エネルギーキャリア

2014年10月6日

解説

再生可能エネルギーは、エネルギーの安全保障と環境負荷低減に寄与するエネルギー源として、近年ますます重要性が増している。しかし、再生可能エネルギーには地域的・時間的偏在があるために、電力として既存の電力系統を通じて利用する場合には、送電網の容量や電力需要に応じて導入可能量に限界が生じやすい。

エネルギーキャリアとは、エネルギーの輸送・貯蔵のための担体となる化学物質を指す。現在我々が利用している石油、ガソリン、天然ガスなども含まれるが、環境関連技術として昨今注目されているのは、水素、有機ハイドライド、アンモニア、メタノール、金属マグネシウムなどのエネルギーキャリアである。再生可能エネルギーをエネルギーキャリアに転換して輸送・貯蔵できれば、国内に偏在する再生可能エネルギー資源を最大限に活用することが可能となる。さらに、諸外国にある再生可能エネルギー資源を、エネルギーキャリアを利用して輸入することも可能となる(例:有機ハイドライドを用いたロシアからのCO2フリー水素導入に関する調査研究(※1))。

例えば、再生可能エネルギーの電力により水を電気分解(水電解)して水素を製造し、液化して輸送・貯蔵、必要な時に燃料電池や水素ステーションを通じて電力や燃料として利用することができる(図表1)。さらに、水素を芳香族化合物に付加した有機ハイドライドをエネルギーキャリアとする方法も考えられている(図表1の点線)。液体水素は体積あたりの水素密度が高い利点があるが、沸点が-253℃と低いために極低温での輸送・貯蔵が必要となる。有機ハイドライドは常温での取り扱いが可能であるが、水素密度は相対的に低くなる(図表2)。各エネルギーキャリアは、エネルギー密度や安定性、使用条件・使用法、安全性などにおいてさまざまな特性を持つため使い分けが求められる。また、再生可能エネルギーの電力により、芳香族化合物から直接有機ハイドライドを製造し、直接燃料電池などで利用することができれば、水素化のロスやコストを省くことが可能になる(図表1の破線)。さらに、光触媒を用いて、太陽光により(電力を使わずに)直接水を分解して水素を製造するプロセスも期待されている。エネルギーキャリアの製造、輸送・貯蔵、利用に関わる技術は開発途上であるため、今後さまざまな角度からの研究開発や、実用化に向けた効率化とコストダウンを進める必要がある。日本は、エネルギー基本計画において“水素社会の実現”を目指しているが、エネルギーキャリアは、化石燃料由来ではない再生可能エネルギーによるCO2フリーな水素利用に向けて、重要なテクノロジーとなっている。

総合科学技術・イノベーション会議(議長:内閣総理大臣)は、日本の重要課題を対象としたSIP(戦略的イノベーション創造プログラム)(※2)の1つとして「エネルギーキャリア」を選定した。SIPでは、技術が先行している液体水素、有機ハイドライド、アンモニア等のエネルギーキャリアに焦点を当て、2020年の東京オリンピック・パラリンピックにおけるエネルギーキャリアを活用した水素社会の実証などを目標に、研究開発が進められている。

図表1 エネルギーキャリアによるエネルギーの輸送・貯蔵
図表2 エネルギーキャリアの特性
(出所:独立行政法人科学技術振興機構研究開発戦略センター 戦略プロポーザル(2012年度)「再生可能エネルギーの輸送・貯蔵・利用に向けたエネルギーキャリアの基盤技術」より大和総研作成)

(※1)独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「水素利用技術研究開発事業
(※2)内閣府「SIP(戦略的イノベーション創造プログラム)概要

(2014年10月6日掲載)

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