水素を周期表から市場へ

積極的なネットゼロ気候目標により、気候変動への影響が少ない水素などの再生可能エネルギーへの投資と注目が高まっています。水素への関心は新しいものではありません。新しいのは、世界的な脱炭素化社会の実現に向け、水素が果たすべき重要な役割です。実際、過去10年間で、水素需要は 28%増加しており、より多くの産業分野において、水素が化石燃料に代わるエネルギー源としての可能性を有することが認識されつつあります。特に、脱炭素化が困難な産業や、バリューチェーン全体にわたる幅広い用途において、その重要性が高まっています。

水素を製造する方法は無数にあり、その中には炭素副産物を生み出す方法もあれば、炭素を排出しない方法もありますが、いずれの方法にも独自の複雑さが伴います。純粋に再生可能な供給源から抽出され、炭素排出量のない「グリーン水素」の製造に焦点を当てることができれば理想的です。しかし、グリーン水素の製造規模を拡大し商業化する道のりは長く、インフラストラクチャを構築し、信頼性と安全性を高め、競争力のあるコストで提供し、消費者が必要なときに必要な場所で利用できる自信を与える必要があります。

その間、さまざまな種類の水素（ブルー水素やグレー水素など）を製造することで、現在の需要を満たし、より多くの採用を推進し、コスト削減に役立つ重要な知見を提供するのに役立てることができます。他の新しい産業と同様に、水素製造のペースを加速するには、バリューチェーン全体で測定可能な進歩を遂げる必要があります。

バリューチェーン全体における水素の導入

水素の需要が高まるにつれて、業界は製造と流通を加速し、拡大する必要があります。企業が CO2 の分離回収で電解槽を使用するか、あるいは水蒸気メタン改質装置を使用するかは、強化されたプロセスと強力なデータ分析機能を組み合わせた高度なオートメーション技術に左右されます。適切な技術は、生産性の向上、変動の低減、エネルギー使用量の削減、炭素排出量の削減、オペレーションの持続可能性の検証に役立ちます。

スマートデバイス、IoT、分散制御システム、データ分析、デジタルツイン、高度なエンジニアリングツールに基づいたグローバルオートメーション設計により、プラントはまず 1 つの施設を設計してそれを簡単に拡張し、学習曲線を加速して運用効率を向上させ、予防保全から利益を得て、資産ライフサイクルコストを最適化することができます。

エマソンは、PosHYdon と呼ばれるパイロットプロジェクトに取り組んでいます。電解槽の効率性と大規模なグリーン水素製造システムの開発に関するインサイトを提供するうえで、このプロジェクトへの取り組みは大変重要です。

PosHYdon はオランダ沖合で水素を製造し、風力タービン由来のグリーン電力を利用して製造プロセスに電力を供給することで再生可能燃料を生成しています。この方法は、海水を脱塩水に変換し、電気分解によって安全に水素を製造します。水素は天然ガスと混合され、海岸まで運ばれ、国内のガスグリッドに供給されます。

本プロジェクトでは、エマソンの DeltaV分散制御システム技術を活用し、淡水化装置および電解装置、ガス混合、ならびにプラント補機設備の制御を行うとともに、安全性の向上、プロセス稼働率の最大化、および運用効率の向上を実現しています。

持続可能な水素プロジェクトは、多くのデータソースを 1 つの BOP システムに統合する必要があるため、困難を伴いますが、施設の成功には欠かせないプロセスです。エマソンはToyota Australiaと協力し、自動車メーカーの一部の事業を商用規模の水素製造、貯蔵および供給プラントへと転換する取り組みを進めています。このプロジェクトでは、エマソンの DeltaV 制御システムを活用してプラントの複雑な装置からデータを収集してコンテキスト化し、水素ガスの製造と貯蔵のモニタリングおよびオペレーションのサステナビリティ検証を容易にします。

「データサイロを解消するためのデジタルオートメーション基盤を導入することで、Toyota Australiaはコストを大幅に削減できるだけでなく、システム性能に関する可視性を向上させ、サステナビリティパフォーマンスの維持および報告を容易にし、生産性を向上させることが可能になります」と、エマソンの自動化ソリューション事業のエグゼクティブ・プレジデントであるMark Bulandaは述べています。

また、Mitsubishi Power Americas の先進的なクリーンエネルギー貯蔵プロジェクトも、世界最大の産業用グリーン水素製造・貯蔵ハブの 1 つとして期待されています。本施設は、隣接するインターマウンテン電力庁のインターマウンテン発電所（IPP）リニューアルプロジェクトに対して水素原料を供給する予定です。同プロジェクトでは、エマソンのデジタルツイン技術、三菱の高精度ガスタービンおよび蒸気タービンモデル、ならびに高度な解析技術を組み込んだ次世代のプラント全体シミュレーションを活用し、試運転およびトレーニングを支援します。 840 メガワットの IPP 更新水素対応ガスタービン複合サイクル発電所は当初、2025 年から体積比率でグリーン水素 30% と天然ガス 70% を混合して稼働しますが、2045 年までにこの比率を 100% にする予定です。

