その水素、なに色？

 新しくYUCaN研究センターに合流頂いた、名古屋大学の義家亮先生とのメールのやり取りで、水素が色分けされているということを知りました（知っている人には当然のこと？）。

再エネ推進派でも意外と知らない「クレー水素」「ブルー水素」「グリーン水素」の違い（エコノミスト）

水素にはもちろん色は付いていないですけど、どの様に製造された水素かで色分けをしているのです。この色分けは国際的にも通用しているみたいですね。grey hydrogen, blue hydrogen, green hydrogenでそれぞれの意味は同じです。

グリーンは何となく分かると思いますけど、再エネ、例えば太陽光発電の電力で水を電気分解して得られる水素で、CO2の排出はゼロ（太陽電池の製造におけるCO2排出はカウントしないとして）です。一方のグレーは化石燃料由来の水素で製造にCO2の排出が伴います。これはアンモニア合成など、工業原料としての水素の製造で大規模に行われていて、有名なのは石炭の水性ガス反応です。

C + H2O ➝ H2 + CO

CO + H2O ➝ H2 + CO2

この水素を極低温で液化したり、超高圧にしたりして貯蔵輸送することも出来なくないですが、エネルギー的にもインフラ的にも大変です。通常はすぐにハーバー・ボッシュ法でアンモニアに転化されます。

N2 + 3H2 ➝ 2NH3

アンモニアなら、ちょっと加圧するか温度を下げれば液化して、容易に貯蔵運搬出来ます（液化アンモニア、と書かれたタンクローリーをよく路上で見かけます）。なのでアンモニアを水素の運び屋、水素キャリアと見立てて、これを電気化学的に酸化するアンモニア燃料電池や、天然ガスと混ぜて燃焼したり、直接アンモニアだけ燃焼したりするアンモニア火力発電が検討されているわけです。アンモニアだけの燃焼ならば、CO2は出てきません。

4NH3 + 3O2 ➝ 2N2 + 6H2O

なのでゼロエミッション発電と見なされるわけですが、当然グレー水素であればその製造段階でCO2が出てしまっています。

で、話を最後にしたブルー水素とは、化石燃料由来の水素製造で出てくるCO2を環境中に放出せず、貯蔵したり再利用することで、それならば化石燃料を使ってもCO2は出ないことになるから、ブルー、というわけです。

CO2を地中深くや深海に埋めて環境に出てこない様にする技術をcarbon dioxide capture and storage (CCS)、それを再利用する技術をcarbon dioxide capture and utilization (CCU)と言いますが、CCSに対しては私は懐疑的です。埋めたまま出てこない様にすることなど出来るのでしょうか？石炭石油天然ガスを大量に地下から掘り出していますから、空いた隙間に埋めておくということですが、自然は必ず循環する仕組みがあるので、どうしたって出てきそうに思います。永久凍土につかまっていたメタンガスだって、温暖化のせいで出てきてしまっています。「その後が怖い」ということですね。一方CCUであれば良いんですけど、どうUtilizeするのかが問題です。結局CO2って燃えカスですから、外部からエネルギーを投入しない限り有用な含炭素化合物には戻りません。水素と反応させてメタンに戻す、などは当然ナンセンスで、その水素どこから持ってきた？となります。もしそれが石炭由来なら、CO2は増えるばかりです。太陽光のエネルギーでCO2を還元し、有機燃料に戻す、人工光合成ならば太陽光エネルギーでCO2を再燃料化するので良いですが、それはまだまだ実用を語れるレベルにはありません。

水素については、私はまだその知識が浅いので間違った理解もあるかも知れません。しかし、使用末端でゼロエミという点で水素は優れていて、水素をキャリアとしたエネルギーインフラというのはやはり挑戦を続けるべき課題だろうとは思います。CO2は垂れ流してはいけないので、貯蔵まで考えるわけですけど、水素の燃えカスである水は環境中にいくらでもありますからね。貯蔵する必要が無いわけです。今回はまず、水素の色分けの話でした。