欧州における電池推進船の動向調査

２０１８年３月

一般社団法人 日 本 舶 用 工 業 会
一般財団法人 日 本 船 舶 技 術 研 究 協 会

はじめに船舶に関しては、昨今、国際海事機関（IMO）等で策定された大気汚染や地球温暖化の防止に係る環境規制に対応するため、これまで主に使用されてきたディーゼルエンジンから動力システムの転換が徐々に進みつつある。主なものとしては、LNG 等の新燃料を使用するエンジンや電池を動力源とするシステム（電池推進システム）が挙げられる。電池を動力源とする電池推進船については、欧州を中心に燃料電池を使用する船舶の技術開発が進められてきたが、最近では、同地域において、リチウムイオン電池等を使用したシステ
ムが開発され、また、電池推進システムを単独使用した船舶や、ディーゼルエンジン又は
LNG デュアルフュエルエンジンを組み合せたハイブリッドシステムを導入した船舶等が現れ、実運航している例も報告されている。
電池推進システムは、ハイブリッドシステムを除き、従来のディーゼルエンジン等の内燃機関とは全く異なるシステムとなるため、電気自動車の企業参入の事例と同様に、欧州
では、電池メーカー等これまで船舶との関わりが薄かった企業が電池推進船の開発・製造に参画していることは注目に値する。
世界的に電気自動車の開発・導入が進み、実用化の障害となっている電池の省スペース化、大容量化、低価格化、充電時間の短縮化、充電ステーションの整備促進等の課題が解決されれば、船舶においても電池推進船の開発・導入が一気に進むことも考えられる。
我が国舶用工業事業者等が電池推進船及び関連技術の開発・導入を図るためには、先行する欧州における電池推進船の動向を把握することが不可欠であることから、欧州における電池推進船の開発・導入に係る各種情報を整理・分析する調査を実施した。
ジャパン・シップ・センター
舶用機械部

2

目

次

1

要旨 ···········································································································12

はじめに ·····································································································2

3

技術 ···········································································································33.1

バッテリー技術 ······················································································· 33.1.1

バッテリー技術パラメーター ······························································· 4

3.1.2セルの設計と化学特性 ········································································ 53.1.3

舶用バッテリーシステムの構成 ···························································· 7

3.1.4

バッテリー技術開発の進歩 ·································································· 93.2

燃料電池技術 ························································································ 10

3.2.1

利用可能な燃料電池技術 ··································································· 12

3.2.2

舶用利用に有望な燃料電池技術 ·························································· 18

3.3

電気及びハイブリッド推進技術 ································································ 22

3.3.1

4

はじめに ························································································ 22

3.3.1.1

従来の機械駆動推進方式 ··························································· 23

3.3.1.2

ディーゼル電気推進方式 ··························································· 24

3.3.1.3

エネルギーの分散型貯蔵 ··························································· 24

3.3.1.4

直流配電ハイブリッド ······························································ 25

3.3.1.5

完全電気推進方式 ···································································· 26

市場の現状 ································································································ 27
4.1

バッテリー推進船及びバッテリー・ハイブリッド船 ····································· 27

4.1.1

バッテリー推進船の主な船種 ····························································· 30

4.1.1.1

完全電気推進 vs ハイブリッド ·················································· 31

4.1.2

市場成長予測 ·················································································· 32

4.1.3

市場成長予測：まとめ ······································································ 33

4.1.4

完全電気推進船：まとめ ··································································· 344.2燃料電池船 ··························································································· 36

4.3

研究開発プロジェクトの概要 ··································································· 38

4.3.1

E-FERRY ······················································································ 38

4.3.2

BB Green：グリーンな高速フェリー ·················································· 38

4.3.3

Yara Birkeland ··············································································· 39

4.3.4

ReVolt：ゼロ排出無人航行船プロジェクト ··········································· 39

4.3.5

Teekay：ハイブリッド・シャトルタンカー・プロジェクト ····················· 39

4.3.6

HYBRIDShips：水素フェリー ··························································· 40

4.3.7

SHORT SEA PIONEER：船舶とロジスティックス ······························· 41

4.3.8

PLAN B ENERGY STORAGE（PBES）：CellSwap バッテリー技術 ········ 41

4.3.9

HH Ferries：電気推進フェリー ························································· 42

4.3.10

GREEN COASTAL SHIPPING プログラムの第 3 フェーズ ··················· 43

4.3.11

BECKER MARINE：COBRA バッテリーシステム ······························ 43
3

4.4
5

バッテリー・ハイブリッド船の使用燃料 ···················································· 43

基金及び補助金制度 ···················································································· 46
5.1

EU ····································································································· 46

5.2

ノルウェー ··························································································· 47

6

燃料の利用可能性 ······················································································· 49

7

製造事業者 ································································································ 50

82020 年以降の動向 ······················································································ 54

参考資料 ········································································································ 56
添付資料 APPENDIX I：バッテリー技術の基本 ···················································· 57
添付資料 APPENDIX II：有望な舶用燃料電池技術 ··············································· 61
添付資料 APPENDIX III：EU の補助金制度 ························································ 64
図
図 1：バッテリーの構成：セルからモジュール、パックから大型システムへ ················ 4
図 2：リチウムイオン電池の内部要素と動作 ·························································· 6
図 3：一般的な舶用バッテリーシステム ································································ 7
図 4：全固体電池技術の仕組み ············································································ 9
図 5：水素燃料電池の基本構造 ·········································································· 11
図 6：アルカリ電解質形燃料電池システムのフローチャート ··································· 12
図 7：AFC の構造 ··························································································· 13
図 8：PEMFC のフローチャート ········································································ 13
図 9：PEMFC の構成 ······················································································· 14
図 10：DMFC フローチャート ··········································································· 14
図 11：DMFC の構成 ······················································································· 15
図 12：PAFC のフローチャート ········································································· 15
図 13：PAFC の構成 ························································································ 16
図 14：MCFC のフローチャート ········································································ 16
図 15：MCFC の構造 ······················································································· 17
図 16：SOFC のフローチャート ········································································· 17
図 17：SOFC の構造 ························································································ 18
図 18：直接機械駆動推進とディーゼル電気推進 ···················································· 22
図 19：電気要素のシンボル ··············································································· 23
図 20：バッテリー・ハイブリッド電気システムを搭載した機械駆動推進 ··················· 24
図 21：ディーゼル・電気ハイブリッド推進 ·························································· 24
図 22：分散型バッテリーを持つハイブリッド・バッテリー推進 ······························· 25
図 23：電気／機械駆動ハイブリッドの電力システム、プラグイン・バッテリー・
ハイブリッド、及び直流配電システム ······················································· 26
図 24：完全電気推進船（オール電化船）のバッテリー推進システム ························· 26
図 25：バッテリー推進船及びバッテリー・ハイブリッド船の国別就航状況 ················ 27
4図 26：バッテリーを使用する商船数 ··································································· 28
図 27：バッテリーを使用する商船数の状況（就航中、係留中、建造中、不明） ·········· 28
図 28：バッテリー推進船の新造とレトロフィットの割合（隻数） ···························· 29
図 29：バッテリーの主目的（船舶数の割合） ······················································· 29
図 30：船種別バッテリー出力合計（上位 10 船種） ··············································· 31
図 31：バッテリー技術の種類別船舶数 ································································ 32
図 32：バッテリー推進船及びバッテリー・ハイブリッド船の使用燃料比率（隻数） ···· 44
表
表 1：燃料電池技術の一覧 ················································································ 21
表 2：完全電気推進船一覧 ················································································ 35
表 3：舶用燃料電池プロジェクト一覧 ································································· 37
表 4：舶用バッテリーメーカー一覧 ···································································· 51
表 5：燃料電池メーカー一覧 ············································································· 53
表 6：燃料電池評価のパラメーターと重要度 ························································ 62
表 7：燃料電池技術の評価 ················································································ 63

5

1

要旨
舶用バッテリーシステム及び様々な代替燃料は、技術進歩と厳格化する環境規制により利用が促進されている。Maritime Battery Forum の登録船統計によると、現在、バッテ
リーを動力として使用する船舶は、発注済みの船舶を含めた場合、200 隻を超える。その
約 40%はノルウェーの船舶である。バッテリーセルの化学特性と組成の開発は進んでおり、新たな材料の組合せも一般的となっている。過去数年間の出力と価格の動向もバッテリーの普及大きく貢献している。バッテリー技術の次の段階は、全固体電池（solid statebattery）である。全固体電池技術の研究開発は進んでおり、自動車メーカーが主体となって市場化を目指している。将来的には、多くの船種の舶用バッテリーとしても全固体電池が主流になると予想される。現在、舶用バッテリーを搭載している主な船種は、旅客船、オフショア船、作業船、及び出力需要が変動する他の船種である。遠洋航行船舶は、その出力需要の大きさから、バッテリーの利用は部分的なものから開始されると予想される。
現時点では、大部分のバッテリー推進船は沿岸航行船である。
燃料電池（フュエルセル）の舶用利用は未だ初期段階ではあるが、大いに注目されている技術である。多くの異なる技術が利用可能であり、いくつかの舶用プロジェクトが進行中である。燃料電池技術は実用化されているが、舶用利用に関しては、更なる技術開発と承認プロセスが必要となっている。
代替燃料の普及に関しては、港湾と燃料供給業者、又は船主（燃料ユーザー）のどちらが先に動くかという「鶏と卵」のジレンマ状態にある。船主にとっては、寄港先の港湾におけるインフラが整備されていない状態で新技術を導入することは大きなリスクである。
逆に、港湾事業者と燃料供給業者にとっては、インフラを整備しても船主がそれを使用しない場合のリスクは大きい。代替燃料の導入を先導する事業者と船主の相互協力が必要となる。これまでの実績から、船主はインフラが未整備の場合には新技術の導入には消極的である。
環境規制の厳格化と技術進歩に伴う今後の動向としては、船舶のエネルギー生産を調整し、最適化するバッテリーは、将来的には大部分の船舶に標準搭載されると予想される。
現時点では、ゼロ排出を実現可能な技術は、バッテリー以外では燃料電池のみである。燃料電池には、エネルギー量は燃料タンクのサイズで変化させることが出来るという利点がある。バッテリーのエネルギー量は内蔵エネルギーの量のみである。
石油由来の燃料は、2050 年時点でも船舶が使用するエネルギーの大きな部分を占めると予想される。DNV GL の予測では、2050 年には約半数（47%）の舶用エネルギーが石油精製燃料、32%がガスで、炭素排出量（カーボン・フットプリント）を大幅に削減する電力やバイオ燃料等の代替燃料の利用は 21%に止まる。全エネルギーの 37%を使用する近距
離海運では、電力のシェア（9%）が高まると予想される。

6
－ 1 －

2

はじめに
舶用バッテリーシステム及び様々な代替燃料は、技術的な進歩に加え、厳格化する環境規制により開発が促進されている。新技術の普及過程では、常に安全性、規制と承認制度の欠如等の挑戦が伴う。現時点では、バッテリー、燃料電池（フュエルセル）、水素に関する明確な国際規則が存在しない。国際海事機関（IMO）は現在、燃料電池に関する規則を策定中であるが、バッテリーに関する規則はない。水素の貯蔵方法ももう一つの課題である。DNV GL は、船級協会としてバッテリーと燃料電池使用に関するルールを定めている。
本報告書では、民間のバッテリー推進船及びバッテリー・ハイブリッド推進船に関する調査を実施した。民間の商船を対象とし、レジャーボートと艦艇は含まない。
本報告書は、主に現在利用可能なバッテリー技術とその開発動向を概説した。さらに、燃料電池にも言及した。主な調査事項は以下のとおり。
z

現在、船舶に利用されているバッテリー技術と今後の開発動向

z

船舶に利用されている水素及びメタノールをエネルギー源とした燃料電池技術

z

電気、ハイブリッド、プラグイン・ハイブリッド等のハイブリッド船の構成z

関連エネルギー及び燃料のバンカリング：陸上電力、メタノール、水素、LNG

z

バッテリー推進船及びハイブリッド船に関する EU 等の補助金制度z舶用バッテリー及び燃料電池の供給業者

z2020 年～2050 年の舶用燃料の動向

7
－ 2 －

3

技術
本章では、バッテリー及び燃料電池に関する考察を行う。また、主なハイブリッド構成にも言及する。
3.1

バッテリー技術バッテリーは、電気貯蔵が可能な応答性に優れた電気化学システムである。未使用又は余剰エネルギーを貯蔵し、オペレーターは運航中の船舶の需要に合わせてエネルギーを活用することが出来る。近年の技術進歩によりバッテリーシステムの性能は向上し、同時に価格は低下傾向にあるため、新市場においては競争力のあるシステムとなっている。
現在、船舶で利用されているバッテリーの主流は、リチウムイオン電池である。鉛蓄電
池やニッケルカドミウム電池等の水溶液系電解質を使用した従来型電池と比較して、リチウムイオン電池は、エネルギー密度が高く、ユニット当たり 2～8 倍のエネルギー貯蔵が可能である。エネルギー密度の高さと可燃性の電解質の組合せは、安全性の確保が難しい
ため、リチウムベースのバッテリーシステムは、高い設計力、電子制御システム、安全運
航のための機械設計が必要となる。
使用される原材料以外でリチウムイオン電池のコアとなるのは、セルである。舶用バッ
テリーは、数万個のセルで構成される。全てのリチウムイオン電池はセルの集合体である。
船舶、陸上施設、自動車等に使用される大型バッテリーシステムでは、特定数のセルが標準モジュールに組み込まれている。図 1 に示すとおり、このモジュールは他のモジュールと組み合わせられ、通常 1,000V 以上の標準システム電圧を発揮する。モジュールの集合
体は「パック」又は「ラック」（rack）と呼ばれ、各用途の電力需要に従って特定電圧を供 給 す る 。 陸 上 施 設 向 け に 設 置 さ れ た バ ッ テ リ ー の 最 大 出 力 は 約 120MWh 、 船 舶（Scandlines）に搭載されたバッテリーの最大出力は 2.7MWh、電気自動車（Tesla S 85）の最大出力は 0.085MWh である。
舶用利用に際しては、各船舶の電力需要に応じてモジュールが設計され、メーカーが製造したセルが組み込まれる。セルメーカーの多くはモジュールの組立ても行うが、舶用環境に適したモジュールの製造は特殊技術である。また、いくつかの企業はグループ内でセル及びモジュールの製造を行っており、カスタム化した製品の製造が可能であるが、大規
模なセルメーカーのように最新のセル技術の利点（低価格化）を反映することは難しい。

