水素 vs. 発電用天然ガス

特に送電網からの CO2 排出削減における水素の役割はますます関心を集めており、天然ガス、公益事業、産業機器分野の投資家にとって潜在的に重大な影響を及ぼしています。

47兆ドルの資産を代表するClimate Action 100+投資家グループなどの機関投資家は、投資基準に環境要因をますます組み込むようになっている。

このアイデアは、公益事業の「2050年までにネットゼロカーボングリッド」目標の一部として表現されることが多く、たとえばここではデューク・エナジー社（DUK）について議論されており、水素はデューク社の電力の最大30％を生成する候補燃料として特定されている。 2050年に。

「ネットゼロ炭素経済」というより野心的な目標では、発電だけでなく、工業用暖房、商業用および住宅用スペースと給湯、輸送用にも化石燃料を廃止することが構想されている。 このシナリオでは、電力網にさらなる負荷がかかります。 たとえば、住宅の冬の暖房要件は現在、天然ガスによって満たされています。

この記事では、主にネットゼロカーボングリッドの問題に焦点を当てます。 水素は米国の電力網の天然ガスに取って代わることができますか？ また、最も可能性の高いシナリオである、電気分解によって水素を生成するための実用規模の太陽光発電の使用にも焦点を当てます。

技術的な実現可能性、運用上および経済上の実用性、投資家への影響について説明します。

今日取り上げる投資テーマはシンプルです。再生可能エネルギーから生成されたグリーン水素は、今日の天然ガスによって提供されているものと同様のグリッド規模のエネルギー貯蔵、つまり非常に大量のエネルギーを数日から数ヶ月にわたって貯蔵できる能力を提供できます。 これにより、風力発電や太陽光発電の間欠性の制限が克服され、発電用の天然ガスの代替が可能になり、ネットゼロカーボン電力網が実現します。

グリッド発電以外の用途のために水素に多額の投資が行われる可能性があります。 潜在的な全体的な経済的フットプリントは重要です。

水素評議会は、2050 年までに世界の年間売上高が 2 兆 5,000 億ドルになると推定しており、その半分は水素によるもの、残りの半分は機器によるものです。 2020年10月、燃料電池・水素エネルギー協会は、グリッド発電よりも輸送および産業用原料に焦点を当て、2050年までに水素経済からの米国の年間収益が7,500億ドルに達すると推定した。

彼らが言うように、本当なら大きなことです。

発電における水素の可能性について議論するには、留意する必要があることがいくつかあります。

水素は、その製造方法に応じて、灰色、青、または緑色で表されます。 灰色は CO2 を排出する化石燃料から、青は CO2 を回収した化石燃料から、緑色は CO2 を排出しない再生可能エネルギーからです。 人々が将来の水素経済やゼロカーボン経済について話すとき、通常はグリーン水素が暗示されます。

水素（H2）は空気ガスより軽い。 標準状態の水素 1,000 立方フィート (MCF) の重さは 2.41 kg または 5.3 ポンドです。 これは天然ガス (メタン、CH4) の重量の約 15% です。

ガスのエネルギー含有量は、立方フィートあたりの BTU で測定されます。 水素はメタンのエネルギー含有量の約 30% を持っています。 つまり、1 CF の天然ガスと同じエネルギーを供給するには、約 3.3 CF の水素が必要になります。

電気分解によって水素を生成するには、電気分解プロセスの効率が 100% の場合、1 kg の水素を生成するには 39.4 kWh の投入電力が必要です。

水素のコストは、$/kg または $/MMBtu で見積もることができます。 1 ドル/kg の価格は、約 8 ドル/MMBtu に相当します。 天然ガスの価格は通常、$/MMBtu で設定されています (ヘンリー ハブなど)。

水素を燃焼させて発電する場合、CO2は発生しません。

燃料ストリーム内で水素と天然ガスを混合して CO2 排出量を削減することは可能ですが、エネルギー含有量が異なるため、CO2 の 50% 削減を達成するには体積で約 75% の H2 が必要になります。

水素には、メタンにはない取り扱いと安全性の問題があります。 水素は金属の脆化、プラスチックやゴム製のシールの劣化を引き起こす可能性があります。