クリーンなエネルギーを地産地消する水素発電システムを開発

起業直後に応募したNEDO事業に採択される

2013年10月にアルハイテックを創業した水木さんが最初の目標に掲げたのは、これまで進めてきた、アルミ系廃棄物からアルミを分離して水素を製造させる独自技術を実用化することでした。加えて、効率の良い資源回収の仕組みづくりやエネルギー生成を行うことで、地域の省エネルギー化に貢献することも目指していました。これらを実現するには、資金調達や広報活動などが必要ですが、すべてをベンチャー企業だけで行うのは困難でした。どうすればいいか悩んでいたところ、起業を支援するアドバイザーの一人から、NEDOのプログラムに応募することを勧められました。

応募したのは、NEDOが2012年度から開始した「戦略的省エネルギー技術革新プログラム」で、2030年に高い省エネ効果が見込まれる技術を事業化までシームレスに技術開発を支援し、省エネルギー型経済社会の構築・産業競争力の強化を目指すというものです。アルハイテックは、企業や大学が保有している技術やノウハウなどをベースに、省エネルギーにつながる技術開発を、原則3年以内に製品化することを目指す「実用化開発」のフェーズに採択され、2014年12月から支援がはじまりました。NEDO事業には2年間参加し、製品化に向けて規模の拡大で技術的な課題が残る乾留式アルミ回収装置と水素製造装置の開発を行い、2016年4月には朝日印刷株式会社の協力を得て、同社の富山工場内にアルミ系廃棄物から水素を発生させる検証プラントを完成させ、実証を行いました（写真3）。

写真3　朝日印刷株式会社富山工場内に設置された検証プラント（資料提供：アルハイテック株式会社）

アルミ系廃棄物を処理して水素発電をするまでには大きく四つのステップがあります。まず、パルパー型分離機でアルミ系廃棄物をパルプとプラスチック付きアルミに分離します。次に、乾留炉でプラスチック付きアルミを乾留してプラスチックを分解し、アルミを取り出します。続いて、水素製造装置で繰り返し使える特殊なアルカリ系溶液とアルミを反応させて高純度の水素を発生させます。最後に、その水素を燃料電池に送って発電に利用します（図1）。検証プラントではこの一連のプロセスを実証しました。

図1　アルミ系廃棄物のリサイクルシステムの全体像（資料提供：アルハイテック株式会社）

高純度のアルミから効率的に水素を生成

パルパー型分離機は、アルミ付き包装容器から紙パルプとプラスチック付きアルミを回収する装置で、製紙会社で使われている古紙から繊維を取り出す装置をベースにしています（写真4、5）。家庭などから回収したアルミ付き包装容器と水を投入すると、中にある回転羽根と多数の孔を持つ二重構造プレートが回転して紙パルプを分離し、同時にプラスチック付きアルミを高効率かつ高精度に回収します（写真6）。紙パルプは古紙として再利用でき、分離に使用する水も循環させて排水を出さずに使うことができます。

写真4　パルパー型分離機

写真5　原料になる家庭から回収されたアルミ付き包装容器

写真6　パルパー型分離機で分離回収された紙パルプとプラスチック付きアルミ

乾留炉は、パルパー型分離機でパルプを分離させた後に残ったプラスチック付きアルミを、プラスチック成分とアルミに分離します。温度条件や供給する空気量を調節して加熱することで、プラスチックの不完全燃焼で生じる炭化物の付着を抑え、純度95％以上のアルミを回収することができます（写真7、8）。改良が重ねられ、プラスチック付きのアルミの投入量は1時間あたりで当初の10kgからNEDO事業参画後には95kgまで増加しました。

写真7　乾留炉（乾留式アルミ回収装置）

写真8　乾留炉でプラスチック成分と分離した高純度のアルミ

運転立ち上げ時に灯油を使用する以外は、乾留炉で発生したプラスチック由来のガスを熱源に使用するエコな仕組みになっています。既存のボイラー装置を使用する場合と比較して21.2%も消費エネルギーを抑えられ、例えば、900トンのアルミ系廃棄物を処理した場合、一般家庭4600軒分の月間消費電力量にあたる約170万kWhの省エネ効果が期待できます。

