住宅の電力や暖房の供給方法から、車両に使う燃料に至るまで、私たちが依存しているエネルギー源は、有害な二酸化炭素を大気中に放出している。
脱炭素化の課題の規模を考えると、私たちは多くの技術的解決策を並行して活用する必要がある。しかし、これまでに一つの要素が見過ごされてきた。それが水素である。
水素によるグリーンエネルギーのための発電転換
エネルギー需要は増え続けている。アナリストは、私たちがエネルギー効率を大幅に高めると仮定しても、2050年のエネルギー需要は現在より30～40％高くなると予測している。この規模の増加は前例がないわけではない。過去30年間で、世界のエネルギー需要は2倍以上に増加した。前例がないのは、そのエネルギーを生み出す方法に必要な転換である。
再生可能エネルギーは安価になりつつあり、過去10年間に世界で2兆ドル以上の投資を受けてきた。それでも、化石燃料から得られるエネルギーの割合はほとんど変わっていない。1980年以降、再生可能エネルギーは一次エネルギー構成に占める割合が1％未満から、現在は1％をわずかに超える水準まで増加した。対照的に、化石燃料は一次エネルギー構成の81％という根強い水準を保っている。
既存の低炭素技術を、はるかに速いペースで拡大する必要がある。さもなければ、人口増加が再生可能エネルギーへの投資を上回り続け、化石燃料が引き続き支配的であり続けるだろう。ただし、これまでに成功を収めてきた技術に対して、これ以上の成果を求め続けることはできない。
国際エネルギー機関（IEA）は、次の26の低炭素イノベーション分野のうち、わずか3つしか26の低炭素イノベーション分野（太陽光発電と陸上風力発電、エネルギー貯蔵、電気自動車（EV））が成熟し、商業的に競争力を持ち、2015年のパリ気候変動会議で定められた気候目標の達成に向けて順調に進んでいると指摘している。
これら3つの技術分野について、現在予測されている以上にさらなる成果を引き出すことは難しいと思われる。太陽光発電と陸上風力発電は断続的であるため、エネルギー貯蔵やその他の発電方法と組み合わせて使用する必要がある。貯蔵と電気自動車の両方に使用される高エネルギー密度の電池については、その製造に必要な原材料の供給が急速な普及に追いつけるのかどうかが懸念されている。BNEFによると、黒鉛の需要は2015年の年間わずか1万3000トンから、2030年には85万2000トンへと急増すると予測されており、リチウム、コバルト、マンガンの生産量は100倍以上に増加する見込みである。これはすでにサプライチェーンや価格、そして多くの場合極めて劣悪な環境で働く鉱山労働者に対して圧力を生じさせている。
では、ほかにどのような選択肢があるのだろうか。世界経済フォーラムの最新の白書では、持続可能なエネルギーイノベーションを大幅に加速させ、将来のエネルギー源の普及を支援するための大胆なアイデアが提案されている。そこで言及されているエネルギーキャリアの一つで、見過ごされがちなのが水素である。
水素の可能性
水素は、発電、輸送、暖房の脱炭素化を実現する可能性を秘めている。これは、電気分解によって製造される場合、水素は汚染物質を一切排出しないためである。電気分解とは、電気を使って水（H2O）を水素と酸素に分解する方法である。
現在、水素の最もよく知られた用途は輸送分野である。電気自動車では、航続距離や充電にかかる時間が懸念されることが多い。水素で走行する燃料電池車は、航続距離が長く、給油時間がはるかに短く、行動の変化もほとんど必要としないため、これらの懸念を回避できる。
水素は住宅の暖房にも利用できる。天然ガスと混合することも、単独で燃焼させることもできる。既存のガスインフラを水素の輸送に活用できるため、暖房の電化をさらに進めることに伴う送電網のコストを回避できる可能性がある。
生産された水素は、短期および長期のエネルギー貯蔵の両方の役割を果たすこともできる。支持者は、例えば夜間に風が吹いた際に生じる余剰の再生可能電力を活用し、その電力で製造された水素を岩塩洞窟や高圧タンクに貯蔵できると提案している。今月初め、機械技術者協会は、水素の長期貯蔵の可能性について議論するための実証拠点とフォーラムの拡充を求める報告書を発表した。
研究上の課題
水素には明らかに複数の潜在的な用途があるが、大規模に利用する前に、特に製造と安全性に関するさらなる研究が必要である。
現在、世界の水素のほぼすべて（96%）は、メタン（CH4）の改質によって製造されており、この工程では最終的に二酸化炭素が排出される。持続可能なものとするには、この製造方法を炭素回収・貯留技術と組み合わせて導入する必要があるが、炭素回収・貯留技術自体にもさらなる開発が求められている。
電気分解では炭素排出は発生しない。しかし、この方法で製造できる水素の量は、再生可能エネルギー由来の電力のコストと供給量に左右される。王立協会の報告書は、電気分解は大規模な集中型の水素製造よりも、車両への給油やオフグリッドでの導入に適している可能性があることを示唆している。
水素の利用に関する安全性への懸念にも対処する必要がある。英国の国立物理学研究所による報告書では、送電網での水素の輸送と暖房用の燃焼に関して、優先すべき2つの安全上の課題が指摘された。水素が燃焼する際は炎が見えないため、点火しているかどうかを検知する方法が必要である。また、水素は高圧で輸送・貯蔵されるため、水素に対応した臭気剤を見つけ、人々が漏えいを検知できるようにする必要がある。
今後の展望
エネルギー媒体としての水素を探求する機運は急速に高まっているが、報告書の内容は具体的な行動へとつなげていく必要がある。
水素が提起する研究上の課題は、特定の一国や一企業だけに固有のものではないため、技術の開発と試験運用における協力が極めて重要になる。企業と政府の双方がこの点を認識しているようである。昨年、多国籍企業グループである「水素協議会」が、ダボスで開催された世界経済フォーラムで発足した。同協議会は、「エネルギー転換を促進するための水素に関する統一されたビジョンと野心」を掲げている。さらに今年、各国政府も本テーマで協力することに合意し、水素技術の市場化を目指すミッション・イノベーション・パートナーシップの下で新たなテーマを立ち上げた。水素協議会は、ダボスで開催された世界経済フォーラムで発足した、多国籍企業グループであり、「エネルギー転換を促進するための水素に関する統一されたビジョンと野心」を掲げている。さらに今年、各国政府も本テーマで協力することに合意し、水素技術の市場化を目指すミッション・イノベーション・パートナーシップの下で新たなテーマを立ち上げた。
水素は万能の解決策ではないが、それは太陽光発電、洋上風力発電、電池貯蔵も同様である。脱炭素化を成功させるには、多様な技術が必要である。水素はそのうちの一つになる可能性が非常に高い。
当フォーラムの新たな報告書『持続可能なエネルギーイノベーションの加速』は、こちらから入手できる。
