コスト低減が鍵！グリーン水素を作る技術の課題と展望

グリーン水素を作る技術について

 

グリーン水素を作る技術

クリーンエネルギーへの希望、グリーン水素

地球温暖化対策が喫緊の課題となる中、脱炭素社会の実現に向けた期待が高まっているのが「グリーン水素」です。化石燃料に頼らず、再生可能エネルギーから生成されるグリーン水素は、CO2排出量ゼロのクリーンエネルギーとして、発電、燃料電池自動車、工業原料など、様々な分野での活用が期待されています。

しかし、グリーン水素の普及には、製造コストの低減や効率向上といった課題も存在します。

本記事では、グリーン水素を作る技術の種類や現状、課題と展望について解説していきます。

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もくじ
1. グリーン水素とは
2. グリーン水素製造技術
 2.1 水電解
 2.2 その他の技術
3. 技術課題と展望
4. グリーン水素製造技術の将来性
5. 参考資料

グリーン水素を作る技術

1. グリーン水素とは

グリーン水素とは、CO2を排出せず、再生可能エネルギー（再エネ）由来の電力を使って製造された水素です。化石燃料由来の水素と異なり、製造過程で温室効果ガスを排出しないため、脱炭素社会実現に貢献する次世代エネルギーとして注目されています。

具体的には、水を電気分解**（水電解）**という技術を用いて、水素と酸素に分解します。電気分解に必要な電力は、太陽光発電や風力発電などの再エネ由来の電力を使用することで、CO2排出量を抑えます。

グリーン水素は、発電、燃料電池自動車、燃料電池コジェネレーション、工業原料など、様々な用途での活用が期待されています。

脱炭素社会における役割

  • エネルギー利用の脱炭素化に貢献
  • 再エネの利用拡大を促進
  • 地球温暖化対策に貢献

期待される用途

2. グリーン水素製造技術

 2.1 水電解

概要

水電解は、水を電気分解して水素と酸素に分ける技術です。電解槽と呼ばれる装置に水を入れ、電圧をかけると、水が水素と酸素に分解されます。

電解槽の種類

水電解には、主に以下の3種類の電解槽があります。

  • アルカリ水電解

比較的安価で成熟した技術ですが、電力効率が低いという課題があります。

  • 固体高分子電解水電解（PEM水電解）

アルカリ水電解より電力効率が高いですが、装置が複雑で高価という課題があります。

高温で動作するため、熱エネルギーを利用して効率的に水素を製造できる可能性があります。

それぞれの特徴

アルカリ水電解

  • 比較的安価で成熟した技術
  • 電力効率が低い
  • 電解液は水酸化カリウム水溶液
  • 動作温度は60～80℃
  • 耐久性が高い

PEM水電解

  • アルカリ水電解より電力効率が高い
  • 装置が複雑で高価
  • 電解液は高分子膜
  • 動作温度は60～80℃
  • 応答速度が速い

SOEC

  • 高温で動作するため、熱エネルギーを利用して効率的に水素を製造できる可能性
  • 技術開発段階
  • 電解液は固体酸化物
  • 動作温度は800～1000℃
  • 耐久性の課題

課題

  • コスト低減
  • 効率向上

参考資料

 2.2 その他の技術

バイオ水素製造

微生物や藻類などの生物を使って水を分解し、水素を製造する技術です。化石燃料を必要とせず、CO2排出量も少ない環境に優しい技術として注目されています。

利点

  • CO2排出量が少ない
  • 再生可能な資源を利用できる
  • 既存の排水処理施設などを活用できる

課題

  • 水素製造量が少ない
  • コストが高い
  • 技術開発が進んでいない

太陽光水素製造

太陽光エネルギーを直接利用して水を分解し、水素を製造する技術です。CO2排出量ゼロのクリーンなエネルギー源として期待されています。

利点

  • CO2排出量ゼロ
  • 再生可能な資源を利用できる
  • 電力網に接続できない場所でも利用できる

課題

  • 効率が低い
  • コストが高い
  • 技術開発が進んでいない

3. 技術課題と展望

グリーン水素製造技術の普及には、以下の課題を克服する必要があります。

1. コスト低減

  • 電解槽の性能向上
  • 安価な触媒の開発
  • 大規模化によるコスト削減

2. 効率向上

  • 再エネ電力との連携
  • 熱エネルギー利用
  • 高効率な水電解装置の開発

これらの課題克服に向け、世界各国で活発な研究開発が進められています。

展望

技術課題の克服とコスト低減が進めば、グリーン水素はエネルギー利用の脱炭素化に大きく貢献する次世代エネルギーとして、広く普及していくことが期待されています。

具体的には、以下のような用途での活用が想定されています。

グリーン水素は、エネルギー安全保障の強化や地域経済の活性化にも貢献することが期待されています。

技術開発と政策支援の両面から推進することで、グリーン水素は持続可能な社会の実現に不可欠な存在となるでしょう。

4. グリーン水素製造技術の将来性

グリーン水素製造技術の将来性

グリーン水素製造技術は、コスト低減と効率向上に向けた研究開発が活発に進められており、脱炭素社会実現に不可欠なエネルギー源として広く普及していくことが期待されています。

コスト低減

  • 電解槽の性能向上：電極触媒の開発、膜材料の改良、電解槽システムの最適化など
  • 安価な触媒の開発：非貴金属触媒、高活性触媒、耐久性触媒など

効率向上

  • 再エネ電力との連携：電力系統との接続、電力貯蔵技術の活用、電力需給バランスの最適化など
  • 高効率な水電解装置の開発：高電流密度化、高効率化、低コスト化など

これらの課題克服により、グリーン水素は従来の化石燃料に代わるクリーンなエネルギー源として、様々な分野で活用されることが期待されています。

具体的な活用例

グリーン水素製造技術の進歩は、エネルギーシステムの脱炭素化だけでなく、経済成長にも貢献することが期待されています。

5. 参考資料