About
水素エネルギーとは？
水素エネルギーとは
水素はあらゆる生命活動を司る水（H2O）を構成する基本的な元素です。地球上に大量に存在するのみならず、全宇宙を構成する基本元素であり、全宇宙を構成する元素の90％を水素が占めています。また、水素は燃焼などの化学反応を起こしやすい性質を持っており、燃焼時にCO2を排出しません。
水素は古くから化学製品や工業製品の製造プロセスにおいて利用され、我々の日常生活を支えている基本的な元素であると言えます。特に燃焼した際の燃焼温度が高いこと、質量当たりの発熱量が多いこととともに、近年ではその電気化学的性質を利用した燃料電池が実用化されています。また、水素は様々な化石燃料（天然ガスや石油製品など）に多く含まれているため、これら多様な資源から製造することが出来ることも特徴です。
さらに、再生可能エネルギー由来の電力を利用し、水を電気分解することによりCO2の排出をせずに水素を製造することができることなどから、環境問題の解決のみならず、資源の無い我が国にとってエネルギー問題解決の糸口になるものと期待されています。
水素を作る
クリーンな水素を製造する
再生可能エネルギーを利用するなど、生産に伴うCO2排出量が少ない水素を「クリーン水素」と言います。再生可能エネルギーを大量かつ安価に手に入れることのできる国で水素を生産し、日本に輸入することなどが構想されています。また、国内においても風力・太陽光などによる発電が可能な地域で水素を生産することは、エネルギー自給率の向上に貢献します。さらに、国内・地域における産業振興の効果も期待されています。
このように水素の利用には、新たな産業振興の可能性とともに、カーボンニュートラルを実現するための切り札として期待されているのです。
我が国における主な関連事業
- NEDOグリーンイノベーション基金事業
- 「福島水素エネルギー研究フィールド（FH2R）
安価に大量の水素を製造する
水素は化石燃料（炭化水素）の構成元素ですので、化石燃料から水素を製造する場合、水素とともに一酸化炭素（CO）や二酸化炭素（CO2）が副産物として同時に排出されます。これらの副産物を回収し、資源として再利用したり地下に貯留することが検討されています。このような水素製造は褐炭※などの安価な化石資源を大量に保有する国で実施され、分離・精製した水素をタンカーで我が国に輸送する方法等が検討されています。
- 褐炭：水分や不純物などを多く含む品質の低い石炭
我が国における主な関連事業
ためる・はこぶ
高圧もしくは液化してためる・はこぶ
水素は常温、常圧では気体なので、パイプラインやボンベなどの容器により輸送する事が一般的に行われています。しかし、水素は化石燃料である石油や天然ガスと比較すると体積当たりの発熱量が低い（エネルギー密度が低い）ため、従来一般的に利用されている方法で輸送する場合、輸送量（輸送するべき体積、容器の規模・本数）が大きくなってしまいます。このため、高圧もしくは液化するなど輸送・貯蔵するべき体積を減らす工夫が行われています。なお、燃料電池自動車では高圧タンク（700気圧）のボンベを搭載しています。
我が国における主な関連事業
異なる物質に変換してためる・はこぶ
水素はアンモニア（NH3）やメチルシクロヘキサン（MCH：C7H14）など水素原子を内包する化合物（水素キャリア）に変換して輸送、貯蔵する方法も開発されています。これらの水素キャリアに変換した場合、体積当たりのエネルギー密度は比較的高く、また既存の技術や設備を利用出来るなど多くの利点があります。しかしながら、これら化合物からあらためて水素を取り出す（脱水素）ためには熱エネルギーを供給する必要があります。その脱水素に必要となるエネルギーを低く抑える事が開発・実用化の鍵となっています。また、近年では水素を金属に吸蔵させることにより安全かつ小さな体積で輸送するための技術開発も進められています。
例えば、水素からアンモニアを製造する技術（ハーバー・ボッシュ法）は古くから世界的に実用化されている方法ですが、そのプロセスには高い温度と圧力（温度400～500℃、高圧100～300気圧）が必要となるため、製造のために多くのエネルギーが消費されてしまいます。このため、我が国では世界に先駆けてより低い温度でアンモニアを合成する技術開発が進められています。
我が国における主な関連事業
- NEDOグリーンイノベーション基金事業
つかう
水素をつかう（その1：発電利用）
水素は燃料電池による電気化学反応を利用した高効率発電の燃料として利用出来るだけで無く、燃焼した際に高い温度（大気中で2000℃、酸素中では3000℃程度）が得られるという特性があります。エンジンやガスタービンなどの発電設備では、一般に燃料の燃焼温度が高いほど発電効率が高くなる特性があるため燃料電池のみならず、エンジンやガスタービンなどの燃焼を伴う発電システムへの応用も考えられています。
我が国における主な関連事業
- NEDOグリーンイノベーション基金事業
水素をつかう（その2：熱利用）
燃焼により高温が得られるという性質は産業界での利用にもメリットになり得ます。例えば、産業用バーナーやボイラー（蒸気発生装置）においては、水素を燃料としたり、水素と他の燃料を混合して利用することにより短時間で溶かす、反応させるなどのプロセスの効率向上などに貢献します。一部の産業用バーナーでは既に水素と互換性を持つ製品の導入が進むなど水素が安価に供給される未来に対応した製品の市場投入が進んでいます。
我が国における主な関連事業
水素から燃料をつくる
水素は化石燃料（炭化水素）の構成元素です。このため、水素と炭素（二酸化炭素）を反応させることにより人工的にメタンなどの既に広く利用されている炭化水素燃料を製造することが出来ます。クリーン水素を元にして今まで利用してきた燃料を製造することが出来れば、従来のエネルギーシステム（自動車や航空機、舶用エンジンなど）を代えること無く、実質的なCO2排出の無い燃料を利用することが出来ます。自動車用としてe-fuel、航空機ではSAF（Sustainable Aviation Fuel ： 持続可能な航空燃料）としてその実用化が期待されています。
我が国における主な関連事業
- NEDOグリーンイノベーション基金事業