水素貯蔵革命：クリーンエネルギーの失われた鍵を解き放つ

2024年後半、アメリカ・コロラド州で国立再生可能エネルギー研究所（NREL）とGKN Hydrogenが、初の500kg水素金属水素化物「メガタンク」を稼働させました。
日本の液化水素運搬船「すいそふろんてぃあ」は、2022年にオーストラリアから日本への液化水素輸送を実証しました。
Hydrogenious LOHC Technologiesは、ドイツ・ドルマゲンで世界最大のLOHCプラント「プロジェクト・ヘクター」を建設中で、年間約1,800トンの水素をベンジルトルエンLOHCシステムで貯蔵予定。2025年4月に認可、2027年開業予定です。
ユタ州のAdvanced Clean Energy Storage（ACES）は、2つの岩塩空洞を使い、220MWの電解装置群で生産した水素を貯蔵します。2025年に30%水素混合から開始し、2045年までに100%水素を目指します。
ドイツのユニパー社による岩塩空洞パイロットは2024年9月に水素充填を開始し、初期結果では密閉性と取り出しの成功が示されました。
トヨタ・ミライ燃料電池車は約700バールのタンクで水素を貯蔵し、約500～600km（300マイル超）の航続距離を実現しています。
スウェーデン・ルレオのHYBRIT地下水素貯蔵空洞は100立方メートルの規模で、2022年に開所しました。
欧州連合は2024年5月、貯蔵技術革新を含む水素バリューチェーン推進のためIPCEI Hy2Moveを承認しました。
2024年後半のNASAのテストで、液体水素タンクのボイルオフを約50%削減する断熱材が実証されました。
水素の液化には、そのエネルギー含有量の約30%が消費され、極低温貯蔵のエネルギーコストが浮き彫りになっています。

水素はクリーンエネルギー経済における「未来の燃料」としてよく称賛されます。しかし、その約束を果たすには、効率的・安全かつ大規模に水素を貯蔵するという重要な課題を解決しなければなりません。なぜこれが重要なのでしょうか？水素は水と再生可能電力から無限に生産でき（これが「グリーン水素」）、使用時には温室効果ガスを排出せず、水だけを出します。また、重量あたりのエネルギーは他のどの燃料よりも多いですが、気体としては非常に低密度ですenergy.gov。実際には、圧縮しない水素は、ガソリンタンクと同じエネルギーを得るには家より大きなタンクが必要になります。そのため、車両や発電システム、産業用途で十分な水素を実用的な体積に詰め込むには、効果的な貯蔵方法が不可欠ですenergy.gov。国際エネルギー機関（IEA）は、「水素は再生可能エネルギーからのエネルギーを貯蔵する主要な選択肢の一つ」とし、日単位や月単位の長期貯蔵で最も低コストとなる可能性があると述べていますiea.org。

水素が世界的なエネルギー転換で果たす役割は多面的です。水素は、電化が難しい分野（重工業、海運、航空など）の脱炭素化や、太陽が照っていない時や風が吹いていない時のために余剰の再生可能エネルギーを蓄える手段を提供しますiea.org。多くの専門家は、水素貯蔵を、断続的な再生可能エネルギー発電と安定した24時間のエネルギー需要を結びつける「失われたリンク」と見なしています。「水素は現在、かつてない勢いを得ています。世界は、水素をクリーンで安全なエネルギーの未来の重要な一部とするこのまたとない機会を逃すべきではありません」とIEA事務局長ファティ・ビロル氏は述べていますiea.org。要するに、水素貯蔵をマスターすることが、クリーン燃料およびエネルギーバッファーとしての水素の可能性を引き出す鍵となります。

水素をどうやって（そしてなぜ）貯蔵するのか

石油や天然ガスとは異なり、水素は地下にそのまま存在しているわけではなく、まず生産し、その後貯蔵・輸送してから使用します。しかし、水素は最も軽い元素であるにもかかわらず、貯蔵は決して簡単な作業ではありませんnrel.gov。通常の状態では拡散した気体なので、エンジニアたちは水素をより高密度に詰めて貯蔵するさまざまな方法を開発してきました。大きく分けて、水素は物理的に圧縮ガスや極低温液体として、あるいは化学的に他の物質内に貯蔵することができます。

なぜこれほどの努力をするのでしょうか？それは、効果的な水素貯蔵によってクリーンエネルギーの備蓄が可能になるからです。例えば、余剰の太陽光や風力発電で水を分解して水素を作り、それを貯蔵しておき、必要な時に燃料電池やタービンで再び電気に戻すことができます。このようにエネルギー供給のタイミングを調整できる能力は、再生可能エネルギーが主流となる電力網にとって極めて重要です。また、水素貯蔵は燃料電池車が長距離走行のために十分な燃料を搭載できるようにし、産業施設が重要なプロセスのためのバックアップ供給を確保することも可能にします。要するに、水素を貯蔵することで、それを柔軟なエネルギー通貨に変えることができるのです――余剰のグリーンエネルギーがある時に生産し、必要な時・場所で消費するのです。

