1水素エネルギー利活用と今後の展望
佐々木一成
九州大学 副学長・水素エネルギー国際研究センター長（次世代燃料電池産学連携研究センター長、カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所、工学研究院主幹教授）（総合資源エネルギー調査会 水素政策小委員会委員長、アンモニア等脱炭素燃料政策小委員会委員長、両合同会議座長）(email) sasaki@mech.kyushu-u.ac.jp （研究室HP）http://www.mech.kyushu-u.ac.jp/~hup/index.html（水素センタ－HP）http://h2.kyushu-u.ac.jp/

コージェネ財団・特別講演会２０２２
２０２２年７月８日

国内最大の“実証の場”（東京ドーム57個分）

脱炭素・水素社会実現へ世界と戦う“チーム福岡”

エネルギーのメガトレンド：脱炭素へ
石炭・製鉄の地に
九州帝国大学創立（1911年）

出典：経済産業省HP（第6回 産業構造審議会 製造産業分科会資料に加筆） https://www.meti.go.jp/shingikai/sankoshin/seizo_sangyo/pdf/006_03_00.pdf

炭素：水素＝石炭（固体）
石油（液体）
天然ガス（気体）
水素（気体）
１：０
１：２
１：４
１：
半世紀前（1969年）にLNG輸入開始
サプライチェーン構築開始2脱炭素化に向けた技術イノベーションと「水素」（エネルギー情勢懇談会、2018年、経済産業省HP http://www.enecho.meti.go.jp/committee/studygroup/ene_situation/007/pdf/007_008.pdf)

社会全体の脱炭素化へ： 電化＋水素化

3水素：FCV用⇒社会全体の脱炭素化戦略物質（電化＋水素化）4

水素の７つの役割❶大規模・効率的に再生可能エネルギーの統合が可能❷セクターや地域をまたいだエネルギー分配❸システムの信頼性を高めるためのバッファーとして機能❹運輸部門の脱炭素化❺産業用エネルギーの脱炭素化❻住宅用熱電供給の脱炭素化➐回収炭素を水素と合わせて工業原料化【社会全体の脱炭素化】（電力＋燃料＋原料）●電力：再エネ（余剰⇒水素）＋原子力＋水素発電でCO2フリー化●燃料・原料：CO2フリーの化学的なエネルギー媒体＝水素（Hydrogen Council Homepage（2019年9月発出）: http://hydrogencouncil.com/ ）5「水素」がカギ（革新的環境イノベーション戦略、2020年1月策定）
政府の司令塔：ｸﾞﾘｰﾝｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝ戦略推進会議

https://www.kantei.go.jp/jp/singi/tougou-innovation/pdf/kankyousenryaku2020.pdf「国内再エネ利用拡大（左上）」「海外からの再エネ大量輸入（右上）」「回収CO2の燃料化（右下）」に「水素」が不可欠： 脱炭素社会の電力＋燃料＋原料をまかなう化学的なエネルギー媒体

電気、熱と並ぶ二次エネルギー「水素」＠脱炭素社会 6
CO2フリーの化学的なエネルギーキャリア

我々の日々の生活・産業・移動（変換技術）（貯蔵技術）

電気・燃
水料
電電
解池

蓄電池

（大量利用、輸送容易、長期貯蔵困難）

熱水素

水素

（限定利用、輸送可能、長期貯蔵容易）

原子
力天然
ガス

蓄熱（局所利用、輸送困難、長期貯蔵困難）

石炭

K. Sasaki et al. (Ed.), Hydrogen Energy
Engineering: A Japanese perspective,Springer, (2016).

石油

水力

地熱ステーション

風力太陽光バイオ
燃料

二次エネルギー（媒体）●「水素」で多様なエネルギー一次エネルギー（資源） （資源）が使いやすくなる！

カーボンニュートラルに向けて
CO₂排出削減の方向性
CO₂原単位電力

非電力

エネルギー消費量

天然ガス、水素、バイオ、CCUSなどの活用

電源の脱炭素化
CO₂原単位

7（グリーンイノベーション戦略推進会議、2020年11月）

電化

省エネ
エネルギー消費量

省エネ

カーボンニュートラル

CO₂を回収/貯留するネガティブエミッション技術
https://www.meti.go.jp/shingikai/energy_environment/green_innovation/pdf/gi_003_04_00.pdf

