水素はチャンスだ！ 宇宙からコーヒーまで、これが最新の技術開発動向
「2050年カーボンニュートラル」の実現に向けて、日本では数多くの技術開発が進んでいます。重要な技術開発テーマの１つが、水素の活用です。水素は燃焼時にCO2を発生しないことから、地球環境にやさしいエネルギー資源として国内外で注目されています。水素の活用範囲は発電、自動車や電車といった移動手段、工場設備、家庭の暮らし、さらには航空宇宙まで幅広く、便利な暮らしを守りながら地球にやさしい未来をつくることができるエネルギー源です。
NEDOは、経済産業省資源エネルギー庁および一般社団法人水素バリューチェーン推進協議会（JH2A）と共同で、水素エネルギーを身近に体感できるイベント「水素パーク!!」を大阪・関西万博で開催しました。水素の重要性や可能性について理解を深めてもらうために、水素の製造・運搬から利用シーンまでの最新技術を一堂に集めたイベントです。ここで披露された水素技術を、「つくる・はこぶ」「発電・工場」「モビリティ」「街・暮らし」「航空宇宙」の視点から紹介します。
シアターゾーン
つくる・はこぶ
水素は、水を電気で分解することでつくることができます。太陽光などの再生可能エネルギーを使えば、CO2を出さずに水素を製造することができます。このような水素を「グリーン水素」といいます。日本では、NEDOの事業による水素製造の研究施設「福島水素エネルギー研究フィールド（FH2R）」が2020年から福島県浪江町で稼働しています。毎時1200Nm3の水素を製造しており、1日の水素製造量は約150世帯の1カ月分の電力、または燃料電池自動車（FCV）560台分充填できる水素に相当します。
世界有数規模の水素製造能力の研究施設「FH2R」の説明パネル（出展者：NEDO）
製造した水素は製造拠点から消費地に輸送されます。製造拠点が海外の場合、海上輸送することになります。その時に活躍するのが、水素運搬船です。水素は-253℃で液体になり、体積は1/800に小さくなります。こうすることで大量に運べるようになります。
今回展示されたのは、NEDOの事業で進めている大型液化水素運搬船の模型です。この液化水素運搬船は–253℃の極低温状態を長時間維持できる4万㎥タンクを4基搭載し、約1万トンの液化水素を一度に輸送可能です。また、輸送中に自然に気化する水素である「ボイルオフガス」（BOG）を推進燃料として活用することで航行中のCO2排出を抑制します。水素運搬船の規模や水素タンクの寸法などは液化天然ガス（LNG）輸送船の形状を参考にしており、こうすることでLNGの港湾インフラを将来的に水素に切り替える際に設計期間を短縮できる利点が生まれます。ただし、液体水素とLNGは物性が異なるので、LNG向けの技術を転用するわけではなく、水素向けの専用設計が必要です。
大型液化水素運搬船の模型（出展者：川崎重工業株式会社）
発電・工場
製造拠点から運搬された水素は消費地で電気や熱に変換されます。日本ではCO2排出量の約40%が発電から、約25%が工場から排出されており、これらの分野で水素を有効活用することはCO2削減にとても重要です。
水素を燃料として発電する際に用いるのが、水素ガスタービン発電機です。「水素パーク!!」では、マイクロミックス燃焼方式を採用したガスタービンの模型が公開されました。これは水素100%燃焼も可能な微小拡散燃焼により大気汚染物質の排出量を低く発電できるのが特徴です。
水素ガスタービン発電機の模型（出展者：川崎重工業株式会社）
工場における水素活用については、エネルギー消費を最適化するために太陽電池・蓄電池・純水素型燃料電池を組み合わせたエネルギーマネジメントシステム（EMS）や、工場の水素発電を想定した水素運搬用の水素吸蔵合金配送システム、そして水素ボイラが公開されました。いずれも、工場の脱炭素化に貢献します。
純水素型燃料電池（写真中央の銀色筐体）。写真右側はEMSを実装した工場の模型（出展者：パナソニック株式会社）
水素吸蔵合金配送システム。高純度の水素を専用のタンク内の吸蔵合金に吸蔵し、電気を必要とする利用先まで運搬後、水素を取り出し、燃料電池を使って電力を供給・利用する一連のプロセス。水素の貯蔵や運搬が容易なことから、災害時など比較的小規模な場所での電力供給に大きな優位点がある。発電時に騒音や排気が出ないことに加えて各種法規に抵触せず設置場所を選ばないことも特徴（出展者：三菱化工機株式会社）
水素燃料ボイラ。水素を燃やして水を蒸気にする。蒸気は工場だけでなく、日々の暮らしの様々な場所で熱源として利用されている。日本における産業部門のCO2排出量の2%はボイラ起因であることから、水素燃料ボイラは燃やしてもCO2が出ないボイラとして注目される（出展者：三浦工業株式会社）
モビリティ
移動手段において水素は、燃料電池やエンジンの燃料に使います。燃料電池では水素と酸素を化学反応させて電気をつくり、電気モーターを駆動します。エンジンでは水素を燃焼させて駆動力を得ます。いずれも駆動力を得る際にCO2を発生しないことは言うまでもありません。「水素パーク!!」では水素で走る鉄道車両や自動車、そして水素燃料電池を搭載した 電動アシスト自転車などが紹介されました。
