6121 世紀のエネルギー需給構造における原子力の役割に関する研究―水素・電気時代の展望―
A Study on the Role of Nuclear Energy in the Demand-Supply Structurein the 21st Century― Towards the use of hydrogen and electricity energy −守川 伸一（Shinichi Morikawa）*

河波 潤（Jun Kawanami）*

要約 石油，石炭などの化石燃料の大量消費により地球温暖化問題が引き起こされているといわれ，その抜本的な対策として燃焼時の生成物が水である水素に次世代のエネルギーとしての期待が高まっている．従来の研究では太陽光，風力発電などを利用して水素を製造し，液化したものを我が国へ輸送するシステムの検討が中心であった（NEDO WE-NET 計画）．本研究では原子力（高温ガス炉など）による水素製造を考慮するとともに，水素・電気を中核とするエネルギーシ
ステム時代の到来をふまえて，エネルギー需給モデルによりシミュレーションを行い，水素普及の条件と原子力の役割を検討した．その結果，水素の普及は環境規制により促進され，水素製造
時に CO2 を発生しない原子力による水素製造は重要な役割を果たしうることが分かった．
キーワード

水素，エネルギー需給モデル，原子力発電，地球温暖化

Abstract
It is said that global warming has been caused by the massive consumption of fossil
fuel such as oil and coal. As a fundamental measure to solve this problem, hydrogen is highly
expected to be the next-generation energy source, the by-product after combustion of which is water.
Previous studies have concentrated on the examination of hydrogen-producing systems that use suchmeans as sunlight or wind power generation and transporting liquefied hydrogen to Japan (NEDO
WE-NET Plan). In this study, a simulation using the energy demand-supply model was conducted inview of the advent of an energy system that is based on hydrogen and electrical energy while taking
hydrogen production by means of nuclear power such as a high-temperature gas reactor into
consideration. On the basis of the results, the conditions for dissemination of use of hydrogen and therole of nuclear power were examined. As a result, we found that widespread use of hydrogen will bepromoted by environmental regulations and that hydrogen produced by means of nuclear power, which
does not produce carbon dioxide at the time of production, will likely play an important role.

Keywords

hydrogen, energy demand-supply model, nuclear power generation, global warming

1．はじめにが開かれ，目標年である 2008-2012 年には温室効
果ガスを基準年である 1990 年の排出量に比べ 5%

1.1

研究の背景

を，日本は 6% を削減するという京都議定書が採択された．現在，その発効に向けて各国間で協議が進

化石燃料の大量消費にともなう CO２をはじめとめられているところである．さらに具体的な実施のする温室効果ガスによる地球温暖化など地球環境問手段として排出権取引制度等について話し合いが続題に対する関心は高い．1997 年には京都で国連気けられている．一方，環境問題としては古いタイプ

候変動枠組条約第３回締約国会議（以下「ＣＯＰ３」）に属するかもしれないが，都市部の大気汚染は一向*（株）原子力安全システム研究所 社会システム研究所

62に改善されず，深刻さを増している．その主な原因から相次ぎ，2003-2004 年には実用車が市場に登場である自動車の排気ガス対策が進められつつある．

し，2010 年代半ばには普及段階に至るとの予想も具体的には，先頃発表された東京都のディーゼル車

なされている．本格的な燃料電池自動車の普及ともの排気ガス規制や，米国，カリフォルニア州の低公

なれば燃料となる水素の需要が現在とは比べものに害車の導入義務づけなどである．

ならないほど大きくなると予想され，大量の水素を温室効果ガス対策や大気汚染防止対策としてエネ

どのように製造するのかが問題となる．

ルギーシステムについても，種々検討が加えられて地球温暖化などにともなう環境規制の進展，燃料きた．最近では，燃焼時の生成物が水である水素が電池など水素利用技術の発達は，今後のエネルギー

