水素燃料とは

この記事では、クライメートテックやサステナビリティの文脈で注目が高まる水素燃料（HYDROGEN FUEL）について解説します。

概要:

水素燃料は、水素をエネルギー源として使用するエネルギーキャリアです。水素は最も豊富な元素の1つであり、燃焼すると水（H₂O）だけが生成され、環境に対する影響が少ない特徴を持っています。水素燃料は燃料電池車や燃料電池発電所などのエネルギーシステムで使用され、再生可能エネルギーと組み合わせて使用することで、持続可能なエネルギー供給の一環として注目されています。

生成方法:

水素は、自然ガスやバイオマス、太陽光や風力などの再生可能エネルギーを使用して製造することができます。主な生成方法には、水蒸気改質（Steam Methane Reforming）、電気分解（Electrolysis）、バイオマスガス化（Biomass Gasification）などがあります。

1. 水蒸気改質 (Steam Methane Reforming – SMR):
水蒸気改質は、主に天然ガス（メタン）を原料として使用し、水蒸気と反応させて水素を生成する方法です。反応式は以下の通りです：

[CH_4 + H_2O → CO + 3H_2]

この反応により、一酸化炭素（CO）と水素（H₂）が生成されます。その後、一酸化炭素は水蒸気シフト反応（Water Gas Shift – WGS）を利用してさらに水素と二酸化炭素（CO₂）に変換されます。

世界の水素生産の大部分（約75％以上）は、水蒸気改質法によって行われています。

2. 電気分解 (Electrolysis):
電気分解は、水（H₂O）を電気的に分解して水素と酸素に分ける方法です。電気分解は再生可能エネルギー（太陽光や風力）を使用して行われることが多く、次のような反応式で表されます：

[2H_2O → 2H_2 + O_2]

この反応には電気を通す必要があり、正極（陽極）で酸素が、負極（陰極）で水素が生成されます。製造コストが高いことが課題ですが、再生可能エネルギー由来の電気で製造された水素はグリーン水素と呼ばれ、注目を集めています。

3. バイオマスガス化 (Biomass Gasification):
バイオマスガス化は、有機廃棄物や植物由来のバイオマスを加熱し、制御された環境下でガス化反応を行う方法です。この過程で合成ガス（シンガス）が生成され、その後、水素を抽出する方法が採用されます。

水素の製造方法について詳しく知りたい方はこちらの記事

脱炭素化において注目されている理由:

水素は燃焼時に二酸化炭素（CO₂）を排出せず、水だけを生成するため、環境に友好的なエネルギーソリューションとして注目されています。脱炭素化の取り組みにおいて、水素燃料は石油や石炭といった化石燃料に代わるクリーンなエネルギー源として期待されています。

1. マクロ視点:

気候変動への対応: 気候変動の対策として、温室効果ガスの削減が国際的に求められており、水素燃料は炭素排出を大幅に削減する可能性があり、気候変動への対応策として注目されています。
エネルギーセキュリティ: 石油などの化石燃料への依存度を減らし、エネルギーセキュリティを高める方法として、水素燃料は将来的にエネルギー供給の多様化を実現できると期待されています。

2. 活用が期待される産業と水素燃料を必要とする理由:

運送業: 長距離トラックやフォークリフトなどは、電気自動車（EV）化するのが難しいといわれています。「バッテリーを大型化するとその分車体も重くなり総積載量が増えない」ことや「大容量バッテリーは充電するのに時間がかかる」といったことが主な理由です。こうしたモビリティに対しては、電気よりも水素燃料の方が優位性があると考えられています。
航空産業: 航空業界では、航空機の離着陸時の環境負荷を低減するため、水素燃料が航空燃料として検討されており、航続距離やエネルギー密度の要求が高いため、水素燃料の使用が期待されています。
製造業: 産業用熱源や製造プロセスのエネルギー源として、高温での利用が可能な水素燃料が利用され、製造業の脱炭素化に寄与する可能性があります。
エネルギー産業: 再生可能エネルギーの貯蔵として、余剰電力を水素に変換し、需要が高まった際に再び電力に変換する（パワートゥガス）方法が注目され、エネルギーシステムの安定性を向上させる役割を果たすことが期待されています。

これらの産業が水素燃料を必要とする主な理由は、環境への配慮と共に、長期的な持続可能性、エネルギー効率、およびエネルギー供給の安定性に関連しています。