ネットゼロへの移行において、水素は重要な役割を担います。その可能性を実現するには、早急に規模を拡大する必要があります。
デジタルツイン（現実世界のインフラを仮想的に表現したもの）は、再生可能エネルギーのコストを下げ、グリーン水素の生産拡大を可能にします。
デジタルツインを活用して数兆ドル規模のエネルギー資産基盤を転用することも、増大する需要に応えるブルー水素の生産拡大につながります。
水素には、化石燃料への依存を終わらせ、2050年までにネットゼロ排出へ移行するための大きな可能性があります。燃料として使用すると副産物として水だけを生み出し、長距離輸送など、電化が難しく脱炭素化が困難な産業の脱炭素化にも貢献できます。
水素は、宇宙で最も一般的な分子の一つです。水素分子（H2）は、水素原子（H）を含む分子を分解して生成されます。ただし、このプロセスの方法によって環境への影響が決まります。
• グレー水素は、現在生産されている水素の中で最も一般的な種類です。主に精製業や化学産業で、肥料や石油などの製品を作るために使用されます。グレー水素は一般に、メタンから水素原子を分離する一方で二酸化炭素を排出する、メタン水蒸気改質によって製造されます。
• ブルー水素は、グレー水素と同じ方法で製造されます。ただし、製造過程で発生する二酸化炭素は、二酸化炭素回収・貯留技術で回収され、地下に貯留されます。二酸化炭素回収・貯留の価格が下がるにつれ、ブルー水素は世界的に実用性が高まり、世界での導入が拡大しています。
• グリーン水素は、再生可能エネルギーと電気分解を利用して、水を水素と酸素に分解します。
数兆ドル規模の化石燃料資産基盤の転用
現在、水素生産者と購入者の間で、まだ生産されていない水素を販売するための多数の引取契約が結ばれており、ブルー水素への需要が高まっています。ブルー水素の供給は需要に追いついていません。
幸い、この課題を乗り越えるには、すでに大量の水素を生産している現在の数兆ドル規模のエネルギー資産基盤を転用する大きな機会があります。
製油所を例に挙げましょう。ほとんどの製油所にはメタン水蒸気改質装置があり、高圧水蒸気とメタンを反応させて、水素、一酸化炭素、二酸化炭素を生成し、グレー水素を製造しています。将来的には、製油所に二酸化炭素回収・貯留技術を導入して二酸化炭素を回収し、ブルー水素を製造して、脱炭素化が困難な分野に供給できます。
既存の石油・ガスインフラを転用する別の例として、洋上風力エネルギーを利用する水素製造拠点へ既存の洋上石油・ガスプラットフォームを転換し、パイプラインで水素を陸上へ輸送する方法があります。例えばオランダでは、コンソーシアムが洋上風力のみで電力を賄う、石油プラットフォーム上での世界初の洋上グリーン水素プロジェクトを建設しています。
デジタルツインは、2つの方法でこうした転用を支援できます。第一に、デジタルツイン技術は、石油・ガスインフラの寿命を延ばすうえで役立ちます。構造物の応力がかかっている箇所を特定し、技術者が先回りして補修できるよう、センチメートル単位で示します。これにより、メタン水蒸気改質装置や石油・ガスのターミナルなどの資産を、廃止して新たな資産を建設し、将来にわたって排出を固定化するのではなく、ブルー水素の製造に転用できるまで稼働させ続けることができます。
第二に、老朽化した資産基盤を水素製造に転用すると、インフラは設計時とは異なる運転条件にさらされます。デジタルツインソフトウェアは、水素製造に必要な運転条件が安全であることを実証できます。例えば、デジタルツインソフトウェアはすでに、製油所の立ち上げ時間を6～12時間短縮できることを示しています。将来、水素を輸送するうえで最も経済性の高い方法はガスとして輸送することになるため、既存のパイプラインが水素を安全に輸送できることを実証する必要があります。
再生可能エネルギーのコストを下げて競争力を高める
グリーン水素もネットゼロへの移行において重要な役割を担い、今後数年間で飛躍的に成長すると見込まれています。例えばインドは、自国企業をガスの主要な生産者、消費者、輸出者にするため、24億ドルの補助金パッケージを承認したばかりです。
ネットゼロの達成に十分なグリーン水素を製造するには、膨大な量の再生可能エネルギーが必要です。国際エネルギー機関の試算によると、2027年までにグリーン水素製造専用の再生可能エネルギー発電容量を50GW確保する必要があり、これは100倍の増加に相当します。さらに、この再生可能エネルギーのコストを、競争力を持てる水準まで下げなければなりません。
大きな成長の可能性を秘めた浮体式洋上風力を例に考えてみましょう。浮体式洋上風力は、水深や海岸からの距離に制約されず、大量の電力を生み出せます。しかし、現状では発電コストが高すぎるため、グリーン水素向けの再生可能エネルギー源として経済的に成り立ちません。
ここで、デジタルツインは主に4つの方法で重要な役割を果たします。
1. 技術者がより安価で無駄の少ない設計を行えるようにし、浮体式洋上風力プロジェクトの初期費用を抑える。
2. 不確実性を減らし、プロジェクトをすぐに融資可能な状態にする。
3. 技術者が予防保全や予知保全を実施できるようにし、保守費用を削減する。
4. デジタルなフィードバックループを作り、次世代プロジェクトのコストをさらに削減する。
例えば、高度なデジタルツインを活用すると、洋上風力の基礎をより優れた設計にでき、鋼材重量を最大30%削減しながら同等の性能を維持できるため、最適化されたタービンの建設費用を大幅に抑えられます。
デジタルツインでネットゼロの未来を実現する
2050年までにネットゼロ排出を達成するには、利用可能なあらゆる手段を活用しなければなりません。水素はその手段の一つであり、次世代デジタルツインはその支点の一つです。アルキメデスの有名な言葉に、「立つ場所と十分な長さのてこ、そして支点を与えてくれれば、地球を動かしてみせよう」があります。