主要な水素貯蔵方法

現在、研究者や産業界は、それぞれに利点と課題のある複数の水素貯蔵方法を追求しています。

圧縮水素ガス: 水素を貯蔵する最も単純な方法は、高圧シリンダー内にガスとして保存することです。水素ガスは頑丈なタンクに350～700バール（5,000～10,000 psi）の圧力 energy.govで圧縮され、密度が大幅に高まります。これは水素燃料電池車がH₂を貯蔵する方法で、例えばトヨタ・ミライのタンクは約700バールで水素を保持し、約500～600km（300マイル以上）の走行が可能です。圧縮ガス貯蔵は実績があり、素早い充填が可能ですが、タンクはかさばり（厚いカーボンファイバー製の壁）、700バールでも水素の体積あたりのエネルギーはガソリンのほんの一部にすぎません。シンプルさから車両や小規模貯蔵に理想的な方法ですが、大規模化するには多くの大型シリンダーや巨大な容器を使う必要があります。
液体水素（低温貯蔵）: 水素ガスを-253°C（-423°F）まで冷却すると液体になり、1リットルあたりのエネルギー密度がはるかに高くなりますenergy.gov。液体水素（LH₂）は何十年もロケット燃料タンクで使われてきました（例：NASAのサターンVやスペースシャトル）。現在は大量輸送（タンクローリーや船舶など）や給油所での利用が模索されています。利点は、液体水素は700バールのガスの約8倍の密度があることです。しかし、非常に高価な超断熱の低温タンクが必要で、時間とともに一部の水素が蒸発してしまいます。この温度を維持するには多くのエネルギーが必要です。最大密度が必要な場合に液体貯蔵は理にかなっています。例えば、日本の先駆的なLH₂運搬船Suiso Frontierは、2022年にオーストラリアから日本への液体水素輸送を実証しました。今後、液体水素は航空機や船舶の燃料や流通形態として利用される可能性がありますが、蒸発損失や冷却コストが依然として大きな課題です。
金属水素化物（固体状態での貯蔵）： 興味深い方法の一つは、水素を固体材料の内部に貯蔵することです。特定の金属や合金（マグネシウム、チタン、またはランタン-ニッケル化合物など）は、容易に水素ガスをその結晶構造内に吸収し、金属水素化物を形成します――本質的には水素のための金属スポンジです。これにより水素が安定した固体形態に変わりますnrel.gov。例えば、いくつかのニッケル系合金は中程度の圧力と温度で水素を吸収し、加熱すると放出します。大きな魅力は安全性と密度です：水素は固体マトリックス内に固定され、高圧や極低温を必要としませんnrel.gov。これにより厚い壁のタンクが不要になる可能性があり、体積あたり非常にコンパクトです（金属水素化物は液体水素よりも高い体積密度を達成できます）。欠点は重量――金属は重い――および水素を放出するために必要な熱入力です。金属水素化物システムは定置型貯蔵用に実証が進められています。2024年後半、NRELとGKN Hydrogenが主導するパートナーシップは、コロラド州で初の500kg水素金属水素化物「メガタンク」を稼働させましたnrel.gov nrel.gov。「金属水素化物による水素貯蔵技術は何年も前から存在していますが、商業規模では比較的新しいものです」とGKN HydrogenのAlan Lang氏は述べています。NRELのような実証事業は、その実現可能性と独自の価値――安全性、設置面積、効率――を大規模エネルギー貯蔵において証明していますnrel.gov。
液体有機水素キャリア（LOHCs）： もう一つの新しいアプローチは、水素を液体化学物質に貯蔵する方法で、充電式燃料のようなものです。液体有機水素キャリアは、安定した油状の液体（例えば、トルエンやジベンジルトルエン）であり、水素を化学的に「充填」し、必要に応じて「放出」することができます。基本的に、水素ガスは水素化反応によって液体に化学吸着され、水素に富んだ液体が生成されます。その後、脱水素化プロセス（加熱と触媒を使用）によって、必要なときにH₂ガスが放出されますen.wikipedia.org。LOHCsの大きな利点は、液体が常温・常圧で取り扱えることです—低温や高圧タンクは不要です。LOHC液体は既存の燃料インフラを利用でき、ガソリンのようにタンカーで輸送・ポンプ搬送が可能です。また、爆発性がなく、大量の水素を高密度で貯蔵可能です（一部のLOHCは重量比で約6～7%の水素を含有）。欠点は、化学反応にかかるエネルギーコストです—水素を放出するには加熱が必要で、触媒も必要です。このため、往復効率は低下し（熱回収なしの場合、放出効率は通常60～70%程度）en.wikipedia.org。しかし、研究が進展しており、安全性や物流面での利点は長距離水素輸送にとって非常に魅力的です。実際、2020年には日本が世界初の国際水素サプライチェーンを開始し、トルエン系LOHCを用いてブルネイから川崎へ水素を輸送しましたen.wikipedia.org。ドイツのHydrogenious LOHC Technologiesのような大手企業もLOHCの大規模化を進めています。Hydrogeniousは、ドイツ・ドルマゲンに世界最大のLOHCプラント（プロジェクト「Hector」）を建設中で、年間約1,800トンの水素をベンジルトルエンLOHCシステムで貯蔵予定ですh2-international.com。この施設は2025年4月に承認を受け、2027年の開業が予定されていますh2-international.com。HydrogeniousのCEO、アンドレアス・レーマン氏は「当社LOHC技術の成熟度と産業規模での適用可能性の証明」と述べていますh2-international.com。
化学キャリア（アンモニアなど）：水素は、間接的に、他の水素を多く含む化学物質、例えばアンモニア（NH₃）やメタノールに変換することで貯蔵することもできます。アンモニアは水素と窒素の化合物で、すでに（肥料として）世界中で広く生産・輸送されています。また、液体水素よりも1リットルあたり多くの水素を含み、極低温タンクを必要としません（アンモニアは-33°Cで液化し、水素の-253°Cよりはるかに容易です）。このアイデアは、グリーン水素から「グリーンアンモニア」を製造し、アンモニアを輸送または貯蔵（純粋な水素よりも取り扱いが容易）し、最終的にアンモニアを燃料として使用する（発電用タービンや船舶の一部はアンモニア燃焼に適応中）か、目的地で再び水素に「クラッキング」することです。利点は既存のアンモニアインフラ（パイプライン、タンク、船舶）を活用できる点ですが、アンモニアから水素へのクラッキングはエネルギー集約的で、まだ広く普及していません。同様に、メタノールや他の合成燃料も、水素の液体キャリアとして（CO₂＋H₂から作ればカーボンニュートラルに）利用できます。これらの化学キャリアは、水素の国際取引に有望です。例えば、中東やオーストラリアの大規模なグリーンアンモニアプロジェクトは、アンモニアを水素の代替としてエネルギー輸入国に輸送する計画です。キャリアの選択は、最終用途によることが多いです。燃料電池や純水素を必要とする車両には、LOHCや圧縮水素が好まれる場合があり、一方で船舶や発電所の燃料には、アンモニアが直接使われることもあります。

