2050年脱炭素社会の実現をめざす東京都は、気候変動への対応とエネルギー安定供給のため、再生可能エネルギーの普及拡大とともに、これを支える切り札として「水素社会」の推進に力を入れています。東京都が策定した「東京水素ビジョン」をもとに、知っているようでよく知らない「水素のなぜ」を解き明かしながら、東京都が描く2050年の水素社会について紹介いたします。

「水素」はなぜ必要？どんなメリットがある？

元素のなかで最も軽く、地球上で豊富に存在する水素。その多くは水や化石燃料、バイオマスなどの化合物として存在していて、さまざまな資源から生成することが可能です。燃焼や化学反応させることでエネルギーとして使うことができ、エネルギーの発生時にCO2を排出しません。CO2を排出しない、クリーンなエネルギーであることが、脱炭素社会実現の「切り札」といわれる大きな理由です。

一方、水素はさまざまな方法で作られますが、天然ガスや石油から作られる場合は、製造工程でCO2を排出することから「グレー水素」と呼ばれ、現段階で使用される水素の多くが「グレー水素」であるのも事実です。また、製造工程で発生するCO2を回収、貯留して排出を抑える「ブルー水素」と呼ばれる水素もあります。そして将来的に本格活用を期待されているのが、太陽光や風力などの再エネ由来の電気からつくられ、CO2を排出しない「グリーン水素」なのです。

東京都は「グリーン水素」を脱炭素社会実現の柱と位置付けていますが、そもそも水素エネルギーの普及には、製造コストの低減やサプライチェーンの構築などさまざまな課題があります。まずは技術開発や量産化を促進するとともに、あらゆる分野における水素需要の拡大を図る必要があります。そのため現段階では、ブルー水素やグレー水素も排除せずに水素エネルギーの社会実装を進め、将来的なグリーン水素の本格活用に向けた基板づくりを推進しています。

水素はCO2を排出しないクリーンなエネルギーであると同時に、エネルギーの安全保障に貢献できるという大きなメリットもあります。日本はエネルギーの大部分を輸入に頼っており、国際情勢の影響を受けやすい状況になっています。私たちの社会生活や経済活動を守るためには、エネルギーの調達先を多様化することが必要不可欠です。国内外のさまざまな資源から製造された水素を活用することは、エネルギーの安全保障や安定供給にも繋がるのです。

2050年には再エネ電力のコストが低下し、グリーン水素がより安価に供給されることを東京都は見込んでいて、国内のグリーン水素のほか、国外からの輸入も拡大されることを想定。現在は国際水素サプライチェーンの構築に向け、大量の水素を海上輸送するための技術開発や実証が行われており、国内運搬方法においては、都内の一部でパイプラインの敷設も進められています。

グリーン水素が再エネの大量導入を支える

東京都が2050年に目指す脱炭素社会では、基幹エネルギーとして再エネが大量導入されていることを想定していますが、太陽光発電や風力発電は発電量をコントロールできず時間帯や季節、天候などで発電量に過不足が生じるという問題があります。そのため発電量が電力需要を上回る場合は、需要と供給のバランスを保つために太陽光発電や風力発電の出力を一時的に制御する地域もみられます。

一方で水素には、つくったエネルギーを長時間、大量に貯蔵できるメリットがあります。例えば、電力需要の少ない春に太陽光発電でつくった電気を水素に変換して貯めておけば、電力需要が多い夏や冬に電気に戻して使うことができます。このようにグリーン水素は、発電量をコントロールできない太陽光発電や風力発電の余剰電力を貯蔵することで、再エネの大量導入を支えるインフラの一つとしても期待されているのです。

水素であらゆる分野を脱炭素化

水素を活用することで、あらゆる分野で使われるエネルギーを脱炭素化することができます。運輸分野においては、すでに商用化されている燃料電池自動車やバスなど、輸送機器の燃料として使われています。水素は大型・長距離航続に優位性があるため、近い将来にはトラックなど大型の商用・業務用車両においても活用が見込まれます。