注目されている．水素はエネルギー密度が高く，排需給構造に大きな影響を与えると考えられる．

ガスがクリーンという優れた性質を有している．水素自体を燃焼してエネルギー源として利用するのみ

1.2

水素・電気時代

ならず，水を電気分解して製造した水素を液化して需要地へ輸送し，気化して利用する，または貯蔵し

21 世紀には，人口の増加，各国の経済成長，CO２ておき発電能力が不足するときには発電用の燃料と排出規制等の環境規制の変化などにともないエネル

するというように一次エネルギーから転換して製造

ギーシステムも大きく変容していくと考えられる．

された水素は輸送，貯蔵が可能でありエネルギーの本研究では，環境特性に優れるなど多くの利点を有キャリヤーとしても利用でき，電気と並んで究極のし究極のエネルギーとも言われる水素と，今後も一エネルギーといわれている．

層需要が増大していく電気とを中心としたエネルギ

水素の製造，利用などに関する研究は，石油ショーシステムについて考察する．

ック以降本格化し，当時は石油代替エネルギーとし

熱，光など全てのエネルギーサービスが提供でき，て研究されていたが，1980 年代半ばからは地球環

かつ炭素を含まないエネルギーは水素と電気のみで境問題に対するエネルギーシステムと位置づけを変ある．水素と電気は，石炭，石油，天然ガス，バイ

えて研究が続けられてきた（太田，1987）.

オマス，原子力，水力，地熱など全ての一次エネル

我が国では，海外で太陽光発電，風力発電によるギー源から製造できる．これは時間と場所について

電力で水を電気分解して水素を製造し，製造した水非常に広いバリエーションを持ったエネルギーシス

素を液化またはメタノールなどに合成して，日本にテムを可能にするものである．30-50 年以上となるタンカーで輸送し，発電用などに利用しようという

超長期的なエネルギー計画においては，特定のエネ研究が行われてきた（NEDO WE-NET 計画）．原子ルギー資源と技術に縛られず，かつ技術変化に柔軟力を利用した水素製造に関する研究では，日本原子に対応できる計画が求められるが，水素と電気はこ

力研究所が高温ガス炉を利用した方法を研究していの点からみても今後のエネルギー計画の中心となりる程度であった．すなわち，高温ガス炉から取り出うる条件を満たしている．

した高温により天然ガスを改質して水素を製造する

また，水素と電気は以下のように相互に補完しあ①天然ガス改質法，高温ガス炉から取り出した高温う特徴を有している．

により高効率で水を電気分解する②高温電解法，高①水素は貯蔵できるが，電気は現在のところ貯蔵

温ガス炉から取り出した高温により硫黄化合物やヨウ素などと反応させて水を分解して水素をとりだす③熱化学法の３つである．

できない．
②電気はものを移動させずにエネルギーを移動できるが，水素はできない．

燃料電池技術の進展は近年めざましく，大気汚染③水素は化学工業原料となるが，電気はなれない．

防止のため石油系の燃料に対する規制の強化にとも④電気は情報の伝達，加工，貯蔵に利用できるが，ない，代替燃料を検討する必要がある自動車会社の水素はできない．

ニーズもあって燃料電池自動車の開発が急ピッチでこの相互補完性から，電気は今日と同様の役割を進められている．最近は試作車の発表が各メーカー果たす一方で，水素は長期的には石油をベースとす

63

る液体燃料に替わりうる唯一の候補となるのであでも非化石燃料でもどのような一次エネルギー源かる．21 世紀には水素と電気がこのような役割を果らも水素も電気も生産できることである．今日，水たすことになる可能性が極めて高いと予想される．

素製造に利用されているエネルギー源と技術は限ら

将来のエネルギーシステムを模式的に示すと図１のれているが，将来の選択肢は極めて広いと考えられようになる．図１の左側は化石燃料などの一次エネるのである．現在，水素は主に天然ガス（メタン）

ルギーを示しており，中央には石油製品，電力などの水蒸気改質で製造されているが，これは製造時に一次エネルギーを転換したエネルギーを示していは CO 2 を発生させてしまう方法である．水の電気る．これらが，右側の最終需要では熱，光，動力な分解もカナダ，ケベック州及びブラジルなどで水力どとして利用されるのである．黒で示した部分は現発電により行なわれており，アイスランドでは地熱

