グリーン水素は、持続可能なエネルギーとネットゼロ排出経済への世界的な移行を可能にする重要な要素となり得ます。
水素がクリーンエネルギーの解決策として長年秘めてきた可能性を実現しようとする機運が、世界中でかつてないほど高まっています。
タエビ博士エマヌエーレ・タエビ氏が、水素をめぐる現状と、クリーンで安定し、手頃な価格のエネルギーの未来の実現に水素がどう役立つかを説明します。
重要なエネルギー課題への対応で、水素が重要な役割を果たす可能性を生かすべき時が来ています。再生可能エネルギー技術や電気自動車の近年の成功は、政策と技術の革新が世界的なクリーンエネルギー産業を築く力を持つことを示しました。
水素は、再生可能エネルギーから得た電力を貯蔵する有力な選択肢の一つとして注目されています。水素を基にした燃料を使えば、エネルギー資源が豊富な地域から、数千キロ離れたエネルギー需要の大きい地域まで、再生可能エネルギーを長距離輸送できる可能性があります。
COP26（国連気候変動会議）では、重工業、長距離貨物輸送、海運、航空の脱炭素化手段として、複数の排出削減誓約にグリーン水素が盛り込まれました。政府と産業界はいずれも、水素がネットゼロ経済の重要な柱であると認識しております。
グリーン水素カタパルトは、グリーン水素のコスト低減を目指す国連の取り組みです。同組織は、昨年掲げたグリーン水電解装置の目標を、2027年までに25ギガワットから45ギガワットへ、ほぼ倍増させると発表しました。欧州委員会は、一連の法案を採択し、水素を含む再生可能ガスや低炭素ガスの導入を促進してEUのガス市場を脱炭素化するとともに、欧州のすべての市民のエネルギー安全保障を確保しようとしています。アラブ首長国連邦も目標を引き上げており、新たな水素戦略では、2030年までに世界の低炭素水素市場の4分の1を占めることを目指しています。また日本は、今後10年間に水素の研究開発と利用促進を加速させるため、グリーンイノベーション基金から34億ドルを投資すると最近発表しました。
水素技術を説明する際に、「グレー」「ブルー」「グリーン」という言葉を目にすることがあるでしょう。これらの違いは、製造方法にあります。水素は燃焼時に水しか排出しませんが、製造過程では多くの炭素が排出される場合があります。製造方法によって、水素はグレー、ブルー、グリーンに分類され、ときにはピンク、イエロー、ターコイズと呼ばれることもあります。しかし、気候中立な方法で製造されるのはグリーン水素だけであり、2050年までのネットゼロ達成に不可欠です。
私たちは、国際再生可能エネルギー機関（IRENA）電力部門変革戦略責任者のエマヌエーレ・タエビ博士に、グリーン水素とは何か、そしてネットゼロ排出への道をどう切り開く可能性があるのかを尋ねました。博士は現在、ドイツのボンにあるIRENAイノベーション・技術センターを拠点とし、加盟国による電力部門変革戦略の策定を支援するとともに、エネルギー転換の重要な推進要因である電力システムの柔軟性、水素、貯蔵に関する業務を統括しています。また、世界経済フォーラムのストラテジック・インテリジェンスプラットフォームの共同キュレーターでもあり、博士のチームは同プラットフォームで水素に関する変革マップを作成しました。
グリーン水素技術
エネルギー技術の専門性を高めようと思ったきっかけは何ですか。また、IRENAでの仕事はその専門性にどう役立っていますか。
きっかけは修士論文でした。イタリア国立新技術・エネルギー・持続可能な経済開発庁（ENEA）でインターンシップを経験し、持続可能な開発とエネルギー、そして両者のつながりについて学びました。このテーマで経営工学の論文を書き、これを生涯の仕事にしたいと決めました。その後、エネルギーと国際協力の分野で約20年の経験を積み、エネルギー技術の博士号を取得し、民間部門、研究機関、政府間機関で働きました。現在は2017年からIRENAで電力部門変革チームを率いています。
IRENAでの私の仕事は、チームとともに、機関内の同僚や世界経済フォーラムなどの外部パートナーと緊密に協力し、加盟国166カ国のエネルギー転換を支援することです。再生可能電力の供給と、その活用によるエネルギー部門の脱炭素化に重点を置いています。グリーンな電子に加え、水素やその派生物のようなグリーン分子も活用します。
グリーン水素とは何ですか。従来の、排出量の多い「グレー水素」やブルー水素とはどう違いますか。
水素は周期表で最も単純かつ最小の元素です。どのような方法で製造しても、最終的に得られるのは同じ炭素を含まない分子です。しかし、製造経路は多種多様であり、二酸化炭素（CO2）やメタン（CH4）などの温室効果ガスの排出量も方法によって異なります。
