水素の製造 – 製造方法の概要

水素のなかでも未来のエネルギーキャリアになると考えられているのは、再生可能エネルギーを用いて作られる水素です。しかし、それ以外の方法で作られる水素も、グローバルな規模で見れば、まだまだ有用です。製造方法が気候中立であるかどうかや、製造された水素の色分けにかかわらず、化学組成は同じです。

工業的規模の水素生産者は、さまざまな製造方法を用いて水素を製造しています。水素は、製造工程と製造に使用されるエネルギーによって色分けされます。それぞれの色は、その製造方法が気候に与える影響を示します。

グリーン水素は、再生可能エネルギー（太陽光や風力など）を用いて発電した電力のみを用いて、水を電気分解して製造された水素です。どのような電気分解の技術を用いるかに関係なく、グリーン水素の製造は完全にカーボンフリーです。したがって、この製造方法は気候中立であるとされます。

グレー水素は、水蒸気改質という方法を用いて化石燃料から製造されます。製造工程で大気中に放出されるCO₂は温室効果ガスの一因となります。1トンの水素を製造した場合、約10トンのCO₂が発生します。

ブルー水素は、グレー水素と同じ方法で製造されますが、発生したCO₂は回収され、永久に貯蔵されます。この技術は「CCS（二酸化炭素回収・貯留）」と呼ばれます。この技術では、水蒸気改質のときに発生するCO₂が大気中に放出されることはありません。したがって、この方法も気候中立です。炭素貯蔵の長期的な効果は、まだよくわかっていません。

ターコイズ水素はメタンを熱分解して製造されます（メタン熱分解）。この製造方法では、固体炭素も生成されます。ターコイズ水素をカーボンニュートラルなものにするには、高温の反応器に供給される熱が再生可能エネルギーに由来していることと、炭素が永久に隔離されることが必要です。.

水素は本来、化合物として存在するものであるため、エネルギーを触媒として、水素を多く含む原料から分離する必要があります。原料には、天然ガスのほか、原油などその他の炭化水素、バイオマス、もちろん水、その他の水素含有化合物が用いられます。電気エネルギー、化学エネルギー、熱エネルギーを使ってそれらの物質の成分を分解すると、純粋な水素を作ることができます。

電気分解の原理はシンプルです。電解槽に電圧をかけて、水（H₂O）を水素（H₂）と酸素（O）に分解します。次のような仕組みです。

• 電解槽の最も基礎的な部分は、陰極（負の電荷）と陽極（正の電荷）と膜で構成されています。
• システム全体には、ポンプ、ベント、貯蔵タンク、電源、セパレーター、その他のコンポーネントが含まれます。
• プロトン交換膜（PEM）で隔てた陽極と陰極に電気を流すと、水が水素と酸素に分解されます。
• 水素分子を捕捉し、回収します。

電気分解により生成された水素は、次の工程でメタンガスに変換することができます（CCU：二酸化炭素回収・利用）。このメタンガスは、ガスグリッドに供給して消費者に輸送することが可能です。あるいは、ガス貯蔵施設に貯蔵することもできます。合成メタン（SNG）の製造では、副産物として水と熱が発生します。

現在生産されている水素の半分近くは、水蒸気改質という従来型の方法を用いて、天然ガスから生産されています。この方法では、蒸気を用いて天然ガスを水素と二酸化炭素（CO₂）に分解します。このCO₂は、貯蔵（CCS：二酸化炭素回収・貯留）することも、下流の生産加工で利用（CCU：二酸化炭素回収・利用）することも可能です。

メタン熱分解は、根本的にまったく新しい技術で、天然ガスやバイオメタンを高温の反応器内で直接水素と固定炭素に分解します。この方法は、他の方法と比較してエネルギーをほとんど使用しません。熱分解によって生じる固体炭素は、さらに工業的規模において再加工が可能です。この製造方法では、バイオマスを原料として使用することも可能です。また再生可能エネルギーから発電した電力を使用すれば、温室効果ガスも発生しません。

Power to x技術は、水素の製造方法と密接に関わる技術です。これらの技術は、未来において持続可能な役割を果たすさまざまなエネルギーコンセプトを示しています。

• Power to xは、電気、水、 CO₂を他の製品に変換します。
• Power to Gasは、水素やメタンなどの気体状物質を生産します。
• Power to Chemは、生産加工に使用する化学物質を生産します。
• Power to Fuelは、合成燃料（いわゆるe-fuel ）を生産します。

したがって気体状または液体状の燃料の製造は、水素の製造（Power to Gas）とメタンの製造（Power to Liquid）という2つの生産チェーンで構成されることになります。

水素が持つ可能性は、再生可能エネルギー施設の事業者、エネルギー供給事業者、ガスグリッド事業者、ガス販売業者、プラントメーカー、バイオマスプラントの事業者に大きな利益をもたらします。テュフ ラインランドの経験豊富な専門家が、さまざまな課題の解決をサポートします。

• 新しいビジネスモデルの開発と確立
• 技術の選択、資金調達のオプション、収益性の計算
• 水素の安全な取り扱いに関する資格取得
• ライフサイクルアセスメント とカーボンフットプリントやグリーン水素に関する認証
• 新規の水素製造プラントの建設を監督
• 水素製造プラントの検収試験、適合性評価および型式試験
• 効率保証および稼働率保証のための性能証明
• 「グリーン水素 」認証
• ISO 14001: 環境マネジメントと持続可能性の認証
• ISO 50001: エネルギーマネジメントシステム認証