天然ガスが水素社会への道を加速する方法
脱炭素の道に一本道はありません。よく使われる「エネルギー移行」という言葉には、一歩一歩の積み重ねであるという認識が反映されています。
温室効果ガス削減に対する需要の高まりに対応するため、企業は柔軟で実質的に無尽蔵な再生可能エネルギー源として、気候に配慮した 水素 の導入を模索しています。
水素は、その発生源や用途の自由度が高いことから、勢いを増しています。 石油、ガス、石炭といった従来の炭化水素系資源からだけでなく、再生可能な風力や太陽光を利用した電気分解というプロセスでも製造できます。
水素の多様な生産方法や本番での関連排出プロファイルは、色分けされたラベルが付けられます。 例えば、 再生可能水素 、いわゆる「グリーンH2」は排出を伴わない完全に再生可能な供給源から生成される一方で、「グレー水素」は炭素由来の供給源から生成され、その排出は大気中に放出されます。 脱炭素化された供給源 、いわゆる「ブルーH2」もまた炭化水素（最も一般的にはクリーンな天然ガス）から生成されますが、炭素回収を伴うため、排出が大気中へ到達するのを防ぐという利点があります。
最近の価格変動にもかかわらず、天然ガスのインフラは水素経済の加速要因となっています。 豊富な 天然資源の供給を背景に、必要とされる場所に最も近い地点でガス分子を水素へ転換する機会が 存在 しています。
再生可能エネルギーである水素は、炭素とは無縁のままエネルギーを供給できるため、結局、環境保全の観点からも最も望ましいと言えます。 グリーンソースからの水素を広く普及させるために必要なインフラは、単に整っていないだけですが、今後も相当な時間がかかると思われます。 このインフラが整備されるのをただ待っているだけでは、世界のネットゼロ脱炭素化目標の達成を阻むことになります。
一方、既存の天然ガスインフラは広大であり、水素をさまざまな用途に利用する経験を迅速かつ安全に積むことができます。
米国だけでも 300 万マイル以上の天然ガスパイプラインがあり、世界中では数百万マイル以上に達します。 最近の価格変動はあるものの、天然ガスのインフラは水素経済に追い風を送っています。 天天然資源が豊富にあるため、必要な場所でガス分子を水素に変換することができます。 天然ガスを原料とするブルー水素は、グレー水素と違って CO₂ の分離回収と地下永久貯蔵プロセスが組み込まれているため、大気中への CO₂ 放出を防ぐことができます。
天然ガスが最もクリーンな炭化水素エネルギー源の 1 つとして台頭しているため、これは水素分野全体の成長と普及における重要なステップです。 天然ガス由来の水素と CO₂ 分離回収を組み合わせることで、短期的および中期的に世界中で水素の導入を加速する大きな機会が得られ、いずれは長期的に再生可能またはゼロエミッション原料の割合を増やしていくことになります。
天然ガス由来の水素製造について
今日、米国でも世界でも生産される水素の大部分は、水蒸気メタン改質で製造されています。これは高温蒸気を使用して天然ガスなどのメタン源から水素を生成する従来の生産プロセスです。 排出物回収技術がなければ、天然ガス改質プロセスは大量の炭素を大気中に放出します。 水素をより持続可能なものにするために、製造業者はこの生産経路からの排出に取り組む必要があります。 これは、今日クリーンエネルギー移行計画を採用し、将来の長期的なグリーンソリューションを開発している産業にとって重要なパズルピースのようなものです。
水蒸気メタン改質プロセスは、3 つの段階に分かれています。 最初に、天然ガスは蒸気、圧力、および触媒と反応して水素、一酸化炭素および少量の二酸化炭素を生成します。 「水ガスシフト反応」として知られる次の段階では、蒸気と一酸化炭素は、二酸化炭素とより多くの水素を生成する触媒と反応します。 最終段階では、二酸化炭素やその他の不純物を取り除く「圧力スイング吸着」によって純粋水素が生成されます。 従来のグレー水素生成プロセスでは、廃棄物二酸化炭素が大気中に放出されます。 逆に、ブルー水素では、二酸化炭素分子の大半が捕獲され、地下に戻され、長期貯蔵されます。
