用語解説 第149回テーマ： 水素製造技術
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印刷2023/08/01
山口 順之〔東京理科大学〕
1. さまざまな水素製造技術
令和5 年（2023 年）改訂の「水素基本戦略」では，供給拡大のため，国内水素製造基盤の確立と，海外製造水素の活用を同時に進めていくことが重要とされた。この水素には様々な製造方式がある。現在，水素は主に，製鉄所やソーダ工業の副生ガス，天然ガス・ナフサの改質により製造されている(1)。この他にも，水の電気分解により水素を製造する電解法や，水の熱分解法，光触媒による水分解法，特殊なバクテリアの代謝や発酵，光合成により水素を発生するバイオプロセスがある(1)(2)。
2. 化石燃料改質法による水素製造
水蒸気改質法は，現在主流となっている。天然ガスのメタンを原料にする方法は水蒸気メタン改質（Steam MethaneReforming, SMR）と呼ばれる。製造された水素は，圧力変動吸着法（Pressure Swing Adsorption, PSA）によりガス分離され，純度が高められる。
3. 電解法による水素製造
電解法には，アルカリ水電解法，固体高分子形（ProtonExchange Membrane, PEM）水電解法，固体酸化物形水電解セル（Solid Oxide Electrolyser Cell, SOEC），アニオン交換膜（Anion Exchange Membrane, AEM）水電解法などがある。アルカリ水電解法と固体高分子形水電解法は，既に商品化されているが，SOEC は実証試験レベルにあり，AEM は技術開発段階にある(3)。
4. バイオマスからの水素製造
バイオマスは，化石燃料を除いた動植物に由来する生物資源である。木質系や農業残渣系資源，下水汚泥等は空気を遮断し加熱する乾留により熱分解し，生成された可燃性ガスから水素を精製することができる。廃棄物系資源はメタン発酵させ，水素を製造することができる。
5. エネルギー源による水素の分類
製造時の原料やCO2 排出量に着目し，石炭や天然ガスなどの化石燃料から作られた水素を「グレー水素」，化石燃料から製造される際にCO2 を回収した水素を「ブルー水素」，再生可能エネルギーで発電された電気で製造された水素を「グリーン水素」と呼ぶことがある(4)。
文献
(１) NEDO：水素エネルギー白書 (2015)
(２) Q. Hassen, et al. : “Renewable energy-to-green hydrogen: Areview of main resources routes, processes and evaluation”, Int.J. Hydrogen Energy, Vol.48, pp.17383-17408 (2023)
(３) IEA : “Electrolysers”, https://www.iea.org/reports/electrolysers（アクセス日：2023 年5 月14 日）
(４) IEA : “H2 BASICS-Hydrogen Production”, Hydrogen TCP,https://www.ieahydrogen.org/why-hydrogen/（アクセス日：2023年5 月14 日）