2004年の大統領選挙運動で、ブッシュとケリーは一つの共通点を見つけることができた。それは、両者ともに燃料電池で動く未来を熱く語ったことだ。水素は私たちを化石燃料への依存から解放し、地球温暖化の主な原因とされる二酸化炭素などの大気汚染物質の排出を劇的に抑制する。世界のエネルギー市場全体が、クリーンで豊富な電力に基づく「水素経済」へと進化するだろう。自動車メーカーや環境保護論者も喜んでこの流れに乗り、水素こそが米国のエネルギー政策における次なる目玉だと指摘した。しかし真実は、商業的に実現可能な水素自動車の実現は、常温核融合やガンの治療法の実現ほどには近づいていないということだ。これは技術者や燃料電池メーカー、政策立案者にとって驚くべきことではない。彼らはずっと前から、この技術が誇大宣伝され、おそらくは弊害になっていること、そしてfuelcell-info.comの編集者ハワード・コフマン氏が「水素経済の否定できない現実」と呼ぶものについて国民が誤解されていることを知っているからだ。これらの専門家は、水素経済がいつか到来すると確信しています。しかし、まずは、技術的、財政的、そして政治的な困難な障害を乗り越えなければならないと彼らは言います。以下に、誤解と疑念のチェックリストをご紹介します。
水素と高貴な燃料電池について。
1. 水素は豊富な燃料である
確かに、水素は宇宙で最も一般的な元素です。太陽は毎秒6億トンもの水素を消費するほど豊富です。しかし、石油とは異なり、地球上には水素の広大な貯蔵庫は存在しません。水素原子は他の元素と分子状に結合しており、燃料電池で使用できるように水素を抽出するにはエネルギーを費やす必要があります。水素に投入したエネルギー以上のエネルギーを得ることは決してできません。
「水素は通貨であり、主要なエネルギー源ではありません」と、現代の燃料電池の父であり、世界有数の燃料電池開発企業であるバラード・パワー・システムズの共同創業者であるジェフリー・バラード氏は説明する。「水素は、エネルギーを作り出した場所から必要な場所へ届ける手段なのです。」
2. 水素燃料電池は地球温暖化を終わらせる
内燃機関とは異なり、水素燃料電池は二酸化炭素を排出しません。しかし、今日の主要な水素源である天然ガスから水素を抽出する際には二酸化炭素を排出します。また、電気分解によって水から水素を抽出するには、膨大なエネルギーが必要です。そのエネルギーが化石燃料を燃焼させる発電所から供給される場合、最終生成物はクリーンな水素かもしれませんが、それを得るためのプロセスは依然として汚染物質を排出します。
水素を抽出したら、圧縮して輸送する必要があります。おそらく、水素経済の初期段階では、化石燃料で動く機械や車両によって輸送されるでしょう。その結果、さらに多くのCO2が発生します。実際、天然ガスや水から抽出した水素で燃料電池車を運転すると、大気中のCO2が純増する可能性があります。「水素自動車は無公害だと言う人もいます」と、カルガリー大学の工学教授デビッド・キースは指摘します。「電球は無公害ですが、発電所はそうではありません。」
短期的には、大気中に二酸化炭素を排出することなく水素を生産する最も簡単な方法は原子力発電かもしれない。原子力発電所の電力は、水を分解するH2Oを電気分解し、水素と酸素を生成する。バラード氏はこのアイデアを支持し、「誰も想像していないような画期的な進歩がない限り、原子力発電は極めて重要だ」と述べている。
批判者たちは、原子力発電は長期的な廃棄物問題を引き起こし、経済的に競争力がないと反論する。マサチューセッツ工科大学とハーバード大学の教授10人が昨年執筆した「原子力発電の未来」と題された徹底的な業界分析は、「水の電気分解による水素製造は、低コストの原子力発電に依存している」と結論付けている。原子力発電の電力コストが他の電源よりも高い限り、そのエネルギーを水素製造に使うことは理にかなわない。
3. 水素経済は再生可能エネルギーで稼働できる
太陽光や風力などの再生可能エネルギーで電気分解を行えば、化石燃料や原子力に伴う汚染問題を解消できます。問題は、再生可能エネルギーは本格的な水素経済に必要なエネルギーのほんの一部しか供給できないことです。
1998年から2003年にかけて、米国の風力発電容量は28%増加し、6,374メガワットに達しました。これは約160万世帯の電力供給に相当します。風力産業は2020年までに米国の電力需要の6%を賄うことが見込まれています。しかし、英国ウォーリック大学の経済学者アンドリュー・オズワルド氏の試算によると、米国のすべての自動車を水素燃料車に転換するには、風力タービン100万基分の電力が必要となり、これはカリフォルニア州の半分を賄うのに十分な量です。太陽光パネルを設置するにも同様に広大な土地が必要になります。
水は水素生産におけるもう一つの制約要因であり、特に太陽光発電に最適な日照量の多い地域では顕著です。ワシントンD.C.に拠点を置く非営利団体、世界資源研究所の調査によると、電気分解による水素経済の推進には年間4.2兆ガロン（約1兆2000億ガロン）の水が必要となり、これはナイアガラの滝が3ヶ月ごとに流す水量とほぼ同等です。全体として、米国の水消費量は約10%増加することになります。
