「水素社会構築」の現場を見る

1. はじめに

資源に恵まれない日本は、電力源の燃料の大半を海外に依存し、資源確保で大きな課題を抱えている。国民生活と産業活動の血脈であるエネルギーを海外に依存する構造的脆弱性を抱え続けているといってもよい状況である。

海外から石炭、石油、天然ガスなどの鉱物性燃料を調達しており、2017年度で15.8兆円の調達金額に達している。多い時には、27.7兆円（2013〜2014年）にもなっている。

木材・石炭などの「固体エネルギー」から石油などの「液体エネルギー」へと展開していき、今後は天然ガスや水素などの「気体エネルギー」が注目されるようになってきた。

化石燃料では、将来的には枯渇が懸念されると同時に燃焼すると二酸化炭素の排出問題があり、温室効果ガスの増加を招く可能性も指摘されているため「脱化石燃料」も重要な課題となってきている。

将来的は、海外依存から国内で自前技術でのエネルギーを調達することが可能となれば莫大な調達金額の流出がなくなる点にある。

2016年5月号の本誌の環境特集号において、「『水素社会』の到来」という題名で紹介したが(※1)、今回は、その後の進展状況を確認するために「水素社会構築」の現場を見て歩いた。その結果を報告する。

 

2. 「水素社会」がやってきた！

16世紀初頭には、硫酸（H2SO4）と鉄（Fe）の反応で「水素」（H2）が生じることが確認されており、それ以降、「水素」の軽い性質を応用して気球に使用され、飛行船へと応用展開された。

19世紀初頭には燃料電池の原理が発見されている。1929年になると、英国のICIが炭化水素の水蒸気改質技術を開発し、それ以降、様々な技術開発が進展し、100以上の「水素」を製造する方法が確立され、水素利用の応用展開が実施された。

徹底した省エネ、再エネの拡大、新たなエネルギーシステムの構築などがエネルギー革新戦略の中で検討されている。特にこれから新たなエネルギーシステムを構築するにあたって、「水素社会の構築」が見えてきた。

クリーンなエネルギーで水素と空気中の酸素と反応させて電気エネルギーを得ることができ、排出されるのは「水」であり、排ガスなどを気にすることのないクリーンエネルギーである。

2014年に策定された「エネルギー基本計画」の中で水素が中心的役割を担うと明記され、2018年のエネルギー基本計画でも「水素社会」の実現は、将来の二次エネルギーでは、熱、電気に加え、水素が中心的役割を担うことが期待されるとうたわれている(※2)。さらに、「水素・燃料電池戦略ロードマップ」が2014年6月に策定され、2017年12月に「水素基本戦略」も策定された(※3)。また、さらに「水素社会がやってくる！」のキャッチフレーズはすでに「水素社会がやってきた！」に変わった。これは前進したことを示すことになる。

では具体的にどのように変わってきたか、ということを実感するために現場を訪れてみた。その結果を写真でもって紹介したい。

 

3. 「水素社会構築」に向けてのインフラ整備状況

　「家庭用燃料電池コージェネレーションシステム」を発電する給湯器として『エネファーム』（ENE・FARM）の名前で2009年から家庭に入り込み、すでに累積普及台数は20万台に達している。知らぬ間に「水素社会の構築」が家庭で実施されていたのである。

　また、トヨタが2014年12月に、ホンダが2016年3月に、それぞれ燃料電池車を市販したことによって一躍、「水素社会の構築」の重要性が世の中に広く知れ渡った。表1に示すように新エネルギー車の一つとされる燃料電池車が量産化され、その車の燃料として"水素"が使われる。そのため、燃料補給の水素ステーションの導入が重要となってきた。

 

 

1. 水素ステーション

　水素ステーションは、水素製造装置 （オンサイト型の場合）＋水素貯蔵設備＋圧縮機＋蓄圧機＋ディスペンサー＋プレクール＋弁・継手などで構成される。水素漏れを検知するセンサーなども重要な部品となってきた。水素ステーションには図1に示すように「オンサイト型」と「オフサイト型」がある。

 

　水素ステーションの整備として2016年3月末までに関東、中部、名古屋、福岡の4大都市に100カ所の水素ステーションを整備することで計画され、2016年3月末現在で81基が設置された。

　そして2018年3月末で他国に先駆けて100カ所の設置となり、目標に対して2年遅れで達成した。

　ちなみに米国31カ所、ドイツ44カ所の設置となっているのと比較すれば、日本の設置台数は他国より多く、「水素社会の構築」に向けて一歩、リードしていることがうかがえる。

