水素製造

水素製造について

水素製造とは、工業的に水素ガスを生成するプロセスを指します。2020年の情報によれば、製造される水素の約95%は化石燃料を基にした水蒸気改質法を用いています。しかし、再生可能エネルギーのコストが急速に低下するにつれ、水の電気分解を利用する方法も商業的に実現可能となりつつあります。ここでは、水素の製造方法について詳しく解説します。

水素製造の主な方法

1. 水蒸気改質

水蒸気改質は、石炭、石油、天然ガスを原材料として用います。化石燃料からは、炭素原子1個あたり最大2分子の水素が生成されるため、より多くの水素を効率的に得ることができます。具体的に言うと、石炭は主に炭素から構成されていますが、石油は炭素と水素の比率が1:2、天然ガスは1:4です。これにより、天然ガスの方が二酸化炭素を排出することなく水素を多く生成できます。ただし、改質プロセスでは二酸化炭素、硫黄成分、一酸化炭素が発生するため、それらを取り除くコストも考慮しなければなりません。

2. 水の電気分解

水の電気分解は、燃料電池と同様にさまざまな種類の電解装置が開発されています。

• - アルカリ水電解：この方法ではアルカリ性の水溶液に電流を通すことで水を分解します。効率は約70%です。また、海水を用いた電解も研究されています。

• - 固体高分子形水電解：純水を使用し、高い効率（約90%）で水を電解する方法です。ただし、貴金属を使用するためコストが高く、現在は非貴金属触媒の開発が進められています。

• - 固体酸化物形電解セル：水蒸気を電解するこの方法では、吸熱反応を利用し100%以上の効率で水素を製造することが可能です。ただし、水蒸気と水素の分離が難しく、セルの寿命も実用化の障害になっています。

3. 熱化学水素製造

熱エネルギーを直接使って水素を製造する方法で、主に超高温原子炉などの原子力利用が検討されています。

4. ハイブリッド熱化学法

この方法は、電気分解と熱化学水素製造の技術を組み合わせたものであり、熱エネルギーと電気エネルギーを同時に活用します。高温水蒸気電解や三酸化硫黄の高温電解など様々な反応が提案されています。

5. 人工光合成

光触媒を使用して光エネルギーで水を分解する技術です。しかし、このプロセスは配管とガスの管理が必要なため、コストの面で難しさがあります。

6. 生合成

主に生物がバイオマスや光合成を通じて水素を生成する方法です。

まとめ

水素製造は、さまざまなアプローチで行われており、それぞれの手法には利点と課題があります。今後、再生可能エネルギーを利用した製造方法がさらに広がることで、持続可能な水素供給が期待されています。また、関連項目として、アンモニアや天然水素（地下に埋蔵され噴出する水素）についても興味深い研究が進められています。

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