水素エネルギーとは？メリット・デメリットと企業の活用事例から見る将来性を解説

水素の種類は、製造時に排出されるCO2の量によって、グレー水素・ブルー水素・グリーン水素などの色で分類されます。

「グレー水素」は、現在製造されている水素の95％以上を占める、最も一般的な水素です。製造過程で化石燃料を利用するため、グレー水素の製造時にはCO2の排出が伴います。

「ブルー水素」は、製造過程で化石燃料から発生したCO2を回収・貯留・利用し、実質的にCO2排出量を抑えた水素です。化石燃料から製造される点はグレー水素と同じですが、ブルー水素のほうがグレー水素よりも製造時のCO2排出量が少ないため、環境負荷は少なくなります。

「グリーン水素」は、再生可能エネルギー由来の電力を使い、水を電気分解して製造する水素です。グリーン水素は製造工程でもCO2を排出しないため、グレー水素やブルー水素よりもさらに環境にやさしいエネルギーとして扱われます。

グリーン水素についてより詳しく知りたい方は、以下の記事もあわせてご覧ください。

▶関連記事：グリーン水素とは？用途や課題、国内外で進む取り組みをわかりやすく解説

様々な物質に含まれる水素は、水素が含まれる物質を分解し、水素だけを取り出すことで製造が可能です。

例えば、水を電気分解すると、水由来の水素を製造できます（電解法）。水を電気分解する際に再生可能エネルギー由来の電力を使えば、製造工程でCO2を排出せず、よりクリーンな水素を得ることが可能です。

他にも、天然ガスの化学分解や、化石燃料の燃焼で得られるガスの改質（改質法）によっても水素を製造できます。現在の日本で使われている水素は、主に天然ガスや石油から製造されたものです。

水素はCO2を排出せず、様々な物質から取り出せる物質です。そのため、水素エネルギーを活用すると以下のメリットを得られます。

• CO2を排出せず環境にやさしい
• 様々な資源から無尽蔵に製造できる
• 貯蔵・輸送が可能でハイパワー

水素はエネルギーとして使う際にCO2を排出せず、水のみを排出します。

CO2は地球温暖化の原因になる温室効果ガスの一種です。日本政府は2050年までに、温室効果ガスの排出量から吸収量・除去量を引いた合計をゼロにする「カーボンニュートラル」の実現を掲げています。

CO2を排出するエネルギーから水素エネルギーへの置き換えを進めれば、環境負荷の低減に繋がるため、カーボンニュートラルの実現に貢献可能です。

水素エネルギーへの置き換えを進める際に、再生可能エネルギーを使って製造するグリーン水素を積極的に活用すれば、さらなるCO2排出量の削減効果が見込めます。

カーボンニュートラルについて詳しくは以下の記事をご覧ください。

▶関連記事：カーボンニュートラルに向けた取り組みとは？国際的な背景と企業の導入事例を紹介

資源に限りのある天然ガスや石油に対し、水素は水などの化合物から無尽蔵に製造できます。

例えば、水・天然ガス・石油・メタノール・エタノール・下水汚泥・廃プラスチックは、水素の原料として使用可能です。また、製鉄所や化学工場の製造工程で副次的に水素が得られる場合もあります。

日本が抱えるエネルギー資源が少ない問題も、水素エネルギーを有効活用すれば解決につながるかもしれません。

水素は気体・液体・固体（水素貯蔵合金への付着）など、様々な形態での保存・輸送できる物質です。また、燃料電池を通せば、水素をもとに電気エネルギー・熱エネルギーの供給もできます。そのため、水素を貯蔵しておけば、災害などで電力が不足した際も発電が可能です。

さらに、水素は単位重量あたりの発熱量がガソリンの約2.7倍に匹敵し、ロケットの燃料にも使われるほどのパワーがあります。

水素は貯蔵・輸送ができハイパワーなエネルギーのため、幅広い用途への活用が可能です。

様々なメリットがある水素エネルギーですが、デメリットもあります。

まず、現時点では水素を安定供給できるだけのインフラが整っていません。水素の貯蔵には大容量タンクが必要で、液体の状態を維持するには-253℃の低温環境が不可欠です。そのため、設備の整備が簡単ではなく、水素を供給する水素ステーションもまだ数が足りていません。

