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今さら聞けない、「水素」が日本の脱炭素戦略に欠かせない理由【サイエンス思考】

2020年10月、菅義偉首相の所信表明演説で「2050年に二酸化炭素の排出量を実質ゼロにする」という宣言がなされて以降、メディアではさまざまな企業の脱炭素に向けた取り組みが報じられています。

2020年12月には、2050年に実際に二酸化炭素の排出量をゼロにするためのロードマップとも言える、「カーボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略」策定。再生可能エネルギーの利用の拡大や、自動車をはじめとしたさまざまなものの「電化」が脱炭素社会実現に向けた原動力とされました。

国の成長戦略ではこれに加えて、「水素」を利用する「水素産業」を成長産業にすることが重要なポイントになると記載されています。

本当に、水素の利用は脱炭素社会の実現に向けて必要なのでしょうか?

国の成長戦略を見ると、「水素」の文字がいたるところに登場しています。

脱炭素社会を目指す上で、なぜ「水素」が重要とされているのでしょうか。

4月の「サイエンス思考」では、いま水素が必要とされる理由について、東京大学と九州大学で研究する2人の水素の専門家にお話を伺いました。

水素利用は5年以上前からの規定事項

TOYOYAのMIRAI

2015年CESに展示されたトヨタの燃料電池自動車「MIRAI」は、当時大きな話題となった。燃料電池自動車は、水素と酸素が反応する際に生じる電気を利用して走行する。

DavidBecker/GettyImages

「唐突に総理や官邸が『水素』と言ったわけではなく、今回の動きは非常に本質的な動きです。水素は、国のエネルギー政策として以前からきっちりと位置づけられていました」

九州大学の副学長・水素エネルギー国際研究センター長の佐々木一成教授は、脱炭素戦略の一つとして水素に光が当たっている現状をこう語ります。

実は2014年、国の第4次エネルギー基本計画が発表された段階で、そこには地球温暖化対策の観点から「水素社会の実現」という項目が記載されていたのです。

水素の必要性は、日本の二酸化炭素の排出量の内訳を見るとひと目で理解できます。

二酸化炭素の排出理由は、「電力(発電)」「燃料」「原料」の3部門に分けて考えることができます。

この中で、日本で最も二酸化炭素の排出量が多いのは電力部門。だからこそ、二酸化炭素の排出量を減らすための一丁目一番地として、再生可能エネルギーの利用などをはじめとしたエネルギー政策が議論されているわけです。

しかし、よく見てみると、発電部門の二酸化炭素排出量は全体の40%程度にすぎません。

日本の部門別二酸化炭素排出量の割合

2018年度の日本の二酸化炭素排出量。エネルギー転換部門が発電部門に相当。

温室効果ガスインベントリオフィス/ 全国地球温暖化防止活動推進センターウェブサイトより

仮に、電力をすべて再生可能エネルギーでまかなえたとしても、残り約60%を占める産業現場で燃料や原料を使う際に発生する二酸化炭素を抑えなければ、実質ゼロには程遠い状況です。

2020年10月の菅首相の宣言以前まで、日本政府は2050年までに二酸化炭素の排出量を2013年比で80%減少させるという閣議決定をしていました。

産業の中には技術的に二酸化炭素の排出量を減らしにくい分野もあることから、そういった業界では「(二酸化炭素を排出できる)残り20%に入るだろう」と考える傾向にありました。これでは二酸化炭素の排出量を抑制する動機を得にくいのも道理です。

しかしこれが、菅首相の所信表明で大きく変わりました。

削減目標を100%にしたことで逃げ道がなくなり、どの業界でも可能な限り二酸化炭素の排出量を抑制しなければならなくなったのです。

「そこで、消費しても二酸化炭素を出さない化学的エネルギー物質が必要だと考えられるようになりました。それを考えると水素しかなかったんです」(佐々木教授)

「水素」が注目される理由

水素を再エネでつくる

ドイツ、ベルリンにあるハイブリッド発電所にエネルギーを供給するバイオマスサイロと風力タービン(2012年2月29日)。ハイブリッド発電所で製造した水素で自動車を動かすプロジェクトが行われていた。

REUTERS/ThomasPeter

化石燃料の代わりは、本当に水素以外に考えられないのでしょうか?

「燃料はやはり炭素と水素の化合物なんです。周期表を見ると、ほかにもいろいろな物質があり、資源として使うことはあります。ただ、エネルギー物質として考えると、どうしても炭化水素、もしくはそれらを含むものになります」(佐々木教授)

産業革命以降、人類は石炭や石油、天然ガスと化石燃料を消費し続けてきました。

「石炭は炭素の塊ですし、石油はだいたい炭素(C)と水素(H)が1対2ぐらいの割合になっています。天然ガスは主成分がメタン、炭素と水素は1対4の割合です。どうしても炭素が入っています。ではもっと炭素が少ないものを、ということになると自ずと水素そのものを使おうとなります」(佐々木教授)

水素を燃料として燃やしたとしても、発生するのは「水」だけです。

これが石炭や石油、天然ガスなどの化石燃料との一番の違いです。

加えて、資源量という意味でも、水素は海水を原料に製造することができるため心配はありません。

ただし、水素に弱点がまるでないわけではありません。

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