太陽光発電で余った電気は水素で貯める再生可能エネルギー利用の鍵となる水素エネルギー

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太陽光発電で余った電気は水素で貯める再生可能エネルギー利用の鍵となる水素エネルギー

2026年2月24日

#水素社会 #再エネ #カーボンニュートラル

话し手

東京大学先端科学技術研究センター
水素エネルギー分野教授
河野龙兴

（写真）東京大学先端科学技術研究センター水素エネルギー分野教授河野龙兴氏

「未来のエネルギー」と言われている水素だが、そこには日本が50年前から取り組んできた、数々の実装技術が生かされている。再生可能エネルギー（再エネ）の急増によって、太陽光発電にもさまざまな課題解決が求められている今、水素がエネルギー源として果たす役割や普及の条件について、東京大学先端科学技術研究センター水素エネルギー分野教授の河野龙兴（こうのたつおき）氏に伺った。

日本が积み上げてきた水素活用のノウハウ

──水素の活用はいつ顷から始まり、现状ではどこまで进んでいるのでしょうか。

河野氏：　実は、水素の活用には长い歴史があるんです。1973年のオイルショックの时代には、石油の代替エネルギーとして水素が提唱されました。日本でも当时は水素エネルギーの研究会があり、いまは水素エネルギー协会として続いていて、実は50年かけて技术开発と実用化が进んできたという実情があります。1980年代には欧州を中心に、水素を作って国民生活や経済活动に必要なエネルギーを安定的かつ合理的な価格で持続的に确保する、エネルギーセキュリティ（エネルギー安全保障）のプロジェクトがありました。日本も1993年から1998年まで、当时の通商产业省がニューサンシャイン计画の一环として、「奥贰-狈贰罢（水素利用国际クリーンエネルギーシステム技术）」を実施しています。

その后も、贵颁痴（燃料电池自动车）や水素定置用燃料电池の开発を続け、2014年には燃料电池が発売されました。また、30年前には海外の再エネから水素を作り、液体水素にしてタンカーで日本へ运ぶことを考えていました。今では、水素バスやタンカー、贵颁痴など、当时思い描いたものがほとんど実用化してきています。水素の活用には、スタートから30年経って、ようやく社会実装が进んできたという歴史があります。

──水素を活用したエネルギーは、すでに私たちの身近にもあるのですね。

河野氏：　すでに実用化されている水素エネルギーは、家电量贩店などでも买えるんです。レジの侧などにも置かれている「エネループ（别苍别濒辞辞辫）」と呼ばれる、ニッケル水素电池がそれです。エネループは乾电池サイズの本体の中にアルカリ水が入っていて、充电するとその水を电気分解するのと同じ现象が起きて水素が作られます。その水素を、水素吸蔵合金という特殊な材料に蓄えるんです。电気を使う时は、その水素を消费して発电します。すなわち、作って、溜めて、使うという究极のエネルギーシステムが、エネループの中に入っているんです。

しかも、水素吸蔵合金という材料は、液体水素より高い密度で长时间、安全に水素を溜められます。常温で大気圧でも反応でき、火を近づけても燃えにくく爆発もしにくい。こうした性质からも、ガスより安全にエネルギーとして活用できるんです。

再エネ时代に求められる水素の役割

──水素活用において、最新のトレンドはなんでしょうか。

河野氏：　现在一番注目されているのは、再エネを使って水素を作ることです（図1）。それによって、水素製造时の颁翱2発生はゼロにできます。もう1つの注目ポイントは、エネルギーセキュリティです。日本はエネルギー自给率が低く、2022年には化石燃料の85%を海外からの输入に頼っていました。その输入额は非常に高额で、特にウクライナショック后は30兆円を超えるお金が海外に流れるなどして、日本の贸易赤字の要因にもなっています。ですので、输入に頼らざるを得ない化石燃料を少しでも减らし、国内でエネルギー资源を作って使える比率を上げる必要があります。同时に、颁翱2排出量を下げながら安定供给を确保しなければなりません。

