水素経済
水素は、化学生産、製油所、国際海運、製鉄業で使用される場合に、温室効果ガスの排出を削減する最も大きな可能性を秘めている[ 1 ]。

水素経済とは、温室効果ガスの排出削減に向けた長期的な選択肢の一環として、電力を補完するエネルギーキャリアとしての水素の役割を指す用語です。その目的は、より安価でエネルギー効率の高いクリーンな解決策が利用できない地域での排出削減です。[ 2 ]：1 この文脈において、水素経済とは、化石燃料の段階的廃止と気候変動の抑制に貢献するような方法での水素の製造と水素の利用を包含します。

水素はいくつかの方法で製造できます。現在生産されている水素の大部分は、天然ガスから水蒸気メタン改質法（SMR）で作られるグレー水素です。このプロセスは、 2021年に世界の温室効果ガス排出量の1.8％を占めました。 [ 3 ] CO2回収・貯留を伴うSMRを使用して製造されるブルー水素、または再生可能エネルギー電力を使用した水の電気分解によって製造されるグリーン水素は、生産量の1％未満を占めています。[ 4 ] 2021年に生産された1億トン[ 5 ]の水素のうち、43％は石油精製に使用され、57％は主に肥料用のアンモニアやメタノールの製造などの産業で使用されました。[ 6 ]：18、22、29

地球温暖化を抑制するため、将来の水素経済ではグレー水素を低炭素水素に置き換えることが一般的に想定されている。2024年の時点で、グレー水素を段階的に廃止するのに十分な低炭素水素がいつ生産されるかは不明である。[ 7 ]将来の最終用途は、重工業（例：電力と並行した高温プロセス、グリーンアンモニアや有機化学物質の製造原料、製鉄用の石炭由来コークスの代替品）、長距離輸送（例：船舶、および程度は低いが水素動力航空機および大型貨物車）、および長期エネルギー貯蔵となる可能性がある。[ 8 ] [ 9 ]軽量車両や建物の暖房などの他の用途は、主に経済的および環境的理由から、将来の水素経済の一部ではなくなった。[ 10 ] [ 11 ]水素は貯蔵、パイプラインでの輸送、および使用が困難である。爆発性が高いため安全上の懸念があり、電気を直接使用する場合に比べて非効率的である。低炭素水素は比較的少量しか入手できないため、脱炭素化が難しい用途に使用すれば、気候へのメリットを最大化することができます。[ 11 ]

2023年時点で、肥料用のアンモニア製造など、現在水素が使用されているいくつかの化学プロセスでは、水素に代わる現実的な選択肢はありません。[ 12 ]低炭素水素およびゼロ炭素水素のコストは、化学原料、長距離航空および海運、長期エネルギー貯蔵における水素の使用度に影響を及ぼす可能性があります。低炭素水素およびゼロ炭素水素の生産コストは変化しています。[ 13 ]将来のコストは、炭素税、エネルギーの地理と地政学、エネルギー価格、技術の選択、およびその原材料要件によって影響を受ける可能性があります。 [ 14 ]米国エネルギー省の水素ホットショットイニシアチブは、2031年までにグリーン水素のコストを1キログラムあたり1ドルに引き下げることを目指していますが、[ 15 ]電解装置のコストは2021年から2024年の間に50％上昇しました。[ 16 ]

歴史と目的

起源

水素を主要なエネルギー貯蔵手段として利用する社会の概念は、遺伝学者J・B・S・ホールデンによって1923年に理論化されました。イギリスの発電用石炭埋蔵量の枯渇を予測したホールデンは、再生可能エネルギーの変動的な出力に対処するため、電気分解によって水素と酸素を生産し、長期エネルギー貯蔵するための風力タービンネットワークを提案しました。[ 17 ]「水素経済」という用語は、ジョン・ボックリスが1970年にゼネラルモーターズ（GM）テクニカルセンターで行った講演の中で造語されました。 [ 18 ]ボックリスは、原子力と太陽光発電に支えられた水素が、電化が適さない最終用途向けのエネルギーキャリアとして機能することで、化石燃料の枯渇と環境汚染に対する高まる懸念に対処するのに役立つ経済だと考えました。[ 2 ] [ 19 ]

水素経済は、大気中に炭素（二酸化炭素、一酸化炭素、未燃焼炭化水素など）を放出する炭化水素燃料の使用に伴う悪影響の一部を解決するために、ミシガン大学によって提唱されました。水素経済への現代の関心は、ミシガン大学のローレンス・W・ジョーンズによる1970年の技術報告書に遡ることができます。 [ 20 ]この報告書でジョーンズは、ボクリスのエネルギー安全保障と環境問題への対応という二重の論理的根拠を反映しています。ハルデインやボクリスとは異なり、ジョーンズは電気分解のエネルギー源としての原子力のみに焦点を当て、主に輸送における水素の利用に焦点を当て、航空輸送と重量物輸送を最優先事項としていました。[ 21 ]