これらの貯蔵方法はそれぞれ、水素のエネルギー密度を高めることや、その扱いにくい特性への対応という核心的な課題に取り組んでいますが、すべての状況に最適な方法はありません。実際には、複数の貯蔵技術が共存することになるでしょう――燃料供給所の加圧タンク、LOHCのタンクローリー、バックアップ電源用の固体貯蔵などです。

技術的課題と最近の進展

水素貯蔵は大きく進歩しましたが、依然として重要な技術的課題が残っています。根本的な問題の一つは、極端に重く高価なシステムにならずに高密度を実現することです。例えば、車両用の圧縮ガスタンクは700バールに耐えるためカーボンファイバー複合材で作る必要があり、高価で車内の多くのスペースを占めます。それでも、一般的な700バールタンクでH₂は5～6kg程度しか入らず、数百マイルの走行分にしかなりません。航空機や長距離トラックのような用途では、貯蔵の重量と体積が、エネルギー密度の高いディーゼルやジェット燃料と比べて大きな課題です。液体水素は密度を改善しますが、ボイルオフによる蒸発損失や、水素を液化する際のエネルギー消費（エネルギー含有量の約30%）が欠点です。水素は漏れやすいことでも悪名高く、H₂分子は非常に小さく、他のガスなら保持できるシールもすり抜けてしまいます。漏れのないシステムの確保や漏れ検知は安全上の大きな焦点であり、水素は可燃性です。

もう一つの課題は材料の適合性です。水素は時間の経過とともに一部の金属を脆くすることがあります（この現象は水素脆化と呼ばれます）。これによりタンクやパイプラインが弱くなる可能性がありますenergy.ec.europa.eu。エンジニアは特殊な鋼や複合材料を使用し、機器を慎重にテストしなければなりません。たとえば、新しい水素パイプラインやタンク材料は、長期的な安全性を確保するために厳格な圧力サイクル試験や脆化試験を受けますenergy.ec.europa.eu。また、効率の問題もあります。貯蔵の各ステップ（圧縮、冷却、吸収など）にはエネルギーが必要であり、「グリーン水素」システム全体の効率を下げてしまいます。これらの損失をより良い技術で減らすことが継続的な課題です。

良いニュースは、多くの分野で急速な進歩が見られることです。研究者たちは金属有機構造体（MOF）のような新しい材料を開発しています。これは本質的にナノメートルサイズの細孔を持つ結晶性スポンジで、高密度で水素を吸着できるのです。すでに95,000種類以上のMOF材料が発見されており、多くがガス貯蔵に有望とされていますsouthampton.ac.uk。2024年には、サウサンプトン大学のチームが有機塩を使った新しい多孔質材料を作り、スポンジのように水素を貯蔵できる可能性を示しました。これは従来のMOFよりも低コストかつ高い安定性を持つ可能性がありますsouthampton.ac.uk。一方、H2MOF（ノーベル賞受賞者サー・フレイザー・ストッダートが共同設立）のようなスタートアップ企業は、常温・低圧近傍で動作するMOFベースの水素貯蔵の商業化を急いでいます。これはまさにゲームチェンジャーとなるでしょうgasworld.com gasworld.com。サー・フレイザー・ストッダートは「水素燃料はすべての可燃性燃料の中で最も高いエネルギー密度を持ち、同時に排出ゼロです。」と述べていますgasworld.com。つまり、先進材料で貯蔵の課題を克服できれば、水素は利便性の面でも化石燃料と真に競争でき、クリーンエネルギーを提供できるということです。

タンクおよびインフラ技術も進化しています。 圧縮ガス用では、新しい複合材タンク設計（タイプIVおよびVシリンダー）によって、車両の重量が削減され、容量が増加しています。企業は、低温圧縮水素（冷却と圧縮を組み合わせた水素）をテストしており、完全な液化をせずにより多くのガスをタンクに詰め込むことが可能になっています。固体貯蔵分野では、最近のNREL–GKN Hydrogenプロジェクトにより、施設の廃熱を利用して金属水素化物から効率的に水素を放出できることが実証され、システム効率が向上しましたnrel.gov nrel.gov。2024年にその500kg水素化物貯蔵ユニットが稼働したことで、固体貯蔵が研究室規模から実用的なグリッド接続規模へと移行しつつあることが示されていますnrel.gov。同様に、LOHC技術も進歩しています。新しい触媒やキャリア液体が開発され、水素を放出するために必要な温度とエネルギーが低減されており、Hydrogeniousの1日5トンLOHC貯蔵ユニットのような実証実験で長期サイクルや経済性が検証されています。各段階的な改良――1リットルあたりより多くのH₂を保持できるタンク、10°C低い温度でH₂を放出できる材料、ボイルオフ損失を減らすポンプ――が、水素貯蔵を主流採用に必要な性能へと近づけています。

インフラと安全性の考慮事項

水素ベースのエネルギーシステムの構築は、単に貯蔵媒体だけでなく、支援インフラと厳格な安全対策が必要です。インフラ面では、将来の水素サプライチェーンを想像してください――生産（電解装置や改質装置）から始まり、流通（パイプライン、トラック、船舶）、そして貯蔵、最終的な利用（燃料電池、タービンなど）へと続きます。そのチェーンの各リンクが、今日開発されています。

