米国のグリーン水素は大きな賭けか？
はじめに
電源の脱炭素化の中で水素の可能性が議論され、色々な事業が進められている。日本においても事情は同じである。
現在、一般的に水素は、天然ガスのスチーム改質＋シフト反応というプロセスで製造されている。中国は、自国の石炭をガス化し、生成する合成ガス（主要成分：CO、H2）＋シフト反応で製造している。中国の年間製造量は3,500万トンだとも言われており、世界一である。2060年には、1億トンの グリーン水素を製造する計画があるという。日本は、2050年、2,000万トンと言われている。
水素の色分け
水素には、製造原料別に色付けがされている。
①グリーン水素：再エネ＋水電解＝水素
②ブルー水素：化石燃料＋排出されたCO2をCCSで地下深くや深海に注入
③グレー水素：化石燃料、後段のCO2処理はなく、煙突から大気に放出
（従来型）
④イエロー水素：原発を利用して水素製造
水素製造の課題
水素製造の課題は、製造コストがかなりのものになるということがある。製造コストの主要なものは、グリーン水素の場合は、再エネから電気を得る段階にある。
NEDOの水素価格の目標は、2030年に30円/Nm3だと言われており、普及させるには、15～20円/Nm3とされる。大学の先生によれば、製鉄業では、金属鉱物を還元するためにはコークスを使っているが、これを水素に変えて
還元製鉄を普及させるためには、水素が８円/Nm3程度であるという。
豪州の褐炭から水素を製造し液化して海上輸送の場合、35～38円/Nm3（大体の数字）程度であったので、この価格の縮小が実際可能なのか、これからの技術開発で可能なのか疑問である。
日本の場合、グリーン水素は可能なのだろうか？現状では、他の国に比べて電気代が高いのでこの選択肢はないのだろう。
米国についてのレポート
再生可能エネルギーへの需要が高まり、米国の電力網が疲弊する中、グリーン水素の需要が高まり、投資家の注目を浴びている。
グリーン水素の製造は一見すると非常に簡単であり、再エネで発電した電気を使い水の分子を分解する。その後、水素は貯蔵されネットゼロエミッションで流通する。
化石燃料を使わないクリーンなエネルギー源として、この成長産業は注目されている。しかし、この夢を実現するためには、大きなハードルを越えなければならない。
グリーン水素は、天然ガスなどの化石燃料を使わずに水の分子を分解してエネルギーを生み出すため、ブルーやグレーといった他の水素エネルギーとは区別される。
Destinus社のシニアマネージャーのLofqvist氏は、「グリーン水素は、電気分解というプロセスで製造される...グレー水素に対する利点は、製造段階での炭素排出がないこと」と述べている。
極超音速航空を革新するLofqvist氏は、Destinusがグリーン水素燃料について大きな計画を持っていると説明、私たちは、極低温燃料である液体水素の使用を計画している、つまり、極低温で保存する必要がある。
Lofqvistは、「水素を氷点下の温度に保つことは高価な課題であるが、空港と水素メーカーが協力して、インフラがやがてより費用対効果の高いものになることを確信している」とも語った。
しかし、この価格設定は生産するための大きな障害となっている。
「グリーン水素は、化石燃料由来のグレー水素などの代替製造技術よりも高価で、これは主に再生可能エネルギーのコストによるものだ」とLofqvistは説明した。
化石燃料由来の水素と比較すると、グリーン水素は 3倍程度も高価であり、そのため、水素を受け取る側にとっては、電気代が高くなる。しかし、副産物として「純水」が得られるだけで、CO2の排出は劇的に減少する。
しかし、エネルギー関係者の中には、今年の化石燃料価格の高騰にもかかわらず、グリーン水素が真に価格競争力のある選択肢となるには、生産量が増えるまで何年もかかると断言する人もいる。
7月、グリーン水素の価格は急騰し、最高で1キログラムあたり17ドル（約212円/Nm3）近くまで上昇した。これは最近の価格比較の中では3倍近い高値だ。一方、4月の平均価格は1キログラムあたり6ドル（約75円/Nm3
）程度だった。
S&P Global Commodity Insightsのエネルギー移行と価格担当のヘイズ氏によれば、天然ガスや再生可能電力などの投入資源に依存するため、一般的に水素のコストは他の資源と同様に上昇しているとのことである。
インフラストラクチャーへの挑戦