1974年、国際エネルギー機関（IEA）と国際水素エネルギー協会（IAHE）が設立されました。これらの組織は、水素経済への関心と認知度を高めるための国家戦略の提唱など、いくつかの取り組みを行っていました。[ 2 ] : 12

その後の進化

国際再生可能エネルギー機関による2022年のグリーン水素バリューチェーンにおける技術リーダーシップの機会[ 22 ]：55

2000年代に水素経済概念への注目が急上昇したが、これは一部の批評家や代替技術の支持者から誇大広告だと繰り返し評され、[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] 、投資家はバブルで資金を失った。[ 26 ]エネルギーキャリアへの関心は2010年代に再燃し、特に2017年の水素協議会の設立が注目された。複数のメーカーが水素燃料電池自動車を市販し、トヨタ、ヒュンダイなどのメーカーや中国の業界団体は、今後10年間で水素燃料電池自動車の台数を数十万台に増やす計画を立てた。[ 27 ] [ 28 ]しかし、自動車における水素の役割の世界的な範囲は、以前の予想に比べて縮小している。[ 29 ] [ 30 ] 2022年末までに、世界中で7万200台の水素自動車が販売されたが、[ 31 ]これに対し、プラグイン電気自動車は2600万台である。[ 32 ]

2020年代初頭の水素経済に関する見解は、以前の見解と同様に、電気と水素の補完性と、水素製造の主力としての電気分解の利用に重点を置いている。[ 8 ]地球温暖化を1.5℃に抑える必要性に焦点を当て、重工業（例：電力と並行した高温プロセス、[ 33 ]グリーンアンモニアおよび有機化学物質の製造原料、 [ 8 ]製鉄用石炭由来コークスの代替品）、[ 34 ]長距離輸送（例：船舶、航空、および程度は低いが大​​型貨物車両）、長期エネルギー貯蔵のためのグリーン水素の製造、輸送、利用を優先している。 [ 8 ] [ 9 ]

国家水素戦略

水素戦略の段階

2017年以降、いくつかの国と地域が水素戦略を発表し、水素インフラの整備における目標を概説し、民間投資の指針となっている。[ 35 ]国際再生可能エネルギー機関は、グリーン水素を推進するための政策の第一の柱として国家戦略を提案している。 [ 35 ] [ 36 ]

2017年、日本は世界初の「水素社会」を目指す戦略を発表した。[ 37 ]中国では多くの省や市が水素戦略を策定している。[ 38 ] 2021年に採択された欧州連合の戦略[ 39 ]では、複数の業界団体と協力して、電解装置を含む大規模な水素インフラを整備する計画が概説されている。[ 40 ]米国の水素戦略は、「30年間で水素の大規模な生産と利用を実現するための戦略的枠組みを提示している」。[ 41 ]分析によると、カタールのように天然ガスの輸出に依存している国でも、既存のインフラ、専門知識、市場を活用した水素戦略の恩恵を受けることができると示唆されている。[ 42 ] 2021年時点で、28の政府が水素戦略を発表している。[ 43 ] 2024年までにその数は60に達した。[ 44 ]しかし、実際に提案されている戦略は、必ずしも気候に優しいグリーン水素に基づいているわけではない。これらの戦略の大部分は、まず規模を拡大し、次にクリーン化を特徴としており、グリーン水素の実現可能性を高めるための規制を追加するものの、その使用を義務付けていない。[ 43 ]経済分析によると、2030年の目標を達成できる国家戦略はほとんどない。[ 45 ]

現在の水素市場

世界の水素生産量は2022年に1550億米ドルを超え、2030年まで毎年9％以上増加すると予想されています。[ 46 ]

2021年には、9400万トン（Mt）の分子状水素（H2 ）が生産された。[ 47 ]この総量のうち、約6分の1は石油化学産業プロセスの副産物である。[ 4 ]水素のほとんどは専用の生産施設で生産され、その99％以上が化石燃料由来であり、主に天然ガスの水蒸気改質（70％）と石炭ガス化（30％、そのほとんどが中国）によるものである。[ 4 ]専用の水素生産の1％未満が低炭素である：炭素回収・貯留を伴う水蒸気化石燃料改質、電気分解を使用して製造されたグリーン水素、およびバイオマスから製造された水素。[ 4 ] 2021年の生産によるCO2排出量は915 MtCO2で、[ 48 ]エネルギー関連のCO2排出量の2.5％に相当し、[ 49 ]

現在市場向けに生産されている水素のほぼ全ては、石油精製（ 2021年には40 Mt H 2 ）と工業（54 MtH 2）に使用されている。 [ 6 ]：18、22 石油精製では、水素は水素化分解と呼ばれるプロセスで使用され、重質の石油源を燃料として使用できる軽質留分に変換します。工業用途は主に、肥料製造用のアンモニア生産（2021年には34 Mt H 2）、メタノール生産（15 Mt H 2 ）、および直接還元鉄製造（5 Mt H 2）です。[ 6 ]：29

