資料 1 第 10 回 CO2 フリー水素 WG 事務局提出資料平成 29 年 10 月 2 日資源エネルギー庁省エネルギー新エネルギー部新エネルギーシステム課水素燃料電池戦略室

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1 資料 1 第 10 回 CO2 フリー水素 WG 事務局提出資料平成 29 年 10 月 2 日資源エネルギー庁省エネルギー新エネルギー部新エネルギーシステム課水素燃料電池戦略室

2 1 水素基本戦略の策定に係る議論状況 2 前回 WGにおける委員からの主なご意見 3 産業部門におけるCO2フリー水素利用ポテンシャル 3-1 産業プロセスにおけるCO2フリー水素利用ポテンシャル ( リファイナリー ) 3-2 産業プロセスにおけるCO2フリー水素利用ポテンシャル ( 製鉄 ) 3-3 CO2フリー水素の熱利用ポテンシャル 1

3 基本戦略の検討に当たって [ 出典 ] 第 10 回水素燃料電池戦略協議会資料 1 水素基本戦略の検討に当たっては実現すべき将来像について時間軸とともに共通認識を形成した上で各分野のシナリオ / アクションプランを全体として統合する作業が必要その際パリ協定の発効を受け主要国で 2050 年に向けた野心的な構想ビジョンが公表され始めている状況に鑑み主として 2030 年前後を実現目標に掲げる水素燃料電池戦略ロードマップを踏まえつつ 2050 年を視野に入れ 2050 年に向けて官民が共有すべき大きな方向性ビジョンとすることにしたい水素基本戦略の骨格は (1) 水素エネルギー利用を進めるその意義及び (2) 将来目標と実現に向けた中長期シナリオの 2 つによって構成することとしたい各国の CO2 排出量削減目標戦略の構成日 (13 年比 ) 米 (05 年比 ) 2030 年 26% 26-28% 加 (05 年比 ) 独 (90 年比 ) 仏 (90 年比 ) 30% 40% 40% 2050 年 80% 80% 80% 80-95% 75% 日の 50 年目標の基準年は未定米の 05 年比 26-28% は 25 年目標 (1) 水素エネルギー利用の意義電力 / 運輸 / 熱利用等の低炭素化の観点燃料電池技術活用による低炭素化の観点目指すべき将来像 (2) 中長期シナリオ分野別基本戦略調達供給利用革新的技術開発 2

4 水素エネルギー利用の意義エネルギー政策上の位置づけ [出典] 第10回水素燃料電池戦略協議会資料１水素エネルギー利用は 90%以上の一次エネルギーを海外化石燃料に依存する日本のエネルギー供給構造を多様化させ大幅な低炭素化を実現するポテンシャルを有する手段化石燃料を水素に代替することによるエネルギー源の多様化エネルギーセキュリティの向上水素発電やFCV 産業分野での水素利用熱プロセスによるエネルギー利用の低炭素化水素による一次エネルギー供給構造変革とCO2排出削減新エネ地熱等現状化石燃料18,052PJ 91% 水素利用の方向性現状 12.3億t 水力原子力天然ガス石炭現海状外依化存石燃料大 90 幅圧超縮が必要ｴﾈﾙｷﾞｰｾｷｭﾘﾃｨに貢献電力 CO2フリー電力 2030年 26% 更なる削減運輸 CO2フリー燃料石油電力運輸熱その他水素熱その他 CO2フリー燃料原料用途一次エネルギー供給 CO2排出量 CO2削減に貢献水素発電による火力電源の低炭素化再エネ大量導入に必要となる変動吸収電力貯蔵運輸部門のCO2排出量の大半(85%)を占める乗用車貨物車の低炭素化産業分野等での熱利用プロセスの低炭素化鉄鋼石油精製等 3

水素エネルギー利用の必要性 1( 電力システムの低炭素化の観点 ) [ 出典 ] 第 10 回水素燃料電池戦略協議会資料 1 電力需要の大半を再生可能エネルギーで賄おうとした場合最大需要の数倍の再エネ電源容量 (kw) を導入しつつ 1 大量の供給過剰の発生 (kwh) への対処 2 調整電源による変動吸収 (ΔkW) 3 再エネ不足時に備えたバックアップ電源 (kw kwh) が必要

