未来を拓く無機膜・環境エネルギー技術シンポジウム

水素エネルギー利活用に関する最新動向

2018年11月6日
国立研究開発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構
次世代電池・水素部
主任研究員 原 大周
©NEDO

1. 水素エネルギーに関する政策動向
2. 諸外国の動向
3. 主な国家プロジェクト紹介（ＮＥＤＯ事業）
燃料電池の着実な普及
水素エネルギー利活用©NEDO

NEDOとは
組織概要
NEDOは、「エネルギー・地球環境問題の解決」及び「産業技術力の強化」を目指した技術開発を推進することで経済産業行政の一翼を担う、日本最大級の公的機関。
産学官が有する技術力及び研究力を最適に組み合わせてリスクが高い革
新的な技術開発、実証を推進してイノベーションを社会実装することで社会課題の解決や市場創出を目指す。

役割

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水素エネルギーに関する政策の動き
2014.4 エネルギー基本計画⇒将来の有望な二次エネルギー、「水素社会」に言及
2014.6 経済産業省「水素・燃料電池戦略ロードマップ」策定⇒具体的な政策の方向性提示2015.12 気候変動枠組条約第21回締約国会合（COP21）⇒「パリ協定」の成立
2016.3「水素・燃料電池戦略ロードマップ」改訂⇒FCV台数、水素ステーション設置数目標設定

2017.12 水素基本戦略⇒府省横断的な、世界で初めての水素「戦略」
2018.7 エネルギー基本計画
2018.10 水素閣僚会議
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水素基本戦略の策定に向けて

経済産業省 第４回燃料電池自動車等の普及促進に係る自治体連携会議より
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水素基本戦略2050年を視野にいれた将来目指すべきビジョンと、その実現に向けた2030年までの行動計画
水素を再生可能エネルギー（再エネ）と並ぶ、新しいエネルギーの選択肢へ
水素のコストをガソリンやLNGなど従来エネルギーと同じ程度のコストに2017年12月26日、「第2回 再生可能エネルギー・水素等関係閣僚会議」（出典：経済産業省HP）
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水素基本戦略のシナリオ

水素基本戦略（経済産業省Websiteより）
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水素・燃料電池戦略ロードマップ

経済産業省 水素・燃料電池戦略ロードマップ概要から
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諸外国の動向©NEDO

大きな方向性パリ協定（2016年11月発効）を契機に、水素への期待や実現に向けた取り組みが加速
各国政府における具体的な政策が策定されるとともに、企業ベースでも検討が本格化
パリ協定における各国の目標例

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国名

温室効果ガスの排出抑制目標

日本

2030年までに2013年比で－26.0%

米国

2025年までに2005年比で－18～21%EU

2030年までに1990年比で－40%

中国

2030年までに2005年比でGDP当たりで－60～65%

韓国

2030年までに、対策を講じなかった場合の2030年比で－37%9

海外の水素エネルギー動向
米国：カリフォルニアを中心に展開- カリフォルニアZEV本格適用⇒ 2018からZEVをFCV、BEVのみを対象とする- FCV:カリフォルニアを中心に、約5,000台導入⇒ 約30箇所の水素STが開所、今後北東部に展開- 燃料電池フォークリフトの導入が進む⇒ 電動フォークリフト（電池）の代替として、約20,000台- エネルギーシステムの中で水素を利活用するための検討開始⇒ H2@scaleプログラム開始

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海外の水素エネルギー動向
欧州：再エネ大量導入を背景に、水素利活用検討が進む
Sector Couplingがキーワード【ドイツ】- 再エネを活用した水素製造・利用実証展開（40箇所以上）- 燃料電池電車実証（アルストム製）、ディーゼル代替【フランス】- 原発依存度を低下(50%に)、再エネ拡大の中で水素に着目- 水素に関する政策策定- EV+FC（レンジエクステンダー）、約200台導入【欧州】- 燃料電池・水素プログラム（FCH-JU）積極展開⇒ 再エネ水素実証本格化、産業用水素源としても利活用⇒ 低炭素水素の認証プログラム
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海外の水素エネルギー動向
中国：近時本格的に参画も、積極的な動きがみられる- 燃料電池自動車ロードマップの策定・公表（2016年10月）⇒ 2030年にFCV100万台、水素ステーション1,000箇所- 外国企業の積極的誘致⇒バラード（加）の燃料電池スタック工場建設- 脱内燃機関の動き⇒加州ZEV法に類似した規制策定⇒燃料電池バスの導入拡大（約200台）
韓国：FCVを中心に新たな動き- 年内を目処に水素に関する政策策定- 韓国版H2Mobility設立の方向