8
－ 3 －

図 1：バッテリーの構成：セルからモジュール、パックから大型システムへ

バッテリーシステムは、通常バッテリーメーカーが設置、接続を行い、その他の設置作
業は造船所が担当する。作業には、各規則とメーカー仕様に従ったガス検知器、換気シス
テム、空調システム、防火・消火システム、外壁、ケーブル配線の設置が含まれる。
3.1.1

バッテリー技術パラメーター

現在、船舶に利用されている電池は、リチウムイオン電池のみである。リチウムイオン
電池には、対象とする用途による違いの他、製造の品質、電子化学構造、エンジニアリン
グ等に多くのバリエーションがある。幅広いリチウムイオン電池のバリエーションがある
ため、それぞれの用途に適した電池を選択することが重要である。電池を選択する際の主な要件は以下のとおり。
z

エネルギー密度：特定面積又は重量当たりに貯蔵された電気の量（kWh）。電気自動車の走行距離で比較することが出来る。

z

出力密度：出力可能な電気の量（kW）。自動車の加速と同様に考えられる。バッテリーが大型化すると出力も増加するため、ユニットエネルギー（kWh）当たりの出力（kW）は「C レート」と呼ばれる重要な要件である。

z

コスト：リチウムイオン電池の低価格化は、普及への重要な要素となっている。

z

寿命：電池寿命は、種類と使用方法によって異なる。劣化の過程は複雑である。全ての電池は同じ原因により劣化するが、様々な要因への反応レベルは電池の種類によって異なる。電池には、使用によるサイクル寿命と経年変化によるカレンダー寿命がある。過度の使用によりバッテリーの劣化は早くなる。
9－ 4 －3.1.2セルの設計と化学特性

前述のように、リチウムイオン電池は、製造の品質、電子化学構造、エンジニアリング
等の要因によって大きな差異がある。
製造の品質は、欠陥のないセルの製造とセル間の一貫性を確保するための製造工程の厳密な管理に主として影響される。リチウムイオン電池の大部分は「クリーンルーム」で製造される。船舶に搭載される電池システムは数千個又は数万個のセルで構成されており、セルの一貫性のある動作により最大の効果が得られる。バッテリー管理システム（battery
management system：BMS）機能の中のバランス機能が、全バッテリーを制御し、他のバッテリーと同様に作動させる。
製造の品質以外でも、セルはその設計とエンジニアリングにより大きく異なる。リチウ
ムイオン電池の主な構成要素を図 2 に示す。セルは、充電及び放電時にリチウムイオンが両極間を移動する正極と負極から構成されている。正極及び負極の材料と設計がバッテリーの特性を決定する。リチウムイオン電池の大部分は負極材として炭素又は黒鉛を使用しているため、バッテリーの特性とは正極材の化学構成を指す。正極材としては使用される物質は、マンガン酸リチウム（LMO）、リン酸鉄（FePO4、LFP）、ニッケルコバルトマン
ガン（NCM）、コバルト酸リチウム（LCO）、その他の組合せである。舶用及びその他の市場で最も広く使用されている 2 つの正極材は、NCM と LFP1である。LFP は最初に製造されたリチウムイオン電池で、幅広い温度で作動することが特長である。また、LFP は、
金属酸化物の積層ではないため、熱暴走時の発熱量が比較的少なく、安全性が高い。一方、
NCM は、舶用市場で最も多く利用されている電池である。定置発電市場でも多く利用され、自動車システムでは大多数を占める。NCM は、コスト、寿命、エネルギー及び出力の面でバランスの取れたシステムであることがその利点である。NCM の構成要素、即ちニッケル、コバルト、マンガンは、それぞれ異なる特性と機能を持つため、そのバランスの調整によりエネルギーや出力が向上する。このため、各用途への適合が可能である。

1

DNV GL, 2016. DNV GL Handbook for Maritime and Offshore Battery Systems (DNV GL, 2016)

10
－ 5 －

図 2：リチウムイオン電池の内部要素と動作
出所：Roy and Srivastava, 2015 Journal of Materials Chemistry

最も一般的な舶用リチウムイオン電池の正極材とその特性は、以下のとおりである。
コバルト酸リチウム：LiCoO2（LCO）
LCO の最大の利点は、比較的高いエネルギー密度である。しかしながら、一般的に出力は低く、寿命は短い。また、インピーダンスの経年増加も問題である。さらに、温度上昇
により酸素が発熱し、自己加熱による発火と熱暴走を引き起こす危険性がある。LCO 型電
池は、数百回のサイクルと 3 年間の寿命と初期容量の 80%で十分な一般向け電子機器の充電可能なバッテリーとして広く利用されている。
マンガン酸リチウム：LiMn2O4（LMO）
LMO は、その結晶構造から出力容量が高く、ユニークな正極特性を持つ。また、熱安定性と安全性が高いことも利点である。しかしながら、コバルト系化合物と比較してエネ
ルギー容量が大幅に低く、特に高温ではサイクル寿命が短い。材料の変更により LMO 化
合物のサイクル寿命を延長させることは可能である。
ニッケルマンガンコバルト酸化物：LiNi1-x-yMnxCoyO2（NCM or NMC）
ニッケルマンガンコバルト酸化物（NCM）は、最も新しい正極材の一つである。現在、大型用途に関しては市場をリードしており、一般家電においても LCO に取って代わりつつある。その利点は、それぞれの構成要素の利点、即ちニッケルの高エネルギー密度、コ
バルトの高エネルギー密度、マンガンの結晶構造の安定性である。出力密度、エネルギー密度、コスト、安全性に関する特性を変化させることにより、それぞれの用途又は用途群
11
－ 6 －

の要求に応じてカスタマイズすることが可能である。さらに、正極において LCO 又は LMO等他の正極材と機械的に混合し、また、別の特性をカスタマイズすることも可能である。
リン酸鉄リチウム：LiFePO4（LFP）
LMO と同様に、LFP は、金属酸化物の層ではなく、オリビン型リン酸という他の多くの正極材と異なる構造を持つ。最大の利点は、正極に酸素源を持たないため、熱暴走時の危険性が低いことである。また、温度変動に対する耐性も高い。LiFePO4 のエネルギー密度は比較的低く、電子化学反応（電圧）も低いため、駆動力は低い。LiFePO4 系バッテリ
ーの出力容量は本質的に低いが、LiFePO4 に少量の他の材料、電導性被覆材、ナノ構造を持つ活性物質を混合することにより、高出力化が可能である。
3.1.3

舶用バッテリーシステムの構成

図 3 は、一般的なバッテリーシステムのブロックダイアグラムである。図 3 に示すように、一般的なバッテリーシステムの主要素はセル、バッテリーモジュールに必要なハード
ウェア、熱管理に必要な部品、電磁接触器とヒューズ等の安全機能、バスバー（回路基板）、
高圧ケーブル、電子部品、電圧・温度センサー、低圧ケーブルとコネクターである。

図 3：一般的な舶用バッテリーシステム
出所：(DNV GL, 2016) DNV GL Handbook for Maritime and Offshore Battery Systems

12
－ 7 －

セル：最小の電子化学ユニット
モジュール：ある程度の電子制御及び／又はモニタリング機能を持つセルの集合体
ストリング：システムレベルと同じ電圧を持つ最小ユニット（例：接続されたセル又はモ
ジュール）
バッテリーシステム：特定の目的に要求される全システムを持つ 1 個以上のバッテリース
トリング
バッテリースペース：バッテリーシステムを決められた環境条件（温度、湿度等）で決められた場所に固定するためのウォール、フロア、シーリング、及び全機能と部品の物理的設置スペースバッテリー管理システム（BMS）：バッテリーシステムの制御、監視、保護機能の総称。
主バッテリー制御ソフトウェアと保護機能は、バッテリーの機能と安全性の保持にエネル
ギー貯蔵技術と同等の重要性を持つ。
換気システム：誤作動時や故障時には、リチウムイオン電池は燃焼し、ガスを発生する。
発生するガスは、バッテリーの電解質の構成、充電状況、温度、セルの内部圧、セルの年齢によって異なるが、腐食性、毒性、発火性があり、爆発の危険もある。このような特性はバッテリースペースの設計時に考慮され、換気システムが含まれる。
防火システム：バッテリーシステムには発火のリスクがあるため、バッテリー設計には火災拡散防止及び／又は消火システムを組み込むことが必要である。
熱管理システム：作動状況により、バッテリーシステムは大量の熱を発生させる。また、
高温運転時は動作が不安定化し、安全性へのリスクと劣化に繋がるリスクがある。
動力システムと制御システムの統合：バッテリーシステムは動力システムに正しく統合しなければならない。スイッチギアと保護機器の調整も必要である。動力管理システム等の異なる動力機関を制御する複数のシステムの調整も考慮すべきである。
インバーター：バッテリーシステムは直流を用いて電子化学的に運転するため、船舶の交流配電システムとのインターフェイスにはインバーター又はコンバーターが必要である。
安全性、熱管理、バッテリー管理システム、規制に関する情報の詳細は、添付資料
Appendix I を参照。

13
－ 8 －

3.1.4バッテリー技術開発の進歩

近年の技術開発の進歩により、複数の化学特性を組み合わせたバッテリーが増加している。例としては、NCM と LMO、NCM と LFP 等の組合せがある。これによりバッテリーの種類が増加し、化学特性の知識だけでその作動能力を判断することが難しくなっている。バッテリーの真の能力と弱点を理解するには、試験が最良又は唯一の手段である。
また、最近では、従来炭素か黒鉛が用いられていたリチウムイオン電池の負極材の構成の微調整も行われている。寿命は短いが、エネルギーを増加させ、コストが低いシリコン材の利用は大幅に増加し、バッテリーとして広く市場化されている。もう一つの負極材はLTO と呼ばれるチタン酸である。その利点は、高出力、非常に長い寿命、温度変化への高耐性である。これらの特性によりチタン酸は舶用利用に適しているが、チタン酸はセルのエネルギー密度を大きく低下させるという欠点がある。このため、同じエネルギー量を得るためには多くのバッテリーが必要となり、システムコストが大きく上昇する。
舶用利用は、他の用途よりも高出力が必要であるが、現在、バッテリーの技術開発の多くは、エネルギー密度の向上と低価格化が焦点となる自動車及び家電向けである。
全固体電池（ガラス電池）は、最も期待されている新技術の一つである。

図 4：全固体電池技術の仕組み

全固体電池は、現在、リチウムイオン電池の大部分が使用している液状電解質の代わりに固体状電解質を用いる。正極と負極は現在と同じ NCM や炭素又は黒鉛を用いるが、電解質を変えることにより、電極の理想的な材料と配合も変わってくる。John Goodenough2
氏は、リチウムイオン電池には 3 つの基本的な問題があるとしている。第一は充電速度が2 John Goodenough 氏は、リチウムイオン電池発明の父として知られている。
https://about.bnef.com/blog/goodenough-making-progress-solidstate-batteries-qa/

14
－ 9 －

遅いこと、第二は過充電により酸素が発生すること、第三は電解質が発火しやすいことである。エネルギー量は電圧×電流である。SEI（Solid Electrolyte Interphase）膜と呼ばれる電極界面の被膜を導入することでエネルギー密度は向上するが、サイクル寿命は限界がある。現在の焦点は、いつどのように全固体電池が開発され、実用化されるかである。
バッテリーの開発は自動車メーカーが主導しており、大部分の大企業はバッテリーへの投資を行っている。例としては、BMW は Solid Power 社と提携 3、ルノー・日産・三菱アライアンスは今後 5 年間の「次世代モビリティ」プロジェクトに 10 億ドルを投資している 4。また、Fisker 社は、新バッテリー技術の特許を申請中で、早ければ 2024 年には電気自動車の走行距離を 500 マイル超とするバッテリー技術と 1 分間で充電を完了する機能が実現する 5。
全固体電池はいつ市場化されるのか。Goodenough 氏によると、技術は既に存在し、あとは工業化を待つのみで、3～4 年以内の実用化を予想している。他の専門家は 7 年間が現実的な予想であるとしている。また、トヨタとダイソンは、2020 年までには最終製品化が可能であると述べている。今後の展開に関しては、次の 2 点が焦点となる。第一は技術の進歩、第二は近年劇的な低価格化が進んでいるリチウムイオン電池と市場で競合できるかである。
全固体電池の課題は何か。伝導性の低さが全固体電池技術の普及の障害の一つとなっている。Yu 氏その他の研究 6によると、Li2S–Li6PS5Br 型全固体電池を例に取ると、実験では、リチウムイオンの電解質－電極インターフェイス間の相互移動が全固体電池のリチウ
ムイオン移動の大きな障害となっている。準備状況とバッテリーサイクリングの両方が相互移動に影響する。従って、エネルギー密度の高い全固体電池の実現には、容量の変動と酸化還元の不安定化が原因となるサイクリング時のインピーダンスの増加を抑制するイン
ターフェイス設計が必要となる。
3.2

燃料電池技術燃料電池（フュエルセル）技術は、バッテリー以外のもう一つの有望なゼロ排出又は低排出技術である。ゼロというのは相対的な表現で、排出量はエネルギー生成の方法に影響される。現行の環境規制へのコンプライアンスと海運の持続性のある発展のためには、燃料電池による発電は、燃料の種類と製造方法にもよるが、NOx、SOx、粒子状物質（PM）を排除し、ディーゼルエンジンからの排出と比較した場合、CO2 の排出を大幅に削減する技術である。天然ガスのような低炭素燃料で駆動した場合、燃料電池は排出と騒音の低減
3https://www.prnewswire.com/news-releases/solid-power-battery-to-power-xev-platform-for-quality-safety-performanc
e-enhancements300572268.html
4https://www.greentechmedia.com/articles/read/nissan-renault-leadership-electric-mobility-ces#gs.yg7ZPmM
5http://www.thedrive.com/tech/16037/fisker-claims-new-solid-state-battery-patents-could-lead-to-500-mile-ev-range-1minute-charge-times
6 Accessing the bottleneck in all-solid state batteries, lithium-ion transport over the solid-electrolyte electrodeinterface (Chuang Yu, 2017)15－ 10 －

という地域的な利点がある。将来的には、再生可能資源から製造される水素燃料が、炭素の排出がゼロの船舶を実現する可能性がある。バッテリーと異なり、燃料電池は使用燃料の貯蔵と関連燃料システムを必要とする。現在、舶用燃料電池は開発段階にある。
燃料電池のパワーパックは、燃料及びガス処理システム、燃料の化学エネルギーを電子化学反応により電力に変換する燃料電池のスタックにより構成される。このプロセスはバッテリーの使用と比較できる。バッテリーと燃料電池は、両方とも正極又は負極と電解質膜のインターフェイスによって起こる電子化学反応を持つが、バッテリーがエネルギー源
を内部貯蔵することに対し、燃料電池は外部からの燃料供給により駆動される。多くの種
類の燃料電池があり、その違いは膜の材質による特性である。水素燃料電池の基本的な構造を図 5 に示す。水素原子が燃料電池の負極に入り、化学反応により電子が離脱する。水
素原子は電離（イオン化）し、正電荷を運ぶ。負電荷の電子は導線を通って電流を供給する。