生産

水素ガスはいくつかの工業的方法で生産される。[ 50 ]現在、世界で供給されている水素のほぼすべては化石燃料から作られている。[ 51 ] [ 52 ]水素のほとんどは、水蒸気メタン改質によって作られるグレー水素である。このプロセスでは、天然ガスの主成分であるメタンと水蒸気の化学反応によって水素が生成される。このプロセスで1トンの水素を生産すると、6.6～9.3トンの二酸化炭素が排出される。[ 53 ]これらの排出物の大部分を二酸化炭素回収・貯留（CO2回収・貯留）によって除去すると、ブルー水素と呼ばれる製品が生成される。[ 54 ]

グリーン水素は通常、水の電気分解によって再生可能電力から生成されるものと理解されている。 [ 55 ] [ 56 ]頻度は低いが、グリーン水素の定義には、バイオマス などの他の低排出源から生成される水素も含まれる。 [ 57 ]現在、グリーン水素の生産はグレー水素の生産よりも高価であり、エネルギー変換効率は本質的に低い。 [ 58 ]その他の水素生産方法には、バイオマスガス化、メタン熱分解、地下天然水素の抽出、 [ 59 ] [ 60 ]および原位置水素合成などがある。 [ 61 ] [ 62 ]

2023年時点で、専用水素生産量のうち、低炭素水素、すなわちブルー水素、グリーン水素、バイオマス由来の水素は1％未満である。[ 63 ]

グリーンメタノール

グリーンメタノールは、二酸化炭素と水素（CO 2 + 3 H 2 → CH 3 OH + H 2 O ）を触媒を使って加圧加熱して生成する液体燃料である。これは、二酸化炭素回収を再利用してリサイクルする方法である。メタノールは、液体状態で冷たく保つために多くのエネルギーを使用する必要がある液体水素やアンモニアと比較して、標準的な屋外の温度と圧力で水素を経済的に貯蔵することができる。[ 64 ] 2023年にローラ・マースク号はメタノール燃料で稼働した最初のコンテナ船となった。[ 65 ]中西部のエタノール工場は、アイオワ州、ミネソタ州、イリノイ州に豊富な風力と原子力エネルギーがあり、純粋な炭素回収と水素を組み合わせてグリーンメタノールを製造するのに適した場所である。[ 66 ] [ 67 ]メタノールは日光の下で目に見える炎がなく煙も出ないが、エタノールは目に見える薄黄色の炎をするため、メタノールをエタノール と混合すると、メタノールをより安全に使用できる燃料になる可能性がある。[ 68 ] [ 69 ] [ 70 ]グリーン水素生産効率が70％で、そこからメタノール生産効率が70％の場合、エネルギー変換効率は49％となる。[ 71 ] [ 72 ]

用途

水素ラダー：中期的な水素の用途と利用のランキングだが、アナリストの意見は一致していない[ 73 ]
水素燃料には、処理、輸送、保管のための特定のインフラストラクチャの開発が必要です。

水素は、燃料電池で電気を生成する方法と、燃焼で熱を生成する方法の2つの異なる方法で燃料として利用できます。 [ 74 ]水素が燃料電池で消費される場合、使用時点で排出されるのは水蒸気のみです。[ 74 ]水素の燃焼は、有害な窒素酸化物の排出物の熱生成につながる可能性があります。[ 74 ]

業界

地球温暖化を抑制するという文脈において、低炭素水素（特にグリーン水素）は産業の脱炭素化において重要な役割を果たす可能性が高い。[ 75 ]水素燃料は、鉄鋼、セメント、ガラス、化学品の工業生産に必要な高熱を発生させることができるため、製鉄用の電気アーク炉などの他の技術と並んで産業の脱炭素化に貢献する。[ 33 ]しかし、アンモニアや有機化学物質のよりクリーンな生産のための工業原料の提供において、より大きな役割を果たす可能性が高い。[ 75 ]例えば、製鉄において、水素はクリーンなエネルギーキャリアとして機能するだけでなく、石炭由来のコークスに代わる低炭素触媒としても機能する可能性がある。[ 34 ]

温室効果ガスの排出を削減するために低炭素水素を使用する必要性は、さまざまな地域で適切な水素生産ポテンシャルを持つ場所が物流インフラ、原材料の入手可能性、人的資本や技術資本と新しい方法で相互作用することになるため、産業活動の地理を再形成する可能性があります。[ 75 ]

輸送

水素経済の概念に対する関心の多くは、水素自動車、主にフォークリフト、空港サービス車両、公共交通機関のバス、乗用車、トラックに集中しています。[ 76 ]他の用途は、水素飛行機の可能性など、より推測的です。[ 77 ] [ 78 ]水素自動車は、従来の自動車に比べて局所的な大気汚染を大幅に削減します。[ 79 ] 2050年までに、輸送のエネルギー需要の20％から30％が水素と合成燃料によって満たされる可能性があります。[ 80 ] [ 81 ] [ 82 ]

