今回は水素のことを書こうと思っていたところ、今日（4月22日）の日経朝刊11面にタイミング良く「水素キッチン」の記事が出ていました。下記文中に出てくる「水素キッチン（水素生成地層）」ではなく本当の「キッチン」です。1807年 にスイスの発明家（フランシス・アイザック・ディ・ライバス）が試作した世界初の自動車の燃料は水素でした。自動産業黎明期に電気自動車も登場しましたが、いずれも課題を解決できず、動力効率の良い内燃エンジンが主流になったのが自動車の歴史です。200年以上を経て、水素が主役になれるかどうか、重要な局面を迎えています。
EUは2019年に「欧州グリーンディール」構想（経済成長と脱炭素化の両立構想）、翌2020年に「欧州水素戦略」を発表。水素利用に軸足を置き始めました。
さらに2022年、ロシアのウクライナに侵攻を契機に行動計画「リパワーEU」を策定し、水素利用加速を企図した「水素加速化計画」を発表。2030年までにEU域内の水素供給量2千万t（域内生産1千万t、輸入1千万t）実現という数値目標も定めました。
利用する水素は生産過程でCO2等のGHG（温室効果ガス）を排出しない「グリーン水素」が必須。グリーン水素の生産・利用拡大のため、2023年3月に「欧州水素銀行」構想を発表。欧州水素銀行はグリーン水素の生産者に補助金を拠出する組織です。
それを受けた昨年11月末、EUは総額8億ユーロの補助金給付のための競争入札を実施。5月に結果が公表されるそうですが、選定された生産者は10年間に亘って補助金を受給します。生産者にコスト低減インセンティブを与えて水素利用を加速させる狙いです。
水素の単位重量当たり発熱量はガソリンの約3倍。水素と酸素から電気を作る燃料電池は自動車や航空機等を動かすことができます。運輸・航空業界等で消費する膨大なエネルギーを太陽光や風力で賄うことは現実的ではないため、水素に注目が集まっています。
水素は燃やしても水しか発生しないため、水素を用いた発電はCO2を排出しないクリーンエネルギーです。
水素は自然界に最も多く存在する元素ですが、多くは他の分子と結合した形で存在するため、水素を得るにはその結合を分離する製造プロセスが必要です。
天然ガスに含まれるメタン（CH4）や原油に含まれるナフサ（粗製ガソリン）等々、水素と炭素から構成される物質を水蒸気で化学反応させ、水素とCO・CO2を発生させ、そこからCO・CO2を除去して純粋な水素を生産します。
石油、天然ガス、メタノール、エタノールに加え、下水汚泥、廃プラスチック等々、様々な資源から水素を生産できます。製鉄所や化学工場等において、他の製品の製造工程でも副次的に水素が発生します。
その製造プロセスにはエネルギーが必要であり、そのために通常は化石燃料が使われています。したがって、水素の生産過程でCO2を排出します。現時点では世界の水素の9割以上は化石燃料（主にメタン）から製造されており、その過程でCO2が発生しています。
生産水素と天然水素は同じ物質（H2分子）で性質も同じです。常温では気体、無臭で高い可燃性が特徴です。両者の違いは生成方法であり、前者は化学・工業プロセスで人工的に製造されるのに対し、後者は自然界（地中等）で自然発生します。
水を電気分解しても水素を取り出せます。その際、再生可能エネルギー由来の電力を使用すればグリーン水素になりますが、発電コストは高くなります。
グリーン水素の定義は上述のとおりですが、水素にはCO2の排出度合いに応じて様々な色の名前が冠されています。製造方法を区別するために「色分け」されたものであり、以下で整理しておきます。
ブラック水素は石炭、ブラウン水素は褐炭 (亜炭) を使用して製造されますが、その過程で大量のCO・CO2を排出。IEA（国際エネルギー機関）によれば2020年時点で全世界の水素生産量のうち約20％がブラックまたはブラウンです。