パイプライン: 大量の水素を国内で輸送する最も効率的な方法は、天然ガスと同様にパイプラインを利用することかもしれません。いくつかの国では専用の水素パイプライン（ヨーロッパでは大陸全体を横断する「Hydrogen Backbone」が提案されています）が計画されており、その間、既存の天然ガスパイプラインに水素を混合する実験が行われています。多くのシステムでは、体積比で約20%まで水素を天然ガスに混合することが可能で、これにより供給されるガスのCO₂排出量を削減できます（ただし、それ以上の混合には、脆化や機器の適合性の問題から新しいパイプや改修が必要になることが多いです）。例えばイギリスの公益事業者は、20%水素混合のガスを一般家庭に供給する地域試験を行い、消費者にとっては排出量がやや減少する以外に目立った違いはありませんでした。アメリカではSoCalGasが「H2 Hydrogen Home」プロジェクトで、家庭用の調理や暖房のためにパイプラインで水素を混合する実証を行っていますuci.edu。長期的には、産業クラスターや水素「ハブ」のために純水素パイプラインを建設することが目標です。既存の天然ガスパイプラインは、場合によっては転用可能ですが、水素の特性に対応できない部分は交換が必要です。EUはすでにこれに着手しており、2024年のEU指令によって、水素ネットワーク運営者（ENNOH）や天然ガスとは別のパイプライン基準の整備が進められていますenergy.ec.europa.eu。

バルク貯蔵施設: 天然ガスを季節需要の調整のために巨大な地下空洞に貯蔵するのと同様に、水素でも同じことができます。実際、地下岩塩空洞は大規模な水素貯蔵の解決策として注目されています。岩塩層は気密性があり、大きな空洞を作るために溶出できるという特性があるためです。注目すべき例としては、ドイツ北東部にあります。ユーティリティ企業Uniperは2024年9月に「HPC Krummhörn」パイロットを開設し、最大50万立方メートルの水素を圧力下で貯蔵できるように岩塩空洞を転用しましたgasworld.com。この空洞は、大規模な季節的水素貯蔵の実運用をテストするために使用され、夏に生産されたグリーン水素を冬に使用するために貯蔵しますgasworld.com。アメリカでは、さらに大規模なプロジェクトであるAdvanced Clean Energy Storage (ACES)がユタ州で建設中です。5億400万ドルのDOEローン保証を受けておりenergy.gov、ACESは2つの巨大な岩塩空洞（それぞれがエンパイア・ステート・ビル数棟分の大きさ）を利用して、220MWの電解装置群で生産されたクリーン水素を貯蔵しますenergy.gov energy.gov。貯蔵された水素はインターマウンテン・パワー・プロジェクトのタービンに供給され、2025年にはまず30%の水素混合燃料から始まり、2045年までに100%水素燃料を目指しますenergy.gov。これらのプロジェクトは、水素がグリッドの長期貯蔵手段となりうること、つまり余剰再生可能エネルギーを数か月間貯蔵できる巨大なバッテリーのような役割を果たすことを示しています。

輸送と充填: 小規模な配送には、圧縮水素チューブトレーラー（高圧シリンダーを束ねて運ぶトラック）が現在一般的で、産業や充填ステーションに水素を届けています。各トレーラーは300～400kgの水素を運ぶことができます。将来的には、液体水素タンクローリー（LNGタンクローリーに似た断熱クライオジェニックトラック）が、1台あたり約3,500kgとより多くの水素を運び、充填ステーションに供給できるようになります。日本では、前述のように、海上輸送を探るための液体水素運搬船の実証も始まっています。水素充填ステーションのネットワークの整備は燃料電池車にとって不可欠であり、2025年までに世界で1,000か所以上（日本、ドイツ、カリフォルニア、韓国が先行）となりますが、水素車が普及するにはさらに多くのステーションが必要です。各国政府は、既存のガソリンスタンドと併設する形で、特別な安全センサーや換気、緊急停止装置を備えたこれらのステーションの拡充を支援しています。

安全性について言えば、（ヒンデンブルク号の神話が世間の想像力に根強く残っているように）水素の評判を考えると、当然ながら大きな懸念事項です。実際には、水素は他の一般的な燃料と同様に安全に取り扱うことができますが、異なる特性があるため慎重な設計が必要です。水素は非常に可燃性が高い（空気中の約4%から75%のH₂濃度で着火可能）という広い範囲で燃焼します。良い点としては、自己着火温度が非常に高い（つまり、着火にはかなりの熱源が必要）こと、そして分子が非常に軽いため、屋外で漏れが発生した場合、水素ガスは急速に上昇・拡散することが挙げられます。これはガソリンやプロパンのように地面にたまることがありません。この急速な拡散性により、屋外では火災リスクが低減されます。しかし、密閉空間では水素が天井付近にたまりやすいため（空気より軽いため）、施設には適切な換気と水素検知器が必要です。特異な点として、水素は日中ほとんど目に見えない炎で燃焼するため、水素施設では目で見えない着火を検知するために炎検知器（紫外線/赤外線センサー）が使われています。

材料や部品の規格も安全性の鍵となります。水素は一部の金属を脆化させる傾向があるため、タンク、バルブ、配管は水素の浸透に耐えることが証明されたステンレス鋼、ポリマー、複合材料などの適合材料で作るか、内張りする必要があります。車両用のすべての水素貯蔵タンクは、火炎試験、落下試験、極端な圧力試験を受けており、重大な事故でも破裂しないことが保証されています。水素ステーションでは、高品質の切り離しカップリングやアース線を使い、静電気による火花を防いでいます。業界では、コードや規格（ISOやNFPA規格など）が徹底的に整備されており、天然ガスで長年使われてきたものと同様に水素システム設計を規定しています。

