｢グリーン｣水素を通じて次のゼロエミッション革命を創り出すには？

水素は水素のままで、あるいはアンモニアに変換して、すでに産業利用されています。そのため、製造（主に炭化水素の水蒸気改質や酸化）、バーチャルパイプライン（トラック）、工場に近接した貯蔵所を中心としたバリューチェーンがすでに構築されています。

図1：水素のバリューチェーンの概要

現在製造されている⽔素は、ほぼ全てが「グレー」⽔素であり、主にアンモニアと肥料の製造のほか、⽯油の精製に使⽤されています。

3つのビジネスモデルと、それぞれ異なる「グリーン」⽔素サプライチェーンの選択肢

「グリーン」⽔素の製造⽅法はいくつかありますが、実⽤化という観点から考えると、⽤途が最も広いのは電気分解です。ただし、最⼤のチャンスは「グリーン」⽔素の製造と流通にあります。

「グリーン」⽔素はエンドユーザーのニーズや規模、現在あるいは将来利用可能な技術に応じて、3種類のサプライチェーンのモデルがあります。

図3︓「グリーン」⽔素の製造 ― サプライチェーンのモデルは3つ

「グレー」⽔素を「グリーン」⽔素に替え、産業・業務⽤途や発電・燃料電池⽤途を拡⼤する上での最⼤の障壁は製造コストです。「グレー」⽔素や「ブルー」⽔素と⽐べ、グリーンエネルギーの製造には現在、⾮常に多額のコストがかかります。この⼤きな製造コストの差を縮めることに求められる要素は3つです。

⽔素の⽤途は広いが、その多くがコスト競争⼒を持つようになるには2030年までかかる可能性も

さまざまな業界において特に⽔素に期待される⽤途は5つあります。

1. 発電（水電解法による水素製造と電力利用）：水を生成する際と逆の変換（電気分解）によって、必要に応じて水素を製造し、電力としての利用が可能になります。この手法であれば、必要なときにエネルギーを供給することが可能となる上に、長期的な耐久性･信頼性を鑑みると、電力貯蔵に対するニーズを解決する新しいソリューションとなります。さらには、再生可能エネルギーが抱える不安定な発電量がもたらす発電と電力利用時間のズレを解決し、安定化させるための手段にもなります。
2. （自動車など）輸送機械の燃料電池︓一般消費者に最も近い用途として、水素は自動車をはじめとした輸送車輛のエネルギー供給用途があります。
3. 工業原料︓水素は、エネルギー源としての気体というだけでなく、その化学反応力を活かしてさまざまな工業用途で利用されている化学元素でもあります。すでに製造プロセスフローの中で水素を使用している代表的なセクターは、石油精製・鉄鋼生産です。
4. 産業⽤エネルギー・水素発電（専焼･混焼）︓天然ガスの代替として水素を燃やしたり、天然ガスと水素を混ぜてタービンを燃焼させることによって熱や電気を作ることができます。重要なのは、水素と天然ガスで密度や発熱量などの特徴が異なることですが、設備の変更や投資を行うことで、置き換えが可能になります。温室効果ガス排出量を大幅削減できるため、環境への好影響は明らかです。
5. 建物の空調管理の熱源：上述の産業用と同様、水素を住宅・施設（住宅、学校、病院など）の空調用途に用いることができます。

図4：水素（H2）の用途

しかし各国政府のインセンティブ政策がなければ、「グリーン」⽔素がその他の⽔素製造⽅法とコスト面でに競争力を持つようになるには（用途･使われ方に関する技術･業務面での成熟度によるものの）少なくとも2030年までかかるはずです。

一方、すでに⽔素をエネルギー製造の⼯程に投⼊する「原料」として使⽤する場合には、「グリーン」⽔素への移⾏に必要となる投資は少なく済み、コスト差も⼩さくなるため、より早くコスト競争⼒を獲得できるでしょう。

裏腹に、天然ガスから⽔素への移⾏については、水素がコスト競争⼒を獲得するまでの時間を最も要する領域かもしれません。移行は温室効果ガスの排出量に最も⼤きな影響を与え、対象市場も⼤きいものの、「グリーン」⽔素がコスト⾯で天然ガスに並ぶのはまだ先の話です。

図5︓EYが考える、用途別「グリーン」水素の導入･拡大タイミング

「グリーン」水素の導入を加速させるために必要な5つの要素

グリーン水素の導入を検討する企業が、導入を加速させるために必要な要素は下記の5つです。

1. 水素製造技術やスケール拡大によるコストダウン加速

• 前述のとおり、「グレー」水素と同等のコストになるには、少なくとも10年はかかると予測されています。
• 水素製造技術やスケールメリットを深化させることでコストダウンを加速させることによって、同等化を早めることができるはずです。