図 5：水素燃料電池の基本構造

燃料価格の上昇と変動及び排出削減に向けた世界的及び地域的な動向は、幅広い分野における燃料電池の開発を促進している。市場調査 7によると、燃料電池は将来的な技術ではなく、既に携帯電子機器、家庭向け発電、無停電電力供給等の多様な用途向けに市場化されている。
どの燃料電池技術が最も有望かを予測することは難しいが、用途毎に予想することは出来る。小型及び中型の用途には、プロトン交換膜（PEM）や高温 PEM 等の低温・中温技術が適している。産業用又は大型船舶等排熱回収ソリューションが搭載可能な大型の用途
7 FuelCellToday, 2018. Fuel Cell Today. Available at: http://www.fuelcelltoday.com/technologies/afc (FuelCellToday,
2018)

16
－ 11 －

には、融解炭酸塩形又は固体酸化物形の燃料電池が適している。 8
本章では、舶用利用に有望な燃料電池技術を紹介し、3.3.2 では、燃料電池推進船の開発状況を概説する。
3.2.1

利用可能な燃料電池技術

アルカリ電解質形燃料電池（Alkaline Fuel Cell：AFC）
アルカリ電解質形燃料電池（AFC）は、最初に実用化された燃料電池の一つで、NASAのスペースシャトルや世界初の燃料電池推進の旅客船「Hydra」に搭載された。Hydra の燃料電池は出力 5kW の AFC である。AFC の出力は 1～5kW が主流であるが、最近は200kW の定置型 AFC も報告されている。AFC は通常ニッケル負極、白金正極、アルカリ電解質から構成される。電解質はアルカリ溶液（水酸化カリウム：KOH 等）で、マトリックス内で活性化又は不活性化する。燃料は、水素（H2）、酸素（O2）、電解質を通って正極から負極へ移動する水酸化物イオン（OH-）である。

図 6：アルカリ電解質形燃料電池システムのフローチャート

8 DNV GL, 2017. EMSA Study on the use of Fuel Cells in Shipping, Lisbon: European Maritime Satefy Agency. (DNV
GL, 2017)

17－ 12 －

図 7：AFC の構造

プロトン交換膜形燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell：PEMFC）
プロトン交換膜形燃料電池（PEMFC）は、数種類の自動車、ドイツのアルスター湖の旅客船（96kW）、ドイツ 212A 型潜水艦（30～50kW のモジュール）等の多くの用途で使用されている。その他、出力 12～60kW の PEMFC が船舶に搭載されている。
PEMFC は、白金系の電極を用い、電解質は電気絶縁体であるが水素イオン（H+）を通過させる含湿式高分子膜である。作動温度は 50～100°C である。高分子膜は湿度を維持する必要があるため、100°C 以上の運転は不可能である。

図 8：PEMFC のフローチャート

18－ 13 －

図 9：PEMFC の構成

高温 PEM
高温 PEMFC（HT-PEMFC）と PEMFC の主な違いは、その動作温度である。HT-PEMFC
は、電解質に水溶液の代わりに鉱酸を用いることにより、200°C までの動作が可能である。
化学反応と燃料は PEMFC と同じである。金属水素化物を水素の燃料源とする出力 12kWの HT-PEMFC が、ノルウェーの旅客フェリー「MF Vågen」に搭載された。
直接メタノール燃料電池（Direct methanol fuel cell：DMFC）
直接メタノール燃料電池（DMFC）は、水素への改質を行わずにメタノールを直接使用する。PEMFC と同様に、DMFC は高分子膜を持つ。電極は白金ルテニウム触媒を持ち、メタノール（CH3OH）中の水素を直接利用して発電を行う。
DMFC は長時間にわたる少量の電力供給に適しており、通常の出力は最大 5kW である。

図 10：DMFC フローチャート

19－ 14 －

図 11：DMFC の構成

リン酸形燃料電池（Phosphoric acid fuel cell：PAFC）
リン酸形燃料電池（PAFC）は、最高 200°C までの高温で動作する初の燃料電池であった。高温化により燃料電池から排出される質の高い余剰熱は利用が可能で、この燃料電池の効率を約 40%（発電効率）から最大 80%にまで向上させる。
PAFC は、炭化ケイ素構造のリン酸の電解質と炭素上に白金を拡散させた電極から成る。
PAFC は、燃料として水素を用いる。高温のため、LNG やメタノールを含む炭化水素燃料
等の純水素以外の燃料源も使用可能である。

図 12：PAFC のフローチャート20－ 15 －

図 13：PAFC の構成

溶融炭酸塩形燃料電池（Molten carbonate fuel cell：MCFC）
溶融炭酸塩形燃料電池（MCFC）は、600～700°C で動作する高温燃料電池である。電解質は溶融炭酸塩で、貴金属系の触媒を必要としない。通常、負極はニッケル合金、正極はリチウムが構造に含まれた酸化ニッケルである。
その高温特性により、MCFC は使用燃料に柔軟性があり、LNG、石炭の燃焼ガス、水素が使用できる。
MCFC は、熱回収システムの利用に適している。 燃焼ガスはアフターバーナー又はガ
スタービンで利用可能で、蒸気タービンからは更に多くのエネルギーを回収することが出来る。発電効率は約 50%であるが、MCFC の総合効率は 85%にも上る。

図 14：MCFC のフローチャート

21－ 16 －

図 15：MCFC の構造

固体酸化物形燃料電池（Solid oxide fuel cell：SOFC）
固体酸化物形燃料電池（SOFC）は、動作温度 500～1000°C の高温燃料電池である。電解質は、イットリウム安定化ジルコニア等の多孔質セラミック材料が一般的である。
MCFC と同様に SOFC は負極にニッケル合金を用いるが、正極は通常、多孔性を必要とするが、電解質との互換性があるランタンストロンチウムマンガナイトである。
SOFC は、一般的に最大出力 10MW の大型陸上発電に利用されている。いくつかのプ
ロジェクトでは SOFC の舶用利用も検討されている。
SOFC は、MCFC と同様に使用燃料の柔軟性が高く、水素、LNG、メタノール、ディーゼル油等の炭化水素燃料が利用可能である。燃料電池内で合成ガス（一酸化炭素（CO）と水素の混合ガス）への改質が発生する。MCFC と違い、SOFC は正極への CO2 を必要としない。SOFC からは CO2 が排出されるが、水素燃料の使用により排除可能である。

図 16：SOFC のフローチャート

22－ 17 －

図 17：SOFC の構造

3.2.2

舶用利用に有望な燃料電池技術

2017 年、DNV GL は、コスト、寿命、サイクリング耐久性、技術成熟度、安全性、効率等のパラメーターをベースに、船舶に利用可能な燃料電池技術の評価を行った（概要は
表 1 を参照）。
また、各技術は、加重値と専門家の意見を用いてランク付けされた。評価の詳細は添付
資料 Appendix II を参照。
このランキングで最も評価の高かった燃料電池技術は、プロトン交換膜燃料電池（PEMFC）、高温 PEMFC、固体酸化物形燃料電池（SOFC）である。以下に評価の要点を述べる。
プロトン交換膜燃料電池（PEMFC）
プロトン交換膜燃料電池（PEMFC）は、成熟した技術で、舶用その他の高出力用途に利用されている。その成熟度により、舶用利用に有望な燃料電池技術の一つとなっている。
また、利用が広まっているため、コストも比較的低い。
動作温度は低く、燃料として純度の高い水素を必要とする。安全面では、船内の水素貯蔵が焦点となる。燃料として水素を使用するため、排出は水と低質な排熱のみである。低温によりサイクリング運転の耐久性が高い。
効率は中程度で、低温で 50～60%、熱回収は不可能である。モジュールの出力は現在最大 120kW である。物理的なサイズは小さく、舶用利用への利点となる。PEMFC の大きな欠点は、水素中の硫黄や CO 等の不純物への耐性の低さ、複雑な水管理システム（ガス23－ 18 －

と液体の両方）、中程度の寿命である。PEMFC は、ランキングで最も高いスコアを獲得した技術である。
高温 PEMFC（HT-PEMFC）
HT-PEMFC は、従来の低温 PEM よりも成熟度の低い技術であるが、低温 PEM の問題
点のいくつかを改善した技術である。高温化により、不純物への敏感性が低減し、水はガスフェーズのみに発生するため水管理もシンプルになる。効率は従来の PEMFC と同等、又は寄生損失（parasitic losses）が少ないため若干低い。高温運転により発生した余剰熱を、船内暖房に利用することも可能である。高温 PEM 技術は、「Pa-X-ell」プロジェクトで研究され、出力 30kW のスタック 3 基が クルーズフェリー「MS Mariella」に搭載された。また、ノルウェーの「MF Vågen」プロジェクトでは、小型通勤フェリーである同船に出力 12kW の HT-PEM が搭載された。
作動温度の高温化により、改質器の後の浄化リアクターの必要がなくなる。このようなリアクターは、高価でスペースを取り、システム効率を低下させる。燃料中の不純物への耐性により、LNG、メタノール、エタノール、ディーゼル油等多くのエネルギー源から水素を製造する、シンプルで軽量、比較的安価な改質器を用いることが出来る。HT-PEM セルは、最大 3%（30,000ppm）の CO、最大 20ppm の硫黄への耐性がある。一方、低温 PEMの耐性は、CO が 30ppm 以下、硫黄が 1ppm 以下である。作動温度は最大 200˚C で、サイクリング耐久性が大きく低下しない温度である。
固体酸化物形燃料電池（SOFC）
SOFC は、高効率で中型の燃料電池である。作動温度が高温であるため、燃料効率は熱回収を用いて約 85%に達し、今後の開発で更なる向上が予想される。舶用利用としては、「SchIBZ」プロジェクトで対象となった船舶「MS Forester」への搭載等がある。今後の開発に伴い、価格の低下も予想されている。
SOFC は、使用燃料の柔軟性を持ち、また、炭化水素から水素への改質はセル内部で行われる。問題点は、高温による安全性への懸念と、炭素燃料使用時の CO2 及び NOx の排出である。
SOFC の開発で期待されている技術は、SchibZ プロジェクトで開発中の SOFC、熱回
収、バッテリーを組み合わせたハイブリッドシステムである。これによりシステムの運転の柔軟性が高まる。また、SOFC のサイクリングは減少するため、サイクリングに起因する問題が低減する。

24－ 19 －

システム効率
システム効率は、技術の選択において重要な要素である。一般的に、燃料電池の動力シ
ステムのシステム効率の差異は、コアとなる燃料電池の形式によるものである。他の構成
要素は理論的には同一（又はプロジェクト特有）となるからである。燃料電池の形式の違いによるシステム効率の違いは、セル内で発生する電子化学反応の効率と装置のバランス維持に要求される寄生損失（parasitic losses）により決定される。総合効率の数値は、各燃料電池形式の代表的な数値で比較可能であると考えられている。
さらに、効率は利用可能な排熱にも影響される。本報告書で紹介する燃料電池形式は、
低温 PEMFC の 100°C の「排熱」から、MCFC の 650°C の排熱まで大きな差がある。
舶用燃料電池プロジェクトでは、燃料電池の統合と運転を成功裏に実証することが焦点となっており、燃料効率等全ての要素を含む設置の最適化の優先度は低くなっている。排熱回収システムの統合に関しても同様である。
「FellowSHIP」プロジェクトでは、初回の運転完了後、特別に設計されたコジェネレーション装置を追加した。しかしながら、数々の外部要因により、いくつかの設計パラメーターが変更され、排熱の大部分がコジェネレーション装置にバイパスされたため、最適化の効果が若干低減した。システムの総合効率
は 71%以上と報告されている。予想される効率を表 1 に示す。

25
－ 20 －

－ 21 －

高耐久性

ｻｲｸﾘﾝｸﾞ

高純度水素

燃料
高

技術成熟度

（DMFC）

料電池

直接メタノール燃（HT-PEMFC）

高温 PEM 燃料電池

中

中

～5kW

～30kW

中

不明

高

高

高

高

メタノール

26

開発中

む適用数例

ディーゼル油水素

船舶数隻を含

低

メタノール

LNG

水素

む適用多数

中

（PEMFC）～120kW
船舶数隻を含低料電池

プロトン交換膜燃

水素

ディーゼル油（SOFC）
む適用数例

船舶数隻を含メタノール

低ル中の水素と CO
NOx

水素

電池

中

内部改質によるセと 少 量 のむ適用多数

中20～60kW

85%（ 熱 回 収 使

700°C）

用 時 に CO2

船舶数隻を含

小

小

小

中

低

低

中

低

ル中の水素と CO
NOx

CO2

NOx
メタノール

水素と CO

改質ユニット中の用 時 に CO2と 少 量 の高温（～200°C）

炭素燃料使

水素

内部改質によるセと 少 量 のなし

85%（ 熱 回 収 使

700°C）
用 時 に CO2

20%（電気）50～60%（電気）50～60%（電気）用時）

60%（電気）高 温 （ 600 ～
炭素燃料使

用時）

50%（電気）高 温 （ 600 ～

炭素燃料使

低

LNG
大

NOx

水素
高

用時）

水素と COと 少 量 のディーゼル油40%（電気）50～60%（電気）効率80%（ 熱 回 収 使

水素

安全性へのリスク

改質ユニット中のなし

排出用 時 に CO2

適用数例

メタノール

中

高

物への耐性

燃料中不純

高温（～200°C）

大

小

サイズ

炭素燃料使

高

LNG

LNG

固体酸化物形燃料

高低

中ディーゼル油長

最長（MCFC）～500kW

100～400kW

メタノール

高

中

電池

溶融炭酸塩形燃料（PAFC）

リン酸形燃料電池

む適用数例

中

寿命

（AFC）

～500kW

レベル（kW）

ﾓｼﾞｭｰﾙ出力

船舶 1 隻を含

低

コスト

相対的

燃料電池

アルカリ電解質形

技術

表 1：燃料電池技術の一覧

3.3
3.3.1

電気及びハイブリッド推進技術
はじめに

従来の推進技術は、直接機械駆動推進（direct mechanical）とディーゼル電気推進（diesel
electric）の二方式に大別される 9。バッテリーは、新造船でもレトロフィットの場合でも、既にディーゼル電気推進を採用している船舶への搭載が好まれる。従来の機械駆動推進が最もエネルギー効率の高いソリューションである大型タンカー等に関しては、ハイブリッ
ド化のメリットは少ない。それでも、機械駆動推進の船舶のハイブリッド化は可能で、多くの利点も考えられる。

