R水素
'R水素’（名前の由来は英語のRenewable Hydrogenの頭文字Rと水素から名付けられている。再生可能水素と同じ）一部の再生可能エネルギーを推進する団体によって提唱されている、自然エネルギーと水の持続可能なエネルギーの形で電力や動力機関の燃料のエネルギー利用の概念。科学により定義された専門用語ではない。
目次 |
[編集] 概要
従来用いられてきた石油、天然ガス、石炭、原子力などが環境に悪影響を与えるとして強く反対する一部の再生可能エネルギーを推進する団体は、太陽光、風力、地熱、小規模な水力発電などの再生可能エネルギーを一次エネルギー源として水を電気分解することで発生する水素を、現在の社会で広く用いられている石油製品に置き換え、家庭、自動車、ガスタービン発電などに利用することで、地球温暖化の原因である二酸化炭素の発生を劇的に抑え、また付随の環境問題が避けられない原子力なども無用になると主張している。
[編集] R水素の定義
•「R」＝ Renewable
•「水素」＝ Hydrogen
英語では Renewable Hydrogen 日本語では Renewable の頭文字をとり、「R水素」と訳されている。
•水素：原子記号１、地球上で最も軽い物質であり、単体では存在しない。例：水 （H20）
よって水素は他の物質から取り出す必要がある。
•取り出す方法によって水素は大きく二種類に分けて考える：
①「R」水素：自然エネルギーの発電＋その余剰電力を使い、水電気分解などにより水の中の水素（H2) を取り出す。自然エネルギーと身近な水の中などの水素を取り出す持続可能なエネルギーのかたちをR水素と言う。
②「Rでない」水素：炭素と水素の化合物である化石燃料などから水素を取り出す。その他には、工業プロセス（例：製鉄など）でできる副生水素や計画中である原子力の余剰電力で水から水素を取り出す持続可能でない方法がある。
※R水素＝自然エネルギーと水の持続可能なエネルギーの形
※水素を取り出す際に有害な物質が放出されていないか、水素を取り出す元は持続可能なものかが重要である。
※green hydrogen (グリーン水素）とも言われているが、これは原子力発電の電力を利用して熱分解を行い水素を取り出す場合も含まれることが多い。「R水素」は持続可能である再生可能エネルギーを使用して取り出した水素のみのことを言う。
[編集] R水素システム全体像
[編集] システム構成
•R水素システムは基本的に以下の機械を含む：
※再生可能エネルギー発電があると仮定する
①水電気分解装置
例： ITM Power: http://www.itm-power.com/page/26/HPac.html
②圧縮機
例： Hydro-Pac Inc. : http://www.hydropac.com/HTML/hydrogen-compressor.html
③水素貯蔵タンク または 水素吸蔵合金（メタルハイドライド)
例：(株) サムテック：http://www.samtech.co.jp/products/hpc.html
(株) 日本製鉄所：http://www.jsw.co.jp/product/index.html
④燃料電池
例： Bloom Energy: http://www.bloomenergy.com/fuel-cell/es-5700-data-sheet/
Ballard Power: http://www.ballard.com/fuel-cell-products/
※その他：
配電コントロールパネル
インバーター
[編集] 水素をつくるから使うまで
① 自然エネルギーで発電、そのまま電気として使う。
しかし電力を使わない時や、使うより多く発電した電力は、そのままではためることができない。
その電気を利用し、水の電気分解を行う。水（H2O) は 2H (水素) と O (酸素) にわかれ、この取り出した水素を貯める。
② 水素はタンクに貯め、必要なタイミングで水素を燃料電池に通す。
貯める際に水素は地球上で最も軽い物質のため、タンクにたくさん貯めるには圧縮する必要がある。
③ 水素の使いみちは多様：
電気や熱、また燃料電池車、船、飛行機など燃料として水素をつかう
※船と飛行機は研究開発中
[編集] 政治的背景
| 1973 秋 | •第一時オイルショック（イラン革命の始り）
•当時アメリカ大統領Jimmy Carter がイランの輸入を停止、それにより予測されていた以上にアメリカの石油価格が上昇 •ハワイは化石燃料から再生可能エネルギーへの転換を宣言 |
