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水素経済とは、温室効果ガスの排出量を削減するための長期的な選択肢の一環として、電力に代わるエネルギーキャリアとしての水素の役割を表す用語です。その目的は、より安価でエネルギー効率の高いクリーンな解決策が利用できない場合に排出量を削減することです。[ 2 ]： 1この文脈では、水素経済は、化石燃料の段階的廃止と気候変動の抑制に貢献する水素の生産と水素の使用を含みます。
水素は様々な方法で製造できます。現在生産されている水素のほとんどは、天然ガスを水蒸気メタン改質（SMR）によって製造されるグレー水素です。このプロセスは、2021年の世界の温室効果ガス排出量の1.8%を占めました。 [ 3 ]炭素回収・貯留（ CSS）を伴うSMR（ブルー水素）または再生可能エネルギーを用いた水の電気分解（グリーン水素）によって製造される低炭素水素は、生産量の1%未満でした。[ 4 ] 2021年に生産された1億トンの水素[ 5 ]のうち、43%が石油精製に、57%が産業用途、主に肥料用アンモニアとメタノールの製造に使用されました。[ 6 ] : 18, 22, 29
地球温暖化を抑制するために、将来の水素経済ではグレー水素を低炭素水素に置き換えることが一般的に想定されています。2024年現在、グレー水素をすべて段階的に廃止するのに十分な低炭素水素がいつ生産されるかは不明です。[ 7 ]将来の最終用途は、重工業（例えば、電力と並行した高温プロセス、グリーンアンモニアや有機化学品の製造原料、製鉄用の石炭由来コークスの代替）、長距離輸送（例えば、船舶、そして程度は低いものの水素動力航空機や大型貨物車両）、および長期エネルギー貯蔵であると考えられます。[ 8 ] [ 9 ]軽車両や建物の暖房などの他の用途は、主に経済的および環境的な理由から、将来の水素経済の一部ではなくなりました。[ 10 ] [ 11 ]水素は貯蔵、パイプラインでの輸送、および使用が困難です。[ 12 ]爆発性が非常に高いため安全上の懸念があり、電力の直接使用と比較して非効率的です。低炭素水素は比較的少量しか入手できないため、脱炭素化が難しい用途で使用すれば、気候変動対策上のメリットを最大化できる。[ 11 ]
2023年現在肥料用のアンモニア製造など、現在水素が使用されているいくつかの化学プロセスには、水素に代わる真の代替品はありません。[ 13 ]低炭素およびゼロカーボン水素のコストは、化学原料、長距離航空および海運、長期エネルギー貯蔵での使用の程度に影響を与える可能性があります。低炭素およびゼロカーボン水素の製造コストは進化しています。[ 14 ]将来のコストは、炭素税、エネルギーの地理と地政学、エネルギー価格、技術の選択、およびそれらの原材料要件によって影響を受ける可能性があります。 [ 15 ]米国エネルギー省の水素ホットショットイニシアチブは、グリーン水素のコストを2031年までに1キログラムあたり1ドルまで引き下げることを目指していますが、[ 16 ]電解槽のコストは2021年から2024年の間に50%上昇しました。[ 17 ]
水素を主要なエネルギー貯蔵手段とする社会の概念は、遺伝学者のJBSホールデンによって1923年に理論化されました。発電用の英国の石炭埋蔵量の枯渇を予見したホールデンは、再生可能エネルギーの出力変動に対処するために、電気分解によって水素と酸素を生成し、長期エネルギー貯蔵を行う風力タービンのネットワークを提案しました。[ 18 ]「水素経済」という用語自体は、ジョン・ボックリスが1970年にゼネラルモーターズ（GM）テクニカルセンターで行った講演で造語されました。[ 19 ]ボックリスは、原子力と太陽光発電に支えられた水素が、電化が適さない最終用途のエネルギーキャリアとして機能することで、化石燃料の枯渇と環境汚染に対する高まる懸念に対処するのに役立つ経済であると見ていました。[ 2 ] [ 20 ]
水素経済は、炭素が大気中に放出される（二酸化炭素、一酸化炭素、未燃焼炭化水素など）炭化水素燃料の使用によるいくつかの悪影響を解決するために、ミシガン大学によって提案されました。水素経済への現代の関心は、一般的に、ミシガン大学のローレンス・W・ジョーンズによる1970年の技術報告書[ 21 ]に遡ることができます。この報告書の中で、彼はエネルギー安全保障と環境問題への取り組みというボックリスの二重の論理に賛同しました。ホールデンやボックリスとは異なり、ジョーンズは電気分解のエネルギー源として原子力のみに焦点を当て、主に輸送における水素の使用に焦点を当て、航空と重量貨物輸送を最優先事項としました。[ 22 ]
1974年に国際エネルギー機関（IEA）と国際水素エネルギー協会（IAHE）が設立された。これらの組織は、水素経済への関心と認知度を高めるための国家戦略の提唱など、いくつかの取り組みを行っていた。[ 2 ]： 12
2000年代に水素経済の概念への注目が急上昇したが、一部の批評家や代替技術の支持者からは繰り返し誇大広告だと評され、[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]投資家はバブルで損失を被った。[ 27 ] 2010年代には、特に2017年に水素協議会が設立されたことで、このエネルギーキャリアへの関心が再び高まった。いくつかのメーカーが水素燃料電池車を市販し、トヨタ、ヒュンダイなどのメーカーや中国の業界団体は、今後10年間でその数を数十万台に増やす計画を立てた。[ 28 ] [ 29 ]しかし、自動車における水素の役割の世界的な範囲は、以前の予想に比べて縮小している。[ 30 ] [ 31 ] 2022年末までに、世界中で販売された水素自動車は70,200台であったが、[ 32 ]プラグイン電気自動車は2,600万台であった。[ 33 ]
