地球温暖化が深刻化する中、次世代のクリーンエネルギーとして「水素」に注目が集まっています。日本政府は2017年に世界初の「水素基本戦略」を策定し、水素を活用した新しい社会システム「水素社会」の実現を目指しています。しかし、水素社会とは具体的にどのような社会なのでしょうか。
この記事で学べるポイント
- 水素社会の基本的な仕組みと現在との違い
- 水素社会が必要とされる背景と日本のエネルギー課題
- 水素社会のメリット・デメリットと実現への道筋
水素社会とは何か？基本的な仕組みを理解しよう
水素社会について理解するには、まず水素がどのようなエネルギーなのかを知ることが大切です。水素は宇宙で最も豊富に存在する元素で、燃焼させても二酸化炭素を排出しない特徴があります。
水素社会の定義と概念
水素社会とは、日々の生活や経済活動などに水素を使うことが浸透した社会のことです。具体的には、家庭での発電や給湯、自動車の燃料、工場での製造プロセスなど、あらゆる場面で水素がエネルギー源として活用される社会を指します。
現在私たちが使っているガソリンや都市ガス、電気の代わりに、水素が主要なエネルギー源となる社会システムです。水素は燃焼時に水しか排出しないため、環境に優しいエネルギーとして期待されています。
現在のエネルギー社会との違い
現在の日本は、石油や石炭、天然ガスといった化石燃料に、エネルギーの大部分を依存している状況です。2020年の発電量を見ると、約75%を化石燃料を使った火力発電が占めています。
化石燃料には大きな問題があります。燃焼時に地球温暖化の原因となる二酸化炭素を大量に排出することや、石油や天然ガスの多くを海外から輸入に頼っているため、価格変動や供給不安のリスクがあることです。
一方、水素社会では、これらの化石燃料の使用量を大幅に削減し、クリーンで安定的なエネルギー供給が可能になります。水素は水や様々な原料から製造できるため、エネルギーの自給率向上にもつながります。
水素がエネルギーとして使われる流れ
水素エネルギーの活用には「つくる」「はこぶ」「ためる」「つかう」という4つの段階があります。
「つくる」段階では、水を電気分解したり、天然ガスや石炭から水素を取り出したりします。特に再生可能エネルギーで水を電気分解して作る水素は「グリーン水素」と呼ばれ、製造過程でも二酸化炭素を排出しません。
「はこぶ」段階では、製造した水素を液化したり、パイプラインを通じて需要地まで輸送します。「ためる」段階では、必要な時に使えるよう水素を貯蔵します。
最後の「つかう」段階では、水素を燃料電池で電気に変えたり、直接燃焼させたりして、私たちの生活や産業活動に利用します。この一連の流れが効率的に機能することで、水素社会が実現します。
水素社会が注目される背景と必要性
水素社会への関心が高まっている背景には、現在のエネルギーシステムが抱える深刻な課題があります。特に環境問題とエネルギー安全保障の観点から、新しいエネルギーシステムへの転換が急務となっています。
地球温暖化問題への対応
地球温暖化の主な原因は、化石燃料の燃焼によって排出される二酸化炭素です。このままのペースで二酸化炭素を排出し続けると、気候変動がさらに深刻化し、異常気象や海面上昇など、私たちの生活に大きな影響を与える可能性があります。
国際社会では、2050年までにカーボンニュートラル（温室効果ガスの排出量と吸収量を均衡させること）を達成する目標が掲げられています。日本も2020年に2050年カーボンニュートラルを宣言しており、その実現には従来の化石燃料中心のエネルギーシステムを根本的に変える必要があります。
水素は使用時に二酸化炭素を排出しないため、脱炭素社会の実現に向けた重要な手段として位置づけられています。発電・輸送・産業といった幅広い分野の脱炭素化に資する、2050年カーボンニュートラル実現に向けた鍵である水素として、政府も積極的に推進しています。
エネルギー安全保障の向上
日本は化石燃料の大部分を海外からの輸入に依存しており、エネルギー自給率は約12%と先進国の中でも極めて低い水準です。このため、原油価格の変動や国際情勢の変化により、エネルギー供給が不安定になるリスクを常に抱えています。