グレー水素はメタン等の天然ガスが原料。IEAによれば全世界水素生産量の約60％を占め、ブラックやブラウンに比べるとCO2排出量を大幅に抑制できます。
ブルー水素はグレー同様に天然ガス由来ですが、製造過程で排出されるCO2を回収します。回収したCO2は地中等に貯蔵するか、産業原料として使用するため、大気中にCO2を排出しません。ブルー水素は大量生産が可能なことが長所です。
グリーン水素は水を電気分解して水素と酸素に分離し、水素だけを取り出します。電気分解の際に太陽光や風力等の再生可能エネルギーを使ったものをグリーン水素と呼びます。CO2を一切排出しない理想的な生産水素ですが、大量生産が難しく、高価です。
グリーン水素のうち太陽光発電だけを利用したものをイエロー水素と呼ぶことがあります。再生可能エネルギーと化石燃料の両者を用いたものをイエロー水素と呼ぶ場合もあります。
グリーン水素のうち原子力発電による電力を利用して生成したものをピンク水素と呼びます。2022年1月にスウェーデンの原子力発電所がピンク水素を世界で初めて供給しました。ピンク水素はパープル水素やレッド水素と呼ばれることもあります。
グリーン水素とブルー水素両方の特性を併せ持つのがターコイズ水素。ターコイズとは青緑色のトルコ石のことです。メタン熱分解と呼ばれる方法を用い、メタンを水素と固体炭素（カーボンブラック）に分解して生成。副産物のカーボンブラックはタイヤやコーティング剤、バッテリー等、産業用途で広く使われている原料です。
さて、今回の主役のホワイト水素。人工的に製造・生成されたものではなく、地下堆積物中で自然に生成された天然水素。地中水素とも呼ばれ、CO2排出とは無縁です。ホワイト水素は温暖化対策の救世主、ゲームチェンジャーと目され、シェールガスに続いてエネルギー産業に「第2の革命」をもたらすと言われています。
枯渇した油井内の微生物を発酵させることで生成されるものをゴールド水素と呼びます。本来であれば座礁資産として放置される油田が活かされるという意味で画期的ですが、クリーン度とコストは油田由来のCO2回収方法に依存します。
2024年は水素の動向に要注目です。世界でホワイト水素の発見・採掘が進行しつつあります。技術革新や産業育成等、様々な面で戦略ミス、対応ミス、チャレンジ精神劣後が際立つ日本。この分野でも猛烈に進展する世界の潮流に飛び込まないと、完全に乗り遅れます。
1766年、英国の化学・物理学者ヘンリー・キャヴェンディッシュが金属と強酸の反応で可燃性の気体が発生することを発見。その気体は燃えると水を発生させることから、1783年、フランスの化学者アントワーヌ・ラヴォアジエがギリシャ語の「hydro（水）」と「gennen（生む）」から「ハイドロジェン（水を生むもの）」と命名しました。
ホワイト水素の主な生成プロセスは2つ。第1は鉄分を含む岩石の酸化に伴う水の還元反応。つまり、鉄鉱石と水の化学反応で水素が発生する「蛇紋石化作用」です。第2は岩石中の微量の放射性物質によって水が分解される「放射線分解作用」です。
地中における化学反応で発生した水素は、上昇して地表に漏れ出すものもあれば、そのまま蓄積するものもあります。石油等の化石有機物は数百万年もの長い時間をかけて生成されるのに対し、水素は数十年から数百年程度の非常に短い時間で生成されます。そのため、地中の鉱床には常に水素が保蔵され、採掘できれば持続的な利用が可能です。
一方、水素は化学反応を起こし易く、微生物の餌にもなるため、科学者の中には地中に膨大な量の水素が保蔵されることは困難との見方もあります。