2020年代初頭の水素経済に関する見解は、電気と水素の相補性、および水素製造の主軸としての電気分解の使用という、以前の見解の強調点を共有している。[ 8 ]これらの見解は、地球温暖化を1.5 ℃に抑える必要性に焦点を当て、重工業（例えば、電気と併用した高温プロセス、[ 34 ]グリーンアンモニアや有機化学物質の製造原料、 [ 8 ]製鉄用の石炭由来コークスの代替として）、[ 35 ]長距離輸送（例えば、船舶、航空、および程度は低いものの大型貨物車両）、および長期エネルギー貯蔵のためのグリーン水素の製造、輸送、および使用を優先している。[ 8 ] [ 9 ]
2017年以降、いくつかの国や地域が水素戦略を発表し、水素インフラの開発目標を概説し、民間投資の指針としている。[ 36 ]国際再生可能エネルギー機関は、グリーン水素を促進する政策の第一の柱として国家戦略を提案している。 [ 36 ] [ 37 ]
2017年、日本は世界初の「水素社会」を目指すという提案とともに戦略を発表した。[ 38 ]中国の多くの省や都市が水素戦略を策定している。[ 39 ] 2021年に採択された欧州連合の戦略[ 40 ]は、複数の貿易機関と協力して電解槽を含む大規模な水素インフラを開発する計画を概説している。[ 41 ]米国の水素戦略は、30年間で「水素の大規模な生産と利用を実現するための戦略的枠組み」を提示している。[ 42 ]分析によると、カタールのように天然ガスの輸出に依存している国でさえ、既存のインフラ、専門知識、市場を活用する水素戦略から恩恵を受ける可能性がある。[ 43 ] 2021年時点で、28の政府が水素戦略を発表している。[ 44 ] 2024年までにその数は60に達する。[ 45 ]しかし、実際に提案されている戦略は、必ずしも気候変動に優しいグリーン水素に基づいているわけではない。ほとんどの戦略は、まず規模を拡大し、その後クリーン化するという特徴があり、つまり、グリーン水素の実現可能性を高めるための規制を追加するものの、その使用を義務付けてはいない。[ 44 ]経済分析によると、2030年の目標を達成できる国家戦略はほとんどない。[ 46 ]
世界の水素生産額は2022年に1550億米ドルを超え、2030年まで年間9%以上の成長が見込まれている。[ 47 ]
2021年には、9400万トン（Mt）の分子水素（H₂ ）が生産されました。[ 48 ]この総量のうち、約6分の1は石油化学工業プロセスの副産物でした。[ 4 ]水素の大部分は専用の生産施設から供給されており、その99%以上は化石燃料由来で、主に天然ガスの水蒸気改質（70%）と石炭ガス化（30%、ほぼすべて中国）によるものです。[ 4 ]専用の水素生産の1%未満は低炭素で、炭素回収・貯留を伴う化石燃料の水蒸気改質、電気分解によるグリーン水素、バイオマスからの水素などがあります。[ 4 ] 2021年の生産によるCO₂排出量は915 MtCO₂で、 [ 49 ]エネルギー関連のCO₂排出量の2.5% [ 50 ]と世界の温室効果ガス排出量の1.8% [ 3 ]に相当します。
現在の市場向けに生産される水素のほぼすべては、石油精製（2021年には4000万トンH₂）と産業（5400万トンH₂）で使用されています。 [ 6 ] ：18、22石油精製では、水素は水素化分解と呼ばれるプロセスで、重質石油原料を燃料として使用できる軽質留分に変換するために使用されます。産業用途としては、主に肥料製造のためのアンモニア生産（2021年には3400万トンH₂）、メタノール生産（1500万トンH₂ ） 、直接還元鉄製造（500万トンH₂ ）などがあります。[ 6 ]： 29
水素ガスはいくつかの工業的方法で生産されます。[ 51 ]現在、世界の水素供給量のほぼすべてが化石燃料から作られています。[ 52 ] [ 53 ]ほとんどの水素は、水蒸気メタン改質によって作られるグレー水素です。このプロセスでは、水蒸気と天然ガスの主成分であるメタンとの化学反応によって水素が生成されます。このプロセスで1トンの水素を生産すると、6.6～9.3トンの二酸化炭素が排出されます。[ 54 ]これらの排出量の大部分を除去するために炭素回収および貯留が使用される場合、その製品はブルー水素として知られています。[ 55 ]
グリーン水素は通常、再生可能電力水の電気分解によって製造されるものと理解されています。 [ 56 ] [ 57 ]まれに、グリーン水素の定義には、バイオマス などの他の低排出源から製造された水素が含まれることもあります。 [ 58 ]グリーン水素の製造は現在、グレー水素の製造よりもコストが高く、エネルギー変換効率は本質的に低いです。 [ 59 ] [ 60 ]その他の水素製造方法には、バイオマスガス化、メタン熱分解、地下天然水素の抽出、 [ 61 ] [ 62 ]および現場での水素合成が含まれます。 [ 63 ] [ 64 ]
2023年現在、専用水素生産の1%未満が低炭素、すなわちブルー水素、グリーン水素、バイオマスから生産される水素である。[ 65 ]