輸送の脱炭素化に使用される水素は、アンモニアやメタノールなどの水素由来の合成燃料や燃料電池技術の利用を通じて、船舶、航空、そして規模は小さいものの大型貨物車両において最も多く利用されると考えられます。 [ 8 ]水素は長年にわたり燃料電池バス に使用されてきました。また、宇宙船の推進燃料としても使用されています。

国際エネルギー機関（IEA）の2022年ネットゼロエミッションシナリオ（NZE）では、2050年には鉄道エネルギー需要の2%を水素が占めると予測されており、鉄道輸送の90%が電化されると予想されています（現在の45%から増加）。鉄道における水素の役割は、電化が困難またはコストのかかる路線に重点的に活用される可能性が高いでしょう。[ 83 ] NZEは、 2050年には大型トラックのエネルギー需要の約30%を水素が賄うと予測しており、主に長距離重量貨物輸送がこれにあたります（バッテリー電力は約60%）。[ 84 ]

水素は改造された内燃機関で使用できますが、燃料電池は電気化学的であるため、熱機関よりも効率性に優れています。燃料電池は一般的な内燃機関よりも製造コストが高く、内燃機関よりも高純度の水素燃料を必要とします。[ 85 ]

乗用車を含む軽自動車分野では、2022年末までに世界で7万200台の燃料電池電気自動車が販売されたのに対し、[ 31 ] 、プラグイン電気自動車は2600万台であった。[ 32 ]電気自動車とそれに関連するバッテリー技術およびインフラの急速な普及により、自動車における水素の役割はごくわずかである。[ 29 ] [ 30 ]

エネルギーシステムのバランス調整と貯蔵

水の電気分解から得られるグリーン水素は、再生可能エネルギーの出力変動に対処する可能性を秘めています。水素エネルギーはクリーンな燃料であり、燃料電池で使用すると水しか生成しません。水素のほとんどは天然ガスから生成されますが、再生可能エネルギー由来のグリーン水素は、排出ガスゼロの代替手段となります。グリーン水素を生産することで、再生可能エネルギーの出力が高い時期に再生可能エネルギーの電力抑制の必要性を軽減できるだけでなく、長期貯蔵して出力が低い時期に発電に備えることも可能です。 [ 86 ] [ 87 ]

アンモニア

エネルギーキャリアとしての水素ガスの代替手段は、空気中の窒素と結合させてアンモニアを生成することである。アンモニアは簡単に液化、輸送でき、クリーンで再生可能な燃料として（直接的または間接的に）使用できる。[ 88 ] [ 89 ] エネルギーキャリアとしてのアンモニアの欠点としては、その高い毒性、N2とH2からのNH3生成のエネルギー効率、およびNH3からN2への変換後に分解されていない微量のNH3によってPEM燃料電池が被毒することが挙げられる。

建物

天然ガス供給チェーン全体にわたる多数の業界団体（ガスネットワーク、ガスボイラー製造業者）は、住宅や商業ビルからのエネルギー関連のCO2排出量を削減するために、空間および給湯暖房用の水素燃焼ボイラーと調理用の水素器具を推進している。[ 90 ] [ 91 ] [ 11 ]現在の天然ガスの最終ユーザーは、既存の天然ガスグリッドへの水素の転換と供給を待ってから、暖房器具と調理器具を交換すればよく、消費者は今すぐに何もする必要がないというのが提案である。[ 90 ] [ 91 ] [ 11 ]

商業的利益とは無関係に、建物の暖房用水素に関する32の研究をレビューした結果、暖房や調理に水素を使用することで得られる経済的メリットと気候へのメリットは、地域暖房ネットワークの展開、暖房（主にヒートポンプによる）と調理の電化、太陽熱の利用、廃熱、熱に対するエネルギー需要を削減するためのエネルギー効率化対策の導入に比べて、概して非常に小さいことが判明した。[ 11 ]水素製造の非効率性により、暖房用に天然ガスの代わりにブルー水素を使用すると3倍のメタンが必要になる可能性があり、グリーン水素を使用するとヒートポンプの2～3倍の電力が必要になる。[ 11 ]電気ヒートポンプと水素ボイラーを組み合わせたハイブリッドヒートポンプは、ピーク時の電力需要に対応するためのネットワークのアップグレードに費用がかかる地域で、住宅暖房で役割を果たす可能性がある。[ 11 ]

建物の暖房に水素を広く使用すると、他の代替手段に比べてエネルギーシステムのコスト、暖房コスト、環境への影響が高くなりますが、特定の状況や地域ではニッチな役割が適切である可能性があります。[ 11 ] 水素が建物で使用されると、産業や輸送における脱炭素化が難しい用途での水素のコストが上昇します。[ 11 ]

バイオSNG

2019年現在、サバティエ反応による炭素回収貯留（BECCS）を伴うバイオエネルギーからの水素と二酸化炭素からの合成ガス生産は技術的には可能であるものの、利用可能な持続可能なバイオエネルギーの量によって制限されている。[ 92 ]したがって、生産されたバイオSNGは航空バイオ燃料の生産のために確保される可能性がある。[ 93 ]

