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水素とエネルギー移行:1つの分子で全てを制する試み

  • 2022年10月4日 (10 分で読めます)

  • 水素は気候変動の特効薬 ではないが、炭素を使わずに製造することができれば、エネルギーシステムを脱炭素化するための重要な手段になりえる

  • 目標は、グリーン水素を中心とした水素エコシステムの開発。そのためには、輸送と貯蔵のインフラへの投資が必要

  • 機器サプライヤーよりも、再生可能エネルギーや水素の統合的なサプライチェーン分野に投資機会があると考える

気候変動に関する政府間パネル(IPCC)は2021年8月の報告書で、人類は二酸化炭素(CO₂)とメタン(CH₄)を中心とする温室効果ガスの排出によって、地球温暖化に大きく関与していることを明らかにしました。 1 気温の上昇を抑制し、地球の生態系の混乱を抑えるためには、脱炭素経済への移行により、これらの排出量を削減することが必要です。

今、世界では、政府、企業、投資家の努力にもかかわらず、産業革命以来、化石燃料に依存してきた経済が続いています。排出量の約80%を占める石炭、原油、天然ガスは、エネルギー密度が高く、輸送や貯蔵が比較的容易なため、これまで多く利用されてきました。2

経済や社会が変化するにつれ、炭素のコストが明らかになり、人々はより高いコストを支払うことになります。経済学用語では、「外部性を内部化する」と言います。移行に伴い、2つのエネルギーシステムで生活することは、さらなるコストの発生につながりますが、この移行には投資と成長機会が待っています。3

また、それは行動的・社会的な変遷でもあります。消費するものを厳しく選び、「(必要最低限の)基礎」と「贅沢」の習慣を再定義しなければなりません。少なくとも1人当たりの排出量が多い先進国では、エネルギー、商品、サービスを必要に応じていくらでも利用できるという論理が疑問視されるようになるでしょう。

この文脈で、水素(正確には2水素またはH₂)は、脱炭素化のために使用できる多くのツールおよび広範なソリューションの中で、近年注目を集めています。 4 水素は、カーボンフリーの電力、燃料、原料、エネルギー貯蔵の源となる可能性があります。しかし、投資家にとって、変化のペースと規模、そしてそれが融資対象企業や産業にどのように影響するかを予測することは常に困難です。こういった面の詳細については、本記事の最後にあるリンクをクリックすると、リサーチペーパーの全文を読むことができます。

グレーゾーン

水素経済はすでに実現しています。国際エネルギー機関(IEA)によると、2020年には約9,000万トン(90MT)が生産されました。5 この水素は、主に燃料から硫黄を除去したり、肥料製造で使用されています。世界の多くの国では、天然ガスの主成分であるメタンを分解して水素を製造していますが、中国では石炭のガス化によっても製造しています。いずれのプロセスも炭素集約的で、特に石炭ルートでは、水素製造により年間約900MTのCO₂が発生すると推定されており、これは世界排出量の2.5%に相当します。このため、天然ガス系水素は「グレー」、石炭系水素は「黒色」または「茶色」と表示されてきました。CO₂が排出される天然ガスから製造される水素は、「ブルー」水素と呼ばれています。

しかし、水素をめぐる議論は、再生可能電力を使って水の電気分解によって製造される、いわゆる「グリーン」水素が中心となっています。このような生産経路では、CO₂は排出されません。しかし、IEAによると、グリーン水素が2020年の総生産量に占める割合は0.03%とわずかです。6 さらに、グリーン水素はグレー水素よりもはるかにコストが高く、ほとんどの分析では、コストの差は3倍以上と指摘されています。

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水素の製造区分
左側から時計回りで、「黒:石炭ガス化」、「茶:石炭(褐炭)ガス化」、「グレー:メタン水蒸気改質」、「青:メタン水蒸気改質+炭素回収・貯留」、「ピンク:原子力発電による水の電気分解」、「ターコイズ:メタン熱分解」「緑:再生可能エネルギーによる水の電気分解」 出所: アクサIM

いずれのエネルギー移行シナリオにおいても、水素の用途が拡大し、グリーン水素のコストが劇的に低下した場合、水素市場は2050年までに2倍から6倍へと拡大すると予想されています。規模が大きくなれば、再生可能エネルギーのコストが着実に下がり、電解槽の産業化も進むため、コスト削減に貢献することができます。