グリーンメタノールは、二酸化炭素と水素( CO 2 + 3 H 2 → CH 3 OH + H 2 O ) を圧力と熱の下で触媒とともに組み合わせることによって生成される液体燃料です。これは、炭素回収をリサイクルに再利用する方法です。メタノールは、液体水素やアンモニアが液体の状態で低温を維持するために多くのエネルギーを使用する必要があるのと比較して、標準的な屋外の温度と圧力で水素を経済的に貯蔵できます。[ 66 ] 2023 年に、ローラ マースクはメタノール燃料で運航した最初のコンテナ船となりました。[ 67 ]中西部のエタノール工場は、アイオワ、ミネソタ、イリノイに風力と原子力エネルギーが豊富にあるため、純粋な炭素回収と水素を組み合わせてグリーンメタノールを作るのに適した場所です。[ 68 ] [ 69 ] メタノールをエタノールと混合すると、メタノールは日中に目に見える炎がなく煙も出ないため、メタノールをより安全な燃料にすることができます。エタノールは目に見える淡黄色の炎を出します。[ 70 ] [ 71 ] [ 72 ] 70%の効率でグリーン水素を生産し、そこから70%の効率でメタノールを生産すると、49%のエネルギー変換効率になります。[ 73 ] [ 74 ]
水素は、電気を生成する燃料電池と、熱を発生させる燃焼という2つの異なる方法で燃料として利用できます。 [ 76 ]燃料電池で水素が消費される場合、使用時点での排出物は水蒸気のみです。[ 76 ]水素の燃焼は、有害な窒素酸化物の熱生成につながる可能性があります。[ 76 ]
地球温暖化を抑制するという観点から、低炭素水素（特にグリーン水素）は産業の脱炭素化において重要な役割を果たす可能性が高い。[ 77 ]水素燃料は、鉄鋼、セメント、ガラス、化学薬品の工業生産に必要な高熱を生成できるため、製鉄用の電気アーク炉などの他の技術と並んで産業の脱炭素化に貢献する。[ 34 ]しかし、アンモニアや有機化学薬品のよりクリーンな生産のための工業原料を提供するという点で、より大きな役割を果たす可能性が高い。[ 77 ]例えば、製鉄では、水素はクリーンエネルギーキャリアとして、また石炭由来のコークスに代わる低炭素触媒としても機能する可能性がある。[ 35 ]
温室効果ガス排出量を削減するために低炭素水素を使用する必要性は、さまざまな地域で適切な水素生産ポテンシャルを持つ場所が物流インフラ、原材料の入手可能性、人的資本および技術資本と新しい方法で相互作用するため、産業活動の地理的構造を再構築する可能性を秘めている。[ 77 ]
水素経済の概念に対する関心の多くは、主にフォークリフト、空港サービス車両、公共交通バス、乗用車、トラックなどの水素自動車に集中している。 [ 78 ]その他の用途は、水素飛行機の可能性を含め、より推測的なものである。[ 79 ] [ 80 ]水素自動車は、従来の自動車よりも地域の大気汚染を大幅に少なくする。[ 81 ] 2050年までに、輸送に必要なエネルギーの20%から30%が水素と合成燃料で満たされる可能性がある。[ 82 ] [ 83 ] [ 84 ]
輸送の脱炭素化に使用される水素は、アンモニアやメタノールなどの水素由来の合成燃料や燃料電池技術の使用を通じて、船舶、航空、そして程度は低いものの大型貨物車両において最大の用途が見出される可能性が高い。 [ 8 ]水素は長年にわたり燃料電池バス で使用されてきた。また、宇宙船の推進燃料としても使用されている。
国際エネルギー機関の2022年ネットゼロ排出シナリオ（NZE）では、水素は2050年に鉄道エネルギー需要の2%を占めると予測されており、その時点で鉄道輸送の90%が電化されると予想されています（現在は45%）。鉄道における水素の役割は、電化が困難または費用がかかることが判明した路線に集中する可能性が高いです。[ 85 ] NZEでは、水素が2050年に大型トラックのエネルギー需要の約30%を満たすと予測されており、主に長距離の重量貨物輸送向けです（バッテリー電力は約60%を占めます）。[ 86 ]
水素は改造された内燃機関で使用できますが、電気化学的な燃料電池は熱機関よりも効率面で優れています。燃料電池は一般的な内燃機関よりも製造コストが高いだけでなく、内燃機関よりも高純度の水素燃料を必要とします。[ 87 ]
乗用車を含む軽自動車セグメントでは、2022年末までに世界中で70,200台の燃料電池電気自動車が販売されたのに対し、プラグイン電気自動車は2,600万台だった。[ 32 ] [ 33 ]電気自動車とそれに関連するバッテリー技術およびインフラの急速な普及に伴い、自動車における水素の役割はごくわずかになっている。[ 30 ] [ 31 ]
水の電気分解によって得られるグリーン水素は、再生可能エネルギー出力の変動性に対処する可能性を秘めている。水素エネルギーは、燃料電池で使用すると水しか生成しないクリーンな燃料である。ほとんどの水素は天然ガスから得られるが、再生可能エネルギー由来のグリーン水素は、排出ゼロの代替手段を提供する。グリーン水素を生産することで、再生可能エネルギー出力が高い期間の再生可能エネルギー出力抑制の必要性を減らすことができ、また、出力が低い期間の発電のために長期貯蔵することも可能になる。 [ 88 ] [ 89 ]