ホワイト水素は他の工業製品（苛性ソーダ、石油精製製品等）製造の副産物として生成される場合もあり、それらは副生水素と呼ばれます。その多くは利用用途が決まっており、副生水素に大量供給の期待はできません。
そうした中、近年、天然のホワイト水素の鉱床が次々と発見されており、採掘・利用が進みつつあります。しかも2024年は、その動きが猛烈に進む兆しがあります。
そもそもの発端は西アフリカのマリ。1987年、ブラケブグー村で井戸の採掘作業員が井戸の縁に座って煙草を吸っていると突然井戸が爆発。作業員は火傷を負い、井戸は封鎖。そのまま放置されてきました。
2011年、石油ガス会社が井戸を調査したところ、ガスが発生していることを発見。成分は98％が水素でした。2012年以降、水素は村の電力源に利用されており、現在、実用化されている世界唯一のホワイト水素です。
2018年、水素ガスを発生するマリの井戸を分析した研究が学界や産業界で注目されるようになり、そして2023年、米科学誌サイエンスが同年の10大科学ニュースのひとつに「過熱する天然水素探索」を取り上げ、さらに脚光を浴びるようになりました。
ホワイト水素は偶然発見される場合もありますが、「フェアリーサークル（妖精の踊りの環）」と呼ばれる地形を手掛かりに探す場合が多いようです。浅いクレーターのような楕円形の窪みは水素が漏出している可能性を示す地形だそうです。
米国地質調査所（USGS）は世界全体の埋蔵量は1兆トン超と推計。世界の水素需要を数千年分賄える量です。仮に埋蔵量の数％回収できれば数百年分は確保できます。
天然水素は、①鉄分を含有した岩石、②200度以上の高温、③水、の3つの要素が存在する地質条件を満たす場所に埋蔵されている可能性が高いそうです。
そのような地質を持ち、天然水素の存在が期待できる地域は、大きくは大西洋沿岸平野部、米大陸（中央部、グレートプレーンズ、中西部北部）の2つ。
国別にみると、可能性としては米国、豪州、ニューカレドニア、フランス、スペイン、東欧諸国、ロシア、トルコ、カナダ、オマーン、ブラジル等々。アフリカのマリでも採掘されているように、比較的どこでも可能性はあるようです。アジアでも、日本、韓国、中国での可能性が語られています。場所によって生成メカニズムは異なります。
日本では長野県白馬村にある八方温泉で天然水素が観測されています。強アルカリ性の温泉で、この地域はカンラン（橄欖）岩や蛇紋岩が地表に表れていおり、地下では蛇紋岩化作用によって天然水素が生成され、温泉水とともに汲み上げられています。
1kg当たりの製造コストは、グリーン水素6ドル前後、ブルー水素2ドル程度、ホワイト水素1ドル以下。コスト面ではホワイト水素が圧倒的に優位であり、世界の注目が集まっています。
因みに、日本国内での水素の販売価格は昨年末で1㎏1200円程度（税込み）。トヨタの水素自動車MIRAIの場合、水素タンク満タン（5.6kg）で6720円になります。ホワイト水素の実用化は水素自動車の普及にも大きく影響します。なお、水素ガス1kgで約100km走行。満タンだと約560km走ることになります。
水素の特性についても少し触れておきます。無色・無臭・無毒の気体で、融点は摂氏マイナス259度、沸点は摂氏マイナス253度とヘリウムに次いで低く、密度は気体・液体・固体のいずれにおいても全物質の中で最小（最も軽い）ため、逆に大気圧下では非常に大きな体積を占めます。
つまり宇宙で最も軽い物質であり、空気中では上部に集まり、その濃度が4％を超えた状態で酸素と急激に反応すると水素爆発を起こします。
水素の自然発火温度は摂氏527度とガソリン（摂氏300度）よりも高く、自然には発火しにくい物質ですが、引火性は極めて高く、多くの反応により火災や爆発が生じます。1937年の水素飛行船ヒンデンブルグ号爆発事故の映像が想起されます。