水素ハイブリッド電車の模型。「水素を燃料とする燃料電池」と「主回路蓄電池」の2つを電源とするハイブリッドシステムを搭載。世界で初めての70MPaの高圧水素を利用できる燃料電池鉄道車両（出展者：東日本旅客鉄道株式会社）
オートノマス（自動運転)水素燃料電池トラクタのコンセプトモデル。自動運転および遠隔操縦による乗員のいない運用を前提としている。今後、農業向け水素供給方式の検討、農作業への適合性確認などの実証試験を計画しているという（出展者：株式会社クボタ）
水素を燃料とした燃料電池自動車は既に商用化されている。左はトヨタ自動車の「MIRAIカットモデル」。右は本田技研工業の「CR-V e:FCEV」（出展者：トヨタ自動車株式会社、本田技研工業株式会社）
水素エンジンによる2輪車（モーターサイクル）の模型。カワサキ製モーターサイクル「Ninja H2」の998cc直列4気筒スーパーチャージドエンジンをベースに、水素燃料の筒内直接噴射（直噴）仕様に変更したエンジンを搭載（出展者：川崎重工業株式会社）
水素燃料電池を搭載した電動アシスト自転車。燃料電池を手の平サイズに小型化し、自転車に搭載。燃料電池が生み出す電力でモーターを駆動する。搭載した水素タンク一本で80kmもの距離のアシストが可能。手軽に水素を充填できる水素充填装置も現在開発中という（出展者：トヨタ紡織株式会社）
「水素パーク!!」では陸上のモビリティに加え、船舶である「WIND HUNTER」が紹介されました。WIND HUNTERは、水素を作り出す船、つまり水素生産船です。帆で受けた風力エネルギーを船の推進力とし、船底の発電タービンで発電させて水素を生産します。発電に適した風が吹く場所を航行し、得られた水素をトルエンと反応させてメチルシクロヘキサンに変え、体積を1/500にしたうえでタンクに貯蔵します。そして、タンクがいっぱいになったら消費地に寄港して水素を供給します。いわば洋上風力発電と水素生産設備が融合したハイブリッドプラントであり、日本の周囲を取り囲む海をエネルギー資源に変えるという大きな可能性を秘めています。NEDOもこのプロジェクトを支援しており、水素生産船の最適化調査や日本周辺の最適な風況海域調査、実証船の建造や水素供給先の検討などを実施します。
水素生産船の模型（出展者：株式会社 商船三井）
街・暮らし
より身近な街や暮らしのシーンにおいても、水素燃料電池で動くソーシャルロボットや水素コンロなどの水素活用事例が紹介されました。
水素電池で駆動するソーシャルロボット。川崎重工業ソーシャルロボットにトヨタ紡織が開発した小型燃料電池ユニットを搭載。低圧水素タンクを交換するだけで長時間の連続稼働が可能で、給電時間や充電スペースなどの課題を解決する（出展者：川崎重工業株式会社）
業務用水素コンロ。水素が生活の様々な場面で安全に使用される身近なエネルギーとなることを目指し、2022年から水素を安全に燃焼させる技術を確立し、より多くの用途で水素利活用を拡げるために業務用水素コンロを開発（出展者：リンナイ株式会社）
「水素パーク!!」では、来場者に水素で焙煎したコーヒーが振る舞われました。焙煎時にCO2を排出しないため環境にやさしいのが大きな特徴です。さらに、従来の燃料による焙煎に比べ細かな火加減の調節が可能なため、コーヒーの味わいの幅が広がります。
「水素パーク!!」では、水素焙煎コーヒーが来場者に振る舞われた
航空宇宙
陸上、海上といったシーンだけでなく、空や宇宙における水素活用例も披露されました。水素燃料電池を用いることで80〜120分という長時間飛行が可能なドローンや、2031年に打ち上げ予定の月面探索車の模型が展示されました。
水素燃料電池ドローン（写真中央）。従来のリチウムイオン電池式ドローンに比べて飛行時間が大幅に延びるという革新的な特徴を持つ。特に物流、インフラ点検、災害対応などの分野で注目されている。ドローン本体とともに、水素ボンベなど構成部品も展示された（出展者：株式会社ロボデックス）
有人与圧ローバー。月面で夜を越すために必要なエネルギーを確保する手段として、再生型燃料電池システム（RFC）の採用を計画している。RFCは太陽電池パネルから得た電気を使って水を水素と酸素に電気分解し、その水素と酸素を使って燃料電池として発電。さらに、発電時に発生する水を水電解することで水素と酸素に分けて再び発電できる再生システムである（出展者：国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構（JAXA）、トヨタ自動車株式会社）
いかがでしたでしょうか。水素活用に向けて技術開発が着々と進み、水素社会が身近になりつつある姿を紹介しました。水素は新たな事業をつくる大きな機会を提供しており、「水素は、チャンスだ！」と言えます。
今回ご紹介した技術には、NEDOが直接支援していないものも含まれていますが、NEDOは水素社会の実現に向けて、幅広い技術開発や普及の取り組みを力強く後押ししています。今後も多様なパートナーと連携し、水素の可能性を広げていきます。最新の活動状況はNEDOウェブサイトでご覧いただけますので、ぜひご注目ください。
NEDOは水素社会の実現に向けて多くのプロジェクトを支援している
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