⑤全分野にまたがる水素イノベーション
サプライチェーン


・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・p.83

褐炭水素運輸ＦＣＶ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・p.84

都市ガス
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・p.85



燃料電池



メタネーション

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・p.87

発電


水素発電

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・p.88

蓄電

Ｐ ｔｏ Ｇ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・p.90

ものづくり


水素還元

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・p.91

80

水素エネルギー利用の意義・エネルギー政策上の位置づけ
 水素エネルギー利用は、90%以上の一次エネルギーを海外化石燃料に依存する日本のエネルギー供給構造を変革・多様化させ、大幅な低炭素化を実現するポテンシャルを有する手段。
 化石燃料を水素に代替することによるエネルギー源の多様化・エネルギーセキュリティの向上
 水素発電やFCV、産業分野での水素利用（熱、プロセス）によるエネルギー利用の低炭素化
水素による一次エネルギー供給構造変革とCO2排出削減
新エネ・地熱等

現状：化石燃料18,052PJ（91%）

水素利用の方向性

現状：12.3億t

水力
原子力

天然ガス
石炭

⇒

（現海状外：依化存石）燃料
大 90
幅％
圧超縮が必要ｴﾈﾙｷﾞｰｾｷｭ
ﾘﾃｨに貢献電力
CO2フリー電力

2030年
▲26%

更なる削減

運輸
CO2フリー燃料

石油

電力
運輸

熱・その他
水素

熱・その他
CO2フリー燃料

原料

用途
一次エネルギー供給

CO2削減に貢献• 水素発電による火力電源の低炭素化• 再エネ大量導入に必要となる変動吸収・電力貯蔵• 運輸部門のCO2排出量の大半(85%)を占める乗用車・貨物車の低炭素化• 産業分野等での熱利用・プロセスの低炭素化（鉄鋼、石油精製等）

CO2排出量81

水素基本戦略のシナリオ
現状
供給

化石燃料由来水素（副生水素、天然ガス改質）
サプライチェーン構築実証、スケールアップ

(現在)

水素量
コスト

0.02万t2030

将来目指すべき姿

 国際水素ｻﾌﾟﾗｲﾁｪｰﾝ構築
 国内再エネ由来
水素製造技術確立

CO2フリー水素（褐炭×CCS、再エネ活用）

スケールアップ
大幅コストダウン(2020)

0.4万t

30万t

（商用ｻﾌﾟﾗｲﾁｪｰﾝ規模）（参考比較）～1,000万t＋α（発電での消費量に大きく依存）

30円/Nm3

20円/Nm3

天然ガス輸入価格（ステーション価格）（1/3以下）（1/5以下）16円/Nm3*－

17円/kWh（技術開発段階）（商用段階）

12円/kWh
ガス火力発電を代替(参考) 水素消費量30万ｔは発電容量で100万kW程度(参考) 水素消費量500万-1,000万ｔ
は発電容量で15-30GW程度

水素発電実証、環境価値評価の仕組み確立

ｽﾃｰｼｮﾝ
FCV(現在)(2020)

100箇所
2,000台160箇所
ステーションコスト半減
4万台

ｽﾃｰｼｮﾝ戦略的整備、規制改革、技術開発

FCﾊﾞｽ

2台

100台

ﾌｫｰｸﾘﾌﾄ40台

500台(2030)

900箇所相当
FCV／
ｽﾃｰｼｮﾝ
自立化
※2020
年代後半

80万台
1,200台

１万台

各省連携による水素供給NW整備

ｴﾈﾌｧｰﾑ22万台

ｴﾈﾌｧｰﾑ
自立化*水素熱量等価換算

LNG火力発電単価

12円/kWh
火力発電設備

132GW

ロードマップ目標

FC
活用

8,500万ｔ/年～100円/Nm3発電
利用 モ
ビ
リテ
ィ

天然ガス輸入量

530万台

収益性向上によりガソリンスタンドを代替
FCスタックの技術進歩・低コスト化によりガソリン車を代替

ガソリンスタンド数

31,500箇所

乗用車台数6,200万台

大型車両のFC化
家庭等における従来エネルギーシステムを代替

世帯数

5,300万世帯82褐炭水素サプライチェーンプロジェクト
 豪州の未利用エネルギーである褐炭から水素を製造し、日本に輸送するプロジェクトを実施中。

プロジェクト概要③水素荷揚（荷役基地）

日豪褐炭水素サプライチェーン

 2020年度までの6年間のNEDO実証事業。
 本プロジェクトでは、サプライチェーンを構成する技術のうち、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実証。

ハイストラ
②水素輸送
 事業主体：HySTRA（川崎重工、電源開（液化水素船）
発、岩谷産業、シェルによる技術研究組合）①水素製造（褐炭ガス化）＋CCS

褐炭採掘

豪州連邦政府・ビクトリア州政府との関係
 本プロジェクトについては、連邦・ビクトリア州両政府の協力の下で実施。
 日豪の官民のステークホルダーで構成されるステアリングコミッティによりプロジェクトを進捗管理。
（座長＝ボルト次官。豪連邦政府、ビクトリア州政府、METI、NEDO、事業者が参加。）
 CCSについては豪州プロジェクト（CarbonNet）とコラボレーション予定。
83

