主要技術としての水素の競争力：ドイツ経済のための戦略と対策

Konrad Wolfenstein

1年前

主要技術としての水素の競争力：ドイツ経済のための戦略と対策 – 画像：Xpert.Digital

グリーン水素：気候中立経済への鍵となるか？

主要技術としての水素の競争力：ドイツ経済のための戦略と対策

気候中立型経済への移行は、ドイツにとって大きな課題です。グリーン水素は、エネルギー転換における重要な技術であり、重要な要素と考えられています。しかしながら、最新の分析によると、水素のコストは依然として化石燃料よりも大幅に高いことが示されています。しかしながら、有望な進展も見られます。適切な政治的枠組みが確立されれば、2030年までにグリーン水素は特定の応用分野で競争力を持つ可能性があります。そのためには、生産設備、インフラ、技術革新への大規模な投資が必要であり、同時に欧州全体の価値創造を確保する必要があります。.

水素経済の現状

専門家は水素を未来の重要なエネルギーキャリアであり、「エネルギー転換パズルの欠けていたピース」と評しています。水素は、エネルギー安全保障、気候中立性、競争力を一つの概念に統合したものです。ドイツ連邦政府はこの重要性を認識し、2020年6月に国家水素戦略（NWS）を発表しました。この戦略は、グリーン水素の生産、輸送、そして最終的な利用を含む、ドイツにおける水素経済の構築の基盤となります。その目標は野心的で、2030年までに、総容量10ギガワットのグリーン水素生産施設と、それに伴う再生可能エネルギー発電設備を建設することを目指しています。

ドイツは包括的な水素インフラネットワークの構築を計画している。2027/28年までに、既存パイプラインの改修および新規建設による1,800キロメートルを超える初期ネットワークが完成し、さらにヨーロッパ全域で約4,500キロメートルが追加される予定だ。長期計画では、2032年までにネットワークを9,040キロメートルに拡大し、ドイツ全州の主要な水素拠点（港湾、生産拠点、工業地帯）を結ぶことを目指している。最初の525キロメートルは 2025年までに稼働開始予定で、水素経済の本格化をより具体的に示すものとなる。

これらの野心的な計画にもかかわらず、ドイツの水素経済はまだ初期段階にあります。市場の立ち上がりは期待よりも遅れています。生産者、輸送インフラ、そして需要の連携が不十分であることが、水素経済の発展を阻害しています。さらに、グリーン水素のコストは、従来のエネルギーキャリアよりも大幅に高くなっています。.

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水素のコスト要因と価格差

現在のコスト状況は、グリーン水素の市場拡大における最大の障害の一つとなっている。調査によると、2030年においてもグリーン水素の生産コストは 2.3倍に。この価格差は、潜在的な顧客や投資家にとって大きな問題となっている。

コスト高の要因はいくつかあります。生産面では、電解装置の資本コストと電解プロセスにおける電力コストが主な要因です。しかし、水素協議会が委託したマッキンゼーのレポートによると、電解装置のコストは2020年の660～1,050ドル/kWから2030年には230～380ドル/kWへと大幅に低下する可能性があります。輸送費やインフラ費、規制費用や税金も価格を押し上げます。.

輸送面も軽視すべきではありません。北アフリカから西ドイツへの輸送コストは1kgあたり約0.5米ドルと推定されています。海上輸送による長距離輸送では、液体水素への転換やLOHCやアンモニアなどのキャリア液の添加が必要となるため、輸送コストは1kgあたり2～3米ドルに上昇する可能性があります。.

しかしながら、長期的な価格動向には明るい見通しがあります。2035年以降、水素の最終消費者価格は低下し、天然ガスの価格に近づく可能性があります。その主な要因としては、水素製造コストの低下と、排出量取引の枠組みにおけるCO2価格の上昇が挙げられます。2045年までに、水素のコストは11～15セント/kWh程度まで低下する可能性があります。一方、仮に建築エネルギー法案に基づき2045年に天然ガスの使用が禁止されたとしても、特にCO2価格の上昇により、最終消費者価格は10～12セント/kWhまで上昇すると想定されます。.

競争力を促進するための政治的措置

グリーン水素の競争力を高めるため、ドイツ連邦政府は様々な政策手段を導入しています。国家水素戦略は包括的な枠組みを提供し、水素技術の市場展開を支援し、それに伴うバリューチェーンを構築するための合計37の措置で構成されています。これには、再生可能エネルギーとグリーン水素への移行を促進する法的枠組みの構築、インフラ整備の推進などが含まれます。.

グリーン水素の競争力を左右する重要な要素は、CO2排出量の価格設定です。CO2価格が1トンあたり100ユーロになると、道路輸送や鉄道輸送、製油所や鉄鋼生産における原料としての利用など、グリーン水素の用途が大幅に拡大し、競争力が高まります。CO2価格が1トンあたり35～50米ドルであっても、ブルー水素（CO2回収・貯留（CCS）を用いて天然ガスから製造）は、グレー水素（CO2回収・貯留を用いずに天然ガスから製造）と価格的に同等になります。.

