水素の製造方法について
目次
水素の製造方法については、今回紹介するような化石燃料から生み出す方法、また電解質といった電気を用いることで生み出す方法といった方法やバイオマスを用いた方法など様々な方法があります。
化石燃料の改質とガス化からの水素を製造
まず、化石燃料を燃焼させたりすることで構造などを変える、つまりガスを生み出す操作のことを改質法と呼びます。その改質法に水蒸気を用いることで水蒸気改質法と呼びます。今回の話ではその水蒸気改質法によって水素を取り出します。しかし、水素を取り出す際に化石燃料などを用いるためどうしても二酸化炭素や一酸化炭素といった温室効果ガスを同時に排出してしまうといったことが起きてしまいます。
水電解技術を利用した水素製造
水電解技術を利用した水素の製造方法としてはアルカリ水電解という方法があります。これは、ある容器にアルカリ溶液を入れます。そして直流電気を流すことで、その容器内のアルカリ溶液内で、陰極つまりマイナス極に水素が、陽極つまりプラス極に酸素が集まります。これによって水から水素と酸素を分離することができ、水素のみを取り出すことができます。
また、直流電気についてですが、化石燃料をもとに発電を行う火力発電ではカーボンニュートラルを念頭に入れたときに、あまり良いとは言えません。しかし、今後の水電解技術を利用した水素製造では、太陽光発電や風力発電などの再生エネルギーから生み出した電を活用することで、水素を生み出す過程において一切二酸化炭素を排出せずに作り出すことが可能になります。
光触媒の水分解
光触媒による水素の製造方法についてはまず水の中に半導体光触媒を投入します。そしてその光触媒に紫外線が当たることによって、水から電子が光電効果（物質が光のエネルギーを吸収することで自由電子へと変化し、外に飛び出す）が発生し、水を構成している要素である水素と酸素が分離されます。それによって水素を回収できるようになるのですが、この方法について問題があり、それは水素と酸素が綺麗に分離されないことです。理想の状態としては綺麗に分離し、その中で水素のみを取り出すことができるのですが、この方法の場合、ただ水素と酸素が分離しているだけの状態であるので、水素のみを取り出すことが難しいとされています。その課題だけではないのですが少なくともその課題を解決することによってより実用的な水素の製造方法になると考えられます。
まとめ
個人的な意見にはなるのですが、カーボンニュートラルを進めていく中では、水電解技術や光触媒といった燃焼といったものではなく、あくまで自然エネルギーや自然エネルギーによって生み出された電気を用いることによる水素の生成を進めていくことが必要になってくると考えられます。
水素について（カーボンニュートラルと絡めて）
今回は水素についての製造方法や活用方法、またカーボンニュートラルとの関係について簡単に紹介していきます。また水素の活用方法でも触れるエネファームの仕組みについても簡単に説明します。
目次
- 水素とは
- 水素の製造方法
- 水素の活用方法
- エネファームの仕組み
- 水素とカーボンニュートラルとの関係
- まとめ
原子力発電について
目次
原子力発電の仕組み
原子力発電では燃料としてメタンなどの放射性物質を使います。実際の発電方法としては、メタンなどの放射性物質は核分裂と呼ばれる化学反応を起こすことができます。その際に高熱を発するのですが、この熱を使って水を蒸発させ水蒸気を発生させます。その水蒸気を用いてタービンを回し、発電を行います。また、水蒸気を復水器と呼ばれる中で冷やし気体から液体つまり、水に変換して再び発電に用います。このようにして発電を行います。
日本における原子力発電の割合
資源エネルギー庁のデータによると2019年には原子力発電の割合は6.2%となっています。ちなみに最も多いのは、石油等、L N G（天然ガス）、石炭つまり火力発電となっています。ちなみに1998年には原子力は全体の約36%を占めていましたが、2011年の東日本大震災を皮切りに急激に減少しました。
引用：資源エネルギー庁：第2部 第1章 第4節 二次エネルギーの動向 │ 令和2年度エネルギーに関する年次報告（エネルギー白書2021） HTML版
カーボンニュートラルに対する原子力の見方