燃料電池自動車（FCV）
 日本はFCV開発において世界で先行。世界的にもFCVの開発が活発化。

日本の動向

欧米・中国等の動き＜政府の動き＞目標年

燃料電池車普及目標

水素ステーション設置目標

2020年
2025年
2030年

4万台
20万台
80万台

160ヵ所
320ヵ所

• 規制の総点検（主な検討項目）
水素ステーションのコスト低減、FCVの量産・コスト低減等＜産業界の動き＞• 水素ステーションの戦略的整備に向けた民間11社による協業に係る覚書を締結＜政府の動き＞• 独：水素ステーションを2023年に400ヵ所整備を目指す。
• 米（加）：官民連携組織が主導し、水素ステーションを2017年に51ヵ所、2023年頃までに100ヵ所の整備を目指す。
• 中： 目標年 燃料電池車普及目標 水素ステーション設置目標
2020年2025年
2030年

5千台
5万台
100万台

100ヵ所
300ヵ所
1000ヵ所※新エネ・省エネ自動車ロードマップ（2016.10）＜産業界の動き＞• BMW：トヨタとの共同開発に合意（2013 .1）• ダイムラー・フォード：日産との共同開発に合意(2013.1)
2018年中にFCVを発売予定• GM：FCV技術をホンダと共同開発（2013.7）• ヒュンダイ：世界初の量産型FCVを発売（2013.2）

水素ステーション整備に向けた民間11社による覚書
各省にまたがる規制改革の貫徹

84燃料電池（エネファーム）
 エネファームについては、更なる発電効率の向上（SOFC）、熱利用率の向上（PEFC）に向けた技術開発を進めるとともに、集合住宅や寒冷地など、優位性のある市場を開拓し、民生部門での低炭素化を促進する。
 また、余剰電力取引を通じて、高効率発電電力を他の需要家にも融通する取組を拡大する。

戸建
うち寒冷地

集合マーケットポテンシャル

エネファーム導入台数

方向性

ストック 約2,930万件
フロー 約42万件

約4.1万台（新築＋既築）

ZEH推進
逆潮による発電量向上

ストック 約530万件
フロー 約7万件

約1,650台

排熱価値向上

フロー約50万件

約0.1万台小型化の推進※寒冷地とは、「エネルギーの使用の合理化等に関する法律」（省エネ法）における「地域区分1～4」とする。
【集合住宅 イメージ図】

寒冷地市場、集合市場は、「ＰＶ＋蓄電池」が入りづらい市場[出典]大阪ガスＨＰ

CO2削減量 [kg-CO2/(日・台)]

余剰電力取引によるCO2排出削減量比較

マーケット

65432
105.4
2.8

逆潮流なし

【SOFC】

逆潮流あり[出典] 日本総研作成資料を基に資源エネルギー庁作成85

燃料電池（業務・産業用FC）
 業務・産業用燃料電池については、低熱電比需要家への導入を進め、グリッドパリティの突破を早期に実現するためイニシャルコストの低減に資する技術開発を進めていく。
 また、GTCC※を超える発電効率（60%超）の実現に向けた技術開発を進め、分散型電源による電力供給の可能性を更に切り開く。 ※ガスタービンコンバインドサイクル

発電コスト（熱利用込） [円/kWh]

発電コスト低減のイメージ

超高効率SOFC実現の可能性＜試算条件＞
発電効率50％、排熱利用率30％稼働率80％ 耐用年数10年、燃料費単価75円／m3 運転管理費2円/kWh 排熱価値4.9円/kWh
排熱価値
▲4.9

34.7
排熱価値
▲4.9

低圧電力

24.7

高圧電力

2017

2018

2019

2021

2022

[出典] 東京ガス発表資料[出典] 業界ヒアリングより資源エネルギー庁作成

低熱電比需要家数
契約電力

~50kW

件数

717,420※熱電比0.5以下を低熱電比として抜粋

50~300kW
172,740300~
500kW
35,145500~
1,000kW
13,0951,000~
2,000kW
5,235

2,000kW~
1,670[出典] 富士経済「～需要家別マーケット調査シリーズ2013～業務施設エネルギー消費実態・関連機器市場調査」

86メタネーション
 メタネーションは水素とCO2からメタンを合成する技術。CO2フリー水素と発電所等から排出されるCO2を原料として合成されたメタンでは、利用時のCO2排出量が合成時のCO2回収量と相殺される。

 メタンは天然ガス（都市ガス）の主成分。既存のエネルギー供給インフラの有効活用（都市ガス導管、 LNG火力発電所やLNGタンカー等）や、熱利用の低炭素化の観点から、エネルギーキャリアとしてのメタンは大きなポテンシャルを有する。