ドイツとEUは、今後数年間にわたり、グリーン水素生産の拡大と産業の気候変動影響ゼロの生産体制への移行のため、数十億ユーロ規模の資金を提供する予定です。2020年6月3日に発表された経済刺激策では、さらに90億ユーロが提供されます。この資金は、2016年から2026年の間に最大14億ユーロが割り当てられる水素・燃料電池技術に関する国家イノベーションプログラムや、「アイデア・コンペティション：水素共和国ドイツ」など、様々なプログラムに投入されます。.

さらに、連邦経済・気候対策省（BMWK）は、水素発電所の促進に関する規制枠組みについて欧州委員会と合意に達しました。新規発電所の入札に向けて、「スプリンター」、「ハイブリッド」、「H₂-Ready」の3つのコンセプトが策定されました。目標は、当初から水素で運転される8.8GWの新規発電所と、水素グリッドに接続されるまで一時的に天然ガスで運転される最大15GWの水素発電所を2035年までに入札することです。.

技術革新とコスト削減の可能性

グリーン水素の生産コスト削減は、技術革新に大きく依存します。Ramboll社はホワイトペーパーの中で、プラント設計におけるコスト削減の出発点として、スケールアップ、モジュール化、標準化されたソリューションの開発など、様々な要素を挙げています。これらのコスト削減は、スタック、システム、そしてプラントの各レベルで実施されるべきです。.

市場の立ち上げ自体がコスト削減の重要な要素です。生産量の増加は規模の経済性をもたらし、単位コストの低下につながります。Power-to-Xやグリーン水素技術の投資家や開発者は、これまで、水素の生産・供給コストは、単に電解能力の拡大とそれに伴う需要の増加によって低下すると想定していました。しかし、こうした設備投資（CAPEX）削減に関する楽観的な予測は、未だ実現していません。その主な理由は、市場の立ち上げが予想よりも緩やかに進んでいることです。.

コスト削減のもう一つのアプローチは、電気分解の効率向上です。研究開発はここで中心的な役割を果たします。そのため、ドイツ連邦政府は、材料研究、システム研究、そして次世代およびそれ以降の世代の潜在的主要技術に重点を置き、グリーン水素に関する基礎研究に特に資金を提供しています。.

インフラ拡張と物流コンセプト

高性能水素インフラの開発は、このエネルギーキャリアの競争力にとって不可欠な前提条件です。計画されている中核水素ネットワークは、2032年までに9,040キロメートルに拡大すると予想されており、パイプラインの約40%は新設され、残りの60%は既存の天然ガスパイプラインの転用となります。約190億ユーロに上る総費用は民間部門が負担し、政府はネットワーク料金の上限設定を通じて支援します。.

特に課題となるのは「ラストマイル」、つまりコアネットワークに直接接続されていない小規模な消費者が、パイプラインを通じてグリーン水素にいかにアクセスできるかという点です。現在、多くの孤立した水素ソリューションが登場しており、これらは独自の水素製造能力に依存し、タンクローリーによる水素の購入と配送を補完しています。これらは水素経済の初期段階では実行可能なアプローチですが、中長期的には、これらの孤立したソリューションも計画中のコアネットワークに接続する必要があります。.

パイプライン輸送以外にも、水素の物流には様々なコンセプトがあります。船舶による長距離輸送には、液体水素（LH2）への変換、またはキャリア液体（LOHCまたはアンモニア）との混合が必要です。しかし、これらのプロセスには追加コストがかかります。最終用途がLH2またはアンモニアとして直接利用できる場合、輸送コストは大幅に削減されます。.

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市場メカニズムと購入者へのインセンティブ

グリーン水素の需要を刺激するには、様々な市場メカニズムと潜在顧客へのインセンティブが必要です。現在、産業界が経済的インセンティブの欠如により水素技術への投資を躊躇していることが大きな問題となっています。実現可能なビジネスケースがあれば、投資を促進し、需要を創出することができます。.

有望なアプローチの一つとして、差額契約（CCfD）があります。これは、政府が現在のCO2価格と気候に優しいプロジェクトの実際のCO2削減コストの差額を補償するものです。これらの手段は、気候に優しい技術への長期投資を計画している企業に、安心感を与えます。.

その他の重要なインセンティブメカニズムとしては、特定セクターにおけるグリーン水素の割当、水素利用者に対する税制優遇措置、長期オフテイク契約などが挙げられます。マッキンゼーの報告書では、水素が最も競争力のあるソリューションとなり得る22の最終用途を特定しています。これらには、特に産業部門と運輸部門における用途が含まれます。.