行のエネルギーシステムである．赤で示した部分は発電による電力によって水を電気分解して水素を製

水素が加わった将来の部分を示している．原子力は造，利用し，CO2 を排出しない社会をつくる計画が現在は発電がほとんどであるが，将来は技術開発が推進されている．

進み発電とともに水素製造にも活躍する．

原子力発電はその初期の頃から水素製造と組み合わせることによって石油に替わるエネルギー供給シ

現在
将来
化石燃料

ステムとなると考えられてきた．また，太陽光など
不連続で変動の激しい供給特性をカバーするものと

石油製品
都市ガス
最

水力など

電力
新エネ
電気分解

燃料電池

ギーシステムを考えるうえで，特に化石エネルギー

終

資源に乏しく，一方で巨大なエネルギー需要を抱え需る日本のような国にとっては，このような水素・電

要

原子力

水素
図１

して水素製造が注目されている．超長期的なエネル

水素・電気エネルギーシステム（将来）気時代を指向し，原子力開発と水素製造を組み合わせたエネルギー戦略を検討していくことが重要であろう．

2．研究目的水素の製造と組み合わせることにより，石油，水

化石燃料の大量消費に伴う地球温暖化問題に対し力，太陽光，風力など全ての電源はベースロードにては CO２排出量制約などの環境規制が実施されよなることも可能となり，逆に原子力，石炭などベー

うとしている．一方，燃料電池自動車の実用化など

スロード電源は負荷追従が可能となる．すなわち，水素の利用技術の開発は急速に進展している．原子負荷に対して発電能力が上回っている低負荷時に力についても高温ガス炉など技術開発が進んでいは，余剰電力で水を電気分解して水素の製造を行う

る．このようにエネルギーを巡る状況が大きく変動というように運用し，製造した水素は製品として売している．

却するか，貯蔵しておくのである．逆に，負荷が発

本研究の目的は，環境規制，技術進歩など大きく電能力を上回るときには水素を燃料とする燃料電池

変動していく 21 世紀のエネルギー需給構造の中で，発電，水素タービン発電などにより発電能力の不足

水素・電気時代を展望して水素製造など新しい役割を補うことになる．つまり，一定の発電をしていてを追加した原子力の役割について明らかにしていくも負荷の変動に追従できることになるのである．こものである．具体的な課題として，CO2 排出規制にのように水素の製造と発電を組み合わせることによともない水素がどのように普及していくのか，そしり円滑にエネルギーを供給できるシステムが可能とて水素製造段階で CO 2 を排出しない原子力の位置なる．

づけはどのようなものであるのかを，シミュレーシ

水素と電気の組み合わせで重要な点は，化石燃料

ョン結果から考察する．

64

3．研究方法3.1

エネルギー需給モデル開発の検討

3.2

エネルギー需給モデルの概要

本研究では，種々の制約条件下で，それぞれの国のエネルギー供給，転換，消費のバランスをとると水素の普及を予測するに際しては水素の製造，輸共に，他国とのエネルギー輸送（輸出入）をも考慮

送，貯蔵および利用等に関する技術進歩，コスト，

し，全世界におけるコストが最小となる最適解を算

環境規制の進展など多くの要素を考慮しなければな

出するエネルギー需給モデルを開発した．

らない．技術進歩に関しては，国内外で多数のプロ

ここでは，最終エネルギー消費を固定し，どのよ

ジェクトが計画，実施されており，その過程で技術うに供給するとコストが最小になるのかを分析する的に大きな課題はほぼ解決されてきている．しかし，（山地・藤井，1995）．最終エネルギー消費には，環境的にも優れた性質を有する水素が，エネルギー「気候変動に関する政府間パネル」（以下「ＩＰＣＣ」）

源としては宇宙ロケット用燃料，その他の用途としの高成長型社会における化石燃料・非化石燃料のバては化学工業原料など限られた分野でしか利用されランス型シナリオ（以下「Ａ１Ｂ」）を採用するととておらず，ほとんど普及が進んでいないのは，コスもに（IPCC, 2000），一次エネルギー供給についてトの問題とインフラが未整備であることが原因とさはＩＥＡ（1998a ; 1998b）の，転換装置関係についれている．コストは生産，輸送などの技術的な問題ては後藤・佐藤・田所（1999）のデータを主に使用と，ガソリン，都市ガスなど水素と競合すると考えらした．