　商用水素ステーションを2020年度までに160カ所程度、2025年度までに320カ所、2030年までに900カ所の設置目標を掲げている。2018年7月現在、計画中も含めると111カ所となっており、2020年の目標まで約50カ所を残すのみとなってきた。

　水素ステーションは、JXTGエネルギー（ENEOS）、岩谷産業、日本エア・リキード、東京ガス、ニモヒス、出光興産、清流パワーエナジー、静岡ガス、中部ガス、豊通エア・リキードハイドロジェンエナジー、東邦ガス、みえ水素ステーション、大阪ガス、広島トヨタトレーディング、広島トヨペット、高松帝酸、四国太陽日酸、西部ガス、江藤酸素など19社が設置している。その中で代表的な例として関東地区で身近に見ることのできる水素ステーションを示すと表2のようになる(※2)。

 

　水素ステーションは単独で設置される場合はまれで、表3に示すようにガソリンスタンド、ショールーム、コンビニエンスストア、ガス製造拠点などとの併設型が多く、必要な時に車で水素を運搬する移動式の水素ステーションもある。

　関東のみならず九州の福岡県の北九州や糸島なども訪問して「水素社会の構築」の実態を調査した。ここでは、関東地区での代表的なタイプ別の事例を写真でもって紹介しよう。

 

（1） ガソリンスタンド併設型水素ステーション（ENEOSのDr. Drive上飯田店）

　もっとも多い例の水素ステーションとなる。ガソリンなどの給油所は多い時には約6万カ所も存在したが、今や3.1万カ所まで減少している。給油所の新しい付加価値として水素ステーションも併設する形が出てきた（写真1）。

 

 

（2） ショールーム併設型水素ステーション（イワタニ芝公園）

　TOYOTA MIRAIショールームを併設し、2014年12月に発売された燃料電池自動車「MIRAI」を展示し、映像などを使って車両や水素などの特徴などを紹介する水素ステーションとなっている(※5)（写真2）。この水素ステーションには東京タワーから歩いて行ける距離にある。

 

 

（3） コンビニエンスストア併設型水素ステーション（イワタニ水素ステーション東京池上）

　セブン‐イレブン大田区池上8丁目店との併設タイプの水素ステーションで第二京浜道路に面した位置にある。（写真3）コンビニエンスストアに買い物ついでに車に燃料を補給する場合に便利である。(※6)

 

 

（4） ガス製造拠点併設型（川崎水素ステーション）

　酸素、窒素、アルゴンなど製造するガス会社である川崎オキシトン川崎工場に隣接した日本エア・リキードの水素ステーションで、オフサイト方式の水素ステーションで、ガスに関しては豊富な知識を有しており、それを活かした水素ステーションとなる（写真4）

 

　この水素ステーションの近くのキングスカイフロントに東急REIホテル（写真5）があり、ホテル全体の約3割の電気と熱を純水素燃料電池（H2Rex／東芝）と水素（昭和電工で廃プラスチックで生産）で発電した電力で賄うホテルで「水素ホテル」で知られる。なお、純水素燃料電池システムは、ホテル入口の右側にガラス張りで見学ができるように配慮されている。

 

（5） 移動式水素ステーション

　移動可能なトラックの荷台に水素充填装置を積んで決まった場所に運び、水素の充填を受けることができる場所となる。移動しながらデリバリー方式で充填するのではない。移動式水素ステーションは、燃料電池自動車の導入初期である現状において、需要地のニーズに合わせて柔軟な対応が可能という特徴がある(※7)（写真6）。

 

 

2. 自立型エネルギーシステム

　「世界初の自立型水素エネルギー供給システム」として、東芝が「H2One」の商品名で販売を開始し、川崎マリエン（写真7）、ハウスデンボスの「変なホテル」、横浜港流通センター、JR武蔵溝ノ口駅（写真8）、東急建設技術研究所などに導入されて稼働している。

 

 

　川崎マリエンでは、テニスコートの近くに太陽光発電設備、蓄電池、水素を製造する水電気分解装置、水素貯蔵タンク、燃料電池などを組み合わせた自立型のエネルギー供給システムH2Oneを設置し、東扇島中公園バーベキュー場の屋根に太陽光発電パネルが搭載され、再生可能エネルギーを使って水を電気分解し、「水素」を得ている。水と太陽光のみで稼働できるため、災害時にライフラインが寸断された場合でも、自立して電気と温水が供給でき、周辺地域の帰宅困難者の一時滞在施設に指定されている川崎マリエンにおいては、貯蔵した水素を使い、300名に約1週間分の電気と温水を供給することができるシステムになっている(※8)。

