に水素も燃料として熱や動力、リンといった身近な燃料と同様るように、プロパンガスやガソ思いますが、このことから分か験をしたことがある人は多いと素に火をつけて燃やすという実ミ板を反応させて発生させた水校の理科の授業で、塩酸とアル原子は含まれています。小中学

灯油といった化石燃料にも水素しています。例えばガソリンやるさまざまな物質の分子を構成せ ず、水（H 2O）を は じ め と す

つとししない水素は温暖化の原因とながって、燃やしても水しか発生めて高いとされています。したの原因となっている可能性が極してしまい、それが地球温暖化

燃やすことで二酸化炭素を発生

我々にとって身近な燃料は全てや灯油、ガソリンといった現在か発生しません。プロパンガス

ますが、水素を燃やしても水し（CO 2）と 水（ 水 蒸 気 ）が 発 生 し燃やすことで二酸化炭素るように、炭素を含むメタンはを通り抜けてしまう性質も持っラスチックや金属の分子の隙間

分子のサイズが小さいため、プ

水にほとんど溶けません。また、する元素ですが、気体の水素は水素は水を分子としては構成とによって出ている音です。
）

素との反応のスピードが速いこますが、このポンという音は酸とを覚えている人もいると思いような音を立てて燃えていたこ

理 科 の 実 験 で、「 ポ ン 」 と い うことがあります（上でも書いた

散っただけでも爆発的に燃えるみ、金属をもろくさせてしまうると金属の分子の隙間に入り込ています。
また、高い圧力をかけらない脱炭素型燃料の水素の持つさまざまな性質て期待されています。

電気を生み出すエネルギーとして用いることができます。単体の水素は現在でもさまざまな用途に用いられていますが、この性質があります。そのため、天（これを水素ぜい化といいます）

連載では特にエネルギー源とし水素は色も臭いもなく、空気ネルギーには利点も欠点も存在て用いられる水素を水素エネルします。本連載ではできるだけ分の然ガスやプロパンガスを運んだのの重さしかない非ギーと呼ぶことにします。
り貯めたりするのに使える安く中立的な立場から、水素エネル常に軽い気体です。そのため、ギーに関する基礎的な知識からてありふれた材料を使うことが2021 年 現 在、 テ レ ビ や空気中で空気に対して上に上ろる 元 素 で、 単 体 で は 水 素 分 子を燃やす際の化学反応は以下の

使 わ れ て い る メ タ ン（CH 4）

2H 2+O 2 2H 2O

応は以下のようになります。

を取り出すときに起きる化学反の酸素と反応させ、エネルギーす。水素と空気が混じった気体

非常に速いという特徴がありま応しやすく、反応のスピードもまた、水素は酸素と非常に反せるためにも使われていました。

うな巨大な飛行船を空中に浮か全長200メートル以上あるよや 気 球 で、けたり、温度を下げたりして液ネルギーは多くの場合圧力をか状態です。そのため、気体のエルギーとして非常に都合のよい流れる性質を持っていて、エネ体というのは適度に重たい上に体と状態変化していきます。液を下げていくとやがて液体、固全ての物質は圧力をかけ、温度水素エネルギーが着目されるわけ社会の動向まで書こうと思いまできないという欠点があります。

ネットのニュースなどで水素、うとする性質があります。このす。全部でに用いることができ、安定的にH 2と い う 形 態 を 取 り ま す。 水ようになります。
は、その混ざる割合にもよりま回の連載となりま水素エネルギーといった単語を度で氷になるように、供給され、枯渇の心配がないと素は極めて軽く、酸素と反応しCH 4+2O 2 CO 2+2H 2O体の状態にして運んだり保管しさまざまな視点から解説を試みたいと思います。エネルギーに水素は、元素記号Hで表され一方、都市ガスの原料としても「薄い」燃料であると言うこは環境に優しく、安価で、安全水素は極めて軽い気体であり、とができます。しかし、実は普 通 は 水 素 を 作 る 際 にCO 2が出てしまう欠点があります。

は学校の理科の授業で実験したの反応の逆反応です。この方法

3で 示 し た 水 素 と 酸 素

世紀の前半にはいったさまざまなことが求めらやすい気体であるため、地球上すがごく小さな静電気の火花がいう新しいエネルギーについて、れますが、これらを全て満たす
これらの化学反応式から分か

リットルあたりの重さは空気は1には水素分子という形では存在たりすることが多いです。プロ
パンガスは温度を下げなくてもグラムの水素は他の燃料よりもことがある人もいると思います。

12.8kJ

34,600kJ

36,800kJ

46.1kJ

25,600kJ
1グラムが発生するエネルギー

142kJ

48kJ

47kJ

54.2kJ

50.4kJ
1グラムを燃やしたときに発生するCO2量0グラム

3.17グラム

3.16グラム2.71グラム

3.00グラム

して失われてしまいます。
つめの化石燃料と水から作まとめ●水 素 は 燃 や し て も CO 2が 発待されています。
●水素はとても軽い気体のため、造する方法には、さま ざまなもつです。水素を製ネル ギ ーといい、水 素は二次エられるエネルギーのことを二次エられる物質やエネルギーから作ります。このように自然から得ネルギーを使って作る必要 があいないため、何か別の物 質 とエ単体の水素は地球上に存在して原子から水素分子を作ります。