水素は、多様な資源から製造できるため、国内での製造や、海外からの資源の調達先の多様化を通じ、我が国のエネルギー供給・調達リスクの低減に資するエネルギーです。
水素は水、天然ガス、石炭、バイオマスなど様々な原料から製造できるため、特定の国や地域に依存することなく、安定的にエネルギーを確保できます。また、国内の再生可能エネルギーを活用した水素製造により、エネルギー自給率の向上も期待できます。
日本のエネルギー事情と課題
日本は島国という地理的特性により、他国とエネルギーインフラを共有することが困難です。また、東日本大震災以降、原子力発電への依存度が低下し、火力発電への依存が高まっています。
この状況下で、安定的で環境に優しいエネルギー供給を実現するには、エネルギー源の多様化が不可欠です。太陽光や風力などの再生可能エネルギーの拡大と合わせて、水素をエネルギーミックスの重要な要素として位置づけることで、エネルギー安全保障と環境問題の両方に対応できると期待されています。
また、日本は水素関連技術において世界最高水準の技術力を有しており、水素社会の実現により新たな産業の創出や国際競争力の向上も見込まれています。このような背景から、日本政府は水素社会の実現を国家戦略として推進しているのです。
水素社会のメリットとデメリット
水素社会の実現には多くのメリットがある一方で、現時点では解決すべき課題も存在します。水素社会への移行を進めるには、これらのメリットとデメリットを正しく理解することが重要です。
環境面でのメリット
水素の最大のメリットは、使用時に二酸化炭素を排出しないことです。水素を燃焼させると、化学反応によって水しか生成されません。これは従来の化石燃料とは大きく異なる特徴で、地球温暖化対策に大きく貢献できます。
また、水素は再生可能エネルギーによる水の電気分解や、化石燃料と二酸化炭素の貯留・再利用技術を組み合わせることで、カーボンフリーなエネルギーとして活用可能です。太陽光や風力発電で作った電気を使って水を分解すれば、製造過程でも二酸化炭素を排出しない「グリーン水素」を作ることができます。
さらに、水素は大気汚染物質も排出しないため、都市部の大気環境改善にも効果があります。自動車や発電所での水素利用が進めば、窒素酸化物や硫黄酸化物による大気汚染も大幅に削減できます。
経済・産業面でのメリット
水素社会の実現により、新たな産業分野の創出と雇用機会の拡大が期待されます。水素の製造、輸送、貯蔵、利用に関わる技術開発や設備製造など、幅広い分野で新しいビジネスチャンスが生まれます。
日本は燃料電池技術や水素製造技術において世界をリードしており、これらの技術優位性を活かして海外市場への展開も可能です。水素関連産業の発展により、国際競争力の向上と経済成長の促進が見込まれています。
また、水素は長期間の貯蔵が可能で、電気と違って大容量での保存ができます。これにより、太陽光や風力などの変動する再生可能エネルギーを水素として蓄えることで、エネルギー供給の安定化に貢献できます。エネルギーの需要と供給のバランスを調整する「エネルギーバッファー」としての機能も期待されています。
現在の課題とデメリット
一方で、水素社会の実現には克服すべき課題も多く存在します。最も大きな課題はコストの高さです。現在、水素の製造・輸送・貯蔵にかかるコストは、従来の化石燃料と比べて大幅に高くなっています。
水素の製造方法も課題の一つです。現在、世界で製造される水素の大部分は、天然ガスや石炭から作られる「グレー水素」で、製造過程で二酸化炭素を排出してしまいます。真の意味での脱炭素を実現するには、再生可能エネルギーから作られる「グリーン水素」の割合を増やす必要がありますが、現時点では製造コストが非常に高いのが現状です。
また、水素は非常に軽いガスで扱いが難しく、安全性の確保も重要な課題です。水素は空気中で2〜75%の濃度になると爆発の危険性があるため、製造・輸送・貯蔵・利用のすべての段階で厳格な安全管理が必要です。
