあたり3ドルの税控除といった、非常に手厚いインセンティブも伴っています。一方、太平洋を越えた日本は全く異なるアプローチを取っています。日本の基本的水素戦略は、大規模な国内生産施設を建設するのではなく、オーストラリアやブルネイなどからの供給導入に重点を置いています。また、国際協力も勢いを増しており、G7水素行動憲章とアフリカ・グリーン水素アライアンスのような組織が連携して活動を進めています。こうした協力体制は、国境を越えるインフラ構築を目指しており、大規模化による製造コストの削減を通じて、今後10年間の終わりまでに価格がキログラムあたり1.50ドルを下回ることの実現を目指しています。

インフラの不足と業界の課題を乗り越える

国際再生可能エネルギー機関（IRENA）は、ここではかなり大きな問題について述べています。2030年までに、必要な生産施設やパイプライン、燃料供給ステーションなどのインフラに約1.5兆米ドルの資金が不足する見込みです。電解槽は依然として多くの企業にとって高額ですが、状況は改善されつつあります。価格は2018年以降大幅に下落しており、現在のアルカリ系システムでは1kWあたり約800米ドルと、約3分の1にまで低下しています。業界の大手企業は、極低温液体水素やアンモニアによる輸送といった優れた技術を活用して、貯蔵の課題に対処しています。また、標準化への合意形成も重要です。EUの原産地保証制度は、昨年のCOP28で設定された2050年カーボンニュートラル目標に向けた真の進展を得るためには、より広範な採用が必要です。さらに、これらのグリーン燃料を国境間で効率的に輸送できるよう、港湾の拡張を忘れてはなりません。

よくある質問

什么是グリーン水素？

グリーン水素は、風力や太陽光などの再生可能エネルギー源を用いて電気分解を行うことで生成され、このプロセスでは水を水素と酸素に分離し、二酸化炭素を排出しません。

グリーン水素は他の種類の水素とどう違うのですか？

グリーン水素は、直接的な二酸化炭素排出を伴わない点で、グレイ水素およびブルー水素とは異なります。グレイ水素は天然ガスから製造され、CO2を排出します。一方、ブルー水素はカーボンキャプチャー・アンド・ストレージ（CCS）技術を用いてこれらの排出を最小限に抑えるものです。

再生可能エネルギーはグリーン水素の生産においてどのような役割を果たすのですか？

再生可能エネルギーは、温室効果ガスを発生させることなく電気分解に必要な電力を供給するため、グリーン水素の生産において不可欠です。

グリーン水素の生産拡大における主な課題は何ですか？

主な課題には、生産に必要な大量のエネルギー、大規模な再生可能エネルギーインフラの整備、および電解槽に使用される希少材料のサプライチェーン上の問題が含まれます。

グリーン水素を使用することに経済的なメリットはありますか

はい、グリーン水素は再生可能エネルギーおよび水素分野での雇用創出、大気汚染の低減、温室効果ガス排出量の削減、化石燃料の輸入依存度の低下によるエネルギー自立の実現など、さまざまな経済的利益をもたらします。