一般向けの啓発活動も安全対策の一部です。例えば、水素自動車では水素漏れを嗅ぎ分けることができない（H₂は無臭で、天然ガスのようなメルカプタン臭がない）ため、自動検知器が設置されていることを周知することなどです。全体として、産業現場（石油精製所、肥料工場、NASA施設など）での数十年にわたる水素取り扱いの経験から、適切な予防策を講じれば水素は従来の燃料と同等に安全にできるという自信があります。水素インフラの整備が進む中、規制当局や企業は「安全第一」アプローチを採用し、保守的な設計選択と徹底的なシステム試験を行い、社会の信頼を得ようとしています。

主要プレーヤー、プロジェクト、投資

世界的な水素推進の動きは、産業界の多様なプレーヤーや巨額の投資を呼び込んでおり、エネルギー大手からテック系スタートアップ、政府まで幅広く参入しています。ここでは、水素貯蔵ブームを牽引する主なプレーヤーと注目プロジェクトを紹介します。

産業ガス会社: リンデ、エア・リキード、エア・プロダクツなど、長年にわたり産業向けに水素を供給してきた大手企業は、新たな水素インフラへの投資を積極的に行っています。これらの企業は、大規模な液化、圧縮、流通などの分野で専門知識を有しています。例えば、エア・リキードは2024年にエクソンモービルと共にテキサスの水素プロジェクトに8億5,000万ドルを投資すると発表し、ベイタウン（テキサス州）における大規模な低炭素水素・アンモニア施設を支えるための新しい空気分離装置やパイプラインの建設を含みますgasworld.com。エア・リキードとリンデは、米国湾岸や北ヨーロッパを中心に数千キロメートルに及ぶ水素パイプラインを運用しており、これらは拡張中です。これらの企業はまた、バルク水素貯蔵の開発も進めており、エア・リキードは水素液化装置を建設しています（世界最大級のものがネバダ州にあり、西海岸の水素ステーションに液体水素を供給しています）。エア・プロダクツは、巨大な「グリーン水素」生産・輸出プロジェクト（サウジアラビアでの50億ドル規模のグリーンアンモニア輸出プロジェクトなど）に投資しています。これらの既存大手は深いエンジニアリングのノウハウを持ち、貯蔵技術の拡大に不可欠な存在です（例えば、リンデは世界中の水素プロジェクトで使用される高圧タンクや極低温容器の多くを製造しています）。
エネルギー・石油＆ガス大手: 多くの伝統的な石油会社や電力会社が水素分野へと転換しています。シェル、BP、トタルエナジーズ、シェブロンは水素部門やパイロットプロジェクトを立ち上げています。シェルはヨーロッパで水素充填ステーションを建設し、REFHYNEプロジェクト（ドイツの製油所におけるEU最大級の電解装置）のパートナーでもあります。BPはオーストラリアで計画中の水素ハブに関与しています。シェブロンはユタ州のACESプロジェクトに投資し、Hydrogenious LOHCにも出資しています。中東の石油会社（サウジアラムコ、UAEのADNOC）は、脱炭素化時代におけるエネルギー供給者であり続けるため、水素・アンモニアの輸出計画に多額の資金を投入しています。ユニパー、RWE、エネルなどの大手電力会社は、電力系統のバランス調整用の水素貯蔵や、ガスインフラの水素用転用を進めています。三菱パワーも重要なプレーヤーであり、ユタ州ACESプロジェクト向けの水素対応ガスタービンを供給し、2023年には日本で水素30%混焼の発電所の画期的な試験を完了しました。これらの大手企業は、しばしば生産・貯蔵・最終用途を統合するデモンストレーションプロジェクトのインテグレーターとして機能します。
革新的スタートアップ: 一方で、多くのスタートアップや研究スピンオフが特定の貯蔵技術に取り組んでいます。H2MOF（MOF材料に特化）については前述しました。もう一つの例はHydrogenious LOHC（2013年設立、現在はChevronや三菱の支援を受けLOHC分野のリーダー）です。GKN Hydrogen（英国のエンジニアリング企業が支援）は、マイクログリッド向けの金属水素化物貯蔵システムを推進しています。Plug Powerは主に燃料電池や電解装置で知られていますが、フォークリフト燃料用の全米水素配送ネットワークを支えるため、水素液化や貯蔵でも革新を進めています。スタートアップはまた、化学的水素貯蔵（Fraunhoferが小型車両向けに開発したマグネシウム水素化物ベースのペーストPowerpasteなど）や新しいアンモニア分解触媒にも取り組んでいます。このエコシステムは、小規模なベンチャー支援企業から大手産業コングロマリットまで幅広く、水素の貯蔵・輸送方法の改良を競っています。
旗艦プロジェクト: 企業以外にも、規模や重要性から注目すべきプロジェクトがあります:
- Advanced Clean Energy Storage（ユタ州、米国）: 前述の通り、これは世界最大級の水素エネルギー貯蔵施設の一つで、大都市1日分の電力に相当するキャバーン貯蔵を備えます。太陽光・風力発電、大型電解装置、岩塩キャバーン貯蔵、水素燃料発電所を組み合わせていますenergy.gov energy.gov。これは季節的なグリッド貯蔵への水素利用の好例です。
- Hector LOHCプラント（ドイツ）: 世界最大のLOHCベース貯蔵プラントが計画中（年間1,800トンH₂）。これはGreen Hydrogen @ Blue Danube水素輸入プロジェクトと接続し、LOHCによる地域間水素取引を実証しますh2-international.com。
- HyStock（オランダ）: Gasunieによる水素用岩塩キャバーンと関連パイプラインの開発プロジェクトで、洋上風力発電のバッファーとして再生可能水素貯蔵を目指すオランダ戦略の一環です。
- H₂H Saltend（英国）: イングランド北東部に提案されている水素ハブで、工業生産の余剰水素を（当初は地上タンク、後に地下キャバーン）に貯蔵し、近隣の発電所や産業に供給します。