インフラ整備も大きな課題です。水素を社会全体で活用するには、製造設備、輸送パイプライン、貯蔵施設、水素ステーションなど、大規模なインフラの構築が必要で、これには長い時間と巨額の投資が必要となります。
水素社会の身近な活用例と将来像
水素社会は遠い未来の話ではありません。実際に、家庭用燃料電池や燃料電池自動車など、すでに私たちの身近なところで水素技術が活用されています。将来的には、さらに幅広い分野で水素が利用される社会が実現すると期待されています。
家庭での水素活用（エネファームなど）
家庭で最も身近な水素技術が「エネファーム」です。エネファームは、都市ガスから水素を取り出し、その水素と空気中の酸素を化学反応させて電気と熱を同時に作り出す家庭用燃料電池システムです。
エネファームの大きな特徴は、発電効率が高く、発電時に出る熱を給湯に利用できることです。従来の火力発電所では、発電効率が40%程度で、残りの60%は熱として捨てられてしまいますが、エネファームでは総合効率が80%以上に達します。
また、エネファームは各家庭に設置されるため、電力の送電ロスがなく、災害時には非常用電源としても活用できます。現在、日本国内では約40万台のエネファームが稼働しており、家庭での水素利用の先駆けとなっています。
将来的には、住宅全体のエネルギーを水素でまかなう「水素住宅」も実現が期待されています。太陽光発電で作った電気で水素を製造し、それを燃料電池で電気に戻して使用するシステムにより、エネルギー自給自足の住宅が可能になります。
交通・運輸分野での活用
交通分野では、燃料電池自動車（FCV）が実用化されています。FCVは水素を燃料として走行し、走行時には水しか排出しません。ガソリン車と同様の航続距離を実現でき、燃料補給時間も3分程度と短いのが特徴です。
現在、トヨタの「MIRAI」やホンダの「CLARITY FUEL CELL」などが市販されており、徐々に普及が進んでいます。また、燃料電池バスも実用化され、東京都営バスなどで運行されています。
将来的には、トラックや船舶、航空機などでも水素の活用が期待されています。特に長距離輸送や大型車両では、電気自動車では対応が困難な分野で、水素が重要な役割を果たすと考えられています。
物流分野では、フォークリフトでの水素利用も進んでいます。水素燃料電池フォークリフトは、電気式に比べて燃料補給時間が短く、長時間の連続運転が可能なため、物流センターや工場での導入が増えています。
産業分野での活用
産業分野では、製鉄業での水素利用に大きな期待が寄せられています。従来の製鉄プロセスでは石炭を使用するため大量の二酸化炭素を排出しますが、水素を還元剤として使用することで、二酸化炭素の排出を大幅に削減できます。
化学工業分野でも、アンモニアや各種化学製品の製造原料として水素が活用されています。石油化学プラントでは、水素は重要な原料の一つであり、今後は製造プロセス全体での水素利用拡大が期待されています。
発電分野では、水素発電の実証実験が進んでいます。水素を燃料として発電を行う水素発電は、火力発電と同様の安定した電力供給が可能で、二酸化炭素を排出しない特徴があります。将来的には、再生可能エネルギーと組み合わせた水素発電システムにより、安定的でクリーンな電力供給が実現すると期待されています。
また、水素は金属加工や半導体製造などの工業プロセスでも重要な役割を果たしています。これらの分野での水素利用拡大により、産業全体の脱炭素化が進むと考えられています。
水素社会実現に向けた日本の取り組み
日本は世界に先駆けて水素社会の実現に向けた政策を進めています。政府は水素を2050年カーボンニュートラル実現の鍵として位置づけ、包括的な戦略と具体的な法整備により、水素社会の実現を強力に推進しています。
政府の水素基本戦略
日本政府は2017年、世界で初めてとなる水素の国家戦略「水素基本戦略」を策定しました。この戦略は2050年を視野に入れて将来目指すべきビジョンと、2030年までの行動計画を示したもので、水素社会実現のロードマップを明確化しています。