図 18：直接機械駆動推進とディーゼル電気推進

バッテリーの利点を活かすには、舶用バッテリーシステムは電力システムに統合されなければならない。従来の船舶の電力システムは居住区と補助システム用であった。推進力
は主機と呼ばれる内燃機関から得ていた。電力は、補機と呼ばれる内燃機関が駆動する発電機で構成される発電システムが電気を供給していた。
推進力として電力を用いる船舶は一般化している。オフショアサプライ船等出力需要が変化する船舶、又はクルーズ船等スペースの柔軟性が求められる船舶には、電気推進が広く採用されている。バッテリーシステムを電力システムに統合する方法にはいくつかある。
9「ディーゼル」電気推進という用語は誤解を招きやすい。この場合の「ディーゼル」とは、電気を製造するあらゆる燃料と燃焼方式を指す。例えば、ディーゼル電気推進システム内の水素で駆動される燃料電池も「ディーゼル」と分類される
一方、燃料を貯蔵するバッテリーは「ディーゼル」ではない。よって、「ハイブリッド」ではなく「バッテリー・ハイブリッド」と呼ぶべきである。

27－ 22 －

図 19 には、舶用バッテリーの統合方法の説明に使用されるシンボルを示す。
加えて、統合方法には、完全電化、ハイブリッド、プラグイン・ハイブリッドが一般的である。ハイブリッドとプラグイン・ハイブリッドの違いは、陸上電力の使用が可能か否かである。
さらに、次の図は、バッテリー及び「エンジン」又は発電セットのみを含めている。この「エンジン」は、ディーゼルエンジン、燃料電池、LNG 二元燃料等が含まれる。

図 19：電気要素のシンボル

本報告書では、「発電セット」（Genset）とは「エンジン」と発電機のセットを意味する。
コンバーターには、バッテリー管理システム又はバッテリーシステムに影響を与えるノイズを最低限に抑えるためにトランスフォーマーを加えることも可能である。
3.3.1.1

従来の機械駆動推進方式

図 20 は、従来の機械駆動の推進システムを持つ船舶の電気システムにバッテリーを統合した場合を示す。
この場合、バッテリーは居住区の電力需要の安定化と大きな負荷変動への対応に効果的である。負荷変動が軽減されるため、補機の数を減らすことが出来る。DNV GL の船級規則では、バッテリーの容量が 50kWh 以上の場合、このようなシステム形態には「Battery（Safety）」というノーテーション（船級符号付記）の取得が必要となる。
負荷が電力を再生する場合（クレーン等）、バッテリーはこのエネルギーを貯蔵することが可能である。このような用途には、充電／放電の往復効率はバッテリーとコンバーターの効率による。また、この形態では、発電セットを運転せずに電力を供給するスタンバイシステムとしてバッテリー使用することも可能である。

28－ 23 －

図 20：バッテリー・ハイブリッド電気システムを搭載した機械駆動推進3.3.1.2

ディーゼル電気推進方式

バッテリーは、図 21 に示すように、電気推進システムに統合することが出来る。この場合、バッテリーは大型推進電動機に電力を供給する。船舶は、バッテリーのみの推進、発電セットのみの推進、又はバッテリーと発電機の両方を用いた推進が可能である。通常運転時の推進力又は余剰電力としてバッテリーを使用する場合には、「Battery（Power）」
ノーテーションの取得が必要となる。
このようなシステムでは、発電機の円滑な負荷変動が可能となる。また、ハイブリッド・
バッテリーシステムの導入により、船内の騒音と振動が軽減される。さらに、バッテリー
システムが十分なエネルギーと電力を持つ場合、入港時のゼロ排出航行が可能となる。

図 21：ディーゼル・電気ハイブリッド推進

3.3.1.3

エネルギーの分散型貯蔵

電気推進の問題点は効率である。コンバーターが速度、トルク、推進モーターの電力を
29－ 24 －

制御するため、約 2%の損失がある。図 22 に示すように、バッテリーが推進コンバーターに分散された場合、この損失は低減される。
分散型バッテリーのもう一つの利点は、各推進ユニットが共通のエネルギー源から独立していることである。安定した推進スラスト力を必要とする船舶（冗長性のある自動船位保持（DP）機能を持つ船舶 DP2 及び DP3）には、最適なソリューションである。DP 機
能へのバッテリー容量と出力要求に関する DNV GL 船級は、「ダイナミック・ポジショニ
ング」ノーテーションに含まれている。一方、通常運転時の推進力又は余剰電力としてバッテリーを使用する場合には、「Battery（Power）」ノーテーションの取得が必要となる。
また、船舶がバッテリーを接続せずに運転可能な場合には、「Battery（Safety）」ノーテー
ションが必要である。

図 22：分散型バッテリーを持つハイブリッド・バッテリー推進

3.3.1.4

直流配電ハイブリッド

図 23 は、電気／機械駆動・ハイブリッドの電力システム、プラグイン・バッテリー・
ハイブリッド、及び直流配電システムである。直流配電システムを使用し、主発電機の速度を燃料の最適レベルの負荷に応じて調整することが出来る。これにより燃料消費量が減
少し、従って、環境負荷も低減する。電気／機械駆動・ハイブリッド・ソリューションでは、主機から電力を製造、又は発電機セットとバッテリーから推進力を得ることが出来る。
主機とバッテリーを並行して運転した場合、ブースト・モード（追加的推進力）も可能である。通常運転時の推進力又は余剰電力としてバッテリーを使用する場合には、「Battery（Power）」ノーテーションの取得が必要となる。また、船舶がバッテリーを接続せずに運転可能な場合には、「Battery（Safety）」ノーテーションが必要である。

30－ 25 －

図 23：電気／機械駆動・ハイブリッドの電力システム、プラグイン・バッテリー・
ハイブリッド、及び直流配電システム

3.3.1.5

完全電気推進方式

図 24 は、完全バッテリー推進船の電力供給システムである。このオプションでは、バッテリーは、船内又は陸上に設置された AC/DC コンバーターを通じて充電される。外部
電力供給源からのオンデマンド充電が必要となる。完全バッテリー推進システムは、限られた航路の往復が多いフィヨルドフェリー等に適したシステムである。この場合、運航中に港での充電が可能なインフラが必要となる。船級規則では、1 基のシステムが故障した場合を考慮し、2 基の独立したバッテリーシステムの搭載を要求している。この形態には、「battery（power）」ノーテーションが適用される。

図 24：完全電気推進船（オール電化船）のバッテリー推進システム

31－ 26 －

4

市場の現状
本章では、バッテリー推進船及びバッテリー・ハイブリッド船の市場について述べる。

4.1

バッテリー推進船及びバッテリー・ハイブリッド船

舶用バッテリーの市場の成長は加速している。以前にも少数の小規模な開発プロジェク
トが行われたことがあるが、市場の成長は 2012 年に就航した世界初の完全電気推進カー
フェリー「Ampere」の登場とともに本格化した 10。同時に、DNV GL は舶用バッテリーに関する船級規則の整備を開始し、当該規則はノルウェー海事局に採用された。過去数年間のバッテリー推進船の開発は、特に内航フェリー船隊の近代化を政策とするノルウェー
が主導している。図 25 に示すとおり、ノルウェーは、舶用バッテリー市場で大きなシェアを持つ。他の国々も追従しているが、国家インセンティブを持つノルウェーにおける普及は当然早い。フランスは、鉛蓄電池を使用した初期のバッテリー推進の小型旅客船数隻を有している。そのため、図 25 はリチウムイオン電池推進船の数ではない。

図 25：バッテリー推進船及びバッテリー・ハイブリッド船の国別就航状況

2013 年～2017 年期には、バッテリー推進船市場（隻数）は年間 30%11成長した。搭載されたバッテリーのサイズ毎の数字の入手は難しいが、Maritime Battery Forum によると、最近のプロジェクトでは、既に就航中のバッテリー推進船と比較して大型のバッテリーが搭載される傾向があるため、プロジェクト数の増加と合わせてバッテリー容量の成長率は更に増加すると考えられる。 12

本報告書は民間商船を対象としている。レジャーボート市場では、バッテリーを使用している多数の船がある。Visedo だ
けでも、既に 4,000 基以上のバッテリー技術を用いた船内電気エンジンの販売実績がある。(Desmond, 2017)
11 年間平均成長率
12 Maritime Battery Forum, 2018. Maritime Battery Forum Ship Register. (Maritime Battery Forum, 2018) Maritime
Battery Forum の登録船統計は、プロジェクト毎の情報ではなく合計数のみを発表しているが、2018 年中には集計方法を変更することが検討されている。
10

32－ 27 －

図 26：バッテリーを使用する商船数

図 27：バッテリーを使用する商船数の状況（就航中、係留中、建造中、不明）

バッテリーを使用する船舶の成長率は非常に大きく、現在の新造船の受注残の 40%以上がバッテリー推進船である。現在の新造船市場の状況を考えると、特に興味深い現象である。大部分の船種において新造船の受注が低迷している中、技術としてのエネルギー貯蔵は成長を続けている。
新造バッテリー推進船の建造とバッテリーの既存船へのレトロフィットの比率は、70%
対 30%である。新造船では、バッテリーを船内電力網に統合することが容易であるという追加的利点がある。既存システムのアップグレードよりも、最初からシステム設計を行う方が容易であることは明白である。

33－ 28 －

図 28：バッテリー推進船の新造とレトロフィットの割合（隻数）

船舶に搭載されたバッテリーはいくつかの機能として使用される。推進が最も一般的で最初に考えられる機能ではあるが、バッテリーは他の船内システムを支援するために用いられることを忘れるべきではない。荷役作業、居住区電力等多数の例がある。下図の数字には、船舶が推進以外の機能としてバッテリーを使用している情報が含まれていない。その他（Other）のカテゴリーは、推進ではなく荷役作業のみにバッテリーを使用している船舶である。

図 29：バッテリーの主目的（船舶数の割合）

34－ 29 －

4.1.1

バッテリー推進船の主な船種

舶用バッテリーの利用に関しては、その利点が大きいいくつかの船種がある。現在、利用が最も多い船種はフェリーと旅客船、次にオフショア船と様々な作業船である。
基本的に、バッテリーは、船舶又は船種が次のいずれかの条件を満たす場合に利点があり、大幅な効率改善が期待できる。
z

予想された運航（定期フェリー等）

z

冗長性の要求（オフショア船、プロダクトタンカー、高い安全性を必要とする船舶等）

z

負荷変動（この要求はエンジン数を増加させるが、バッテリー1 基で負荷変動を処理することが出来る。）
定期フェリーは、予想された航路を運航するため、バッテリーのサイズの決定が比較的容易である。1 回の航海は通常短時間であり、停泊時に充電が可能であるため、大型バッ
テリーは必要ない。
ディーゼル電気推進システムを持つあらゆる船種は、ハイブリッド方式採用の候補である。
オフショア船のエネルギー需要は予想が困難であるが、厳格な冗長性要求を持つ。従来、オフショア船はこの要求を満たすために、複数基のエンジンを低効率で運転し、予備動力としていた。現在ではバッテリーが予備動力を供給し、エンジンの効率的な利用を可能にしている。
上記と同様の条件が、作業船、洋上風力発電作業船、漁船、養殖作業船等にも当てはまる。
他の船種でも同様の転換が起こっており、将来的にはハイブリッドが有望であることが分かる。現在、多様な作業船での利用が伸びており、遠洋航行船での利用も増加している。
例えば、クレーンを搭載したばら積み運搬船は、荷役作業にバッテリーを使用することが出来る。
本報告書では取り上げていないが、レジャー市場も成長している。しかしながら、レジャー市場の小型船舶は出力（MWh）としてのボリュームは少ないため、バッテリー市場
は商船が大部分を占めている。

35－ 30 －

艦艇も幅広い用途でバッテリーを利用しており、全世界で技術要求に基づくバッテリーへの関心が高まっている。しかしながら、実際の受注規模や将来的な動向を見極めることは困難である。

図 30：船種別バッテリー出力合計（上位 10 船種）
出所：Maritime Battery Forum, 2018

フェリーが大多数を占め、旅客船、オフショア船が続いている。
4.1.1.1

完全電気推進 vs ハイブリッド

現在のバッテリー推進船の大部分は、燃料と内燃機関とバッテリーを組み合わせたハイ
ブリッド船である。完全電気推進船は、少なくとも現時点では主流ではない。舶用バッテリーのコストは高く、ディーゼルエンジンと同等のエネルギー密度を持っていない。エネ
ルギー需要があるレベルを超えると、バッテリーの利用が不可能である。しかしながら、適切な用途の選択と設計の最適化により、バッテリーは十分な利点を提供する。
ハイブリッドの種類は非常に多く、ここでその詳細を述べることは出来ない。ハイブリ
ッドは、緊急時又はピーク時に使用する比較的小型のバッテリーから、通常運転モードで使用されるフェリー又は ROPAX 船向けの数 MWh 級のシステムまであり、その技術要件によって決定される。主な技術要件は、フェリーのようにバッテリーが大規模な充電／放電サイクルを繰り返すか、又は短時間の急激な出力を発揮するハイブリッド運転かである。
この条件の下で、出力需要とサイクル回数により、最適なバッテリーの種類が決定される。

36－ 31 －

図 31：バッテリー技術の種類別船舶数

4.1.2

市場成長予測将来的には、バッテリーは、船舶のエネルギーシステムの一部として標準装備されることが予想される。他の船種よりも成長が著しい船種は、フェリーや小型貨物船等の沿岸航行船である。今日の新造フェリーには、バッテリー搭載を検討することが一般的である。
船主、規制当局、消費者からの排出削減とエネルギー効率向上への要望は、最初はゆっくりであるが、徐々に加速しながら沿岸船の進化を促していくであろう。
フェリーに続き、作業船及びオフショア船市場でも変化が起こっている。これらの船種は、負荷変動の大きさと冗長性への要求が特徴である。
遠洋航行船に関しては、エネルギー需要の大きさからバッテリーも大型化するため、バッテリーのエネルギー貯蔵方法が問題となる。ディーゼルエンジンが直接プロペラを駆動する推進方式は、最も効率が高く、バッテリーの補助は必要がない。一方、これらの船種でも航行以外のオペレーションが多くあり、この分野ではバッテリーの利用が進むと考えられる。バッテリーへの関心は高まっているが、未だにバッテリーは推進用のみという間違った認識も多い。遠洋航行船の全電力需要を賄うには、巨大なバッテリーが必要となる。
このようなバッテリーは、大きさと重量の面では貨物積載量への障害とならない限り可能
ではあるが、そのコストが問題となる。完全電気推進船の大陸間航海は将来的には可能となるかもしれないが、現時点で利点のあるバッテリー利用法は以下のとおりである。新造
商船市場の回復に伴い、特定の機能へのバッテリー需要は高まると予想される。

