カーボンニュートラルの実現に向け、「次世代エネルギー」として世界でも有望視される水素。日本でも資源エネルギー庁から水素政策の方向性が打ち出されるなど、社会実装に向けて注目を集めている。
また、世界でも様々なスタートアップが水素をテーマに研究開発や社会実装を行っている。
本稿では、そもそもなぜ水素が注目されているのかという水素エネルギーの基礎知識と、国内の課題、国外のスタートアップで行われている研究開発・社会実装を紹介する。
次世代エネルギー「水素」の利点
様々な資源から製造が可能
水素は化石燃料・再生可能エネルギーなど様々なものからの生成が可能であり、その製造過程によって「グレー水素」「ブルー水素」「グリーン水素」などに分類されている。
グレー水素：石炭・天然ガスなどの化石燃料を原料として製造された水素。
ブルー水素：水素の製造工程で排出された二酸化炭素を回収して貯留したり利用したりする「CCS」「CCUS」技術と組み合わせ、製造工程の二酸化炭素排出を抑えて製造された水素。
グリーン水素：再生可能エネルギーを使って、製造工程においても二酸化炭素を排出せずに作られた水素。
中でも、製造過程で二酸化炭素を排出しないことから、ブルー水素とグリーン水素が注目されている。
（参考：経済産業省 資源エネルギー庁「次世代エネルギー「水素」、そもそもどうやってつくる？」）
エネルギーとして利用しても二酸化炭素を排出しない
水素の主な用途として、熱エネルギーと電気エネルギーの2つがある。
水素は燃焼時に二酸化炭素を排出せず、水素の燃焼による熱エネルギーは、ピストン・タービンなどを動かす動力として利用されるほか、燃料として、液化水素を利用することもできる。
水素は酸素と反応させることで電気エネルギーとしても使用でき、発電効率が良い燃料電池が代表例だ。
熱エネルギー、電気エネルギーどちらを利用するにしても、二酸化炭素の排出がないため、水素は脱炭素において有用なエネルギー源として期待されている。
長期間の貯蔵が可能
電気は蓄電池により一時的に貯めておくことは可能だが、自然に放電してしまうため、長期間の保存に向かない。一方、水素はタンクなどによる長期間の保存が可能なため、再生可能エネルギーを水素に変え、貯蔵しておくこともできる。
これはエネルギー安全保障上も非常に有用であり、特に、90%以上の一次エネルギーを海外から輸入する化石燃料に頼っている日本としては、エネルギーコストを抑制しつつエネルギー調達先の多角化を図ることができる。
（参考：いわてわんこ節電所「水素エネルギーといわての未来」）
水素活用の社会実装における課題
経済産業省が挙げる、水素活用の課題は主に以下の4点である。
- 安価な水素の確保（グローバルサプライチェーンの構築）
- 国内での貯蔵システム構築
- 水素利用の用途拡大
- 社会全体の自律的なエコシステムの構築
（参考：経済産業省「水素への期待と課題」）
安価な水素の確保
上記でも触れたように、水素は化石燃料などの1次エネルギーとは異なり、製造する必要がある。この時、グレー水素のように製造過程で二酸化炭素を排出しては、本末転倒であるため、ブルー水素・グリーン水素の製造が目指されるが、依然としてこれらにはコストがかかっている。安価で、かつ脱炭素を達成できる水素の確保、グローバルサプライチェーンの構築が求められる。
国内での貯蔵システム構築
水素の輸送・貯蔵は液化水素にする方法が主流であるが、そのためには-253℃という超低音を保つ必要があり、断熱をいかに高めて気化による拡散を防ぐかが課題であった。
これに関して、現在日本でも、常温・常圧で輸送ができる技術が完成している。
輸送に加え、安定した供給を可能にする貯蔵システムの構築が求められる。
（参考：三井住友ファイナンシャルグループ「～特集～ 水素社会は本当に実現するのか」）
水素利用の用途拡大
現在、水素で動く燃料電池自動車（FCV）は2022年7月時点で国内では約7000台の乗用車が普及しており、水素ステーションは178箇所設置されている。