5 水素エネルギー利用の必要性 1( 電力システムの低炭素化の観点 ) [ 出典 ] 第 10 回水素燃料電池戦略協議会資料 1 電力需要の大半を再生可能エネルギーで賄おうとした場合最大需要の数倍の再エネ電源容量 (kw) を導入しつつ 1 大量の供給過剰の発生 (kwh) への対処 2 調整電源による変動吸収 (ΔkW) 3 再エネ不足時に備えたバックアップ電源 (kw kwh) が必要このため供給力と調整力を備える天然ガス火力等は再エネ大量導入に不可欠であるが天然ガス火力と同等の機能を提供する水素発電は火力電源の低炭素化の有力な方策さらに大量の再エネ供給過剰を ( 出力制御せず ) 活用するためには季節を超えて電力を貯蔵することが必要となるが水素は大規模長期間のエネルギー貯蔵にも有効再エネ大量導入時の電力需給バランス ( シミュレーション ) 電源等が提供する価値の種類 [GW] 供給過剰期間出力制御 < シミュレーション前提条件 > ドイツの電力グリッド (2050 年 ) 再エネ比率 (kwh)90% 170TWh/ 年の出力制御総発電量電源等の提供する価値電力量価値 (kwh 価値 ) 調整力価値 ( kw 価値 ) 概要実際に発電された電気短期間で需給調整できる能力総需要容量 ( 供給力 ) 価値 (kw 価値 ) 発電することができる能力供給不足期間再エネ発電量が小さくなる冬季は需要が供給を上回る [ 出典 ] Hydrogen Council (2017) を資源エネルギー庁編集 [ 出典 ] 資源エネルギー庁作成自然変動電源には調整力供給力が必要 4

CO2 排出量の 85% を占める自動車 ( 乗用車貨物車 ) 更に産業用車両や船舶等の低炭素化を進めるためには電源のゼロエミ化 +EV と CO2 フリー水素 +FCV の双方が必要

6 水素エネルギー利用の必要性 2( モビリティの低炭素化の観点 ) [ 出典 ] 第 10 回水素燃料電池戦略協議会資料 1 水素はリチウムイオン等の蓄電池に比べ単位重量 / 単位体積当たりのエネルギー密度が大きいこのため ZEV(Zero Emission Vehicle) においてはより大型長距離輸送向けのモビリティ領域において FC に比較優位性有り運輸部門の CO2 排出量の 85% を占める自動車 ( 乗用車貨物車 ) 更に産業用車両や船舶等の低炭素化を進めるためには電源のゼロエミ化 +EV と CO2 フリー水素 +FCV の双方が必要水素と蓄電池のエネルギー密度比較次世代自動車の比較優位性 [ 出典 ] トヨタ自動車 [ 出典 ] How Hydrogen Empowers the Energy Transition (Hydrogen Council, 2017) 5

7 水素エネルギー利用の必要性 3( 熱産業プロセス等の低炭素化の観点 ) 電力運輸以外のエネルギー消費に伴う CO2 排出量は全体の 44%(5.4 億 t) に上る特に産業分野では重油石炭を中心とした原燃料利用が大きく多量の CO2 を排出 [ 出典 ] 第 10 回水素燃料電池戦略協議会資料 1 電化が困難な産業プロセスの低炭素化は容易ではなく大幅な低炭素化を実現するためには将来的に CO2 フリーの燃料 / 原料としてのポテンシャルを有する水素を活用していくことが必要電力 39% 廃棄物 2.4% CO2 排出量内訳 ( 日本全体産業セクター ) CO2 排出量億 t (2015 年度 ) 運輸 17% 農業等 0.3% 工業フロセス 3.8% 業務 5.4% 産業 28% 家庭 4.3% 食品飲料 4.1% 熱利用等 44% その他機械 1.5% 2.7% 繊維 2.8% パルプ 5.7% 窯業 11% CO2 排出量 3.5 億 t ( 産業セクター ) 化学 20% 建設 1.9% 農水 0.6% 鉱工 0.4% 鉄鋼 49% 燃料毎の CO2 排出原単位低炭素化 * 水素の CO2 排出量原単位はイメージ水素製造方法によって CO2 排出量が異なる点に留意が必要 [ 出典 ] 環境省温室効果ガスインベントリを基に資源エネルギー庁作成 [ 出典 ] 環境省温室効果ガス総排出量算定方法ガイドラインを基に資源エネルギー庁作成 6

