ブルー水素とは？グリーン水素の違いと取り組み事例について

水素は燃焼時に温室効果ガスを排出しないため、脱炭素社会の実現において重要な役割を果たし、特に建設業界での環境負荷の低減と効率的なエネルギー利用に貢献しています。水素の種類は製造方法で分けられていますが、種類の一つのブルー水素は化石燃料から製造されていますが、発生したCO2を捕捉・貯蔵することで環境負担を削減しています。

一方、グリーン水素は再生可能エネルギーから水を電気分解して生成され、CO2を排出しません。水素製造技術は建設現場でのCO2排出量削減に有効であり、持続可能な建設活動に不可欠です。

そこでこの記事では、「ブルー水素とグリーン水素の違い」を、日本や海外のブルー水素に関する取り組みを紹介しながら解説します。今後さらに注目を集めていくであろう水素の種類について、今のうちにしっかり理解しておきましょう。

ブルー水素とは

ブルー水素とは、石炭や天然ガスといった化石燃料を自動熱分解や蒸気メタン改質によって     CO2と水素に分解することで製造される水素です。分解の過程で発生したCO2は、CCSという方法で回収・貯蔵されるため、従来のエネルギー源よりも大幅に温室効果ガスの排出量を削減できます。

発生したCO2は、地中深くに貯蔵・圧入されますが、全てのCO2を回収できるわけではありません。そのため、完全にクリーンな水素とは言えず、「ブルー水素」と呼ばれています。

CO2の排出量を実質ゼロにはできないブルー水素ですが、「グリーン水素」の普及に課題が多い中での移行手段として、注目を集めています。「グリーン水素」に関しては、次の項で詳しく解説するので、ぜひ参考にしてください。

ブルー水素の生産量における見通し

グリーン水素やブルー水素など、低排出水素はクリーン水素と呼ばれています。2023年の世界水素生産量は9,700万トンで前年比2.5％増加しましたが、この内クリーン水素の割合は1％未満にとどまり、大部分が化石燃料由来の水素でした。つまり、クリーン水素の年間生産量は100万トン以下であり、クリーン水素の年間生産量の多くはCO2を分離・回収・貯留するブルー水素となっています。

一方で、2030年までにクリーン水素の生産量は大幅に増加し、年間4,900万トンに達する見込みです。クリーン水素の生産量の内訳は、再生可能エネルギー由来のグリーン水素が3,700万トン、ブルー水素が1,100万トンと予測されています。

2030年の見込み生産量は現在のブルー水素生産量から10倍以上の成長を意味し、脱炭素に向けた世界的な取り組みの中で、ブルー水素が過渡期の重要な役割を担いながらも、長期的にはグリーン水素への移行が進むと予想されています。

出典：JETRO/クリーン水素プロジェクトは増加するも伸び悩む水素需要

ブルー水素とグリーン水素の違い

前の項でブルー水素の概要について解説しました。水素には、ブルー水素以外にもいくつか種類があります。ここでは、主にグリーン水素について、ブルー水素との違いを解説します。

グリーン水素とは

引用：次世代エネルギー「水素」、そもそもどうやってつくる？｜資源エネルギー庁

グリーン水素とは、製造時にCO₂を直接排出しない水素のことです。太陽光や風力などの再生可能エネルギーで水を電気分解して製造されます。なお、太陽光パネルや電解装置の製造、水の調達などで間接的にCO₂が排出される場合もありますが、化石燃料による水素製造と比べて環境負荷は大幅に抑えられます。

製造過程でのCO2の排出がほぼないため、ブルー水素よりもクリーンなエネルギーと言えます。また、枯渇リスクがある化石燃料を使用しない点からも、脱炭素社会の実現において大きな役割を持つ水素です。

そのため、EUではブルー水素ではなく、グリーン水素の普及を政策として掲げています。しかし、グリーン水素は現状、製造コストや供給の不安定さから、実用化が進んでいません。

グリーン水素の普及を進めるためには、水を電気分解する際にかかる電力コストの削減や、より安価な水電解装置の開発が必須です。

グリーン水素のメリット・デメリット

グリーン水素のメリット・デメリットは、以下のとおりです。

メリット	デメリット
製造から利用までCO₂を排出せず、環境負荷が極めて低い 再生可能エネルギーの余剰電力を水素として貯蔵・活用できる	製造に大量の電力を必要とし、コストが高くなりやすい 電気分解による製造には爆発リスクがあり、安全対策が求められる