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民間ベースの国際的枠組（Hydrogen Council)

出典：Hydrogen Council ホームページ（ January 17, 2017 リリース）

2017年、本田技研工業、川崎重工業、トヨタ自動車を含むエネルギー／運輸／製造業等の世界的企業13社で構成するHydrogen Council（水素協議会）が発足。
Hydrogen Councilは、水素を利用した新エネルギー移行に向けた共同のビジョンと長期的な目標を提唱するグローバル・イニシアチブ（活動体）。
2018年11月時点で５３の企業が参画。
2018 Global Action Summitでは2030年までに輸送分野において利用する水素を100％カーボンフリーにすることを合意した。今後、世界的な水素開発ロードマップの作成を推進するとともに経済性の議論を深化させる予定である。
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水素閣僚会議
世界で初めて閣僚レベルが水素社会の実現をメインテーマとして議論を交わす「水素閣僚会議」が開催。
世界21の国・地域・機関の関係者が結集、その成果がTokyo Statement（東京宣言）。
～Tokyo Statement（東京宣言）の４項目～
1.水素供給コスト及びＦＣＶ等の製品価格の低減加速化に向けた技術のコラボレーション、基準や規制の標準化やハーモナイゼーションの必要性
2.水素ステーションや水素貯蔵に関する水素の安全性の確保や、様々な地域特性に応じたサプライチェーンの構築など、水素利活用の増大に向けて、各国が連携して取り組んで行くべき研究開発の推進
3.水素社会実現に向けた認識の醸成・共有に資する水素ポテンシャル、経済効果及びCO2削減効果に関する調査・評価の意義
4.水素ビジネスの投資拡大等につながる社会受容性向上のための教育や広報活動の重要性
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NEDOの取り組み©NEDO

取り組みの方向性
燃料電池の着実な普及（フェーズ１）
燃料電池:・固体高分子型燃料電池：FCV 2020年代後半自立化- 耐久性、効率、生産性の向上⇒基盤的な研究開発に注力
・固体酸化物形燃料電池：主に定置用- 性能評価解析から結果のフィードバックサイクルを確立- モノジェネ高効率化を目指した取り組み（新規）
水素ステーション： （新規）設置・運用コストの削減：2025年の水素ステーションの自立化、2030年以降の水素ステーション事業自立化- 国内の規制適正化- 水素ステーションのコスト低減（システム面で）- 国際基準調和©NEDO

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取り組みの方向性
水素エネルギー利活用の拡大（フェーズ２＆３）
水素発電 / 水素サプライチェーン:- 燃焼器開発(NOx排出抑制, 逆火対応等燃焼制御)- 酸素・水素燃焼発電技術- 長距離・大量水素輸送
再エネ＋水素システム（Power to Gas）:- 水電解 (大型化、効率、耐久、応答性)⇒反応メカニズム解析等基盤技術- システム構築、最適化、オペレーション

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燃料電池の着実な普及©NEDO

固体高分子形燃料電池事業の概要
移動体（自動車等）用のＰＥＦＣの開発。主に低コスト化。
Ⅰ．普及拡大化基盤技術開発（委託）（１）ＰＥＦＣ設計支援基盤技術開発
燃料電池の劣化や性能向上等（電気化学実験）と、材料の構造変化等（放射光実験）を関連づけて、ＭＥＡの評価手法と設計指針を確立する。
（２）セルスタックに関する材料コンセプト創出
新規材料の設計指針を確立する。
Ⅱ．プロセス実用化技術開発（助成）
生産性を向上させるための実証を行う。
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固体高分子形燃料電池事業の目標
Ⅰ．普及拡大化基盤技術開発「出力密度×耐久時間×1/(単位出力あたりの貴金属使用量)」が現行の10倍以上を実現する要素技術の確立が目標。 単位出力あたりの貴金属使用量を減らす、耐久時間を延ばす、出力密度を上げる。これらはいずれもコスト低減に直結するもの。
Ⅱ．プロセス実用化技術開発
2020年度以降の市場導入拡大を見据えた生産性の向上（10倍）が目標。燃料電池車の生産台数を飛躍的に増加させる際に律速要因となる燃料電池スタックの生産性を大幅に向上させる。

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普及拡大化基盤技術開発（主なトピックス）
高効率・高耐久等を実現する材料開発のための基盤技術
反応解析技術3D visualization of PFEC anode
常圧化での３次元可視化

