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 、4兆270億kWhという記録的な電力需要を予測した。この空前のエネルギー需要のうち、天然ガスが約37％、石炭が約22％を占め、僅差で原子力が19％で続く。残りは自然エネルギーである。

化石燃料の世界的な供給が、パンデミック後の経済発展による需要パターンの変化や、持続可能性への高まりから、ますます大きな圧力にさらされる中、再生可能エネルギーが注目されている。しかし、現在の再生可能エネルギーと代替エネルギーのパラダイムに、独自の落とし穴がないわけではない。

水素の場合を考えてみよう。

国際エネルギー機関（IEA）は、1975年から現在までの間に、水素の世界需要は3倍になったと推定している。水素はクリーンな燃料ではあるが、現在の利用はほとんどが工業用であり、化石燃料を使った水蒸気メタン改質、ガス化、水の電気分解によって供給されている。 報告書によると、 世界の天然ガスの約6％、石炭供給の約2％がこの方法で利用されていると推定されている。

これは8億3,000万トンのCO2排出量に相当し、英国とインドネシアを合わせた量に匹敵する。

そこで重要なのは、現在の水素エネルギーパラダイムへのアプローチを活性化させることである。

グリーン水素は再生可能水素とも呼ばれ、風力や太陽光発電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製造される。自然エネルギーを利用することで、従来の水素源が環境に与えかねない影響を排除し、輸送、発電、暖房などの主要分野で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、成長には多大なエンジニアリングと技術支援が必要である。 2030年までに世界の水素市場規模は3,000億米ドルを超え、2022年からの 年平均成長率は9.3%を 超えると予測されている。この傾向は、再生可能エネルギーコストの低下、脱炭素化需要の増加、支持的な政策や規制など、多くの要因によって強まると予想される。

しかし、課題も山積している。これには、化石燃料を使って製造される従来の水素に比べて製造コストが高いことが含まれる。このコスト差は、電解槽の資本コストが大きいことと、グリーン水素の貯蔵、輸送、流通のためのインフラが不足していることに起因する。

今日の世界は、より効率的で費用対効果の高い電解槽の開発、水素貯蔵・輸送インフラの設計と導入、水素製造・利用システムの最適化を必要としている。

電解槽と燃料電池は、グリーン水素の生産と利用の重要な要素である。これらは資本コストの大部分を占める。電解槽と燃料電池の効率を向上させ、そのコストを削減することは、化石燃料を使用する従来の水素に対して、グリーン水素の競争力を高めるために不可欠である。

グローバルな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、ここで重要な役割を果たすことができる。その結果、電解効率を向上させ、グリーン水素の製造に必要なエネルギー量を削減することができる。もうひとつのアプローチは、電解槽と燃料電池の設計と運転を最適化し、資本コストと運転コストを削減することである。

効率的な水素生成・利用製品の製造プロセスをさらに強化・合理化するために、ER&D企業は、シミュレーションとテストの分野での経験を生かして、システムや製品の挙動を予測し、製造前に初期安全性レビューと実現可能性レポートを提供することもできる。これらのシミュレーション結果は、製品やシステムの厳密なテストによって現実のものとすることができます。得られたシステムはさらに、再生可能電源と直接統合できるグリーン水素製造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に変換することができる。このようなコンテナ化された水素利用システムは、遠隔地での発電や補助電源のバックアップとして特に有用である。

もうひとつの重要な分野は、水素の貯蔵と輸送インフラである。グリーン水素は、高圧気相または極低温液相で貯蔵され、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、水素を貯蔵・輸送するインフラが不足しているため、さまざまな用途へのグリーン水素の導入が制限されている。世界中のER&D企業も、水素の直接輸送に伴う複雑さと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などの代替オプションを検討している。このグリーンアンモニアやグリーンメタノールは、必要なときにいつでも水素に戻すことができる。より安全な貯蔵を可能にし、より高効率の燃料電池のような改良された利用機器を設計することで、このクリーンな燃料源を、特に輸送や産業部門など、あらゆる分野でより多く採用することができる。

グリーンな水素製造・利用プラントを最適化・設計するためのエンジニアリング支援も必要である。最適化された利用パラダイムは、ユースケース全体にわたって規模の経済をもたらし、より大きな採用と成果の向上に役立つだろう。ハイブリッド化も有望な方向性であり、グリーン水素燃料電池をバッテリーと統合することで、より高い信頼性を実現し、より広く普及させることができる。

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有数のER&D大手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、新たなグリーン水素パラダイムを取り入れることで大きな価値を引き出すことができる。再生可能エネルギーへの再活性化は、イノベーション主導のアプローチと相まって、現在予想されているよりもはるかに速いペースでシナリオを変革するのに役立つだろう。

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