37－ 32 －

① 船舶の動力システムのハイブリッド化（ディーゼル油、LNG、LPG、その他の燃料）z

排出ゼロの港湾内航行及び作業z

応答性の向上とそれに伴う機能性、定時性、安全性の向上

z

停電の防止と緊急時電力供給の効率化

z

燃料及びメンテナンスコストの低減（既に最適化されたソリューションの利用時）

z

クレーン、ポンプ、その他の排熱からの熱回収

z

再生可能エネルギーの利用z

クラッシュストップ・ソリューションの改善

z

冷却機能の最適化z

ガスと煤煙の排出低減によるイメージの向上

z

騒音と振動の低減による快適性の向上

z

バッテリーのハイブリッド化は、ガスベースのあらゆる動力システムの効率を大幅に改善する環境性とコスト効率の高いソリューションである。

② 電気又はハイブリッド型はしけ、救命艇z

不快な排ガスと騒音がないz

燃料及びメンテナンスコストの低減

z

ブランド力の向上

4.1.3

市場成長予測：まとめ

ノルウェーの電気推進フェリーの建造ブームは、他の沿岸航行船の船種でも続くと予想される。長期的には、ハイブリッド化によりバッテリーは全船舶の主要な構成要素となり、それに伴い市場は成長すると予想される。排出規制海域（ECA）の設定は、港湾エリアの低排出、ゼロ排出化を促し、バッテリーの導入を加速する。
近い将来に最も成長が期待される船種は、フェリー及び旅客船（大型 ROPAX 船を含む）、
オフショア船、作業船、養殖場作業船、その他の沿岸航行船である。多くの港湾は、低排出又はゼロ排出ソリューションを求めており、その数は増加する。港湾クレーンの電気化、ハイブリッド化も促進される。沿岸航行船以外では、プロダクトタンカー、一般ばら積み運搬船、シャトルタンカー等の船種市場におけるバッテリー導入への関心が高まっている。
このトレンドは徐々に広がり、遠洋航行船へのバッテリー技術導入も進むと予想される。

38－ 33 －

4.1.4完全電気推進船：まとめ

現在、数隻の完全電気推進船（all electric ship）が就航している（表 2 参照）。大部分のオール電化船は、フランスの様々な都市で運航されている旧式の運河船であることに留意する必要がある。オランダでも同様の状況が見られる 13。これらの小型船は登録されていないため、情報を見つけることは非常に難しい。
フランスの電気推進船には、旧式の技術（鉛蓄電池）が採用されているため、リチウムイオン電池を搭載する近代的な電気船との比較は意味がない。
大部分の旧式電気推進船は、比較的小型で内陸水路を航行している。新しい電気推進船
は、比較的大型で内陸水路以外も航行する。表 2 で年毎のバッテリー設置を見ると、バッ
テリーは 2013 年を境に大型化していることが分かる。これは、大型リチウムイオン電池の開発によるものである。

13

アムステルダム市は、ゼロ排出を促進しており、運河航行船はゼロ排出技術の導入が義務化されている。

39－ 34 －

表 2：完全電気推進船一覧40－ 35 －

4.2

燃料電池推進船

現時点では、燃料電池推進船のプロジェクトの数は限られている。燃料電池の舶用導入
は、未だごく初期の段階にあるが、技術開発の進歩につれて導入は増加していくと予想される。
DNV GL が 2017 年に EMSA（欧州海事安全庁）向けに行った調査では、舶用市場における燃料電池プロジェクト件数は 23 件であった。大部分のプロジェクトは研究開発段階
で、燃料電池利用の可能性の評価、規制の制定、フィジビリティ研究、コンセプト設計、様々な試験等が行われている。表 3 にこれらのプロジェクトの概要を示す。
表 3 を作成後、数件の新プロジェクトが開始されている。本報告書ではそのいくつかに言及する。最も実現が近く開発の進んだプロジェクトの一つは、ノルウェー公道管理局が支援するノルウェー西岸の水素フェリーの開発プロジェクトである。同フェリーは民間企業が入札を行う開発契約である。開発される水素フェリーは、2021 年に就航の予定である。
HYBRIDShips プロジェクトは、造船所 Fiskerstrand が主導しており 14、プロジェクトの目的は、既存フェリーを、バッテリーを搭載した水素燃料駆動のフェリーに改造し、2020年中に就航させることである。
上記に加え、燃料電池プロジェクトは以下のとおり。
z

Zero-V（米国）zHornblower hydrogen（米国）zViking Cruises は、液体水素燃料駆動の世界初のフルスケールのクルーズ船の開発プ
ロジェクトを実施している。15z

ノルウェー西岸ソグネフィヨルドの Flora と Måløy 間を運航する水素燃料駆動の高速
旅客船の開発プロジェクト 1617。「Green Coastal Programme」が支援するプロジェク
トの一つで、開発される高速船は 2021 年に就航予定である。

zノルウェー北部トロンハイムとクリスチャンスン間に水素駆動高速旅客船を導入する
プロジェクトが開始された 18。ノルウェーの Sør Trøndelag 自治体は、2022 年までに同航路にゼロ排出船を就航させる計画である。

z

MARANDA（フィンランド）z

HySeas（フランス）

https://www.sdir.no/en/news/news-from-the-nma/breaking-new-ground-in-hydrogen-ferry-project/https://www.sdir.no/en/news/news-from-the-nma/norway-may-get-the-worlds-first-hydrogen-powered-cruise-ship/
16 https://www.dnvgl.no/maritime/gront-kystfartsprogram/pilotprosjekter.html
17https://prosjekt.fylkesmannen.no/Documents/Klimaomstilling/Dokument/2017%20torsdag/5%20-%20STR%C3%98M
GREN.pdf
18https://www.sintef.no/contentassets/7a7bf0e26fd44cbfb973dd47736b056a/20180102-forsyning---kainanlegg---sikker
het--hydrogenhurtigbat-trondelag-v1.1.pdf
14
15

41

－ 36 －

表 3：舶用燃料電池プロジェクト一覧42－ 37 －

4.3
4.3.1

研究開発プロジェクトの概要
E-FERRY

E-FERRY は、CO2 を排出せず、環境を汚染しない完全電気推進「グリーン」フェリーの設計、建造、実証に関する EU の「Horizon 2020」プログラム内の助成プロジェクトである。その目的は、欧州及び世界の島部、沿岸海域、内陸水路において、温室効果ガスの排出がなく、大気を汚染しないエネルギー効率の高い水上交通を実現することである。
プロジェクトでは、非常にエネルギー効率の高い設計概念を用い、排出ゼロの 100%電気推進の旅客、車両、トラック、貨物用の中型フェリーを開発し、フルスケールの実証を行う。同フェリーの航行距離は、完全電気推進船としては長い 5 海里以上で、デンマーク
バルト海域のエーロ島とデンマーク本土を結ぶ Soeby-Fynshav 航路（10.7 海里）、及びSoeby-Faaborg 航路（9.6 海里）という 2 つの中距離航路に就航する。
E-FERRY プロジェクトの開始時には、これまでの燃料電池推進船プロジェクトを超えた中距離航路に就航する、舶用市場最大のバッテリーパックを搭載したフェリーとなるとされていた。確かに Leclanché 設計の出力 4.3MWh のバッテリーパックは比較的大きいが、その後更に大型のバッテリーパックを使用する新プロジェクトも開始されている。
4.3.2

BB Green：グリーンな高速フェリー

BB Green プロジェクトは、特殊なプロジェクトである。開発される船舶は、空気支持船体を持つバッテリー推進高速通勤フェリーである。現時点においては同船の市場化は実現していないが、2017 年のノルウェーNor-shipping 展示会では、技術のみならず経済的な面でも優れた性能を持つと発表された。
BB Green の概念は、新設計の船体を基本としている。空気支持自体は新しい技術ではないが（ホーバークラフトは何十年も使用している）、特許技術である「Air Supported
Vessel」（ASV）技術は、水との接触を少なくすることにより、船体の流体抵抗を約 40%低減させる。電気浮揚ファンシステムと特殊船体設計により、船体重量の約 80%は空気のクッションにより支持される。船体は、サンドイッチ構造のカーボン素材である。ディー
ゼル電動機の代わりに、電気駆動系を持つ。電力源は、Leclanché 社設計の最大出力200kWh のチタン酸リチウムイオン（LTO）バッテリーバンクである。新設計のバッテリ
ーモジュールは、軽量であるが大きな容量を持つ。高効率の二重反転プロペラが高い性能、操縦性、安全性を実現する。バッテリー充電用の電力には、風力、水力、波力等の再生可能エネルギーを使用する計画である。BB Green 船の航続距離は、最高速力で 14 海里、低速では更に長い。30 分という短い充電時間は、同船型を多くの航路において競争力のあるものとする。

43－ 38 －

BB Green プロジェクトの参加企業・組織は、Leclanché、Echandia Marine、SSPA、
Lloyds、DIAB、SES Europe、Aqualiner、BJB / Latitude Yachts である。
4.3.3

Yara Birkeland

Yara Birkeland はノルウェーの研究開発プロジェクトである。開発される船舶 「Yara
Birkeland 」 は 、 世 界 初 の ゼ ロ 排 出 完 全 電 気 推 進 の 自 律 航 行 型 コ ン テ ナ 船 と な る 。
Kongsberg が、遠隔操作と自律航行に必要なセンサーとその統合、電動機、バッテリー、
推進制御システムを含む主要技術を提供する。
同船は、オープントップ型の 120TEU 型コンテナ船で、無人の自律航行が可能なバッテリー推進船である。同船の運航により、年間 40,000 回分のディーゼルエンジン駆動のトラック輸送が減少し、その分の NOx 及び SOx 排出量が低減される。同プロジェクトは、
国連の持続性目標の達成を支援し、道路交通の安全性を高め、道路の渋滞を軽減する。
「Yara Birkeland」は、ノルウェー南部の 3 港湾間で運航し、沿岸 12 海里以内を航行する。
安全性確保のため、異なる機能を持つ 3 か所の遠隔操作センターが設置され、緊急時と例外時の操作、状態監視、運転監視、意思決定支援、自律航行船と周囲の状況の監視、その他の安全性に関する全ての機能を処理する。
同船は、2020 年までに完全無人化運航を行う予定である。
4.3.4

ReVolt：ゼロ排出無人航行船プロジェクト

2014 年、DNV GL は、ゼロ排出で無人運航される近距離航行船の社内開発プロジェク
ト「ReVolt」を完了した。同プロジェクトは、DNV GL の戦略的研究・イノベーションプ
ログラムの一環として、ノルウェー政府機関 Transnova からの補助金を受けて実施された。
プロジェクトのコンセプトは、ロジスティックチェーンの一部となる積載量 100TEU の沿岸コンテナ船である。同船は、3,000kW のバッテリーパックをベースとした動力システ
ムが、ツインポッド型プロペラを駆動する。陸上からの遠隔操作が可能で、将来的には完全に無人の自律航行を行う。バッテリーの充電は寄港毎に迅速に行われる。
4.3.5

Teekay：ハイブリッド・シャトルタンカー・プロジェクト

ノルウェーの石油メジャーStatoil は、最近、Teekay 社の新造オフショアシャトルタン
カー船隊の用船契約を締結した。Teekay はサムスン重工に 2 隻を新造発注した後、追加 2隻のオプション発注を行った。同船隊は、LNG 推進技術を含む実績のある技術を統合し、
44－ 39 －

燃料効率を向上させ、排出を低減する「Shuttle Spirit」設計をベースとしている。就航時には、これまで建造されたシャトルタンカーの中で最も環境性に優しい船隊となる。
搭載される最新技術の一つは、電力供給のベースとなる Wärtsilä の「Hybrid」システムである。同システムは、バッテリーが省エネ、ピーク負荷軽減を実現、また、全体的なシステムの冗長性を高める。これにより主機の稼働時間が減少し、メンテナンスの時間とコストが低減する。同船隊のバッテリーシステムに関しては、非常に限られた情報しか発表されていない。
各タンカーには、バッテリーパック 2 基と揮発性有機化合物（VOC）ガスを燃料として利用するシステムが搭載される。大型タンカーにおける初のバッテリー採用となり、またTeekay と Wärtsilä が共同開発した石油貨物から排出される VOC ガスを推進燃料とする
新たなシステムの重要な事例となる。
エネルギー貯蔵（バッテリー）と VOC の利用により、タンカー2 隻のプロジェクトは、環境に優しいエネルギーの利用と製造を促進するノルウェー政府機関 Enova から、約 1
億 3,300 万ノルウェークローネ（1,600 万ドル）の補助金を獲得した。
新コンセプトは、新たなレベルの経済性及び環境パフォーマンスを提供し、年間 CO2 排
出量は従来型のシャトルタンカーよりも 40%以上削減される。さらに、主燃料として LNG
を利用する以外に、DF エンジンは LNG と回収された VOC（石油貨物タンクから蒸発するガス）の混合燃料で駆動することも可能である。
回収した VOC を大気中に放出する代わりに燃料として再利用することにより、有害な排出ガスが除去されると同時に船舶の燃料消費量が大幅に減少する。また、このコンセプトにより、エンジンから排出される NOx は 80%以上低減、SOx 排出はほぼゼロ、PM 排
出量も 95%以上低減する。
4.3.6

HYBRIDShips：水素燃料フェリー

HYBRIDShips （ hydrogen and battery technology for innovative powertrains inships：船舶の革新的パワートレインのための水素及びバッテリー技術）プロジェクトは、
バッテリーと水素技術をベースとした航続距離の長いゼロ排出の大型船の開発を目的としている。Fiskerstrand Holding AS が主導する同プロジェクトは、2016 年 12 月に、ノル
ウェーの Research Council of Norway、Innovation Norway、Enova のプロジェクト支援
ツール PILOT-E からの補助金を獲得した。
プロジェクトの目的は、ゼロ排出ソリューションの利用を拡大することである。船舶がバッテリーのみを使用する場合、バッテリーのサイズは実用には大きくなり過ぎる。プロ
ジェクトのアイデアは、環境に優しい持続性のある方法で製造された水素を利用して航続45－ 40 －

距離を延長することである。
同プロジェクトには、次の幅広い企業・組織が参加している：Fiskerstrand Holding、Fiskerstrand Verft（造船所）、Multi Maritime（設計）、SINTEF、NEL（バンカリング技術）、Hexagon（水素輸送・貯蔵）、DNV GL、ノルウェー海事局、ノルウェー市民保護総局、ムーレ・オ・ロムスダール自治体。
同プロジェクトは、基本的に完全電気推進フェリー「Ampere」の開発プロジェクトと同じプロジェクトである。
「Ampere」プロジェクトは、初期的な課題と問題点のいくつかを解決し、バッテリー技術の普及に貢献した。
現時点では、未だ検討段階である HYBRIDShips プロジェクトの詳細は発表されていな
い。
4.3.7