船舶については、2030年頃までに燃料電池を搭載した近距離・小型向けの燃料電池船や、水素を直接燃焼する遠距離・大型向けの水素燃料船の導入が期待されています。国は、水素やアンモニアなどの代替燃料を使ったゼロエミッション船について、従来目標（2028年）より前倒しで商業運航を目指すとしています。

2050年頃までには、航空機などさらに大型の輸送機器における水素活用も見込まれていて、すでに海外の航空機メーカーでは2035 年までに水素航空機の市場投入を目指すことを発表。国内企業においても、水素燃焼器、液化水素タンク、水素供給システムの技術開発など、水素航空機実現に向けた取組をスタートさせています。また、2030年代以降の導入に向けて燃料電池を搭載した小型機の開発が進められているなど、水素航空機は機体のサイズや飛行距離に応じて推進方法を選択しつつ、順次実用化することを目指しています。

次に発電分野においては、2050年には化石燃料の代わりに水素を燃焼して発電する「水素発電」にグリーン水素が活用されることが期待されています。国内ではすでに小型（1MW級）の水素発電（専焼）の実機実証が行われているほか、商用化されている数百kW級以上の業務・産業用燃料電池の活用を含め、小規模で地域的な発電における水素活用が進められています。このように、2050年までにグリーン水素による発電が実現すれば、電力の脱炭素化に寄与すると同時に、太陽光発電や風力発電の余剰電力の調整力として系統の安定化にも繋がり、再エネ大量導入の支えとなると考えられています。

電化が困難な熱エネルギーを脱炭素化

エネルギーというと電気に目が行きがちですが、ボイラーや燃焼炉などの産業用途のほか、家庭における建物の給湯、暖房などの熱エネルギーには、主に都市ガスや石油製品などが燃料として使われています。この熱エネルギーの脱炭素化においても、水素は有望な候補です。業務・家庭分野の熱需要、さらには電化が困難な産業分野における高温の熱源としても水素活用が期待されています。

産業分野の高温の熱需要については、経済的・熱量的・構造的に電化が難しいものも多く、脱炭素化の手段のひとつとして水素を燃料とすることが検討されています。なかでも基幹産業である鉄鋼業のCO2排出量（エネルギー起源）は産業部門全体の約4割を占めていて、脱炭素化が難しい産業といわれています。特に多くのCO2を排出する「高炉を用いた製鉄プロセス」の脱炭素化をはかるため、鉄鉱石の還元に用いる炭素の一部を水素に置き換えることが検討されており、国内で研究が進められています。実現に向けては、技術の革新に加えて大規模で安価な水素の供給が進んでいることも重要です。

東京には多くの建物や住居が集積しており、業務や家庭分野における熱需要についても脱炭素化をすすめる必要があり、家庭における水素の活用方法としては「エネファーム」に代表される家庭用燃料電池の使用が進められています。エネファームは、都市ガスやLPガスから取り出した水素と空気中の酸素で電気をつくり、この時に発生する熱を給湯などに利用する仕組みで、一般家庭では25％の省エネと40%のCO2削減を実現します。そして2030年に向けては、水素とCO2から都市ガスの主成分であるメタンを合成するメタネーションの導入が進められており、2050年頃にはグリーン水素の直接利用と併せて都市ガスなどの脱炭素化が進み、業務、家庭内における熱の脱炭素化が期待されています。

（2030年、2050年に向けた水素ロードマップ）

東京都においては、2030年のカーボンハーフに向けて水素の需要拡大と社会実装化を促進するとともに、2050年にグリーン水素が脱炭素社会の柱となるよう基盤づくりが進められています。東京都が策定した「水素ビジョン」によれば、再エネと水素は脱炭素に向けた両輪であり、どちらも欠かせない技術であることがわかりました。2050年、再エネと水素を活用した環境先進都市東京の実現に向けた期待が高まります。

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