エネルギー媒体として期待される「水素・アンモニア」の可能性と課題

本連載は、日経産業新聞（2021年10月～11月）に連載された記事の転載となります。以下の文章は原則連載時のままとし、場合によって若干の補足を加えて掲載しています。

利用時に二酸化炭素（以下、CO2）を出さないエネルギー媒体として水素やアンモニアへの期待が高まっています。東京五輪・パラリンピックの大会車両に水素を使う燃料電池車両（FCV）が導入され、開会式の聖火が水素で点火されるなど、水素エネルギーが大々的に活用されたことは記憶に新しいと思います。
2050年のカーボンニュートラルに向けた政府の「グリーン成長戦略」で成長が期待される主要14分野の1つに水素・燃料アンモニア産業が挙げられ、また、欧州委員会も2020年に新たな水素戦略を発表しています。今回は水素とアンモニアの可能性や課題について解説します。

水素はほかのエネルギーで製造する2次エネルギーであり、エネルギーを貯める・輸送する手段として発電・産業・運輸など幅広い分野で活用が期待されています。
しかし、水素がすべてクリーンというわけではありません。化石燃料が原料で製造時にCO2の排出を伴うものを「グレー水素」、化石燃料を使いCO2を製造途中で回収した場合は「ブルー水素」、再生エネルギーで水を電気分解しCO2の排出を伴わないものを「グリーン水素」として区別しています。水素による脱炭素化は製造から輸送、利用まで水素サプライチェーン全体のCO2排出量を考慮する必要があるのです。
水素の製造面での課題はコストと言えます。グリーン水素を作る水の電気分解にこれまでは高価な希少金属が触媒として必要でしたが、低コストにするため、安価な材料を使う新たな触媒の開発が世界で進んでいます。また、輸送面にも課題があります。再エネによる電力供給に限界のある日本が水素を大量に使うには海外調達する必要があるため、運搬船の大型化などによる水素輸送・貯蔵コスト低減が求められています。
水素の利用法として、燃料電池、石炭の代わりに水素を使う「水素還元製鉄」などのほか、水素とCO2を反応させて作る液体合成燃料「e-fuel」があります。e-fuelを燃焼させる際に発生するCO2は、原料のCO2が回収したものであれば相殺され、e-fuelは既存のタンクローリーなどの供給インフラやエンジンなどの内燃機関を有効活用できるほか、バイオ燃料と異なり工業的な量産が可能なため、化石燃料から置き換えれば、CO2の排出量を抑える効果が見込まれます。

水素と窒素から作るアンモニアは、水素の輸送手段としての役割や、CO2を排出しないクリーンな燃料としての役割を持っています。アンモニアの輸送には既存のタンカーが活用でき、水素に比べて輸送コストが低いことが特徴です。製造や輸出の供給拡大に向け、グリーンアンモニアのサプライチェーン構築の動きが活発化しています。
ただ、現状でアンモニアの主な用途は火力発電に限られ、その燃やし方も石炭と混ぜて使う「混焼」にとどまっています。このため、混焼割合の向上やアンモニアだけを燃やす「専焼化」に向けて実証実験が進められています。将来的には発電だけでなく、電動化が難しい船舶の燃料として直接燃焼できるエンジンの開発も期待されています。

KPMGコンサルティング
シニアコンサルタント　井上 月菜

日経産業新聞　2021年10月26日掲載（一部加筆・修正しています）。この記事の掲載については、日本経済新聞社の許諾を得ています。無断での複写・転載は禁じます。