れる他のエネルギーのコストの動向などが関係する．

モデルの特徴は，①世界全体を 14 地域に分割し環境規制に関して，温室効果ガスの削減では，（表１），② CO２の排出量制約がエネルギー需給構1997 年 12 月京都で行われたＣＯＰ３において CO２造に与える影響をシミュレーションできるようにしをはじめとする温室効果ガスの排出削減目標が定めた．③シミュレーション期間は，2000 年から 2050

られ，排出権取引など実施方法について議論が進め年までの１期 10 年の６期モデルとした．

られている．また，都市部の大気汚染についても自④一次エネルギーとして，石炭，石油，天然ガス，

動車の排気ガス規制は強化されていくと考えられオリマルジョン，ウラン，自然エネルギー（水力，る．これらの環境問題に対する規制にともないエネル

太陽光，風力，地熱）を設定した．また，⑤エネル

ギー需給は大きな影響を受けることは明らかである．

ギー転換設備として，発電（火力発電，原子力発電，さらに，燃料電池自動車の開発の進展などにとも自然エネルギー発電），高温ガス炉の核熱による水ない水素の大きな需要が生まれることも予想される

素製造（天然ガス改質法，高温電解法，熱化学法）

が，この動向如何も技術進歩と導入基盤整備の優先と発電，従来方法による水素製造（天然ガス改質法，順位の評価選択によるところが大きい．

水電気分解法），石油精製を設定し，⑥最終エネル

このように水素の普及などを予測するに際してはギー消費では，石炭，ガス，石油製品（ガソリン，

多くの要素がお互いに関係しており，矛盾なく整合

ナフサ，灯油，軽油，重油，その他石油製品，ＬＰ的な予測を行うことは極めて困難である．

Ｇ），電力，水素の 11 種類とした．⑦原子力関係で

本研究では，技術進歩，環境規制が相当進み，一は，ウランを使用する軽水炉（ＬＷＲ）と高温ガス

方で化石燃料資源の枯渇が現実化しない程度の期間

炉，使用済み燃料からウランとプルトニウムを分離

として 50 年程度にわたる期間を考慮することとし抽出する再処理工場，ウランとプルトニウムを燃料た．期間の長さと考慮すべき要素の複雑さからモデとする高速増殖炉（ＦＢＲ）を設定した（図２）．

ルによるシミュレーションにより考察することが適⑧一次エネルギー生産と価格との関係を示す関数

切である．モデルのタイプはいくつかあるが，50にはコストステップを用い，生産量の増加にともな

年という長期で，多くの要素が複雑に絡む場合に適い残存資源量が少なくなるため，エネルギー生産コ

当なモデルとして，線形計画法型のエネルギー需給ストが上昇するように設定した（Rogner，1997）．

モデルを開発することとした．

65

石炭

石炭

発電

天然ガス

電力

火力発電
自然エネルギー発電
原子力発電

石油

ガス
ガソリン

SF

再処理

ナフサ

ウラン
プルトニウムオリマルジョン

高温ガス炉
水素製造

自然エネルギー
水力
太陽光
風力
地熱

石油精製

電力

灯油
軽油

水素

重油

石油製品

従来型水素製造

その他
水素

水電気分解

ウラン

LPG

電力
図２
表１

エネルギーフロー図（全体）

国，地域分割の内容

No. 国，地域名

No. 国，地域名

１
２
３
４
５
６
７

８
９
10
11
12
13
14

日 本
中 国
韓 国
東南アジア
インド
その他アジア
大洋州

中 東
アフリカ
西 欧
東 欧
旧ソ連諸国
北 米
中南米

子力の普及促進により CO２排出量制約をクリアできるかをみる「高温ガス炉低価格ケース」（ロ−Ⅱ）を設定した．次に水素は「基本ケース」「高温ガス炉低価ケース」いずれにおいても，2050 年での使用量は現在の約２倍とほとんど普及しないという結果であった．そこで，水素のシェアの上限を基本ケ
ースの５倍に引き上げて水素が普及しやすい条件にした「水素シェア５倍ケース」（ハ−Ⅰ），これに対して CO２排出量制約を課した「水素シェア５倍ケ