水生成・移動プロセス可視化

性能評価技術材料コンセプト

Catalyst©NEDO

Membrane21

プロセス実用化技術開発（主なトピックス）
低コスト化にも繋がる燃料電池の性能向上、生産能力の大幅な向上、適用車種を乗用車から商用車へと拡大するための耐久性の向上といった技術的な課題に対し、大量生産技
術について検査技術を含めた研究開発を助成。
平成３０年度採択案件

テーマ名

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実施者

コアシェル触媒の検査技術開発

石福金属興業株式会社

カーボンセパレータの製造プロセス及び当該品質管理プロセスに関する実用化技術開発

日清紡ホールディングス株式会社

高生産性、信頼性を有するMEA連続生産装置の開発

株式会社SCREENファインテックソリューションズ
株式会社SCREENラミナテック

高品質・高信頼性炭化水素系電解質膜のプロセス実用化
技術開発

東レ株式会社22

固体酸化物燃料電池事業
事業用（数kW～数百kW）の定置用ＳＯＦＣの開発事業（注）。
（注）家庭用の定置用燃料電池（エネファーム）はPEFC/SOFCともに700W。
（ａ） 固体酸化物形燃料電池の耐久性迅速評価方法に関する基礎研究（委託）産業技術総合研究所、電力中央研究所、 九州大学、京都大学、東京大学、東北大学（委託外の協力企業：京セラ、日本特殊陶業、日本ガイシ、デンソー、東京ガス、大阪ガス）
１０年（９万時間）という長期耐久性を短期間で評価するための加速評価試験方法を検討。
⇒開発コスト低減。
発電効率の高効率化（６５％以上）を実現するための指針を検討。⇒開発迅速化。
（ｂ）固体酸化物形燃料電池を用いた業務用システムの実用化技術実証（１／２助成）「燃料リサイクル機構を用いた高効率固体酸化物形燃料電池実用化技術開発」
株式会社デンソー
実使用を見据えた高効率（６０％）の実証運転事業。⇒市場導入加速。

（C）調査研究 （Ｈ３０～３１年度） （委託）「ＳＯＦＣの系統中における価値調査」
東京大学、（株）Ｅ－ｋｏｎｚａｌ
今後、高発電効率モノジェネレーション方式のSOFCが電力系統に並列した場合の様々な指標における市場価値をシミュレーション。⇒最適な出口市場を探り、仕様へ反映。
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基礎研究概要
民間が提供する様々なセルスタックを、ＮＥＤＯ事業として公的機関（産総研が中心）が耐久性を試験し、評価、分析した結果を、民間へフィードバックするモデルを実現。

得られた知見を元に高耐久・低コストなセルスタックを開発

開発・改良

短期間（数ヶ月）で生じる微少な変化（劣化）を定量的に検出・金属Crによる空気極被毒・空気極Srの中間層拡散 等→短時間及び高精度な劣化予測

耐久性試験
性能開発サイクル
評価・分析0不純物

民間の取組

構造変化

元素
拡散相変化

反応生成物元素
拡散ＮＥＤＯ事業
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構造変化
不純物

応力

燃料極

変形・ 電解質
破損
応
力

数ヶ月

運転時間

10年

セルスタック耐久試験

ＮＥＤＯ事業

空気極劣化機構の解明
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基礎研究の方針
発電効率６５％を達成可能なＳＯＦＣの開発方針を確立する。
点検時等の起動／停止時間の短縮化のため、強靭化の技術課題を追加する。

過去の取組
静的な条件での技術課題(2013-2017年)

効率(55%LHV)

適用性拡大のための新たな課題が追加

高効率セルスタック実現のための動的な技術課題を追加(2018年以降)（赤字：NEDOプロジェクトで取り組む課題）

効率(65%LHV)
52%

負荷追従速度

52%
機器投資
現状 回収
10年以上

4万時間

耐久性
(9万時間)©NEDO

低コスト(8年で投資回収）(1秒ー数秒以下)

運用性

数秒数分

数時間10時間
現状 以上

９万時間

耐久性
(9万時間以上)(起動1時間ー数時間以内)

10年

低コスト
(8年で投資回収)

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調査研究
2030年頃 再エネが20%超導入された時点で系統電力向けにSOFCが競争力を持つためにどのような仕様（コスト、寿命、効率）が必要かをシミュレーションにより評価。
競合技術に高効率化火力を含む