4. 水素ガス漏れは心配無用
水素ガスは無色無臭で、燃えてもほとんど目に見えません。燃料ポンプの漏れから小さな火が漏れても、ズボンの裾が燃え上がるまで気づかないかもしれません。圧縮水素ガスに引火するには、それほど多くのものは必要ありません。「携帯電話や雷雨でも、水素に引火するのに十分な静電気が発生します」と、バージニア州アーリントンにあるエネルギー・気候ソリューションセンターの創設者であり、『水素に関する誇大宣伝：気候を救う競争における真実と虚構』の著者であるジョセフ・ロムは主張します。
カーボンファイバー強化水素タンクは事実上破壊不可能なので、軽い接触事故で爆発する可能性は低い。しかし、漏れの危険性がなくなるわけではない。
最終的には製油所、パイプライン、燃料ステーションからなる巨大なネットワークとなるであろう、他の場所への水素供給も検討されている。「明らかな落とし穴は、水素が気体であり、既存の石油化学原料のほとんどが液体であることです」と、テネシー大学原子力工学名誉教授でフロリダ・パワー＆ライト社の元副社長であるロバート・ウーリッグ氏は述べている。「高圧ガス水素や極低温液体水素を支えるインフラははるかに複雑です。水素は閉じ込めるのが非常に難しい物質の一つです。どんなに細かい穴でも通り抜けてしまうのです。」
漏洩したインフラが大気に及ぼす影響を計算するために、カリフォルニア州パサデナのカリフォルニア工科大学とジェット推進研究所の研究チームは、産業における水素と天然ガスの事故による漏洩統計（総量の10～20％と推定）を調べ、漏洩によって大気にどの程度の被害が出るかを予測した。
あらゆるものが漏れる経済では、
水素で動きます。結果：大気中の水素の量は現在の4～8倍になります。
カリフォルニア工科大学の研究は水素の漏洩を「著しく誇張している」とエネルギー省エネルギー効率・再生可能エネルギー局のデイビッド・ガーマン次官は述べている。
エネルギー。しかし、大気中に放出された水素は、その量に関わらず、酸素と結合して水蒸気を形成し、夜明けや夕暮れ時に見られる高く細い蔓状の雲、夜光雲を作り出します。雲量の増加は地球温暖化を加速させる可能性があります。
5. 水素燃料電池の最初の応用は当然自動車
「経済的に健全で費用対効果の高い気候変動問題への取り組みは、自動車から始めるべきではない」とデビッド・キースは言う。乗用車と小型トラックは、米国における二酸化炭素排出量の約20%を占めており、化石燃料を燃焼する発電所は二酸化炭素排出量の40%以上を占めている。自動車向けに設計された燃料電池は、過酷な環境と、サイズと重量に関する厳しい制限に耐えなければならない。
地球温暖化へのより良い解決策は、水素自動車の製造を延期し、燃料電池を利用して家庭や事業所向けの電力を生成することかもしれない。プラグ・パワー、UTC、フューエルセル・エナジー、そしてバラード・パワー・システムズはすでに定置型燃料電池発電機を販売している。プラグ・パワーだけでも、マクドナルド初の燃料電池式システムを含む161のシステムを米国に保有している。しかし、これら4社を合わせたピーク発電容量は約69メガワットで、米国の総発電容量94万4000メガワットの0.01%にも満たない。
6. 米国は水素に注力しており、数十億ドルを研究開発に投入している
考えてみてください。ジョージ・W・ブッシュ大統領は水素に12億ドルを費やすと約束しました。しかし、実際には「健全な結婚」の促進に15億ドルを割り当てました。イラク戦争の月々の支出は39億ドルで、昨年9月までの累計は1210億ドルです。2004年、エネルギー省は水素よりも原子力と化石燃料の研究に多くの資金を費やしました。
連邦政府のフリーダムカープログラムは、米国の自動車メーカー３社と共同で水素の研究開発に資金を提供しているが、２００８年までに各社に水素燃料自動車の実証を義務付けているが、販売は義務付けていない。
「水素に真剣に取り組むなら、はるかに多くの資金を投入する必要がある」と、シカゴ近郊のアルゴンヌ国立研究所エネルギー・環境・経済システム分析センターの副所長、ギュンター・コンツェルマン氏は主張する。コンツェルマン氏は、エネルギー業界が新技術の導入コストを予測するのに役立つコンピュータモデルを開発している。水素経済の構築には5,000億ドル以上かかると彼が見積もっている。これは、アメリカ人の60%が内燃機関車を運転し続けると仮定した場合の費用だ。
シェル、エクソンモービル、その他の石油会社は、水素自動車がほんの一握りしか存在しない場合、生産、配送、燃料供給施設、貯蔵に投資する意欲がない。
道路。自動車メーカーが費用を負担して大量生産するわけでもない。
ドライバーが水素を補給できる場所がなければ、何千台もの水素自動車がなくなるだろう。エネルギー省のピーター・デブリン長官は、
水素製造研究グループのリーダーであるジョン・マイヤーズ氏は、「業界パートナーからは、米国の燃料補給所の4分の1から3分の1が水素を提供しなければ、燃料電池に賭けるつもりはないと言われている」と述べている。