SHORT SEA PIONEER：船舶とロジスティックス

Short Sea Pioneer（SSP）は、ノルウェー西岸の海事クラスター「Maritime Cleantech」
が開発した船舶とロジスティックスのコンセプトで、2015 年 2 月に発表された。
同プロジェクトのコンセプトは、母船及び港湾と母船の間を往復して母船に貨物の受け渡しを行う小型フィーダー船（娘船）の 2 要素から構成される。開発中の同コンセプトは自律型荷役システムを含み、その目的は、貨物輸送を混雑した道路から海上輸送にシフトすることである。
プロジェクトの船舶は、目的に適した高効率の推進システムを持つ。また、効率的な排出低減技術を利用し、陸地の近く及び港湾内のゼロ排出を目指す。
Norwegian Container Lines 社は、このような 2 隻コンセプトにより、同社売上の 15%に相当する 6,000 万ノルウェークローネを削減できるとしている。
4.3.8

PLAN B ENERGY STORAGE（PBES）：CellSwap バッテリー技術

バッテリーシステムのコスト削減と安全性向上その他の改善には、多くの方法がある。
PBES 社は数多い舶用バッテリーメーカーの一つで、同社の特許技術「CellSwap」は興味深いコンセプトである。「CellSwap」は、船舶に搭載されたバッテリーの内部を再構築するレトロフィットプロセスである。コンセプト自体は目新しいものではない。舶用バッ
テリーシステムの大部分はモジュール型で、モジュールの交換は比較的容易である。
CellSwap のユニークさは、その名のとおり、セルのみを交換することである。バッテリーの寿命が近づいた時に、コアとなるリチウムイオンセルのみを交換し、配線、電子部品、
46－ 41 －

冷却システム、ラック、構造部品等の他の要素は再利用する。交換が必要な部品をシステ
ムから切り離すことが出来る場合には、システム運転中の交換も可能である。運転を中断する場合には、CellSwap がモジュールの交換よりも効率的であるか否かは疑問である。
更に興味深いのは、CellSwap によりシステムのサイズを小型化させることが可能であるという PBES の主張である。これにはどういう利点があるのか。バッテリーシステムのコスト、サイズ、重量には全て意味がある。大部分のバッテリーシステムは、10 年間の使用が可能で、バッテリーの大きさは使用中の経年劣化を考慮して設計されている。
どのようにシステムのサイズを小型化するのか。同システムが他のシステムとどのように異なる動作するかを知ることは難しい。システムの小型化は可能であるが、そのためにはシステムの動作マージンを縮小することとなり、酷使されたバッテリーの寿命の低下に繋がる。バッテリー交換間隔は 10 年ではなく 5 年となり、バッテリーのサイズがどれだ
け縮小できるかは不明である。バッテリーの船内交換もロジスティックス的な挑戦である。
モジュールを切り離して交換する方が効率的であると考えられる。
セルの交換（他メーカーの場合はモジュールの交換）の利点は、バッテリーシステムのバランス修正である。セルの中には他のセルよりも劣化が早いセルがある。このような事態が発生した場合、システムのバランスを維持する唯一の方法はモジュール全体の交換（PBES の場合はセルバンクの交換）である。
4.3.9

HH Ferries：電気推進フェリー

HH Ferries Group は、ヘルシンゲル（デンマーク）とヘルシンボリ（スウェーデン）間のフェリー航路を「Scandlines Helsingborg-Helsingör」というトレードマークで運航している。同社は、この航海時間 20 分のエーレスンド海峡航路に、5 隻のフェリーを 15分間隔で運航しており、毎日最大 50,000 人の乗客、9,000 台の自動車、1,600 台のバスとトラックを輸送している。
HH Ferries 社は過去数年間、EU のイノベーションとネットワークを促進する INEA からの部分補助を受け、フェリー2 隻の改造プロジェクトに同社史上最大の投資を行っている。 プロジェクトでは、同 2 隻の動力・推進システムを、ディーゼル電気推進から完全バッテリー電気推進に改造する。
ABB Marine 社が、バッテリーパック、エネルギー貯蔵制御システム、特許技術「Onboard
DC Grid」技術を含む動力・推進システム一式を供給する。
各フェリーには出力 4,160kWh のバッテリーが搭載され、ヘルシンゲルとヘルシンボリ
間の 4km の航路をバッテリーのみで航行する。

47－ 42 －

4.3.10

GREEN COASTAL SHIPPING プログラムの第 3 フェーズ

ノルウェーの Green Coastal Shipping（GCS）プログラムの第 2 フェーズは、2016 年に完了した。DNV GL がコーディネーターを務める同プログラムには、ノルウェー海事産
業から多くの企業・組織が参加した。この官民共同プログラムは、世界で最も環境に優し
く効率の高い沿岸船の船隊を構築することである。具体的には、部分的又は完全バッテリ
ー駆動、又は LNG その他の高環境性燃料を使用し、沿岸船隊の運航を革新的に向上させる。
GCS は、新環境技術導入への障害の排除を目的とした、数多くの開発プロジェクトを実施しているプロジェクト組織である。プログラムの第 2 フェーズは 2017 年に完了し、第3 フェーズは 2018 年 2 月初めに開始した。
4.3.11

BECKER MARINE：COBRA バッテリーシステム

ハ ン ブ ル ク を 本 拠 地 と す る 高 性 能 ラ ダ ー 及 び 操 船 技 術 企 業 で あ る Becker Marine
Systems は、2016 年 9 月のドイツ SMM 展示会において、新たなリチウムイオン電池シ
ステム「Compact Battery Rack（COBRA）」を発表した。同システムの発表とともに、Becker Marine は事業多角化に乗り出した。
COBRA システムは、他の数社（Grenland Energy、Akasol/ZEM、Saft 等）も使用している標準型 18650 バッテリーセルで構成されている。同システムは、舶用の型式承認を取得していない。
Becker Marine のホームページに掲載されたデータシートによると、同システムは競合製品よりも低いエネルギー密度を持つ。COBRA システムのモジュール出力は 4.4kWh、大部分の他社システムは 6.5kWh である。システムのサイズと重量の情報はないため、同システムが他社システムよりもどれだけ「コンパクト」かは不明である。
4.4

バッテリー・ハイブリッド船の使用燃料

バッテリー・ハイブリッド船の使用燃料は、特定燃料に限定されず、各船舶に適したあらゆる燃料の組合せが利用可能である。本章では次の燃料について述べる。
z

HFO（重油）z

MDO（舶用ディーゼルオイル）／MGO（舶用ガスオイル）z

LNG（液化天然ガス）

z

メタノール

z

水素

48
－ 43 －

現在燃料電池に使用されている、燃料の種類に関する総合的な情報はない。EMSA 燃料
電池プロジェクトで研究された燃料電池船 23 隻の燃料は、水素 10 隻、メタノール 3 隻、ディーゼル油 3 隻、LNG2 隻（3 隻）である。これらの船舶のいくつかは、研究開発段階であり、未だ実現はしていない。
図 32 に、バッテリー推進船と使用燃料の概要を示す。データには Maritime Battery
Forum の船舶登録情報 19を使用した。よって、燃料電池搭載船は含まれていない。

図 32：バッテリー推進船及びバッテリー・ハイブリッド船の使用燃料比率（隻数）バッテリー推進船の使用燃料の種類は、バッテリーを使用する船舶、即ち現時点で多くは沿岸航行船の使用燃料と一致する。
HFO の使用は、沿岸航行には禁止されている場合が多く、バッテリーを搭載する遠洋航行船が少ないため、バッテリー船の HFO 使用率は当然少ない（1%）。将来的には遠洋航行船もバッテリーを搭載するようになると予想されるが、その時期は不明である。
軽油燃料（MDO／MGO）は、沿岸航行船でも使用されるため、図 32 でも大きな比率を占めている（62%）。これらの燃料は、沿岸航行における排出規制により、比較的クリー
ンな燃料としてフェリーとオフショア船で多く使用されている。

19

http://maritimebatteryforum.com/news/mbf-ship-database-is-online49－ 44 －

地域的な排出規制は厳格化しており、軽質燃料油を使用する船舶でさえ、近い将来には排ガス浄化装置の設置、又は更にクリーンなソリューションのレトロフィットが要求されることが予想される。
LNG は注目の燃料である。未だ主流の燃料とはなっていないが、LNG の採用は増加している。LNG は、地域的な SOx と PM の削減に寄与し、また、NOx 排出量を大幅に削減する。NOx 排出量はエンジンの燃焼過程に影響される。エンジンがディーゼルサイクルで運転する場合には NOx を排出するが、ディーゼル燃料の代わりに LNG 燃料を使用した場
合には、NOx 排出量は 20～30%低減する 20。DNV GL の「LNGi ツール」は、グローバルな舶用 LNG 燃料のバリューチェーンの常に最新の情報を提供している 21。

Dag Stenersen, O. T., 2017. GHG and NOx emissions from gas fuelled, Oslo: The Business Sector's NOx fund. (Dag
Stenersen, 2017)21https://www.dnvgl.com/maritime/mydnvgl-service-overview/lng-intelligence-lngi/index.html
2050－ 45 －

5

基金及び補助金制度
EU 及び欧州各国政府は、ソリューションの種類と普及度に合わせた数々の支援制度を打ち出している。本章では、バッテリー推進船及びバッテリー・ハイブリッド船を対象とした EU の基金及び補助金制度の概要を述べる。さらに、バッテリー推進船とハイブリッ
ド船の普及が著しいノルウェーの支援制度について述べる。
5.1

EU

EU は、地域的な汚染防止とともに、全体的な環境負荷の削減を政策としている。以下に述べる補助金制度は、技術の成熟度によって異なる。「Horizon 2020」プログラムは、技術又は概念の更なる研究、開発、試験に関する研究・イノベーションのプロジェクトに対する助成を行っている。現行の「スマートでグリーンな統合輸送に関する Horizon 2020
作業プログラム」は、燃料電池及び電化を含む次世代推進システムに関するプロジェクトの応募受付を 2018 年中に開始する。募集に関する詳細及び「Horizon 2020」の他の募集
2 件に関する情報は、添付資料 Appendix III を参照。
一般向けに商業運航する船舶のバッテリー及びハイブリッド技術の研究開発プロジェク
トは、EU の輸送インフラ整備を目指す EU「Connecting Europe Facility（CEF）」プロ
グラムによる支援の対象となる。CEF 内の「Motorways of the Sea（MoS）」プログラム
は、環境性向上を目指した船舶のアップグレードに対する補助金を給付する。これと並行して、現在受付中の「CDF ブレンディング・コール」では、欧州投資銀行（EIB）又は民間銀行からの融資と補助金を組み合わせた支援を行う。MoS とブレンディング・コールには厳格な応募条件があり、その詳細は添付資料 Appendix III を参照。
補助金制度以外では、既存環境技術に関しては、自社船の環境技術のアップグレードを行う船主への融資を行う EIB の新融資制度「Green Shipping Guarantee」プログラムがある。添付資料 Appendix III にその詳細を示す。
欧州では、グリーンな海運への信用保証というコンセプトも広まりつつある。国家プロ
ジェクトの例としては、次のものがある。
-

ギリシャの「Europa Ship Plan」（https://www.oceanfinance.gr/europa-venture/）-

イタリア、ポルトガル、スペイン及びフランスが MoS 補助金を利用して策定中の「Med-Atlantic Ecobonus」インセンティブスキーム（ https://ec.europa.eu/inea/en/connecting-europe-facility/cef-transport/projects-bycountry/multi-country/2014-eu-tm-0544-s）
海運に関係のある国の多くは、何らかの財政的支援制度を持つが、その大部分は環境技術のみを対象としたものではない。例えば、米国には一般船舶融資制度51－ 46 －

（ https://www.marad.dot.gov/ships-and-shipping/federal-ship-financing-title-xi-progra
m-homepage/）があるが、環境技術とは無関係である。燃料電池関連の研究開発プロジェ
クトの大部分は欧州のプロジェクトで、EU の幅広い研究開発プログラムからの支援を受けて行われている。
5.2

ノルウェー

ノルウェーは、代替燃料とバッテリー分野のリーダーである。これにはノルウェー政府
による支援策が貢献している。そのいくつかは他国の支援策とは大きく異なる。本章ではその概要を述べる。詳細に関してはリンクを参照。
NOx 基金 222017 年 5 月、ノルウェー環境省と 15 のビジネス組織は、2018 年～2025 年の NOx 排
出量に関する環境合意を締結した。この合意が NOx 基金のフレームワークとなる。今回の合意は、2008 年～2010 年及び 2011 年～2017 年の同様の環境合意の延長となる。この合意により、15 のビジネス組織は、環境に害を及ぼす NOx ガスの削減を行う。合意に署名した企業は、NOx 基金が要求する義務の実行と引き換えに、NOx 税を免除される。NOx基金の主な役割は、NOx 削減措置への資金を提供することである。NOx 削減措置には、
ハイブリッド、LNG、エンジンの改造、低 NOx エンジン、バッテリー等がある。2018 年
1 月 1 日以降に実施された削減措置に対し、1kg の NOx 削減につき 250 又は 500 ノルウ
ェークローネの補助金が支給される。補助金は、全コストの最大 80%までである。
海事産業向けの 2018 年以降の NOx 基金の補助率は、NOx 1kg につき 8 ノルウェーク
ローネである。2018 年～2025 年の期間中に、補助率は 10 ノルウェークローネに増加する。補助金は 2025 年以降に終了予定である。
Enova23
Enova は、ノルウェー海運産業に対するいくつかのインセンティブを提供している。最も関連の深いプログラムは「船舶のエネルギーと環境に関する方策」で、船舶のエネルギ
ー消費量又は環境負荷を低減させる技術投資への財政支援を行う。これには、推進システ
ム、負荷処理システム、エンジン、プロペラ、換気システム等多くの舶用分野における技術が含まれる。企業の大きさにより、全コストの最大 50%の補助を給付する。補助金の対象となる船舶は、航行の大部分をノルウェー海域で行う船舶、又はノルウェー港湾に定期的に寄港する船舶、又はノルウェー船籍・船級（NOR/NIS）を持つ船舶である。補助金申請者は、当該船舶の船主で、ノルウェー企業として登録されていなければならない。

22
23

https://www.nho.no/Prosjekter-og-programmer/NOx-fondet/The-NOx-fund/https://www.enova.no/about-enova/