また、再生可能エネルギーから安価かつ大量に水素を製造する技術が、国内では未発達です。水素エネルギーを活用するための技術が追いついていないため、現状のままでは水素エネルギーのメリットを十分に発揮できません。

水素エネルギーを普及させるには、こうしたデメリットを克服する必要があります。

水素エネルギーは、家庭やビル・オフィス、運輸分野、産業分野、エネルギー供給など、様々なシーンで活用されています。その理由は、水素をエンジンなどで燃焼させて動力にしてエネルギーを取り出したり、燃料電池を使って電気を取り出したりなど、水素エネルギーは幅広い使い方ができるためです。

さらに近年では、製鉄所では、製鉄する際に鉄鉱石やコークス（炭素が主成分の固体）に代わって水素を使い、CO2を削減する取り組みもはじめられています。

他にも、水素エネルギーの活用先は、液体水素ロケット、燃料電池自動車、家庭用燃料電池、水素発電、燃料電池航空機など多岐にわたります。各分野で脱炭素の取り組みが活発化する今、水素エネルギーの活用先はさらに広がっていくでしょう。

水素エネルギーの将来性に対する高い期待から、水素関連の市場は拡大が見込まれています。

株式会社富士経済の調査※では、世界の水素ガス市場規模は、2040年度に2021年度比2.1倍の53兆8,297億円に拡大すると予測されています。また、日本の水素ステーションの市場規模は、2040年度に2021年度比76.3倍の1,756億円に拡大する予測です。

今後、国内ではFCVや発電設備の燃料としての水素需要が増え、市場規模の拡大に繋がる可能性があります。具体的な水素エネルギーの活用事例は以下のとおりです。

• 燃料電池
• メタネーション

※出典：株式会社富士経済「水素関連の世界市場を調査」

燃料電池は、水素と酸素の化学反応によって電気エネルギーを発電する装置です。酸素は空気中から取り入れられるため、燃料電池は水素さえ供給すれば継続的に発電できます。

燃料電池は、家庭用コージェネレーションシステム（熱電併給）・自動車・バス・船など、様々な用途に使用可能です。

具体的な企業の取り組み例として、大阪ガス株式会社・東京ガス株式会社などでは、都市ガスから取り出した水素と空気中の酸素の化学反応で発電する家庭用燃料電池「エネファーム」の販売・普及に取り組んでいます。

その他、トヨタ自動車株式会社などの自動車メーカーでは、燃料電池で発電した電気エネルギーで走るFCV（燃料電池自動車）の開発が盛んです。

FCVについてより詳しく知りたい方は、以下の記事もあわせてご覧ください。

▶関連記事：FCV（燃料電池自動車）とは？メリットや安全性、EVとの違いから将来性まで解説

メタネーションは、水素とCO2からメタンを生成する技術です。

これまで広く使用されてきた天然ガスは、燃焼時にCO2を排出します。天然ガスからメタネーションで生成した合成メタンへの置き換えを進めれば、大気中のCO2量の増加を実質的に抑えられるため、都市ガスの脱炭素化への貢献が可能です。

株式会社INPEXと大阪ガス株式会社は共同で、メタネーションを行うための技術開発・製造プロセス検証に取り組んでいます。火力発電所などから排出されるCO2と再生可能エネルギーの電力から製造した水素で合成メタンを生成し、都市ガスの脱炭素化実現を目指しているところです。

メタネーションについてより詳しく知りたい方は、以下の記事もあわせてご覧ください。

▶関連記事：メタネーションとは？カーボンニュートラルとの関係やメリット、実用化の例を解説

CO2を排出しない水素エネルギーが普及すれば、カーボンニュートラル化の促進が期待できるため、水素に関わる技術は今後ますます発展していくでしょう。

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水素エネルギーは使用時にCO2を排出しないため、環境にやさしいクリーンなエネルギーとして注目されています。

しかし、水素エネルギーには課題もあるのが現状です。2050年のカーボンニュートラル実現に向けて、水素エネルギーを活かした製品の開発と普及促進、水素を安定供給するためのインフラ整備が求められます。

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※「H2 ＆ FC EXPO 水素燃料電池展」は、「スマートエネルギーWeek（SMART ENERGY WEEK）」の構成展です。