輸送と貯蔵

発電に使用する前に、水素を変換、貯蔵、輸送する必要があります。特に重要なのは、水素漏洩を最小限に抑え、水素が輸送および転送点を通過する量を把握し、安全かつ効率的に処理することです。水素貯蔵は、定置電源、ポータブル電源、輸送などの用途における水素の進歩を可能にする重要な技術です。水素分子は、液体水素、液体有機水素キャリア（LOHC）またはアンモニア分子を介すなど、さまざまな形態で輸送および貯蔵できます。水素貯蔵の特性は、リチウムイオンバッテリなどの他の短期エネルギー貯蔵技術を効果的に補完します。

高振動・高圧力状態による過圧や漏れの懸念など、管理可能な安全上のリスクがあります。エマソンのアンチサージバルブ、振動モニタ、圧力レギュレータは、信頼性の向上とフュージティブエミッションの防止に貢献します。

分配

テクノロジーの採用を迅速化するためには、既存のインフラストラクチャを活用し、プロジェクト導入の時間と費用を節約することが重要です。天然ガスパイプラインに水素を混合する方法は、その格好の例です。天然ガスから取り出した水素と CO₂ の分離回収を組み合わせることで、世界中で水素導入を促進する大きな機会を提供しています。

ただし天然ガスインフラに水素を混合するには、腐食、水素漏洩、ガス品質と互換性という 3 つの課題があります。エマソンの腐食監視技術は、水素混合パイプラインの特定のニーズを満たすように調整されています。配管の遠隔監視により、オペレーションの詳細な画像（生成物、流体組成などを追跡）が提供され、パイプラインの完全性が向上します。水素対応のガスクロマトグラフは、ガス品質および契約仕様が確実に満たされることを保証します。

エマソンの技術支援により、, カナダのエネルギー事業者Enbridge は、北米で初めて再生可能電力を用いて排出ゼロの水素を生産しています。 Enbridge は水素を天然ガスインフラに混合し、3,500 戸の家庭にクリーンエネルギーを供給しています。

消費

最終的に、水素補給ステーションは、従来の燃料補給ステーションに取って代わりますが、それには最高の性能と安全基準を満たすシステムが必要です。オートメーション技術は、燃料補給ステーションでのメンテナンスコストと予定外の中断を削減するのに役立ちます。また、高度なエッジ制御技術により、無人ステーションが実現し、より実現可能で費用対効果の高いソリューションが推進されます。

同時に、事業者は、ステーションが適切な圧力で適切な量の燃料を迅速かつ安全に補充するよう徹底したいと考えています。正確な燃料の量を補充するための高度な計測器は、コストの削減、漏れの低減、安全なオペレーションの確保に役立ちます。

水素燃料をクリーンエネルギーに変換して自動車に電力を供給する燃料電池も、信頼性が高く軽量で小型の設置面積を実現できなければなりません。燃料電池システムの最適化は、ダウンタイムを排除し、コストを削減するために重要です。

エマソンは BayoTech と協力して、数百基の効率的なモジュール式水素製造装置を構築し、クリーンで低コストな水素を製造しています。この装置は、1 日に最大 1,000 kg の水素を製造し、200 台の水素燃料電池自動車に水素を供給できます。世界中で規模を拡大するために、BayoTech の地域製造ハブは、エマソンの PLC（プログラマブル・ロジック・コントローラ）とエッジコントロール技術、遠隔監視、Microsoft Azure IoT Suite を活用して安全かつ自律的に運用されます。

さらに、高動作圧力用に設計されたエマソンの Micro Motion コリオリ流量計が、オランダの TotalEnergies の PitPoint 充填ステーションで水素ガスの流量を安全かつ正確に測定するために使用されています。 TotalEnergies ガスモビリティのパートナーであるエマソンは、認証済み水素ディスペンサーで使用可能な流量計を供給できる数少ないサプライヤーの一つです。

将来の燃料

水素は多様性に富み、環境に優しいエネルギーミックスの未来を担いますが、この意欲的な目標を実現するには、バリューチェーン全体でバランスのとれた迅速なアプローチが必要です。バリューチェーン全体で水素ソリューションのイノベーションとスケーリングを行う中で、当社はコスト削減、消費者の需要と信頼の構築、水素の製造・輸送・貯蔵・消費に必要な技術の検証を支援します。しかし、こうして先陣を切るということは、オートメーション技術、共同エンジニアリング、パートナーを特定分野の専門知識と組み合わせた強固な基盤を構築すること、既存のインフラストラクチャを使用して、広く浸透する信頼性の高いエネルギー源（将来を見据えた真の燃料）としての水素の開発推進に貢献することを意味します。