シンジケート

合成天然ガス（SNG）は、水素を使用することで低品位石炭/褐炭から生産することができます。[ 94 ]

安全性

NASAのエンジニアが、水素火災の場所を探すため、トウモロコシの箒で辺りを掃いている。水素はほとんど目に見えない炎を上げて燃える。

水素パイプラインや鋼製貯蔵容器では、水素分子が金属と反応しやすく、水素脆化を引き起こし、パイプラインや貯蔵容器に漏れが生じます。[ 95 ]水素は空気より軽いため、容易に蓄積して可燃性混合気を形成しません。[ 95 ] しかし、発火源がなくても、高圧水素の漏れは自然発火や爆発を引き起こす可能性があります。[ 95 ]

水素は少量でも空気と混合すると可燃性を示します。水素と空気の体積比が4%程度でも発火する可能性があります。[ 96 ]水素発火事故の約70%では発火源が特定できず、水素は自然発火すると考えられています。[ 95 ]

水素の火は非常に高温であるにもかかわらず、ほとんど目に見えないため、誤って火傷を負う可能性があります。[ 97 ]水素は、ほとんどのガスと同様に、適切な換気がないと窒息を 引き起こす可能性があります。 [ 98 ]

水素インフラ

水素パイプライン

水素インフラとは、水素製造拠点、トラックやパイプラインによる輸送拠点、そして水素燃料の配給・販売のための水素ステーションのインフラであり、[ 99 ]燃料電池技術の商業化を成功させるための重要な前提条件である。[ 100 ]

ベリンカ・ペルケミヤ向け水素ガス化プラント、2015年

水素パイプラインの近くにない水素ステーションは、圧縮水素チューブトレーラー、液化水素トレーラー、液化水素タンクローリー、または専用のオンサイト製造によって水素を供給されます。パイプラインは水素を長距離輸送する最も安価な方法ですが、水素分子による漏洩や鋼鉄の脆化に耐えられるように設計する必要があります。大規模な石油精製所では、水素は原油から燃料を水素化分解するために使用されているため、水素ガス配管は日常的に使用されています。IEAは、既存の工業港を製造に、天然ガスパイプラインを輸送、国際協力、海運に利用することを推奨しています。[ 101 ]

韓国と日本は[ 102 ]、2019年時点では国際電力連系線を欠いていたが、水素経済に投資していた。[ 103 ] 2020年3月には、世界最大の水素製造施設を標榜する福島水素エネルギー研究フィールドが日本で開設された。 [ 104 ]敷地の大部分は太陽光発電パネルで占められており、電力網からの電力は水の電気分解による水素燃料の製造にも使用されている。[ 105 ]

ストレージ

NASAケネディ宇宙センターの液体水素タンク

水素を貯蔵する方法はいくつかある。[ 106 ]これらには、高圧および低温を使用するなどの機械的なアプローチや、必要に応じてH 2を放出する化合物の使用が含まれる。大量の水素が様々な産業で生産されているが、主に生産現場で消費され、特にアンモニアの合成に多く使われている。長年、水素は圧縮ガスまたは極低温液体として貯蔵され、シリンダー、チューブ、極低温タンクで輸送され、産業で使用したり、宇宙計画で推進剤として使用したりしてきた。最大の課題はH 2の沸点が非常に低いことである。H 2 の沸点は、約20.268 K（-252.882 °Cまたは-423.188 °F）である。このような低温を達成するには、かなりのエネルギーを費やす必要がある。

分子状水素は、分子量が低いこともあり、質量ベースでは非常に高いエネルギー密度を有しますが、常温のガスとしては体積ベースでは非常に低いエネルギー密度を有します。車両に搭載して燃料として使用する場合、十分な走行距離を確保するためには、純粋な水素ガスをエネルギー密度の高い状態で貯蔵する必要があります。水素は分子が最も小さいため、容器から容易に放出されます。100年実効地球温暖化係数（GWP100）は11.6±2.8と推定されています。

発電所

Xcel Energyは中西部に、天然ガスに30%の水素を混合できる複合サイクル発電所を2つ建設する予定です。 [ 107 ]インターマウンテン発電所は、同じく30%の水素で稼働できる天然ガス/水素発電所に改造されており、2045年までに純水素で稼働する予定です。[ 108 ]

費用

経済において水素がより広く使用されるようになるには、その製造、貯蔵、配送および使用に対する投資とコストが必要となる。したがって、水素のコストの推定は複雑であり、エネルギー投入（通常はガスと電気）、製造プラントと方法（グリーン水素またはブルー水素など）、使用される技術（アルカリまたはプロトン交換膜電解装置など）、貯蔵および配送方法、およびさまざまなコスト要素が時間の経過とともにどのように変化するかについての仮定を立てる必要がある。[ 109 ] : 49–65 これらの要素は、水素の均等化原価（LCOH）の計算に組み込まれている。次の表は、グレー水素、ブルー水素、グリーン水素の均等化原価の推定値の範囲を、水素1kgあたりの米ドルで表したものである（データが他の通貨または単位で提供されている場合は、当該年の米ドルへの平均為替レートを使用し、水素1kgの発熱量を33.3kWhと仮定）。