水素エネルギー利用の必要性 4( 燃料電池技術活用の観点 ) 燃料電池は水素エネルギー利用における最重要技術の一つ [ 出典 ] 第 10 回水素燃料電池戦略協議会資料 1 電気化学反応により電気熱を取り出すメカニズムにより 1 高い発電効率 2 小型化 3 需要家への設置により発電時の熱の有効利用が可能といった特長を持つ大型の火力発電所と同等以上の発電効率 /

8 水素エネルギー利用の必要性 4( 燃料電池技術活用の観点 ) 燃料電池は水素エネルギー利用における最重要技術の一つ [ 出典 ] 第 10 回水素燃料電池戦略協議会資料 1 電気化学反応により電気熱を取り出すメカニズムにより 1 高い発電効率 2 小型化 3 需要家への設置により発電時の熱の有効利用が可能といった特長を持つ大型の火力発電所と同等以上の発電効率 / 総合エネルギー効率を発揮する一方でライフサイクル投資回収年数が短いため大規模電源の投資環境によっては急速に代替する可能性発電機の容量と効率の関係発電効率熱利用効率と CO2 排出量の関係発電効率 [ % ] マイクロガスエンジン SOFC PEFC マイクロガスタービンガスエンジンガスタービン GTCC IGCC AUSC USC 内燃機関高効率化による低炭素化熱電併給による低炭素化万 10 万 100 万設備容量 [kw] [ 出典 ] 各種資料より資源エネルギー庁作成 [ 出典 ] 日本ガス協会提供資料を基に資源エネルギー庁作成 7

9 目指すべき将来像 (2050 年に向けたシナリオ )< たたき台 > [ 出典 ] 第 10 回水素燃料電池戦略協議会資料 1 供給 CO2 排出量再エネ水素 ( 国内再エネ ) 国際サフライチェーン構築 ( 未利用エネ海外再エネ ) 水素発電 ( 輸入水素 ) 現在 12.3 億 t Power-to-gas 実証サプライチェーン構築実証水素発電実証 ( 混焼 ) 商用化実証スケールアップ商用化実証スケールアップ商用化実証スケールアップ 26% 80% 本格活用再エネ導入拡大に貢献国際水素サプライチェーン / 水素発電の商用化水素コストを 1/3 にスケールアップ再エネ水素コスト低減スケールアップ水素コスト低減利用モビリティ ( 国内水素輸入水素 / 国内再エネ水素 ) 熱 / 産業プロセス利用等 FCV 導入拡大トラック等の FC 化水素ステーション戦略的整備 ( 再エネ水素ステーションと連携 ) FC バスフォークリフト等の導入拡大熱利用 / 産業プロセスでの利用検討 FCV/ 水素ステーションの自立化様々なモビリティでの水素利用の本格化更なる普及拡大熱利用 / 産業プロセスでの CO2 フリー水素利用開始燃料電池活用分散型電源 ( 天然ガス ) エネファーム導入拡大業務産業用 FC 導入拡大超高効率 FC 実用化 R&D エネファームの自立化業務産業用 FC の自立化超高効率化更なる普及拡大更なる普及拡大 8

10 1 水素基本戦略の策定に係る議論状況 2 前回 WGにおける委員からの主なご意見 3 産業部門におけるCO2フリー水素利用ポテンシャル 3-1 産業プロセスにおけるCO2フリー水素利用ポテンシャル ( リファイナリー ) 3-2 産業プロセスにおけるCO2フリー水素利用ポテンシャル ( 製鉄 ) 3-3 CO2フリー水素の熱利用ポテンシャル 9

11 第 9 回 WG での委員からの主なご意見欧州におけるリファイナリー等での CO2 フリー水素利活用背景の調査が必要環境規制をはじめバイオ燃料推進の姿勢など日本との差について整理すべき P2G 導入のインフラ等の背景についても整理したほうが議論がしやすいのではないか CO2 フリー水素利活用ポテンシャルの検討にはコストの影響を考慮すべきではないか他の技術とのコスト比較やコストがどの程度ならユーザー受容性があるかも合わせてポテンシャルは議論すべき P2G システムのコストは非常に複雑一般論は存在しないのではないかという指摘も存在時間が限られる中だが特定地域で良いので再エネポテンシャルと需要ポテンシャルの分布がわかると良いコストの議論では国内還流などの経済波及効果も考える必要があるのではないか水素利活用にはコンビナートの利用ケースが参考になる水素の熱利用には高温需要がある産業での利用が良いのではないか CO2 フリー水素の定義認証制度についても CertifHy をもとに我が国の検討が必要 CertifHy のしきい値を設ける定義手法は妥当なのではないかその値については検討が必要 CCS も含めて検討を行うべきではないかまた海外輸入水素についても排除しない制度が必要 CertifHy の認証スキーム自体は J クレジット等と類似しており国内でも実施は可能と見込まれる CO2 フリー水素認証制度の利用シーンを具体化するべきではないか CO2 フリー水素の定義認証制度については後半で議論 10