| 1974 | •ハワイ州議会がハワイ自然エネルギー学会 / Hawaii Natural Energy Institute (HNEI) を設立
•第一回 水素エコノミー国際会議、国際水素エネルギー協会の発足（International Association for Hydrogen Energy) |
| 1979 | •ハワイ大学に教授、Patrick Kenji Takahashi が 上院議員Spark Matsunaga (民主党) と働き始める。
Spark Matsunaga は弁護士であり、技術的な背景はないに等しいに関わらずエネルギーの将来はR水素にあると確信していた。 |
| 1980 | •世界初、R水素法案を書き上げた、後にマツナガ条例 (Matsunaga Act) となる
•水素法案： |
| 1982 9月 | •Spark Matsunaga 水素法案が議会に提出されるが、法案は政治的に封殺される。
•1982年に共和党のロナルド•レーガンが大統領になり、再生可能エネルギーに後ろ向きな姿勢であったため予算を限りなくゼロにするよう指示 •ロナルド•レーガンの任期中に法案は全く動かなかった |
| 1983 | •ハワイ州議会がPatrick Takahashi に水素研究と開発プログラムに 50,000米ドルを出す。これにより、グラントを取ることや水素研究室をつくることができた。 |
| 1984 5月 | •ハワイにて第一回国際/R水素シンポジウム（太陽と水からつくる理想のエネルギー、今でいうところのR水素）International symposium on hydrogen produced from renewable energy) |
| 1986 | •議会はさらに 100,000米ドルを水素政策に投入。目的はハワイで初の世界水素エコノミー会議 (World Hydrogen Energy Conference)を開くこと。 |
| 1989 | •議会は共和党の支配下にあったため、R水素の政治的動きは全くなかった。政治界の動きを待っては何も起こらないため、R水素の産業づくりが始まった。 その目的は水素研究と開発のよ予算を獲得しやすくなるように信頼性の底上げ。 •National Hydrogen Association を設立 (20社程の集まり) アメリカエネルギー省の水素エネルギー会年次報告書で水素の予算が2千万米ドルから3千万米ドルと書かれていても誰もその予算を入手できなかった。未だにマツナガ条例は通っていなかった。この予算は “Black Budget” と言われている |
| 1990 11月15日 | •アメリカ大統領George Bush がマツナガ水素法案をサインし、可決した。後にSpark M. Mastunaga Hydrogen Research, Development and Demonstration Act of 1990 と知られるようになる。 •水素社会への調査•研究の予算案が通った ＊ 水素法案は書いた当初、25年スパンで書いていたが、この時にはもう30年たっていた。 ①1992年：$3,000,000 |
| 2003 | •アメリカ大統領George W. Bush が一般教書演説で1.2億米ドルの水素燃料イニシアティブを発表する
•このときに初めて利用できる予算がおりた |
| 2005 | •エネルギー法案の中で、HTAP (Hydrogen Technology Advisory Panel) が創設され、米国が水素社会に向けて本格的に動き始める。 •8月8日「2005年エネルギー政策法」が成立され(Energy Policy Act of 2005) その第８条に「2005年スパーク•マツナガ水素法」(Spark Matsunaga Hydrogen Act of 2005) が入った。これが世界初の再生可能エネルギーをベースとした水素社会を実現するための法律だと言われている。 •この年の水素予算は太陽光予算の２倍おりた ＊ スパークマツナガ水素法（マツナガアクト）は以下のことに取り組む： ①多様なエネルギー源からの水素製造 |
| 2006 | •アメリカエネルギー長官がHTAP を水素と燃料電池の技術諮問委員会として再び認める |
| 2007 | • 上院歳出委員会が水素の研究開発プログラムだけが2007の会計年度縮小していないと発表 |