ぞれの分子に含まれている水素水蒸気を反応させることでそれのものもあります。化石燃料とわれている方法で、もっと大型給湯器のようなもの）の中で行にして、電気と熱を同時に作る

都市ガスやプロパンガスを燃料料電池（商品名エネファーム、います。この方法は家庭用の燃る方法は水蒸気改質と呼ばれてん が、 作 る 際 に はCO 2が 出

使 う 際 に はCO 2を 出 し ま せてしまいます。また、水素はもエネルギーの一部 が失われ素 を 製 造 す る 際 に は ど う してある二次エネルギーです。水とエネルギーから作る必要がど存在しないため、他の物質●単体の水素は地球上にほとんギー発生量には優れています。

し、実は重さ当たりのエネル比べて「薄い」燃料です。しかガソリンなどの身近な燃料にのがあります が、大きく分けてこの方法は水電解よりは効率がてしまうことがあります。

ネルギーの電力と水から作る方法と化石燃良いですが化石燃料を使うため、最初に1 1で書いたように、

7

し か あ り ま せ ん。
多くのエネルギーを発生させる

再生可能エネルギーの電気を使

分の

そのため、
こ と が で き、 液 体 の 水 素 は ロのをかけるだけで液体になるため、発生するエネルギーは液体の燃リットルの水素がプロパンガスは圧力をかけ、液う こ と で、CO 2の 排 出 を ほ ぼ

1リットルが発生するエネルギー%が 熱 とケットの燃料に使われるほど、510グラム〜料であるガソリンや灯油、液体体にした上でボンベに詰められ状態のプロパンガスと比較するさせる物質です。

0.85グラムエネルギーの生しないため、地球温暖化をています。普通気体として存在ととても少なく、同じ気体燃料780グラム40ゼロに抑えることができますが、する水素ですが、圧力をかける分のの都市ガスと比べても約723グラム

水素の製造方法だけでは液体にすることはできとなります。つまり、身近な0.09グラム

ず、氷点下253度まで冷やす

液体燃料に比べて気体の水素はとて気体ことによってようやく液体にす

液体ることができます。これはほぼ全ての物質が固体や液体となる温度であり、冷蔵庫やエアコンを非常に強力にしたような機械を使って液体の水素を作ります。

液体2

料と水から作る方法があります。
つめの電力と水から作る方

1

身近な燃料と水素の違い

それでは、水素がどんな燃料なのか、少し数字を使って説明したいと思います。特に、表を使って身近にある燃料と比較

気体

6

つの金となります。実はこの化学反応

2H 2O → 2H 2+O 2の際の化学式は電気分解反応を起こします。そて水に浸し、電流を流すと水の属板をそれぞれ+極と−極としは電流が流れるため、あるいはアルカリ性にした水に法は水電解といいます。酸性、1して、水素がどのようなエネルLPG

1
2013年 大阪大学大学院工学研
究科 博士後期課程を修了、博士（工学）2015年より(一財)エネルギー総合工学研究所で水素エネルギー関連の調査研究に従事
2020年 (一財)日本エネルギー経済研究所出向
著書に「図解でわかるカーボンリサイクル CO2 を利用する循
環エネルギーシステム（技術評論 社 ）」、「 水 素 エ ネ ル ギ ー の 事典（朝倉書店）」、「想創技術社会サステナビリティ実現に向けて（大阪大学出版）」いずれも共著がある。

ギー源なのかを見てみたいと思

都市ガス

1ｰ

水野 有智（みずの ゆうじ）

います。

灯油（1リットル当たりの重さ）※

kJはキロジュールと読み、，000 を 表 し、エネルギーの量を表す単位です。
k＝ キ ロ は，000 ジ ュ ー ル（J ）と な り ま す。1J の 熱 エネルギーは グラムの水の温度

表1 身近な燃料と水素の比較30

軽くて多くのエネルギーを発生

1

引き起こさない燃料として期※水素、都市ガスは0度、1気圧での密度、ガソリン、灯油、ＬＰＧは15度での液体の密度
物性値等に基づき筆者作成

4

ガソリン

密度1． 度上昇させることができます。

を、 約

24 1

1
水素

身近な状態

51kJ ＝

1

102

1
1141

この方法だと電力が持っている少し（最大 気圧くらい）圧力↓2
18ｰ

ものは今のところなく、水素エ320

水が性質を利用したものが昔の風船すが、どうぞよろしくお願いし水素を燃やす、つまり空気中聞く機会が増えた方もいると思

連載ます。

第1 回

います。この連載では、水素とはじめに水 素 エネル ギーについて↓0水野有智水素エネルギーとは何か

114

主任研究員

11

水素の科学
（一財）日本エネルギー経済研究所

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特集

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特集／連載企画
苫小牧商工会議所広報７月号
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