環境問題

脱炭素社会移行への鍵を握る水素―独・英の事例を参考に―株式会社H&Sエナジー・コンサルタンツ パートナー

石丸 美奈
目 次

１．はじめに２．水素と再生可能エネルギーの親和性
３．脱炭素化で増す水素の重要性

４．セクターカップリングとPower to Gas（Ｐ２Ｇ）
５．ドイツでの取組み
６．英国での取組み
７．広がる国際的な連携

１．はじめにー（再エネ）の導入拡大を背景に、水素を社会水素社会の実現を2020年の東京オリンピッの多様な分野で利用する試みに注力しており、ク・パラリンピックのレガシーにという表一過性のブームを越えた動きが生じている。

１

明 もあり、日本では水素エネルギー普及に２．水素と再生可能エネルギーの親和性向けて官民の取組みが急ピッチで進んでいる。

水素は地球のみならず宇宙を含めて大量に
２

その一方で、過去何回かの「水素ブーム 」存在して地域的な偏在がなく、様々な原料かでも課題となった、水素利用の拡大、調達・ら生成できる 。単体で燃焼させた場合には供給方法の高効率化、コスト低減、法規制の酸素と反応して水となり二酸化炭素（CO2）壁など、水素のサプライチェーン構築には依を排出せず、大気汚染の原因となる硫黄酸化然として大きなハードルがある。電気自動車物（SOx）や微小粒子状物質（ＰＭ2.5）等（ＥＶ）の急速な普及に比べて、燃料電池自も出さないため、環境負荷が非常に小さい 。

動車は燃料電池バスや燃料電池フォークリフ

また、圧縮、液化、化学反応の利用等 によトを含めても3,200台程度（2018年度末）にとり、比較的大容量を季節をまたぐような長期どまっていることなどから、水素社会の展望間、ロスなく貯蔵しておくことができる。

３４５については懐疑的な見方も多い。

何よりもこの貯蔵が可能であるという特性

しかし、近年は欧州も、再生可能エネルギ

は、太陽光や風力のような変動性再エネとの１ 2014年の舛添東京都知事（当時）の発言。
２ 1973年のオイルショックを契機に、翌年には新エネルギー開発のための「サンシャイン計画」で水素エネルギー技術が重点技術のひとつとなり、次いで1978年には省エネルギーを主眼とした「ムーンライト計画」で燃料電池発電技術の研究が進んだ。1993年からは新エネルギー、省エネルギー、そして地球環境技術開発が「ニューサンシャイン計画」に一本化された。この計画実施のための機関として設立されたのが新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）。
３ 現在、利用されている水素はそのほとんどが、産業分野の製造プロセスから生じる副生水素か化石燃料等の水蒸気改質で製造されたもので、CO2フリーではない。
４ 但し、窒素酸化物（NOx）は排出される。
５ 水素をトルエン等の有機物と化合させて有機ハイドライド（メチルシクロヘキサン（MCH）など）にする方法、アンモニアを利用する方法、メタン化する方法、合金に水素原子を吸蔵させる方法などが検討されている。

84

共済総研レポート №166（2019.12）

一般社団法人 JA共済総合研究所（http://www.jkri.or.jp/）

環境問題

親和性が高い。変動性再エネによる発電は比１回のペースで起きていた極端現象が、多く

較的どこででも可能で、CO2を排出しない上の地域で今世紀半ばまでに毎年１回生じるこに、燃料コストがかからず、エネルギー供給とになると予測している。の大きなポテンシャルがあるものの、安定性

この夏に欧州を苦しめた40℃を超える記録の観点から従来の中央集中型エネルギーシス的熱波、アメリカを襲った巨大ハリケーン・テムへの大量導入が難しかった。しかし、こドリアン、日本が経験した集中豪雨と台風15のグリーン電力を使い水電解によって水素を号や19号の猛威などにより、こうした科学的取り出せば、水素を媒介にした再エネの柔軟分析結果への信頼性が高まっており、各地でな利活用が可能になる。

