海水電解は、未来の燃料と見なされることもあるグリーン水素を生み出す夢の技術として称賛されてきました。
一方で、データを詳しく見ると、海水電解は実現不可能だと主張する人もいます。
真相を突き止めるには、数字を詳しく調べる必要があります。
ここ4年ほどの水素経済の到来により、再検討されるべき多くの古いアイデアに火が付きました。
こうしたアイデアには、プラズマ電解や海水電解（水を電気分解によって構成要素に分解する方法）が含まれます。どちらも過去に検討されましたが、経済的または技術的に実現不可能だとして退けられてきました。
メディア報道は一方で、海水電解を次の大きな技術的ブレークスルーであり、水素経済を可能にするものとして描き、ほぼ奇跡的なレベルのブレークスルーとして描写しています。しかし、これは不正確です。海水電解は、問題を探している解決策にすぎません。
膨大な水素関連投資の大部分は、より効率的で、安価かつ信頼性の高い水素製造経路を約束する技術的ブレークスルーの支援に充てられています。しかし、こうした技術的ブレークスルーの推進者の多くは、水素産業にまったく新しく参入した人々です。彼らは、これらの概念を十分に詳しく理解するための適切な背景知識を持っていないことが多いのです。さらに、電気化学を学んだことがない人も多いのが実情です。
現在の電解の仕組みを理解する
従来、電解に使用される水は、商業的な逆浸透プロセスによって精製され、残存するイオンを除去するために後続の脱イオン処理が必要になる場合があります。現代の水電解システムの大半に供給される水質は、ASTM Type II規格に適合しなければなりません。これは、本質的によりクリーンな水質を意味します。ただし、多くの生産者は、ASTM Type I、商業的に利用可能な水の中で最も清浄な規格への適合を推奨していました。
ASTM Type Iの原水品質は、商業用の逆浸透および脱イオン化プラントによって容易に達成できます。要するに、世界で発表されている大規模水素プロジェクトの多くは、海水を原水として利用すると見られますが、電解槽に純水を供給して水素を製造する前に、この追加の処理工程が必要になります。
最先端で、商業的に入手可能で、広く導入されている逆浸透と脱イオン化の組み合わせが、現在の海水処理・精製の標準です。
問題は、海水を直接電気分解するために、この水精製工程を省略することがより良いアプローチかどうかです。海水アプローチ（海水電解へ直接移行する方法）を採用すべきか、あるいは逆浸透を用いて水を精製する現行の方法を維持すべきかを理解するには、数字を詳しく検証する必要があります。
海水電解：数字で見る実態
水素経済も水電解も新しい概念ではありません。水電解槽は100年以上使用されており、その性能と材料はこの期間に大きく進化し、今日では堅牢で効率的かつ高度なソリューションとなっています。水処理ソリューションについても同じことが言えます。
まずは、現代の水電解および水精製システムのエネルギー消費を調べてみましょう。水素1kgを製造するには、8.92kgの水が必要です。実際には、損失があるため、さらに多くの水が必要になります。一部の水は水素と酸素にならず、処理されないまま系外に排出されます。計算上は、水素1kgあたりの平均水消費量を11L/kgと想定しました。
理想的な条件では、水素1kgの製造には39.4kWh/kgが必要です。実際には、さまざまな非効率性のため、水電解の平均消費量は50～55kWh/kgです。現代の水処理プラントのエネルギー必要量は、主に原水の品質、透過水の品質、使用される技術の種類に大きく依存します。最も一般的に使用される逆浸透プラントは、約0.0012kWh/lおよび0.0046kWh/lを、それぞれ汽水原水と海水原水で消費します。さらに、生成水の品質によっては、透過水をさらに精製するために脱塩水処理プラントが導入される場合があります。
脱塩水処理プラントのエネルギー消費量は0.0016kWh/lの範囲にあります。したがって、電解槽の原料純度要件を満たすために海水を精製するエネルギー消費量は、（水消費量の想定11L/kg水素に基づき）おおよそ0.055～0.077kWh/kg H2の範囲となり、水素製造の総エネルギー消費量の0.2%未満です。
海水電解によるエネルギー面のメリットはわずかであり、コスト面のメリットも同様にわずかです。
最新の逆浸透および脱塩プラントは非常に費用対効果が高いです。Hydrogen Europeの報告によれば、水の脱塩の総コストは約0.85米ドル/m3であり、これにより水素の製造コストに約0.0075米ドル/kgが加わります。
海水電解の代わりに、超純水で稼働する今後の電解槽開発は、コスト支出やエネルギー効率などのパラメータの最適化に注力すべきです。エネルギー消費量のわずか0.2%の改善で、理論上は海水で電解槽を稼働させた場合と同じ結果が得られるでしょう。
浸透圧の上昇とエントロピーの減少により、海水での電解は超純水での電解と比べてより多くのエネルギーを必要とするため、潜在的なエネルギー節約は熱力学の法則によって相殺されます。
海水電解：行き止まりか？
海水中での電気化学の複雑さを見過ごしてはなりません。
海水には、微生物や金属イオンを含む多数の有機種および無機種が含まれています。海水電解では生物付着が大きな問題になりつつあり、多くが1.8Vより低い酸化還元電位を持つ金属イオンは、時間の経過とともに電極上に過剰に電着し、水素製造の電気触媒性能を実効的に低下させます。
海水に存在する様々な種は分解して、製造された水素（および酸素）を汚染することもあります。例えば、Serviceが正しく指摘しているように、腐食性かつ有毒な塩素ガスが海水電解中に発生しうる。
さらに、高濃度の塩化ナトリウム濃縮塩水を苛性ソーダ、塩素ガス、水素に変換するために世界的に使用される主要な工業プロセスが、海水に含まれる高濃度の塩化ナトリウムに頼るのではなく、超純水と純粋な塩化ナトリウムを使用していることには、十分な理由があります。
正しい問いを立てる
水素経済には、それぞれ固有の解決策を必要とする、影響の大きい多くの課題が依然として存在します。その中には、電解槽の大規模製造を可能にすることや、電解槽システムの資本支出を削減するために電解槽の製造プロセスを自動化することなどが含まれる可能性があります。
膨大な資金を非実用的な解決策、あるいは課題がメリットを上回る解決策に割り当てるのではなく、影響が大きく明確なメリットのある問題の解決に取り組み、水素およびクリーン燃料のバリューチェーンにおけるこれらの欠落部分を埋めることに注力しましょう。
直接的な海水電解は、電解槽の耐久性低下、より高いエネルギーおよびコスト支出、製造される水素の純度低下をもたらします。この直接的な経路は熱力学的にも不利です。
