令和 4 年度 第 4 回 都民を対象としたテーマ別環境学習講座報告「グリーン水素の活用に向けたモビリティへの挑戦」□実施日時

令和 5 年 1 月 28 日（土）１３時３０分～１５時００分□実施方法

Zoom を使用したオンライン開催
場所

東京都環境公社本社□実施内容
１．グリーン水素の活用に向けたモビリティへの挑戦〇 (講師)東京都立大学

宍戸哲也氏

・水素の活用はすでに身の回りのいろいろな場所で導入されている。
例：家庭用燃料電池、燃料電池車、水素ステーションなど
・また近い将来、燃料電池車、燃料電池船など、さまざまなモビリティに燃料電池や水素エネルギーの利活用が進められている。
・産業革命以降の人間が消費するエネルギーは飛躍的に増加しており、世界の人口の増加とエネルギーの消費量の増加がリンクしていることがわかる。（右図参照）
また、化石燃料を構成する炭素、水素、酸素と、食料を作成するのに重要な化学肥料に含まれる窒素、この４つの元素は、地球上での循環が今後重要となり、管理が必要になると考えられている。
・また、人間が排出した二酸化炭素量と気温上昇に正の相関が確認されていることから、CO2 の排出量削減・回収・資源化が世界で求められてきている。（右図参照）

・日本における電気エネルギーは約 80％が火力発電所で作られている。
火力発電所では、化石資源を燃やすことで電気エネルギーを得ることができる。化石資源とは、石炭、LNG（液化天然ガス）、石油などのことであり、炭素や水素からできているため、必ず二酸化炭素と水も排出される問題がある。

・また、熱力学から計算すると火力発電所の理論的発電効率は 60％である。
・水素を用いてエネルギーを取り出す際、燃料電池をもちいる。燃料電池に水素と酸素入れると、電気エネルギーを取り出すことができる。電気エネルギーを取り出す際は水のみが発生し二酸化炭素が排出されない、また理論的な熱力学的効率は約８３％とされていることから、火力発電よりもメリットがあると言える。

・熱機関(燃料を燃やして電気エネルギーを取り出す場合など)は、色々なエネルギーの形態を経て最終的に電気エネルギーに変換するため、その間のロスが多くある。一方、燃料電池での発電は、分子が持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換するため、ロスが少なく発電効率が高い。

・しかし、燃料電池を使用するためには、大量の水素が必要となる。
水や有機化合物(メタンなど)の中に存在している水素(H)を水素(H2)という形で取り出す方法として、メタンと水を高温で反応させるというものがある。この方法は安価に生成できるため世界の 90％が選択しているが、高温での反応のため、エネルギーが必要であり、さらに二酸化炭素を排出すものである。

・また、バイオマスを用いた反応で水素(H2)を取り出す方法もある。二酸化炭素も排出するが、量は少ないとされること、また光合成をする中で二酸化炭素を循環させているだけであるため二酸化炭素は増加していないと考えることも出来る。

・電気エネルギーによって、水から水素と酸素を電離させ、取り出す方法(電気分解)もある。電気分解の際に用いる電気エネルギーに、太陽光発電などの二酸化炭素を出さない再生可能エネルギーを使用することで、この方法からは二酸化炭素は排出されないことになる。
このような再生可能エネルギー由来のエネルギーを使った二酸化炭素を排出しない H2 を「グリーン水素」と呼ぶ。

・二酸化炭素を削減していくには、使用する水素をグリーン水素に移行していかなければならない。太陽光パネルの設置だけではなく、風力発電など他の発電の選択、さらにそれを計画的に導入しなければ、グリーン水素への移行は経済的、実質的に成り立たない。これが私たちに課せられた課題である。

・次に、どのように水素を利活用していくかを考える。
同じエネルギーを持つ物質の体積を比較すると、水素１気圧 1000L に対し、ガソリンは 0.34L であることから、ガソリンはコンパクトで高エネルギーを有する物質であることが分かる。同じエネルギーの水素を輸送、貯蔵するためには、体積をコンパクトにする必要がある。
低温化や高圧化で体積をコンパクトにする、水素吸蔵合
金や化学物質を用いた輸送・貯蔵など色々な方法が研究されている。