カーボンニュートラルを達成するためには発電において発生する二酸化炭素をクリアする必要があります。日本では、約７割程の発電を火力発電に頼っています。火力発電では燃料として石炭や石油などを使って発電を行うのですが、その際に大量の二酸化炭素を排出してしまいます。その点原子力発電においてはL C Aと呼ばれる資材調達、生産、流通、廃棄までのような製品のライフサイクルを評価するものがあるのですが、この点においては二酸化炭素を排出してしまうのですが、発電を行う過程では排出しないので世界的に期待されています。しかし、原子力発電には他の発電方法に比べて安全面においてとても大きな問題があります。実際、日本では2011年に起こった東日本大震災において原子力発電所が津波によって崩壊した時に大量の放射線が排出されてしまい多大なる被害が発生しました。なので、今後は発電において設備を増やすことを念頭に入れることも必要なのですが、それと同時に安全面に気をつけた対策が必要になってきます。
原子力発電の小型化について
現在、原子力発電においては小型化技術が開発されつつある。それは小型モジュール炉(SMR)と呼ばれている。この小型の原子炉はこれまでのものとは近い、工場でモジュールを作成して現地で組み立てるというものとなっている。また小型化する利点としては、冷却と場所の自由度の高さである。まず冷却から説明すると、原子力発電では、核分裂と呼ばれる化学反応を利用して発電をしています。しかし、核分裂をうまく機能させるためには適度に冷却する必要があります。そのためこれまでの原子力発電では、冷たい水を注入して冷却する方法や、除熱とよばれる原子炉内の熱を水に伝え逃すなどといった方法がありました。しかし、小型化を行うことで自然な冷却の効果を見込めます。次に場所の自由度についてです。これについてはモジュールを現地で組み立て作成できるため需要に応じてさまざまな場所で建設することできると考えられます。
まとめ
今回は原子力発電について紹介しました。カーボンニュートラルを考えると原子力発電という選択は候補の一つに入りますが、安全面を考えると難しいと思われるところもありますが、今回紹介した小型化においては小型であるが故に大型の原子力発電所よりもダメージが少なく済むことが考えられるため、今後の原子力発電の流れに注目が必要です。
ネガティブエミッションについて
ネガティブエミッションとは
ネガティブエミッションとは、火力発電などで排出された二酸化炭素をD A Cと呼ばれる大気中に存在する二酸化炭素を分離、回収する技術のように大気中の二酸化炭素の量を減らしカーボンニュートラルだけでなく、二酸化炭素の排出量をマイナスにすることを目標とするものです。
ネガティブエミッションの実施には、先ほど紹介したD A Cや植林・再生林などがあります。今回はその中でもD A C、B E C C S、ブルーカーボン（海洋肥沃）について紹介していきます。
D A Cとは
D A CとはDirect Air Captureと呼ばれる技術のことで、二酸化炭素を吸着する物質などを使って大気中に存在している二酸化炭素を吸収、回収する技術のことです。またこの技術を応用したものに D A C C Sと呼ばれるものがあります。これは、まずD A Cによって、大気中から吸収した二酸化炭素をC C Sと呼ばれる二酸化炭素を地下に貯蔵する取り組みを合わせたものです。しかし、なぜカーボンニュートラルでC O2を減らそうとしているのにわざわざ貯蔵しようとしているのかについてですが、これは単純な理由で言うと大気中の二酸化炭素を地中に貯蔵することで実質減らせるからだと考えられます。しかし、他にも理由があり、もし仮にカーボンニュートラルのように二酸化炭素を大気中から実質なくせたとした時に今、二酸化炭素が使われている製品（例えばドライアイスなど）の製造に大きなダメージを与える可能性があるため、必要な時に二酸化炭素を使えるにようにするためにもC C Sのように貯蔵する必要があるのです。
B E C C Sとは
B E C C Sとはバイオマスと呼ばれる木材や、廃食用油などの廃棄物などを使って発電などを行なった後に出てくる二酸化炭素をC C Sといった二酸化炭素の貯蔵を利用することで実質ゼロ、つまりカーボンニュートラル、またネガティブエミッションを達成したことになります。また、なぜB E C C Sがネガティブエミッションを達成することができたのかということを説明するとライフサイクルアセスメント（L C A）と呼ばれる自然の生き物や製品などの資材調達、製造、流通、廃棄、再利用といった一生の流れを評価するもので、現在ではそれぞれの活動の中で発生する二酸化炭素の量について評価するようなものです。そしてそのライフサイクルアセスメントの中でバイオマスの燃焼で出てきた二酸化炭素はそのような過程を考慮したことでネガティブエミッションを達成します。
ブルーカーボン（海洋肥沃）