| 2008~ | •さらに行政は水素以外の再生可能エネルギーのリクエストやプログラムを縮小した
•エネルギー効率と再生可能エネルギー予算：5億米ドル •水素予算：2億2800万米ドル ＊ この年を最後に水素予算は削減されていくことになる （2008年はGeorge W. Bush 任期最後の年） |
[編集] メリット
•水や空気を汚さない
水素 (H2) は燃料電池を通して電気や燃やして燃料として使う際に従来の化石燃料のように温室効果ガス（二酸化炭素）は一切出さない。
水素発電の副産物は微量な水と熱だけです。
•人類のエネルギーの歴史の観点から：
燃料としてきたエネルギーは化学式から見ると、水素と炭素が含まれる化合物。エネルギーの歴史の表はそれぞれに含まれる炭素と水素の割合を示している。木材：炭素9 水素１、石炭：炭素５ 水素５、石油：炭素1 水素２、天然ガス: 炭素１ 水素４
①炭素が減り、より燃焼効率の高い水素が多く含まれているエネルギー源へと移行していることがわかる。
②エネルギーの基本は水素と酸素の反応ということがわかる。
（エネルギーの歴史の表を参照）
•水素を使用した燃料電池の総合効率が高い
燃料電池は反応熱をお湯などに再利用して使えます。その場合の総合効率は約80%です。
それに比べて火力発電所は35%です。 火力発電所では65%の廃熱も大気中に環境破壊として放出されていることになる。
•需給電力のバランスがとれる
※グラフはイメージ図です。
黒い線が電力需要、一般的に朝と夜がピークとする。そしてブルーの発電で多い時は水素で貯めておいてピークのときに水素発電。
電気をエネルギー密度が高く劣化しない水素として貯めることで使いたいタイミングや電力需要が高いタイミングに燃料電池に通して電気として使う。
需給バランスを調整できることで、再生可能エネルギーの弱点である不安定な供給を標準化することが可能になり、ピークに合わせた発電設備が必要なくなる。
[編集] 批判
「環境を破壊する」ダムを利用する水力発電を除く再生可能エネルギーの利用は3%程度にとどまっている。これらのエネルギー源は利用コストが高く、今後世界経済の発展と共に増大するエネルギー消費量に対応できるか不明である。風力発電、地熱発電に伴う環境破壊についても触れられていない。水素の貯蔵、運搬の困難さも社会において広く用いるには問題となる。二次エネルギーとなる水素のエネルギー効率は従来の化石燃料よりも低くなる。
[編集] 賛同者
日本においてはNGO団体のR水素ネットワークが啓蒙の中心となっている。
2011年東北地方太平洋沖地震の津波による被害によって発生した福島第一原子力発電所の事故に関連…
いしだ壱成は、自身のブログ（※ただし、事故が起こる前_2011-03-04アップ）において、原子力に代わる代替エネルギー源として「特にＲ水素という技術が一番クリーンで効率的だと個人的には思っていて、この分野はもっともっと伸びて欲しいし、注目されて欲しいと思う。」と述べている。
[編集] 実例
[編集] 国内ケース
•太陽と水で車が走る HONDA ソーラー水素ステーション
① Projectの主体：本田技研工業、埼玉県庁、環境省
② 総予算: 未発表
③ 助成均等: 環境省「平成２３年度 地球温暖化対策技術開発等事業」
④ 生み出すエネルギー量: ８時間に0.5kg の水素を製造→350気圧でタンクに貯蔵→タンクの容量は８００ℓ
⑤ 自然エネルギーの種類: 太陽光 (10kW)
⑥ 稼働する水素アプリケショーン: 定置燃料電池、水素ステーション、燃料電池車 ( HONDA Clarity, 100kW の燃料電池)
⑦ 概要:
2011年11月、日本で初めて、水と太陽の光で車を走らせる「R水素ステーション」の建設が始まりました。HONDAが10年にわたり米国カリフォルニア州で研究開発を行ってきた技術の実物が、3月末に埼玉県庁に登場します。ソーラーの電力で水素を製造し、その水素を燃料電池自動車で燃料として使う施設です。
環境書と埼玉県はこのシステムを２年間稼働させ、必要な水素のうちソーラー電力で何割程度を賄えるかなど、普及に向けた実証データを集める計画です。ソーラー電力からの水素製造は間に合わない場合は発電所からの電力を使います。車の水素タンクへの補給は３分で完了し、一度満タンにすれば６２０Km 走り続けることができます。 また車に搭載されている１００kWの燃料電池は非常時になどに発電機として使うことも可能です。
⑧ 参考サイト：
http://greenz.jp/2012/02/04/thepowerofdreams/