欧州プレミアム水素利用見通しと国内の水素利用状況前回WGで報告の通り欧州ではリファイナリーや自動車分野においてCO2フリー水素の利用ポテンシャルが大きいと考えられている日本では現状水素の多くはリファイナリーや製鉄などの産業で利用されている

利用背景となる欧州と日本の環境規制等の差についても整理するプレミアム水素利用見通しの産業分野内訳欧州国内の水素利用内訳の試算化学ファイナリ金属その他 P2G 自動車 [出典] Generic estimation scenarios of market

12 欧州プレミアム水素利用見通しと国内の水素利用状況前回WGで報告の通り欧州ではリファイナリーや自動車分野においてCO2フリー水素の利用ポテンシャルが大きいと考えられている日本では現状水素の多くはリファイナリーや製鉄などの産業で利用されている利用量には水素を含む副生ガスの燃料利用も含まれるまたこれらの水素利用は主に所内製造された水素で賄われていることにも留意は必要我が国での将来のCO2フリー水素の利用可能性を検討するにあたりこれらの状況を踏まえて有効な利用形態や活用可能ポテンシャルを探るとともに利用背景となる欧州と日本の環境規制等の差についても整理するプレミアム水素利用見通しの産業分野内訳欧州国内の水素利用内訳の試算化学ファイナリ金属その他 P2G 自動車 [出典] Generic estimation scenarios of market penetration and demand forecast for premium green hydrogen in short, mid and long term (CertifHy, 2015) [出典] 製造から消費までを考慮した水素マテリアルフローの作成日本機械学会論文集, Vol. 82, No. 836,

13 1 水素基本戦略の策定に係る議論状況 2 前回 WGにおける委員からの主なご意見 3 産業部門におけるCO2フリー水素利用ポテンシャル 3-1 産業プロセスにおけるCO2フリー水素利用ポテンシャル ( リファイナリー ) 3-2 産業プロセスにおけるCO2フリー水素利用ポテンシャル ( 製鉄 ) 3-3 CO2フリー水素の熱利用ポテンシャル 12

14 各国の輸送用燃料に係る環境規制とバイオ燃料導入状況欧州米国では運輸部門の再エネ目標 CO2 排出削減目標が課され有力な対応策としてバイオ燃料の導入が進められている日本のバイオ燃料導入目標は 2017 年 50 万 kl と欧米に比べ限定的でありその後の目標は未定各国における輸送燃料としてのバイオ燃料需要の実績見通し国地域バイオ燃料導入量目標義務導入の形式導入実績 (2015 年 ) 今後の見通し EU 再生可能エネルギー指令 (RED) 目標 :2020 年に輸送用燃料の 10% を再エネ化燃料品質指令 (FQD) 2020 年までに GHG 排出量を 2010 年比で 6% 減少させる E5/E85/ETB E など国により異なるバイオエタノール 537 万 kl(274 万 toe) 725 万 kl(370 万 toe) バイオディーゼル 1,429 万 kl(1,115 万 toe) 2,238 万 kl(1,746 万 toe) 英国再生可能燃料導入義務 (RTFO) 目標 :2013/14 年以降は輸送用燃料の 5% E5/B7 バイオエタノール 79 万 kl(41 万 toe) 341 万 kl(174 万 toe) 2020 年バイオディーゼル 67 万 kl(52 万 toe) 315 万 kl(246 万 toe) 2020 年ドイツバイオ燃料割当法 (Biofuel Quota Ordinance) 目標 :2020 年までに GHG 排出量削減率 6% E5/B7 バイオエタノール 148 万 kl(76 万 toe) 139 万 kl 2017 年バイオディーゼル 228 万 kl(178 万 toe) 227 万 kl 2017 年米国再生生可能燃料使用基準 (RFS2) 目標 :2020 年に輸送燃料の 20% E10, 一部 E15, B2/B5/B10 バイオエタノール 5,154 万 kl( 体積換算 ) (1,153TBtu) バイオディーゼル 66 万 kl(15 億ガロン ) バイオ燃料 : 1.36 億 kl(360 億ガロン ) 2022 年日本エネルギー供給構造高度化法目標 :2017 年度に 50 万 kl ETBE バイオエタノール 63 万 kl(38 万原油換算 kl) 83 万 kl(50 万原油換算 kl) 2017 年度 [ 出典 ] 平成 28 年度石油産業体制等調査研究 ( バイオ燃料を中心とした我が国の燃料政策のあり方に関する調査 )( 三菱総合研究所 2016 年 ) 13