国際協力と輸入戦略

ドイツは国内生産のみでは水素需要を満たすことができない。そのため、輸入戦略と国際協力が不可欠となる。ベッティーナ・シュタルク＝ヴァッツィンガー連邦研究大臣は、ドイツは自国だけで水素需要を満たすことは不可能であり、輸入戦略が重要な次のステップであると強調した。.

マッキンゼーの調査によると、輸入水素は2030年までに競争力を持つようになる可能性がある。サウジアラビア産のグリーン水素はロッテルダムで1kgあたり3.10ドル、アルジェリアからのパイプライン経由では1kgあたり1.90ドルで入手できると予想されている。これらの輸入ルートは、ドイツの水素需要を満たすのに大きく貢献する可能性がある。.

しかし、輸入戦略を策定する際には、個々の供給国への重大な依存が生じないよう注意が必要です。EUとドイツが重要な部品や電解プラント全体をEU域外の個々の国から調達した場合、こうした依存が生じ、EU域内のバリューチェーンの喪失につながる可能性があります。.

欧州の価値創造の確保

グリーン水素市場の拡大に伴い、水素は安定した再生可能エネルギー経済の基盤となるエネルギーキャリアとなりつつあります。これは、水素技術の巨大な市場形成につながり、欧州連合（EU）域内で最大540万人の新規雇用を創出する可能性があります。したがって、欧州メーカーがグローバル競争において主導的な市場ポジションを確保できるような環境を今こそ整備することが極めて重要です。.

課題の一つは、EU域外の競合他社が現在、欧州メーカーよりも最大50%も安価な水素技術を提供できることです。これは多くの場合、人件費やエネルギーコストの低さ、あるいは巨額の政府補助金と現地市場のインセンティブの組み合わせによるものです。そのため、欧州の価値創造を守るため、ドイツ水素協会（DWV）は、欧州連合（EU）の公的資金提供手段にレジリエンス（回復力）基準を設けるよう求めています。.

ロバート・ハーベック連邦経済大臣は、水素への投資は「気候保護、熟練雇用、そしてエネルギー安全保障といった私たちの未来への投資」であると強調しました。国家水素戦略は、欧州および国際的なパートナーとの緊密な協力の方向性を定めています。.

経済のための具体的な行動勧告

グリーン水素の市場拡大を加速し、競争力を高めるためには、産業界と政策立案者双方による具体的な対策が必要です。ドイツ水素協会（DWV）は、「HyGuide 2030」において、産業、化学、モビリティ、エネルギー、熱供給の各分野におけるグリーン水素製品の生産、応用、そして市場主導の需要を促進するための計85の対策を策定しました。.

重要な提言の一つは、水素プロジェクトの計画と承認プロセスを加速することです。水素市場経済の拡大を阻む既存の障害を取り除く必要があります。もう一つの重要な点は、グリーン水素の十分な供給を確保するため、国内生産と戦略的輸入を組み合わせることです。.

移行段階では、技術中立的なアプローチを追求すべきであり、グリーン水素が十分な量と競争力のある価格で利用可能になるまでの移行ソリューションとして、ブルー水素（天然ガスからCO2を回収して得られる水素）の利用も可能とする。グリーン水素が競争力を持つようになるまで、ブルー水素の利用は不可欠となる。.

もう一つの重要な対策は、水素バリューチェーンに関わるすべてのステークホルダーの連携です。生産者、ネットワーク事業者、消費者、そして政策立案者は、緊密に連携し、同じ方向を向いて水素経済の拡大を加速させる必要があります。.

水素の競争力に関する展望

水素は、気候中立経済において主要なエネルギーキャリアとなる可能性を秘めています。しかしながら、現在、市場の立ち上げはまだ初期段階にあり、グリーン水素のコストは化石燃料代替品よりも大幅に高くなっています。それでもなお、今後数年間で競争力が向上することを示唆する有望な開発が進んでいます。.

マッキンゼーの調査によると、EUの洋上風力発電で生産される水素は、輸入水素と同様に、2030年までに競争力を持つ可能性がある。2035年以降、水素の最終消費者価格は低下し、天然ガスの価格に近づく可能性がある。しかし、この好ましい展開は、政策枠組みが水素市場の拡大と一貫して整合していること、そして生産、インフラ、そして用途に必要な投資が行われることにかかっている。.

ドイツと欧州における水素経済の発展は、持続可能な経済成長と雇用創出にとって大きな機会をもたらします。同時に、特に国際競争において、私たちは大きな課題に直面しています。世界的な水素経済のメリットを享受しつつ、欧州における価値創造を確保することが不可欠です。.

ドイツ政府があらゆる機会を捉えて水素市場経済を即時に拡大すれば、グリーン水素は早ければ2030年には十分な量で利用可能となるでしょう。具体的かつ検証可能な目標を掲げた明確な戦略的アプローチを通じて、ドイツ政府は再生可能エネルギーとそこから生産される水素に重点を置く必要があります。これにより、すべての関係者にとって計画の確実性が高まります。.

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