グリーン水素の最大のメリットは、製造工程から燃焼時までCO2を排出しないため、環境負荷が極めて低く、気候変動対策として有効な点です。また、太陽光や風力などの再生可能エネルギーは天候や時間帯により発電量が変動しますが、余剰電力を水素に変換して貯蔵することで、電力供給が不足した際の代替エネルギーとして活用できます。

一方、デメリットとしては、コスト面と製造の安全面に課題を抱えている点が挙げられます。水の電気分解による製造過程では大量の電力を消費するため、再生可能エネルギー由来の電力を使用するとコストがかかります。さらに、電解法による製造は爆発リスクも伴うため、安全面での対策も必要です。

他の水素について

水素には、ブルー水素・グリーン水素のほかにも製造方法の異なるいくつかの種類があります。例えばグレー水素は、石炭や天然ガスといった化石燃料から製造された水素です。製造される過程はブルー水素と変わりませんが、発生したCO2の回収・貯蔵は行われません。

製造コストの安さから大量生産が可能であるため、現在製造されている水素のほとんどがグレー水素です。しかし、脱炭素社会が推進される中で、地球温暖化に直接影響を与えるグレー水素の使用が大きな問題となっています。

また、イエロー水素は原子力発電を利用し、水を電気分解して製造された水素です。製造方法はグリーン水素と変わらず、製造過程でのCO2の発生がほとんどありません。しかし、製造過程で生成される放射性物質によるリスクが大きいことから、課題が多い水素でもあります。イエロー水素は、グリーン水素のうち太陽光を使用して製造された水素を指すこともあります。他にも、地中など自然界に高い濃度で存在している水素をホワイト水素と呼び、回収の方法が検討されています。

ブルー水素に関する日本の取り組み事例

ここまでで、ブルー水素やその他の水素について解説しました。ブルー水素への取り組みは、温室効果ガス排出量の削減に向けて重要な役割を担っていることがわかったのではないでしょうか。

次に、ブルー水素の普及に向けて日本国内で行われている取り組みを3つ紹介します。

株式会社INPEX

株式会社 INPEX（以下「当社」）は、当社が実施しております「ブルー水素・アンモニア製造・利用一貫実証試験」（以下「本実証試験」）において、本日7月12日に地上プラント設備の起工式を実施し、建設工事に着手いたしましたので、お知らせいたします。

本実証試験は、利用時にCO₂を発生しないクリーンなエネルギーである水素・アンモニアを、その製造から利用まで一貫して実施する、国内初のプロジェクトです。

原料となるガスは新潟県内で当社が操業する南長岡ガス田からの国産天然ガスを利用します。また、製造の際に副次的に発生するCO₂は、既にガス生産を終了した東柏崎ガス田平井地区の貯留層へ圧入（CCUS）し、大気への排出量を抑えます。このようにして製造した水素はブルー水素(注1)と呼ばれ、本実証試験で製造したブルー水素は水素発電設備を通して新潟県内に電力として供給いたします。また、一部ブルー水素からブルーアンモニア(注1)を製造し、新潟県内の需要家様への供給を目指しております。

引用：新潟県柏崎市での国内初のブルー水素・アンモニア製造・利用一貫実証試験 地上プラント設備の建設工事開始について｜株式会社INPEX

岩谷産業株式会社

岩谷産業は、国際的な水素サプライチェーン構築に向けた様々な取り組みに参画しており、豪州の褐炭(低品位の石炭)から水素を製造し、発生した二酸化炭素を地中に貯留してブルー水素を製造・輸送するプロジェクトや、グリーンイノベーション基金を活用して商用レベルのサプライチェーンを構築する「液化水素サプライチェーンの商用化実証」など、2030年に水素を大量調達することを目指した具体的な取り組みを進めています。

また、国内で低炭素な水素を製造して地産地消したり、LPガスに水素を混合して低炭素化を目指すなど、国内で水素を調達し、低炭素社会を実現するための実証実験にも積極的に取り組んでいます。

引用：水素エネルギー社会に向けた新たな実証事業が2件スタート「岩谷水素技術研究所」を設立｜岩谷産業株式会社

住友商事株式会社

電源開発株式会社（以下、「Jパワー」、本社：東京都中央区、代表取締役社長 社長執行役員：渡部肇史）、住友商事株式会社（以下、「住友商事」、本社：東京都千代田区、代表取締役 社長執行役員 CEO：兵頭誠之）は、豪州ビクトリア州ラトロブバレーにおける、ガス化褐炭を用いたクリーン水素（※1）製造事業（以下、「本事業」）の検討を共同で実施する覚書を締結しました。