ホワイト水素に関する注目国を概観します。筆頭はフランス。仏北東部、仏独国境地帯にあるロレーヌ盆地は炭鉱地域として知られていましたが、20年前に閉鎖。
旧鉱山のひとつフォルシュヴィラー鉱山跡地で地質学者がメタンを探していたところ、フランスの8年分のガス消費量に相当する3700億立方mのメタン層を発見。
2022年、調査のために地下深部岩石層の水に溶解しているガス濃度を測定分析した結果、地下200mでメタンの他に濃度約0.1%の水素を検出。この段階では普通の濃度です。
しかし、600mで約1％、800mで約6％、1000mでは約15％と濃度が上昇。科学者達は予期せぬホワイト水素の堆積層を発見したことに気づいたそうです。
生成原料は水分子と炭酸鉄で構成される鉱物と推定。周囲の土壌はその2種類の化合物を豊富に含有。両者が接触すると酸化還元反応が起こり、水分子を酸素と水素に分離します。
科学者達は深層で高濃度の水素が生成され、浅い層に上昇していると推察。シミュレーションによれば、3000mでは濃度90％超の天然水素が存在。
想定鉱床規模は最大2億5000万トン。天然水素にして4600万トンを埋蔵。この量は、世界のグレー水素の年間生産量の半分以上、全水素の年間生産量の約半分に相当します。
かつて西欧の主要な石炭産地だったロレーヌ盆地が、温暖化対策の救世主となるホワイト水素の最大産地となれば、何とも奇遇な展開です。
仮に実用化されれば、独ザール地方と結ぶために建設中の欧州水素輸送ネットワークのパイプラインを利用して欧州全域に提供可能となります。
南オーストラリア州ヨーク半島でも採掘が始まっています。1920年代に同州の複数の掘削穴から超高濃度の水素が検出された記録が見つかったことが契機です。1920年代の採掘者は化石燃料が目当てであり、水素には無関心でした。
昨年11月、ゴールドハイドロゲン社は探査井のガス中に最大73.3％の水素を検出したと発表。今年中に生産開始の見込みです。豪州は天然ガス（LNG原料）産出国ですが、最近は輸出増加に伴い自国もLNG不足。そのため、水素への期待が高まっています。
米国では去る2月28日、上院エネルギー天然資源委員会の有力者（共和党ジョン・バラッソ議員)が「地層水素開発を検討する」と発言。この発言は各国で報道され、米国がホワイト水素採掘に本腰を入れるとの観測が広がりました。
オハイオ州立大学の研究センターはAIと衛星画像を駆使して世界中の「フェアリーサークル」を調査し、潜在的な地下水素埋蔵地をマッピングしているそうです。
既にホワイト水素関係企業の開発や資金調達も加速。デンバーを拠点とするナチュラルハイドロゲンエナジー社は天然水素を掘削した最初の企業。2019 年からネブラスカ州で試掘井を掘削。商用プロジェクト開始間近と聞きました。
同じくデンバー拠点のコロマ社は、ビル・ゲイツが設立した投資会社（ブレークスルー・エナジー・ベンチャーズ社）等から9100万ドル（約136億円）の投資を受けたほか、4月に入ってアマゾンやユナイテッド航空等のファンドからも総額3.4億ドル（約520億円）を獲得。採掘場所や商用化の目標時期は不詳ながら、期待が集まっています。
米シェブロンや英BP等が支援して上述USGSが水素探査研究コンソーシアムを設立。埋蔵地域を示す世界規模の「水素マップ」を作成開始。米政府も水素燃料開発に1兆円投資を決定。2024年中に掘削探査を開始する複数のスタートアップ企業も登場しています。
スイスを中心とするアルプス山脈一帯も天然水素が埋蔵されているようです。スタートアップ企業ラヴォアジェ社の共同設立者で地球化学者エリック・ゴーシェCEOは「過去に水素を生成していた岩石を発見」と発表。