気候変動の緩和につながる行動を後押しする原動力となっている。省エネやエネルギー利

３．脱炭素化で増す水素の重要性

用の効率化、資源のリサイクルなどと並んで、今後、脱炭素化のペースを速める必要性がCO2フリーである再エネ電力の導入を最大限高まっていることは世界的なコンセンサスに可能にする水素の役割は、今後ますます重要なりつつある。になる。

気候変動対策の新たな枠組であるパリ協定
を産業革命前と比較して「２℃よりも十分に４．セクターカップリングとPower toGas（Ｐ２Ｇ）低く」できれば「1.5℃に抑える」ことが目標

水素の利活用に関して、技術開発の視点がとなったが、昨年に発表された気候変動に関先行してきた日本に対して、欧州では近年、する政府間パネル（IPCC）の「1.5℃特別報

ドイツを中心に、温暖化防止のために再エネ告書」は、温暖化が現在のままで進むと、2030導入を促進させるという観点からの検討が進年から2052年の間に気温上昇が1.5℃に達すんでいる。

が2016年11月に発効し、世界の平均気温上昇６る可能性が高い（確信度が高い ）と警鐘をドイツは、2050年に1990年比でGHGの80％ならした。国連は２℃未満目標を実現するた削減という高い目標値を掲げるが、2022年末めに、2070年までに温室効果ガス（GHG）のまでの原子力発電所全廃を決定しており、一排出を正味ゼロとする必要がある旨を提言し方、地熱、水力、バイオマスといった安定しているが、本報告書が公になって以降、国際たエネルギー供給が可能な再エネの利用には的な温暖化議論のベースはよりハードルの高地理的、物理的（資源量）制約がある。そのい1.5℃目標へとシフトしている。

ため、変動性再エネからの大量供給に依存せさらに、本年９月に公表されたIPPCの最新ざるを得ない。しかし、送電網の制約で、風報告である「変化する気候下での海洋・雪氷力発電が盛んなドイツ北部から産業が集積す圏に関する特別報告書（SROCC）」では、温る南部へ送電ができないという問題を抱えて暖化による氷河・氷床の融解や海水温の上昇いる。

で海面水位が上がり、異常気象の深刻度が増こうした中で生まれてきたのが自立分散型していることが明らかにされた。SROCCはのエネルギーシステムにおける「セクターカ温暖化が１℃進むことにより、過去１世紀にップリング」という考え方で、従来は電力、６ 確信度の尺度は５段階で、非常に高い、高い、中程度、低い、非常に低いとなっている。

85

共済総研レポート №166（2019.12）

一般社団法人 JA共済総合研究所（http://www.jkri.or.jp/）

環境問題（図表１）セクターカップリングの概念図（出所）環境省資料「地球循環共生圏の創造－日本発の脱炭素化・SDGs構想」2019年9月３日・４日を筆者加工
https://www.pref.ehime.jp/h15600/energy/documents/5kankyou.pdf（図表２）Power to Gasの概念（出所）Fraunhofer Institute for Solar Systems ISE Webサイトを筆者加工
https://www.ise.fraunhofer.de/en/business-areas/hydrogen-technologies-and-electrical-energy-storage/electrolysis-and-power-togas/power-to-gas.html

熱、運輸といったエネルギーの利用形態によ

余剰電力をガス（水素等）として活用するり区別されていた部門（セクター）を連携さPower to Gas（Ｐ２Ｇ） の技術により各セせて、再エネ由来の電力を最大限活用しながクターをつなぐ役割を果たしている（図表ら、エネルギーの需要と供給を全体として最２）。
日本とは違って欧州では天然ガスのパイ適化できる柔軟なシステムを構築するアプロ

プライン網が発達しており、ドイツではそのーチを取っている（図表１）。

密度が日本の10倍にも及ぶ。そのため水素を

７

ここでキーとなるプレーヤーが水素で、ある一定の割合まで天然ガスに混入し、既存

７ Ｐ２Ｇのガスには水素だけでなくメタン（CH４）もあるが本稿では触れない。また、電力をメチルアルコールなどの液体燃料化するPower to Fuel（Ｐ２Ｆ）ないしはPower to Liquids（Ｐ２Ｌ）技術もある。