- Asian Renewable Energy Hub（オーストラリア）: 西オーストラリアでグリーン水素とアンモニアを生産・輸出する巨大計画で、現地での貯蔵や液化が必要です。主に生産に焦点を当てていますが、その規模から新しい貯蔵技術（石油タンク並みのアンモニアタンクなど）が導入されます。
- 日本-オーストラリア LH₂ サプライチェーン: 日本の実証プロジェクトは、ブルネイからLOHCを輸送しただけでなく、オーストラリアから液体水素も輸送しました。すいそフロンティア LH₂船は2022年初頭に液化水素を約9,000km運び、海上輸送が実現可能であることを証明しました。日本の川崎重工業は、航海中に水素を-253°Cで保管できる特別な貯蔵タンクを製造しました。
- EU水素バレー: EUは、水素の生産・貯蔵・利用が統合されたクラスター（バレー）に資金を提供しています。これらの多くは革新的な貯蔵を含んでおり、例えばスペイン・カタルーニャのプロジェクトでは、枯渇したガス貯蔵層での地下水素貯蔵を備えた水素バレーを建設中であり、スウェーデンのバレーではHYBRITプロジェクトの地下水素貯蔵を製鉄に統合しています。
- HYBRIT製鉄プロジェクト（スウェーデン）: このプロジェクトは、石炭の代わりに水素を使って製鉄を変革しています。製鉄所への安定した水素供給を確保するため、HYBRITはスウェーデン・ルレオに独自の地下水素貯蔵キャビンを建設しました。これは本質的に、岩盤の古いキャビンをライニングし加圧して水素ガスを貯蔵するものですhybritdevelopment.se。2022年にこの100m³の貯蔵施設が開所し、それ以来、再生可能エネルギー由来の水素を貯蔵し、パイロット製鉄所に供給する運用に成功していますhybritdevelopment.se。規模は岩塩空洞より小さいですが、連続的な産業運転を可能にする水素貯蔵の先駆的な利用例です。製鉄業の例は、水素貯蔵が産業プロセスの脱炭素化を直接実現できることを示しています。HYBRITパイロットはすでに、貯蔵した化石燃料フリーの水素を使ってゼロ炭素排出の高品質な鋼を生産しましたfasken.com。
政府および公共部門: 最後に、政府自体も資金提供や政策を通じて主要な役割を果たしています。過去2年間で、水素への前例のない公共投資の波が見られました。アメリカ合衆国では、2021年の超党派インフラ法により、地域クリーン水素ハブに80億ドルが割り当てられ、2023年10月には7つの水素ハブプロジェクトが連邦資金70億ドルを受け取ることが発表されました bidenwhitehouse.archives.gov。これらのハブは、ペンシルベニアからテキサス、カリフォルニアまで全米に広がっており、民間の共同投資で400億ドル以上を集めていますbidenwhitehouse.archives.gov。これらは総じて、2030年までに年間300万トンのクリーン水素を生産する（これはその年の米国目標の約3分の1）こと、そして数万人の雇用を創出することを目指していますbidenwhitehouse.archives.gov。重要なのは、多くのハブが水素貯蔵キャビティ、パイプライン、流通インフラの計画を含み、水素生産者と利用者をつなぐことです。米国政府はまた、クリーン水素生産税額控除（45V）のような手厚いインセンティブも導入しており、クリーン水素1キログラムあたり最大3ドルが支給され、サプライチェーン全体への投資を促進していますprojectfinance.law。この税額控除（2022年インフレ抑制法の一部）は、開発者がグリーン水素をよりコスト競争力のあるものにするクレジットを見込んで、計画中の水素プロジェクトが247%急増する結果となりました。ヨーロッパでは、EUのグリーンディールおよびREPowerEU計画が水素を中心に据えています。EUは2030年までに年間1,000万トンの再生可能水素を生産し、さらに1,000万トンを輸入するという目標を設定しましたenergy.ec.europa.eu。これを支援するため、EUおよび加盟国は、重要な欧州共通利益プロジェクト（IPCEI）などの資金プログラムを展開しています。2022～2024年には、3つのIPCEIプログラム（Hy2Tech、Hy2Use、Hy2Infra）が承認され、水素技術とインフラに数十億ユーロが投入されています。Hy2Infra IPCEI（2024年2月）は、複数国にわたる「大規模水素貯蔵施設およびパイプライン」の建設を明確に支援していますenergy.ec.europa.eu。さらに、EUは「欧州水素銀行」の設立を進めており、グリーン水素の生産とオフテイクの確保は、需要を保証することで間接的に貯蔵を支援しています。ヨーロッパ各国は独自の戦略を持っています。例えばドイツは水素関連の資金を200億ユーロに倍増し、水素貯蔵の研究開発にも共同出資しています。一方フランスは航空向けの液体水素タンク技術に投資しています。アジア太平洋の政府もこの分野に参入しています。日本は2030年までに年間500万トンの水素を利用する計画で、LH₂運搬船や貯蔵ターミナルの建設を重視した戦略を持っています。韓国は燃料電池発電による多数の水素都市を目指し、「ハナム燃料電池」プロジェクトとして大規模な水素貯蔵・燃料電池発電所を建設しました。中国は現在、車両や産業用途に重点を置いていますが、電解装置の製造を急速に拡大しており、水素をエネルギーシステムに統合する中で大規模な水素貯蔵を展開する可能性が高いです。

これらすべてのプレーヤーとプロジェクトは、重要なポイントを強調しています：水素貯蔵は世界中で大規模な資本と人材を引き付けている。既存産業、革新的なスタートアップ、そして公的投資の融合が進歩を加速させています。この幅広い支援が、多くのアナリストが「今回は水素が定着する」と考える理由です（過去の過熱サイクルとは異なります）。ある業界の観察者が言ったように、水素の物語は真の転換点に到達しました ― 技術が成熟し、莫大な投資が流入する中で、水素は世界的なエネルギー転換においてますます重要な役割を果たす態勢が整っていますfasken.com。

