持続可能な輸送における低炭素水素の可能性

近年、低炭素水素は、気候変動による影響を低減し、欧州連合(EU)が掲げる持続可能性の目標を達成するための有力な技術として注目されています。水素のユニークな特性と潜在的な用途により、国際再生可能エネルギー機関(IRENA)、国際エネルギー機関(IEA)、ブルームバーグ・ニュー・エナジー・ファイナンス(BloombergNEF)などの機関は、2050年までに水素が世界の総エネルギー消費量の10%以上を占めると予測しています(2020年には0.1%)。低炭素水素の成長は、最終的には他の技術に大きく依存し、また影響を与えることになります。

低炭素水素とは?
水素を燃料とする燃料電池は、CO2やその他の不要なガスを排出する内燃機関とは異なり、水蒸気を副産物として排出するという独特の特性を持っています。燃料電池が低炭素水素を使用する場合、燃料電池の利用は環境にほとんど悪影響を及ぼしません。しかし、水素は、カーボンフットプリントがほとんどない方法で生産された場合のみ、低炭素とみなされます。最も一般的な方法は、水の電気分解と炭素回収・貯留(CCS)です。さらに、水素を低炭素とみなすには、これらのプロセスで使用される電力は再生可能エネルギー源から供給されなければなりません。

輸送部門における低炭素水素
バッテリー式電気エンジンは燃料電池と類似した優れた特性を備えていますが、多くの分野では、より早く、より広く採用されています(例えば自動車)。しかし、水素は、電化が困難な「削減が難しい」分野の炭素排出量を相殺することができます。例えば、長距離輸送や重量物輸送の電化には、必要なバッテリーの重量が重く、充電に時間がかかるという欠点があります。

これに対し、燃料電池で走る車両は軽量で、長時間の充電も必要ありません。その結果、欧州連合(EU)のイニシアティブである「H2 Accelerate Trucks」では、ボルボ・グループ、ダイムラー・トラック、イベコ・グループといった業界大手が協力し、2030年までに150台の水素燃料トラックを展開することを目指しています。さらに、ボルボ・グループはダイムラー・トラックとの合弁事業に6億ユーロを投資しています。

この新合弁企業を燃料電池のトップメーカーに育て上げるという野心的な目標を掲げています。 また、Ivecoも燃料電池トラックの開発に取り組んでおり、航続距離は最大800km、燃料補給時間は約20分と、同社の電気トラックの航続距離500km、燃料補給時間90分から大幅な改善が見込まれています。 さらに、ScaniaとMANも燃料電池トラックの開発に着手している欧州の企業です。

ヨーロッパ以外では、Foton Motor(中国)、Dongfeng Motor Corporation(中国)、Sinotruk(中国)、FAW Trucks(中国)、Hyundai Motor Company(韓国)、Nikola Corporation(米国)、Reliance-Ashok(インド)など、多くの有力企業が存在しています。

低炭素水素は主にトラックでの使用例として紹介されてきましたが、ホンダ、BMW、Hyundai、Land Rover、Renaultなどの企業は水素燃料の乗用車の生産を開始しています。

バッテリー式電気自動車は燃料電池式電気自動車を大きく上回る台数ですが、燃料電池車は特定のニッチな用途では依然として優位性があります。例えば、タクシーのように連続稼働時間がメリットとなる車両では、燃料補給時間が短いことから水素の利用が望ましいでしょう。米国では、ホンダのクラリティ・フューエルセル、ヒュンダイのネクソSUV、トヨタのMairai(購入はカリフォルニア州のみ)の3種類の水素自動車がすでに発売されています。

しかし、現在、米国の道路を走っている水素自動車は17,000台にすぎません。欧州最大の水素自動車市場であるドイツでは、連邦自動車交通局によると、2023年の燃料電池車の新規登録台数は263台(2022年の835台から減少)でした。

中国では、自動車製造業者協会によると、前年比72%増の6,000台の燃料電池車が販売されました。一般的に、水素燃料ステーションの不足は燃料電池車のオーナーにとって大きな問題です。水素燃料の価格は、対応する電気やガソリンよりも高価です。

2022年現在、米国には100カ所強の水素ステーションが存在し、そのほとんどがカリフォルニア州に位置しています。スウェーデンには5カ所しかありませんが、Naturvårdverket機関は2030年までに50カ所以上の新しい水素ステーションの建設を承認しています。

IoT技術は低炭素水素の採用において重要な役割を果たすでしょう。
自動車業界における低炭素水素の採用は、最終的には他の技術に依存し、また他の技術に大きな影響を与えるでしょう。

まず、水素は爆発性ガスであるため、水素の貯蔵や輸送環境を慎重に監視することが不可欠です。したがって、光ファイバーセンサーによる漏れ検知、環境モニタリングシステム、水素パイプラインや貯蔵タンク内の流量や圧力を自動調整するスマートバルブなど、IoT技術の新たなユースケースが登場することになるでしょう。

第二に、既存の水素燃料補給インフラが不足していることを踏まえ、燃料電池車向けのテレマティクスソリューションにより、ドライバーは燃料補給ステーションが分散していることによるデメリットを軽減するルート計画や燃料使用に関する情報に基づいた意思決定が可能になります。

最後に、水の電気分解による水素の製造方法では大量の「クリーン」な電力が必要となるため、再生可能エネルギーの容量がボトルネックとなる可能性があります。電気分解プロセスにIoTセンサーを導入すれば、電気伝導率や水質などの要因に関する重要な洞察が得られ、それを利用してプロセスをよりエネルギー効率の高いものにすることができます。

情報源：Berg Insight社

お問合せBerg Insightに関するお問合せはデータリソース（office@dri.co.jp）までご連絡下さい。