電力と非電力の両方の脱炭素化

8

水素：各産業のｷｰﾃｸﾉﾛｼﾞｰ（グリーン成長戦略、2020年12月）

https://www.meti.go.jp/shingikai/energy_environment/suiso_nenryo/pdf/018_01_00.pdf③水素産業のみならず②アンモニア、④原子力、⑤自動車、⑦船舶、⑧建機、⑩飛行機で水素・FC明記

9

電化+水素化+CO2回収（グリーン成長戦略改訂版、2021年6月）

https://www.meti.go.jp/press/2021/06/20210618005/20210618005.html

水素（＋水素キャリア）：脱炭素電源の1%（2030年）、10％（2050年）、需要大幅増（2030年30→300万トン、2050年2000万トン/年（ポテンシャル：商用車600万トン、水素発電1000万トン、水素製鉄700万トンなど）

水素に係る海外動向（世界各国が投資急拡大・日本を猛追）••

EUやドイツやオランダ、豪州など多くの国で水素の国家戦略が策定されるなど、世界中で取組が本格化。
脱炭素化が困難な商用車（HDV）や産業分野での水素利用や、水素発電の導入、水素輸入に向けたサプライチェーンの検討等の動きが進展。

ドイツ

EU

 2020年6月に国家水素戦略を策定。国内再エネ水素製造能力の目標を設定（2030年5GW等）。
 2020年6月3日に採択した経済対策において、国内の水素技術の市場創出に70億ユーロ、国際パートナーシップ構築に20億ユーロの助成を予定。
 水電解による水素製造設備に対して、再エネ賦課金を免除。加えて、再エネ由来水素等の大規模輸入に向けたサプライチェーン構築事業（H2 Global）を実施予定。
 大型FCトラック向けの水素充填インフラ構築を支援。

 2020年7月に水素戦略を発表。
 2030年までに電解水素の製造能力を40GWを目指す。
 暫定的に、低炭素水素(化石＋CCUS)も活用を志向す
るが、⾧期的には再エネ水素のみを「クリーン水素」と定義。
 水素パイプラインの整備に必要な制度改革に着手。
 官民連携によるクリーン水素アライアンスを立ち上げ。
 輸送分野では、HDVでの水素利用を重視。

米国
 新車販売の一定割合をZEVとする規制の下、カリフォルニ
ア中心にFCVの導入が進展（8000台超）。2024年からは商用車もZEV規制適用開始。
 ユタ州のでグリーン水素を活用した大型水素発電プロジェ
クトを計画。2025年に水素混焼率30%、2045年に100%専焼運転を目指す。（三菱重工がガスタービン設備を受注）
 ロサンゼルス港のゼロエミッション化に向けた構想の一環で、大型輸送セクターでの水素利用の検討が進む。
 DOEは大型FCトラックの開発を支援。
 2022年2月に地域クリーン水素ハブや、クリーン水電解プログラムなどに総額約100億ドルを拠出することを発表

フランス 2020年９月に水素戦略を改訂。
 2030年までに電解装置6.5GWの設置を目指す。
 水素の生産に使用する電力としては、再生可能エネルギーおよび原子力発電由来の電力を想定。
 産業に加え、FCトラックが水素活用先の優先項目に。

中国
 2020年に業界団体(中国汽車工程学会)が、野心的なFCVの普及目標を策定(2030年100万台)。
 商用車中心に、約9000台が導入済(21年末)。また、水素ステーション数は世界最大の178箇所(22年1月)
 燃料電池等のサプライチェーン整備を目的とし、中央政府がモデル都市(5都市群)を選定し、FCV等の技術開発・普及状況に応じて奨励金を与える政策を実施中

水素政策小委員会（2022年3月29日）資料：https://www.meti.go.jp/shingikai/enecho/shoene_shinene/suiso_seisaku/pdf/001_03_00.pdf

10水素：使って出るのは水だけ（炭素循環⇒水素循環）！
燃料電池：“燃やさない”直接変換で高効率発電！
熱エネルギー変換（燃焼）電気化学エネルギー変換（化学エネルギー⇒熱⇒運動⇒電気）（化学エネルギー⇒電気）