カリフォルニア州知事アーノルド・シュワルツェネッガーは、ハマーを愛用する水素ステーションの建設を目指し、「水素ハイウェイ・プロジェクト」を推進しています。シュワルツェネッガーの計画では、10年後までに州内の主要高速道路沿いに150～200カ所のステーションを建設し、各ステーションの建設費用は少なくとも50万ドルとしています。これが1つの州です。では、残りの10万775カ所はどうでしょうか？
米国の他の地域のガソリンスタンドはどうなっているだろうか？
水素燃料システムを備えたもののうち25％は130億ドル以上の費用がかかる。
7. アイスランドができるなら、私たちにもできる
アイスランド初の水素燃料ステーションは、レイキャフク郊外で既に稼働しています。燃料電池バスの小規模車両に供給される水素は、このステーションで水道水を電気分解して生成されます。一方、最近設立されたアイスランド・ニュー・エナジー（自動車メーカー、ロイヤル・ダッチ・シェル、アイスランドの電力会社ノルスク・ハイドロを含むコンソーシアム）は、アイスランド全土を水素システムに移行する計画を立てています。
確かに素晴らしいですね。しかし、アイスランドの電力の72%は地熱発電と水力発電によるものです。豊富なクリーンエネルギーを利用できるアイスランドは、国の電力網から直接電気を得て水を電気分解することができます。このような仕組みは、送電網の電力の約15%しか地熱発電と水力発電に依存せず、71%は化石燃料の燃焼によって発電されている米国では不可能です。
もう一つの問題は、システムの規模の大きさです。アイスランド人が国内のどこでも燃料電池車を運転できるようにするには、水素ステーションがわずか16箇所あれば十分でしょう。一方、アイスランドの約90倍の面積を持つ米国では、少なくとも1,440箇所の水素ステーションが必要になります。これは、ステーションが米国全土を重複なくカバーするように戦略的に配置され、誰もがポンプの場所を把握していることを前提としています。
8. 大量生産により水素自動車は手頃な価格になる
燃料電池車を大量生産するだけでは、必ずしもコスト削減にはつながらない。米国エネルギー省燃料電池研究チームの元リーダー、パトリック・デイビス氏によると、「今日の燃料電池技術を年間約50万台という大量生産に当てはめても、コストは依然として最大6倍も高すぎる」という。
ゼネラルモーターズの燃料電池プログラムのオペレーションマネージャー、ラジ・チョードリー氏は、GMは2010年までに商用燃料電池車を完成させると主張している。しかし、懐疑的な見方もある。バラード氏は、まず自動車用に開発されているプロトン交換膜（PEM）燃料電池について「根本的なエンジニアリングの見直し」が必要だと述べている。PEM燃料電池は、内燃機関の業界標準である15年（走行距離約17万マイル）の寿命にはまだ及ばない。膜の劣化により、現在のPEM燃料電池は通常、最初の2,000時間で故障してしまう。
バラード氏は、当初のPEM設計は単なるプロトタイプに過ぎなかったと主張する。「10年前、自動車用燃料電池の実証のために選択したアーキテクチャと形状が、市販車に最適なアーキテクチャと形状になると考えるのは、エンジニアリングにおける傲慢の極みだと言いました」と彼は語る。
「その発言に注目する人はほとんどいませんでした。真実は、現在の形状では商業的に利用可能な価格まで下がっていないということです。規模の経済によって価格が下がる範囲にさえ達していません。」
短期的には、従来のガソリン車は、ガソリンと電気を併用したハイブリッド車、あるいはクリーンディーゼル、天然ガス、メタノール、エタノールを燃料とする車に置き換えられるでしょう。水素自動車が経済的にも環境的にも意味を持つようになるのは、もっとずっと後のことです。「多くのアナリストは、水素技術が目標を達成したとしても、水素が大きなインパクトを与えるには数十年かかると考えています」と、カリフォルニア大学デービス校の環境科学・政策学准教授であり、水素エネルギー研究の世界的リーダーであるジョーン・オグデン氏は指摘します。
9. 燃料電池車は水素1タンクで数百マイル走行できる
ガソリン1ガロンには、水素1ガロンの約2,600倍のエネルギーが含まれています。自動車業界のベンチマークである、一回の給油で少なくとも300マイル（約480キロメートル）走行できる水素自動車を実現するためには、水素ガスを1平方インチあたり最大10,000ポンド（約4,800キログラム）という極めて高い圧力で圧縮する必要があります。
その圧力でも、車には巨大な燃料タンクが必要になる。「高圧水素はガソリンの4倍の体積を占めるでしょう」と、米国エネルギー省水素・燃料電池・インフラ技術局の主任エンジニア、ジョアン・ミリケン氏は言う。
液体水素はもう少し性能が良い。GMの液体燃料車HydroGen3は、標準的なセダンの約2倍の大きさのタンクで250マイル走行できる。しかし、液体水素を「253℃（絶対零度よりわずか20℃高く、冥王星の表面温度よりはるかに低い）」に冷却するには、毎日車を運転する必要がある。さもないと蒸発してしまうのだ。「車が空港に1週間放置されていたら、戻ってきた時にはタンクが空になっているでしょう」とミリケン氏は言う。
? 水素でなければ、何でしょうか?
