水素発電の仕組みと特徴について

水素発電の仕組み｜メリットとデメリットは?

ややマイナーな発電方法でありますが、近年「水素発電」が注目を浴びています。
水素の力によってどのように電気を生み出すのでしょうか。

水素発電の仕組み

「空気中の酸素」と「水素」を化学反応させることで、「水」と「電気」を発生させることが可能です。そして、ボイラーやガスタービンを使って「水素」を燃やすことでエネルギーを生み出します。

ですが、自然界から「天然の水素燃料」を採取することは不可能です。

「水」を電力によって分解したり、天然ガスや石油から産出したりする必要があります。
また、炭水化物から水素燃料を取り出すこともできます。

ちなみに今水素発電を活用しているのは、「製造工場の自家発電システム」や「工場」などとなっています。
また、水素燃料は「電気自動車の燃料電池」などとして利用されています。

水素発電の主なメリットは?

環境に優しい発電方法

水素発電を行う過程で発生する「二酸化炭素」の量は非常に少ないです。
そのため、水素発電は地球に優しい発電方法であると言えるでしょう（二酸化炭素が、実際にはどの程度環境に悪影響を与えるのかは別問題として考える必要があります）。

「環境に優しい」という点では「風力発電」や「太陽光発電」などとも共通していますから、それらのサポート役のような位置づけで活用していくこともできるかもしれません。

天候の影響を受けない

風力発電や太陽光発電は、天候の影響を受けてしまう発電方法です。
ですが、水素発電は基本的に天候とは無関係に行うことができますから、（天候以外の課題をクリアしていれば）安定して電力を生み出すことができると言えます。

「化石燃料の国外輸入量」が減る

現在の日本は、大半の化石燃料（石炭や石油等）を国外から輸入しています。
しかし水素発電が普及すれば、化石燃料の輸入を行う必要性が下がっていきます。

「化石燃料への依存率」が高すぎると、国際情勢などの影響を受けて石油などの価格が上がったり不足したりしたときに、致命的なダメージを受ける恐れがあります。
水素発電量を上げることはその対策になると言えるでしょう。

水素のニーズが大きくなること自体に意味がある

水素のニーズが大きくなると、「水素を供給する施設」などが多くなり、だんだんと水素のコストダウンが進んでいきます。
すると「水素を使う分野の研究・開発コスト」「水素自動車などにかかるコスト」なども下がり、たくさんの会社が水素事業に参加するようになる事でしょう。
そうなれば、「水素を活用した製品」が広まっていき、「水素を活用する環境に優しい社会」に近づいていくことができます。

水素発電の主なデメリットは?

管理や運搬の労力・コストが大きい

現状では、水素を大量に確保するための労力・コストが大きいです。
まずは「化石燃料を多く保有する国」で水素を生み出して、「水素の液状化」を行ってから輸入するという手法があります。
ですが、水素は-252.6℃にしないと液状化しません。
液状化すること自体の難易度はそこまで高くありませんが、「温度をキープしつつ目的地まで運搬すること」は困難であり、コストもかなりかさんでしまいます。

気体のまま水素を運搬することもできますが、大量に運ぶのは難しいです。
水素には「低温で発火して、高温で素早く燃え広がる」という性質があるため、運搬するためのリスクが高すぎると言えます。

ある意味ではエネルギー効率が低い

「酸素と水素の化学反応によって、熱と電気を生成する」のが水素発電の本質であり、本来はエネルギー効率が高いと言えます。

ですが、上記のように「最終的に電気を生み出すまでの労力・コスト」が大きいため、「広い意味ではエネルギー効率が低い」と言えます。

まずはこの状況を打開して、水素発電のエネルギー効率を本当の意味で上げなければ、「積極的に水素発電に関わろうとする団体・個人」が増えていかないことでしょう。

政府は水素発電をどのように捉えているか

日本政府も、「有害物質（二酸化炭素など）の排出量が低い」などの理由で、水素発電を重要視しています。

資源エネルギー庁が主体となって、「水素発電システムを本格的に活用すること」と「国外からの未利用エネルギー由来の水素供給網を作ること」を目標としています。
2030年頃までに実現させるべく動き出しています。

また、日本国内の発電事業に関わるメーカーや企業などが参加する「水素発電に関する検討会」もたびたび行われています。

水素発電の実用化は本当に可能か?

水素発電の建設がすでに行われていますし、2030年以降には「水素発電システムによる発電量」が非常に大きなものになっていてもおかしくありません。

ただし現状では、エネルギー効率の低さ、安全性の低さ、値段の高さなどの課題が残っています。
しかし先述の通り、国を挙げて水素発電に関して取り組んでいますので、実用化も夢ではないと言えます。