重要な役割を果たす「水素キャリア」：化学的に水素を貯める
〔1〕水素を化学変換させて貯める「水素キャリア」
日本では、資源のない現状を考慮して、資源エネルギー庁 水素・燃料電池戦略ロードマップ注7を展望し、将来の再生可能エネルギーの導入比率の向上を目指している。これによって、中東などからの石油依存度も下げ、地球温暖化にも対応し、再生可能エネルギーを大量に貯めていく方法の確立が重要な課題となってきている
水素を貯めるためには、前述した「高圧で水素ガスを貯める」あるいは「低温の液体水素として貯める」という方法の他にもう1つ別の「化学変換して貯める方法」が考えられる。これは、水素ガスのままで貯めず、別の物質と化学的に結合させて、新たな安定的な化学物質をつくって水素を貯める方法である。このとき、その水素を貯める化学物質は「水素キャリア」注8と呼ばれる。この水素キャリアによって水素を安全に貯蔵し、運搬できるようになる。
〔2〕水素キャリアチームが目指す全体像
福島再生可能エネルギー研究所の水素キャリアチームが目指す研究開発の全体像は、図5に示すように5つのステップで進められる。
図5 再生可能エネルギーの高効率貯蔵・利用
〔出所 産総研：福島再生可能エネルギー研究所資料より〕
- 発電：太陽光・風力など再生可能エネルギーによる発電
- エネルギー変換：発電した電力で電気分解し、水から水素を製造（水素キャリアの製造）
- 貯蔵：大量・安全管理
- 輸送：既存の輸送媒体
- 利用：重要施設への熱電供給（コージェネレーション注9）
〔3〕水素貯蔵能力の高い水素キャリア：アンモニアとMCHに着目
このような流れのなかで、水素キャリアに注目すると次のようになる。
図6はエネルギー密度に関して、縦軸に単位体積当たりのエネルギー密度、横軸に単位重量当たりのエネルギー密度の関係を示したもの（対数表示）である。
図6 水素キャリアである「アンモニア」と「メチルシクロヘキサン」（MCH）の位置づけ
〔出所 産総研：福島再生可能エネルギー研究所資料より〕
単純にエネルギーの密度だけで考えると、グラフ中では、臭いがきついことで知られているアンモニア〔分子式：NH3（窒化水素）〕が最も水素を貯める能力が高いことがわかる。
また、次に、アンモニアの隣に示す有機ハイドライド注10であるデカリン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン（MCH：Methylcyclohexane）などが示されているが、これらも有機物に水素を閉じ込めて、有機物として水素を貯蔵する能力が高い物質である。
このように、水素キャリアの候補にはいろいろな種類があるが、安定性や利便性などを考慮して、同チームでは、水素キャリアとしてアンモニアとメチルシクロヘキサンの2種類を選択して研究が行われている。
▼ 注7
http://www.meti.go.jp/press/2014/06/20140624004/20140624004.html
▼ 注8
水素キャリア：Hydrogen Energy Carrier。水素を貯める物質。水素を水素のままの形ではなく、安全に大量に効率よく貯めて運ぶ媒体（化学的物質）のこと。
▼ 注9
コージェネレーション／コジェネレーション：Co-Generation。発電の際に生じる熱エネルギーを、再度発電や暖房に利用すること。すなわち1種類のエネルギー源から複数のエネルギーを取り出すこと。産総研の実証システムでは「水素キャリアガスタービン」が相当する。
▼ 注10
有機ハイドライド：水素化物。CとH、すなわち炭素と水素が化合したもの。