3.3

シミュレーションケース，シナリオの設定ース」（ハ−Ⅱ）を設定した．さらに水素の用途をガ
ソリン，軽油，都市ガスに加えて重油，石炭などにも拡大し，CO２排出量制約を課した「水素用途拡大

上記の前提条件を基に以下に述べる順にシミュレ

ケース」（ニ−Ⅱ）を実施した（表２）．なお，水素用ーションを実施していった．第１番目は，エネルギ

途拡大ケースでは CO２排出量制約がある場合のみ

ー供給も計画通りに進み，特段の制約もなく現状の実施した．

まま推移したらどのようになるかを検討する「基本

ここで CO２排出量制約の内容はＣＯＰ３の京都

ケース」（イ−Ⅰ）である．他のケースと比較するう

議定書にある 1990 年を基準年に先進国全体で 5%

えで基準となるケースである．この「基本ケース」

削減（日本は 6%）を 2010 年に実施し（京都議定書（イ−Ⅰ）に対して CO２排出量制約を課した場合にでは 2008 ― 2012 年となっているがシミュレーショ

どのようになるのかを検討するためのケースとして

ンでは中央の 2010 年とした），その後も各国は CO２「基本ケース」（イ−Ⅱ）を設定した．さらに他電源

排出量制約を 2010 年のレベルでそのまま継続するとのコスト競争力を高めるために高温ガス炉の発電こととした．

原価を 25 ％低下させて，原子力の普及がどの程度途上国については，CO２排出量制約の内容が京都促進されるかをみる「高温ガス炉低価格ケース」

議定書では合意されていなかったので，本研究では（ロ−Ⅰ），これに対して CO２排出量制約を課し，原1990 年比 300% まで排出を許容することとした．

66

表２

各ケースとシナリオ

基本ケース 高温ガス炉 水素シェア 水素用途
（イ）
低価格（ロ） ５倍（ハ） 拡大（ニ）

CO２制約
なし（Ⅰ）

CO２制約
あり（Ⅱ）

世界計

(MTON-C)

30000
25000
20000

イ−Ⅰ

ロ−Ⅰ

ハ−Ⅰ

―

15000
10000

イ−Ⅱ

ロ−Ⅱ

ハ−Ⅱ

ニ−Ⅱ

5000
0
2000年

4．シミュレーション結果

2010年

図 3-2

2020年

2030年

CO２排出量

2040年

2050年

基本ケース

基本ケース

4.1

(MTOE)

基本ケース・CO２排出量制約なし（イ−Ⅰ）

600

原子力（高温ガス炉）は，開発計画程度の稼働であ400った．一次エネルギー供給（図 3-1）では，石炭，石300

油，天然ガスの化石燃料が大部分を占め，原子力は

200

4.1.1

全体の１割強となっている．発電において石炭火力
が全体の約半分を占めるため，CO２の排出量は年々増加し，2050 年には 250 億トンＣとなる（図 3-2）．こ

世界計
水電解（従来法）
天然ガス改質（従来法）
ナフサ改質（従来法）
LPG改質（従来法）
熱化学法（高温ガス炉）
天然ガス改質（高温ガス炉）
高温電解法（高温ガス炉）

