次世代エネルギーへの鍵！「次世代原子炉高温ガス炉による水素製造」のすべて

次世代原子炉高温ガス炉による水素製造

1. はじめに

地球温暖化対策として、二酸化炭素排出量削減への取り組みが世界中で加速している。エネルギーシステムの脱炭素化において、水素は重要な役割を担うと期待されている。水素は燃焼時に二酸化炭素を排出せず、燃料電池自動車や燃料電池コージェネレーションシステムなどの利用に適している。

従来の水素製造方法には、天然ガスを主原料とする水蒸気改質法や、水を電気分解する電解法などがある。しかし、水蒸気改質法は二酸化炭素を排出するため、カーボンニュートラルな水素製造方法として課題がある。一方、電解法は二酸化炭素排出量が少ないものの、大量の水素製造には電力コストが課題となる。

次世代原子炉である高温ガス炉は、従来の軽水炉と比べて高い温度の熱を発生させることができる。この熱を利用して、二酸化炭素排出量を抑えた水素製造が可能となる。本稿では、高温ガス炉による水素製造について、以下の内容を解説する。

• 高温ガス炉の概要

• 高温ガス炉による水素製造技術

• 高温ガス炉による水素製造のメリットとデメリット

• 高温ガス炉による水素製造の現状と課題

• 今後の展望

2. 高温ガス炉の概要

高温ガス炉は、黒鉛やセラミック材料を用いた燃料棒と、ヘリウムガスを冷却材・熱媒体として用いる原子炉である。従来の軽水炉よりも高い温度（900℃～1000℃）の熱を発生させることができ、発電以外にも熱利用や水素製造などへの活用が期待されている。

高温ガス炉には、以下の特徴がある。

• 高い安全性：炉心溶融事故の発生可能性が低い

• 優れた経済性：長寿命化・高効率化により、発電コストの低減が期待できる

• 燃料の多様性：天然ウランだけでなく、プルトニウムやトリウムなどの燃料も利用可能

• 熱利用の多様性：高温の熱を様々な用途に活用できる

3. 高温ガス炉による水素製造技術

高温ガス炉による水素製造には、主に以下の2つの技術が研究開発されている。

• 硫酸分解サイクル：高温ガス炉で加熱された硫酸を分解し、水素と酸素を取り出す。

• ヨウ素-硫黄サイクル：高温ガス炉で加熱されたヨウ化水素と硫黄を反応させ、水素と硫酸を取り出す。

これらの技術はいずれも、高温ガス炉の熱を利用して化学反応を促進し、水素を製造するものである。

4. 高温ガス炉による水素製造のメリットとデメリット

高温ガス炉による水素製造には、以下のメリットとデメリットがある。

メリット

• 二酸化炭素排出量が少ない：水蒸気改質法と比べて二酸化炭素排出量を大幅に削減できる。

• 大量の水素製造が可能：電力コストを抑えながら、大量の水素製造が可能となる。

• 資源の制約が少ない：水素製造に利用できる燃料の選択肢が広がる。

• 高い安全性：高温ガス炉は安全性が高い原子炉である。

デメリット

• 技術開発段階：高温ガス炉による水素製造技術は、まだ実証段階であり、商用化には課題がある。

• 建設コスト：高温ガス炉は建設コストが高い。

• 炉心寿命：高温ガス炉の炉心寿命は軽水炉よりも短い。

5. 高温ガス炉による水素製造の現状と課題

日本原子力研究開発機構（JAEA）は、高温ガス炉による水素製造技術の開発を進めている。茨城県大洗町にある高温工学試験研究炉（HTTR）を用いて、水素製造実証試験を実施している。

一方、欧米諸国でも高温ガス炉による水素製造技術の研究開発が進められている。イギリスでは、高温ガス炉を用いた水素製造プラントの建設プロジェクトが進行中である。

高温ガス炉による水素製造技術の商用化に向けては、以下の課題を克服する必要がある。

• 技術的課題：高温ガス炉と水素製造設備の接続技術、高温環境での材料開発など

• 経済性：建設コストの低減、燃料サイクルの最適化など

• 社会受容性：安全性や放射性廃棄物処理に関する課題

6. 今後の展望

高温ガス炉による水素製造技術は、二酸化炭素排出量を抑えた水素製造方法として、大きな可能性を秘めている。技術開発が進み、課題が克服されれば、次世代の水素製造技術として広く利用されることが期待される。

以下、今後の展望について具体的に述べる。

技術開発

• 高温ガス炉と水素製造設備の接続技術：安全かつ効率的な接続技術の開発

• 高温環境での材料開発：高温ガス炉の熱に耐える材料の開発

• 水素製造効率の向上：より多くの水素を製造できる技術の開発

• 経済性向上：建設コストや燃料サイクルの最適化

• 小型高温ガス炉の開発：建設コストや設置スペースを抑えた高温ガス炉の開発

社会受容性

• 安全性に関する情報発信：高温ガス炉の安全性に関する情報を分かりやすく発信

• 放射性廃棄物処理技術の開発：安全かつ長期的な放射性廃棄物処理技術の開発

• 地域住民とのコミュニケーション：高温ガス炉の建設・運用に関する地域住民との丁寧なコミュニケーション

国際協力

• 技術開発の国際的な連携：世界各国と協力して技術開発を進める

• 国際的なルール作り：高温ガス炉による水素製造に関する国際的なルール作り

これらの課題を克服し、技術開発と社会受容性を高めることで、高温ガス炉による水素製造技術は、カーボンニュートラル社会の実現に大きく貢献することが期待される。

具体的なタイムライン

• 2030年代：技術開発の加速、実証プラントの建設

• 2040年代：商用化に向けた本格的な取り組み

• 2050年代：高温ガス炉による水素製造が広く利用される

社会への影響

高温ガス炉による水素製造技術の普及は、エネルギーシステムの脱炭素化に大きく貢献し、以下の効果をもたらすと期待される。

• 地球温暖化対策の推進

• エネルギー安全保障の強化

• 新たな産業の創出

• 雇用創出

結論

高温ガス炉による水素製造技術は、カーボンニュートラル社会を実現するための重要な技術である。技術開発と社会受容性を高め、早期の商用化に向けて積極的に取り組んでいく必要がある。

20年も先の事地道にやってんだね
ご苦労さまです。