ブルーカーボンとは海洋生態系によって吸収、または貯蔵された炭素のことを指します。またそれとは違うものでグリーンカーボンというものもあります。これは、森林といった陸域のものによって吸収、または貯蔵された炭素のことを指します。話は戻りますが、ブルーカーボンの流れとしては海の浅い部分に存在している藻などが光合成によって炭素を取り込むことで起きます。
まとめ
今回はネガティブエミッションの中のDA C、B E C C S、ブルーカーボンについて紹介しましたがまだ他にも風化促進やバイオ炭といったものもあるので興味があったら調べてみてください。
カーボンリサイクルについて
日本ではカーボンニュートラルに向けての活動を積極的に行なっています。その中でも、カーボンリサイクルというのがあり、今回はそのカーボンリサイクルについて簡単にまとめます。またカーボンリサイクルの中の対象の１つであるオレフィンについて説明していきます。
・カーボンリサイクルとは
資源エネルギー庁によるとカーボンリサイクルとは大気中のC O２削減を行い気候変動問題の解決を図る。同時に、新たな資源の安定的な確保に繋げる。同時解決のイノベーションにチャレンジ。
・C O2を炭素資源（カーボン）と捉え、これを回収し、多様な炭素化合物として再利用（リサイクル）する。
・C O２を資源として捉え、これを分離・回収し、鉱物化や人工光合成、メタネーションによる素材や燃料への再利用等とともに、大気中へのC O２排出を抑制していく。
とあります。
実際には前回紹介したC C U Sと呼ばれる、回収した二酸化炭素を利用するまたは、地中などに貯蔵しておくといった二酸化炭素を有効的に利用しようというものです。
・オレフィンについて
オレフィンとは炭素と水素の化合物であるため燃焼したとしても有害なガスを出さないものです。またオレフィンの代表的なものはポリプロピレン、ポリエチレンなどがあります。ちなみにポリプロピレンの用途で代表的なものは浴室の容器や、包装のフィルムまた自動車のライトラバーなどがあります。ポリエチレンの用途で代表的なものはラップフィルムやポリバケツ、レジ袋などがあります。
・オレフィンの製造方法について（従来）
オレフィンの製造にはナフサと呼ばれる、石油化学製品の原料としての油で、このナフサを燃焼することで、オレフィンつまり、エチレンやプロピレンなどの身近なポリバケツや、レジ袋といった石油化学製品の基礎となる石油化学基礎製品と言われるものになります。実際には、ナフサをナフサタンクからナフサ分解炉と呼ばれる炉に入れます。そうするとナフサが熱されますが、ナフサは熱されるとエチレンやプロピレンなど様々なものの元となる気体になり、それらを蒸留することで取り出すことができます。
・オレフィンの製造方法（C O2を用いた方法）
従来のようにナフサを用いてオレフィンを製造する方法では、ナフサが石油であるために二酸化炭素が排出されます。なので今後のオレフィンの製造では従来の方法で使われていたナフサは使わずに大気中にあるC O２と水素を反応器と触媒を用いてオレフィンを作成しようとするものです。
CCUとCCS
・日本では現在発電において７割以上火力に頼っています。しかし、２０５０年に向けてのカーボンニュートラルを達成するためには火力発電の割合を減少させなければなりません。なぜならば火力発電においては化石燃料を使って電気を生み出しているからです。それによって大量に二酸化炭素が生み出されています。しかし火力発電は発電効率も良いので「無くす」というのは難しいです。なので、今後は火力発電を使いつつそこで発生した二酸化炭素についての利用が注目です。そこで今回は、カーボンリサイクルという二酸化炭素を一つの資源と捉え排ガスを再活用するC C UとC C Sと呼ばれる二酸化炭素を埋める仕組みについて説明していきます。
C C Sとは
・CCSとはCarbon dioxide Capture and Storageと呼ばれ火力発電などで発生した二酸化炭素を地中に埋めることで大気中の二酸化炭素を減らすこと。発電所や工場から発生した二酸化炭素を地中に埋めて維持するために二酸化炭素を通さない物質の層を上に二酸化炭素を貯める層を下に分けて、二酸化炭素が外にでないようにする。
C C Uとは
・C C UとはCarbon dioxide Capture and Utilizationと呼ばれ、火力発電などで排出した二酸化炭素を化学製品や燃料など別のものに変えて活用するというものです。
カーボンリサイクルの実例
カーボンリサイクルでは、排出された二酸化炭素をプラスチックやプロパンガスなどに変換します。
