灰色、青、緑――水素にはなぜこれほど多くの色があるのか？

• 水素には多くの「色」があり、それぞれが製造方法を示している。

• 緑の水素 は、気候中立的な方法で製造される唯一の種類である。

• 2050年までのネットゼロ排出の実現に向けた世界的な取り組みにおいて、重要な役割を果たしうる。

緑の水素は、将来のクリーンエネルギー源として高く評価されてきた。しかし、ガスそのものは目に見えないため、なぜそれを指す際に多くの色彩豊かな表現が用いられるのか。

すべては製造方法に行き着く。水素は燃焼時に水しか排出しない。しかし、その製造は炭素集約的になりうる。

そのため、この影響を抑えるためのさまざまな方法が開発されてきた。科学者は、それらを区別するために種類ごとに色を割り当てている。

製造方法によって、水素は灰色、青、または緑とされ、場合によってはピンク、黄色、ターコイズとも呼ばれる。ただし、名称の慣習は国や時期によって異なりうる。

しかし、緑の水素は気候中立的な方法で製造される唯一の種類であり、それは極めて重要な役割を 2050年までに排出量をネットゼロに削減するという世界的な取り組みにおいて果たしうる。

緑の水素の製造、変換、そしてエネルギーシステム全体での利用方法。Image: 国際再生可能エネルギー機関

水素――最も豊富な元素

水素は 宇宙で最も単純かつ最も豊富な元素である。ただし地球上では、水素がガスとして存在することは稀であり、そのため他の元素から分離する必要がある。

白い水素は、地下で時折見つかる自然発生的なタイプであるが、これを採取する実行可能な方法はほとんどないため、専門家はむしろ人工的に生成することを目指している。

水素は、化石燃料、原子力、バイオマス、再生可能エネルギー源など、さまざまな資源から製造できる。これは多くのプロセスを通じて行うことができる。

生成されたガスは、燃焼させるか、エネルギーを供給するためのキャリアとして利用できる。また、再生可能エネルギーを用いて生成される場合、化石燃料の燃焼に代わるクリーンな選択肢となりうる。

水素は、宇宙で最も豊富な化学構造である。Image: 国際再生可能エネルギー機関

黒、茶、灰色の水素

灰色の水素は最も一般的な形態であり、「水蒸気改質」と呼ばれるプロセスを通じて天然ガス（メタン）から生成される。

このプロセスによる排出量は、水素製造過程で黒（瀝青）炭または茶（褐）炭を使用する黒または茶色の水素と比べ、わずかに少ない。

黒または茶色の水素は、製造過程で発生するCO2と一酸化炭素の両方が回収されないため、最も環境負荷が大きい。

青い水素

水蒸気改質から生じる炭素が、産業用の炭素回収・貯留（CSS）によって回収され、地下に貯留される場合、その水素は青と表示される。

したがって青い水素は、排出物が大気中に拡散しないことから、カーボンニュートラルと呼ばれることもある。

しかし、「低炭素」の方がより正確な表現だと主張する人もいる。その理由は、 生成された炭素の10〜20%は回収できない。

灰色、青、緑など――水素の多様な色。Image: 国際再生可能エネルギー機関

緑の水素

緑の水素――「クリーン水素」とも呼ばれる――は、太陽光や風力などの余剰再生可能エネルギー源からのクリーンな電力を用い、電気分解と呼ばれるプロセスによって水を水素原子2個と酸素原子1個に分解して製造される。

再生可能エネルギーは一日中常に発電できるわけではないため、緑の水素の製造は、ピーク時に発生する余剰電力の活用に役立ちうる。

現在、約全体の水素製造量の0.1%を占めているが、再生可能エネルギーのコストが引き続き低下するにつれて、この割合は上昇すると見込まれている。

多くの分野では今や 緑の水素を、再生可能エネルギーの変動性を調整する最善の方法と捉えており ――需要の低い時間帯に余剰エネルギーを貯蔵し、需要が高まった際に電力網へ戻すこと――と同時に、化学、産業、輸送分野の脱炭素化を進めている。

水素のその他の色

ターコイズ水素とは、メタン熱分解と呼ばれるプロセスを通じて元素を製造する方法を指し、その過程で固体の炭素が生成される。

そのため、CCSは不要であり、炭素は タイヤ製造や土壌改良材など、他の用途に利用できる。

その製造はまだ実験段階にある。

そしてピンク水素がある。緑の水素と同様に水の電気分解によって生成されるが、後者は再生可能エネルギーではなく原子力によって駆動される。

原子炉からの極めて高い温度は、より効率的な電気分解のための蒸気を生成するなど、他の形態の水素製造にも利用されうる。

一方、黄色の水素は、太陽光発電を用いた水の電気分解によって製造される水素を指す用語である。ただし、利用可能な電源に応じて、混合電源による水の電気分解で生成される水素を指すために使う人もいる。

水素はバイオマスからも生成できる また、バイオマスの種類およびCCS技術によっては、黒/茶色または灰色の水素よりも正味の炭素排出量を低くできる。

未来の燃料

国際エネルギー機関（IEA）は、水素は私たちのクリーンエネルギーの未来において重要な役割を果たしうると述べている。

しかし、エネルギー転換に実質的に貢献するためには、水素をほとんど使われていない分野（輸送、建築物、発電など）で利用する必要があると指摘している。

現在、クリーン水素はその潜在力を発揮するほどには拡大していない。その一因は、COVID-19や化石燃料およびCO2価格の低下といった課題にある。

世界経済フォーラムは、 Accelerating Clean Hydrogen Initiativeを立ち上げた。同イニシアチブは、その Climate Action Platform、 Shaping the Future of Energy, Materials and Infrastructureの一環として、その普及を加速する方法を見出すことを目的としている。