水素経済の近い将来の見通しは暗いと、昨年2月に全米研究会議（NRC）が発表した政府主導の主要調査報告書「水素経済：機会、コスト、障壁、そして研究開発ニーズ」は結論づけている。エクソンモービル、フォード、デュポン、天然資源保護協議会（NRDC）などの関係者が協力したこの報告書は、議員に対し、より厳しい排気ガス排出基準の法制化と、再生可能エネルギーおよび代替燃料への追加研究開発資金の割り当てを強く求めている。報告書は「水素経済のビジョン実現への道のりには大きなハードルがある」と予測し、エネルギー省に対し「バランスの取れた研究開発ポートフォリオを維持し、水素に依存しない需給の代替手段を継続的に模索する」よう勧告している。
もちろん、研究が水素の欠点を指摘するたびに、水素の成功例をデータで示す擁護者も大勢いる。コロラド州のシンクタンク、ロッキーマウンテン研究所の所長を務める物理学者エイモリー・ロビンズ氏は、広く頒布されている白書「水素に関する20の神話」の中で、水素に対する最も一般的な批判を、膨大な事実と数字を駆使して綿密に反論している。だが、水素推進派であるにもかかわらず、ロビンズ氏は実利的な姿勢も顕著に示している。「水素を支持する意見も反対する意見も、くだらないことが数多く書かれている」と彼は言う。「どちら側にも現実感が欠けている」。水素経済が2020年代末に到来するにせよ、今世紀半ばに近い時期に到来するにせよ、暫定的な技術が移行期において重要な役割を果たすだろうと彼は考えている。
これらの技術の中で最も有望視されているのは、内燃機関と電気モーターの両方を使用し、両者をシームレスに切り替えることで燃費とエンジン効率を最適化するガス・電気ハイブリッド車です。米国におけるハイブリッド車の販売は着実に増加しており、2005年モデルにはフォード・エスケープ、トヨタ・ハイランダー、レクサスRX400hといった初のハイブリッドSUVが登場しました。
FreedomCARプログラムの支援を受けている研究者たちは、プラスチック、ガラス繊維、チタン、マグネシウム、炭素繊維といった超軽量素材の研究に加え、アルミニウムやセラミック素材を用いた軽量エンジンの開発にも取り組んでいます。これらの新素材は、車両の電力需要の削減に貢献し、化石燃料と燃料電池のコスト格差を埋める可能性を秘めています。
ほとんどの専門家は、特効薬はないという点で一致しています。むしろ鍵となるのは、化石燃料からの解放と地球温暖化の緩和に役立つ、エネルギー効率の高い技術のポートフォリオを開発することです。「より幅広く多様なエネルギー源があれば、私たちはより強固で安定した存在になれるでしょう」と、世界資源研究所の気候・エネルギー・汚染プログラムのディレクター、ジョナサン・パーシングは述べています。「椅子の脚が多ければ多いほど、倒れる可能性は低くなります。」
水素が私たちを救ってくれるのを待つという選択肢はありません。「この10年間で温室効果ガスの排出量を削減するための行動を起こさなければ、歴史家たちは私たちを非難するでしょう」とロムは著書『水素に関する誇大宣伝』の中で述べています。「そして、彼らはおそらく、私たちの世界よりもはるかに暑く厳しい気候の世界に生き、不可逆的な悪化を経験したことになるでしょう。」