内燃機関（集中型）：量的なCO2排出減

燃料電池（分散型）：質的なCO2排出減

ニューコメンの熱機関 ガソリンエンジン(Newcomen, 1712)【当時の効率約1％】（Otto cycle, 1876）【実運転で十数％、最近は効率アップ、水素エンジンも】燃料電池

エネファーム（九大伊都に7台設置）

燃料電池車（トヨタ製、九大所有、世界初の大学公用車）【家庭で発電効率50%
総合効率約90％超】 【車両効率約65％】

水素を介して燃やさずに発電！

蒸気タービン【ガスタービン、複合発電、水素タービンへ】（Rankin cycle, 1854）（日本機械学会編「熱力学」より引用）

業務産業用・発電用燃料電池（三菱日立パワーシステムズ製、九大伊都設置）【将来、天然ガスで発電効率約70％へ】

11

12

家庭用燃料電池「エネファーム」

2021 年６月末時点で累積４０万台を突破

エネファーム・パートナーズHP： https://www.gas.or.jp/user/comfortable-life/enefarm-partners/common/data/20210805_web.pdf

定置用燃料電池（九大伊都）：①家庭用

2009年発売当初から着実に進化！

13

定置用燃料電池（九大伊都）：②業務用

３～４kW級（京セラ、三浦工業）

14

定置用燃料電池（九大伊都）：③産業用

２５０kW級（三菱重工業）

15

定置用PEFC：純水素燃料電池へ展開

朝日地球会議２０２０にて： https://www.asahi.com/ads/awf2020/panasonic/

定置用PEFCは純水素燃料電池として展開可能

16

17

SOFC：Hydrogen-ready技術（水素・燃料電池戦略協議会）

https://www.meti.go.jp/shingikai/energy_environment/suiso_nenryo/pdf/018_01_00.pdf

FCの用途拡大、SOFCのカーボンニュートラル化

燃料電池自動車（東京モーターショー2019）
Toyota-MIRAI2

Mercedes (FC-PHV)

Mitsubishi FUSO

Lexus (Concept)18

「水素キャンパス」＠九州大学・伊都キャンパス
伊都キャンパス＝１０年後、２０年後の未来社会が見える「タイムマシン」！学生は日々未来を夢見て勉強して社会へ！
水素・燃料電池
太陽電池
実証サイト（各種
パネル 水素ステーション 風力発電機
エネファーム（再エネ水素 （２００５年設置） （再エネ水素水素社会
FCV駐車場設置）製造用）製造用）
ショールーム（MIRAI, Clarity）

世界最大規模の水素エネルギ－常設ショーケ－ス！

九大水素モーターショー（新型MIRAI納車式、2021年3月19日）（総長、学生ほか。
MIRAIの開発に参画した九大卒業生もWeb参加）＋関連車両展示

燃料電池足湯（エネファーム給湯）

水素エネルギー
国際研究センター（HY30棟）「見える化サイト」
ディスプレー（電気＋ガス＋水素の使用量）

未来の「水素社会」を延べ５万人超が視察・見学⇒環境大臣表彰（2019年12月）

19水素の用途拡大（乗用車、商用車、船、航空機など）

20（国・地方脱炭素実現会議、2020年12月）

国・地方脱炭素実現会議 https://www.cas.go.jp/jp/seisaku/datsutanso/dai1/gijisidai.html

水素ステーション網は？（順次設置しながら、需要を創出）

設置済：１５９基
計画中： １５基
合計： １７４基（２０２２年５月現在、FCCJホームページ http://fccj.jp/hystation/index.html#hystop）

国のロードマップにほぼ沿って水素ステーションを整備中！（BEVへの充電と違って）
FCVへの充填は数分で済むので、現在のガソリンスタンドほどの数は不要。
（国のロードマップ：160基＠2020年、320基＠2025年、1000基＠2030年）

21

水素キャリア（液化水素、有機ハイドライド、アンモニア、メタン）

22（第25回 水素・燃料電池戦略協議会、2021年3月）

水素を極低温（20K）で液化して船等で運搬

トルエンに水素を化合させたメチルシクロヘ
キサン（MCH）をケミカルタンカーで運搬

石炭火力発電所の排ガス浄化で使っているアンモニア（NH3）を燃料として使用

CO2フリー水素と回収
CO2からのCNメタンを作って、既存の都市ガスインフラ活用

https://www.meti.go.jp/shingikai/energy_environment/suiso_nenryo/pdf/025_01_00.pdf