2023年6月には、この戦略が6年ぶりに改定されました。改定された水素基本戦略では、水素社会実現を加速化するため、新たに2040年における水素導入目標を1,200万トン/年と設定し、官民合わせて今後15年間で15兆円の投資を行うことが決定されました。
改定戦略の特徴は、従来のエネルギー政策の側面に加え、「水素産業戦略」が重要な柱として盛り込まれたことです。水電解装置など日本が強みを持つ9つの技術を戦略分野に指定し、重点的に支援する方針を打ち出しています。
水素のコスト目標については、2030年に30円/ノルマルリューベ程度、将来的に20円/Nm3程度という従来の目標を据え置き、現在の100円から大幅な削減を目指しています。これは液化天然ガスの価格換算24円と同等レベルの実現を意味しています。
水素社会推進法の成立
水素社会実現に向けた大きな転換点となったのが、2024年5月に成立し、10月に施行された「脱炭素成長型経済構造への円滑な移行のための低炭素水素等の供給及び利用の促進に関する法律」（水素社会推進法）です。
この法律の主な目的は、水素の供給や関連する利活用をおこなおうとする事業者についてその計画を審査し、認定された事業者に対して、支援することです。水素は発展途上のエネルギーのため、既存の燃料に比べてコストが高く、事業者の初期投資や運営費がかかることから、政府による支援が必要とされています。
水素社会推進法では「低炭素水素等」という新しい概念を導入し、「化石燃料由来のグレー水素等から約7割削減」という、欧米と同様の考え方に基づき、国際的に遜色ない値とする方向で検討されています。これは製造時のCO2排出量を「炭素集約度」という数値で評価し、国際的な基準に合わせた認証システムの構築を目指しています。
法律に基づく支援制度は、英国やドイツの制度を参考にしたもので、天然ガスや石炭など既存の原燃料よりコストの高い水素やアンモニアの活用に対し、そのコスト差を長期にわたり補助する「値差支援」制度を採用しています。
国際的な協力と競争
日本の水素政策は国際的な競争の中で展開されています。世界では国家水素戦略の策定が相次いでおり、米国は2030年までに年間1,000万トンのクリーン水素製造を目指し、EUも2030年までに最大年間1,000万トンというグリーン水素の域内生産目標を掲げています。
各国の支援制度も技術開発から社会実装へと変化しており、米国の「インフラ抑制法」では、国内で水素を製造する場合、最大で1㎏あたり3ドルの税額が控除されるなど、競争が激化しています。
日本は2018年から「水素閣僚会議」を主催し、水素社会の実現に向けた国際協力を推進しています。第2回会議では35の国・地域・機関から約600人が参加し、水素エネルギーが先進国だけでなく新興国でも注目を集めていることが確認されました。
また、海外との技術協力や共同プロジェクトも活発化しています。オランダや米国での大型水素発電プロジェクトに日本企業が参画するなど、国際的な水素サプライチェーンの構築に向けた取り組みが進んでいます。
水素社会はいつ実現する？今後の展望
水素社会の実現は段階的に進むと予想されており、政府のロードマップでは具体的な時期と目標が設定されています。現在の取り組みから将来の完全な水素社会まで、複数の段階を経て実現していくと考えられています。
実現までのロードマップ
日本政府が描く水素社会実現のロードマップは、短期・中期・長期の3段階で構成されています。
短期目標（～2030年）では、現在の200万トンから2030年には300万トンへの導入量拡大を目指しています。この段階では、家庭用燃料電池や燃料電池自動車の普及拡大、産業用水素の利用促進が中心となります。
中期目標（2030年～2040年）では、2040年における水素導入目標を1,200万トン/年に設定しています。この段階では、大規模な水素発電や産業分野での本格利用、国際的な水素サプライチェーンの確立が重要になります。
長期目標（2040年～2050年）では、2050年までには2,000万トンの導入を目標としており、社会全体でのエネルギー源として水素が広く利用される真の「水素社会」の実現を目指しています。