・これらの輸送、貯蔵の問題は、モビリティを使う上で水素ステーションの運営にも関わるため、この技術開発はモビリティへの水素活用を広げていく一つのカギである。

・発生した二酸化炭素を減らす方法として、現在は回収し地下に貯蔵する方法（CCS）が主にとられているが、二酸炭素を資源化する方法(CCU)についても研究が進められている。例えば、二酸化炭素と水素を反応させるとギ酸が生成できる。ギ酸は簡単に二酸化炭素と水素に分解できることから、水素貯蔵として注目されている。

・二酸化炭素と水素の反応では様々な物質を作成でき、CCU 研究が進めば二酸化炭素が循環し、増加を防ぐことができる。（右図参照）
・回収した二酸化炭素と水素を反応させると、燃料化する水素として利用することができるため、二酸化炭素排出量の観点から、グリーン水素の役割はとても大きい。

・水素社会の実現に向けた取り組みとして、まとめると以下の課題がある。
製造…グリーン水素をどのように作成するか再生可能エネルギーの利用
輸送・供給…水素をどのように運搬・貯蔵するか利用…水素をどのように活用するか(水素燃料電池など)

・また、エネルギーを利用する地域性や時間帯、季節変動など、それぞれの特徴を組み合わせた、長期変動・短期変動を乗り切るシステムの構築も必要となる。そのため、複数の分野の研究者が分野横断型で研究に取り組むことが重要である。

・水素利用を広げるために、東京都では様々な目標（右図参照）を掲げており、このような社会的システムの整備と技術の拡大の両輪がなければ、水素社会は実現しない。
水素の製造、輸送・供給、利用などの問題解決に関して様々な研究が進んでおり、皆さんの身の回りにも導入が進んでいることを知っていただけると嬉しい。

２．水素情報館

東京スイソミルについて〇 (講師)東京都環境公社

鈴木・水素情報館東京スイソミルは、水素や水素社会の未来を見て触って体験しながら楽しく学べる施設である。
・場所は江東区潮見にあり、２階建ての施設となっている。１階はタッチパネルや水素模擬製造機、タッチ式のクイズゲームなどで学ぶことができ、２階は企業展示などが設置されている。
●質疑応答（質問は原文ママ）
１：事前質問(回答者：事務局)
質問： 東京都としては水素カーと EV とどちらをどのように推奨していく計画でしょうか。
回答： 水素を燃料とする燃料電池自動車（FCV）も電気自動車（EV）も脱炭素化に寄与するゼロエミッ
ションモビリティであることから、普及を促進しています。
現在、電気自動車や燃料電池自動車などに対し、車両の購入費の補助を実施しています。
また、燃料電池自動車に水素を供給する水素ステーションの整備や、電気自動車等に給電する充電設備の整備にも補助を行っています。