産業用ガス会社！

石油会社！

電力会社！

ガス会社！

各水素キャリアのメリットと課題を踏まえて、並行して技術開発を進め、適材適所で利活用海外からの水素の輸入に向けて：川崎重工業

川崎重工業ホームぺージ：https://www.khi.co.jp/hydrogen/

岸田総理の水素運搬実証式典出席（2022年4月9日）（完成前の風景（2019年8月27日））

23水素価格と用途拡大（輸送⇒発電⇒化学⇒製鉄）

24

水素の価格

（政府の各種資料のパリティ価格などを参考に作成）

約100円/Nm3 現状（人件費や投資を除く）★水素自動車（乗用車）【vs.ガソリン】 約100円/Nm3★水素自動車（商用車）【vs.軽油】 約50円/Nm3

30円/Nm3＠2030年政府目標
20円/Nm3＠政府将来目標★水素発電【vs.天然ガス 】 約15～30円/Nm3★化学工業【vs.天然ガス】 約18円/Nm3★水素還元製鉄【vs.石炭】 約8円/Nm3

市場規模
水素価格低下に伴って用途拡大。環境価値等は今後変動

化石資源価格高騰 vs. 再エネ価格低下（ENEOS）

化石資源：脱炭素で投資減少、ウクライナ情勢で化石資源価格が高騰・供給不足
再エネ：ESG投資増加、技術革新で価格は着実に低下
経済産業省 水素政策小委員会資料（2022年3月29日） https://www.meti.go.jp/shingikai/enecho/shoene_shinene/suiso_seisaku/pdf/001_06_00.pdf

25

26

地域（例）：九州の再エネポテンシャル
例：九州本土の再生可能エネルギーの接続 ・申込状況●接続可能な再生可能電力量（太陽光：817万kW、風力：180万kW）を超える
再生可能電力の接続申込：計3750万kW（最大電力需要は約800～1400万kW）●太陽光発電のみならず、最近は昼夜に発電する風力発電の接続検討が増加
九州本土（離島除く）の再生可能エネルギーの接続・申込状況（2022年１月末時点）
バイオマス

水力（揚水除く）

地熱

1,15155

161,29541356

530406263

19866184550

接続契約申込及び承諾済（再掲）

304
【271】

555
【498】

71

215955

接続済

1,081
【337】

63
【0.87】

146

186

24

1,499

合計

1,467

1,768

272

209

35

3,750（単位：万kW）

太陽光接続検討申込み

82

接続契約申込み
承諾済

風力

合計

※合計は四捨五入の関係で合わないことがある※【 】は、指定ルールにおける出力制御対象分 九州電力送配電ホームページ（https://www.kyuden.co.jp/td_renewable-energy_application_index）

地域（例）：脱炭素化への水素の貢献
脱炭素へ（58％⇒100％）
九州電力の２０１９年度の電源構成（実績）27

脱炭素地域の実現に向けて（九州の例）●九州は脱炭素化を国内最速で実現できるポテンシャルあり！「水素」は脱炭素化を可能にする戦略的なエネルギー媒体★「電力」の脱炭素化は再エネ＋原子力＋水素発電で可能！（アンモニア⇒石炭火力、水素⇒天然ガス火力）

アンモニア（NH3）で脱炭素化

水素（H2）で脱炭素化（再エネ：２３％＋原子力３５％＝５８％）

九州：CO2フリー電源比率５８％＠２０１９（政府の２０３０年目標を達成済！）（出典：九州電力ホームページ
http://www.kyuden.co.jp/rate_adj_power_composition_co2.html）★「非電力」の脱炭素化は再エネ余剰電力や海外からのCO2フリー水素で！（モビリティ・熱・原料への供給）●今後増える再エネグリーン電力を企業誘致の強みに！（地域の電力の半分超は、すでにカーボンニュートラル）●電化と水素化のグリーン投資を地域へ。
カーボンニュートラルを国際金融都市への転換や脱炭素イノベーションの好循環へ（2022年5月13日可決成立、28
安定的なエネルギー需給構造の確立を図るための2023年4月施行）
エネルギーの使用の合理化等に関する法律等 の一部を改正する法律の概要（※）※エネルギーの使用の合理化等に関する法律、エネルギー供給構造高度化法（高度化法）、JOGMEC法、鉱業法、電気事業法