水素製造装置は、アルミと反応液を混ぜることで常温、常圧で水素を生成し、同時に資源として使える水酸化アルミニウムを取り出すことができます（写真9）。通常、反応液に使われる水酸化ナトリウム水溶液は、使うたびに消耗して化学反応の速度・効率が落ちますが、アルハイテックではバルセロナ自治大学の基礎研究を元に、アルカリ水溶液に触媒を加えた独自の反応液を開発し、常温で100回以上繰り返し使用できる画期的なものに改良しています。また、この反応液は触媒の効果により、劇物である水酸化ナトリウムの含有量を最小限に抑えながらも効率的に水素を発生させることができます。そのため、劇物の対象外となり、取り扱いやすいという利点もあります。反応槽は二重部屋構造を採用して、水素発生中にアルミを連続的に投入できるようにし、供給を自動で制御することも可能です。工場から排出されるアルミ系端材等を使用した動作確認では、9kgのアルミから1kgの水素と26kgの水酸化アルミニウムを生成できました。

写真9　水素製造装置（資料提供：アルハイテック株式会社）

水素と同時に得られる水酸化アルミニウムは凝固剤やセラミックスの原料のほか、カーテンや車のシート、建築壁紙といった難燃剤の原料として販売したり、精練すれば再びアルミに戻したりすることもできます。現在、日本に輸入されている水酸化アルミニウムは、ボーキサイトから製造する過程でCO₂を排出していますが、この水素製造装置でつくられたものはCO₂が排出されないので、利用を進めることでカーボンニュートラルにもつながります。

また、ここで生成した水素には製造過程で水蒸気が含まれてしまうという課題はありますが、現在は燃料電池車用水素燃料規格の基準を満たす純度であることが確認できています。1時間あたり約5kgの水素を生成することができ、トヨタ自動車株式会社の水素燃料電池自動車「MIRAI」の1台分にあたる燃料電池71.8kWh（走行距離約900kmに相当）の発電を確認したところまで開発が進められています。

水木さんは、「アルミを利用している工場で行われた実証実験でも省エネ効果が確認できています。また、大量の水素を製造する大規模なプラントに比べてコンパクトなシステムなので、供給する施設に隣接させたり工場内に設置したりすることでき、水素の輸送や貯蔵にかかるコストを削減できます。さらに現在は水冷式熱交換機を使用して、発生した余熱から温水を作る実験も行っており、今後の新事業につなげようとしています」と語ります。

地域の声に後押しされて開発された水素製造装置「エ小僧」

検証プラントで研究開発を続けるシステムと並行してアルハイテックでは、持ち運びができる水素製造装置「エ小僧」を開発しています（写真10、11）。アルミ系廃棄物をもとに水素を発生する世界初の水素製造装置として2017年に発売され、アルミ缶やアルミホイルなどを投入するだけで、いつでもどこでも手軽に発電することができます（写真12）。

写真10　可搬型水素製造装置「エ小僧」（中型）はアルミ系廃材を投入するだけで水素を製造し、発電できる

写真11　エ小僧の内部には、水素を水に通して不純物を除去する「洗浄槽」（左）や、水素を発生させる「反応槽」（中）、反応液を供給する「反応液層」などがある

写真12　実際にアルミ系廃棄物を入れて、水素発電をする「エ小僧」。発電した電力で電球が光っている

水木さんは、「エ小僧は屋外で使用するポータブル電源や非常用電源として利用できるなど用途は幅広く、大きさも中型と小型があります。以前に災害のボランティア拠点で電力が不足していることをテレビで知り、小型のエ小僧を自動車に乗せて現地に持ち込んだところ、電気自転車の電源として使用でき、とても喜んでいただけました。水素エネルギーをより身近に感じてもらう装置として使われるようになってほしいと考えています」と言います。

水木さんが「エ小僧」を開発したもう一つの理由は、地域の住民がメリットを感じられるリサイクルを実現することにありました。前職時代、研究開発に必要なアルミ付き包装容器を一般家庭から回収しようとしましたが、アルミから電気を作るためと説明してもなかなか信用してもらえませんでした。そこで病院や学校、スーパーなどを1件ずつ回って、目の前で実際に発電して見せたところ、たくさんの人たちが協力を申し出てくれたのです。

