水素生産コストの調査

最終修正日：2022/4/14

※2022年4月14日水素発電所

水素は、宇宙に存在する元素の約70％を占めるほど豊富にある物質とされています。※SMBCグループのHPより

最近　脱炭素課題の方策として水素エネルギーの利用を耳にします。水素自体のエネルギー効率等の話題もありますが、まずは液体水素生産のコストを幾つかの手法毎に調査したいと思います。

水素の生産方法ですが、学生実験で『水の電気分解による水素精製』が一番身近かと思います。しかし実際には化石燃料から作られています。
※小学校の理科の実験では水素生成方法として　希塩酸に亜鉛を入れて水素を作っていたそうです。覚えがありません。

石油や天然ガスに含まれるメタンなどの炭化水素を水蒸気と反応させて水素と二酸化炭素（CO2）に分離する方法
石炭を蒸し焼きにして水素と一酸化炭素（CO）の混合物である石炭ガスをつくる方法
水に電流を流して水素と酸素に分離する方法

化石燃料から水素をつくる場合、副産物であるCO2など、温暖化ガスが発生してしまい、本末転倒とも云えます。その排除にも相当の費用が掛かります。
石炭か生成する方法ですが、「褐炭水素プロジェクト」として資源エネルギー庁のサイトに紹介もされています。
「褐炭」というのは水分や不純物などを多く含む、品質の低い石炭のことで、輸送効率や発電効率が低く、さらに乾燥すると自然発火するおそれもあるため、国際的にも取引されておらず、安価なエネルギー資源のことです。オーストラリア・ビクトリア州に大量に存在と云われています。

#1の方法メタンの熱分解はメタンを1100℃近くの高温雰囲気下で生成します。生産量に対する割合95%　wikipediaより

#2の方法石炭をガス化し熱分解して作られるコークス炉ガスには60%の水素が含まれ、これを分離して製造します。褐炭による製造は始まったばかりです。
褐炭の埋蔵量が240年分という調査結果が
あり、この点の扱いに注目です。

#3の方法水の電気分解は、エネルギー効率70～80％で生成出来るとのこと。余分なコストが少ない。
また、電気分解の効率化が進み2030年に82～86％が目標化されている
生産量に対する割合4%　wikipediaより

https://www.fch.europa.eu/sites/default/
files/Nov22_Session3_Panel%205_Slot
%202_NOVEL-MEGASTACK_Thomassen
%20%28ID%202891376%29.pdf

輸送時の水素の状態を検討しておく必要がある。液化水素で輸送するとなると、そもそも水素を液化することに多大なるエネルギーが必要で、移送中の温度維持にも高コストとなる。より高い温度で液化出来るメタノールやアンモニアの方が効率が良いが、最終的にCO2回収費用を考慮すると殆ど変わらない。

1Nm3の液体水素を製造するのに掛かる費用に関し、情報を集めました。
各水素ソースからの水素製造原価として2002年の情報ですがありました。

Nm3の定義：1気圧0度の水素1m3　重量換算して90g
水素源	水素ガスコスト(円/Nm3)	コスト前提
苛性ソーダ電解　副生水素	20	電解工場の未処理　卸売価格
コークス炉ガス(水素含有率57%)	16～21	今回試算ベース。PSAにより精製し、99.99%水素
液化水素コンテナ輸入	93	40ftコンテナ　3本/月輸入液化水素2.7t/本現地液水価格　30円/Nm3
天然ガス　水蒸気改質	28．8	稼働率90% 天然ガス価格26円/Nm3
ナフサ　水蒸気改質	19．9	稼働率91.3% ナフサ価格　30円/Nm3
メタノール　水蒸気改質	30．2	稼働率91.3% メタノール価格　30円/Nm3
プロパン　水蒸気改質	29．8	稼働率91.3% プロパン価格　30円/Nm3
石炭部分酸化	36．3	稼働率90% テキサコ法石炭価格　7000円/ton

20年も前の情報ですが、現在のカーボンニュートラルの勢いもあり、状況が可成り変わってきているはずですが、、

生成方法について、JHFC(Japan Hydrogen ＆ Fuel Cell)のコラムを引用します。

化石燃料から作る方法

水蒸気改質
現在世界中で最もポピュラーな方法
天然ガスと石油燃料、いずれを原料にした場合も、高温下で水蒸気と反応させることで水素や一酸化炭素を含むガスが発生(水蒸気改質)し、PSA（圧力変動吸着分離法）で水素を取り出します。
この方法は効率はよい。反応を継続させるためには常に高温(900℃程度)が必要。
横浜大黒水素ステーション（脱硫ガソリン）
横浜旭水素ステーション（ナフサ）
千住水素ステーション（液化石油ガス）
青梅水素ステーション(天然ガス)
市原水素ステーション（灯油）
部分酸化改質
燃料に空気を混合して燃焼させ、水素と一酸化炭素を生成する方法。不完全燃焼ということから『部分酸化改質』と呼ばれる。
水蒸気改質よりも効率は悪い。メリットは加熱が要らないことと、反応が早いこと
石炭から作る方法
石炭を蒸し焼きにした燃料であるコークスを燃焼する際に精製されるコークス炉ガス(COG)には55%もの水素が含まれており、PSAで水素を取り出します。
目的がコークスの製造であり、その副産物的意味合いがある。
セントレア水素ステーション(都市ガスを原料とする水素と、製鉄副生水素をのハイブリッド型)
有明水素ステーション