背景
 第6次エネルギー基本計画（2021年10月閣議決定）を踏まえ、「2050年カーボンニュートラル」や2030年度の野心的な温室効果ガス削減目標の実現に向け、日本のエネルギー需給構造の転換を後押しすると同時に、安定的なエネルギー供給を確保するための制度整備が必要。

法律の概要
 省エネの対象範囲の見直しや非化石エネルギーへの転換促進、脱炭素燃料や技術への支援強化、電源休廃止時の事前届出制の導入や蓄電池の発電事業への位置付け等の措置を講ずることで、①需要構造の転換、②供給構造の転換、③安定的なエネルギー供給の確保を同時に進める。

（１）需要構造の転換（エネルギーの使用の合理化等に関する法律）① 非化石エネルギーを含むエネルギー全体の使用の合理化• 非化石エネルギーの普及拡大により、供給側の非化石化が進展。これを踏まえ、エネルギー使用の合理化（エネルギー消費原単位の改善）の対象に、非化石エネルギーを追加。化石エネルギーに留まらず、エネルギー全体の使用を合理化② 非化石エネルギーへの転換の促進• 工場等で使用するエネルギーについて、化石エネルギーから非化石エネルギーへの転換（非化石エネルギーの使用割合の向上）を求める• 一定規模以上の事業者に対して、非化石エネルギーへの転換に関する中⾧期的な計画の作成を求める③ ディマンドリスポンス等の電気の需要の最適化• 再エネ出力制御時への需要シフトや、需給逼迫時の需要減少を促すため、「電気需要平準化」を「電気需要最適化」に見直し• 電気事業者に対し、電気需要最適化に資するための措置に関する計画（電気需要最適化を促す電気料金の整備等に関する計画）の作成等を求める（２）供給構造の転換（高度化法、JOGMEC法、鉱業法）① 再生可能エネルギーの導入促進• JOGMECの業務に、洋上風力発電のための地質構造調査等を追加• JOGMECの出資業務の対象に、海外の大規模地熱発電等の探査事業（経済産業大臣の認可が必要）を追加② 水素・アンモニア等の脱炭素燃料の利用促進• 位置づけが不明瞭であった水素・アンモニアを高度化法上の非化石エネルギー源として位置付け、それら脱炭素燃料の利用を促進（高度化法）• JOGMECの出資・債務保証業務の対象に、水素・アンモニア等の製造・液化等や貯蔵等を追加※③ CCS の利用促進• JOGMECの出資・債務保証業務等の対象にCCS事業及びそのための地層探査を追加• 火力発電であってもCCSを備えたもの（CCS付き火力）は高度化法上に位置付け、その利用を促進（高度化法）④ レアアース・レアメタル等の権益確保• レアアースを鉱業法上の鉱業権の付与対象に追加し、経済産業大臣の許可がなければ採掘等できないこととする（鉱業法）• JOGMECの出資・債務保証業務の対象に、国内におけるレアメタル等の選鉱・製錬を追加※Carbon dioxide Capture and Storage(二酸化炭素を回収・貯蔵すること)（３）安定的なエネルギー供給の確保（電気事業法）① 必要な供給力（電源）の確保••

発電所の休廃止が増加し、安定供給へのリスクが顕在化している状況を踏まえ、発電所の休廃止について事前に把握・管理し、必要な供給力確保策を講ずる時間を確保するため、発電所の休廃止について、「事後届出制」を「事前届出制」に改める
脱炭素化社会での電力の安定供給の実現に向けて、経済産業大臣と広域的運営推進機関（広域機関）が連携し、国全体の供給力を管理する体制を強化② 電力システムの柔軟性向上•脱炭素化された供給力・調整力として導入が期待される「大型蓄電池」を電気事業法上の「発電事業」に位置付け、系統への接続環境を整備※上記のほか、JOGMECによる事業者に対する情報提供や石油精製プロセスの脱炭素化などの措置を講ずる。