FCVは、インフラ設置コスト航続距離が長く、充填時間が短いため、移動可能距離が長いというメリットがあり、乗用車よりむしろ、トラックやバスなどの商用車との親和性が高い。
今後は、商用車を中心としたFCVの普及のほか、船舶や航空機、鉄道への応用が目指される。
また、現在都市ガスや天然ガスから取り出した水素を使って発電し、家庭内で使用する熱エネルギーを賄う、家庭用燃料電池が普及しているほか、より発電容量の大きい業務・産業用燃料電池も実用化されている。
その他、都市、工場、住宅、様々な局面で水素利用ができるようシステム・サービスを整えなければならない。
（参考：経済産業省「モビリティのカーボンニュートラル実現に向けた 水素燃料電池車の普及について」）
社会全体の自律的なエコシステムの構築
水素エネルギーの本格普及にあたっては、これに対応した社会全体のエコシステムの構築が必要となる。
日本でもすでに水素取引プラットフォームの構想・開発は進められており、今後ゼロエミッションを実現する国内の水素マルチリソースプラットフォームの完成が目指される。
（参考：日立評論「脱炭素社会に向けたサステナブルな水素バリューチェーン」）
国外の水素エネルギーの活用・開発例
最後に、先進的な海外の開発例を6件紹介して締めくくる。
HiiROC
領域：水素製造
詳細：現在の水電解による水素製造とは異なり、バイオメタン・フレアガス・天然ガスから水素を生成する熱プラズマ電解において、独自のプラズマトーチ技術を商業化。低コストでゼロエミッションの水素製造が可能に。
Hypoint
領域：水素燃料電池技術
詳細：航空機・ドローン・エアタクシーなど様々な航空モビリティをターゲットとし、高出力・高エネルギー密度の水素燃料電池技術を提供している。同社の画期的な冷却方法により、従来の水素燃料電池システムよりも、エネルギー密度が7.5バイ、充填時間が6倍となっている。現在では航空宇宙にも進出している。
PowerUP
領域：水素燃料電池を動力源とするスマート発電機
詳細：純粋な水素ガスを燃料として、産業用バイオ廃棄物を二酸化炭素を使った独自の高活性のバイオベースとナノ触媒により、電気が逃げにくく衝撃にも強い発電機の開発を行っている。商品ラインには、ソーラーパネルや風力タービンと接続して、余剰エネルギーを生成・貯蔵できるジェネレーターから、1000Wの連続出力と24V・42Aの充電電流が特徴の5G通信や災害時のためのバックアップ電源に適したジェネレーターなど幅広く取り揃え、包括的なスマートグリッドシステムを推し進める可能性を秘めている。
Kaizen Clean Energy
領域：水素充填システムと水素ベースのEV充電ソリューション
詳細：全米電気自動車インフラ（NEVI）を通じて水素充填ステーションを提供している。再生可能なメタノールを使用し、メタノール水蒸気改質により水素生産量を増加させる。これにより、グリーン水素を大量に輸出し、輸送コストを削減した自動車産業に対応することができる。
Azolla Hydrogen
領域：オンサイト水素製造と車両給油ステーション
詳細：同社の遠隔水素生成プラントAZ225 Biodromeは、バイオメタノールと脱イオン水のブレンドを燃料電池専用水素の生成に利用している。これにより、水素燃料がより身近なものとなり、化石燃料からの転換を図ることができる。
KEYOU
領域：モビリティ
詳細：従来のディーゼルエンジンをゼロエミッションの水素エンジンに変換する水素エネルギーを開発。500km以上の距離を200kW以上の出力を可能にする、新型商用車用の新しいエンジンを開発し、ドイツ以外では中国・ヨーロッパ・アメリカなどで特許を申請中である。
参考：StartUs insights “10Top Hydrogen Fuel Technology Startups to Watch in 2023”, GreyB “Top10 Green Hydrogen Startups Innovating Energy Sector”
