電力自由化によって再生可能エネルギー(再エネ)電力に対する需要が高まることが予想されますが、再エネ電力は、出力が不安定で、必要なときに必要な量を確保できない点が悩みです。
そうした課題を解決するため、地方自治体と企業が連携した、再エネ電力の水素変換利用プロジェクトがスタートしました。太陽光発電や風力発電などの再エネ電力を水素に変換して貯蔵し、必要なときに必要な場所に運んで燃料電池車などに利用するプロジェクトです。同プロジェクトは、環境省の「地域連携・低炭素水素技術実証事業」として採択されたもので、水素利用社会の実現を後押しするプロジェクトとなりそうです。
東芝など3社と神奈川県など3自治体が連携
このプロジェクトは、東芝、トヨタ自動車、岩谷産業の民間企業3社と、神奈川県、横浜市、川崎市の3自治体による連携事業で、2015年9月から具体的な内容の検討を進め、このほど詳細が固まりました。
プロジェクトは、①風力発電による水の電気分解で水素を製造するシステム②最適な水素供給を行うための貯蔵と輸送の仕組み③燃料電池車(具体的にはフォークリフト)への導入利用④水素サプライチェーンの事業可能性調査―の4つの分野で構成されています。
まず、風力発電による電気分解ですが、これは、水の電気分解によって水素と酸素をつくる原理を応用したものです。風力発電は横浜市の風力発電所「ハマウィング」(1980kW)から得られる電力を使います。電力を水電解装置に通すことによって、水素を発生させ、発生した水素を圧縮・貯蔵します。貯蔵された水素は、簡易水素充てん車によって、必要な場所(プロジェクトでは、青果市場や冷蔵倉庫、物流倉庫などのフォークリフトを想定)に輸送し、フォークリフト車に燃料として供給します。
水素製造・貯蔵・圧縮の本格運用は2017年度
民間企業3社と自治体では、2016年秋ごろから実際の試験運用を開始し、燃料電池フォークリフトや簡易水素充てん車の導入を始めます。プロジェクトの中核ともなる水素製造や貯蔵・圧縮システムなどの本格運用は2017年度を予定しています。
風力発電や太陽光発電などの再エネ電力は、クリーンな電力として期待される半面、気象条件や日照などに左右される出力の不安定な電力という側面を持っています。電力小売りの全面自由化によって、再エネ電力に対するユーザーの期待が高まることが予想されますが、出力の不安定さを是正するためには、電力会社はさまざま出力安定化対策を講ずる必要に迫られます。
具体的には、電力需給バランスを維持するために、再エネ電力の出力の度合いに合わせて、火力や水力などの電源による運転調節を行います。つまり、再エネ電力の出力変動を火力などの調整電源によって、コントロールしなければならないのです。そうした調整電源による運転調節は、電力需給バランスのためのコスト上昇をもたらし、結果として再エネ電力のコストを押し上げることになります。
再エネ電力のそうした課題解決策の一つとして、近年、水素変換による電力貯蔵システムがクローズアップされています。電力貯蔵システムは、電気を水素の形で蓄えるので、長く貯蔵しても、減少するということはありません。電気を直接貯蔵できる蓄電システムは、現状ではなお高価格で、しかも、蓄電された電気は自然放電によって、蓄電量が減少します。電力貯蔵システムのコストは、蓄電システムに比べると、大幅に安いとされています。
環境省の今回のプロジェクトでは、圧縮・貯蔵された水素は、青果市場や冷蔵倉庫、物流倉庫などのフォークリフト用の利用に想定されていますが、将来的には、どんな場所にも輸送が可能であり、フォークリフトだけでなく、燃料電池自動車すべてに水素を供給することができます。
国も水素利用社会をめざす
水素エネルギーは、究極のクリーンエネルギーとされ、国のエネルギー基本計画でも、将来のエネルギー社会の姿として、水素利用社会が位置づけられています。水素利用社会は、水素をエネルギーとして利用する社会ですが、水素に対する一般のイメージは、爆発する、引火しやすい、など、危険なイメージがつきまといます。しかし、水素は、日常の暮らしで使われているガソリン、天然ガスなどと同様、誤った使い方をしなければ、安全なエネルギーといえます。
水素利用社会における水素は、現在は、工場や製油所の副生ガスや天然ガスから作られます。しかし、副生ガスや天然ガスはいずれも化石燃料であり、燃焼の際にはCO2の排出が避けられません。水素は、クリーンエネルギーとされながらも、製造の段階ではCO2を排出するため、完全なクリーンエネルギーというわけにはいきません。
水素を完全なクリーンエネルギーとして利用する試みとして近年登場しているのが、再エネ電力を利用した、水の電気分解による製造です。再エネ自体は、太陽光発電や風力発電などのクリーン電力であり、水の電気分解の過程では、CO2を全く排出しません。
水素利用社会における水素の利用方法は、現在、燃料電池の燃料としての利用が一般的です。燃料電池は、水の電気分解とは逆の原理による仕組みです。つまり、水素と酸素を反応させることで水と電気を作り、作られた電気をエネルギーとして利用します。燃料電池はすでに、燃料電池自動車や家庭用給湯システム、コージェネレーションシステム(熱と電気の併給システム)などとして実用化されています。燃料電池は、発生する熱と電気の両方のエネルギーを利用できるため、総合エネルギー効率は80％と非常に高いのが特徴です。天然ガス、石炭などの火力発電のエネルギー効率は40～50％であり、燃料電池はその約2倍のエネルギー効率といわれます。
燃料電池の実用化によって、水素利用社会は具体化に大きく前進していますが、その元になる水素は、水の電気分解によって、無尽蔵に作ることができます。電気分解に再エネ電力を利用すれば、CO２を排出することなく、完全にクリーンなエネルギーを作り出すことができます。
東京オリンピックで、先進的な水素利用を発信
東京都の舛添知事は、先ごろ、2020年の東京オリンピック・パラリンピックで、「水素社会の具体的な姿を世界に示す」ことを提案しました。オリンピック・パラリンピックでは、東京や日本に、世界の目が注がれるだけに、先進的な水素エネルギーの利用を世界に向けて発信する絶好の舞台となります。水素社会の具体的な姿として、東京都は2020年までに、燃料電池車を6000台、都バスを中心に燃料電池バスを同年度までに100台以上の導入をめざすとしています。燃料電池車、バスに燃料水素を供給する水素ステーションを2020年までに35ヵ所、2025年までに、80ヵ所を設置する計画です。水素社会は、実際にこのような姿で、実現しつつあります。
水素社会を支える燃料水素を、CO２フリーの形で製造するためには、再エネ電力の利用システムが不可欠です。今回の環境省の地域連携低炭素水素技術実証プロジェクトは、再エネ電力による水素製造から、その貯蔵、輸送、利用までを含めた供給システムづくりが大きく前進しそうです。
まとめ
再エネ電力は、クリーンな電力とはいえ、出力の不安定さが最大の泣き所です。今回の環境省のプロジェクトでは、再エネ電力を水素の形に変換・貯蔵することで、出力の不安定さを解消し、再エネ電力を安定した形で利用することが可能となります。それと同時に、水素の燃料電池自動車への最適供給を実現することで、水素エネルギーの普及促進に弾みをつけるねらいもあるといえます。水素利用社会における再エネ電力の利用は、完全なクリーンエネルギー社会の実現に貢献するといえるでしょう。