グリーン水素とは、再生可能電力を用いて水を水素と酸素に分解し、製造した水素と定義されています。グレー水素やブルー水素とは製造経路が大きく異なります。
従来、グレー水素はメタン（CH4）を水蒸気で分解し、気候変動の主な原因であるCO2とH2（水素）を生成して製造されてきました。近年は石炭から製造されることも増えており、水素の単位量あたりのCO2排出量は大幅に増えます。そのため、グレー水素ではなく、ブラウン水素やブラック水素と呼ばれることもあります。現在、工業規模で製造されており、それに伴う排出量は英国とインドネシアの排出量の合計に匹敵します。エネルギー転換への価値はなく、むしろ逆効果です。
ブルー水素はグレー水素と同じ工程で製造されますが、メタン（または石炭）から水素を分離する際に発生するCO2を回収し、長期貯留するための技術が追加されます。ブルー水素は単一の色で示せるものではなく、幅広い段階があります。発生したCO2を100％回収できるわけではなく、貯留方法によって長期的な効果も異なるためです。重要なのは、CO2の大部分を回収すれば、水素製造による気候への影響を大幅に減らせるという点です。
メタン熱分解など、高い回収率（90～95％）とCO2の固体形態での効果的な長期貯留が期待できる技術もあります。ブルー水素を大きく上回る可能性があり、「水素の分類の虹」で独自の色を与えるに値するほどです。それがターコイズ水素です。しかし、メタン熱分解はまだ実証段階にあります。一方、グリーン水素は、再生可能電力（特に太陽光発電と風力発電。ただしそれらに限らない）と水電解という2つの主要技術を基盤に、急速に規模を拡大しています。
再生可能電力は、今日、ほとんどの国や地域で最も安価な電力源です。それに対し、グリーン水素製造のための水電解は大幅な規模拡大が必要であり、今後10～20年でコストを少なくとも3分の1に下げなければなりません。しかし、CCSやメタン熱分解とは異なり、水電解はすでに商用化されており、今すぐ複数の国際的な供給元から調達できます。
グリーン水素のエネルギーソリューション
「グリーン」水素経済への移行に向けたエネルギー転換ソリューションには、どのような利点がありますか。現在のグレー水素の状況から、グリーン水素経済へどう移行できるでしょうか。
グリーン水素はエネルギー転換の重要な要素です。ただし、次にすぐ取り組むべき段階ではありません。まず、既存の電力システムを脱炭素化するため、再生可能電力の導入をさらに加速させる必要があります。低コストの再生可能電力を活用するため、エネルギー部門の電化を進め、その後、重工業、海運、航空のように電化が難しい部門をグリーン水素で脱炭素化する必要があります。
今日、CO2（およびメタン）の排出量が多いグレー水素を相当量製造している点にも留意する必要があります。まず、既存の水素需要の脱炭素化に着手することが優先事項です。例えば、天然ガス由来のアンモニアをグリーンアンモニアに置き換える方法があります。
最近の研究をきっかけに、グリーン水素が価格競争力を持つまでの移行燃料としてブルー水素を位置づける考え方が議論されています。グリーン水素は、ブルー水素に対してどのように価格競争力を高められますか。技術開発の過程で、どのような戦略的投資が必要でしょうか。
第一歩は、ブルー水素でグレー水素を置き換えるためのシグナルを示すことです。CO2排出に価格が付かなければ、企業が複雑で高額な炭素回収システム（CCS）やCO2の地中貯留に投資する事業上の根拠がありません。低炭素水素（ブルー、グリーン、ターコイズ）がグレー水素と競争できる枠組みが整ったら、次の問いが生じます。座礁資産となるリスクがあるのにCCSへ投資すべきでしょうか。また、グリーン水素がブルー水素より安くなるのはいつでしょうか。
答えは地域によって異なります。ネットゼロの世界を目指すことを表明する国が増えていますが、その世界ではブルー水素から残る排出を、除去によるマイナス排出で相殺する必要があります。これにはコストがかかります。同時に、近年、ガス価格は非常に変動が激しく、ブルー水素の価格はガス価格と強く連動しています。そのため、CO2価格の不確実性だけでなく、天然ガス価格の変動にもさらされています。
一方、グリーン水素では、太陽光発電と同じような展開が見られるかもしれません。資本集約型であるため、投資費用と資金調達コストの両方を削減する必要があります。そのため、再生可能エネルギー技術や水電解装置の製造規模を拡大するとともに、リスクの低い引き取り契約を整え、グリーン水素投資の資本コストを下げる必要があります。これにより、グリーン水素のコストを安定的に低下させられます。価格が変動し、上昇する可能性もあるブルー水素とは対照的です。