エネルギーキャリアとしての気体水素の代替案として、空気中の窒素と結合させてアンモニアを生成する方法がある。アンモニアは容易に液化、輸送、そして（直接的または間接的に）クリーンで再生可能な燃料として使用できる。[ 90 ] [ 91 ] エネルギーキャリアとしてのアンモニアの欠点としては、毒性が高いこと、N2とH2からのNH3生成のエネルギー効率が低いこと、NH3からN2への変換後に未分解のNH3の痕跡によってPEM燃料電池が汚染されることなどが挙げられる。
天然ガス供給チェーン全体にわたる多数の業界団体（ガスネットワーク、ガスボイラーメーカー）は、住宅や商業ビルからのエネルギー関連のCO2排出量を削減するために、暖房や給湯用の水素燃焼ボイラーや調理用の水素機器を推進しています。[ 92 ] [ 93 ] [ 11 ]現在のパイプライン天然ガスのエンドユーザーは、既存の天然ガス網への水素の転換と供給を待ってから、暖房や調理機器を交換すればよく、消費者が今すぐ何かをする必要はないというのが提案です。[ 92 ] [ 93 ] [ 11 ]
商業的利益とは無関係に、建物の暖房に水素を使用するという問題に関する 32 の研究をレビューしたところ、暖房や調理に水素を使用することの経済性や気候上の利点は、地域暖房ネットワークの展開、暖房 (主にヒートポンプによる) と調理の電化、太陽熱、廃熱の使用、熱に対するエネルギー需要を削減するためのエネルギー効率対策の導入と比べて、一般的に非常に劣っていることがわかりました。 [ 11 ]水素製造の非効率性のため、暖房に天然ガスの代わりにブルー水素を使用するには 3 倍のメタンが必要になる可能性があり、グリーン水素を使用するにはヒートポンプの 2 ～ 3 倍の電力が必要になります。[ 11 ]電気ヒートポンプと水素ボイラーの使用を組み合わせたハイブリッドヒートポンプは、ピーク電力需要を満たすためにネットワークをアップグレードするとそうでなければコストがかかる地域で住宅暖房において役割を果たす可能性があります。[ 11 ]
建物の暖房に水素を広く使用すると、代替手段よりもエネルギーシステムコスト、暖房コスト、環境への影響が大きくなるが、特定の状況や地域ではニッチな役割が適切かもしれない。[ 11 ] 建物で水素を使用すると、産業や輸送における脱炭素化が難しい用途の水素コストが上昇するだろう。[ 11 ]
2019年現在技術的には可能だが、サバティエ反応によるバイオエネルギーからの水素と二酸化炭素の合成ガス製造は、利用可能な持続可能なバイオエネルギーの量によって制限される。[ 94 ]したがって、製造されたバイオSNGは航空バイオ燃料の製造のために確保される可能性がある。[ 95 ]
水素パイプラインや鋼製貯蔵容器では、水素分子は金属と反応しやすく、水素脆化やパイプラインまたは貯蔵容器の漏洩を引き起こします。[ 97 ]水素は空気より軽いため、容易に蓄積して可燃性ガス混合物を形成することはありません。[ 97 ] しかし、着火源がなくても、高圧水素の漏洩は自然発火や爆発を引き起こす可能性があります。[ 97 ]
水素は少量でも空気と混ざると可燃性です。水素と空気の体積比がわずか4%でも着火する可能性があります。[ 98 ]水素着火事故の約70%では着火源が特定できず、水素の自然発火が起こると学者の間で広く信じられています。[ 97 ]
水素火災は非常に高温であるにもかかわらず、ほとんど目に見えないため、偶発的な火傷につながる可能性があります。[ 99 ]水素は、ほとんどのガスと同様に、適切な換気がないと窒息を 引き起こす可能性があります。 [ 100 ]
水素インフラとは、水素製造拠点、トラックやパイプラインによる輸送、水素燃料の流通と販売のための水素ステーションのインフラであり、[ 101 ]燃料電池技術の商業化を成功させるための重要な前提条件である。[ 102 ]
水素パイプラインの近くにない水素ステーションは、圧縮水素チューブトレーラー、液体水素トレーラー、液体水素タンクトラック、または専用のオンサイト生産によって供給を受けます。パイプラインは水素を長距離輸送する最も安価な方法ですが、水素分子によって引き起こされる漏洩と鋼の脆化に耐えるように設計する必要があります。水素は原油から燃料を水素化分解するために使用されるため、大規模な石油精製所では水素ガス配管が一般的です。IEAは、生産には既存の工業港を、輸送、国際協力、および海運には天然ガスパイプラインを使用することを推奨しています。[ 103 ]
韓国と日本[ 104 ]は、2019年時点では国際的な電力相互接続網を持っていなかったが、水素経済に投資していた[ 105 ] 。 2020年3月には、世界最大の水素製造施設であると主張する福島水素エネルギー研究フィールドが日本で開設された[ 106 ] 。敷地の大部分は太陽光発電アレイで占められており、送電網からの電力は、水素燃料を製造するための水の電気分解にも使用されている[ 107 ] 。
水素を貯蔵する方法はいくつか存在する。[ 108 ]これらには、高圧と低温を使用するなどの機械的アプローチや、必要に応じて H2 を放出する化学化合物を使用する方法が含まれる。さまざまな産業で大量の水素が生産されているが、そのほとんどは生産現場で消費されており、特にアンモニアの合成に使用されている。長年にわたり、水素は圧縮ガスまたは極低温液体として貯蔵され、産業での使用や宇宙計画の推進剤として、シリンダー、チューブ、極低温タンクでそのように輸送されてきた。 [ 109 ]最大の課題は、 H2の沸点が非常に低いことである。沸点は約 20.268 K (-252.882 °C または -423.188 °F) である。このような低温を実現するには、かなりのエネルギーを消費する必要がある。