86

共済総研レポート №166（2019.12）

一般社団法人 JA共済総合研究所（http://www.jkri.or.jp/）

環境問題のインフラ経由で需要者に送り届けることがからの余剰電力も貯蔵され、走行中や加速時に可能となり、低コストでCO2を削減できると利用される。

８

現在使用されている燃料は再エネ由来の水いう事情もあり、水素利用が進みつつある 。

13

素ではないが、将来的なグリーン水素 への５．ドイツでの取組み

14

移行が計画されている 。

運輸部門では自動車に関してＥＶ化をはじ

Coradia iLintは2021年に現在の２台を含めめとする低・脱炭素化が進んでいる。しかし、合計14台がニーダーザクセン州の同じ路線に、大きなパワーを必要とし、航続距離が長く、また2022年には27台がフランクフルト・ライ

エネルギー大量消費型である鉄道や船舶の場

ン・マイン地域の公共交通機関（RMV) に導合、重量あたりのエネルギー密度が低い蓄電入されることが決まっている。欧州における15９池 では大量搭載が必要となり、充電時間も鉄道の電化率はＥＵ平均で53.71％となって長いため、内燃機関を代替するのが難しい。

お り 、 ド イ ツ で は 52.8 ％ 、 フ ラ ン ス で はこうした中、ドイツでは世界初となる燃料電56.75％であるが、英国やデンマークではそれ10池列車が導入された 。

ぞれ33.74％と24.46％とかなり低い（いずれ16も2016年） 。従って、今後は欧州で燃料電2018年９月から、鉄道車両製造大手の仏ア11ルストム社 製「コラディア・アイリント

池列車への需要が高まると期待される。

（Coradia iLint）」が、ドイツ北西部ニーダーザクセン州のブクステフーデ駅とクックス

また、ドイツはCO2排出削減の困難な産業

12ハーフェン 駅の約124km区間を、それまでの部門の製造プロセス等で原材料として水素をディーゼル動車にかわって商用運行してい活用し、脱炭素化を図ることにも注力している。
最大で300名が乗車でき、最高時速は140kmる。

で、屋根には水素燃料タンクと燃料電池が積今年３月に、世界最大の鉄鋼メーカーであまれている。１回の燃料供給で最大1,000kmのるアルセロールミタル（本社：ルクセンブル走行が可能で、航続距離はディーゼル燃料をク）は、製鉄の過程で発生するCO2を削減す使用した場合と変わらない。床下にはリチウるために水素を活用するプロジェクト（費用ムイオン蓄電池が設置されており、電車の減速は約6,500万ユーロ（78億円））に着手する旨時にエネルギーを回収するとともに、燃料電池を発表した。ハンブルクの拠点に年間10万ト

８ そのため電気を高価な蓄電池に貯めるという発想になりにくい。
９ 蓄電池は重量あたりのエネルギー密度が燃料電池との比較で２桁も小さい。
10 日本ではＪＲ東日本が本年６月４日のプレスリリースで、ハイブリッドＦＣ車両の実証試験を川崎、横浜市内を走るＪＲ鶴見線などで2021年度に始める予定と発表している。https://www.jreast.co.jp/press/2019/20190603.pdf
11 仏高速鉄道TGVの車両は同社製。
12 クックスハーフェンは北海に面した港湾都市で洋上風力発電の一大拠点港。
13 ＥＵの低炭素水素認証スキーム“CertiHy”プロジェクトでは、水素製造時のCO2排出量が天然ガス改質による製造時の排出量の６割減である36.4ｇ・CO2／MJ未満のものを「プレミアム水素」とし、そのうち再エネ由来のものを「グリーン水素」、非再エネ由来のものを「低炭素水素」と定義している。
14 本プロジェクトは水素と燃料電池技術の研究開発を促進するための「水素・燃料電池技術革新国家プログラム（NIP）」から800万ユーロ（約９億6,000万円）の支援を受けている。
15 Rhein-Main-Verkehrsverbund
16 https://ec.europa.eu/transport/facts-fundings/scoreboard/compare/energy-union-innovation/share-electrifiedrailway_en。なお、日本の電化率（2016年度）はおよそ63％（運輸総合研究所「数字でみる鉄道2018」2019年２月）。