より多くの水素が市場に出回ることで、よりクリーンなエネルギーをさまざまな形で導入できます。 天然ガス供給と再生可能な水素を混合すると、全体的な GHG 排出量を削減できます。
現在、より持続可能な水素燃料の未来を橋渡しする技術は存在しています。 エマソンの蒸気メタン改質装置(SMR)ソリューションは、改質装置の動作を最適化および安定させ、生産者が生産性を向上させ、変動性を低減し、エネルギー使用量を削減し、排出量を削減し、安全上の危険を最小限に抑えるのに役立ちます。 このようなソリューションには、蒸気と炭素の比率を制御するために、マイクロモーションコリオリ流量計を燃料ガスまたは天然ガス供給に設置することが含まれます。 これらの計測器は、安全性、触媒寿命、エネルギーコストを維持します。 高圧で水素が生産される中、エマソンの最終制御バルブとレギュレータは、安全で制御されたプロセスの維持に役立ちます。 全体的な効率を高め、システムの漏れを特定するために、エマソンは圧力スイング吸着(PSA)技術も使用しています。 これらのソリューションは、デジタルツイン、制御および監視システム、Plantweb Optics プラットフォームなど、エマソンの他の技術と組み合わせることで、企業が天然ガスを効率的かつ安全にブルー水素に変換するのに役立ちます。
市場における水素の供給が拡大することで、よりクリーンなエネルギーはさまざまな形で導入可能となります。 天然ガス供給に再生可能水素を 混合する ことにより、温室効果ガス（GHG）排出量全体を削減できるほか、ブルー水素の導入は、化石燃料資源や天然ガスパイプラインを含む貴重なエネルギーおよびインフラ資産を有効活用する機会も提供します。
水素移行をリード
再生可能な水素に取り組んでいる企業の 1 つが、カナダのエネルギー供給業者である Enbridge です。 エマソンの技術の助けを借りて、同社は北米で初めて再生可能な電気を使用してゼロエミッションの水素を生産しています。 Enbridgeはまた、3,500軒の家庭にクリーンエネルギーを供給するパイロットプログラムにおいて、天然ガスインフラに水素を混合しました。 この拡張容易なプロジェクトは、ブルー水素がいかに地方の低炭素経済や、より持続可能なエネルギーの未来の創出に貢献できるかを示す一例です。
水素経済を推進しているエマソンの別の顧客が、ニューメキシコ州アルバカーキに拠点を置く BayoTech です。 エンドツーエンドの水素バリューチェーンを提供する銃剣技術は、水素の生産、供給、消費方法を革新しています。 天然ガスの水蒸気メタン改質、埋め立て地ガス、農業由来のバイオガスから風力や太陽光などの再生可能資源まで、幅広い方法で発電しています。
BayoTech は 2022 年後半からスコットランドの Savock 農場と提携し、嫌気性消化プロセスで産出されるバイオメタンの一部をオンサイトの供給グリッドに注入し、水素生産に回しています。 エマソンの技術を使用して、BayoTech プロジェクトでは、1 日に 1,000 キログラム以上の再生可能水素を生産し、地域のゼロエミッション車に燃料を供給することができます。 この反復可能でと拡張性のあるプロジェクトにより、地域の消費者はカーボンニュートラルな水素を手に入れることができます。 同プロジェクトは、2030 年までに少なくとも 5 GW の再生可能および低炭素水素の生産能力を設置するというスコットランドの計画とも、完全に足並みがそろっています。
よりクリーンなエネルギーソリューションを統合する創造的ソリューションを見つけることは、企業、政策立案者、消費者にとって成功を意味します。 世界が 2050 年までのネットゼロ達成を目指す中で、水素は世界中のクリーン・エネルギー・ニーズに対処するうえで重要な役割を果たす可能性があります。 重要なのは、導入障壁を取り除き、「実践によって学ぶ」こと、水素が将来の持続可能なエネルギー源になると確信を得ることです。