鉄分に富む岩石層は、地殻プレートが衝突してアルプス山脈が形成された時に地球内部のマントルから地表近くに押し上げられたもの。アルプス山脈地下深部に「水素キッチン（水素生成層）」があると期待されています。
スイスは「水素のカタール」になれると盛り上がっているそうですが、成否は今後の展開次第。採算が課題です。欧州では地熱井戸から自然発生する水素の活用を検討しているアイスランドも注目されています。採掘コストがかからないため、採算的には圧倒的に優位です。
EU加盟国でも水素関連プロジェクトを推進する動きが加速。人口約690万人のブルガリアはEUで最も所得水準が低い国ですが、水素プロジェクトに注力しています。
国営ガス会社ブルガルトランスガスは昨年11月28日、ギリシャと結ぶ水素輸送用パイプライン建設を発表。EUが承認し、ブルガリアは多額の補助金を受給します。
翌12月、同国中南部の都市スタラ・ザゴラに建設中の水素バレー（研究・生産・消費までの一環水素産業集積地）もEUから新たに820万ユーロ（約13億円）の補助金受給が確定。この水素バレーには、昨年1月にもEUが800万ユーロの補助金を給付しています。
さらに国営送電会社ESO社は主要都市11ヶ所に水素補給ステーション建設する計画。総工費9300万ユーロ（約148億円）。これに関してもブルガリアはEUに補助金を申請。
要するにブルガリアは、経済成長戦略の一環としてEUから多額の補助金を受けつつ水素関連プロジェクトを推進しています。
冒頭に記したとおり、EUは水素推進戦略を加速させており、ブルガリアのような小国はその戦略に乗ることで経済成長の活路を見い出そうとしています。
ポーランドも水素活用に注力。同国内で現在生産されている水素のほとんどはグレー水素であり、今後のグリーン化、ホワイト化を目指しています。昨年末段階で既に11の水素バレーを稼働させています。
EUは水素の需要サイドにも働きかけています。焦点は主に産業用、特に鉄鋼業です。鉄鉱石を還元する際、コークスに代わって水素を用いることを推奨しています。
バルカン半島のアルバニアは、同国ブルキゼ鉱山の地下クロム鉱石鉱山深部で濃度100％に近い天然水素ガス鉱床を発見と発表。少なくとも年200tの採掘量が既に確認されています。
アジアでは、フィリピンが首都マニラから約200km離れたサンバレス州とパンガシナン州で水素ガス湧出地4ヶ所を確認。天然水素探査権のオークションを開始しました。
インドネシアでは昨年10月から政府による取組みがスタート。既にスラウェシ島中部モロワリ県で天然水素を発見。さらに同島中部タンジュン・アピ、アンパナ、トジョ・ウナ・ウナ県にも他の水素ガス源が存在することもわかってきました。
中国では、新疆タリム盆地と四川盆地の深層ガスに関してペトロチャイナ石油探査開発研究所が探査分析中。新疆・四川地域の土壌深層には硫化水素が存在することから、天然水素埋蔵の可能性があります。
ホワイト水素を大量に活用できるようになれば、地球温暖化対策に資するとともに、世界の水素需給を激変させます。
なお、ホワイト水素については一部の環境活動家等から問題点も指摘されています。第1に、揮発性物質である水素は漏出の危険が高く、大気中に放出されるとCO2の10倍以上の温室効果をもたらすこと。
第2に、ホワイト水素の探索・貯蔵・輸送には大規模なインフラが必要であり、インフラ建設自身が環境に悪影響を及ぼすこと。
ホワイト水素は肥料製造等におけるメタン代替で使える程度の資源であり、燃料としての大規模利用は「危険な幻想」と批判しています。こうした指摘の真贋論争も含め、2024年は水素を巡る動向に要注目です。
日本も国内の「水素キッチン」を本気で探索しないと、「第2の革命」にも乗り遅れ、この分野でも後塵を拝すことになります。
（了）