用途：輸送、グリッド貯蔵、産業利用

この貯蔵された水素を実際に何に使うのでしょうか？水素の素晴らしい点はその多用途性です ― 同じ水素で車を走らせたり、工場の炉を加熱したり、発電所を動かしたりできます。ここでは主な用途分野と、水素貯蔵がそれらをどのように可能にするかを紹介します:

輸送: 水素燃料電池車（FCEV）は水素経済ビジョンの柱です。これには乗用車（トヨタ・ミライ、ヒョンデ・ネッソなど）、バス、トラック（ニコラ、トヨタ/ケンワース、ヒョンデ・エクシエントのプロトタイプなど）、列車、さらにはフォークリフトも含まれます。車両では、コンパクトな車載貯蔵が不可欠です。ほとんどのFCEVは、前述のように700バールの圧縮ガスタンクを使用しています。これらの先進的なタンクにより、車は300～400マイルの航続距離を実現し、FCEVは航続距離の面でガソリン車と競争力を持ちますenergy.gov。大型トラックやバスは多くの場合350バールシステム（低圧で大きなタンク）を使用しますが、それでも十分な航続距離や給油頻度を確保するために高密度貯蔵に依存しています。水素貯蔵技術は車両の実用性に直接影響します。より良いタンクは、より軽い車両やより長い航続距離を意味します。水素のバッテリーに対する利点は、素早い給油と同じ航続距離での軽量性であり、これが長距離・高稼働輸送で注目される理由です。例えば、2023年にはアルストムの水素燃料電池列車がドイツの地域路線で運行を開始しました。各列車は屋根上に水素タンクを搭載し、1回の充填で1,000km走行でき、非電化区間のディーゼル列車を置き換えています。航空分野では、水素燃料のドローンや小型機の試験が行われており、2030年代には中型機向けに液体水素の利用も検討されています。海運では水素由来燃料の模索が進んでおり、デモンストレーション用の船舶では水素燃料電池と車載貯蔵を組み合わせたものもありますが、多くはアンモニアやメタノール（異なる種類の貯蔵タンクが必要）に傾いています。重要なのは、車両以外の水素貯蔵インフラも必要だという点です。水素ステーションや水素デポのネットワークがこれらの車両を支えます。トラック輸送ルートでは、業界は100マイルごとに給油所を設けた「水素回廊」を検討しています。港や空港では、液体水素やアンモニアとしての水素貯蔵が将来の船舶や航空機の燃料になる可能性があります。フォークリフトや倉庫分野は水素の初期成功例であり、アマゾンやウォルマートなどの企業はすでに数千台の燃料電池フォークリフトを物流センターで使用しています。これらのフォークリフトは小型の350バールタンクを搭載し、作業者は現場の水素ディスペンサーで数分で給油できます（液体水素の貯蔵供給、または現場のコンプレッサーとシリンダーでサポート）。素早い給油と連続稼働（バッテリー交換不要）が勝因となりました。これは、水素貯蔵が特定のニッチ分野で今すぐ生産性向上を可能にしていることを示しています。
グリッドエネルギー貯蔵: 電力グリッドにおける太陽光や風力の割合が増えるにつれて、その変動性を平準化するための長時間貯蔵の必要性も高まっています。バッテリーは数時間の貯蔵には優れていますが、数日から数週間分の電力を貯蔵するには、水素が有力な候補です。余剰の再生可能エネルギー（例えば、需要が低い風の強い日や晴れた週末）を使って電気分解で水素を製造し、その水素をタンクや地下空洞に貯蔵し、必要な時（長期間の曇天や風の弱い冬など）に燃料電池やタービンで発電するというアイデアです。これは本質的に再生可能エネルギーの備蓄を作ることになります。実証プロジェクトも進行中で、ユタ州のACESのほか、ヨーロッパではオーストリアの「BigBattery」プロジェクトが再生可能水素を地下空洞に貯蔵し、ピーク時の発電用ガスタービンに供給しています。ドイツのUniperプロジェクトも、塩の空洞がグリッドのバランス調整やエネルギー安全保障にどのように役立つかを、グリーン水素を迅速に供給できる形で検証します。これらが実証されれば、各国は戦略石油備蓄のように戦略的な水素備蓄を維持できるようになるかもしれません――ただしクリーンエネルギーのために。もう一つのグリッド用途はパワー・トゥ・ガスです。これは再生可能電力を水素に変換し、ガスグリッドに（混合または合成メタンに変換して）注入し、既存のガスインフラにエネルギーを貯蔵する方法です。一部の電力会社はこれを小規模で実施しており、実質的に天然ガスネットワークを季節的な水素注入による巨大な「バッテリー」として利用しています。水素はまた、グリッドサービスも提供できます。燃料電池プラントは周波数安定化のために出力を上下させたり、分散型燃料電池発電機は病院やデータセンターへのバックアップ電源を提供したりできます（現場に水素貯蔵を備えた燃料電池は重要なバックアップ用に設置されており、場合によってはディーゼル発電機よりも長期間の燃料供給が可能です）。
産業用途: 水素はすでに産業界（製油所、肥料工場、化学工場）で使用されていますが、そのほとんどは化石燃料由来の「グレー」水素です。今後は、同じプロセスでクリーン水素を使用することでCO₂排出をなくすことが目指されています。例えば、製油所では燃料の脱硫のために水素を使っていますが、近隣の電解装置からグリーン水素を調達し、現場で貯蔵して安定供給することができます。アンモニア肥料工場では水素原料が必要ですが、新しいプロジェクトでは、変動する再生可能エネルギーから得た水素を貯蔵し、グリーンアンモニアを生産することを目指しています。製鉄は注目の用途です。従来、製鉄は高炉で石炭を使って行われてきましたが、水素を使った直接還元鉄（DRI）プロセスではCO₂を90％以上削減できます。スウェーデンのHYBRITプロジェクトは2021～2022年に、化石燃料を使わない水素で高品質な鉄鋼が生産できるfasken.comことを実証しました。現場で水素を一時的に貯蔵することで、電解装置や風力発電が変動しても製鉄所は24時間稼働できます。アルセロール・ミッタルなど他の大手製鉄会社もこれに続き、ドイツやカナダなどで水素を使った実証炉を稼働させています。ここでは（水素供給数時間分のバッファタンクであっても）水素貯蔵が重要で、産業プロセスを継続しダウンタイムを防ぎます。他の産業用途としては、セメントやガラス製造における高温熱があります。水素を貯蔵し、キルンや炉で燃焼させてCO₂を出さずに高温を供給できます。ドイツなどの実験的なガラス工場では水素混合燃料で炉を稼働させた例もあります。暖房用のグリッド注入: 将来的には水素ボイラーが建物や産業用蒸気の熱源となる可能性があります。イギリスでは「水素ホームズ」パイロットプロジェクトで100％水素のボイラーやコンロが紹介されており、町のガス網を水素に切り替える場合、需要変動に対応するために中央集約型の水素生産と貯蔵（朝の暖房需要ピークに対応する大型タンクなど）が必要となります。成長中の産業用途としては、遠隔地やマイクログリッドでのエネルギー貯蔵があります。これはディーゼル発電機を水素ソリューションに置き換えるものです。例えば、通信塔や孤立した研究所では、太陽光パネル＋電解装置で水素を製造し、シリンダーや金属水素化物に貯蔵し、夜間に燃料電池で電力を供給できます。データセンターでもディーゼル発電機の代わりに水素燃料電池をバックアップ電源としてテストしており、現場での水素貯蔵（通常は加圧タンク）が必要です。