再生可能エネルギー技術はすでに成熟段階に達し、世界中で競争力のある再生可能電力を生み出せるようになりました。これは、競争力のあるグリーン水素製造の前提条件です。一方、水電解装置の導入規模はまだ非常に小さく、コストを3分の1にするには、今後30年間で規模を3桁拡大する必要があります。
現在、グリーン水素プロジェクトの計画では、2030年までに水電解装置のコストを半減できる見通しです。再生可能エネルギー資源に恵まれた場所での大規模プロジェクトと組み合わせれば、今後5～10年で競争力のあるグリーン水素を大規模に供給できる可能性があります。現在まだ実証段階にあるブルー水素には、実証規模から商用規模へと拡大し、複雑なプロジェクト（長期のCO2地中貯留など）を商用規模かつ競争力のあるコストで実施し、今後10～15年で投資を回収する時間があまり残されていません。
複数の政府が、水素燃料技術を国家戦略に盛り込んでいます。経済の脱炭素化と、より高い炭素回収率を実現する技術への需要が高まるなか、グリーン水素の長所と短所を評価する政策立案者や意思決定者に、どのような助言をしますか。
特に産業、海運、航空でネットゼロ排出を達成するには、グリーン水素が必要です。しかし、最も緊急に必要なのは次の取り組みです。
1）エネルギー効率の向上；
2）電化；
3）再生可能電力の発電を加速させる。
これらが実現すれば、脱炭素化が必要な需要は約40％残ります。この分野では、グリーン水素、現代的なバイオエネルギー、再生可能エネルギーの直接利用が必要です。電力を脱炭素化するために再生可能電力をさらに拡大すれば、再生可能電力の設備容量を増やし、競争力のあるグリーン水素を製造して、脱炭素化が難しい部門をわずかな追加コストで脱炭素化できるようになります。
グリーン水素の未来
2030年までに、水素関連のエネルギー技術はどのように発展すると考えますか。水素を動力源とする商用車の登場は予想できますか。
今後10年間で、すでに水素需要がある分野ではグリーン水素の急速な普及が期待できます。アンモニア、鉄など、既存の製品の脱炭素化がその例です。CO2に適切な価格が付くか、各部門の脱炭素化に向けた別の仕組みが整えば、水素を使う多くの産業プロセスでグレー水素をグリーン水素やブルー水素に置き換えられます。
海運と航空では、状況が少し異なります。グリーン水素を基にしたドロップイン燃料は、石油からつくられるジェット燃料やメタノールと実質的に同じで、既存の航空機や船舶にほとんど、あるいはまったく改修を加えずに使用できます。しかし、こうした燃料にはCO2が含まれます。どこかからCO2を回収して水素に加え、燃焼時に再び放出する必要があります。そのためCO2排出の問題は軽減されますが、解決には至りません。排出削減（排出ゼロではありません）に伴う追加コストを正当化する適切なインセンティブがあれば、合成燃料は2030年以前に導入できます。
今後数年で、船舶はグリーンアンモニアに切り替えられる可能性があります。グリーン水素と空気中の窒素から製造され、CO2を含まない燃料です。ただし、エンジンやタンクの交換に投資が必要であり、現在、グリーンアンモニアは重油よりはるかに高価です。
水素（またはアンモニア）を動力源とする航空機の実用化は、さらに先のことです。既存のジェット燃料航空機を置き換えるため、新たな航空機を設計、製造し、航空会社に販売する必要があります。明らかに2030年までの実現は困難です。その意味で、グリーン水素と持続可能なバイオエネルギーを組み合わせて製造するグリーンジェット燃料は、近い将来に導入できる解決策です。
結論として、今から2030年までに脱炭素化を加速する主な取り組みは、1）エネルギー効率の向上、2）再生可能エネルギーによる電化、3）再生可能電力の発電を急速に拡大すること（すでに低い再生可能電力のコストをさらに引き下げる）、4）持続可能で現代的なバイオエネルギーの規模拡大（CO2を必要とするグリーン燃料の製造などに必要）、5）グレー水素をグリーン水素で脱炭素化することです。これにより規模を拡大し、水電解のコストを下げ、グリーン水素に競争力を持たせられます。さらに2030年代に規模を拡大し、2050年までのネットゼロ排出達成を目指す準備が整います。
世界経済フォーラムは2017年以来、クリーン水素の推進を長年支援してきました。水素協議会の設立、ミッション・イノベーションとの水素イノベーション・チャレンジの立ち上げ、そしてエネルギー転換委員会と共同で、脱炭素化が難しい部門の2050年までのネットゼロ排出への移行を支援するミッション・ポッシブル・プラットフォームの創設などに貢献しています。「クリーン水素の加速イニシアチブ」の詳細はこちらをご覧ください。
