グリーン水素の活用による新たなビジネスの創造

現在、世界の年間の水素使用量はおよそ7000万トンであるが、その99％は天然ガスまたは石炭を原料として製造されたグレー水素（グレー水素／ブラウン水素）である。このグレー水素は現時点において最も安価な水素を製造出来る手法であり、それ故に多くの産業において使用されている。しかし、その製造によって年間8億3000万トンもの二酸化炭素が排出されており、世界の二酸化炭素排出量のおよそ2.5％を占める排出源となっている。日本をはじめ各国で建設が進められている水素ステーションにもこのグレー水素が供給されているケースが殆どである。

燃料電池車の走行時に二酸化炭素が排出されなくとも、燃料の製造時に二酸化炭素が排出されていることから、現時点においては真の意味でのクリーンな車とは言えない状況である。産業競争力の維持や水素の新たな需要喚起の点で安価なグレー水素を使用することに一定の意義があると言えるが、今後の脱炭素化の流れの中で徐々にグレー水素のシェアが低下していくものと考えられる。やや乱暴な試算ではあるが、仮に1㎏の水素を200円とした場合、世界のグレー水素市場はおよそ15兆円となり、これが将来的にグリーン水素またはブルー水素に置き換わるポテンシャルを秘めていると言える。

ブルー水素の製造にはCCS（Carbon Capture & Storage：二酸化炭素回収・貯留）が必須となる。現在、日本では北海道の苫小牧で累積30万トンの貯留実証が行われており、世界に目を向けるとノルウェーやオーストラリアなどの国でも、ブルー水素の製造に向けたCCSプロジェクトの組成が官民共同で推進されている。ブルー水素はグレー水素を低炭素化するうえで有望な技術であるが、二酸化炭素の貯留適地は限られており、永久にCCS/ブルー水素製造を行えるわけではないことから、「ブリッジテクノロジー」の位置付けになるものと考えられる。

現在のグレー水素の市場をまずこのブルー水素が代替し、また新規需要として発電やモビリティ燃料の需要を賄いながら、将来的にグリーン水素に繋いでいく流れになるものと考えられる。今後の課題としてはCCS実施に掛かるコストの低減と、貯留適地の効率的な選定、貯留した二酸化炭素の「漏れ」を監視するモニタリングの実施方法などが挙げられる。今後はこれらの課題の克服と、早期のブルー水素市場の立ち上がりを期待したい。

グリーン水素は表1に記載のとおり、再生可能エネルギー由来の電力によって水の電気分解を行い製造された水素である。製造時・使用時に二酸化炭素を排出しない究極のクリーンエネルギーとなるが、現時点においては製造コストが高く、世界の水素需要の1％を賄うに留まっている。製造コストが高い要因としては主に①水素製造効率が低いこと、②水素製造装置の設備費が高額であること、が挙げられる。水素製造効率が低いと、水素製造時に多くの電力を使用することになり、それにより電力費がかさむことになる。また、水素製造装置の設備費が高額であると、そもそもの初期投資が膨大になる。さらに、再生可能エネルギーの余剰電力を活用した水素製造のように、設備利用率の低い条件での運転時に減価償却が進まないため、水素製造コストに占める設備費の割合が高くなり、結果として製造された水素が高コストとなってしまう。現在①、②の課題解決に向けて各国で鋭意研究が行われている。例えば、水素製造装置の低コスト化や、固体酸化物型水電解装置など、水素製造装置の高効率化が進められており、近い将来グリーン水素の低コスト化は進んでいくものと考えられる。

グリーン水素については、「再生可能エネルギー由来の電力によって製造された水素」という定義から、もう一歩踏み込んだ議論が欧州のCertifHyと呼ばれるプロジェクトにおいて進んでいる。同プロジェクトでは、世界の最先端の天然ガス改質装置による水素製造時の二酸化炭素排出量（91.6g-CO2/MJ）をベンチマークとして、60％以上排出量が低いものを「Premium Hydrogen」として認証し、その製造源が再生可能エネルギーの場合は「Green H2（グリーン水素）」、再生可能エネルギー由来ではないものを「Low Carbon H2（低炭素水素）」と分類している。

現時点においてはグリーン水素として認定された水素に特別なインセンティブが付与されるようなスキームは構築されていないが、近い将来インセンティブが付与され、その環境価値が電力同様市場取引される可能性があるものと考える。

グリーン水素そのものの価値に加え、環境価値を取引するスキーム（システム）の構築は水素社会において重要な枠割を果たすものと考えられ、新たなビジネスチャンスになり得る可能性を秘めている。（図１）

ターコイズ水素はドイツが2020年に公表した国家水素戦略において提唱した定義であり、ブルー水素とグリーン水素の中間の意味で「ターコイズ水素」と名付けられた。ターコイズ水素は、水素と共に生成される炭素が酸素と反応せず、二酸化炭素が排出されないという特徴がある。水素と共に生成された炭素はカーボンブラックと呼ばれる工業用原料として流用可能であり、電子・電気機器の導電性材料や塗料、印刷インキなどの有価物として使用可能である。ブルー水素やグリーン水素と比べ製造コストが安く、カーボンブラックなどの副生有価物が生成するという点でコスト競争力を持つ。一方で、メタンの熱分解により生成される水素であることから、ドイツや米国でも恒久的なソリューションとして位置づけられておらず、ブルー水素と同じくブリッジテクノロジーと見られている。

原子力発電によって得られた電力により、水の電気分解を行う手法である。将来イエロー水素の使用を見込むにあたり、今後の原子力の再稼働動向を注視する必要がある。

ホワイト水素は、他の製品製造プロセスの中で副産物として生成された水素である。副生水素は苛性ソーダの製造や石油精製プラントにおいて発生しているが、その多くはすでに利用用途が決められており、外販可能量は限定的になるものと考えられる。苛性ソーダ製造時の副生水素は純度も高く、高品質な水素が得られることから、定置用燃料電池や燃料電池車など高品質な水素を必要とするアプリケーションにも適用が可能であり、利用用途は広い。

以上が水素の分類と現状分析、将来動向予測となる。まだまだコスト高なグリーン水素ではあるが、今後の再生可能エネルギーの導入増加に伴い、製造量増加とコスト低減が進むことが期待され、他の色を持つ水素の市場を代替していくものと考えられる。