経済産業省HP https://www.meti.go.jp/press/2021/03/20220301002/20220301002.html

1法律上の“エネルギーの定義”の改正
エネルギーの使用の合理化及び非化石エネルギーへの転換等に関する法律（昭和五十四年法律第四十九号）
施行日： 令和五年四月一日（令和四年法律第四十六号による改正）
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e-GOV法令検索 https://elaws.e-gov.go.jp/document?lawid=354AC0000000049_20230401_504AC0000000046

29

2-１．供給構造の転換

経済産業省HP
30
https://www.meti.go.jp/press/2021/03/20220301002/20220301002.html①水素・アンモニア等の脱炭素燃料の利用促進②CCSの利用促進

 水素やアンモニアの利用等を発電や輸送・産業分野で拡大するためには、国内での製造を促進するとともに、LNGと同様、製造・液化等・輸送・貯蔵等に至る国際バリューチェーンの構築が必要。民間企業による海外での操業リスク低減を図るため、JOGMECが水素やアンモニア等の製造・液化等や貯蔵等への出資・債務保証を行う。

 CCS事業については、正確な貯留量の把握が困難といった地下リスクがあるため、JOGMECがCO₂の貯蔵及びそのための地層探査への出資・債務保証等を行う。

 エネルギー供給事業者に対して水素・アンモニアの利用を促進するため、それらを高度化法上の非化石エネルギー源として位置付け、エネルギー供給事業者に水素・アンモニアを含めた非化石エネルギー源の利用に関する計画の作成を求める。
 石油精製業者に対して環境負荷の低減に配慮した取組を促進するため、化石エネルギー原料の有効な利用の定義を改め、精製プロセスへの水素の導入やアンモニア混焼といった脱炭素燃料の使用を含めた計画の作成を求める。

 電気事業者に対してCCS付き火力発電の利用を促進するため、高度化法上、電気事業者が作成することが義務づけられている計画にCCS付き火力発電の利用を記載できることとする。

水素等の製造、CCS事業支援の業務追加（国内事業も支援対象）
既存の支援（例:LNG）

新たな支援（例:水素・アンモニア・CCS）

高度化法のスキーム（例:電気事業者）
利用促進の対象（現行）再エネ、原子力 等
利用促進の対象（改正後）
再エネ、原子力、水素・アンモニア、CCS付き火力 等

3

サプライチェーン構築への支援策の例（ドイツ・英国）

経済産業省 水素政策小委員会資料（2022年3月29日） https://www.meti.go.jp/shingikai/enecho/shoene_shinene/suiso_seisaku/pdf/001_06_00.pdf

31

経済産業省 水素政策小委員会資料（2022年4月27日）に加筆 https://www.meti.go.jp/shingikai/enecho/shoene_shinene/suiso_seisaku/pdf/003_02_00.pdf

CNへの400兆円規模の官民投資（経団連）

日本経済連合会HP「グリーントランスフォーメーション（GX）に向けて」2022年5月17日、https://www.keidanren.or.jp/policy/2022/043.html

33

社会にとって「水素」とは？（産業・社会のパラダイムシフト）

34

佐々木一成、日本経済新聞「経済教室」2015年4月20日
Kazunari Sasaki, Nikkei Asian Review, pp. 60-61, May 18-24, 2015

【エネルギー・環境へのメリット】●エネルギーを無駄なく使える社会へ●消費者がエネルギーを選べる時代へ●原油（中東、国際政治）に過度に依存しない社会へ●排気ガスがない社会へ●炭素循環社会から水素循環社会へ【経済・社会へのメリット】●貿易赤字要因（エネルギー輸入代金）の削減へ●集中型から分散型の社会へ「水素政策小委員会・アンモニア等●地産地消の社会へ
脱炭素燃料政策小委員会 合同会議」●第１回 3月29日●個人や地域が自立した社会へ●第２回 4月18日【課題・リスク】●第３回 4月27日●更なる低コスト化●長期にわたる技術開発と普及戦略 ●法改正：非化石エネルギーへ位置付け！
●水素は、輸入と国産の両方が可能！
●社会受容性＝エネルギー安全保障にも貢献！
●本格普及には官民の長期投資が不可欠