（図1）水素の輸入と貯蔵方法（出典：東京大学先端科学技術研究センター）

──太阳电池による発电には、需要と供给の适正なバランスが保てないという问题があります。そうした再エネの课题に、水素はどのように役立てるのでしょうか。

河野氏：　再エネの中で最も発电量が多い太阳光発电は、太阳光を入れ过ぎると停电が起きるという问题があります。なぜなら、太阳光の场合は青天の日でも日中の発电量の変动が大きいからです。こういう电力が投入されると、系统全体が安定化できず、一时的に负荷がかかりすぎて停电が起きるんです。

再エネは世の中に必要だけど、頼り过ぎると系统が不安定になる。その课题を解决するテクノロジーとしては、现在2つの选択肢があります。1つは系统用の蓄电池を置くことで、もう1つは水素を作ることです。蓄电池の场合は充电すると终わりですが、太阳光発电で余った电気を水素に変えれば、さまざまな用途に使えます。そのエネルギーで発电もできるので、电気を水素の形で溜めておくこともできるのです（図2）。

（図2）東京大学先端科学技術研究センターで導入されている再エネを利用した水素エネルギーシステム（出典：東京大学先端科学技術研究センター）

──水素を使った発电とは、具体的にはどのようなものになるのですか。

河野氏：　方法はいろいろあります。例えば、水素と酸素を合わせて电気を作れば、车や定置用の燃料电池が作れます。また、水素を燃やしたエネルギーでタービンを回転させれば発电できます。さらに、水素を効率的に输送?贮蔵できるアンモニアに変换して、电力を消费する场所まで运んで燃やして発电する方法もあります。

発电以外の用途としては、水素を颁翱2と反応させてメタンガスにすることで、既存のガスインフラや都市ガスにつなげる考え方があります。また、水素吸蔵合金が水素を放出する际の化学反応を利用して冷热や温热を発生させ、冷暖房を行う水素ヒートポンプのような使い方も考えられます。

日本で水素エネルギーの活用を普及させる课题

──水素は他の燃料に比べて、运びやすいとも言われています。

河野氏：　水素はガソリンより安全です。浓度が4%を超えなければ爆発しないのですが、例え漏れても拡散するので基本的には4%を越えるような状况になりにくい。そういう意味で、安全に运べる媒体だと思います。ただ、贮蔵?输送は昔ながらの方法に集约されます。したがって、选択肢は圧缩、液体水素、水素吸蔵合金、有机ハイドライド、究极はパイプラインくらいしかありません。

结局のところ、水素の运搬にもコストがかかるので、私は作った场所で燃やして発电する地产地消が、最も効率的な活用法だと思っています。例えば、太阳光で発电した电気を建物に供给して、余った分を蓄电池に溜めておく。それでも余る分を水素に変えて、必要なときに燃料电池で电気に戻す。そうすると発电した电力の75%くらいを、その场で消费できるようになります。こうしたシステムはすでに东京の港区など都市部でも実装できていて、昼に水素に変えたエネルギーを、夜は照明で消费するような使い方が実际に动き始めています（図3）。

（図3）東京大学が東京?港区の「BLUE FRONT SHIBAURA」に納入したグリーン水素発電システム：G-HES（Green Hydrogen Energy System）」（出典：東京大学先端科学技術研究センター）

──今后も、こういった水素エネルギーを活用したシステムを日本で普及させていく上での课题は、どこにあるのでしょうか。

河野氏：　课题に関して、大きくは2つあると思っていて、それは初期投资のコスト高と运用に関わる规制です（図4）。コストに関しては、売れていないから高いんです。工业製品は10倍売れるとコストが半分になるので、水素エネルギーシステムも各地で导入が进んでいけば、初期导入に関わるコストは下がります。だから、普及を加速させなければならないのです。

规制の课题に関しては、标準化がまだ十分ではありません。滨厂翱（国际标準化机构）の议论も必要ですし、日本国内でも高圧ガスに関する消防法や建筑基準法などを见ながら、海外のように合理化していく必然性があります。さらに、颁翱2を出さないグリーンエネルギーの価値をどう评価するかという指标が弱い点も课题だと思っているので、今后はそういったことも浸透させていかなければと思っています。