注目テクノロジ ー 2

未 来予想図ダイジェスト

人工光合成

カーボンニュートラルで注目を集める“脱炭素の切り札”
三菱ケミカルグループ エグゼクティブフェロー

時期（年）

瀬戸山亨

〜2023

2050 年カーボンニュートラル
地球温暖化・気候変動の抑制に向けた世界動向

全体潮流

国 内 化 学メーカーなどを中 心 に 研 究 が 進む
2050年までにCO₂排出ゼロ（カーボンニュートラル）を目指すことにより21世紀末における地球の平均気温の上昇を産業革命以前との比較で1.5度以内に抑えるべきというIPCC（気候変動に関する政府間パネル）の勧告は、世界の多くの国の賛同を得ているが、米水素キャリアを用い市場
レベル

水素社会炭素循環社会、サーキュラーエコノミー

市場ニーズ

国、中国、EU、日本などでの削減戦略があまり整合しておらず、現CO₂排出抑制策としては、化石エネルギーの再生可能エネルギーへの転換が効果的な手段と考えられており、太陽光発電、風力発電

市場規模

事業化時点での想定規模、商品価格

期待機能

CO2排出ゼロのエネルギー/
CO2排出の少ないエネルギー、化学品製造技術プロセスの導入量が急増しているが、他にも「脱炭素の切り札」として注目を集める技術がある。国内の化学メーカーなどが中心となって研究・開発が進められている人工光合成だ。人工光合成は、太陽光エネルギーを使って水から生産したクリーンな水素（グリーン水素）を活用し、工場などから排出されるCO₂をプラスチック等の原料とれる水素は、「新たなエネルギー」としての期待が高い。同技術を活用した新製品・新事業の提案などが計画され一部開始している。

商品レベル

人工光合成に関わる商品／事業は以下の3つに大別される。
（1）利用する事業、（3）グリーン水素の誘導品に関わる事業である。ただし製造コストに課題があることなどから、グリーン水素関連事業に先立ち、ブルー水素（天然ガスや石炭などから取り出された水素）人工光合成に関わる技術として注目したいのが、グリーン水素製技
術
レベル

個別重要技術/償却費を小さくできるかが鍵。
（b）には「光半導体電極を組み合わせた太陽電池アシストに近い水の分解」と「光触媒だけでの直接水分解」の2種類がある。前者は低コスト化と大面積化の難題がある

メタノール反応分離プロセス

導入初期：2万トン/
普及期：100 万トン/

オレフィン・燃料合成プロセス

30万トン/年：プロセス受
触媒売100トン、10億円

反応分離MeOH関連事業

小規模用：1万トン/年
大規模用：50万トン/

反応分離NH3関連事業

小規模用：1万トン/年
大規模用：50万トン/①水素ステーション用

導入初期：〜10トン/基
普及期：〜100トン/基・②化学原料用

国内：〜1000トン/年・基
サンベルト：〜5万トン/基③e-fuel用

合成LグリーンLPG：200
ソリン：200 円/kg、合成グ

粉末型光半導体の性能向上を代替とした事業が先行すると考えるのが妥当だろう。

供給できるか、または太陽光発電と電気分解を一体として総機器費

国内
水素
50万

数km2級以下、導入初
普及期：1万円/m2

グリーン
水素を用いた＊4
e-fuel 事業

グリーン水素製造プロセスに関する事業、（2）グリーン水素自体を光触媒による水の直接分解などがある。
（a）はいかに安価な電力を水素キャリア利用技術
技術実証、液化水素粉末塗布型光触媒モジュール

予定製品

技 術 課 題の 解決と低コスト化 が鍵造に関するもの。
（a）再生可能電力を用いた水の電気分解と、（b）原料・燃料の水素代替、鉄鉱石の水素還元（

CO 2 の資源化（CCS とCCU＊2 の融合状のままでの予想される気温上昇は2.7度と目標にはほど遠い。

なる基礎化学品へと変換する技術。その過程において製造・使用さCO 2 排出削減施

太陽光/風力発電の共通技術

が、高効率が得やすい。後者は光触媒粉をシートに塗布するのみであり、2030年の社会実装を目指した開発が進んでいる。
※本コラムは日経 BP 社の協力のもと、著者の見解をもとに作成しています。将来の予測に関しては当社の公式見解と異なる場合があります。

塗布型光触媒シート設計

塗布型光触媒モ

光触媒モジュール設計

安全分離モジューH2/O2分離膜性能向上

分離膜性

H2/O2安全分離膜設計

安全分離設計化石資源プロセスとの複合化
C2+H2からの化学品・燃料合成革新的触媒プロセス・
CH4やCO2を原料とする
革新触媒プロセス

触媒プロセス基CH4 改質としての逆シフト反応などい水素キャリア製造/移送システム

アンモニア、メタノール

SUMMARY

サマリー

商品トレンドリ ー ン 水素利用 に 先
1グ
立ち、化石資源由来のブルー水素を利用した水素キャリアの製造、移送、利用の検討がスタート

2024

2025

技術トレンド（CO₂回収・貯留・利2 CCSU用）
および水素キャリアと再生可能電力 を 用 い た
1 電解
シ ス テ ム ／ 可視光してのメタノールなどグリーン水素関連プロセスのインフラ開発・整備計画が進む