87

共済総研レポート №166（2019.12）

一般社団法人 JA共済総合研究所（http://www.jkri.or.jp/）

環境問題

19

ンを生産する実証プラントを新たに建設する。

同国の水素・燃料電池に関する長期戦略

同社のハンブルク工場は直接還元鉄（Direct

ではCO2回収・利用・貯留（CCUS）を脱炭Reduced Iron（DRI））プラントで、通常、素社会実現の柱のひとつと位置付けている。

17

高炉 で使われる炭素の塊であるコークスで８月には英国北西部のリバプールやマンチェはなく、天然ガスで鉄鉱石（Fe2O3）を還元

スター地域の産業部門、家庭の熱利用、運輸している。天然ガスを水素に替えると、鉄鉱部門から排出されるCO2を、天然ガスから製石に含まれる酸素は水素と反応して水だけを造した水素燃料の使用により削減するととも排出することになり、還元プロセスから発生に地域産業を振興するCCUSプロジェクト

するCO2はゼロとなる。

“HyNet NW”（2018年に開始）への政府による支援、約30万ポンド（4,200万円）が決ま

実証プラントでは既設DRIプラントでの製った（図表３）。

造プロセスから得られる副生水素（純度95％“HyNet NW”は2035年までの15年以上に以上）を使うが、将来的にはグリーン水素利
18わたる長期計画で、今後、廃田となることが用も視野に入れている 。

決まっているリバプール湾の石油・ガス田イ

６．英国での取組み

ンフラを、水素製造の際に排出されるCO2の英国は本年６月27日にGHG排出量を2050貯留サイトとして再利用する。また、新設す年までに実質ゼロとする新たな目標を立法化

る水素供給パイプラインを通じて主要な産業した。
排出ゼロ目標の立法化は主要７か国（Ｇガスユーザーへの供給をおこなうとともに、７）で初めてとなり、極めて意欲的なものだ。

既存の家庭や商業施設への天然ガス供給網に（図表３）HyNet North Westプロジェクトの概要（出所）Cadent Gas Ltd., Progressive Energy Ltd. “HyNet North
West, Vision to Reality”2018年５月 https://hynet.co.uk/
17 高炉では鉄鋼石とともにコークスなどの燃料兼還元剤を投入する。高温な内部で、コークスの炭素が鉄鉱石から酸素を奪い、鉄（銑鉄）と熱、CO、CO2が生じる。なお、日本ではNEDOの支援の下で「COURSE50」と呼ばれる高炉における水素活用還元プロセス技術の開発が進められている。
18 本プロジェクトの技術サプライヤーとして採用され、実証プラントの設計も手掛けるミドレックステクノロジーズ
Inc.は、米国の神戸製鋼所グループの100％子会社である。https://www.kobelco.co.jp/releases/1201993_15541.html
19 “The Clean Growth Strategy”（2018年４月改定）

88

共済総研レポート №166（2019.12）

一般社団法人 JA共済総合研究所（http://www.jkri.or.jp/）

環境問題

水素を混入（最大20％）しCO2の排出を削減

こうした産業都市向けの水素社会モデルをする。将来的には水素ステーション整備、燃推進する一方で、同国では地域再エネ資源と料電池列車（“HyNet NW”とは別のプロジ

グリーン水素を有効活用し、自立したローカェクト）の導入、再エネ余剰電力によるグリルコミュニティを構築するための試みも進行

ーン水素供給、水素発電、岩塩抗を利用した中だ。
21

水素貯留設備などが計画されており、他の地“Surf ‘n’ Turf” と称されるプロジェク

域から船舶でCO2を搬入することも想定され

ト（図表４）では、スコットランドの北東のている。政府は英国初となるこのCCUSプロ沖合に位置し、約70の島で構成されるオークジェクトがモデル事業として横展開してゆく