分子状水素は、分子量が小さいこともあり、質量ベースでは非常に高いエネルギー密度を持つが、常温常圧下では気体として体積あたりのエネルギー密度は非常に低い。車両に搭載する燃料として使用する場合、十分な走行距離を確保するために、純粋な水素ガスをエネルギー密度の高い状態で貯蔵する必要がある。水素は最小の分子であるため、容器から容易に漏れ出す。水素の100年間の地球温暖化係数（GWP100）は、11.6 ± 2.8と推定されている。
Xcel Energyは、中西部で天然ガスに30%の水素を混合できる複合サイクル発電所を2基建設する予定です。 [ 110 ] Intermountain発電所は、同じく30%の水素で稼働できる天然ガス/水素発電所に改修されており、2045年までに純粋な水素で稼働する予定です。[ 111 ]
経済における水素の利用が広範になるにつれて、その生産、貯蔵、流通、および利用への投資とコストが必要になります。そのため、水素のコストの見積もりは複雑で、エネルギー投入コスト（通常はガスと電気）、生産プラントと方法（例：グリーン水素またはブルー水素）、使用される技術（例：アルカリ電解槽またはプロトン交換膜電解槽）、貯蔵および流通方法、およびさまざまなコスト要素が時間の経過とともにどのように変化するかについて仮定を置く必要があります。[ 112 ]： 49～65これらの要素は、水素の均等化コスト（LCOH）の計算に組み込まれます。次の表は、グレー水素、ブルー水素、グリーン水素の均等化コストの見積もりの範囲を、H2 1 kg あたり US$ で表したものです（他の通貨または単位で提供されたデータの場合は、該当年の米ドルに対する平均為替レートが使用され、H2 1 kg の発熱量は 33.3 kWh であると仮定されています）。
市販されている水素製造方法のコスト見積もりの範囲は広い。2022年現在、CO2排出量に課税されない場合、グレー水素の製造コストが最も安く、次いでブルー水素、グリーン水素となっている。ブルー水素の製造コストは2050年までに大幅に低下するとは予想されておらず、[ 115 ] [ 112 ]： 28天然ガス価格と連動して変動し、回収されない排出量に対して炭素税が課される可能性がある。[ 112 ]： 79
電解槽のコストは2010年から2022年にかけて60%低下したが[ 116 ]、2021年から2024年にかけて50%上昇した[ 17 ]。しかしながら、オックスフォード・エネルギー研究所は、再生可能エネルギー発電コストの低下に伴い、グリーン水素のコストは2030年から2050年にかけて大幅に低下する可能性が高いと予測している[ 119 ] : 26 。 [ 120 ] [ 112 ] : 28本来であれば抑制されるはずの余剰再生可能エネルギーを用いてグリーン水素を生産するのが最も安価であり、これは低電力や変動電力レベルに対応できる電解槽が有利となる[ 119 ] : 5
2022年のゴールドマン・サックスの分析では、世界的にグリーン水素は2030年までにグレー水素とコスト面で同等になると予測されており、グレー水素に世界的な炭素税が課せられた場合はそれよりも早く同等になると予測されている。[ 15 ]エネルギー単位当たりのコストで見ると、ブルー水素とグレー水素は常にその製造に使用される化石燃料よりもコストが高く、グリーン水素は常にその製造に使用される再生可能電力よりもコストが高くなる。
クリーン水素製造に対する補助金は、インドよりも米国とEUの方がはるかに高い。[ 121 ]インドにおけるグリーン水素の発見価格は、2025年6月時点で1kgあたり4.67米ドル（397インドルピー）である。[ 122 ] [ 123 ]
輸送目的での水素供給は、世界中で試験的に実施されており、特に米国（カリフォルニア州、マサチューセッツ州）、カナダ、日本、EU（ポルトガル、ノルウェー、オランダ、デンマーク、ドイツ）、アイスランドで活発に行われている。天然ガス車を水素燃料車に改造することも可能だ。
また、燃料電池マイクロCHPプラントは日本や欧州連合全体で見られます。このようなユニットは水素、または天然ガスやLPGなどの他の燃料で稼働できます。[ 124 ] [ 125 ]燃料電池・水素共同事業体（FCH JU）が共同出資したene.fieldおよびPACEプロジェクトの下で、欧州連合と英国全体で合計約3,646の燃料電池マイクロCHPユニットが設置されました。
西オーストラリア州の計画・インフラ省は、2004年から2007年にかけてパースで実施された持続可能な輸送エネルギー燃料電池バス試験の一環として、ダイムラー・クライスラー・シタロ燃料電池バス3台を運行した。[ 126 ]
2020年11月までに、オーストラリア再生可能エネルギー庁（ARENA）は、初期段階の研究開発から初期段階の試験および展開に至るまで、28の水素プロジェクトに5500万ドルを投資した。同庁の目標は、2021年の低排出技術に関する声明でエネルギー・排出担当大臣のアンガス・テイラーが発表したように、1キログラムあたり2ドルで電気分解により水素を製造することである。[ 127 ]
2021年10月、クイーンズランド州首相のアナスタシア・パラシェク氏と民間投資家のアンドリュー・フォレスト氏は、クイーンズランド州が世界最大の水素プラントの建設地になると発表した。[ 128 ]これは2025年に中止された。[ 129 ]
