水素は現在、化石燃料に代わる有力な選択肢と見なされています。
水素の製造工程では水を使用し、また水が生成されます。
水不足が懸念される時代に、水素産業が水の安全保障や、その他の水を大量に必要とする産業に悪影響を及ぼさないことを明確に示すのは極めて重要です。
気候変動の影響を軽減するためにクリーンエネルギーの代替手段が求められるなか、新たなエネルギー媒体の候補として水素に目を向ける動きが広がっています。水素は現在、各国政府やエネルギー企業から、従来の化石燃料を基盤とするエネルギー産業に代わる有力な選択肢と見なされています。「水素経済」や「水素社会」といった言葉は、化石燃料から完全に脱却し、水素だけに頼ることができるという考えを促します。しかし、将来の水資源をめぐる懸念が高まるなか、水素だけに頼れば、場合によっては水資源に過度な負担をかける可能性があることが分かってきました。
ここでは、各国の現在のエネルギー使用量を調べ、現在のエネルギー需要を満たすために必要な水素の量を算出します。次に、その水素を電気分解で製造するのに必要な水の量を算出します。
水素経済の出だしは順風満帆ではなかった
米国が2005年エネルギー政策法を制定してから、ほぼ20年が経過しました。同法は米国の水素経済を取り上げ、米国で始まり世界へ広がる水素ブームのきっかけとなりました。その後、2008年の世界金融危機が発生し、その余波で多額の資金と労力がより緊急性の高い問題に振り向けられ、水素エネルギーは困難に直面しました。水素ブームは2009年から2010年にかけて沈静化しましたが、その背景には多くの要因がありました。利用可能な技術が高価すぎ、商業利用に十分な成熟度に達していなかったことも一因です。それでも、水素技術の研究開発に利用できた資金により、その後の数年間で水素経済はゆっくりと成熟していきました。
水素が有力な代替エネルギー候補に
水素が復活するまでには、ほぼ10年かかりました。その間に、日本、韓国、中国が急速に水素分野の先導役として台頭しました。2017年、日本と韓国は水素経済を正式に支援することを決定し、エネルギー安全保障戦略の重要な要素としました。一方、オーストラリアは、再生可能水素やその他の再生可能燃料を、新たな大規模輸出品となる可能性があると捉え始めました。
中国政府は、水素を輸送分野の化石燃料汚染に対処する有効な方策と見ています。政府は、水素燃料電池車の開発や、水素の充填・貯蔵インフラの整備に向けて、数多くの補助金、税制優遇措置、助成金を提供しています。国全体や都市全体を水素だけで動かせるという大きな発表は夢物語のように聞こえるかもしれませんが、水素経済は着実に現実のものとなりつつあります。
過去10年間にわたる継続的な技術開発により、水素を基盤とするエネルギーという構想は、かつてないほど力強く再び注目されるようになりました。パリ協定に加え、2021年に複数の国が発表した、今後数十年で内燃機関の使用を段階的に廃止する方針も、水素経済をさらに後押ししました。
カリフォルニア州とドイツには、すでに複数の水素充填ステーションがあります。水素燃料電池は、太陽光、風力、水力などの再生可能資源から生み出された余剰エネルギーを貯蔵することもできます。水素はほかにも多くの産業で利用されています。石油・ガス産業と食品産業は、それぞれ原油の処理と食品加工に水素を利用しています。
水をめぐる競合用途
再生可能資源から水素を製造するには、水の電気分解が必要です。電荷によって水分子を水素と酸素に分解します。しかし、水の安全保障をめぐる問題が深刻化し、気候変動の急速な進行や干ばつも相まって、水不足は世界的に喫緊の課題となっています。世界人口の増加は、水不足の問題をさらに悪化させています。水素をエネルギー貯蔵や輸送用燃料に使うことで、エネルギー部門や農業などの産業が水資源を奪い合うことになるのではないかと、多くの人が疑問を投げかけています。
以下の数値は理論上の目安です。各国がエネルギー供給を全面的に水素へ切り替える可能性は低いでしょう。ただし、風力や太陽光発電を導入するのに十分な土地がない小国は、水素の輸入に全面的に頼る可能性があります。これにはシンガポール、カタール、ルクセンブルク、バーレーン、マルタが含まれます。その場合、これらの国々は水素製造に自国の水ではなく、輸出国の水を利用することになります。
水素は酸素と反応させて燃焼し、エネルギーを放出すると水になります。これにより、水不足に直面する国々には、エネルギーを輸入するだけでなく、水素を通じて水不足にも対処できるという独自の機会が生まれます。
国別の年間エネルギー使用量と年間総淡水取水量を含む、世界銀行のウェブサイトで公開されているデータセットを簡単に計算すると、ほとんどの場合、水素で国のエネルギー需要をすべて賄っても水資源に大きな負担は生じないことが分かります。これらの数値は水の安全保障問題を示す目安にすぎませんが、水素経済へ移行する特定の国々で、現在のエネルギー部門を置き換えるためにどれほどの水が必要になるかを大まかに把握できます。
砂漠の国や島国で必要量が最も多い
調査対象となった135か国のうち、水素を基盤とするエネルギーへ完全に移行するために、現在の淡水取水量を10％超増やす必要があるのは9か国だけです。一方、62か国では増加を1％未満に抑えられます。水素への移行に伴って取水量が大幅に増える国々には、顕著な傾向があります。カタール、イスラエル、クウェート、バーレーンのように年間降水量が少ない砂漠の国か、淡水貯留量が限られているため困難に直面するシンガポール、トリニダード・トバゴ、マルタのような小さな島国です。
淡水資源を隣国マレーシアに大きく依存するシンガポールが、最も高い割合を示しています。同国が水素を基盤とするエネルギーへの転換に使う水の量は、約46.4％増やす必要があります。一方、最も低いタジキスタンでは、必要な増加はわずか0.056％です。135か国全体の平均値は3.3％です。
水素経済は、シンガポールやカタールなど、すでに水不足に直面している国々にも興味深い展望をもたらします。この2か国が自国で水素を製造する可能性は低く、水素の輸入に頼ることになるでしょう。そうすれば、水素を燃焼させるか燃料電池技術を使ってエネルギーに戻す際に生じる水を回収し、その高純度の水を国内で再利用できます。
大半の国々にとって、水素経済への移行が水の安全保障やその他の水を大量に必要とする産業に悪影響を及ぼすことはないと考えられます。水素が輸送市場で大きなシェアを占める可能性はありますが、その他のエネルギー関連部門では複数の技術が併用される可能性が高く、水素に使われる水の割合は抑えられます。さらに、水素を燃焼させるか、燃料電池内で大気中の酸素と反応させると水が生成されます。この水を回収して、さらに水素を製造するために再利用できます。より多くの国がエネルギー政策に水素を組み込むなか、水素経済はまもなく私たちの家庭にも広がり、輸送、発電、集中暖房、さらには調理に、クリーンで効率的な炭素を排出しないソリューションをもたらす可能性があります。
この記事に示した計算に使用したデータは、世界銀行から取得しました。世界銀行は国連食糧農業機関のAQUASTATデータを利用しています。複数の記録がある国については、エネルギー使用量（石油換算キロトン）と照合するため、2011年に最も近い年の年間値を選びました。すべてのデータは2011年に記録され、世界銀行から入手できます。計算では、水素1キログラムあたり水9リットルという化学量論上の水消費量を用いました。これらの計算では、冷却水や水素のバリューチェーンにおけるその他の水の使用量は考慮していません。