52－ 47 －

Enova は、エネルギー及び環境に関する最新技術を利用する企業に対する資金援助も行っている。補助金の対象となる技術は、現在市場で利用されている最良の技術を更に大きく改善した最新技術でなければならない。財政支援は、プロジェクトの追加コストの最大50%までである。
イノベーション・ノルウェー 24
イノベーション・ノルウェーは、ノルウェー海域を航行する旧式の既存船を環境に優しい新しい船舶に代替するプロジェクトを支援している。補助金受給の条件は、申請者がノルウェーで登録された企業であること、船舶がノルウェー近距離海運船隊に属すること、船舶が最低 12 か月間ノルウェー企業の所有であること、である。補助金は最大 200 万ノ
ルウェークローネである。この補助金は、代替される既存船と比較して大幅に高い環境性能を持つ船舶の購入に使用されなければならない。

24

http://www.innovasjonnorge.no/en/start-page/53－ 48 －

6

燃料の利用可能性
本章では、前述のバッテリー及び燃料電池の諸技術に対応する燃料（又はエネルギー）の利用可能性（availability）に関する概要を述べる。新技術の採用には、常に「鶏が先か、卵が先か」というジレンマがある。この場合は、港湾及び燃料供給業者が先か、船主が先か、である。船主にとって、寄港先の港湾が対処できない技術を導入することは大きなリスクである。逆に、港湾、燃料供給業者にとっては、インフラを整備しても船主が利用しないというリスクがある。技術の導入には、両社の良好な協力関係が必要である。これまでの経験から、船主はインフラが未整備の場合は新技術の採用に消極的である。
陸上電力供給（cold ironing）は、現在、いくつかの分野に関する議論が交わされているトピックである。充電技術の標準がなく、また、船舶の使用する電圧と周波数はそれぞれ異なる（周波数 50～60Hz、低電圧、高電圧等）。現時点では世界の陸上電力供給設備を網羅する情報はないが、これはバッテリー推進船にとっては大きな問題にはならない。大部分のバッテリー搭載船は、ハイブリッドであり、船内の発電機からの余剰電力をバッテリーに貯蔵することが可能である。陸上電力は、全電気ソリューションに必要であり、バッ
テリーを搭載することにより最大の利点を享受することが出来る。陸上電力は、バッテリ
ー推進船以外の船舶にとっても、停泊中に運転する船内発電機を減らすことが出来る有用な機能である。
現時点では、水素燃料は特殊なケースのみに用いられている。この理由は市場がまだ存在しないことで、水素も他の代替燃料と同じ挑戦を経験すると予想される。燃料電池技術も採用に関しては、ごく初期段階にある。
燃料電池に使用可能な燃料としては、LNG とメタノールがある。環境規制の厳格化により LNG を求める船主は増加しており、LNG を利用可能な港湾も増加している。DNV GLの LNGi ポータルは、その詳細情報を掲載している 25。
メタノールと他のバイオ燃料は、水素よりも入手が容易であるが、その利用可能性に関する情報は少ない。これらの燃料は通常トラックで輸送される。全ての港湾で常時利用できる可能性は少ないが、基本的にトラックが輸送できる場所ではどこでも利用可能であるという利点がある。

25

https://www.dnvgl.com/maritime/mydnvgl-service-overview/lng-intelligence-lngi/index.html (DNV GL, 2018)54－ 49 －

7

製造事業者
製造市場でも様々な動きがある。新技術に関しては、常に小さな企業が最初に市場参入するが、程なくして大企業が姿を現す。舶用バッテリー市場でも同様のことが起こっている。大手の OEM 企業とシステムインテグレーターは現在自社バッテリーシステムの開発を検討している。
表 4 は、主なバッテリーメーカーの一覧である。大部分のメーカーがエネルギー、動力、カスタム化したソリューションを提供している。比較的小さい市場であるが、現在も企業数は増加している。発展途上の小さな市場に、これだけ多数の企業が参入しているということは、今後、勝者と敗者に分かれていくこととなろう。近い将来には、企業の統合や合併・買収も予想される。
現在、規模は小さいが急成長するバッテリー市場には、多数のメーカーが参入している。
市場リーダーは Corvus で、EST がそれに続くが、バッテリーシステムの販売実績の少ない企業も、今後、市場シェアを伸ばしていくと予想される。 Siemens も主要企業となるであろう。現在、大きなプロジェクトを受注しているメーカーは、Leclanche と ZEM である。Rolls Royce Marine も、今後自社システムとともに市場参入が予想される大手メー
カーの一つである。

55－ 50 －

－ 51 －

56

表 4：舶用バッテリーメーカー一覧

－ 52 －

57

間もなく、ABB や Rolls Royce Marine 等の大企業もバッテリーシステムの提供を開始すると予想される。

舶用燃料電池は、未だ商業化のごく初期の段階にある。現在の舶用燃料電池プロジェク
トは、舶用利用に適した燃料電池システムを個別に開発し、試験と承認を行う必要がある。
いくつかのメーカーは、小型の舶用燃料電池システムを製造し、試験を行った実績があるが、将来的には更に大型のシステムが必要となる。下表は、舶用燃料電池プロジェクトに参加した経験のあるメーカーの例である。
表 5：燃料電池メーカー一覧

上記のどのメーカーも、現在、舶用燃料電池製品の市場化は行っていない。
通常、制御・監視システムは、メーカー又はシステムインテグレーター又はその両社が提供する。例としては、全てのバッテリーメーカーは BMS26を搭載している。また、制御システムと燃料電池システムの統合は、バッテリーの場合と同様に重要である。

26

Battery Management System

58－ 53 －

82020 年以降の動向
海運と船舶は進化している。本章では、今後の動向について概説する。
短距離海運に関しては、更に厳格化する排出規制と効率への要求がハイブリッド化を促進する。どのような燃料とエネルギーのミックスが実現するかは、正確な予想が難しいが、次のトレンドが考えられる。まず、バッテリーは近い将来に新造船に標準装備される要素となるが、特に沿岸航行船、近距離船には普及が早いと予想される。完全電気推進船は、フェリー等の特定船種のみで可能であるため、将来的にはハイブリッドが主流となる。ハイブリッドとはバッテリープラス「何か」である。この「何か」が決まるのもそう遠くはないであろう。ゼロ排出を可能とする技術は、燃料電池とバッテリーである。この場合の「ゼロ排出」は、エネルギー生成方法次第である。DNV GL の「Energy Transition Outlook
2050」レポートは、次のように予測している。
zバッテリーからの電力が 3 分の 1 の船舶を駆動する。

z

バッテリー推進船の多くは小型船であるため、海運全体のエネルギー需要の約 30 分の1 に相当する。

z

LNG 及び LPG が海運全体のエネルギー需要の 32%、バイオ燃料は約 18%と予測される。
遠洋航行船は、エネルギー需要の大きさとそれに伴うエネルギー貯蔵の必要から、沿岸航行船と比べてバッテリーや燃料電池の導入は遅れると予想される。「Energy Transition
Outlook 2050」レポートでは、次のように予想している。
z

主に船型と機器の改良によりエネルギー効率が向上し、船舶 1 隻当たりの燃料消費量
は平均 18%低減する。

z

航行速力は平均約 5%低下し、燃料消費量の 10%削減に繋がる。

z

船舶の稼働率は、ばら積み運搬船以外の遠洋航行船は約 25%、遠洋ばら積み運搬船 5%、近 距 離 航 行 船 20% 等 全 船 種 で 改 善 す る 。 Vessel utilization will increase in all
segments: about 25% for deep sea trades except bulk, around 5% for deep sea bulk,
and some 20% for short sea ships.（原文 49 ページ）z

遠洋航行船の平均サイズは大型化する。LNG タンカーは 40%（遠洋航行船の増加による）、コンテナ船は 30%、ばら積み運搬船は 10%大型化する。
石油ベースの燃料は、2050 年時点でも海運の使用燃料の大きな部分を占めていると予想される。DNV GL の予測では、2050 年までには、海運のエネルギー消費量の半分近く（47%）
は石油ベースの液体燃料、32%はガス、21%のみが電力、バイオ燃料等の低炭素燃料である。短距離海運は、海運全体のエネルギー消費量の 37%を消費し、この市場では電力がエ
ネルギー消費の 9%を占めるようになると予想される。

59－ 54 －

バッテリーと燃料電池の普及に関しては、バッテリーは新造船の標準要素となる。燃料
電池のポテンシャルは大きいが、バッテリーほどは普及が進まないと予想される。現在の最大の問題点は、市場化された舶用燃料電池がないことであるが、この問題は近い将来に解決されるであろう。

60－ 55 －

参考資料：z

Chuang Yu, S. G. E. R. V. E. H. W. S. B. Z. L. &. M. W., 2017. Accessing thebottleneck in all-solid state batteries, lithium-ion transport over thesolid-electrolyte electrode interface. Nature Communications, 8(1086).

z

Dag Stenersen, O. T., 2017. GHG and NOx emissions from gas fuelled, Oslo: The
Business Sector's NOx fund. Desmond, K., 2017.

z

Electric Boats and Ships: A History. s.l.:McFarland. DNV GL, 2016.

z

DNV GL Handbook for Maritime and Offshore Battery Systems, Oslo: DNV GL
Maritime Advisory. DNV GL, 2017.

z

EMSA Study on the use of Fuel Cells in Shipping, Lisbon: European Maritime
Satefy Agency. DNV GL, 2018.

z

DNV GL Rules for Classification of Ships, Part 6, Chapter 2, Section 1 Battery
Power. [Online]

Available at:

http://rules.dnvgl.com/docs/pdf/DNVGL/RU-SHIP/2016-07/DNVGL-RU-SHIP-Pt6
Ch2.pdf DNV GL, 2018.
z

LNGi. [Online]

Available at:https://www.dnvgl.com/maritime/mydnvgl-service-overview/lng-intelligencelngi/index.html [Accessed 2018].
z

FuelCellToday, 2018. Fuel Cell Today. [Online]

Available at:

http://www.fuelcelltoday.com/technologies/afc Maritime Battery Forum, 2018.
z

Maritime Battery Forum Ship Register. [Online]

Available at: URL available formembers in MBF only Norwegian Maritime Authority, 2018. NMA. [Online]
Available at:https://www.sjofartsdir.no/contentassets/87f39103a890462a81b43a3dd6544023/en
gmaritime-batteri-systems-18-07-2016-005.pdf?t=1506594447348

61－ 56 －

添付資料 APPENDIX I：バッテリー技術の基本
バッテリー・マネジメントシステム
バッテリー・マネジメントシステム（Battery Management System：BMS） 27は、通常モジュール内に搭載される電子制御システムである。モジュールレベルでは、BMS はセルの電圧、温度、電流を監視するセンサーで構成される。電流は通常モジュール全体で総合的に監視されるが、電圧と温度は各セルで監視されることもある。各セルの挙動と状態を正確に把握することは、異常の早期感知と問題回避のために役に立つ。
モジュール BMS のもう一つの主要機能は、セルのバランス機能である。同じメーカーの同一モデルの場合でも、セルには電圧、エネルギー容量、内部抵抗等にバリエーションがある。このため、放電、充電を繰り返す毎に各セルのエネルギー量にはごく僅かな差が生じ、時とともにその差は大きくなる。BMS は、バッテリーのバランスを保つ目的で搭載された電気回路を制御する。
モジュール内のセルのバランス機能に加え、同様な挙動を行うラック内のモジュールのバランス機能も必要である。モジュールもそれぞれ僅かに異なる特性を持ち、時とともに劣化や挙動に差が生じる。
充電率と健全度
BMS の他の機能は、通常モジュールレベルではなく、バッテリーシステム全体で監視する。この機能は、充電率（State of Charge：SOC）と健全度（State of Health：SOH）の診断である。SOC は、自動車の燃料計、又は携帯電話のバッテリー残量表示に相当する。
バッテリーセルのエネルギー容量は時とともに減少する。これが SOH で、初期状態のセルのエネルギー容量と比較したパーセンテージで示される。このため、SOC の評価はSOH と比較して行うべきである。
バッテリーの劣化は即座に始まり、避けることは出来ないため、SOH の減少を加速する
要因の回避がその対処法となる。温度は最大の劣化原因となり、高温でも低温でも劣化を加速する。また、バッテリーの使用方法も劣化に関係する。高レベルの電力は、低レベルの電力よりもバッテリーの劣化を促す。さらに、運転中の SOC の最高値と最低値も劣化に影響するため、通常バッテリーの SOC は 20%と 80%の範囲内で運転される。

27 BMS、サーマル・マネジメント、SOH、SOC、バッテリーの詳細は、 DNV GL, 2016. DNV GL Handbook for Maritime
and Offshore Battery Systems (DNV GL, 2016)を参照

62－ 57 －

バッテリーのサイズ
SOH 分析の結果によると、特定の用途に最適なバッテリーのサイズを決定するには高い技術力を必要することが分かる。小さ過ぎるバッテリーは酷使されることとなり、劣化が早まるため、保証のクレームや顧客の不満足に繋がる。逆に、大き過ぎるバッテリーは、
初期コストの不必要な増加に繋がる。しかしながら、バッテリーサイズの決定には深い知識と、使用されるバッテリーセルの試験が必要となる。バッテリーサイズは、システムの温度及び電子化学的特性の試験も可能な高度バッテリーモデルによって決定される場合が多い。
サーマル・マネジメント
SOH と同様に、温度は劣化に関係する最大の要因であるため、バッテリーの温度管理は非常に重要である。また、バッテリーは数千個のセルを持つため、全てのセルが均一に動作するためには全てのセルの温度管理を行う必要がある。
サーマル・マネジメント（熱・温度管理）は、空気冷却又は液体冷却の 2 つの方法が主流である。空気冷却システムは、バッテリー室内温度を人間向けの空調システムと同様に25°C 以下に管理する。バッテリーの上の空気を循環させるファンが、モジュール内のセルを直接冷却又は熱交換プレートの冷却を行う。液体冷却システムも同様にセル又は熱交換プレートを冷却する。液体冷却の方が冷却効率が高く、迅速に冷却することが出来る。
安全性
リチウムイオン電池には、熱暴走とオフガスという 2 つの大きな安全性リスクがある。
熱暴走はバッテリー内の発火である。バッテリー内のエネルギー価の高い材料が燃焼中に酸素を排出し、自己酸化する火炎を発生させる。このような火炎は消火が不可能で、また、火炎に直接アクセス可能な抑制材料の設置も難しい。しかしながら、セル 1 個は比較的小さいため、少なくとも船舶全体の安全性や機能へのリスクとなる可能性は低いが、発熱の量によっては近隣のセルに延焼し、連鎖反応を引き起こす危険がある。舶用バッテリーシステムは数千個のセルで構成されるため、最悪のシナリオでは避難が容易ではない船内の重大事故に繋がる可能性もある。
セル 1 個の熱暴走は、繰り返される過充電、過放電、過熱、過出力等の外部要因によって引き起こされる。これらの要因は、通常 BMS により回避、又は少なくとも事前に検知され、運転を停止することが可能であるはずであるが、このような保護機能が成功するという保証はない。また、製造過程におけるセルの欠陥により、内部で短絡その他の故障が発生し、セルの熱暴走に繋がるおそれもある。さらに、セルの数の多さから、問題が発生する可能性は統計的に存在する。現在の技術と経験では、各セルの均一な挙動に保証はな
63－ 58 －