製造方法注記現在のコスト（2020～2022年）2030年の予測コスト2050年の予測コスト
グレー水素（炭素税を含まない）
国際エネルギー機関[ 110 ]ロシアのウクライナ侵攻を受けてガス価格がピークに達した6月を基準に、2022年のコストを推定 2021年: 1.0～2.5 – –
2022年: 4.8～7.8
PWC [ 111 ]2021年: 1.2～2.4
ブルー水素
国際エネルギー機関[ 110 ]ロシアのウクライナ侵攻を受けてガス価格がピークに達した6月を基準に、2022年のコストを推定 2021年: 1.5～3.0 – –
2022年: 5.3～8.6
英国政府[ 112 ]航続距離はガソリン価格に依存 2020年: 1.6～2.7 1.6～2.7 1.6～2.8
GEP [ 113 ]2022年: 2.8～3.5 - -
エネルギー移行委員会[ 109 ] : 28 2020年: 1.5～2.4 1.3～2.3 1.4～2.2
グリーン水素
国際エネルギー機関[ 110 ]2030年と2050年の推定では、太陽光の条件が良好な地域で太陽光発電が利用されている。 2021年: 4.0～9.0 <1.5 <1.0
2022年: 3.0-4.3
英国政府[ 112 ]英国特有のグリッド電力を使用。範囲は電気料金、電解技術、コストに依存する。 2020年: 4.9～7.9 4.4～6.6 4.0～6.3
英国特有の、通常は抑制される再生可能電力を使用。範囲は電解装置の技術とコストに依存する。 2020年: 2.4～7.9 1.7～5.6 1.5～4.6
IRENA [ 114 ]2020年: 2.2～5.2 1.4～4.1 1.1～3.4
GEP [ 113 ]情報筋によると、グリーンH2生産コストは2010年以降60%低下している。 2022年: 3.0～6.0
ラザード[ 115 ]2022年: 2.8～5.3
PWC [ 111 ]2021年: 3.5～9.5 1.8～4.8 1.2～2.4
エネルギー移行委員会[ 109 ] : 28 2020年: 2.6～3.6 1.0～1.7 0.7～1.2

市販の水素製造方法のコスト見積もりは幅広い。2022年時点では、CO2排出量に課税されない場合、グレー水素が最も安価に生産でき、次いでブルー水素とグリーン水素が安価である。ブルー水素の生産コストは2050年までに大幅に低下するとは予想されておらず、[ 112 ] [ 109 ] : 28 天然ガス価格の変動が予想され、未回収の排出物に対して炭素税が課される可能性がある。[ 109 ] : 79

電解装置のコストは2010年から2022年の間に60％低下しましたが、[ 113 ] 2021年から2024年の間に50％上昇しました。[16] それでもオックスフォードエネルギー研究所は、再生可能電力の発電コストの低下に伴い、グリーン水素のコストは2030年と2050年に向けて大幅に低下する可能性が高いと予測しています。 [ 116 ] : 26グリーン水素は、そうでなければ削減される 余剰 の再生可能電力で製造するのが最も安価であり、低い電力レベルと変動する電力レベルに対応できる電解装置に有利です。[ 116 ] : 5

2022年のゴールドマン・サックスの分析では、世界的にグリーン水素は2030年までにグレー水素とコストが同等になると予測されているが、グレー水素に世界的な炭素税が課されればそれよりも早く同等になると予測されている。[ 14 ]エネルギー単位あたりのコストで見ると、ブルー水素とグレー水素は常にその製造に使用される化石燃料よりもコストが高く、グリーン水素は常にその製造に使用される再生可能電力よりもコストが高い。

クリーン水素生産に対する補助金は、米国とEUではインドよりもはるかに高い。[ 118 ]インドにおけるグリーン水素の発見価格は、2025年6月時点で1kgあたり4.67米ドル（397インドルピー）である。[ 119 ] [ 120 ]

例とパイロットプログラム

チェコ共和国ブルノの水素燃料電池で動くメルセデス・ベンツO530シターロ

輸送目的の水素の供給は世界中で試験されており、特に米国（カリフォルニア州、マサチューセッツ州）、カナダ、日本、EU（ポルトガル、ノルウェー、オランダ、デンマーク、ドイツ）、アイスランドで実施されています。天然ガス自動車を水素で走行するように改造することも可能です。

また、燃料電池マイクロCHPプラントは日本や欧州連合（EU）全域に設置されています。これらのユニットは、水素、天然ガス、LPGなどの燃料で稼働します。[ 121 ] [ 122 ] ene.fieldプロジェクトとPACEプロジェクト（どちらも燃料電池・水素共同事業体（FCH JU）の共同出資による）の下、EUと英国全体で合計約3,646基の燃料電池マイクロCHPユニットが設置されました。

