「水素社会」へ大量貯蔵・輸送実現 インフラ整備が大きく動き出した！
「水素社会」へ大量貯蔵・輸送実現 インフラ整備が大きく動き出した！
http://www.sankei.com/images/news/170611/prm1706110023-n1.jpg 最近、家庭用燃料電池、燃料電池自動車、水素ステーションなど、水素が話題になることが増えています。水素は、石油随伴ガス、製鉄所や工場からの副生ガス、再生可能エネルギーでつくった電力など多様な源からさまざまな方法で製造できる２次エネルギーです。同じ２次エネルギーである電気と異なり貯蔵・輸送ができることもメリットとされています。今、「水素社会」の実現に向けて、水素供給インフラ整備の動きが活発化しています。
常温で安全、ＯＣＨ法
横浜市神奈川区にある千代田化工建設の子安オフィス・リサーチパークを訪ね、同社で実用化を目指している水素チェーン事業推進ユニットの、水素事業企画・開発セクションチームリーダーの大島泰輔氏とシニアアドバイザーの中田真一氏に話をうかがいました。
「当社は、世界６０カ国以上で、石油精製や石油化学・化学、天然ガス受け入れ基地など、さまざまな分野のプラント設計・建設を行ってきた総合エンジニアリング会社です。現在、事業分野のさらなる多様化と『エネルギーと環境』の創成を目指して、水素供給インフラ整備に向けて、水素を安全かつ大量に貯蔵・輸送する方法である、有機ケミカルハイドライド（ＯＣＨ）法を提案しています」（中田氏）
水素の貯蔵・輸送方法として実用レベルないしそれに近いものには（１）パイプライン（２）圧縮水素（３）液化水素（４）ＯＣＨ法の４つがあります。
パイプラインは、日本では全面的なインフラ整備が大変でコスト面での課題もあることから、局所的な利用になるといえます。圧縮水素は、もっとも普及している方法ですが、高圧ガス保安法による制限で圧縮率の向上に限度があり、輸送効率の観点から長距離輸送には向きません。また、液化水素は、マイナス２５３度で液化して輸送するため、輸送効率が高い半面、液化・輸送・貯蔵において専用設備が必要です。また、長期間になるほど気化する割合が高くなるため、長距離輸送への適用には、断熱効率の向上や気化水素の再利用技術確立などの課題を解決する必要があります。
一方、ＯＣＨ法は、液体の有機媒体に水素を反応させ、異なる化学物質に変換、安定化させて輸送する方法です。「水素を常温・常圧で扱うことができるので、より安全に、大量貯蔵・長距離輸送ができます」（大島氏）
脱水素触媒の開発成功
同社は、子安オフィス・リサーチパークに２０１３年、実証プラントを設計・建設し、海外拠点で製造した水素をＯＣＨ法で運搬しやすくして日本に輸送し、国内で水素を取り出すこと（脱水素）を前提に、実用化に向けたさまざまな検証試験を行っています。
「実証プラントの反応設備は、水素化反応セクションと脱水素反応セクションからなります。水素化反応セクションでは、トルエンと水素を結合させ、メチルシクロヘキサン（ＭＣＨ）を作ります。ＭＣＨは、６ｗｔ％（重量パーセント）の水素を保持し、１リットルの液体状態で水素ガス０．５立方メートルを貯蔵できる“水素キャリア”です。また液体のＭＣＨには、約５００倍の水素ガスが含まれます。このＭＣＨを、『ＳＰＥＲＡ水素』と呼んでいます」（中田氏）
現在、同社は、新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）からの受託で、“海外から水素を一定期間輸入する水素サプライチェーン実証”（第１期：１５～１６年度、第２期：１７～２０年度）プロジェクトを進めています。このプロジェクトでは、２０年に東南アジアから副生水素由来のＳＰＥＲＡ水素を日本に運んで、川崎市臨海部の拠点で水素を取り出して活用する計画です。
「ＯＣＨ法においてＭＣＨから水素を分離する研究は、これまで脱水素反応で用いる触媒の一定の性能を示す期間、つまり触媒寿命が１～２日であったため、実用化には至っていませんでした。しかし、当社は、０２年からこの触媒の開発に取り組み、実験室規模を経て実証規模での試験を行い、１万時間以上、作用する高性能な触媒を実用レベルでつくることに成功しました。すなわち、水素を安定的に取り出す商用プロセスの構築に目途がたち、時代の要請に応えられるような、水素供給の実用化に弾みがついたといえます」（中田氏）
「ＳＰＥＲＡ水素とその原料となるトルエンは、およそ－１００～１００℃の広い範囲で液体状態を保つため、世界中どこでも常温・常圧で取り扱うことができます。さらに貯蔵や輸送のための専用設備を必要とせず、タンカーやタンク、ケミカルローリーなど既存の石油流通インフラを利用できるのも大きなメリットです」（大島氏）
ＳＰＥＲＡ水素のサンプルを見せていただきましたが、無色透明の液体です。ＭＣＨは文房具の修正液にも使われる汎用（はんよう）的な有機溶媒で、化学物質としてのリスクも比較的低いレベルにあります。なお、“ＳＰＥＲＡ”はラテン語で“希望せよ”という意味があるそうです。
コスト面でもメリット
－－水素供給インフラ整備に向けた課題は？
「水素が従来の燃料と比べてまだコストが高いことが課題の１つとして挙げられます。しかし海外から水素を大量に調達することは、コスト面でもメリットがあります。コスト低減には、需要面から火力発電用の燃料（混焼あるいは専焼）として水素を使う、水素発電の実現が求められます。また、現在、当社ではＮＥＤＯからの受託（１６～１７年度）で“水素ステーション向け小型脱水素装置開発”を実施していますが、これが全国の水素ステーションに併設できれば、燃料電池自動車（ＦＣＶ）への燃料供給の普及とコスト低減の相乗効果が期待できます」（中田氏）
１６年３月に改訂された政府の“水素・燃料電池戦略ロードマップ”では、ＦＣＶを２０年までに約４万台、２５年までに約２０万台導入し、水素ステーションを２０年度までに約１６０カ所、２５年度までに約３２０カ所設置することを目指しています。２０年代後半での水素発電と大規模な水素供給システムの確立を目指し、３０年ごろには水素発電の本格導入を見据えています。「世界を取り巻くエネルギー問題や地球温暖化問題に目を向けると、その課題解決を見据えた技術開発が求められています。２０年の東京五輪・パラリンピック開催時には、海外の人たちにも千代田化工が提案する水素供給ネットワークの新しいモデルを見てもらいたいと思っています」（大島氏）
日本のエネルギー自給率は６％しかなく、発電電力量に占める火力発電の割合は約８５％（１５年度）に達し、燃料輸入に毎年何兆円もの国富が流出しています。同社も進めている、国内での再生可能エネルギー由来の水素利用が実現していけば、自給率向上にも寄与すると思われます。一方で地球温暖化問題への対応も重要です。日本にとって、水素利用はエネルギー自給率向上と二酸化炭素（ＣＯ２）排出削減の可能性を秘めた有力な選択肢の１つとみられることから、本格的なインフラ整備の実現が待たれます。