http://www.honda.co.jp/environment/future_tech/bb010000.html
[編集] 海外ケース
• グリフィス大学： The Sir Samuel Griffith Center 2010~進行中 （完成予定2013年）
① Projectの主体： グリフィス大学、COX Rayner 建設会社、クイーンズランド州政府、ブリスベン市役所
② 総予算: 3200万USD / 2,454,624,000 JPY (2.7.2012 レート）
③ 助成均等:
オーストラリア連邦政府の 教育と投資ファンドの一部であるサステナビリティラウンド ： 2100万ドル
グリフィス大学：1000万ドル
CISCO : １万ドル
クイーンズランド州政府：1万ドル
④ 生み出すエネルギー量: 未発表
⑤ 自然エネルギーの種類: 太陽光
⑥ 稼働する水素アプリケショーン: 定置燃料電池、メタルハイドライド貯蔵
⑦ 概要:
オーストラリア、ブリスベンにある グリフィス大学ネイサンキャンパスに建設予定のランドマーク的建造物 サー･サミュエル･グリフィスセンターが選択するのは 太陽光と水で動くR水素システムである。
2011年中旬に建設が始まり2013年に完成予定のこの建物は、送電線を利用せず自家発電によって電力を100%自給できるよう設計されている。世界初の太陽光由来のR水素教育研究棟となる予定で、持続可能性へのメッセージがクリアーに発信される場である。屋根の太陽電池と窓の 薄膜型太陽電池 が多くの太陽光を採取しエネルギーを得られるよう設計されている。生成された太陽光由来の電力のほとんどは（85%）日中に使用され、残りの15%は電気分解して水素を生成するために使用される。
6階建ての施設は30%がリサイクル鉄鋼、ゴム、木材、破砕解体コンクリートなどのリサイクル素材から作られる予定だ。また太陽光由来水素製造と、敷地内の排水リサイクル、高度な水の採取、屋上緑化、自然換気などのエネルギー管理システムも備えている。
⑧ 参考サイト：
http://ourworld.unu.edu/jp/renewable-hydrogen-key-to-a-new-civilization/
http://www.griffith.edu.au/
•ロラン島、デンマーク ヴェステンスコウ (Vestenskov) 2005-2007
① Projectの主体： ロラン島自治体、(株) IRD 燃料電池、(NPO) バルティックシーショリューションズの共同プロジェクト
② 総予算: 未発表
③ 助成均等:
市とEUの助成金。次世代エネルギープロジェクトを支援する地元のエネルギー会社からの助成金。(会社の資本金は1300万円、Naskovの自治体が立ち上げた）
④ 生み出すエネルギー量: (ロラン島の風力発電）2004年度、72 機の風車、1500 Gwh. IRD 社、PEM燃料電池: 2kW. 水素発生装置と水素タンクはBaSS Anette Greenfort社製を採用
⑤ 自然エネルギーの種類: 陸上風力、洋上風力 (VESTAS社製)
⑥ 稼働する水素アプリケショーン: ミクロCHP (家庭用燃料電池）、水の電気分解、水素貯蔵タンク
⑦ 概要:
2007年から始まった実証実験は今のところ5軒。2012年までに街のほとんどの家庭に燃料電池が導入される計画です。水素プロジェクトを主導したのは、市の環境チームリーダーであるレオ・クリステンセン氏（Leo Christensen）
風の力でつくった電気を利用して水を電気分解し、水素を生産。パイプラインで家庭に供給すると、各家庭に設置された燃料電池システムが水素と酸素から電力と熱を生み出し、日々の暮らしで使う電気や温水をまかなう。
風力発電プロジェクトへの融資は地元の銀行が担うこととし、8年で回収できる電力の買い取り制度を制定して投資を促進。政府の後押しを受けた住民は、自己所有する遊休地に風車を建てるようになり、今では500基に達する風力発電機のうち、約半数を島の住民が所有している。この500基による総発電量は島の電力需要の1.5倍に相当する106万8518Mwh（2004年 出典1）。電力に対して支払われる対価は、住民の生活を潤す。
⑧ 参考サイト：
http://www.thinktheearth.net/jp/thinkdaily/report/2010/07/rpt-53.html#page-1
http://www.treehugger.com/files/2010/12/hydrogen-community-lolland.php
