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「夢の燃料」水素、炭素超える発熱効率 (2 of 2)
カーボンゼロ
2021年3月30日 11:00
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もっとも、燃料用としては主に宇宙ロケットにしか使われてこなかった。2002年にトヨタ自動車とホンダが水素を燃料とする燃料電池自動車（FCV）のリース販売を始めたが、そこから20年を経てもFCVは広く普及しているとは言い難い。
これにはいくつか理由がある。まず水素は常温ではかなり体積の大きいガスということだ。天然ガスの体積が標準状態で1キログラムあたり約1立方メートルなのに対し、水素は11立方メートルを超える。ガスのままだと、エネルギー効率はあまりよくない。
これに対する解決法が液体化だ。水素はマイナス253度に冷やせば液体になり、体積は800分の1に圧縮される。ただ極低温を維持し続けなければ一気に膨張し、事故につながる可能性がある。つまり水素は取り扱いが難しい。
もう1つの課題は、現在主流の水素生成方法ではCO2が出てしまう点だ。具体的には天然ガスなどの化石燃料が含む炭化水素に、水蒸気をぶつけてCO2と水素に分離する。水素は肥料として使われるアンモニアの原料になるため、世界中で地産地消されている。アンモニアの化学式はNH3で、水素に窒素（N）を反応させてつくる。つまりアンモニアをつくれる企業は水素もつくれるということだが、一方でアンモニア産業から出る副産物のCO2の量は多い。
解決の糸口も見えてきている。トヨタのFCV「ミライ」は燃料タンクにガスの水素が入っているが、充塡する場所である一部の水素ステーションでは液体の状態で備蓄できるようになっている。これは水素を極低温に保つ技術が一般化してきたことを意味する。独ダイムラーは20年9月、燃料タンクそのものに液体水素を積むコンセプトトラックを発表した。
水素生成の過程で排出するCO2を回収して地中に埋めたり、再利用したりする技術（CCUS）も研究が進む。化石燃料を原料とするが、CO2を回収してつくられた水素を「ブルー水素」と呼ぶ。国際エネルギー機関（IEA）によると、天然ガスから水素を生産する場合のコストは欧州で1キログラムあたり1.73ドル。CCUSを併用した場合は同2.32ドルだ。このコストをいかに抑えるかが今後の課題となる。
欧州、「グリーン水素」が本丸に
水に電気を流して水素と酸素をつくる理科の実験を覚えているだろうか。その規模を大型化して水素をつくる手法も、欧州を中心に広がっている。風力や太陽光など再生可能エネルギー由来の電気を使ってつくられた水素は、生成過程も含めCO2を出さないため「グリーン水素」と呼ばれる。
水素関連技術の開発をけん引する欧州では、このグリーン水素が水素社会の本丸になると考え、欧州連合（EU）域内で30年までにグリーン水素だけで年1000万トンの生産能力を導入する方針を打ち出している。再生エネのコストが高い日本では、当面ブルー水素の研究が先行しそうだ。
世界の水素需要は18年時点で約7000万トンと40年前の3倍以上に増えた。水素関連技術の開発競争は既に号砲が鳴っている。日本政府が掲げるカーボンゼロを達成するためにも、水素エネルギーの導入は必要な要素となる。
Translation
(continue)
However, hydrogen has been used mainly for space rockets as
fuel. In 2002, Toyota Motor and Honda began leasing sales of hydrogen-fueled
fuel cell vehicles (FCVs), but it is hard to say that FCVs have become
widespread even 20 years after that.
There are several reasons for this. First of all, hydrogen is a gas with a fairly large volume at room temperature. The volume of natural gas is about 1 cubic meter per kilogram in the standard state, while hydrogen is over 11 cubic meters. If to remain as a gas, it is not very energy efficient.
The solution to this is liquefaction. Hydrogen becomes a liquid when cooled to minus 253 degrees Celsius, and with its volume compressed to 1/800. However, if the cryogenic temperature is not maintained, it will expand at once, which may lead to an accident. In other words, hydrogen is difficult to handle.
Another issue is that CO2 is emitted by the present
mainstream hydrogen production method. Specifically, it is to hit hydrocarbons
contained in fossil fuels such as natural gas with water vapor so as to break
them into CO2 and hydrogen. Since hydrogen is a raw material for ammonia used
as fertilizer, all over the world it is locally produced and consumed. The
chemical formula of ammonia is NH3, which is produced by chemical reaction of
hydrogen with nitrogen (N). In other words, companies that can produce ammonia
also produce hydrogen; but on the other hand, the amount of CO2 as a by-product
of the ammonia industry is huge.
A clue to the solution is also coming into view. Toyota's
FCV "Mirai" contains hydrogen gas in its fuel tank, and that some
re-filling places of hydrogen stations can store it in a liquid state. This
means that the technology for keeping hydrogen at extremely low temperatures
has become common. In September 2020,
German Daimler announced a concept truck that could stack liquid hydrogen in a
fuel tank itself.
Research is also progressing on technology (known as CCUS) that captures CO2 emitted in the process of hydrogen generation, buries it in the ground, and reuse it. Although fossil fuel is used as a raw material, hydrogen produced by recovering CO2 is called "blue hydrogen". According to the International Energy Agency (IEA), the cost of producing hydrogen from natural gas is $ 1.73 per kilogram in Europe. If you use CCUS at the same time, it's $ 2.32. How to reduce this cost will be an issue in the future.
Europe - "Green hydrogen" becomes the core
Do you remember the science experiment in which electricity
is passed through water to produce hydrogen and oxygen? The method of
increasing the scale to produce hydrogen is also spreading in Europe as the
center. Hydrogen produced using electricity derived from renewable energy such
as wind power and solar power is called "green hydrogen" because it
does not emit CO2 during the production process.
Europe, which is driving the development of hydrogen-related
technology, believes that this green hydrogen will become the core of a
hydrogen economy. It has decided to introduce an annual production capacity of
10 million tons of green hydrogen alone within the European Union (EU) region
by 2030. In Japan where the cost of renewable energy is high, for the time
being research on blue hydrogen is likely to come first.
Global hydrogen demand was about 70 million tons in 2018,
more than triple the number 40 years ago. The signal for competition on the
development of hydrogen-related technology is already sounded. In order to
achieve the carbon zero set by the Japanese government, the introduction of
hydrogen energy is a must component.
So, while hydrogen is difficult to handle and store safely, it could be a dream fuel in the coming decades globally because it is a source of
green energy. The development of hydrogen-related technology has started in Europe
and Japan, with the ability to produce "green hydrogen"
as the ultimate goal.
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