ニー諸島のエディー島（人口およそ130人）で、20ことを期待している 。

スコットランド政府や地元自治体が中心とな

なお、プロジェクトに必要となる投資額にり、送電線の制約から生じる風力発電と潮力

ついては、新設することになる水素製造、パ発電 からの余剰電力で水素を取り出し、高イプライン、CCUSの設備全体で９億ポンド圧水素タンクトレーラに貯蔵の上、貨客フェ（1,260億円）、運営費8,200万ポンド（114億リーでメインランド島に位置する州都カーク8,000万円）／年と、大規模なCO2削減を行おウォール（人口およそ１万人）に運んでいる。

うとした場合、既存インフラを活用せず、電カークウォール港には燃料電池システムが化等を進めるプロジェクトなどに比べて低コ設置されており、水素で発電された電気は港ストになっていることが強調されている。

内に停泊するフェリーや港湾施設用の電源と22（図表４）エディー島での“Surf ‘n’ Turf”（図内上）とシャピンセイ島での“BIGHIT”（図内中央）の概略（ 出 所 ） 欧 州海 洋 エ ネ ル ギー セ ン タ ー （ EMEC ） Web ペ ー ジ
https://www.bighit.eu/about
20 産業政策として、2030年までに少なくとも英国で一か所の低炭素クラスター構築、2040年までには世界初となるCO2排出ネットゼロ産業クラスターづくりを目指している。
21 通常は海の幸（ロブスター）と山の幸（ビーフステーキ）の盛り合わせのようなメニューをさすが、ここでは海の幸である潮力エネルギーと、山の幸である陸上風力エネルギーとの組み合わせを暗示している。
22 オークニー諸島にはスコットランド政府、英国政府、ＥＵなどにより2003年に設立された海洋エネルギー（波力・潮力）専門の「欧州海洋エネルギーセンター（European Marine Energy Center, EMEC）」があり、世界各国からの発電機や関連設備の実証実験受け入れ、認証、調査研究、コンサルティング等をおこなっている。エディー島などでのプロジェクトに使われている潮力発電による余剰電力は、EMECの実験サイトから供給されるもの。

89

共済総研レポート №166（2019.12）

一般社団法人 JA共済総合研究所（http://www.jkri.or.jp/）

環境問題

して使われ、発電時に発生する熱はパイプラ

島全域に拡大してゆくとともに、他地域の離インを通して港にある船員用のホールに供給

島や送電網の整備が不十分なエリアで導入可されている。さらに、地元で水素の取扱いに能な、水素を媒介に再エネを最大限活用する脱習熟した人材を育成できるよう、自治体と地炭素地域モデルを展開をしていく予定である。

23

元カレッジ がタイアップして認定資格コー
加えてオークニーは、燃料電池旅客機の実スを設けており、地域雇用機会の拡大に努め用に向けた取組みの舞台にもなっている。本ている。
本プロジェクトの成功に続いて、現在は人

年９月に英国政府から270万ポンド（３億247,800万円）の助成金 を受けることになったプロジェクト（図表４）が進行中だ。同島の風“HyFlyer”プロジェクトは、米カリフォル力発電の余剰電力で生成された水素もカークニア州ホリスターに根拠地を置くZeroAvia

ウォールまで運ばれるが、シャピンセイ島には社が中心となり推進しており、2022年に10～新たに地元学校への熱供給用として水素ボイ20席の旅客機で、飛行距離最大500マイル（約ラー（30kW）が設置された。また、カークウォ

800km）
程度の民間による地域便の就航を目指

ールには水素充填ステーションが整備され、している（図表５）。

口約300人のシャピンセイ島で“BIGHIT”