500

100
0
2000年

2010年

2020年

図 3-3

れは，京都議定書に基づく制約の CO２排出量約 120

2030年

水素製造

2040年

2050年

基本ケース

億トンＣの２倍強に相当するものである．水素製造はわずかだが行われており，製造方法は従来の天然

4.2

高温ガス炉低価格ケース

4.2.1

高温ガス炉低価格ケース・CO２排出量制
約なし（ロ−Ⅰ）

ガス改質法が大半となり，原子力（高温ガス炉）を利用した製造量は全体の１％にも満たない（図 3-3）．

4.1.2

基本ケース・CO２排出量制約あり（イ−Ⅱ）

シミュレーションした結果，京都議定書の CO２

基本ケースで＄3,000/ｋＷとした高温ガス炉のコストを，一律 25 ％低下させることでその導入を促

排出量制約を満たす最適な解は得られなかった．つすケースである．この結果，一次エネルギー供給

まり，CO２排出量削減対策を講じなければ，京都議（図 4-1）において，2050 年時点で計画の約 300 倍

定書は到底遵守できないことを，シミュレーションの原子力（高温ガス炉）が導入されている．このた結果は改めて示すものであった．

め，一次エネルギー供給に占める原子力の割合が石油に比べ高くなっていることが分かる．CO２排出量(MTOE)

世界計

40000
原子力
水力
風力
地熱
太陽光
天然ガス
オリマルジョン
石油
石炭

35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
2000年

2010年

2020年

2030年

2040年

図 3-1 一次エネルギー供給

2050年

基本ケース

（図 4-2）は基本ケース（イ−Ⅰ）とほとんど差がない
が，水素製造量（図 4-3）は高温ガス炉の導入が進んだことを受けて増加している．また，水素製造法
では，基本ケースでは従来法の天然ガス改質法がほとんどであったのに対して，原子力（高温ガス炉）を利用した製造法が水素製造量の約半数を占めており，従来の製造技術と十分競合していることを示し
ている．

67

(MTOE)

世界計

45000

あるが，高温ガス炉の普及により先進国の発電部門
においては CO２排出削減が進んだが，発展途上国に

40000

原子力
水力
風力
地熱
太陽光
天然ガス
オリマルジョン
石油
石炭

35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000

おいてはエネルギー需要の増加にともなう CO２排出
量が依然高く，世界全体として CO２排出量制約を達成できなかったと推察される．

4.3

水素シェア５倍ケース

4.3.1

水素シェア５倍ケース・CO２排出量制約
約なし（ハ−Ⅰ）

0
2000年

図 4-1

2010年

2020年

2030年

2040年

一次エネルギー供給

2050年

高温ガス炉低価格

ケース

ガス，ガソリン，軽油の需要部門に代替できる水素のシェアの，国，地域別に設定した上限値を，基世界計(MTON-C)
30000

本ケースの５倍まで許容したケースである．この結果，原子力（高温ガス炉）は計画程度の導入となり，

25000

一次エネルギー供給（図 5-1）に占める，石炭，石油，

20000

天然ガスの化石燃料は過半数を占め，原子力が全体15000の約 10 ％であった．これは，基本ケース（イ−Ⅰ）

10000と同じ傾向であり，CO２排出量（図 5-2）についても

5000

同様の傾向であった．一方の水素製造量（図 5-3）は，

0
2000年

2010年

2020年

2030年

2040年

2050年

基本ケース（イ−Ⅰ）の約２倍程度にとどまり，製造法も従来の天然ガス改質法が大部分を占める結果

図 4-2

CO２排出量

高温ガス炉低価格ケースであった．
(MTOE)(MTOE)

世界計

世界計

40000
原子力
水力
風力
地熱
太陽光
天然ガス
オリマルジョン
石油
石炭

35000

1200
水電解（従来法）
天然ガス改質（従来法）
ナフサ改質（従来法）
LPG改質（従来法）
熱化学法（高温ガス炉）
天然ガス改質（高温ガス炉）
高温電解法（高温ガス炉）

1000
800
600
400

30000
25000
20000
15000
10000
5000

200

0

0

2000年

2000年

2010年

2020年

2030年

2040年

図 5-1
図 4-3 水素製造

2010年

2020年

2030年

2040年

2050年

2050年

一次エネルギー供給 水素シェア５倍ケース

高温ガス炉低価格ケース
世界計(MTON-C)

4.2.2

高温ガス炉低価格ケース・CO２排出量制
約あり（ロ−Ⅱ）

30000
25000
20000

シミュレーションした結果，京都議定書の CO２排

15000

出量制約を満たす最適な解は得られなかった．これ

10000

は，発電の過程で CO２等の温室効果ガスを排出しな5000

い原子力（高温ガス炉）のコストを低下させること

0

で普及を促すと共に，水素需要へのシフトを想定し，

2000年

2010年

CO２排出量制約の達成をシミュレーションしたので

図 5-2

CO２排出量

2020年

2030年

2040年

2050年

水素シェア５倍ケース

68(MTOE)