2024 年 11 月、ワイアラ近郊に200MW の水素エネルギー発電所を建設するために 5 億 9300 万豪ドルを費やすという南オーストラリア州政府の計画が、EPBC 法に基づき連邦政府の承認を得た。このプロジェクトは、Office of Hydrogen Power SA、ATCO Australia、およびBOCによって開発される予定で、[ 130 ]「大規模な風力発電所や太陽光発電所から発生する余剰の再生可能エネルギーを利用して、州内の家庭や企業に安定した電力供給を提供することで、電力網の安定性をさらに高める」ことを目的としていた。建設は 2025 年に開始され、2026 年に完成・稼働する予定だった。[ 131 ]この計画は 2025 年初頭に中止された。[ 132 ]
2022年初頭、中国は「水素エネルギー産業発展中長期計画（2021～2035年）」を発表し、今後15年間の水素セクターの新たな発展目標を概説した[ 133 ]。2024年11月には「中華人民共和国エネルギー法」が公布され、2025年1月1日に施行されたこの法律により、水素は正式に「エネルギー」としての地位を与えられた。
2026年までに、中国の年間水素生産総量は3,800万トンから4,000万トンに達すると予測されており、これは世界の総生産量の30%から35%を占めることになる。この生産量は、化石燃料由来の水素（「グレー水素」）が約60%、工業副産物水素（「ブルー水素」または「準ブルー水素」）が25%、水電解由来の水素（「グリーン水素」）が15%を占めると予想されている。特に、再生可能エネルギー由来の水素（グリーン水素）の生産能力は、公式に年間100万トンを超える予定である。さらに、グリーン水素のコストは大幅に低下すると予想されている。大規模な風力発電や太陽光発電基地（内モンゴルや新疆など）を活用することで、特定の地域ではグリーン水素の工場出荷価格が1kgあたり12～15人民元まで低下すると予測されており、これにより、グレー水素（石炭や天然ガスから生産される）と競争できる可能性が示され始めると予想されている[100]。電解槽技術に関しては、中国の電解槽生産能力は世界全体の70%を超える見込みである。単一アルカリ（ALK）電解槽ユニットの水素生産量は5,000 Nm³/hに増加すると予測されており、プロトン交換膜（PEM）およびアニオン交換膜（AEM）技術も大規模な商業出荷量を達成すると見込まれている。[ 134 ]
貯蔵と輸送の分野では、インフラは相互接続されたネットワークへと進化すると予想されている。中国は2026年に「総合水素エネルギー応用パイロットプログラム」を正式に開始する予定で、特に水素専用高速道路の整備に重点を置く。広東省、山東省、北京・天津・河北地域などの省や直轄市は既に、水素燃料車に高速道路への無料または割引アクセスを認める政策を率先して実施している。水素パイプラインに関しては、「西から東への水素輸送」構想など、長距離高圧純水素パイプラインの実証プロジェクトが運用段階に入ると予想されており、これにより、北西部地域から東部沿岸地域へのグリーン水素輸送の需要に対応できる。水素貯蔵においても大きな進歩が期待されています。70 MPa の高圧ガス水素貯蔵は大型トラックの標準機能になると予想され、トン規模の固体水素貯蔵システム (マグネシウムまたはチタンベースの材料を使用) は水素冶金の分野で実証用途が見込まれています。さらに、アンモニア (NH3) ベースの水素貯蔵ソリューションは、貯蔵、輸送、自動車分野全体で実用化されると予想されています。[ 135 ] 100 万立方メートル規模の塩坑水素貯蔵実証プロジェクトが、2026 年 4 月に河南省平頂山で正式に稼働を開始しました[ 136 ]。
応用分野：輸送から産業の「主戦場」へ移行。水素燃料補給ステーションは600カ所以上建設され、燃料電池スタックの寿命は25,000～30,000時間を超え、高出力（260kW以上）燃料電池システムが量産体制に入った。2026年までに、高出力スタック（200kW以上）のコストは2年前と比べて約40%低下した。水素燃料大型トラックはパイロットプロジェクトから大規模な商業運用へと移行しており、個々の車両保有台数は1,200台を超えている。液体水素大型トラックは1,000キロメートルを超える航続距離を容易に達成でき、小規模な量産体制に入った。これらの水素燃料大型トラックは、鉱山や製鉄所への短距離シャトル、港湾物流、省間長距離石炭輸送など、さまざまな用途をカバーしており、累計導入台数は5万台に達しています。2026年4月現在、中国の水素燃料鉱山トラックの累計導入台数は1,200台を超えています。このうち、ワイドボディダンプトラック（70～100トンクラス）が約70%、超大型リジッド鉱山トラック（200トン超クラス）が約20%、新興技術モデル（液体水素／アンモニア水素）が約10%を占めています。これらの車両は内モンゴル、新疆、寧夏、山西の各地域に集中しており、極めて過酷な環境条件下で3年以上運用されています。グリーン水素の直接供給コストが約 15 人民元/kg まで低下したことで、24 時間連続稼働サイクルで稼働する水素採掘トラックの総所有コスト (TCO) は、ディーゼル車とほぼ同等になりました。