本事業は、これまで日本政府および新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の支援を受け、Jパワーが実施した多目的石炭ガス製造技術（EAGLE）開発およびそれを適用したJパワーと中国電力株式会社による大崎クールジェンプロジェクトの成果を反映し、また2022年に日豪両国の官民が協力し完遂した、国際水素サプライチェーン構築実証（※2）から得られたデータや知見を活用し、CO2分離・回収（CCS）技術を併用することで、クリーン水素製造の事業化検討を進めるものです。

製造したクリーン水素は、豪州域内での利活用のほか、NEDOの「グリーンイノベーション基金事業」として採択された「液化水素サプライチェーンの商用化実証（※3）」との連携についても検討し、世界初の商用規模水素サプライチェーン構築を目指します。

引用：豪州ビクトリア州においてガス化褐炭を用いたクリーン水素製造の事業化を検討します｜住友商事株式会社

ブルー水素に関する海外の取り組み事例

次に、海外で行われているブルー水素に関する取り組みを3つ紹介します。

イギリス

英国政府は2020年11月の「グリーン産業革命のための10項目」と、2021年10月に発表した「ネットゼロ戦略」で、水素生産に関する具体的な目標を設定。2030年までに5ギガワット（GW）の低炭素水素製造能力を確立することを目標に掲げた。2021年8月には低炭素水素製造能力を開発するロードマップなどを示した「水素戦略」を発表（2021年8月23日付ビジネス短信参照）。その後、2022年2月にロシアによるウクライナ侵攻が発生。脱炭素・カーボンニュートラルの達成に加え、エネルギー安全保障の確保が英国のエネルギー政策の最重要課題と位置付けられ、同年4月に「エネルギー安全保障戦略」が設定された。エネルギーの脱ロシア、国産化に向け、それまで掲げていたクリーンエネルギー関連の目標を上方修正。このうち水素の生産能力目標も引き上げ、2030年までの水素製造能力の導入目標を10GWに倍増。うち少なくとも半分はグリーン水素とすることを目指す（2022年4月13日付ビジネス短信参照）。

資金面については、「グリーン産業革命のための10項目」で水素生産設備への投資に2億4,000万ポンド（約408億円、1ポンド＝約170円）拠出するとされており、以降の水素関連政策はこのファンドが基盤となっている。

引用：エネルギー安全保障・ネットゼロに向け水素拡大（英国）｜日本貿易振興機構（ジェトロ）

オーストラリア

オーストラリア連邦政府は、2019年11月に世界的な水素大国となることを目指して「国家水素戦略」を発表した。同戦略においては、2025年までに基礎研究と実証段階を終え、2030年までに「クリーンで革新的で競争力があり安全な水素産業」を創出し、特にアジア市場向け水素輸出国のトップ3入りを目指すことを明記している。連邦政府の方針としては、国内に豊富な設備を持つ風力発電と太陽光発電をベースとしたグリーン水素を安価に製造し、その主要市場となるアジアとの近接性を生かして、国内消費のみならず大半をアジアなどへの輸出に回すことで、水素を資源輸出産業の新たな柱とする狙いがある。

また、オーストラリア再生可能エネルギー庁（ARENA）は、2040年（1年間）にオーストラリアの水素輸出額が約57億オーストラリア・ドル（約5,415億円、豪ドル、1豪ドル＝約95円）（中位推計）になると試算しており、日本、韓国、中国が輸出先として大きな比重を占めると予測している（表1参照）。ARENAによると、中でも日本はオーストラリアにとって世界最大の水素需要国になる可能性が高く、また日本も国内需要の20％程度をオーストラリアから輸入すると予測されている。

引用：豊富な資源と地理的好条件を生かし水素輸出国を目指すオーストラリア｜日本貿易振興機構（ジェトロ）

スイス

2024年３月、スイスのスタドラー社の水素を動力源とする鉄道車両「FLIRT H２」が、給油や充電を行わずに1741.7マイル（約2803km）を走行したことでギネス世界記録に認定された。2803kmというと、東京－大阪間を３往復近くできる距離だ。

世界記録のためのテストは2024年３月20日夜、米コロラド州プエブロにある鉄道技術の研究施設「ENSCO Transportation Technology Center」にて行われた。FLIRT H２がテストトラックを周回する間、スタドラーとENSCOのエンジニアチームは交代しながら夜通し車両を運転し続け、出発から46時間以上がたった3月22日午後５時23分にテストは終了した。

スタドラー社は、2021年12月にも「FLIRT Akku」というバッテリー動力の車両による最長走行距離でギネス世界記録を樹立していたため、これが２度目のギネス記録タイトル獲得となる。