世界計

1400
水電解（従来法）
天然ガス改質（従来法）
ナフサ改質（従来法）
LPG改質（従来法）
熱化学法（高温ガス炉）
天然ガス改質（高温ガス炉）
高温電解法（高温ガス炉）

1200
1000
800
600
400

京都議定書の CO２排出量制約をクリアしているため，基本ケース（イ−Ⅰ）の約半分に止まっている．
このため，発電などの過程で CO２等の温室効果ガスを排出しない原子力が，一次エネルギー供給（図6-1）の約 65 ％を占める結果となった．

200
0(MTOE)

2000年 2010年 2020年 2030年 2040年 2050年

60000

図 5-3 水素製造

水素シェア５倍ケース

世界計

50000

原子力
水力
風力
地熱
太陽光
天然ガス
オリマルジョン
石油
石炭

40000

4.3.2

水素シェア５倍ケース・CO２排出制約あり（ハ−Ⅱ）

シミュレーションした結果，京都議定書の CO２
排出量制約を満たす最適な解は得られなかった．つ

30000
20000
10000
0
2000年

まり，CO２排出量制約をクリアするために，水素が化石燃料の代替としてその需要を伸ばすには，ガソ

2010年

2020年

2030年

2040年

2050年

図 6-1 一次エネルギー供給 水素用途拡大ケース

リン等とコスト面で競合できることがまず重要であることは言うまでもないが，その用途についても，(MTON-C)

広く化石燃料をカバーできることが必要であること

12000が示唆された．

世界計

10000
8000

4.4

水素用途拡大ケー ス・CO２排出制約あり（ニ−Ⅱ）

6000
4000

以上見てきたように，高温ガス炉を低価格に設定

2000

したり，ガス，ガソリン，軽油の需要部門を代替で

0

きる水素シェアの上限を引き上げて，水素の普及を

2000年

2010年

促しても，途上国の CO２排出量制約が達成できな

図 6-2

CO2 排出量

2020年

2030年

2040年

2050年

水素用途拡大ケース

いため，京都議定書の CO２排出量制約をクリアできないことを示すものであった．ここでは，水素の需要用途の拡大を検討し，シミュレーションを行っ(MTOE)

た結果を示す．

7000

水素の用途を基本ケースのガス，ガソリン，軽油に加えて，石炭，重油，ＬＰＧに拡大し，広く化石

世界計
水電解（従来法）
天然ガス改質（従来法）
ナフサ改質（従来法）
LPG改質（従来法）
熱化学法（高温ガス炉）
天然ガス改質（高温ガス炉）
高温電解法（高温ガス炉）

6000
5000
4000

燃料を代替するように設定したケースである．シミ

3000ュレーションの結果，水素の需要代替はガス，ガソ

2000

リン，軽油以外でも進み，水素製造量（図 6-3）は1000

全ケースの中で最大となった．製造法においても，

02040 年まで原子力（高温ガス炉）を利用した熱化学

2000年 2010年 2020年 2030年 2040年 2050年法が大部分を占めている．CO２排出量（図 6-2）は，

図 6-3

水素製造

水素用途拡大ケース

69

5．考

察

6．まとめ

シミュレーション結果を総合すると，ＣＯＰ３の水素はエネルギー密度が高く，燃焼時の排出物は京都議定書の CO２排出量制約は，各国にとって非水だけという環境特性に優れたエネルギー源である

常に厳しい目標であることがわかる．

ばかりでなく，エネルギーの貯蔵・輸送にも利用で高温ガス炉の導入拡大，水素の導入拡大を本研究きるという面も有している．水素と電気は，水素はでは検討したが，高温ガス炉はコストを低下させなエネルギーの貯蔵ができるが電気はできない，電気いと導入が進まず，しかもコスト低下により導入がは情報の伝達，貯蔵，処理ができるが，水素はでき進んだとしてもそれだけでは CO２排出量 制約をクないなど相互補完的であり，しかも原料となる一次リアできないことがわかった．

