テストに出ない水素発電講座

タケ

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テストに出ない水素発電講座

タケ

水素って危なくないの？

タケです。

次世代エネルギーとして期待される水素。
でもどうやって発電しているかはなんだかよく知らない・・・なんて人も多いのでは。
今回はあまり専門的にならず、「水素発電ってこういうもの」という初歩的なところで書いていきます。

それではいきましょう、プラント百景スタート！

水素発電のメリット

そもそも、なぜ水素で発電するのか。
それはカーボンフリーを目指す社会に貢献できること。水素は燃やしてもCO2が発生しません。なので火力発電燃料として使うことで、ゼロカーボン社会の実現に大きく貢献されるものと期待されています。
さらにエネルギー安全保障の面。石油や天然ガスは産出国が限られ、国際情勢の影響を受けやすい。しかし水素は水はもちろん、石炭やガスなど多様な資源から製造できるので、調達先を多様化することで安定的な調達が可能です。

	メリット	デメリット
石炭	・地政学的リスクが化石燃料の中で最も低い・熱量当たりの単価が化石燃料の中で最も安い	・温室効果ガスの排出量が大きい
天然ガス	・地政学的リスクが相対的に低い・化石燃料の中で温室効果ガスの排出が最も少ない	・国際的には高い価格で調達
石油	・可搬性が高い。・全国供給網が整っており、備蓄が豊富	・調達に係る地政学リスクが高い
水素	・二酸化炭素排出量は非常に少ない・化石燃料の国外輸入量が減る	・管理や運搬の労力・コストが大きい・エネルギー効率が低い

どうやって発電するの？

水素を燃やし、発生した蒸気でタービンを回して発電するので、基本的な仕組みは火力発電と同じです。
火力発電はボイラーでつくった蒸気でタービンを回し発電する「汽力発電」と、ガスタービン内で燃料を燃やして発電する「ガスタービン発電」がありますが、水素発電では発電効率の高いガスタービン発電が主力になるといわれています。

それとは別に、水素と酸素の化学反応から直接電力を取り出す「燃料電池発電」というのもあります。これは比較的小規模で、水素自動車や家庭やビル用のコージェネレーションシステムの利用に向いています。

ちょっと待って、その前に水素ってどこにあるの？

水素は3つの種類があり、それぞれ以下のような原料からつくられます。

・グレー水素
・ブルー水素
・グリーン水素

グレー水素やブルー水素は、化石燃料をベースとした水素からつくられます。化石燃料（石炭・天然ガス、メタンガスなど）を燃焼させてガスにし、そのガスの中から水素をとりだします。メタンガスなどを改質して水素をつくる方法（水蒸気改質法）は、すでに工業分野で広く利用されています。
それぞれ2つは同じ原料からですが、グレー水素は製造過程でCO2を大気排出し、ブルー水素はCO2を回収や貯留・再利用されています。

グリーン水素は、水を「電解」つまり電気で分解して水素をつくる製造方法ですが、ここで再エネ由来の電力（太陽光発電や風力発電など）を利用することによってはじめてグリーン水素と名のれるようになります。

色の付け方が絶妙ですね。

課題もある

水素ガスタービンは火力発電と比べてもまだまだ効率が高くないです。現在はまだ水素ガスタービン発電によってすぐに省エネルギー化につながるわけではありません。

水素燃料の技術課題

水素は、天然ガス等の既存の燃料に比べると、①発熱量が低い、②燃焼速度が速い、③断熱火炎温度が高いなどの燃焼特性を持つ。

他にも、貯蔵設備費・安全対策費・運送費・人件費などでコストがかってしまうのも課題の一つです。安定供給やコスト面、低環境負荷な水素をつくるためにはまだまだ研究が必要とされています。

安全対策

水素って「爆発」「危険」というイメージがありませんか？
水素は地球上でも最も軽い物質なので空気中で拡散しやすく、また、閉鎖された空間で4％以上の濃度になると爆発の可能性が生じます。なので水素の取り扱いには「漏らさない」「漏れた時すぐに水素供給を止める」「漏れてもたまらないようにする」といった安全対策が必要です。

日本では高圧ガス保安法で、水素の製造から貯蔵・輸送・利用までの全プロセスが厳しく規制されています。また水素の製造設や貯蔵設備には消防法や建築基準法、輸送車両には重量制限の規定が設けられており水素発電所でも同様で、「危険」というイメージはやっぱりその通りなのです。

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水素発電所ってもうあるの？

神戸市、ポートアイランドのゴミ焼却場跡地に川崎重工業と大林組がNEDO（新エネルギー・産業技術総合開発機構）の助成金を受け、約20億円をかけて完成させた水素発電試験プラントがあります。

電気出力は1000kW。2018年から本格的な実証実験を開始し、すでに周辺の神戸国際展示場や中央市民病院など4施設に電力と熱を試験的ですが供給しています。市街地の複数施設に電力供給する水素発電プラントで、かつ100%水素発電というのは世界初なのだとか。ちなみに水素は大阪府堺市にある工場から専用車で輸送されています。