平成29年度に適用した0次モデル
モデルにはそれぞれの発電システムが1つだけ並列された簡易モデル

競合技術を分散型電源に限定

2030年環境下でSOFCが競争力を持つためには、
高効率火力に対しては、効率60%、1800S/kW
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分散型電源に対しては、効率55%、2900$/kW
©NEDO

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水素ステーションの整備に向けて水素・燃料電池戦略ロードマップ目標達成の2025年320箇所、2030年900箇所程度の水素ステーション設置を実現するため水素ステーションの整備費、運営費等のコスト低減が必要。
しかし、世界に先駆け商用水素ステーションの設置を進めてきたことで、整備当初とは異なる新たな課題が明確になりつつあり、規制の見直しについても見直しに係る検討が進められているところ。
2025年以降の水素ステーションFCVの本格的普及、を実現する為に、国内の規制適正化、 水素ステーションのコスト低減、国際基準調和に取り組む。
前事業の成果：耐久性の高いホースの開発
新型の82MPa対応高耐久ホースを開発するとともに、ホースの使用回数を決定するための評価方法を開発。
交換回数も約6倍に延長650回充填で交換100回充填で交換６倍

実環境下での使用を踏まえた評価方法へ昇華

これを踏まえ©NEDO

82MPaホース開発で得た知見を元に、国際標準の87.5MPaホースを開発。
試験室での評価方法に、実環境下での試験を加え、より正確な使用回数設定方法を開発。
使用回数を大幅に延長させる。

前事業の成果：水素脆化のメカニズムの解明
高圧低温下の水素環境で引き起こされる、金属の強度の低下(水素脆化)について、延性破壊と特定。
水素脆化＝使用不可からの脱却【研究後】
水素脆化による漏洩の際には、必ず事前に微少漏洩が生じるので、これを対処する。
ＶＶＶ

これを踏まえ水素脆化が延性破壊であることから、疲労き裂の進展速度を踏まえ、寿命を設定することで、水素脆化を起こす材料を使う方法の可能性がある。
研 究開 発を進 め 、 寿 命
設定を行う事で使用できる材料と使用できない材料の判断基準を確立させる。

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水素ステーション事業①国内規制適正化に関わる技術開発
省人/無人運転の法的／技術的課題対応、汎用材の適用範囲の拡大を目指した水素特性判断基準検討（使用条件での材料疲労把握等）、規制改革実施計画の項目に関する検討等。
②水素ステーションのコスト低減等に関連する技術開発
水素ステーションのモジュール化／規格化、構成機器の寿命延長の安全性評
価方法検討、高圧対応高分子技術（ディスペンサーのホースや継手／シール部材）の開発等。
③国際展開、国際標準化に関する研究開発
世界のステーション関連市場を開拓、拡大していくため、ISO等の標準化や、HFCV-GTR(水素やFCVの世界統一基準)の課題検討への対応等。
水素ステーションのイメージ

蓄圧器 ディスペンサー

水素ステーションに関するリスクアセスメント

水素トレーラ
新たな水素特性判断基準の研究開発

国際展開支援プロジェクト

貯蔵ＦＣＶ
圧縮機

プレクーラー

高圧対応高分子技術開発
運営費低減のための技術開発

無人運転を実施するための研究開発©NEDO

水素ステーションの規格化・標準化、モジュール化検討
国内外のステーション比較検討に関する研究開発

高効率昇圧装置の開発

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水素発電とサプライチェーン©NEDO

水素利用量の拡大に向けて各用途が約24億Nm3を使用するための数

水素発電は、大規模かつ恒常的な水素需要の創出と拡大が期待できる
LNG：Liquefied Natural Gas(液化天然ガス)
HHV：Higher Heating Value(高位発熱量)
LHV：Lower Heating Value(低位発熱量)©NEDO

出典：経済産業省

水素・燃料電池戦略協議会資料30

水素サプライチェーンの全体概要
海外から大量に水素を輸送する
海外の未利用水素源

褐炭*1
副生水素*2
随伴ガス*3等

低品位炭（高水分、低発熱量の若い石炭）
製鉄所、化学工場等からの副産物
原油等の生産に伴って同時に生産されるガス

液化水素

約5000kmキャリアへ変換

神戸空港島の荷役基地（実証試験イメージ）
©NEDO

*1
*2
*3

水素へ

9000km以上

有機ハイドライド 変換

川崎市臨海部の脱水素プラント（実証試験イメージ）31

液化水素を利用した大規模サプライチェーン実証（未利用褐炭由来水素大規模海上輸送サプライチェーン構築実証）

豪州の未利用エネルギーである褐炭を用いて水素を製造し、貯蔵・輸送・利用までが一体となった液化水素サプライチェーン構築を目指す。
本事業では「①褐炭ガス化技術」「②液化水素の長距離大量輸送技術」「③液化水素荷役技術」を開発する。
実施体制