FLIRT H２は水素を電気に変換する水素燃料電池を搭載しており、水素から生成された電気エネルギーは、列車の動力はもちろん、バッテリーの充電、車内の空調システムなど、いくつもの用途で利用される。さらにブレーキをかけるときに発生する運動エネルギーなどもバッテリーに蓄えられるようになっている。

引用：スイスの水素列車がギネス世界記録　給油・充電なしで2803kmを走行｜ELEMINIST

ブルー水素のメリット・デメリット

温室効果ガスの排出量削減に向けて、ブルー水素に関する取り組みが重要であることは前述した通りです。しかし、ブルー水素にはメリットだけでなく、デメリットも存在します。ここでは、ブルー水素のメリットとデメリットを解説します。

ブルー水素のメリット

ブルー水素には、主に以下のようなメリットがあります。

• CO2排出量の削減
• 生産コストが低い
• 安定した供給
• 既存インフラの活用

ブルー水素は、製造過程で発生するCO2をCCSという方法で回収・貯蔵できるため、従来の化石燃料を使用した方法よりも、CO2排出量を大幅に削減できます。

また、採取方法が整備されている化石燃料を使用して水素を製造するため、製造コストを抑えた安定的な供給が可能です。既存インフラを利用して製造できる点も、コストを抑えられる要因の1つです。こういったメリットから、ブルー水素はグリーン水素が完全に普及するまでの、移行手段として今後さらに重要な役割を果たしていくと予想されます。

ブルー水素のデメリット

ブルー水素には、以下のようなデメリットがあります。

• 技術面の課題
• CO2排出量がゼロにはならない
• 化石燃料が必要
• CCSコストが大きい

前述した通り、ブルー水素の製造過程で発生したCO2は、CCSという方法で回収・貯蔵されます。しかし、発生するCO2を全て回収できるわけではなく、脱炭素社会の実現において、デメリットです。

またブルー水素は、製造自体のコストは安価に済ませられても、CO2の回収・貯蔵によって、結果的に大きなコストがかかることが問題視されています。地中深くに貯蔵・圧入されるCO2の漏出リスクや、貯蔵場所の課題も避けては通れません。

ブルー水素の普及を進めるためには、CCS技術の課題解決が必須となります。しかし、あくまでもグリーン水素の普及の中での移行手段でしかないブルー水素の開発に注力してしまうと、脱炭素社会の実現が遅れかねません。

水素社会の今後について

水素は、利用の際に温室効果ガスの排出がないため、脱炭素社会を実現するうえで、非常に大きな役割を持ちます。中でもグリーン水素は、製造過程においてもCO2の排出量がほぼ無いため、非常にクリーンなエネルギーです。

しかし、ブルー水素やグリーン水素のような地球温暖化対策となる水素には、コスト面において大きな課題があります。

引用：令和2年度エネルギーに関する年次報告（エネルギー白書2021）｜資源エネルギー庁

上記の画像を見てわかる通り、水素の製造コストは、同じ代替燃料であるアンモニアと比べても、大きな差があります。こういった課題を解決できなければ、水素の普及は進みません。

2023年6月に改定された水素基本戦略では、以下の4つのポイントに焦点が当てられました。

• 2030年の水素等導入目標300万トンに加え、2040年目標を1200万トン、2050年目標は2000万トン程度と設定
• 2030年までに国内外における日本関連企業の水電解装置の導入目標を15GW程度と設定
• サプライチェーン構築・供給インフラ整備に向けた支援制度を整備
• G7で炭素集約度に合意・低炭素水素等への移行

日本は石油や天然ガスといった化石燃料のほとんどを海外からの輸入に依存しています。しかし、近年の社会情勢や経済の不安定さから、化石燃料の供給は安定しているとは言えません。さらに、枯渇リスクのある化石燃料の供給は、今後ますます不安定になると予想されます。

一方で、日本の水素に関する技術は世界でも高いレベルであると言われていることも事実です。また、日本国内でのエネルギー原料の大量生産や長期貯蔵を可能とする水素に関する技術の発展は、エネルギー安全保障の強化にもつながります。

まとめ

ブルー水素は、石炭や天然ガスといった化石燃料をCO2と水素に分解することで製造される水素です。発生したCO2は回収・貯蔵されるため、従来の水素の製造方法よりも温室効果ガスの排出量を大幅に削減できます。

建設業界においても、ブルー水素の利用が期待されています。特に、建設機械や発電設備の動力源としての利用を通じて、現場でのCO2排出量削減を図ることが可能です。さらに、大規模なインフラプロジェクトにおけるエネルギー供給源としても、ブルー水素が有効に活用されることが見込まれます。