いため、熱暴走の他のセルへの拡大を防ぐことが第一の安全要件となる。これに関するノ
ルウェー海事局（NMA）の試験通達（Norwegian Maritime Authority Testing Circular,
Norwegian Maritime Authority, 2018）は、GNV GL の船級規則に組み込まれている。
ノルウェー海事局の試験通達では、熱暴走がモジュール内の一つのセルの内部で人工的に引き起こされることを要求し、また、この問題が近隣のモジュールに拡散しないことを要件としている。いくつかのバッテリーシステムでは、この機能を更に進化させ、問題が同一モジュール内の他のセルに拡散することを防止する機能を持ち、リスクと不確実性を大幅に軽減している。
リチウムイオン電池のもう一つの安全性懸念は、オフガスの発生である。オフガスは通常運転時にはごく少量しか発生しないが、熱暴走時に発生するオフガスはある程度の爆発性と毒性を持つ。現行の DNV GL 規則（DNV GL, 2018）では、換気システムを要求している。
海事産業は、リチウムイオン電池の安全性レベルを向上させ、知識の蓄積も進んでいるが、保証と合理的プロセスには未だに問題点がある。この問題の解決に向けて、DNV GL
は、舶用バッテリーの安全性に関する共同開発プロジェクトを開始した。このプロジェク
トには、多数の企業・組織が参加している。
（Corvus、NMA、DMA、FFI、Plan B、ABB、
Rolls Royce、Stena、Damen、Scandlines、FIFI4Marine、Nexceris）
舶用バッテリーに関する規則
船舶の環境規則に係る要件は、船級協会の主導で策定を行ってきた。DNV GL は、2012
年に安全性に係るいくつかの側面に関するリスクベース評価を組み込んだ業界初の規則を発表した。他の船級協会は、リスクベースの評価に重点を置いており、規則要件の策定は遅れて開始している。大部分の船級協会は、DNV GL のルールを基礎としている事実を公表している。現行のルール及び要件の制定経緯は次のとおり。
z2012 年：DNV GL が業界初の規制要求を発表。

z2016 年：ノルウェー海事局が通達を発表。厳格な複数回のフルスケール火災試験を要求。

z2017 年：DNV GL がノルウェー海事局の試験通達を盛り込み、規則改正を行う。換気システムを要件化。

z2017 年：BV がバッテリーに関する船級規則を発表。2 番目の船級協会となる。

z2017 年～2019 年：DNV GL が、舶用バッテリーの安全性に関する共同開発プロジェ
クトを主導。
このように、2012 年の DNV GL の船級規則発表からノルウェー海事局の通達に至るまで、ノルウェーが舶用バッテリー規則の制定を主導してきた。ノルウェー海事局の試験要64－ 59 －

件は難しく、保守的であると見られているが、多くのバッテリーメーカーは、大幅なコスト削減と同時進行で有効なソリューションを次々に開発して、これに対応している。従って、DNV GL の安全要件を満たさない舶用バッテリーを採用する意味はない。大部分の船級協会はこれら DNV GL の安全要件を踏襲しているため、DNV GL の安全要件は事実上のグローバル・スタンダードであると言える。
最近制定された IEC 62619 標準は、バッテリーの安全性に関する最も国際的で分野横断的な標準である。同標準は、要件と試験方法を総合的にカバーしており、DNV GL 規則でもこの点を強調している。

65－ 60 －

添付資料 APPENDIX II： 有望な舶用燃料電池技術
2017 年、DNV GL は、表 6 に示すパラメーターを用いて燃料電池技術の評価を行った（DNV GL, 2017）。各技術の専門家が、各パラメーターの重要度（1～3）とスコア（1～3）の評価を行い、各パラメーターの最高スコアは 9 である。燃料電池技術の評価は表 7に示す。

66－ 61 －

表 6：燃料電池評価のパラメーターと重要度
パラメーター
特性

概要

モジュール出力モジュールユニットの最大出力レベル。モジュールはシステムの構成要素であり、レベルシステム全体の出力は数 kW から MW 級までが可能である。このパラメーターの重

グループ
技術

要度は、小型システムが不利とならないよう「2」としている。小型システムもバッ
テリーサイズへのモジュール化が可能である。
技術

寿命

このパラメーターは電池運転の経年変化を示すが、用途のサイクル寿命は考慮に入れていない。産業界からの要求の高さにより、このパラメーターの重要度は「3」である。

技術

サイクル運転へ

サイクル運転には、始動／停止、及び負荷変動による移行を含む。燃料電池はピーの耐久性

クシェイビングと燃料効率向上のためにバッテリーに統合されることが多いため、
このパラメーターの重要度は「2」とする。

技術

効率

効率パラメーターは、スタンド・アローンの電気効率及び熱回収使用時の効率を含む。既存技術ではなく燃料電池を導入する理由としては、省エネ目的が多いため、
このパラメーターの重要度は「3」である。

技術

技術成熟度

このパラメーターには、コア技術の成熟度と舶用利用に関する成熟度の両方を含める。新技術導入に関する海運産業の保守性を考慮し、このパラメーターの重要度は「3」とする。

技術

燃料中不純物へ

特定の燃料電池システムは高純度の水素のみが使用可能であるため、燃料の改質がの耐性必要となる。LNG は後処理が必要である。一方、燃料柔軟性の高いシステムもある。
アルカリ燃料電池等による空気汚染もこのパラメーターに含まれる。

コスト

相対的コストこのパラメーターは、他種類の燃料電池と比較した場合のコストである。予算は常に重要な要素であるため、このパラメーターの重要度は「3」である。

環境

排出NOx、SOx、CO2、PM 等の大気汚染ガスの大気中への排出。排出は燃料の種類に影響されるため、このパラメーターの重要度は「2」である。排出ゼロの水素燃料を使用するというオプションもある。特定システムは高純度水素を必要とし、また、燃料に柔軟なシステムもある。この要件は、上記の不純物への耐性パラメーターに含
まれる。

安全性

特殊安全要件高温と水素燃料の使用という危険な組合せは除外する。MCFC と SOFC に関しては、
水素はセル内部と改質器等 BOP（balance of plant）内のみに存在し、独立した水素タンクと循環システムは使用しない。新技術の安全性の重要度は「3」である。

舶用利用

物理的サイズ

このパラメーターには、コアとなるセルのエネルギー密度と補助システムを含めたシステム全体設置サイズの両方を含める。燃料電池の舶用利用に関しては、小型サイズが好まれるため、このパラメーターの重要度は「3」である。

舶用利用

燃料

このパラメーターは、燃料電池の使用燃料の柔軟性と、燃料の舶用利用の容易性を考慮する。舶用燃料の重要性からこのパラメーターの重要度は「3」とする。

67－ 62 －

表 7：燃料電池技術の評価

68－ 63 －

添付資料 APPENDIX III：EU の補助金制度
スマートでグリーンな統合輸送システムに関する「Horizon 2020」作業プログラム
LC-MG-1-8-2019: 水 上 輸 送 の 次 世 代 推 進 ス テ ム の レ ト ロ フ ィ ッ ト ソ リ ュ ー シ ョ ン（Retrofit Solutions and Next Generation Propulsion for Waterborne Transport）
同プロジェクトは、水上輸送からの排ガス対策に関するプロジェクトで、可能性のある
ソリューションとして、ハイブリッド・バッテリー、燃料電池、電気／ハイブリッド船を挙げている。
プロジェクトは、研究開発に関する次の 2 つのサブテーマを持つ。
z

サブテーマ A：高出力燃料電池駆動、又は更に高い効率が得られる場合は内燃機関又はタービンとの組合せによるコンバインドサイクルで駆動される旅客船の開発及び実証。

z

サブテーマ B：電気、クリーンな燃料、再生可能エネルギー等を使用する少なくともTRL（Technology readiness level：技術成熟度 1～9）レベル 5 以上の次世代高効率
舶用推進システムの開発及び実証。
プロジェクトの募集は 2 段階で、2018 年 9 月 5 日に開始される。一次募集の応募期限は 2019 年 1 月 16 日、二次募集の応募期限は 2019 年 9 月 12 日である。
詳細は以下のリンクを参照：
https://ec.europa.eu/research/participants/portal/desktop/en/opportunities/h2020/topic
s/lc-mg-1-8-2019.html
参考までに、「Horizon 2020」には、輸送機関、特に船舶からの排出削減に関する次のようなプロジェクトがある。
z

LC-MG-1-1-2018：輸送機関による大気のクオリティへの影響軽減に関する国際協力
プロジェクト（InCo flagship on reduction of transport impact on air quality）
https://ec.europa.eu/research/participants/portal/desktop/en/opportunities/h2020/t
opics/lc-mg-1-1-2018.html

zMG-BG-02-2019：船舶からの排出抑制のシナリオ、海洋環境への影響軽減（Shipemission control scenarios, marine environmental impact and mitigation ）https://ec.europa.eu/research/participants/portal/desktop/en/opportunities/h2020/t
opics/mg-bg-02-2019.html

69－ 64 －

海上輸送関連プロジェクトへの補助金制度の概要
1)

コネクティング・ヨーロッパ・ファシリティ－モーターウェイズ・オブ・ザ・シー（現在募集停止中）（Connecting Europe Facility - Motorways of the Sea）
https://ec.europa.eu/inea/en/connecting-europe-facility/cef-transport/cef-transport-motorways-sea「Motorways of the Sea」（MoS）プログラムは、環境、安全性、インフラ／ロジステ
ィックス等に関する多様な海事プロジェクトへの補助金を提供している。同プログラムは、
LNG とスクラバー開発、船舶の電化とバッテリーに関するプロジェクト等、EU の優先課
題に焦点を当てたプロジェクトへの支援を行ってきた。
補助金申請に関しては、次のような条件に留意しなければならない。
z

MoS 補助金は EU 加盟国間のリンクとなる：従って、EU 加盟国 2 か国以上と EU 指定港湾のうちの 2 港湾以上が参加するプロジェクトでなければならない。この条件により、複数企業・組織のコンソーシアムを構成する必要がある。

z

MoS 補助金はプロジェクトの「ロケーション」を選ぶ：MoS は法的コンプライアンスを超えたプロジェクトのみを支援するため、例えば、北海／バルト海 SOx 排出規制海域（SECA）を航行する船舶が現行の SOx 規制に適応するためのプロジェクトは、補助金支給の対象とならない。一方、SECA 以外の海域（欧州南部等）のプロジェクト
は、2020 年に SOx 規制が発効するまでは補助金の対象となる。

z

MoS 補助金は、プロジェクトの活動に応じて全コストの 30～50%を補助する。よって、残りのコストは船主がカバーすることとなる。

z

現時点では、次回の MoS 補助金のプロジェクト募集時期、予算、優先課題は発表されていないが、2018 年秋には募集が開始される可能性もある。

ブレンディング・コール（現在募集中、締め切りは 2018 年 4 月 12 日）
https://ec.europa.eu/inea/en/connecting-europe-facility/cef-transport/apply-funding/20
17-cef-transport-blending-map-callブレンディング・コール（Blending call）は、補助金と融資を組み合わせた新しいタイプの補助金制度である。プロジェクトに応募するためには、MoS 等の補助金に加えて欧州投資銀行等からの融資を申請しなければならない。この目的は、EU 部分補助金と同時に民間融資への保証を提供することにより、輸送システムへの投資を促進することである。
70－ 65 －

補助金は、プロジェクト募集要項で指定された優先テーマに沿って決定される。
（優先テーマはブレンディング・コールのウェブサイトを参照。）
z

MoS の優先課題に関するプロジェクトのブレンディング・コール応募条件は、上記の
MoS の条件と同様である。

z

もう一つの補助金の流れは、全輸送モードを対象としたイノベーションと新技術（https://ec.europa.eu/inea/sites/inea/files/2017_blending_innovation.pdf）に関する優先課題（https://ec.europa.eu/inea/sites/inea/files/2017_blending_mos.pdf）を支援するプログラムである。優先課題には電気と水素技術が含まれており、海事プロジェ
クトの応募も可能である。プロジェクトは欧州の輸送のコアネットワーク回廊（https://ec.europa.eu/transport/themes/infrastructure_en）に影響するものでなければならないため、上記の「ロケーション」が重要となる。
ブレンディング・コールの応募者は、補助金申請と同時に、残り又は一部のプロジェク

ト資金に関しては、民間銀行、欧州投資銀行等の民間金融機関からの融資（コスト上限等の条件あり）を申請しなければならない。その後、応募者は、1 行以上の民間金融機関からの支援レターを提出し、資金調達の用意があることを示さなければならない。
留意すべき重要な点は、補助金はプロジェクトの「イノベーション」のみをカバーすることである。一方、民間融資に関しては、そのような制限はなく、例えば、新造船の建造コスト等に利用することが出来る。補助金は、新技術の開発コストのみを対象とする。
ブレンディング・コールの予算、優先課題、日程は以下のリンクを参照：
https://ec.europa.eu/inea/sites/inea/files/cef_transport_blending_2017_call_2nd_cut-off_leaflet_web.pdf
2)

グリーン・シッピング・ギャランティー・プログラム（Green Shipping Guarantee

Programme）
欧州投資銀行（EIB）は、環境投資へのリスク軽減により環境に優しい海運プロジェク
トを支援する「グリーン・シッピング・ギャランティー・プログラム」を実施している。
EIB は、多くの提携銀行（Société Générale、ABN AMRO 等）との合意を締結し、提携
銀行によるグリーン海運プロジェクト融資に対して総額 7 億 5,000 万ユーロの信用保証を提供している。このプログラムは補助金制度ではないが、企業が環境技術に投資する際の融資条件を改善するものである。
同プログラムは、補助金ではなく融資に関するものであるため、応募条件は比較的緩やかである。応募プロジェクトは、EU の付加価値（航路、船籍等）を持ち、海運の持続性
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向上を目的としたものでなければならない。融資額は新造船建造の借入金の最大 50%、環境技術のレトロフィットに関しては最大 100%である。
グリーン・シッピング・ギャランティー及び EIB のその他の海運融資に関しては、次のリンクを参照。
http://ec.europa.eu/transparency/regexpert/index.cfm?do=groupDetail.groupDetailDoc&id=26985&no=3

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この報告書はボートレースの交付金による日本財団の助成金を受けて作成しました。

欧州における電池推進船の動向調査
2018 年（平成 30 年）3 月発行
発行

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