事業概要
１

ガス精製

褐炭ガス化

豪州補助事業・神戸空港島で荷役基地建設着工
開始!!
©NEDO

HySTRA；技術研究組合
CO2フリー水素サプライチェーン推進機構（電発、川重、岩谷、シェルジャパン）

２
輸送

トピック
・日豪国際的なサプライチェーン（Hydrogen Energy Supply
Chain (HESC) Project）構築の実証事業に着手!!

NEDO

水素液化・積荷

３

電源開発

川崎重工

岩谷産業

①ガス化

②輸送
③荷役

②輸送
③荷役

H27
年度

H29
年度

荷役

利用H28年度

基盤技術検証
(FS)

H30
年度

H31年度

設計・製作・試運転等

H32
年度
実証運転

32

有機ケミカルハイドライドを利用した大規模サプライチェーン実証（有機ケミカルハイドライド法による未利用エネルギー由来水素サプライチェーン実証）

未利用資源から製造した水素を、有機ケミカルハイドライド法により消費地まで輸送し、需要家へ水素を供給するサプライチェーン構築を目指す。
本事業では、前半で水素サプライチェーン運用に必要な基盤技術の検証（スケールアップ検討、触媒の耐久性検討、総合運用の検討等）を、後半で実証チェーンの構築と長期に実運用する。
事業概要
水素3 チェーン

ブルネイ

実施体制
日本

NEDO

水素CH3

メチルシクロヘキサン
CH3

水素化 １貯蔵

トルエン貯蔵

2 脱水素

AHEAD；次世代水素エネルギーチェーン技術研究組合（千代田化工、三菱商事、三井物産、日本郵船）①②③
研究協力先

三菱日立PS/政投銀

トピック

ブルネイで水素化プラント建設着工開始!!

H27
年度

H28
年度

基盤技術検証

H29
年度

H30
年度

H31
年度

設計・製作・試運転等

H32
年度
実証
運転

ブルネイの水素製造・水素化プラント（完成イメージ）©NEDO

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水素燃料によるガスタービン発電実証（CGS活用スマートコミュニティ技術開発実証）

水素を燃料とする1MW級ガスタービンの発電設備（水素CGS）を用いて、地域レベルでの「電気」「熱」のエネルギー効率利用を目指す新エネルギーシステム（統合型EMS）を開発して実証運転する。
水素・天然ガス混焼ガスタービンの燃焼安定性の検証、双方向蒸気融通技術の確立、統合型EMSの経済的運用モデルを確立する。
事業概要

実施体制とスケジュール
NEDO

２

１
トピック

実証システムと実証プラント

大林組

川崎重工

①統合型
EMS

②水素CGS

H27
年度
設計

H28
年度

H29
年度
製作

H30
年度
現地実証

世界初、市街地で水素100％によるSystem、熱電併給システム
熱電供給を達成!! CGS：Co-Generation
EMS：Energy Management System、エネルギー最適制御システム
©NEDO

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Power to Gas©NEDO

PtG実証（PV利用率最大化＋非常時電源）
PV最大活用＋非常用電源＠仙台市
オフグリッドで、平時はPV有効利用に活用しつつ、非常用に長期電力貯蔵を可能とするシステム

©NEDO

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PtG実証（大規模福島水素実証）
福島県にて、再エネを大量導入した際の水素活用に向けたシステム実証開始
事業期間：2016年9月～2020年度

実証内容：• 再エネの利用拡大を見据えた電力系統の需給バランス調整のための水素活用/販売事業モデルの確立• 大規模再エネ水素エネルギーマネジメントシステムの開発/実用化
資料：東芝、東北電力、岩谷産業
©NEDO

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まとめ
©NEDO

まとめ
日本政府は、水素社会の実現に向けた政策上の位置付けを明確化。
燃料電池の市場投入進展。海外でも水素に関する取り組みが拡大。
水素はエネルギーシステムに柔軟性を持たせるカギ（空間、時間）。再エネ等、他のエネルギー源と連携することで新たな価値を創出。

©NEDO39http://www.nedo.go.jp/©NEDO