水から作る方法

水の電気分解により水素を生成します。
この反応に使用する電気の由来が化石燃料の場合は敢えてこの手法を採用する意味合いはありません。ただ、太陽光や風力、水力といった自然エネルギーによる電力であれば意味合いはあります。

相模原水素ステーション（実証実験終了H22）

その他

メタノール／エタノール改質
メタノール(メチルアルコール)やエタノール(エチルアルコール)を改質して水素を精製する。
化石燃料よりも安全性が高く、また、水素製造時の反応温度も低く抑えられるのが特徴。(150～1000℃)
バイオマス燃料からメタノールやエタノールを回収可能

川崎水素ステーション(メタノール改質)

更新：2021/9/22

資源エネルギー庁が平成２６年４月１４日に発表した『水素の製造、輸送・貯蔵について』と云う資料に水素製造コストの情報がありました。分類が更新されています。

		製造コスト（円/Nm3）	備考
副生水素	苛性ソーダ	20	各種資料からの引用であり、詳細は不明。
	鉄鋼	24～32	各種資料から12～20円/Nm3 「水素社会における水素供給者のビジネスモデルと石油産業の位置付けに関する調査報告書」, 石油産業活性化センター, 平成15年）では16.3円/Nm3であるが、最新のエネルギー価格に基づくと28.1円/Nm3となり、上記の価格に比べ12円の上昇
	石油化学	20	各種資料からの引用であり、詳細は不明。
目的生産（既存設備）	石油精製	23～37	各種資料から10～24円/Nm3 「水素社会における水素供給者のビジネスモデルと石油産業の位置付けに関する調査報告書」, 石油産業活性化センター, 平成15年）では11.1円/Nm3であるが、最新のエネルギー価格に基づくと23.7円/Nm3となり、上記の価格に比べ13円の上昇。
目的生産（既存設備）	アンモニア	N.A.
目的生産（新規設備）	化石燃料等改質	31～58	改質器の設備費等は含まない。改質効率を70％と想定。都市ガス（工業・商業用）1.7円/MJ, A重油1.4円/MJ, LPG2.9円/MJ, ナフサ1.8円/MJ PSA用電力は0.33kWh/Nm3‐H2。2012年の電力平均単価16.5円/kWh
	水電解	84（系統電力）	電解装置の設備費等は含まない。電解効率を70％と想定。系統電力は2012年の電力平均単価16.5円/kWh 調達価格算定委員会資料に基づき、風力発電は30万円/kW, 太陽光は10kW以上を29 万円/kW, 10kW未満を38.5万円/kWとし、コスト等検証委員会の手法により発電単価を推計すると、各々14.9円/kWh, 23.6円/kWh, 26.8円/kWh 水素製造は発電サイトでの電解を想定していることから、送電コストは含まない。
	水電解	76～136（風力～太陽光）

このデータを見て、2002年発表のデータと見比べました。この調査は過去の可成り古い情報を引用しており問題がありそうです。

ハイブリッド車の燃費は20km/リットル　ガソリン代が150円/リットル。この条件と同等な水素代は100円/Nm3とのことです。製造コストがどの程度であれば100円/Nm3で供給できるのか？

	条件	総熱量
ガソリン	34.6MJ／リットル　ガソリン1リットルは750g	46.1MJ/Kg
水素	12.75MJ／Nm3　水素１Nm3は90g	141.6MJ/Kg

2022年4月14日：水素100％で発電する「水素発電所」、イーレックスが山梨県で実証稼働

itmediaの2022年04月13日の記事に『水素100％で発電する「水素発電所」、イーレックスが山梨県で実証稼働』と云う記事がありました。発電出力320kWで一般家庭500軒分程度の発電量でしょうか？

発電コストは270Nm3/hとありますが、判りづらいです。
岩谷産業の水素価格は1100円/kg(2021/8/12日経記事)とあり、単位が違うのでピンとこないのです。
水素１Nm3は90gですので、270Nm3/h=24.3kg/h　つまり320kWhを作るのに27000円掛かります。(85円/kWh)
今の電気代は 1kWh単価=34円としても1万円ちょっとです。2.5倍のコスト高です。

実証事件といえども現状のコストを明確に表示すべきですね。そしてこのような記事には目標コストも比較しやすい表記が必要だと思います。

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