産業部門は、世界のエネルギー使用量の40%、世界の温室効果ガス(GHG)排出量の25%に責任を負っています。
電化は、低~中温域(500°C未満)の産業プロセスを脱炭素化する最も効率的な方法であることが多いです。
商業的に実行可能で成熟した技術ソリューションは存在していますが、必要なペースで導入されていません。
産業部門は、世界のエネルギー消費量のおよそ40%に直接責任を負っており、温室効果ガス(GHG)排出量の25%に寄与しています。これらの数値を認識することは、ネットゼロ目標を達成するために産業を脱炭素化することの緊急性を浮き彫りにします。経済発展と人口増加に伴い産業部門の拡大が見込まれているため、炭素集約型の資源から移行する必要性はより明白になっています。
産業のエネルギー需要の大きな部分は、主に化石燃料に由来する熱の形で生じています。
セメント、アルミニウム、鉄鋼などのエネルギー集約型産業の電化は、高温が求められるため技術的に依然として困難ですが、中・低温域(500°C未満)のプロセスについては、成熟し商業的に利用可能な技術が存在します。全体の熱需要のほぼ半分は200°C未満のプロセスによって生じており、これは食品・飲料、プラスチック、繊維、木材製品、家電・機械製造などの産業の熱需要の大部分を満たしています。
産業分野において、電化技術は高い成熟度に達しています。例えばヒートポンプは、産業プロセスにおける低温熱の供給に対して一貫して効率的で費用対効果の高い解決策です。
特に注目すべきは、ヒートポンプは熱を直接生み出すのではなく、熱を移動させるという点です。そのため、同等の熱出力を得るのに必要なエネルギー投入量は少なくて済みます。技術の進歩により、多様な産業用加熱ニーズに対応する高効率のヒートポンプが開発されてきました。高度な蓄熱ソリューションと組み合わせることで、これらの技術は産業向けに途切れのない持続可能な熱エネルギーの供給を確保します。
これらの明確な利点があるにもかかわらず、こうした変革的技術の導入は必要なペースで進んでいません。進展を妨げる障壁が根強く残っています。これには、認知度の不足、先行導入者の不足(特に中小企業において)、初期投資への懸念、そして不安定な電力価格が含まれます。
しかし、問いは「なぜそうしないのか」から「産業の電化の可能性を引き出すために、これらの課題をどのように克服できるか」へと移るべきです。
認知度を高めることも解決策の一部であるため、以下では二つの主要技術、すなわちヒートポンプと蓄熱について検討します。
ヒートポンプ
ヒートポンプは、産業プロセスの脱炭素化に貢献しています。これには、パスタ製造、牛乳の低温殺菌、化学品製造、家具製造などが含まれます。
ヒートポンプは主に住宅やオフィスでの利用と結び付けられていますが、産業で必要とされる高レベルの熱を供給できるようになってきています。今日の大型ヒートポンプは180°C超の温度に達することができ、これは産業における加熱需要の37%を満たすのに十分な温度です。これは、乾燥工程が多く行われる分野(製紙・パルプ、木材、果物・野菜)や、低温殺菌、蒸留、食品製造といった用途のニーズに適合します。基本的に、製品やプロセスの加熱・冷却が行われるあらゆる分野が対象となります。
さらに、これらのヒートポンプは大きな能力を有しており、その範囲は100kWから50MWに及びます。これらは、通常約6kWから15kWである住宅用ヒートポンプよりもはるかに高出力です。
電動ヒートポンプは、空気、地中、水などの源からエネルギーを取り込むため、クリーンで再生可能です。廃熱(例えば冷凍工程)をエネルギー源として利用する必要がある産業プロセスにおいて、特に適切かつ効率的です。また、非常に高効率でもあり、使用する少量の駆動動力に対して、3倍から5倍の加熱または冷却能力を提供します。
住宅の場合と同様に、産業においてヒートポンプが増えれば、化石燃料の使用は減少します。産業全体にヒートポンプが導入された場合、産業用加熱に由来する温室効果ガスは78%削減できる可能性があります。2050年までには、温室効果ガスを実に99%削減できる可能性があります。
ヒートポンプは、電力価格に応じてオンとオフを切り替えることができるため、電力網に柔軟性をもたらします。
ヒートポンプの可能性を実現する上で、協働が鍵となります。例えば、 迅速な公表のEUヒートポンプ行動計画（欧州委員会が2024年初頭の予定日から延期したもの）と、研究開発（R&D）の取り組みへの継続的な支援は、産業部門をより環境に配慮した効率的な未来へと推進する上で極めて重要となります。
蓄熱
熱エネルギー貯蔵(TES)は先駆的なエネルギー貯蔵技術であり、熱エネルギーまたは電気エネルギーの最終利用を後の段階に先送りするものです。これには、熱から熱、熱から動力、動力から熱、動力から熱から動力、熱ベース動力からXへの変換などを含む、様々な技術的用途と貯蔵技術が含まれます。TES技術は高い技術成熟度にあり、広範な導入の準備が整っています。TESは、電化、再生可能エネルギー発電、およびエネルギーの柔軟性に独自の形で貢献することができます。
TESは、再生可能エネルギー源(RES)の統合を促進し、間欠性を緩和し、化石燃料への依存を減らし、系統規模の柔軟性を提供することにより、電力部門において重要な役割を果たします。暖房・冷房においてTESは産業の脱炭素化を支援し、電化されたソリューションを最適化し、個別化された熱エネルギーのニーズに対応します。熱電併給の用途においてTESは収益源を多様化し、座礁資産を再利用することで、化石燃料に依存する地域における公正な移行を支えます。
TESは実績のある用途と明確な利点を備えており、大規模な導入の準備が整っていて、産業の電化において重要な役割を果たすことができます。
ヒートポンプとTESは、ネットゼロの未来に向けた私たちの野心にとって極めて重要となるでしょう。