まとめると、水素貯蔵は柔軟性をもたらすものです。水素の生産と利用を切り離すことができます。つまり、水素車は事前に生産・貯蔵された燃料で素早く充填でき、発電所は安価なオフピーク時に作られた水素を使って出力を上げ、工場は手元の水素備蓄で中断なく稼働できます。こうした用途が拡大することで、より良く安価な水素貯蔵ソリューションへの需要が高まり、技術革新と規模拡大の好循環が生まれます。

結論: 水素が切り拓く未来へ

かつては専門的な技術分野だった水素貯蔵は、今や世界中のクリーンエネルギー計画の要となっています。水素を安全かつ効率的に貯蔵できる能力は、私たちのエネルギーシステムの再構築を可能にしています。例えば、水しか排出しない自動車やトラック、冬の風力を夏の熱として蓄える電力網、炭素排出なしで稼働する鉄鋼や化学などの重工業などです。もちろん、コスト削減や貯蔵密度のさらなる向上など課題は残っています。しかしご覧の通り、世界的なイノベーションと投資の波がこれらの課題に正面から取り組んでいます。

高圧タンク、極低温液体、金属水素化物、化学キャリアなど、各貯蔵方法がパズルの一片を担っています。今後数年で、これらのソリューションが洗練され、巧みに組み合わされていくでしょう（例えば、将来の水素ステーションが、車両への充填にクライオポンプ、供給の緩衝に金属水素化物タンク、遠隔地の風力発電所から水素を運ぶLOHCトラックを定期的に受け入れる、といった姿を想像してみてください）。水素貯蔵革命は、単一技術の勝利ではなく、用途ごとに最適なソリューションの組み合わせを展開することにあります。

水素への勢いは本物であり、さらに高まっています。「水素の時代が来た」と、あるエネルギーレポートが述べているように、気候変動への対応、技術の成熟、政策支援がこれまでになく強力に結びついています。主要な経済大国は水素インフラに数十億ドルを投じており、民間セクターもそれに歩調を合わせています。つまり、かつては理論的だったこと――例えば、製鉄所全体を水素で稼働させたり、貯蔵した水素で都市を1週間の停電から守ったりすること――が、今や現実的な射程圏内に入ってきているのです。

一般の人々にとっても、水素貯蔵の進展は日常生活の中で目に見える形になるかもしれません。例えば、水素燃料電池バスが静かに市街地を走る姿や、給油所に新たな「H₂」の標識が掲げられること、あるいは大規模なバッテリーファームの代わりに地下水素を使ったエネルギー貯蔵プロジェクトのニュースなどです。これらは、私たちの燃料に対する考え方が大きく転換しつつある兆しです。最も単純な元素である水素が、クリーンエネルギー転換の中で複雑かつかけがえのない役割を果たそうとしています。水素の貯蔵方法を習得することで、クリーンで柔軟なエネルギーキャリアとしての水素の可能性を最大限に引き出すことができるのです。

今後は、科学者、技術者、産業界、政府が引き続き協力し、水素貯蔵システムの安全性、経済性、そして広範なエネルギーネットワークとの統合を確保していく必要があります。しかし、現在の流れが示す通り、これらの努力は必ず実を結ぶでしょう。宇宙で最も軽い気体を貯蔵するのは決して軽い仕事ではありませんが、創意工夫によって、持続可能なエネルギーの未来を照らす道しるべとなるかもしれません。水素業界のリーダーたちがよく言うように、今回は本当に違います――私たちは水素時代の幕開けを目撃しており、堅牢な水素貯蔵こそがそのすべてを支える鍵なのです。fasken.com iea.org

出典: energy.gov, iea.org, energy.gov, nrel.gov, en.wikipedia.org, en.wikipedia.org, h2-international.com, nrel.gov, southampton.ac.uk, gasworld.com, energy.gov, gasworld.com, energy.gov, energy.ec.europa.eu, gasworld.com, bidenwhitehouse.archives.gov, projectfinance.law, energy.ec.europa.eu、fasken.com、gasworld.com。