現在のコスト予測では、グリーン水素は10年ほどでコスト的に優位に立つとされています。もし炭素コストが付加されるなら、グローバルで十分に高いレベルで、グレー水素の価格が高くなるため、グリーン水素の相対的な価値が増すでしょう。

水素は、エネルギー移行における戦略的金属の必要性に関する議論にも関連してきます。水の電解技術にはアルカリ性とプロトン交換膜(PEM)の2種類があり、それぞれ大量のニッケルとイリジウムを必要とするため、鉱業界は大きな投資を行うことになるでしょう。

しかし、グリーン水素の開発で最も重要なのは、水の電気分解が非常に電気を消費するプロセスであるため、再生可能電力を大量に必要とすることです。再生可能エネルギーの電力容量は急速に増加しており、この伸びはさらに加速されると予想されますが、グリーン水素製造はその電力需要の大きな部分を占める可能性があります。IEAは、ネットゼロシナリオにおいて、現在ほぼゼロであるグリーン水素が、2050年には世界電力の10%を消費するようになると予想しています。

グリーン水素と再生可能エネルギーの融合には、いくつかの課題があります。

  • クラウディングアウト:再生可能エネルギーが経済の脱炭素化に重要な役割を果たす中、水素製造に使用される再生可能エネルギーは、他の用途に利用できません
  • エネルギー効率化:水素は、製造や輸送に必要なエネルギーを考えると、比較的非効率なエネルギー媒体であると言えます。(電力をそのまま使う)直接電化は、水素よりも優れた選択肢であり、可能な限り推奨されるべきです
  • アプリケーション:水素は、すべてのエネルギー問題を解決する魔法のような存在として、しばしば誇張されています。既存の生産設備をグリーン化することがまず大切であり、そして新たな水素製造は、より良い代替手段がない用途に特化することが重要です。

当社は、水素は、大型車による長距離道路輸送、長距離輸送、製鉄、そして非常に高い熱量を必要とする特定の工業プロセスの脱炭素化に最も適していると考えています。また、水素は地下の塩の洞窟に貯蔵できるため、断続的な電源が主流となる電力網を補完する役割も期待できます。

また、競合する技術も把握する必要があります。例えば、電池技術の進歩により、特定の用途における水素の価値が変化する可能性があります

投資家にとっての投資機会

水素経済は、風と太陽と水があるところならどこでも成り立つという利点があり、輸入化石燃料への依存を減らすのに有効であると思われます。水不足地域では、淡水の代替として汽水や海水を利用した海水淡水化が可能です。水の入手は技術的にもコスト的にも障害にはならないように思われますが、地域社会レベルでの社会的受容を得ることは困難な可能性があります。

より広い意味では、水素の全体的な受容性とリスク認知が重要な要素になります。水素は化学物質であるため発火しやすく、漏洩しやすいという問題があり、高圧縮や超低温が必要なため、既存のバリューチェーンでは取り扱いが複雑なことが指摘されています。また、水素製造のためには多くの風力発電所や太陽光発電所の建設が必要なため、物理的なフットプリントも考慮しなければなりません。

投資家は、水素関連の投資機会とリスクを評価する際に、非常に慎重になるべきと考えています。

再生可能エネルギーである電力は、グリーン水素の成長ポテンシャルを享受するための明確な道筋です。電力利用の拡大と多くのプロセスの電化は、太陽光発電や風力発電の数十年にわたる発展を約束します。グリーン水素は多くの成長ドライバーの1つであることは認めますが、それは同時にリスクが広がっていることを意味します。自然エネルギーに強い電力会社は、水素経済の台頭で利益を得られるでしょう。

水素は簡単には扱えない分子です。そのため、すでに水素の製造、特に物流に携わっている企業、すなわち産業ガスメーカーが競争力を持つ可能性があると考えています。複雑なバリューチェーンを管理するノウハウがあれば、競合他社に差をつけることができると考えています。欧米を中心とした石油・ガス総合企業が数社、水素への投資を始めています。複雑なエネルギーバリューチェーンや化学プロセスの経験を持つ企業は、信頼できる水素プレーヤーとなり得ますが、それでも、主に化石燃料の生産者として何年も留まることになるでしょう。

機器メーカーについては、リスクがチャンスに勝る可能性がある分野といえるでしょう。最も注目すべきは、電解技術のメーカーが、非常に力強い数量の伸びを見せる一方で、強い価格圧力と激しい競争を強いられることです。グリーン水素産業向けのピックやシャベルを販売する企業については、やがてコモディティ化が進むと思われます。

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