2026 年、中国の水素採掘トラックは、オーストラリアのピルバラ地域 (350 台以上)、東南アジア (インドネシア: 200 台以上)、南米 (チリとペルー: 120 台以上) の主要鉱業コングロマリットに輸出されました。水素港: 青島、寧波舟山、天津、深セン塩田の各港を中心とした 4 つの主要な水素港クラスターが形成されました。全国の水素対応港の総数は現在 20 を超えています。これらの港では、水素を動力とする大型トラックとコンテナトラックの車両数は約 5,000 ～ 8,000 台です。水素燃料レール式ガントリークレーンと自動ターミナル機器が日常業務に導入され、これらの港湾におけるグリーン水素供給の自給率は約35%に達している。さらに、高出力水素燃料電池タグボートが珠江デルタ地域と長江デルタ地域で運用を開始している。2026年までに、水素燃料公共バスの全国保有台数は12,000台から14,000台になると予測されている。これらのバスは主に、北京、張家口、鄭州、また、極寒の気候帯も存在します。一方、2024年から2026年初頭にかけて、佛山や広州などの都市では「サービス停止の波」が発生しました。この現象は、地方補助金の期限切れ（より高額な外部供給源からの水素調達が必要になった）や燃料電池スタックの稼働寿命の終了など、複数の要因が重なったことが原因でした。その結果、手頃な価格の地元水素供給源にアクセスできない他の都市も、それぞれの地方政策の調整を始めています。[ 137 ]グリーンケミカル：水素の応用における主な焦点は、輸送部門から産業の脱炭素化へと移行している。百万トン規模のほぼゼロカーボンの製鉄ラインが安定稼働しており、水素が還元剤として従来のコークスに取って代わった最初の事例となっている。さらに、寧夏では、年間15万トンのグリーン水素施設と石炭化学製品の生産を統合したプロジェクトが正式に稼働を開始した。グリーンアンモニアとグリーンアルコール（特にグリーンメタノール）の生産プロジェクトが次々と稼働しており、海運業界と精製業界の厳しい脱炭素化要求に直接対応している。2026年までに、水素動力列車と分散型水素発電所はもはや目新しいものではなくなり、実際、水素技術、量子コンピューティング、および組み込み型AIの交差点で最先端の研究が始まっている。 [ 134 ] [ 135 ]
すでに比較的大きな天然ガスパイプラインシステムを備えているEU加盟国には、イタリア、ベルギー、ドイツ、フランス、オランダなどがある。[ 138 ] 2020年、EUは欧州クリーン水素アライアンス（ECHA）を立ち上げた。[ 139 ] [ 140 ]
フランスではグリーン水素がより一般的になってきている。2019年には1億5000万ユーロのグリーン水素計画が策定され、水素の製造、貯蔵、流通に必要なインフラの構築や、バスや電車などの地域交通システムの動力源として水素を使用することが求められている。同様の取り組みであるコリドーH2は、地中海と北海を結ぶルート沿いのオクシタニー地方に水素流通施設のネットワークを構築する。コリドーH2プロジェクトは、欧州投資銀行から4000万ユーロの融資を受ける予定である。[ 141 ] [ 142 ]
ドイツの自動車メーカーBMWは長年水素に取り組んできた。[ 143 ] ドイツ政府は、2024年末または2025年初めに、5.5GWの新規水素対応ガス火力発電所と、既存のガス火力発電所の「包括的な水素対応近代化」2GWの入札を実施する計画を発表した。[ 144 ]
アイスランドは2050年までに世界初の水素経済になることを約束している。[ 145 ]アイスランドは独特な立場にある。2024年から2026年現在、アイスランドは輸送と漁船団の動力源として必要な石油製品のほぼすべてを輸入し続けている。アイスランドには豊富な地熱資源があり、水素経済への移行を容易にしている。
アイスランドは既に余剰電力を輸出可能な商品や炭化水素代替品に転換している。2002年には、主に肥料用のアンモニア（NH₃ ） 製造のために、電気分解によって2,000トンの水素ガスを生産した。アンモニアは世界中で生産、輸送、使用されており、アンモニアの価格の90%は生産に必要なエネルギーコストである。
どちらの産業も炭化水素を直接置き換えるものではありません。アイスランドのレイキャビクでは、圧縮水素で走る小型の市バスの試験運行が行われており[ 146 ]、国の漁船団を水素で動かす研究も進行中です（例えば、アイスランド・ニュー・エナジーなどの企業による）。より実用的な目的では、アイスランドは輸入石油を完全に置き換えるのではなく、水素で処理して石油の寿命を延ばす可能性があります。
レイキャビクのバスは、8つのヨーロッパの都市で水素燃料バスを運行する大規模なプログラム HyFLEET:CUTE [ 147 ]の一部です。HyFLEET:CUTE バスは、中国の北京とオーストラリアのパースでも運行されました (下記参照)。水素経済を実証するパイロットプロジェクトがノルウェーのウツィラ島で稼働しています。この設備は風力発電と水素発電を組み合わせています。風力エネルギーが余剰な期間には、余剰電力を使用して電気分解により水素を生成します。水素は貯蔵され、風が少ない期間に発電に使用できます。
インドにおけるグリーン水素の発見価格は、2025年7月時点で1kgあたり3.9米ドル（328インドルピー）である。[ 148 ] [ 149 ]インドにおけるグリーンアンモニアの発見価格は、2025年7月時点で1トンあたり641米ドル（55,750インドルピー）である。[ 150 ]