コスト面では、現在100円/Nm3の水素価格を、2030年までに30円程度、将来的には20円程度まで削減する計画です。これが実現すれば、水素は従来の化石燃料と競争力を持つエネルギー源となります。
私たちの生活への影響
水素社会の実現により、私たちの日常生活は大きく変化すると予想されます。
交通分野では、燃料電池自動車の普及により、ガソリンスタンドに代わって水素ステーションが増加し、3分程度の短時間での燃料補給が可能になります。大型トラックやバス、将来的には航空機や船舶でも水素利用が拡大し、移動手段の脱炭素化が進みます。
家庭では、エネファームのさらなる普及により、各家庭で電気と熱を同時に生産できるようになります。太陽光発電と組み合わせた「水素住宅」の普及により、エネルギー自給自足の住宅も実現するでしょう。
産業分野では、製鉄業や化学工業での水素利用により、製品の製造過程での二酸化炭素排出が大幅に削減されます。これにより、環境に配慮した「グリーン製品」の普及が加速すると期待されます。
エネルギー供給の安定性も向上します。再生可能エネルギーの変動を水素として蓄えることで、天候に左右されない安定した電力供給が可能になり、停電リスクの軽減や災害時の電源確保にも貢献します。
他国との比較と日本の立ち位置
国際的な水素競争において、日本は技術面では優位性を保っていますが、政策の方向性には各国との違いが見られます。
ヨーロッパは、2020年7月に「水素戦略」が策定され、特に再生可能エネルギー由来水素の重要性を強調しており、2030年の水素需要量を1000万トンと定めたことが特徴です。EUは域内生産と輸入を半分ずつとする戦略を採用しており、グリーン水素への重点投資を進めています。
アメリカでは、カリフォルニア州で燃料電池自動車が約18,000台走行し、水素ステーションが50か所設置されているなど、州レベルでの取り組みが活発です。連邦政府レベルでも大規模な支援策を実施しており、税制優遇措置による産業育成を図っています。
日本の特徴は、日本は燃料電池車（FCV）や家庭用燃料電池を普及させ水素の利用を促すが、世界の方向性は少し異なっている点です。海外では産業用途や大規模発電での利用に重点を置く傾向がある一方、日本は民生用途から段階的に拡大する戦略を採用しています。
技術面では、日本は水素関連技術で世界最高水準を維持していますが、市場規模や導入スピードでは他国に後れを取っている分野もあります。今後は技術優位性を活かしつつ、国際競争力を維持・向上させることが重要な課題となっています。
また、国際協力の重要性も高まっています。2050年の世界全体の水素の需要量は2022年の約5倍になると推定されており、単独の国だけでは水素社会を実現することは困難です。日本が主導する国際的な水素サプライチェーンの構築により、世界規模での水素社会実現に貢献することが期待されています。
参照元
・資源エネルギー庁 https://www.enecho.meti.go.jp/category/saving_and_new/advanced_systems/hydrogen_society/
・環境省脱炭素ポータル https://ondankataisaku.env.go.jp/carbon_neutral/topics/20230727-topic-48.html
・ジェトロビジネス短信 https://www.jetro.go.jp/biznews/2023/06/f75cfdbdc0d9500b.html
・PwC Japanグループ https://www.pwc.com/jp/ja/knowledge/newsletters/electricity/20230731.html
・NTT東日本 https://business.ntt-east.co.jp/bizdrive/column/post_394.html
・自然エネルギー財団 https://www.renewable-ei.org/activities/column/REupdate/20241129.php
・水素エネルギーナビ https://hydrogen-navi.jp/significance/world.html