オーストラリア

西オーストラリア州の計画・インフラ省は、2004年から2007年にかけてパースでパース燃料電池バス試験の一環として、ダイムラークライスラーシターロ燃料電池バス3台を運行した。[ 123 ]

オーストラリア再生可能エネルギー庁（ARENA）は、2020年11月までに、初期段階の研究開発から初期段階の試験・導入まで、28件の水素プロジェクトに5,500万ドルを投資しました。同庁は、電気分解により1キログラムあたり2ドルで水素を製造することを目標としており、これはアンガス・テイラー・エネルギー・排出ガス大臣が2021年の低排出技術声明で発表したものです。[ 124 ]

2021年10月、クイーンズランド州首相アナスタシア・パラシュチュク氏と民間投資家アンドリュー・フォレスト氏は、クイーンズランド州に世界最大の水素プラントを建設すると発表した。[ 125 ]これは2025年に廃止された。[ 126 ]

2024年11月、南オーストラリア州政府はワイアラ近郊に200MWの水素エネルギープラントを建設するために5億9,300万豪ドルを投じる計画を、EPBC法に基づき連邦政府の承認を得た。このプロジェクトは、Office of Hydrogen Power SA、ATCO Australia、BOCによって開発され、[ 127 ]「大規模な風力発電所と太陽光発電所から発電される余剰の再生可能エネルギーを利用して安定した供給を行うことで、州内の家庭や企業にさらなる電力系統の安定性を提供すること」を目的としていた。建設は2025年に開始され、完成と稼働は2026年に予定されていた[ 128 ]。この計画は2025年初頭に中止された[ 129 ]。

欧州連合

比較的大規模な天然ガスパイプラインシステムを既に整備しているEU加盟国には、イタリア、ベルギー、ドイツ、フランス、オランダなどがある。[ 130 ] 2020年、EUは欧州クリーン水素同盟（ECHA）を設立した。[ 131 ] [ 132 ]

フランス

フランスでは、グリーン水素が普及しつつあります。2019年には1億5000万ユーロ規模のグリーン水素計画が策定され、水素の製造、貯蔵、流通に必要なインフラ整備に加え、バスや電車などの地域交通機関への水素燃料供給も求められています。同様の取り組みであるCorridor H2は、地中海と北海を結ぶオクシタニア地方に水素供給施設のネットワークを構築するものです。Corridor H2プロジェクトは、 EIBから4000万ユーロの融資を受ける予定です。[ 133 ] [ 134 ]

ドイツ

ドイツの自動車メーカーBMWは長年水素に取り組んできた。[ 135 ] ドイツ政府は、2024年末または2025年初頭に、5.5GWの新規水素対応ガス火力発電所と2GWの既存ガス火力発電所の「包括的水素対応近代化」の入札を実施する計画を発表した。[ 136 ]

アイスランド

アイスランドは2050年までに世界初の水素経済圏となることを約束しています。[ 137 ]アイスランドは独自の立場にあります。現在、自動車や漁船の燃料となる石油製品はすべて輸入に頼っています。しかし、アイスランドは豊富な地熱資源を有しており、その電力生産に使用できる炭化水素の価格よりも、 現地の電力価格の方が低いのです。

アイスランドは既に余剰電力を輸出可能な製品や炭化水素代替品に変換しています。2002年には、電気分解により2,000トンの水素ガスを生産し、主に肥料用のアンモニア（NH3 ）を生産しました。アンモニアは世界中で生産、輸送、使用されており、そのコストの90%は生産に必要なエネルギーコストです。

どちらの産業も炭化水素を直接的に代替するものではありません。アイスランドのレイキャビクでは、圧縮水素を燃料とする小規模な市営バスの試験運用が行われました[ 138 ]。また、国内の漁船に水素を供給する研究も進行中です（例えば、アイスランド・ニュー・エナジーなどの企業による）。より実用的な観点から言えば、アイスランドは輸入石油を完全に代替するのではなく、輸入石油を水素で処理してその使用量を増やすことが考えられます。

レイキャビクのバスは、ヨーロッパ8都市で水素燃料バスを運行する大規模プログラムHyFLEET:CUTE [ 139 ]の一部である。HyFLEET:CUTEバスは中国の北京やオーストラリアのパースでも運行された（下記参照）。水素経済を実証するパイロットプロジェクトがノルウェーのウトシラ島で稼働している。この設備は風力発電と水素発電を組み合わせている。風力エネルギーが余剰の期間には、余剰電力を使って電気分解で水素を生成する。水素は貯蔵され、風の弱い期間には発電に利用できる。

インド

インドにおけるグリーン水素の発見価格は、2025年7月時点で1kgあたり3.9米ドル（INR 328）である。[ 140 ] [ 141 ]インドにおけるグリーンアンモニアの発見価格は、2025年7月時点で1トンあたり641米ドル（INR 55,750）である。[ 142 ]