　次にJR武蔵溝ノ口駅では、蕎麦屋の跡地を活用してホーム内に蓄電池、水素製造装置、水素貯蔵タンク、純水素燃料電池で構成されたシステムを設置（写真8）し、太陽光発電で得た電力で「水素」を製造している。

　災害時にライフラインが寸断された場合においても、系統電源に頼ることなく必要なエネルギーを供給することができ、発生した「水素」は、タンクに貯めておき、災害時には「水素」を用いて燃料電池で発電し、コンコースやトイレなど駅構内の照明用に供給ができる仕組みになっている。

　平常時は、電力はホーム上の照明に供給し、お湯はホームの待合スペースに設置するウォームベンチを温めるために使用されている(※9)。

 

4. 「水素社会構築」に向けての実証実験

　横浜の京浜臨海部に風力発電機「ハマウィング」が設置されており、その風力発電機で得た電力で、自立型エネルギーシステム（H2One）を使って、水を電気分解して、"水素"を製造し、水素用コンテナで水素を必要とする場所に運び、倉庫で使用する燃料電池フォークリフトで使用する一連の実証実験を神奈川県、横浜市、川崎市、岩谷産業、東芝、トヨタ自動車で実施している（写真9〜写真19）。

 

 

　燃料電池フォークリフトの燃料電池は、トヨタの「ミライ」で使用しているセルを使用している。倉庫内ではガソリン駆動のフォークリフトでは排気ガスが出て好ましくなく、排気ガスの排出しないフォークリフトが要望される背景がある。燃料電池フォークリフトは排出するのは「水」なので問題ない。

　ただし、倉庫内を、水をまき散らすような形となるので、排出する水は、貯めておいて、ときおり、倉庫外で排出する作業が必要となることが実証実験で判明している（写真20）

 

 

5. 展望

　「水素」は石炭や石油のように採掘すれば取れるものではなく、2次エネルギーである。2次エネルギーは１次エネルギーを加工し、使いやすくしたエネルギーと定義されている。

　ここでは第一の2次エネルギーを「熱」、第二の2次エネルギーを「電気」と見なすと熱エネルギーは蒸気機関を生み出し、電気エネルギーは毎日の生活に欠かせず、両エネルギーとも我々の生活を豊かに快適にしている。

　「水素」も今後、2次エネルギー源となるかが課題でもある。しかし、現場を歩いてみて感じたのは着実に「水素社会構築」に向かって前進しているのが判明したことである。

　全国を歩いて再生可能エネルギーに関して取材した結果を2016年11月号の本誌で、『『再生可能エネルギー』の現場を見る』との題名の中で、再生可能エネルギーへの取り組みが各地で着実に増えていることを報告した(※10)。

　1次エネルギーの原料を反応させるなどして「水素」を製造する場合には、どうしても二酸化炭素が排出される課題がある。しかし、再生可能エネルギーで余剰となった電力で「水」を分解して「水素」を得る場合には二酸化炭素の排出がなく、この方式による「水素」の製造は夢物語ではなく、「水素」が2次エネルギーとして実用化される時代が近づいていると感じた次第である。

　風力や太陽光などで得た再生可能エネルギーを使って豊富に存在する「水」を使って「水素」を得る方法の今後の進展に注目したい。

　まさに「水素社会がやって来る！」から「水素社会がやって来た！」のステージに到達したといえよう。さらなる進展を促進させるためには、「水素」をいかにコストに見合う2次エネルギーにするかにある。それには低コスト化に向けての技術開発が必要となってくる。

　第三の２次エネルギーとしての水素エネルギーの今後の発展に期待したい。

 

＜ 参考資料 ＞

(※1）青木正光,"「水素社会」の到来" エレクトロニクス実装技術 Vol.32 No.5 pp16〜pp24（2016）

(※2）エネルギー基本計画 2018-03
http://www.enecho.meti.go.jp/category/others/basic_plan/pdf/180703.pdf

(※3）水素基本戦略 再生可能エネルギー・水素等関係閣僚会議 2017-12
http://www.meti.go.jp/press/2017/12/20171226002/20171226002-1.pdf

(※4）https://燃料電池.net/fcv/station.html

(※5）http://www.iwatani.co.jp/jpn/newsrelease/detail_1225.html

(※6）http://www.iwatanigas.co.jp/gas/station.html

(※7）http://www.city.kawasaki.jp/300/page/0000072549.html

(※8）http://www.toshiba.co.jp/about/press/2015_04/pr_j2002.htm

(※9）https://www.toshiba.co.jp/about/press/2017_04/pr_j1701.htm

(※10）青木正光、「再生可能エネルギー」の現場を見る、エレクトロニクス実装技術 Vol.32 No.11 pp30〜pp37（2016）