2026

ル実現に向けた国・地域別施策の設定

従来のメタノール、アン2 モニア合成プロセスをし水分解光触媒 シ ス テ ムの目指すべきプロセスの実現性が明確化

2027

2028のぐ触媒プロセスやその利用技術開発が、国の支援を受けて進行

2029

2030

2031

2032

2033

2034

2030 年頃のCO 2 排出量50％の実現、その後の目標の適宜見直し
LCA 評価 ＊1 の規格化 / 適宜見直し

施策の導入

サーキュラーエコノミーの実現インフラの整備・拡大の普及、EV・HEV 市場の拡大

いた輸送機器への供給、インフラ整備、燃料電池車の燃費向上

2030 年に水素ステーション900カ所、燃料電池車80万台、燃料電池バス1200 台へ替、水素専焼/混焼火力発電、ガソリンなど（、合成）

水素製造の低コスト化

術、アンモニアメタノールなどの2030 年に化石資源由来ブルー水素での社会実装、インフラ整備・拡充
排出CO 2 の低コスト回収技術、CO 2 /グリーン水素からのオレフィン＊3、合成燃料、カルボン酸水素化、水素化バイオマス化学品

合）内水素製造コスト（償却中）：350 円/kg-水素（30円/Nm3-水素、70米ドル/バレル時の改質由来水素と同等を想定）、サンベルトでの水素製造コスト：150 円/kg
（償却中）、50円/kg（償却後）、10万トン/年のオレフィン/合成燃料の生産当たりの必要水素量：〜5万トン-H2/年（変換効率90％）、
素ステーション：300〜500トン/年・基、燃料電池車4kg-H2充填、万トン/年のアンモニア生産当たりの必要水素量：〜10万トン/年 オレフィン/合成燃料製造コスト：100 円・kg
（償却中）、〜30円/kg（償却後、導入時の化石資源コストにより目標値は変動）●CO 2 排出量ゼロ以下（オレフィン/合成燃料1kg当たり）のグリーン水素とCO 2 ：−2.0kg対ナフサクラッカー：〜6.0kg、バイオエタノール：3.5kg、COG 原料（改質経由）：〜0.5kg、アンモニア合成：グリーン水素と空気：〜−1.0kg対ハーバーボッシュ法：〜 3.5kg、CO 2 の経済価値（炭素税など）●水、CO 2 、空気原料とする圧倒的に安価な原料コスト＋ 副生酸素の評価●既存化学品/燃料製造プロセスへのドロップイン型原料 転換（ 少ない設備投資、償却後の利益率の向上）

初期：2万円/m2、商用化技術/年、30億円、/年、500 億円

パイロット事業

商用化技術

ス受注：200 億円、円

パイロット事業

商用化技術

年、15億円、/年、数100 億円

商用化技術

年、20億円、ン/年、300 億円

商用化技術

基・年、350 円/kg、基・年、200 円/kg

パイロット事業

本格事業化
本格事業化
パイロット事業

パイロット事業

本格事業化
本格事業化

パイロット事業

基、350 円/kg、基・年、100 円/kg以下

パイロット事業

0 円/kg、合成グリーンガ
グリーンLNG：150 円/kg
2％

本格事業化

パイロット事業
4％

モジュール

本格事業化

10％
量産化検討

ュール設計

性能向上

計完了

人工光合成＋革新C1 化学ハイブリッド
プロセスのパイロット実証

低コスト化

基礎確立
小型パイロット

革新C1 化学パイロット実証のATR 、ドライリフォーミングはどいくつかのプロセスが完成

ルなどの利用システムの実証＊1 LCA 評価＝製品やサービスが生まれてから廃棄されるまでのライフサイクルを通じての環境負荷を評価する取り組みのこと。 ＊2 CCS は CO₂を「回収・貯蔵」する技術、CCU はCO₂を「回収・有効利用／再資源化」する技術のこと。 ＊3 オレフィン＝エチレンなどの高分子化合物の総称で「不飽和炭化水素」のこと。熱却しても塩化水素ガスなどの有害なガスなどが発生しない。 ＊4 e-fuel= 再生可能エネルギーで作られた水素と CO₂で作られた合成燃料のこと。
（出典）『テクノロジー・ロードマップ 2024-2033〈全産業編〉』（日経 BP 社）の一部を抜粋・再編集し当社作成