再生可能エネルギーパラダイムの再生：グリーン水素のビジョン

2022年、 米国エネルギー情報局（EIA）は 、 電力需要が過去最高の4,0270億kWhに達すると予測した。 この前例のないエネルギー需要のうち、天然ガスと石炭がそれぞれ約37％、22％を占める見通しで、原子力が19％とそれに続いた。残りは再生可能エネルギーが占めた。

パンデミック後の経済における需要パターンの変化や、持続可能性への機運の高まりにより、化石燃料の世界的な供給がますます逼迫する中、再生可能エネルギー源が注目を集めている。しかし、現在の再生可能エネルギーおよび代替エネルギーのパラダイムにも、特有の落とし穴がないわけではない。

水素を例に挙げてみよう。

国際エネルギー機関（IEA）の推計によると、世界の水素需要は1975年から現在までに3倍に増加している。水素はクリーンな燃料ではあるが、現在の利用は主に産業用であり、その供給源のほぼすべてが、化石燃料で発電した電力を用いた水蒸気メタン改質、ガス化、あるいは水の電解によるものである。 報告書によると 、世界の天然ガスの約6％、石炭供給量の約2％が、この目的に利用されていると推定されている 。

これは、8億3,000万トンというCO2排出量に相当し、これは英国とインドネシアの排出量を合わせたものに匹敵する。

したがって、鍵となるのは、現在的水素エネルギーパラダイムに対するアプローチを刷新することである。

「グリーン水素」（再生可能水素とも呼ばれる）は、風力や太陽光などの再生可能エネルギーを利用して水を電気分解することで生産される。このプロセスで再生可能エネルギーが使用されるため、従来の水素源がもたらす潜在的な環境への影響が解消され、輸送、発電、暖房などの主要分野において、環境への罪悪感なく利用することができる。

しかし、グリーン水素の市場はまだ初期段階にあり、成長には大規模な工学・技術的支援が必要である。 これは 、 2030年までに世界の水素市場規模が3,000億米ドルを超え、2022年から 年平均成長率（CAGR）9.3％以上で成長するという予測 を踏まえると、特に顕著です 。 再生可能エネルギーのコスト低下、脱炭素化への需要の高まり、支援的な政策や規制など、さまざまな要因により、この傾向はさらに強まると予想される。

しかし、依然として課題が立ちはだかっています。その一つが、化石燃料を使用して生産される従来の水素に比べて生産コストが高いことです。このコスト差は、電解槽の資本コストが高額であることや、グリーン水素の貯蔵、輸送、流通のためのインフラが依然として不足していることに起因しています。

今日の世界には、より効率的で費用対効果の高い電解槽の開発、水素の貯蔵・輸送インフラの設計と整備、そして水素の生産・利用システムの最適化が求められている。

電解槽と燃料電池は、グリーン水素の生産と利用における重要な構成要素である。これらは設備投資コストの大部分を占めている。化石燃料を原料とする従来型の水素と比較して、グリーン水素の競争力を高めるためには、電解槽と燃料電池の効率向上とコスト削減が不可欠である。

世界的な研究開発（ER&D）企業は、電解プロセスで使用される電極や膜の代替材料の開発を支援することで、この分野で重要な役割を果たすことができます。これらはひいては電解効率全体の向上に寄与し、グリーン水素の生産に必要なエネルギー量の削減につながります。 もう一つのアプローチは、電解槽や燃料電池の設計と運用を最適化し、設備投資コストと運用コストを削減することです。これにより、製造が容易になり、メンテナンスの必要性が減り、寿命が延びることになります。

高効率な水素生成・利用製品の製造プロセスをさらに強化・効率化するために、ER&D企業は、シミュレーションや試験分野での経験を活かし、システムや製品の挙動を予測するとともに、製造前の初期段階において安全性の審査や実現可能性報告書を提供することも可能です。 これらのシミュレーション結果は、E&RD企業の業務範囲内である製品および／またはシステムに対する厳格な試験を通じて、さらに現実のものとすることができます。 こうして開発されたシステムは、再生可能エネルギー源と直接統合可能な、グリーン水素生産のためのコンテナ型ソリューションという形で、カスタマイズされたパッケージへとさらに変換することができます。このようなコンテナ型水素利用システムは、遠隔地での発電や補助電源としてのバックアップとして特に有用です。

もう一つの重要な分野は、水素の貯蔵および輸送インフラである。グリーン水素は、高圧の気体状態または極低温の液体状態で貯蔵され、安全かつ効率的な方法で輸送されなければならない。現在、水素の貯蔵・輸送インフラが不足しており、これが様々な用途におけるグリーン水素の導入を制限している。 世界中の研究開発（ER&D）企業は、水素の直接輸送に伴う複雑さやリスクを軽減するため、グリーン水素をグリーンアンモニアやグリーンメタノールに変換するといった代替案も検討しています。このグリーンアンモニアやグリーンメタノールは、必要に応じていつでも水素に戻すことができます。 より安全な貯蔵を実現し、高効率な燃料電池などの利用設備を改良することで、特に運輸や産業分野をはじめ、あらゆる分野においてこのクリーンな燃料源の普及を促進することができる。

また、グリーン水素の生産・利用プラントの最適化と設計には、エンジニアリング面の支援も不可欠です。利用ケース全体でスケールメリットをもたらす最適化された利用モデルは、導入拡大と成果の向上に寄与するでしょう。さらに、グリーン水素燃料電池とバッテリーを統合して信頼性を高め、普及を促進する「ハイブリッド化」も有望な方向性です。         

「未来は大胆な者に属する」という格言の通り、利用可能な技術スタックを活用し、この分野で活躍する世界的なER&D大手企業と新たなパートナーシップを結ぶことで、世界中の企業は、台頭しつつあるグリーン水素のパラダイムを取り入れることから大きな価値を引き出すことができるでしょう。 したがって、再生可能エネルギーへの新たな視点と、イノベーション主導のアプローチを組み合わせることで、現状の予想をはるかに上回るスピードで状況を変革することができるでしょう。

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