新たな報告書によると、水素関連特許の出願件数では欧州と日本が世界をリードしている。
2011～2020年に水素特許の最多を占めたのは、水素製造関連技術だった。
運輸分野では、自動車部門で水素関連特許の出願が最も大きく増加した。
しかし、特許出願の動向にはばらつきがあり、水素製造への関心が急増する一方で、水素の潜在的な用途をめぐる進展はまだ追いついていない。
水素――できないことはあるのだろうか。自動車を動かし、鉄鋼生産を助け、さらには家庭を暖めることさえできると言われている。だが、こうした話は単なる空騒ぎなのか、それとも水素ブームは実際に画期的な進展につながっているのだろうか。
イノベーションを測る最も有効な方法の一つが特許出願だ。国際エネルギー機関（IEA）と欧州特許庁（EPO）による初の報告書は、まさにそれを行っている。世界の特許出願データを用い、水素関連のどのような開発が最も速く進んでいるかに加え、世界の水素イノベーションの中心地がどこにあるかを明らかにしている。
報告書「クリーンエネルギーの未来に向けた水素特許」によると、特許件数では欧州と日本が先頭に立ち、米国が僅差で続いている。2011～2020年、水素技術に関する国際特許ファミリー（IPF）のうち、EUが28％を出願し、日本は24％、米国は20％だった。
ただし、前の10年間と比べてIPF件数が減少した地域は米国だけだった。最も急速に増加したのは中国で15.2％、韓国で12.2％だった。
EUでは、ドイツのミュンヘンとルール地方、そしてフランスの首都パリの3つの主要クラスターが中心となっている。ルール地方では、鉄鋼メーカーのティッセンクルップが水素関連特許の最大の出願者だ。同社は2024年に、直接還元鉄法による世界初の産業規模のプラントの稼働を目指している。これは、従来の高炉に比べて炭素排出量を約4分の1に抑える製鉄方法だ。
水素製造特許
2011～2020年に水素特許の最多を占めたのは、水素製造関連技術だった。主な傾向として、低排出型の製造方法への大幅なシフトが見られる。
報告書によると、「2020年、水素製造に関するIPFのほぼ80％を、気候変動への懸念を背景とした技術が生み出した。その増加を主に牽引したのは、電気分解分野におけるイノベーションの急速な拡大だった」。
電気分解とは、水に電流を流すことで、水素と酸素に分解するプロセスだ。炭素を排出しない製造方法である一方、従来の水素製造方法の多くは、石炭やガスなどの化石燃料を使い、メタンの炭素原子から水素を分離している。
各国が発電などの分野で炭素排出量の大幅削減を目指すなか、この10年間で電解装置の市場規模は65倍に拡大すると予測されている。
運輸
運輸分野では、自動車部門で水素関連特許の出願が最も大きく増加した。
主な焦点は、車両を走らせる水素燃料電池の開発だ。この分野では日本と韓国の自動車メーカーが優位に立っており、電解装置技術に関する取り組みとの相乗効果も見られる。同時に、自動車用燃料電池のイノベーションが電気分解の進展にも寄与している。一部の燃料電池は逆向きに使って電気分解を行えるためだ。
水素を動力源として使う研究も活発化しており、ドローンや無人航空機の分野もその一つだ。2011～2020年には、この分野が航空用燃料電池関連特許の出願の3分の2を占めた。
特許データによると、水素内燃機関よりも水素燃料電池が開発の選択肢として重視されており、後者の特許出願は過去10年間に減少している。英国と米国に拠点を置く新興企業ZeroAviaは最近、水素燃料電池を一部動力源とする航空機の試験飛行を完了した。同社の創業者は、この技術は数年以内に商用利用できるようになる可能性があると述べた。
より長距離の飛行には、より大きな出力を得られる水素タービンが必要になるかもしれない。エアバスが、水素タービンを組み込んだ設計を進めているのは、同社が実現を目指す世界初のゼロエミッション商用航空機だ。2035年には空を飛ぶ可能性がある。
鉄道や海運での燃料電池利用をめぐる動きは比較的少ないが、報告書によると、東京では鉄道関連特許が活発に出願され、ソウルは海運分野での水素利用の中心地として台頭している。
東日本旅客鉄道は水素で走る列車を試験中で、2030年までの商用運行を目指している。一方、韓国造船海洋は、船舶での水素燃料電池の利用を試験しており、2025年末までに導入できる可能性がある。
貯蔵と流通
水素で飛ぶドローンほど目を引かないかもしれないが、世界で水素の利用が増えれば、貯蔵や輸送の方法も増やす必要がある。
純水素の貯蔵に関する特許は大幅に増えており、2001年から2020年にかけて、出願件数は毎年平均13％増加した。
また、水素を液化して貯蔵する技術も登場している。ただし、ガスをマイナス250°C未満まで冷却する必要があり、技術的に複雑なプロセスだ。このように水素の形態を変えるとエネルギー損失が生じる可能性もある。報告書によると、こうしたシステムの耐久性、コスト、規模拡大の可能性についても課題が残されている。
水素貯蔵ではEUが先行しており、公開された液体貯蔵関連IPFの半数、ガス状水素の貯蔵関連IPFの38％を占めている。
米国は流通ネットワークや設備に関する特許活動の26％を占めた一方、貯蔵技術に関するIPFの割合は低かった。
ばらつきのある動向
水素技術全体の方向性は前向きだが、IEAとEPOの報告書によると、特許出願の動向にはばらつきがある。
報告書は「供給技術と需要技術の不一致」のリスクを指摘し、水素製造をめぐる特許出願の急増には、水素の用途に関する進展が伴う必要があるとしている。
センター：エネルギーと素材 ― 世界経済フォーラムはクリーンエネルギーへの移行をどのように推進しているのか？
エネルギー・素材センターは、エネルギー、素材、産業システムを変革する複雑な移行を理解するため、リーダーをつなぐ。エネルギー安全保障、手頃な価格、持続可能性がどのように交差するのかを探る場を提供している。
バリューチェーンや地域を越えた協力を通じて、センターはパートナーが連携し、安全で低炭素かつ公平な移行に向けた実践的な解決策を見いだすための共通の道筋を築く。
民間部門の投資を促すうえで政府が重要な役割を担うことから、この分野で政府が行動を起こす必要があると報告書は述べている。IEAによると、「現在、水素を直接支援する目標、義務、政策上の優遇措置が約50件設けられており、その大半は運輸分野に焦点を当てている」。
特許報告書は、開発を促すため、鉄鋼や海運の企業に対し、よりクリーンな燃料への移行が必要だと政府が明確に伝えるよう求めている。
世界経済フォーラムの報告書「ネットゼロ産業トラッカー」も、「鉄鋼業界が低排出型の生産へ移行するよう促す、断固とした政策措置」が必要だとしている。石炭に依存する産業を転換し、水素を使ったグリーン・スチールの生産に切り替えるには、非常に大きな費用がかかるためだ。コストは25～50％高くなると予測されている。
それでも、現状を維持するコストより、世界で水素の利用を広げないことによるコストの方がはるかに大きくなる可能性が高い。IEAとEPOの報告書が指摘するように、「低排出源から製造された水素は、他の選択肢がほとんどない用途において、化石燃料への依存を減らす可能性を持つ」。