インドでは、天然ガスネットワークの全国展開が既に進んでおり、天然ガスが既に主要な自動車燃料となっていることなど、いくつかの理由から水素と水素化CNGが導入されると言われています。さらに、インドは都市部で深刻な大気汚染に悩まされています。[ 143 ] [ 144 ]ある推計によると、コストの低下と新たな生産技術の進展により、インドの水素の約80%がグリーン化されると予測されています。[ 145 ]

しかし、現在、水素エネルギーは研究開発および実証（RD&D）段階にあります。[ 146 ] [ 147 ]その結果、水素ステーションの数はまだ少ない可能性がありますが、[ 148 ]近いうちにさらに多くのステーションが導入されると予想されています。[ 149 ] [ 150 ] [ 151 ]

ポーランド

気候環境省（MKiŚ）は、最初の水素ステーションの開設を計画しており、まもなく2～3か所の水素燃料補給ステーションの建設競争を開始する予定であると、ポーランドの気候環境省次官クリストフ・ボレスタ氏は述べている。[ 152 ]

サウジアラビア

サウジアラビアはNEOMプロジェクトの一環として、2025年に生産を開始し、年間約120万トンのグリーンアンモニアを生産する予定である。[ 153 ]

エジプトのカイロでは、サウジアラビアの不動産が水素を燃料とする超高層ビルの建設プロジェクトに資金を提供している。[ 154 ]

韓国

蔚山グリーン水素タウンは、蔚山で開発中の水素都市プロジェクトです。2024年10月現在、石油化学コンビナートから副産物として生産される水素を市内中心部まで繋ぐ188kmの地下パイプラインが敷設されています。[ 155 ]

七面鳥

トルコのエネルギー天然資源省と国連工業開発機関は、2004年にイスタンブールに国際水素エネルギー技術センター（UNIDO-ICHET）を設立し、2012年まで運営された。[ 156 ] 2023年に同省は水素技術戦略とロードマップを発表した。[ 157 ]

イギリス

英国は2004年1月に燃料電池のパイロットプログラムを開始し、2005年12月までロンドンのルート25で2台の燃料電池バスを運行し、2007年1月までルートRV1に切り替えた。 [ 158 ]現在、水素燃料電池の能力を実証する方法として、水素燃料電池で動く船を製作し、それを使って世界一周する取り組みが行われている。[ 159 ]

2009年、グラハム・クーリー博士は、グリーン水素製造用電解装置メーカーであるITM Power PLCのCEOに任命されました。 [ 160 ]クーリー博士はITMのために約5億ポンドを調達し、2021年にはシェフィールド に世界最大の電解装置製造施設を開設しました[ 161 ]。クーリー博士はまた、英国政府の水素諮問委員会の委員も務めました[ 162 ]。

2021年8月、英国政府は水素戦略を策定した最初の国であると主張し、文書を作成した。[ 163 ]

2021年8月、クリス・ジャクソンは、英国とノルウェーの石油会社が英国政府による将来の技術支援金の支払いを最大化するために、ブルー水素のコスト予測を意図的に水増ししたと主張し、主要な水素業界団体である英国水素燃料電池協会の会長を辞任した。[ 164 ]

アメリカ合衆国

米国国内では、GMやトヨタなど複数の自動車会社が水素を使った車を開発している。 [ 165 ]しかし、2020年2月現在、カリフォルニア州の一部を除き、水素インフラは未整備であった。[ 166 ]米国には独自の水素政策がある。コロラド州では、 NRELとXcel Energyの合弁会社が同様に風力発電と水素発電を組み合わせている。[ 167 ]ニューファンドランド・ラブラドール州のHydroは、離島のラメア島にある現在の風力ディーゼル発電システムを風力水素ハイブリッド発電システム施設に転換している。 [ 168 ]テキサス州では、大型H2トラックに5つのポンプステーションハブが配送されている。[ 169 ] Hydro International (GHI)がグリーンに建設したHydrogen Cityは、2026年にオープンする予定。[ 170 ]

2006年、フロリダ州のインフラプロジェクトが委託された。[ 171 ]オーランドを公共バス輸送として初めて開通したフォード・モーター社は、水素燃料のフォードE-450の車両群を導入すると発表した。[ 172 ] [ 173 ]液化水素移動システムがタイタスビルに建設された。[ 174 ] [ 175 ] FPLのパイロットクリーン水素施設がオキーチョビー郡で稼働した。[ 176 ]

スチュアート島では、同様のパイロットプロジェクトとして、風力発電の代わりに太陽光発電を利用しています。バッテリーが完全に充電された後に余剰電力が利用可能になると、電気分解によって水素が生成され、貯蔵され、燃料電池で発電されます。[ 177 ]米国には既に大規模な天然ガスパイプラインシステムも整備されています。[ 130 ]

ベトナム

ベトナムエネルギー協会はグリーン水素化支援も含めた取り組みを行っている。[ 178 ]オーストラリアのクリーンエネルギー企業Pure Hydrogen Corporation Limitedは7月22日、ベトナムの公共交通機関と覚書を締結したと発表した。[ 179 ]

参照

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