25

ＥＶを改造した自治体用の燃料電池バン５台

すでに米国でプロトタイプの試験飛行に成に利用されている。これに加えて貨客フェリ功している同社は、世界有数の航空宇宙大学

ーも2021年には燃料電池船となる予定で開発のひとつである英クランフィールド大学と技が進んでいる。

術提携し、クランフィールドにも本拠を置い将来的にはこうした取組みをオークニー諸て研究開発を続けている。近い将来、オー（図表５）ZeroAviaのグリーン水素航空機ビジョン（出所）ZeroAvia社Webサイト https://www.zeroavia.com/
23 University of Highlands and Islandsはスコットランド高地と島嶼部の僻地に存在する13の職業専門カレッジと研究機関が形成したコンソーシアムで、外部機関から学位を取得できる。
24 Building Innovative Green Hydrogen Systems in an Isolated Territory（離島での革新的なグリーン水素システム構築）の略。
25 補助金はATI（Aerospace Technology Institute、航空宇宙技術研究所）プログラムの一部で、ビジネス・エネルギー・産業戦略省（BEIS）、ATI、Innovate ＵＫが支援している。

90

共済総研レポート №166（2019.12）

一般社団法人 JA共済総合研究所（http://www.jkri.or.jp/）

環境問題

本年６月には長野県軽井沢町で「Ｇ20持続

クニー諸島でパイパー（Piper）Ｍクラスの26

可能な成長のためのエネルギー転換と地球環６人乗り航空機 で、250－300海里（約460－27

29560km） の試験飛行を行う予定になってい境に関する関係閣僚会合」 が持たれ、水素・る。

燃料電池分野における日米欧の協力関係を強オークニーの欧州海洋エネルギーセンター化する共同宣言が行われている。閣僚会合に（EMEC）では、離島などで航空機用のグリ合わせて国際エネルギー機関（IEA）によりーン水素を供給するために必要となるインフ公表された水素に関する包括的なレポート

ラのモデルについての研究調査をおこなって“ The Future of Hydrogen （ 水 素 の 未いる。

来）
” は、政策と技術革新がもたらした近年

30

米 国 に 本 拠 を 置 く The Internationalの太陽光発電や風力発電、蓄電池、ＥＶなど

Council on Clean Transportation（ICCT）

世界のクリーンエネルギー産業の成功体験か28の調査 によると、民間の航空機が世界で排ら、水素にも広範な利活用が可能となる時期出するCO2の量は2013年から2018年にかけてが到来しているとしている。

32％増加し、国連の予測を最大で70％も上回る速度で増加しているという。現在、航空部

気候変動に対する危機意識がこれまでにな

門からのCO2排出量が世界の排出量に占めるいほど高まり、国際的な連携が強まる中、拡割合は2.4％であるが、他部門の脱炭素化が急大する再エネ利用と歩調を合わせる形で、日速に進展すれば、その割合は増加すると予測本でも世界でも、水素の利活用の普及は着実されており、地域間のモビリティ確保に不可に進むのではないか。

欠なこうした小型機の水素によるグリーン化の試みには大きな意義がある。

７．広がる国際的な連携
水素の利活用をめぐる国際的な連携として、2017年１月にはスイスのダボスで、脱炭素社会実現に向け、水素関連技術の普及活動を目的とした民間企業のCEOによる国際的なイニシアチブである「水素協議会（HydrogenCouncil）」が発足し、翌2018年10月には東京で、水素社会の実現のための国際連携強化を目的とする「水素閣僚会議」が初めて開催された。
26 軽飛行機メーカー大手の米パイパー・エアクラフト社の機種。
27 300海里はほぼロンドンからエジンバラまでの距離に匹敵する。
28 ICCT“CO2 Emissions from Commercial Aviation, 2018”，September 2019https://theicct.org/sites/default/files/publications/ICCT_CO2-commercl-aviation-2018_20190918.pdf
29 Ｇ20で初めて、エネルギー大臣と環境大臣が一堂に会する閣僚会合として開催され、「環境と成長の好循環」の実現に向けたイノベーションの促進などについて議論が行われた。
30 日本政府の依頼を受けて作成された。

91

共済総研レポート №166（2019.12）

一般社団法人 JA共済総合研究所（http://www.jkri.or.jp/）