「説明会で言われたのは、これまでにもリサイクルのために資源ゴミを出していたけれど、面倒なルールがあるし、トイレットペーパーと交換するぐらいしかメリットが感じられず、協力したくても疲れてしまうという意見でした。そういう人たちの目の前で、エ小僧の元になっている装置を使って回収したアルミから発電して見せると、驚かれると同時に『あぁ、良かった』と言ってくださるのです。その声を聞いて、私自身は開発を続けたいと思うようになりました。今では北陸地域のさまざまな団体から協力を得られるようになり、富山・石川・福井県内だけでも3万人を越える人たちが資源の回収に参加してくれています。私も当社の事業を検討している方に対し、『お金やCO₂だけではなく、感動が戻ってくる事業だ』と言えるほど、自信を持って事業化に取り組むことができています」

信頼あるNEDOからの支援が実用化に向けた後押しに

水木さんは当時を振り返り、「ここまでアルミ系廃棄物をエネルギーに変える取り組みが続けられたのは、アルミの知識がなかったからかもしれない」と言います。

「もし私が、研究開発を始めた時点でアルミのリサイクルに詳しければ、再利用は難しいからとすぐに諦めていたかもしれません。ですが、その時は私が知らないだけで何か他にも方法があるかもしれないと思っており、考え続けたことで、アルミから水素を発生させて燃料電池を動かすという、突破口となるアイデアを教えてもらうことができました。それから私は、人から言われた反対意見はアイデアを実現するヒントになると考えるようになり、いろいろな人たちから批判されても恐れず、解決方法を見つけ出すことに挑み続けるようになりました」

その挑戦も、NEDOなどの公的機関から数年にわたる支援が得られなければ、続けられなかったと水木さんは話します。

「水素をつくり出す技術を検証し、実用化レベルにするには装置の開発はもちろん、その後の継続した改良や市場調査も必要です。それらを行うには、資金面に加えて、広報面でのサポートも不可欠です。その点で、取り組みを社会にアピールするプレスリリースの発信やプロジェクトの報告会イベントへの出展はありがたかったです。従業員が十数名程度のベンチャーが、新聞やテレビなど多くのメディアで数多く取り上げられたのも、やはりNEDOの信頼性があったからこそだと考えています」

新規人材の募集につながる

メディアの発信は人材獲得にもつながっています。アルハイテックで製品開発・保証管理室長を務める麻生善之さんは、富山県庁からアルハイテックに転職しましたが、求人募集がある前からメディアで会社の存在を知り、興味を持っていました（写真13）。

写真13　アルハイテックの事業に興味を抱き、富山県庁から転職した麻生善之さん

「私は大学で修士号を取ってから地元である富山県に戻り、県庁で森林関係の部署に務めていました。その頃から環境や脱炭素に関心があり、個人的に燃えるゴミは資源としてもっと活用できるのではないかと考えていました。ですので、アルミから水素エネルギーを作るというユニークな会社の存在をニュースで知り、関心を持つようになり、人材を募集していると聞いてすぐに応募しました」

その時アルハイテックは、「戦略的省エネルギー技術革新プログラム」に採択され、プロジェクトに取り組むために人材を募集していました。麻生さんは入社してすぐに、アルミ付き廃棄物から最終的に電力と熱を回収し、省エネルギーに貢献できる装置の開発と、これまでの技術開発を基に装置の処理能力を向上し連続運転を可能にする技術改良に携わりました。それ以外にもシステムを導入する企業や工場で運用の確認をしたり、機器の調整をしたり、忙しい日々を過ごしました。当時は、水素を製造するシステムのソフトウェアの効率を上げるためにバージョンアップしたり、処理能力が上がるのに合わせて、アルミ系廃棄物の投入を手作業から自動化したりすることに携わりました。

「システムは装置を実際の場所に設置しなければわからないことがいろいろあり、理想を形にするには時間とコストもかかります。制約も多く課題は山積していますが、他にはない仕事なので、その点ではとてもやり甲斐を感じています」と麻生さんは語ります。