水素とは？持続可能な未来のエネルギー

水素は、地球環境に優しく、持続可能な未来を実現するための新しいエネルギーとして注目されています。例えば、日本では政府が2050年のカーボンニュートラル実現に向けて水素の活用を推進し、2021年には水素関連の市場規模が約2兆円に達しました。本記事では、水素の性質や作り方、使い道、メリットや課題、そして未来について分かりやすく説明します。

水素の性質
水素の作り方
水素の使い道
水素のメリットと課題
1. 【メリット】
2. 【課題】
水素エネルギーの未来
まとめ

水素の性質

水素は、宇宙で最も多く存在する元素で、原子番号1、記号Hで表されます。色も匂いもなく、常温では気体として存在します。とても軽く、空気の約14分の1の重さしかありません。また、水素は2つの原子がくっついたH₂という形で存在し、性質の違う2つの種類（オルソ水素とパラ水素）があります。この違いは温度によって変化し、低温になるとパラ水素が増えます。ロケット燃料として使う場合、この性質を考慮する必要があります。

地球上では水や生物の体内、化合物の形で広く存在しています。エネルギー源として利用することで、より持続可能な未来が期待されています。特に、燃料電池や産業用燃料としての活用が進んでおり、再生可能エネルギーと組み合わせることで環境負荷の少ない社会の実現に貢献します。

水素の作り方

水素の製造方法は、その環境負荷によって大きく異なります。

化石燃料から作る方法：天然ガスや石油を使って水素を作る方法です。一番多く使われていますが、二酸化炭素を大量に排出するという問題があります。そのため、炭素回収・貯留（CCS）技術を活用し、排出を抑える取り組みが進められています。しかし、完全に排出をゼロにすることは難しいため、環境負荷が比較的高い方法といえます。
水の電気分解：水に電気を流して水素と酸素に分ける方法です。再生可能エネルギーを活用すれば、二酸化炭素を排出しないクリーンな水素を作ることができます。ただし、再生可能エネルギーの供給量や電気分解の効率が課題となっています。化石燃料由来の電力を使うと環境負荷が増えるため、どのエネルギー源を使うかが重要になります。
バイオマスから作る方法：木材や家畜のふん尿などを利用して水素を作る方法です。生物由来の資源を活用するため、持続可能な方法とされています。ただし、燃焼や発酵の過程で一定量の二酸化炭素が排出されるため、完全にクリーンとは言えません。しかし、バイオマスの成長過程で二酸化炭素を吸収するため、カーボンニュートラルの実現に貢献できます。

水素の使い道

水素は、いろいろな分野で活用されています。

燃料電池：水素を燃料にして発電する装置です。水素自動車や家庭用発電機などで使われています。燃料電池の技術は日々進化しており、電気自動車と比較して充填時間が短く、航続距離が長いという利点があります。
ロケット燃料：水素はエネルギーが高いため、ロケットの燃料としても使われています。特に、液体水素は極低温（-253℃）で保存され、ロケットの打ち上げ時に強力な推進力を生み出します。
工業用：化学工業や石油精製の分野で利用され、アンモニアやメタノールを作るのに欠かせません。アンモニアは肥料の原料として広く使われており、水素エネルギーの拡大とともにその需要が増えると予測されています。
その他の産業：食品やガラス、電子部品の製造にも使われています。特に、食品業界では油の硬化処理に利用され、電子産業では半導体製造の工程に欠かせない存在です。

水素のメリットと課題

水素には多くの利点がありますが、いくつかの課題も存在します。

【メリット】

環境に優しい：燃やしても二酸化炭素を出さないため、地球温暖化を防ぐ効果があります。例えば、2021年の調査によると、グリーン水素の生産は年間100万トンを超え、今後さらに増加が見込まれています。
エネルギー密度が高い：少ない量でたくさんのエネルギーを持つので、効率的です。
いろいろな方法で作れる：水やバイオマスを使って作れるので、資源が枯渇する心配が少ないです。
エネルギーの安定供給：水素は蓄電技術と組み合わせることで、電力供給の安定化にも役立ちます。

【課題】

貯蔵や運搬が難しい：水素は気体なので、運ぶには高圧ガスにしたり、液体にしたりする必要があります。
コストが高い：現在のグリーン水素の製造コストは1kgあたり6〜8ドルとされており、化石燃料由来の水素と比べて高価ですが、2030年には1kgあたり2〜3ドルにまで下がると予測されています。
インフラが不足している：日本では2023年時点で160カ所の水素ステーションが設置されていますが、政府は2030年までに1,000カ所以上に増やす計画を立てています。