石油社会の次は水素社会!?

　水素はそのまま燃焼させたり、燃料電池の燃料として使用できます。どちらの場合でも二酸化炭素を排出しないクリーンな燃料として利用できます。その生産方法は水の電気分解、都市ガスを加工、製鉄所でコークス炉ガスを精製する、などの方法があります。生産した水素の利用法は現在の都市ガスのようにそのまま燃焼させて暖房などに使うこともできますが、燃料電池の燃料としての利用が期待されています。
　燃料電池は水の電気分解の逆の反応で、水素と酸素から電気を生み出す発電機のようなものです。火力発電や原子力発電は燃料から直接電気をつくるのではなく、熱で水蒸気を発生させ、発電機を回します。一方、燃料電池は燃料から直接電気を取り出すため、効率が良いです。効率の高さはあまり設備規模に左右されない上、振動や騒音が小さいので携帯電話から自動車まで様々なモノのエネルギー源として利用できます。自動車に搭載すれば排気ガスが無くなり、電車に搭載すれば送電設備が不要になります。ただ、多用途に使えるため、潜水艦など軍事利用される可能性も指摘されていますが…
　燃料電池は最先端技術のように思えますが、原理自体は1839年には発明されていて、アポロ計画でも使用されています。アポロ計画で使用されたのはアルカリ電解質形燃料電池(AFC)という種類ですが、他にも固体高分子形燃料電池、リン酸形燃料電池(PAFC)、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)、ナトリウム−硫黄電池（NaS電池）、バイオ燃料電池といったものがあります。この中で自動車に搭載されるのはイオン伝導性を持つ高分子膜を電解質を使用した固体高分子形燃料電池となっています。この燃料電池では）、空気極（正極）、燃料極（負極、)固体高分子膜（電解質）を貼り合わせて一体化させた膜を、ガスの流れる道を刻み込んだ導電板で挟んだものを積み重ねたものです。1つ1つの起電力は小さいですが、これを直列で接続して高電圧が発生するようにしています。
　水素を燃料にした固体高分子形燃料電池は排気ガスは水蒸気のみなので、非常にクリーンです。しかし、どうやって大量の水素を積み込むか？、という問題があります。これについては、数百気圧という高圧ガスに圧縮して保存、水素を吸収する性質を持つ水素吸蔵合金に保存、液体水素にして保存、というような方法が考えられています。今、有力なのは高圧ガス方式で、2006年にトヨタが700気圧の水素ガスを使用した燃料電池自動車を開発、同じ年にGMも試作車を発表しています。他にも燃料電池は携帯電話やノートパソコンの電源にも使用でき、2020年には8兆円市場になると予測されています。

　日本では経済産業省が「水素・燃料電池実証プロジェクト（ＪＨＦＣ）」、という国家プロジェクトを進めています。2005年には、東邦ガス株式会社、新日本製鐵株式会社、日本酸素株式会社、が愛･地球博で使われた燃料電池バス用の水素ステーション(高圧方式)を2基設置しました。一方、関西電力と岩谷産業は液体水素を使用した移動式ステーションの実証実験を行っています。実際に岩谷産業は2014年7月14日に兵庫県尼崎市に日本初の燃料電池自動車向けの商用水素ステーションを開設しました。
　さらに、経済産業省は日本全体で2030年までに燃料電池自動車1500万台、水素ステーション8500ヵ所、という目標を立てています。第一歩として、トヨタ自動車が2014年12月15日に燃料電池車「ＭＩＲＡＩ（ミライ）」を発売します。3分の水素充填で、650km走行できます。価格は700万円以上ですが、補助金が202万円付くため、実費負担は520万円程となります。
　一方、アメリカは実験用の水素ステーションを約100基設置しています。コストは1基100万ドルほど。約17万基というガソリンスタンドに比べれば非常に少ないですが、徐々に増加していくことでしょう。ステーション用の水素の生産は水の電気分解や石油、もしくは天然ガス精製時に取り出す、火力発電所で石炭から抽出(二酸化炭素は地下へ)といった方法が考えられています。コストは電気分解だと水素1kgの生産に8ドル前後かかりますが、大量生産すれば3ドル前後にできるという試算があります。また、水素1kgでガソリン3.8リットル分のエネルギーが得られる上、燃料電池の効率はガソリンエンジンの3倍といわれているため、水素はガソリンに見劣りしない燃料になるとみられています。化学工場などで使用するために全世界で使われるエネルギーの2％が水素生産に利用されていますが、効率が良いため、この水素で全世界の自動車の20％に相当する台数の燃料電池自動車が利用できます。 二酸化炭素排出量は天然ガス精製時に取り出した水素を燃料電池自動車に使用した場合、燃料生産時の二酸化炭素を考慮しても排出量は1kmあたり110gです。普通車で195g、ハイブリッド車でも150gです。たとえ、燃料生産時に二酸化炭素が発生したとしても消費時の排出がゼロというのは大きいです。

　水素の大量生産が軌道に乗れば、実験ではなく、実際に社会での利用を開始します。燃料電池自動車を家庭で購入できるようになるには時間がかかるでしょうから、まずは業務用、特に運輸部門で水素を利用します。パイプラインや専用のタンクローリーで水素を運び、運送業のトラックや公共バスで使用します。同時に水素ステーションの設置を進めていきます。また、同時にガソリンスタンドにガソリンから水素をつくる装置を設置し、水素ステーション化します。燃料電池自動車が現在の普通車並みの価格になり、水素ステーションの設置数がガソリンスタンド並みになれば 排気ガスは水蒸気のみという燃料電池自動車が車社会の主役になります。その頃にはエアロトレインも組み込めていることでしょう。
　一般家庭についても都市ガスの替わりに水素を暖房などに使えるようにしていけば二酸化炭素を出さない水素社会の完成です。さらに何年かかるか不明ですが、地球規模でスーパーグリッドも整備すれば電気分解に使う電力や生産された水素を国境を越えて融通し合うこともできます。

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