エネルギーを選ばないという点でも共通している．

水素は，CO２排出量制約など環境規制の強化にと水素と電気を組み合わせたエネルギーシステムは将もない使用量が増大し，普及していくことが確認さ

来的に極めて検討に値するものといえる．水素・電れた．また，水素の用途を拡大し水素の使用量が増

気時代における原子力の役割，水素普及の条件など加した場合に CO２排出量 制約を達成できたことかをＬＰモデルにより探ってみた．

ら，水素使用の増加が地球温暖化の防止に有効であ

その結果は，京都議定書に基づく CO２排出量 制ることが示された．しかし，現在考えられている燃約は非常に厳しく，水素の普及，原子力の利用拡大

料電池車の普及などといった用途にともなう水素使などエネルギーシステムの転換，省エネルギーなど

用量の増大だけでは，CO２排出量制約をクリアする

いろいろな方策を総合的に，先進国のみならず全世ためには不十分であることも確認された．水素の用界的に実施していかなければ達成できないことを改途を液体燃料の代替といった分野に限定せず，石油めて示すものであった．

や石炭などが使用されている分野にまで用途を拡大

水素の普及は CO２排出量 制約を達成する有力なしたケースでようやく CO２排出量 制約をクリアす手段の一つであるが，CO２排出量制約など環境規制

ることができたのである．CO２排出量制約をクリアにより普及が促進されることが示された．そして，するための方策は，多くの選択肢を総合的に組み合水素の製造にあたっては製造時に CO２を排出しなわせていかねばならないことを示唆している．
（河い原子力を利用することは，コストを忘れてはなら

波・守川・西野，2001 ; 守川・河波・西野，2001）．

ないが，将来の社会の福祉の増進と地球環境問題のCO２排出量制約を課したケースでは，原子力が一解決に関して，有力な選択肢たりうることを示して

次エネルギー供給で大きな役割を占めており（図 6-

いる．

1），水素製造でも大半を占める結果となっている（図 6-3）．これは，CO２排出量制約が厳しい中では，
水素製造時などに CO２を排出しないエネルギー源

として原子力が選択されていることを示している．

謝辞
本研究を実施するにあたり龍谷大学国際文化学部
松井賢一教授，（財）エネルギー総合工学研究所松なお，ウランなどエネルギー資源量， CO２ 回

井一秋プロジェクト試験研究部部長，名古屋経済大

収・固定・処分や電力貯蔵，太陽光・バイオマス

学武井満男名誉教授に指導していただいた．記して発電など関連する技術の進歩，地球温暖化以外の感謝の意を表する．

環境問題などモデルに十分に組み込めなかった課
題については，今後さらに詳細に検討していくことが必要である．

70

引用文献
1999

後藤純孝・佐藤治・田所啓弘

エネルギーシステムのモデル化

我が国の長期
日本原子力研究

所International Energy Agency 1998a Energy
Balances of OECD Countries 1997/1998. Paris

:

OECD.
International Energy Agency 1998b Energy
Balances of Non-OECD Countries 1997/1998.
Paris : OECD.
Intergovermental Panel on Climate Change 2000
Emissions Scenario. Cambridge : Cambridge
University Press.
河波潤・守川伸一・西野俊一

2001

21 世紀のエ

ネルギー需給構造における原子力発電の役割に関する研究−水素・利用時代の展望− エネルギ

ー・資源学会第 20 回研究発表会講演論文集, 255260.
守川伸一・河波潤・西野俊一

2001

水素利用拡大と原子力利用水素製造に関する研究 エネルギー
資源学会第 20 回研究発表会講演論文集,

261-

264.
太田時男

1987

水素エネルギー

森北出版

Rogner,H.H. 1996 An Assessment of World
Hydrocarbon Resources . Austria : IIASA.
山地憲治・藤井康正

1995

グローバルエネルギー

戦略−地球環境時代の 21 世紀のシナリオ−
力新報社

電