• 水素は、多くの産業用途に動力を供給する大きな可能性を秘めている。
• しかし、再生可能電力を使って水素を製造するとしても、その電力を直接動力源として使う場合に比べて効率は低い。
• 水素は、電化が困難な分野の動力源として最も適している。
2020年には、主に新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の影響により、世界のCO2排出量は6.4%減少した（これは日本の年間排出量のおよそ2倍に相当する）。この減少は大きなものであったが、パリ協定の達成に必要な炭素削減の規模を改めて浮き彫りにしている。産業革命前と比べた地球温暖化を1.5°Cに抑えるためには（これにより）、炭素排出量を毎年前年比7.6%ずつ削減する必要がある。要するに、今後10年間にわたり、毎年2020年を上回るペースで排出量を削減しなければならない。
机上の計算でも極めて困難であり、実際にはさらに困難である。
よく耳にする解決策の一つは、水素である。水素は、重汚染型の金属からセメントに至るまで、広範な産業用途に動力を供給する可能性を秘めている。しかし、現状と、大規模にクリーンな方法で水素を製造するために必要な再生可能エネルギー設備の拡大速度を踏まえると、水素は今後も長年にわたり炭素集約型の解決策であり続けるだろう。
2021年の水素：炭素集約型の技術
水素は、すでに多くの産業用途で広く利用されている。しかし、世界の水素製造量のうち1%未満のみが再生可能エネルギーに由来している（グリーン水素）か、または炭素回収・貯留設備を備えた化石燃料プラントに由来している（ブルー水素）。残りの99%は、炭素を排出する化石燃料（例：グレー水素）に由来しており、英国とインドネシアを合わせたのと同程度のCO2を排出している。そのため、低炭素の選択肢とはみなせない。さらに、ブルー水素でさえCO2を排出しないものや、よく言われるようなクリーンな代替手段とみなすべきではない。最近行われた新たな研究では、ブルー水素の排出量が調査され、暖房用に天然ガスや石炭を直接燃焼させるよりも害を及ぼす可能性があることが判明した。
実際、現在の専用水素生産量すべて（6,900万トン）を、化石燃料ではなく再生可能エネルギーを使って製造するには、欧州連合（EU）の年間発電量を上回る電力が必要となる。2020年、EUの電力の38%が再生可能エネルギーによって賄われていたことを考えると、再生可能エネルギー設備を大幅に増強する必要があることは明らかである。増強が必要であり、増強を急がなければならないという差し迫った要請は、7月に風力発電業界の経営幹部からG20諸国に宛てて出された公開書簡によって明確に示された。
必ずしもグリーンとは言えない水素
再生可能エネルギーの供給量が増えたとしても、この方法でグリーン水素を製造することは、エネルギーの最も効率的な利用とはいえず、現在の水素生産の99%が相当な炭素排出を伴っている問題に対する、必ずしも迅速な解決策とはならない。
これは、グリーン水素には常に大きなエネルギー損失が伴うためである。水を水素に変換する電解槽の効率は約60～80%であり、つまり、エネルギーの20～40%がこの過程で失われる。さらに水素を他のキャリア（例：アンモニア）に変換すると、さらなるエネルギー損失が生じ、輸送も必要となる。つまり、100kWhの再生可能エネルギーからは、通常、60～80kWhの水素エネルギーしか得られない。
再生可能エネルギーが世界の総エネルギー消費量に占める割合はわずかに過ぎないため、排出量を効果的に削減するには、グリーン水素の製造を通じて大量のエネルギーを失うのではなく（その結果、20～40%の損失を補うために化石燃料の需要が間接的に増加する）、再生可能エネルギーを電力として最終用途に直接利用する方が合理的である（エネルギー貯蔵が利用可能であることを前提とする）。送電網に容易に接続できない再生可能電力の発電（例：浮体式洋上風力や太陽光発電所）や、電力の貯蔵がまだ不可能な場合には例外が存在する。そのような場合には、水素の製造に利用することにも意義がある。
水素を実現する
1. 再生可能エネルギーの設備を迅速に拡大する
すでに説明したように、再生可能エネルギーの設備容量は極めて少なく、増加のペースも十分ではない。水素の可能性を実現するための第一歩は、まさにこの設備容量を迅速に拡大することである。風力発電と太陽光発電の技術はすでに存在し、炭素税がなくとも化石燃料によるエネルギーより安価であることも多いことを考慮すると、この目標は十分に達成可能なはずである。しかし、世界各国の政府は対応を遅らせている。
2. 可能な限りあらゆるものを電化する
建物と輸送部門におけるエネルギー利用は、CO2排出量全体のほぼ3分の1を占めており、可能な限り迅速に脱炭素化されるべきである。これを実現する最も合理的な方法は電化である。電化とは、基本的に化石燃料由来の原料を再生可能エネルギーに切り替えることであり、例えばガソリン車・ディーゼル車を電気自動車に、ガスボイラーをヒートポンプに置き換えることが挙げられる。極めて重要な点として、これら電化された用途に電力を供給する電気も、再生可能な資源に由来しなければならない。そうでなければ、脱炭素化の効果はわずかにとどまる。再生可能エネルギーを最も効率的に利用するには、利用可能なグリーンエネルギーのすべてをこれらの部門の動力に充てることである。
3. 最終段階としての水素
再生可能エネルギーの設備容量が増加し、余剰設備容量が利用可能になれば、グリーン水素は脱炭素化において重要な役割を果たすべきである。特に、長距離の道路輸送、海運、航空など、いわゆる「削減困難な分野」として電化できない産業においてその役割は大きい。加えて、現在プロセスで水素を利用している分野（例：鉄鋼、セメント、化学工業）も、可能な限りグリーンな代替手段へと移行し、既存の化石燃料由来の原料に基づく用途をグリーン水素に置き換えるべきである。すでに各産業は、オンサイトでの水素供給のために自社の製造プラントを建設し始めているが、新たな用途（例：余剰電力を液体燃料または気体燃料に変換するPower-to-X技術）に向けた取り組みは、今日から始める必要がある。これは、必要とされる膨大な量のグリーン水素を製造するのに十分な再生可能エネルギーの設備容量が整った時点で、規模の経済とコスト効率を最大限に高められるようにするためである。
水素の未来への道筋
実施の方法は、地域や国によって異なる可能性が高い。例えば、低炭素の家庭用暖房の整備も、状況によって異なるだろう。古いアパートが多く建ち並ぶ欧州のような一部の地域では、既存の建物ストックを電化することは非常に困難であり、水素が化石燃料をある程度置き換える必要がある可能性が高い。一方、新築の建物が数多く建設されている地域（例：中国）では、電化ははるかに容易になるだろう。
現在の専用燃料需要と、削減困難な分野における将来の需要の両方に対応できる十分なグリーン水素を供給するには、依然として長い年月を要することは確実である。
世界経済フォーラムは、クリーンエネルギーへの移行に向けて何に取り組んでいるのか？
再生可能エネルギーの余剰が生まれるまで、水素はグリーンな技術ではない。現在のペースでは、水素が近い将来に多くの課題を解決できるわけではない。今こそ再生可能エネルギーに注力すべき時であり、これ以上の遅延は許されない。