質問： 東京都における、グリーン水素の精製計画等をご教示頂けますでしょうか？
回答：再生可能エネルギーの電力から作ることができるグリーン水素は、脱炭素社会に貢献するエネルギーの一つです。
東京都では、2050 年にはあらゆる分野でのグリーン水素の利用拡大を目指し、これに向けて 2030年に水素需要を拡大・水素の実装化を進めています。
令和５年度は、都内においてグリーン水素を製造するための設備の設計等を実施する予定です。
(回答者：宍戸先生)
質問： 日本としてグリーン水素を推し進めていくことは適切か。
回答： 適切であり、かつ必要であると私は考える。
まず、現在は石油から色々な化合物を作っている。その際に、酸化反応(Ｏを使用した反応)をして物質変換している。
しかし、今後は石油関連の物質変換を変えていくには、水素を利用した物質変換が求められる。
例えば、バイオマスの場合は、物質の中に酸素が多く含まれており酸素を外すために水素が必要となるほか、講義で説明をした二酸化炭素と水素と化合させ物質を作成するためにも、多くの水素が必要になる。
そのための水素をどうするかであるが、日本の温帯の場所での太陽光の再生可能エネルギーから作成する水素の製造効率は日光が強い地域よりも悪いため、海外から水素を輸入する必要がある。輸入する際には、水素ではなくアンモニアやトルエンという形へ変換し、運輸すると効率が良い。
これら物質変換の際に、グリーン水素を使用しなければ、二酸化炭素も減らない、二酸化炭素の利活用が進まなくなってしまうことからも、グリーン水素の推進は必要と考える。
質問： グリーン水素を活用していくうえで、海外より優位な日本の強みは何か。
回答： 水素燃料電池関係の特許は世界１位であること。光触媒関連の技術も世界をけん引している。
また、今後技術を組み合わせる際に制御系の技術も必要が出てくる。この部門でも技術力が高い。
これらが、日本の強みであると考えている。
質問： グリーン水素の経済的製造と安全な輸送と供給をどうするのか？
回答： 二酸化炭素を回収して水素を化合させる場合、二酸化炭素の回収コストとグリーン水素の製造コストを考えなければならない。グリーン水素の製造コストは下がってきているので、二酸化炭素の回収コストを下げる研究がおこなわれている。
しかし、日本は地域柄、太陽光による変換効率が良くないため、グリーン水素の製造コストは海外よりも少し高値になっている。そのため、どのようにグリーン水素のコストを下げていくのかが問題である。
また、海外の安いグリーン水素をどのように持ち込むか、仕組みも考えなければならない。
さらに、ＣO２由来の物質を作成し、使用し、また回収する循環の仕組みを作ることが、経済的な合理性、安全な供給つながると考える。
これらを解決するためには、技術的な課題と政治的な課題、輸入先の距離など色々な問題がまだ存在する。
質問： エコカーとしては EV もありますが、チャージングステーションをいかに増やしていくかが課題になっているようです。水素を用いたエコカーを広めていく際にも似たような課題があると思われますか。どのような解決策があるでしょうか。
回答： エコカーを広めるには、ステーションの問題がある。水素ステーションの建設コストは、現在のガソリンスタンドは高い。これを安くしていく必要があり、これには法律や助成の整備と技術的な向上によるコストの削減の両輪が合わさって発展していくと考える。
2：当日質問質問： エネルギー効率の熱力学的理論値はどのように計算されているのですか？火力発電・燃料電池発電それぞれについてお聞きすることができれば幸いです。
回答： 火力発電はカルノーの式を用いた。内燃機関の発電効率は、低温側の熱源と高温側の熱源の温度差で決まる。燃料電池の発電効率は、反応が決まれば決まる。ファラデーの式を用いた。
質問： 軽い気体ほど温度を下げないと液体にならないのはなぜですか？
回答： 軽い気体程たくさん動いているので、それを止めるために温度を多く下げなければいけない。
また、軽いと分子間力が小さいため、液体になりにくい性質を持つため。
質問： CCS で再埋蔵した CO2 はどうなるのですか？
回答： 埋蔵してその後確認しないので、どのようになっているか分からない。
質問： モビリティーのなかでも一般車両では EV 車に注目が集まっていますが、大型、重量級のトラックやトレーラーは、EV より FCV が有効だとされているようですが、先生はどのようにお考えでしょうか。
回答： 現状、電池は近い距離ではエネルギーの出し入れが自由なため、メリットはある。一方、長距離の場合は、電池全体のエネルギー量を大きくしなければならず、電池自体の重さが重くなるため効率が悪くなり、FCV の方が有効だとされている。
質問： 燃料電池の触媒として、白金にかわるものはどんなものが候補としてあがっているのでしょうか。
やはりレアメタルが多いのでしょうか？
回答： 現状の燃料電池では、白金が非常に良いことが分かっている。
現在家庭用燃料電池で使用されている固体高分子型燃料電池は、水を使用しているため８０℃くらいで稼働している。１００℃以上になると水が蒸発するため現在はその温度帯では稼働できない。
ただし、この温度よりも高い温度で稼働できる燃料電池が開発された場合は、別の触媒の可能性も出てくる。
質問： もし時間があれば以下について考えを伺いたいです。
水素の輸送分野での活用で、FCV の普及が計画より遅れている理由と利用者の増加には何が必要だと考えますか。
回答： 白金を多く使用しているため燃料電池の値段が高くなっている点と、ステーションの数が少ない点の２つがあると考える。
これには法律や助成の整備と技術的な向上によるコストの削減の両輪が合わさって発展していくと考える。