ゲームチェンジャーを目指す多くの人々と同様、グリーン水素を取り巻くレトリックには、「いつか」とか予想される日付が付記されている。2030年までには価格が下がるかもしれない」「2050年までにはもっと安くなるはずだ」といったフレーズが業界内で飛び交っている。
しかし、再エネ支持者の中には納得していない人もいる。再エネを使って水素を製造するのは、風力や太陽光を直接使うよりも20〜40％効率が悪いというのが、グリーン・コミュニティーの否定的な意見である。
また、グリーン水素には電気分解という落とし穴がある。調査によると、米国の電力網は、再エネ需要を支えるために、最大で7兆ドルものアップグレードが必要だという。
これは業界にとって重要な柱となる。アメリカのエネルギー需要を満たすためには、グリーン水素による多くの電力を必要とする。
効率的な電解システムでは、1キログラムの水素を製造するのに39kWhの電力を必要とする。しかし、現在稼働している装置の大半は、それよりはるかに効率が悪い。より現実的な数字は、1キログラムの水素を作るのに48kWhである。
そのため、既存の送電網にさらなる負担がかかると、ピーク時や季節による気温の変動時に停電やエネルギー使用量の警告が多くなる可能性がある。グリーン水素運動の批評家たちは、揮発性、送電、貯蔵能力についての懸念も挙げている。
米国では、既存のガス輸送用パイプラインの約96パーセントがスチール製である。水素が通過すると、「水素脆化」と呼ばれる金属へのダメージが生じ、パイプにひびが入る可能性がある。
つまり 米国内のほぼすべての送電用パイプラインは、水素を大量に輸送するには構造的に安全でない。そのため、高価なオーバーホールを行うか、まったく新しい輸送ラインを建設する必要がある。
さらに、貯蔵の問題もある。
「水素を貯蔵する方法はいくつかあるが、最も一般的なのは高圧タンクを使用する方法だ。このタンクは高価で、メンテナンスも難しいため、多くの用途で実用的ではない」と、グリーンエネルギー提唱者のローパー氏は語っている。グリーン水素の開発には貯蔵がハードルになっていると指摘する。
「地下の洞窟に水素を貯蔵するという方法もあるが、これは規模を拡大するのが難しい 。拡張性の高さから最も有望な方法と思われがちだが、課題がある...どれくらいの期間、安全に貯蔵できるかが不明だ」。
また、ローパー氏は、万が一、漏洩した場合、公共の安全が脅かされることを指摘した。
米国エネルギー効率・再生可能エネルギー局は、水素貯蔵システムおよびインターフェース技術に適用できる規範・規格が「確立されていない」と認めている。
さらに同局は、水素には燃焼と被ばくによる火傷という2つの安全上の懸念があることを指摘している。天然ガスやガソリンよりも発火点が低いため、「安全な水素システムの設計には、十分な換気と漏洩検知が重要な要素になる」と述べている。
しかし、専門家の中には、水素の未来は "グリーン "であると主張する人もいる。
GenH2社のCEOであるベイトマン氏は、「水素は貯蔵しやすいので、製造直後以外の時期や目的でも使用できる」と語った。彼は、水素はリチウムイオン電池のような他のエネルギー貯蔵技術に比べて、容量の追加が比較的安価であることが大きな利点であると述べている。
「水素の場合、より大きなタンクを作る必要があるだけです」と彼は言い、さらに、水素は「安全で信頼性が高く、豊富であるため、新しいクリーンエネルギー源として最強の選択肢になる」と述べている。
次のビッグブーム？
インフラに関する議論はさておき、グリーン水素の生産は、すでに大手投資家の関心を呼び起こし、注目を浴びている。
現在、米国は世界第 2位の水素エネルギー生産・消費国であり、総需要の13パーセントを占めている。そこで、米国を将来のグリーン水素生産の大国にしようと、業界関係者は考えている。
今年3月には、世界最大規模のグリーン水素プラントの建設計画が発表された。
この分野で世界をリードする開発会社であるGreen Hydrogen Internationalは、テキサス州のピエドラ・ピンタス塩ドームの近くに 60GWの施設を建設することをプレスリリースで発表した。この施設では、年間25億キログラムのグリーン水素を製造できる予定です。
化学大手のリンデも9月8日、35MWの陽子交換膜電解槽を設置する計画を発表した。この新施設は、ニューヨーク州ナイアガラフォールズでグリーン水素を製造する予定だという。
化石燃料を利用した水素エネルギーは、すでに確立された成長産業である。昨年、世界の水素生産額は1300億ドルに達し、2030年までに9％以上成長すると予測されている。
現在、世界の水素エネルギー需要8,700万トンのうち、米国は1,000万トンを生産しています。