【第3回】探査工学から見た地球と宇宙「カーボンニュートラルについて（2）」

一つ前のコラムで、太陽光発電などで余った電気を使って水素を作ることができれば、電気が足りない時にその水素を使って電気を作ることができることをお伝えしました。つまり水素は、不安定な再生可能エネルギーが普及する上で課題となっている「蓄電」の問題を解決するポテンシャルを持っています。しかし、余った電気から水素を作るにはコストがかかり、実用化までには少し時間を要すると考えられています。

さて水素には、(1)グレー水素、(2)ブルー水素、(3)グリーン水素という3つの種類があります。このうち、先ほど述べた太陽光発電などの再生可能エネルギーから作られた水素は(3)グリーン水素と呼ばれ、水素を蓄電マテリアル（バッテリー）と捉えるものです。グリーン水素が普及すれば、カーボンニュートラルな世界が近づいてきますが、先に述べた通り余った電気からグリーン水素を作るには大きなエネルギーとコストが必要になります。そのコスト等を低減するために、多くの研究者によって研究されていますが、グリーン水素を基軸とした社会が実現するのは、少し先になってしまうと考えられています。実験室レベルではグリーン水素を作ることができても、それを社会に実装するのは、現状の技術では難しいということです。もちろん、グリーン水素の普及に向けた技術開発は重要だと思っています。

それでは残りの２つの水素である(1)グレー水素と(2)ブルー水素とは何でしょうか？これは地下資源から作られた水素で、グリーン水素とは少し役割が変わってきます。実は現在のほとんどの水素は、メタンや石炭などの天然資源から作られています。メタンは化学式でCH₄と書きます。炭素Cを含んでいますので、水素H₂を作るときに副産物として二酸化炭素CO₂が出てきてしまいます。そのCO2は、残念ながら大気に放出していることが多いです。このように炭化水素から、大気中にCO2を排出しながら生成した水素を(1)グレーな水素といいます。このグレー水素を使う限り、ほとんどCO2削減には貢献していないことになります。現在の水素の問題は、ほとんどの水素(99%くらいの水素)がグレーな水素であることです。水素カーなどが普及しても、グレーな水素を使っている限り、ガソリン車とそれほど変わらない量のCO2を放出していることになります。

そこで注目されているのが、(2)ブルー水素です。この水素は、メタンや石炭から作るところはグレー水素と同じですが、副産物として出てきたCO2を地下深部に貯留したり、何らかの材料にすることで、大気中へのCO2の放出を低減したものです。1つ分かりやすい例を紹介しましょう。オーストラリアには多くの石炭が存在します。しかし、その石炭をそのまま日本に持ってきて火力発電などに使うのは、輸送コストの点やCO2排出の点で好ましくありません。そこで石炭の採掘場所の近くのプラントで水素とCO2に分解し、その水素を日本などに船舶で運搬してエネルギーとして利用、CO2はオーストラリアの地下に貯留するというプロジェクトが考えられています。オーストラリアにとっては、CO2の排出を低減して作った水素として付加価値をつけて販売することができ、ビジネスになるという訳です。現在のカーボンニュートラルに向けた議論では、このブルー水素が前提になることが多いです。つまり、このコンセプトを実現し、大量の水素を作るには、CO₂を地下に貯留することが不可欠になってしまいます。

水素社会を考える上で難しい課題はもう一つあります。水素を貯めるタンクや、輸送するための配管です。水素を貯めるタンクなどには、特殊な素材を使う必要があります。水素の分子は小さく、タンクなどの素材の隙間（亀裂）に浸透してしまい、材質を劣化させてしまいます。水素に耐性のある材質を作るのがなかなか難しく、重要な研究テーマになっています。そこで近年はメタネーションというコンセプトも流行っています。これは水素とCO2からメタンを作り、既存の（メタンに耐性のある）配管やタンクを使うというものです。しかし、メタネーションに用いる水素が、メタンや石炭から作られているグレー水素では意味がありません。このメタネーションというコンセプトが成立するのは、(2)ブルー水素か(3)グリーン水素を使う場合になります。最近のニュースで「メタネーションを使えばCO2を出さないでメタンが作られる」とメタネーションの良いところだけが取り上げられていましたが、肝心の水素をどのようにして作るのかが省略されていたのは残念でした。(もちろん短い時間で全て説明することが難しいことは理解できます。簡潔に説明するのは大変ですね。)

最近、アンモニアもカーボンニュートラルを考える上で重要な役割を担うのでは、と話題になっています。アンモニアを火力発電所で燃やすことで、CO2の排出を低減できるからです。それでは、このアンモニアをどうやって作るのかが気になります。現状では、水素と同様、ほとんどのアンモニアはメタンなどの天然ガスから作られており、その際にCO2を排出しています。そのため、CO2の地中貯留などを用いる必要があります。将来的には水素と同様に、アンモニアも再生可能エネルギーから作ることも考えられています。それではアンモニアでなくて、水素を使えば良いのでは？と思われるかもしれません。アンモニアにも良いところもあります。メタネーションと同様で、水素よりもアンモニアの方が既存のタンクや配管を使いやすいということです。先に述べた通り、オーストラリアなどの遠くの国から船舶で輸送する際に、（タンク等を劣化させてしまう）水素よりも、アンモニアにして運ぶ方が取り扱いが容易だと考えられています。

以上のように、水素やアンモニアを使う上で、現状では「CO2地中貯留」が重要な役割を担うと考えられています。しかし日本では、このCO2地中貯留については、あまり知られていません。学生に聞いても知らない人がいます。次回は、このCO2地中貯留の話を中心にしようと思います。

注）ここでは出来るだけ簡単な言葉を使うようにしています。専門家の方には、もっと専門用語を使う方が良いと思いますが、カーボンニュートラルの課題を多くの方に分かってもらいため、出来るだけ簡易な言葉を使うようにしています。私は国語が苦手ですので、難しい言い回しはそもそもできませんが。

辻健（つじたけし）
東京大学大学院工学系研究科・教授。地球惑星科学・探査工学。
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