インドが水素とH-CNGを採用する理由はいくつかあると言われているが、その中には、天然ガスネットワークの全国的な展開がすでに進行中であり、天然ガスがすでに主要な自動車燃料となっているという事実も含まれる。加えて、インドは都市部で深刻な大気汚染に悩まされている。[ 151 ] [ 152 ]一部の推定によると、コストの低下と新しい生産技術によって、インドの水素の約80%がグリーン水素になると予測されている。[ 153 ]
しかしながら、現在、水素エネルギーは研究開発実証（RD&D）段階にあります。[ 154 ] [ 155 ]その結果、水素ステーションの数はまだ少ないかもしれませんが、[ 156 ]近いうちにもっと多く導入されると予想されています。[ 157 ] [ 158 ] [ 159 ]
気候環境省（MKiŚ）は、最初の水素供給ステーションを開設する計画であり、間もなく2～3か所の水素燃料補給ステーションの競争入札を実施する予定であると、同省のポーランド副大臣クシシュトフ・ボレスタ氏が述べた。[ 160 ]
サウジアラビアはNEOMプロジェクトの一環として、2025年に生産を開始し、年間約120万トンのグリーンアンモニアを生産することを目指している。[ 161 ]
エジプトのカイロでは、サウジアラビアの不動産会社が水素を動力源とする超高層ビル建設プロジェクトに資金を提供している。[ 162 ]
蔚山グリーン水素タウンは、蔚山で開発中の水素都市プロジェクトです。2024年10月現在、 石油化学コンビナートの副産物として生産される水素を市の中心部に接続するために、188kmの地下パイプラインが敷設されています。[ 163 ]
トルコエネルギー天然資源省と国連工業開発機関は、2004年にイスタンブールに国際水素エネルギー技術センター（UNIDO-ICHET）を設立し、2012年まで運営された。[ 164 ] 2023年には、同省は水素技術戦略とロードマップを発表した。[ 165 ]
英国は2004年1月に燃料電池のパイロットプログラムを開始し、2005年12月までロンドン の25番ルートで2台の燃料電池バスを運行し、2007年1月までRV1番ルートに切り替えた。 [ 166 ]水素探査隊は現在、水素燃料電池の能力を実証する方法として、水素燃料電池で動く船を作り、それを使って世界一周航海をしようとしている。[ 167 ]
2009年、グラハム・クーリー博士は、グリーン水素製造用電解槽メーカーであるITM Power PLCのCEOに任命された。 [ 168 ]クーリーはITMのために約5億ポンドを調達し、2021年にはシェフィールドに世界最大の電解槽製造施設を開設した。[ 169 ]クーリーはまた、英国政府の水素諮問委員会のメンバーも務めた。[ 170 ]
2021年8月、英国政府は水素戦略を策定した最初の国であると主張し、文書を作成した。[ 171 ]
2021年8月、クリス・ジャクソンは、英国水素燃料電池協会（水素産業の主要団体）の会長を辞任し、英国とノルウェーの石油会社が、英国政府からの将来の技術支援金を最大化するために、ブルー水素のコスト予測を意図的に水増ししたと主張した。[ 172 ]
GMやトヨタなど、米国の国内自動車会社のいくつかは水素を使用した車両を開発している。 [ 173 ]しかし、2020年2月現在、カリフォルニア州の一部を除いて、水素のインフラは未発達である。[ 174 ]米国は独自の水素政策を持っている。NRELとXcel Energyの合弁事業は、コロラド州で風力発電と水素発電を同じ方法で組み合わせている。[ 175 ]ニューファンドランド・ラブラドール州のHydroは、ラメア島の現在の風力・ディーゼル発電システムを風力・水素ハイブリッド発電システム施設に転換している。 [ 176 ]テキサス州では、5つのポンプステーションハブが大型H2トラックに納入されている。[ 177 ] Hydrogen CityはHydrogen International（GHI）によってグリーンに建設され、2026年にオープンする予定である。[ 178 ]
2006年、フロリダのインフラプロジェクトが開始された。[ 179 ]最初にオーランドを公共バス交通機関としてオープンしたフォード・モーター・カンパニーは、水素燃料のフォードE-450の車両群を導入すると発表した。[ 180 ] [ 181 ]タイタスビルで水素移動システムが建設された。[ 182 ] [ 183 ] オキーチョビー郡でFPLのパイロットクリーン水素施設が稼働した。[ 184 ]
スチュアート島で行われている同様のパイロットプロジェクトでは、風力発電の代わりに太陽光発電を利用して発電している。バッテリーが完全に充電された後に余剰電力が発生すると、電気分解によって水素が生成され、燃料電池による後々の発電のために貯蔵される。[ 185 ]米国には既に大規模な天然ガスパイプラインシステムも整備されている。[ 138 ]
ベトナムエネルギー協会は、グリーン水素化支援を盛り込んでいる。[ 186 ]オーストラリアのクリーンエネルギー企業であるピュアハイドロジェンコーポレーションリミテッドは、7月22日にベトナムの公共交通機関と覚書を締結したと発表した。[ 187 ]
したがって、水素経済の概念は、電力を補完するさまざまなセクターのエネルギーキャリアとしての水素の利用として説明できます。
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