2. インフラストラクチャー

• 「グリーン」水素の高コストを構成しているもう一つの要因は、大規模な生産拠点と分散された消費拠点を結びつけるロジスティクスの複雑さです。
• 天然ガスのパイプラインがある国では、メタンガスを組み入れたソリューションを加速して「グリーン」水素の消費量を増やし、需要と生産を加速させることができます。しかし、このソリューションを支える技術やロジスティクスは非常に複雑です。
• 短期的な代替案としては、H2特区を開発し、複数の消費拠点と1つ以上の生産拠点を結びつけることで、複雑さをコントロールすることができます。

3. 法制度の整備およびインセンティブ政策

• グリーンエネルギーの導入を加速させるためには、規制やインセンティブが有効な手段となることがよくあります。太陽光発電や風力発電では、インセンティブ制度が導入を促進し、需要と供給コストの低下をもたらし、再生可能エネルギーが20年以内に既存の系統からの電力コストと同等に到達する見込み（グリッドパリティ）が見えてきました。同様のアプローチは「グリーン」水素にも有効です。
• 2017年に日本は「水素基本戦略」を策定し、国家単位で水素セクターを前進･発展させる最初の国になりました。
• 2019年11⽉にはオーストラリアも「国家⽔素戦略」を発表。
• 2020年7⽉には、EUが「欧州グリーンディール」の一環として、3段階の水素戦略を発表しました。
• また、2020年7月には、米国エネルギー省の化石燃料局が、水素技術の研究・開発・利用に焦点を当てた水素戦略を発表しました。
• 水素の導入･活用を拡大するための戦略を成功させるには、各国は、戦略の導入･展開において各種のインセンティブや補助金を組み合わせ、実効性を高める政策を進めてゆくことになるでしょう。

4. 事業者のコミットメント

• エネルギーサプライチェーンに関わる事業者は、すでに「グリーン」水素に注目しています。
• 大手エネルギー事業者やインフラメーカーが「グリーン」水素の供給網と必要な設備を早期に導入することによって「グリーン」水素に関する発電･貯蔵･輸送の技術面･オペレーション面の能力を加速できる可能性は十分にあります。

5. 一般消費者を惹きつけるための強力なコミュニケーション・キャンペーン

• 世界経済フォーラムの記事で紹介されたソーシャルメディアでの匿名調査において、水素を「一般的に安全」と考える回答者は49.5％、「一般的に危険」と考える回答者は31.4％でした。
• ヒンデンブルク号やスペースシャトル・チャレンジャー号のようなセンセーショナルな災害のイメージにより、水素は「可燃性が高く、自動車の燃料電池などに使用した場合に衝突時に爆発する可能性がある」というイメージが世界中で植え付けられています。
• 水素の危険性に関する神話を払拭し、脱炭素・グリーン社会の実現に向けた「グリーン」水素のメリットを訴求するコミュニケーション・キャンペーンを行うことは、消費者の「グリーン」水素導入へのモチベーションを高め、早期導入を促すことに貢献するはずです。

グリーン水素の時代が到来

何十年もの間、あまり知られず、顧みられてこなかったグリーン水素も、技術の進歩と再生可能エネルギーのコスト低下により、間もなく脱炭素化の新たな切り札になるでしょう。2025年には、ほとんどの電気自動車が、化石燃料の自動車に対して競争力を持つようになると予測されています。

• 現在「グレー」⽔素を利⽤している企業は、特に先⾏者として「グリーン」⽔素への移⾏の流れに乗る絶好の⽴場にあります。
• 「グリーン」⽔素⾰命の恩恵を受けることができるのは、戦略を策定し、新たなビジネスモデルを試⾏している企業です。
• これまで「グリーン」⽔素の導⼊を検討したことがない企業でも、⼆酸化炭素排出量の削減を望むのであれば、今、検討を始めることができます。

⽔素の導⼊に注⼒する企業が増えれば増えるほど、コスト競争⼒の獲得と消費者の需要拡⼤が速まります。適切な時期に業界を作り上げ、先導する事業者となるためには、今日から基礎固めを進めてゆく必要があるはずです。

サマリー

脱炭素化の目標を達成するには再生可能エネルギーを飛躍的に増やす必要があるため、豊富に存在する水素は魅力的な選択肢となります。何十年もの間、再生可能エネルギーの中でも特に注目されてこなかったものの、技術の進歩の加速とコストの低下により、ようやくグリーン水素の時代になってきたかもしれません。