87

水素発電に向けた技術開発
 水素発電技術の社会実装に向けては、特に水素の燃焼特性に応じた燃焼器の開発が不可欠。
 拡散燃焼方式や予混合燃焼方式など、従来の火力発電で実績のある燃焼器を水素混焼発電に転用するための研究開発や技術実証については、すでに一定の取組が進められている一方、NOxの低減や発電効率の向上といった技術課題に対応していくことが求められる。
 また、将来的に水素専焼発電を実現するためには、NOx値の低減、高い発電効率、高濃度な水素混焼などを同時に達成可能とする新たな燃焼技術を早期に実用化することが重要。
各燃焼方式の特徴・課題

拡散燃焼方式

予混合燃焼方式

新燃焼方式

特徴課題

開発フェーズ将来目標• 燃料と空気を別々に噴射• 幅広い混焼率に対応• 高温スポットの発生によりNOx値が高くなる傾向• 蒸気・水噴射による性能低下

実証・実用化段階～2020年頃：
1MW級水素CGS 混焼/専焼実証運転実施• 燃 料と 空 気を 混 合して噴射• 高効率と低NOxを同時に実現• 逆火現象が発生しやすい• 上記の課題に伴う水素混焼率の制限

技術開発段階～2020年頃：
混焼発電プラント基本設計実施～2025年頃：
500MW級GT 混焼実機検証実施

基盤研究段階～2025年頃：
30MW級GT 専焼実機検証実施～2030年頃：
500MW級GT 専焼実機検証実施• NOx値を低減しつつ、高い発電効率を実現• 逆火現象の発生リスクを低減• 水素専焼発電に対応

水素混焼発電に向けた取組としては、①NOx値の低減、②逆火現象への対応、③発電効率の向上が必要。
また、さらに先を見据えた水素専焼発電に向けた取組としては、これらに加え、④水素混焼率の向上が必要。
88

水素発電に向けた技術開発
 将来の発電分野での水素利用を見据え、現在、２つ実証プロジェクトを実施中。
 神戸実証については、2018年1月に実証運転を開始し、電力供給を行う（世界初）。
 既存の大規模火力発電所での水素混焼を可能とするための技術開発を推進。
水素コジェネによる電熱供給実証（神戸ポートアイランド）

既存LGN火力での大規模水素混焼実証

設計・シミュレーション

要素燃焼試験

水素コジェネ発電設備詳細設計(500MW級)※そのほか、内閣府SIPにおいてアンモニア燃料発電技術について開発中
89Power-to-gas
 Power-to-gas技術における心臓部である水電解装置にはいくつかの方式があり、現時点で実用段階にあるものとして、アルカリ水電解と固体高分子形水電解（PEM水電解）が、研究開発段階の高温水蒸気電解（SOEC）が存在する。
 このPower-to-gas技術は、マクロでの調整力やローカルでの系統の容量不足への対応に活用されることが期待されており、欧州では既に数多くのPower-to-gas関連の実証が行われている。
 なお、ドイツでの実証事例が圧倒的に多く、現在オペレーション中のものだけでも約20のプロジェクトが確認されている。
方式ごとの水電解装置模式図

実用段階

欧州におけるPower-to-gas実証

研究開発段階[出典] 旭化成(株)[出典] The European Power to Gas Platform Webサイト

90

水素還元を用いた低炭素製鉄プロセス技術
 高炉の製鉄プロセスのCO2発生量の約８割を占める製鉄の還元プロセス（原料の鉄鉱石から銑鉄を作る工程）
において、水素活用とCO2分離・回収によって約３割の排出削減を可能とする技術。
＜技術の概要＞①水素を活用した鉄鉱石の還元技術（高炉水素還元技術）
コークスの一部代替として、高炉一貫製鉄所から発生する副生ガスから得た水素を還元材とする還元プロセス技術②高炉ガスを対象としたCO2分離・回収技術
高炉ガスからCO2を分離・回収する化学吸収液・物理吸着技術、及び未利用低温排熱有効利用技術
 現在、NEDOの水素還元活用型製鉄プロセス技術の開発事業（COURSE50)として技術開発中。2030年頃に実機（1基）に本技術を導入予定。
①水素を活用した鉄鉱石の還元技術（高炉水素還元技術）

水素増量

鉄鉱石

ＣＯＧ
改質
装
置

②CO2分離・回収技術
・化学吸収法鉄鉱石(Fe2O3)

水素還元用
コークス製造技術

高炉ガス

コークス
(C)

CO2

Ｃ
Ｏ
２
貯留
など

ＣＯ２

ＣＯリッチ
ガス

コークス炉
高炉

コークス代替還元材(水素主体)製造技術

スラグ顕熱回収技術(一例)

ＣＯ

廃熱回収ボイラ
熱風
冷風

吸収塔

水素

高強度･高反応性コークス

水素

スラグ・物理吸着法

カリーナ
サイクル
発電システム

未利用廃熱有効利用技術
スラグ＝鉄鉱石中の鉄以外の成分を石灰と溶融・結合させて出来る副産物

再生塔
リボイラ

鉄(Fe)

蒸気電力
銑鉄91

91