水素エネルギーって何?

2021年03月17日 19:00
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アゴラ研究所所長

政府のグリーン成長戦略では、2050年までに二酸化炭素(CO2)の排出を実質ゼロにすることになっています。その中で再生可能エネルギーと並んで重要な役割を果たすのが水素です。水素は宇宙で一番たくさんある物質ですから、これがエネルギー源にできれば、エネルギー問題は解決するんですが…

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Q1. 水素って何ですか?

ふつう水素と呼ばれるのは、水素原子が2つ結合した水素ガス(H2)のことです。これは非常に軽い気体なので、地球の重力では大気中にありません。燃やすと酸素と結びついて水(H2O)になり、この状態で地球上にほぼ無限にあります。

Q2. 水素はエネルギーとして使えるんですか?

原理的には水素を燃やしたとき熱が出るので、この熱で発電できますが、水素ガスは大気中にはないので、それを分離する必要があり、このためにエネルギーが必要です。水素は化石燃料や原子力のようなエネルギー源ではなく、燃料電池のようなエネルギー媒体なのです。

Q3. 水素をエネルギーとして使うにはどうすればいいんですか?

いろんな方法がありますが、水を酸素と水素に電気分解するのがいちばん簡単です。これはよい子のみなさんも学校の実験室でやったことがありますね。あれを大規模にやればいいのです。

環境省資料より

Q4. そんなに簡単なのに、どうして水素がエネルギーとして使われないんですか?

水を電気分解するには電力が必要ですが、その電力が水素で発電できる電力よりはるかに多いからです。今の技術では、水素をつくるには、できる電力の5倍以上の電力が必要です。石炭火力発電のコストは1キロワット時あたり10円ぐらいですが、その電力で水素をつくって発電すると50円ぐらいかかります。

Q5. 何のためにそんな無駄なことをするんですか?

石炭(炭素と水素と酸素の化合物)を燃やして発電したほうがはるかに効率がいいのですが、石炭を燃やすとCO2が出るので、石炭を熱分解して水素を分離するのです。これをブルー水素といいます。

Q6. 石炭を分解すると、たくさんCO2が出ますね?

化石燃料は水素とCO2に分解するので、CO2を地中に貯蔵する装置(CCS)が必要です。こののコストが膨大なので、今のところ実用になりません。

Q7. CO2を出さない電源を使ったらどうですか?

再生可能エネルギーを使って水素をつくるグリーン電力というのもありますが、これは石炭よりもっと効率が悪い。天気の悪い日には使えない再エネを蓄電する意味はありますが、密度の低い再エネで水素をつくるには巨大な設備が必要で、発電コストは100円/kWh以上かかります。

Q8. アンモニアで発電するという話もありますね?

アンモニア(NH3)も水素エネルギーの一種です。今でも肥料などに使われており、化学プラントでつくることができます。水素を気体で保存するには超低温が必要ですが、アンモニアは扱いやすい。石炭と一緒に燃やすこともでき、コストは水素単体の半分ぐらいですが、用途は火力発電に限られます。

Q9. そんなに無駄が多いのに、なぜ水素を使うんですか?

化石燃料は燃やすとCO2が出て、地球が温暖化するからです。しかしこれほど大きなコストをかけてCO2排出量を減らしても、それによって地球の平均気温が下がる効果はほとんどありません。たとえ日本がCO2排出をゼロにしても、気温は100年後に0.01℃も下がりません。

Q10. これで2050年にCO2ゼロになるんでしょうか?

なりません。次の図のように政府のグリーン成長戦略では、2050年の電力のうち10%を「水素・アンモニア」で供給することにしていますが、それ以外に原子力などの電源が30~40%ないとだめです。しかし政府は原発を新増設する計画はないといっているので、水素の計画が実現したとしてもCO2排出はゼロにはなりません。

 

Q11. 技術革新や大量生産で、水素のコストも下がるのではありませんか?

下がると思いますが、水素をつくる電力よりできる電力のほうがはるかに少ないというマイナスのエネルギー収支は変わりません。化石燃料のエネルギーのほとんどを捨てるのは膨大な無駄で、資源の有効利用というエネルギー政策の原則を踏みはずすものです。豊かな国はそれでいいかもしれないが、電気も使えない途上国の人がみたらどう思うでしょうか。

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