•ベラクーラ、カナダ：
Canada, Britih Columbia, Bella Coola Hydrogen Assisted Renewable Power (HARP) system 2009~進行中
① Projectの主体： 連邦政府、BC Hydro 社、Powetech 社、G.E.社、NPO法人 カナダ 持続可能的技術開発 (STDC)、BCクリーンエネルギー基金
② 総予算: 未発表
③ 助成均等:
NPO法人 カナダ 持続可能的技術開発 (STDC) ：カナダ政府が立ち上げた。2011年にはBritish Columbia州は エネルギープロジェクトに$5200万ドル支給。*SD Tech Fund (SD 技術開発基金) は合計 5億5000万ドル. BC Innovative Clean Energy Fund (BC クリーンエネルギー基金)
④ 生み出すエネルギー量:
合計：200kW (燃料電池 ＋ フローバッテリー）
ピーク時に水素貯蔵タンクから100kW燃料電池に送られる。同時にフローバッテリーも100kWの電力を送る。
電気出力： 100kW: AC 480 V, 60Hz.
*水素発生装置(60 NM3/h)と燃料電池はそれぞれ 1万ドル.
*水素貯蔵タンク：13970L (100kg) ⑤ 自然エネルギーの種類: 2.1 MW 水力発電 （クレイトン滝）
⑥ 稼働する水素アプリケショーン: 水分解、水素貯蔵、フローバッテリー、燃料電池トラック
⑦ 概要:
カナダのベラクーラという、人口2000人くらいの人が住んでいる町。ここでは地域の電力会社による滝を使った小水力発電で、町の電力がまかなわれています。しかし夏と冬は電力の需要量が大きく増えるため、今までは足りない分をディーゼル発電で補っていました。
その足りない電力の補充を、ディーゼル発電からR水素に代えようというプロジェクト（HARP ＝ Hydrogen Assisted Renewable Power System）が、現在施行されています。 水素なら、消費電力が少ない時期に余った電力を貯めておき、需要の多い夏と冬に貯めておいた水素で発電を補うことができ、CO2を排出せず、効率的に電気を使うことができるのです。結 果 と し て、 ブ リ テ ィッ シ ュ コ ロン ビ ア 州 ベラ ク ー ラ のデ ィ ー ゼ ル消 費 量 が 年間20 万リットル削減され、GHG 排出も年間 600 トン削減されると推定されている。
⑧ 参考サイト：
http://www.thinktheearth.net/jp/waterplanet/recommend/rh2.html
http://www.powertechlabs.com/knowledge-centre/case-studies/hydrogen-assisted-renewable-power-systems/
http://www.powertechlabs.com/news-room/press_releases/bc-community-to-reduce-ghg-emissions-with-hydrogen-assisted-renewable-power-system-harp-/
[編集] 註・出典
•Takahashi Kenji Patrick. Simple Solution: for planet earth, Book 1.
Indiana: AuthorHouse, 2007.
•Takahashi Kenji Patrick. 9月29日2010年R水素ネットワークとのインタビューより
•オルタナ #15 9月2009年 pg. 26〜27 編集委員：谷崎テトラ、協力：NPO法人、R水素ネットワーク
•レスター ブラウン プランB2.0―エコ・エコノミーをめざして
•Jeremy Rifkin. The Hydrogen Economy
http://www.foet.org/JeremyRifkin.htm
[編集] 外部リンク
- R水素ネットワーク
- 国連大学バイリンガルウェブマガジン：OurWorld2.0
http://ourworld.unu.edu/jp/renewable-hydrogen-key-to-a-new-civilization/]
• Greenz.jp: http://greenz.jp/2012/02/04/thepowerofdreams/
