低炭素社会の実現に向けた水素エネルギーについて(1)

-熱需要におけるCO2フリー水素による化石燃料代替-


東京電力ホールディングス(株)技術・環境戦略ユニット技術統括室 プロデューサー


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最終エネルギー消費と水素エネルギーの現在の利用状況

【1】はじめに

 現在、国際的なエネルギー価格変動と地球温暖化問題への実践的対応が世界共通の大きな課題となっている。地球環境を保全しながら経済発展に必要なエネルギー利用を確保するという、非常に困難な課題の同時達成が求められている。原油生産は既にピークを越したとするピークオイル論にみられるように、可採年数に限りのある天然資源に依存したエネルギー利用は、時期の前後はあれども、いずれ壁に突き当たることは避けられない。一方で、一人当たりのエネルギー需要が2030年よりも前に頭打ちとなる「需要のピークアウト」も第23回国際エネルギー会議(イスタンブール2016年)で新たに取り沙汰されるなど、エネルギーを取り巻く社会の不確実性は増大しつつある。
 また、天然資源に乏しく、エネルギー自給率がわずか6%(2012年度)に過ぎない日本は、資源輸出国側のナショナリズムの高まりと、エネルギーのグローバルガバナンスがOECD諸国から非OECD諸国に移行しつつあるという外部環境の変化に、自国の経済基盤がさらされているという脅威も変わりはない。
 一方、地球温暖化問題は1990年代に国連の気候変動枠組み条約に基づき世界規模での対策が講じ始められた。中でも1997年のCOP3(第3回国連気候変動枠組み条約締約国会議)でまとめられた京都議定書は2008年から2012年までの削減目標を明記した最初の取り組みであった。これを引き継ぎ2015年12月のCOP21でパリ協定が議決された。2016年11月のインドの批准によりパリ協定が発効されたことは記憶に新しいところである。

【2】CO2削減対策のボトルネック 「熱」の需要

 環境技術で先行する日本は、国内の温室効果ガスを抑制するとともに、加速化する世界の動きに対応し、環境技術で世界を先導していくことが期待されている。現在、日本のCO2排出量は約13億t-CO2であり、世界で5番目にCO2排出量の多い国であることも事実である。その半分近くを工場などの産業部門・工業プロセス、残り半分を住宅などの家庭部門、ビルなど業務部門、自動車・船舶などの運輸部門が等分で占めている。同様にCO2排出に繋がるエネルギー消費も燃料構成比が異なることからCO2排出の比率と多少異なるものの同様の傾向である(図1)。

図1
図1 左:日本における温室効果ガス別排出量(2014年度) 右:最終エネルギー消費の推移
出典:温室効果ガスインベントリオフィス 全国地球温暖化防止活動推進センター、
総合エネルギー統計、国民経済計算年報、EDMCエネルギー・経済統計要覧

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 消費量の多いエネルギーというとまず電力が思い当たるが、現実は運輸分野も含め日本で消費するエネルギーの75%については需要場所で化石燃料を直接消費している(図2)。このうち、民生分野のエネルギー消費構成を細分化すると、業務分野では約半分、家庭分野では約2/3を冷暖房・給湯など熱需要が占めている(図3)。


図2

図2 最終エネルギー消費に占める電気と熱需要の割合
出典:省エネルギー小委員会(第17回)


図3

図3 家庭部門のエネルギー消費内訳
出典:EDMC/エネルギー・経済統計要覧

 需要場所で加熱や冷暖房など熱エネルギーを得る方法は次の二つの手段に大別される。

1.
一次エネルギーとして化石燃料を直接燃焼するケース
2.
電気エネルギーや水素エネルギーなど別の形のエネルギー(二次エネルギー)に形態を変えて熱を得るケース

 前者の化石燃料を直接燃焼しているケースでCO2排出量を削減するには消費そのものを抑制することが主になるが、後者の二次エネルギーに変換するケースでは太陽光発電(PV)や水力発電のように非化石エネルギー源に代替することで化石燃料の消費を抑制できる。今後、一層の温暖化対策を図るためには、熱需要を二次エネルギーに転換するといった抜本的な対策が求められるであろう。