15 リファイナリーでの CO2 フリー水素利用輸送用燃料に係る CO2 排出削減目標達成へのアプローチとして欧州ではバイオ燃料導入のほか CO2 フリー水素の石油精製プロセスでの利用も検討されているバイオ燃料の安定的な供給に課題を抱える我が国でも石油精製過程の CO2 排出量低減に向けて CO2 フリー水素の石油精製プロセスでの利用は一考に値するのではないか [ 出典 ] CO2 フリー水素 WG 第 7 回資料 ( 海外視察内容のご報告 )P23 ( 株式会社野村総合研究所 2016 年 ) 14

参考欧州でのリファイナリーにおける水素の需給欧州では水素需要が所内で生み出される供給量を上回りネットの水素需要が発生

態としては水素製造装置からの供給やガス事業者がパイプライン供給するケースが見られるプロセスの概念図欧州における水素需給バランスの例単位キロt/年

Power-to-gas short term and log term opportunities to leverage synergies between

16 参考欧州でのリファイナリーにおける水素の需給欧州では水素需要が所内で生み出される供給量を上回りネットの水素需要が発生所内の水素製造プロセスとしては接触改質が主でありナフサが投入されている所内供給量を上回る需要は主に天然ガス改質で製造された水素で賄っている水素の供給形態としては水素製造装置からの供給やガス事業者がパイプライン供給するケースが見られるプロセスの概念図欧州における水素需給バランスの例単位キロt/年ナフサ接触改質ナフサ水素水素供給手段水素製造装置 [出典] Ludwig Boelkow systemtehinik Hinico Power-to-gas short term and log term opportunities to leverage synergies between the electricity and transport sectors through power-to-hydrogen [出所]Total 水素パイプライン [出所]経済産業省水素の製造輸送貯蔵について 15

ドイツやデンマークの再エネ価格が安価な地域において 2025 年頃には利益の出るケースがあるとしているドイツにおけるリファイナリーでの水素利用の概念図と事業性検討結果 [

17 リファイナリーでの CO2 フリー水素利用の事業性 ( 欧州 )1 FCHJU では天然ガス改質 ( オンサイト又はパイプライン ) により供給されているリファイナリープロセス用の水素を CO2 フリー水素に置き換えるケースについて事業性分析を実施 2017 年時点では事業性は見込めないがドイツやデンマークの再エネ価格が安価な地域において 2025 年頃には利益の出るケースがあるとしているドイツにおけるリファイナリーでの水素利用の概念図と事業性検討結果 [ 出典 ] Study on Early Business Cases for H2 in Energy Storage and More Broadly Power to H2 Applications (FCHJU, 2017) 16

リファイナリーでのCO2フリー水素利用の事業性欧州 ② 2017年断面でプレミアム水素利用が既存システムとブレークイーブンとなる条件は CO2排出ペナルティがEUR10/t-CO2以上であることと分析そうでない場合は10%以上の補助金が必要 2025年断面では将来予想されるCO2排出ペナルティ EUR80/t-CO2 を加味した化石燃料由来水素のコスト30.6円/Nm3 2.

18 リファイナリーでのCO2フリー水素利用の事業性欧州 ② 2017年断面でプレミアム水素利用が既存システムとブレークイーブンとなる条件は CO2排出ペナルティがEUR10/t-CO2以上であることと分析そうでない場合は10%以上の補助金が必要 2025年断面では将来予想されるCO2排出ペナルティ EUR80/t-CO2 を加味した化石燃料由来水素のコスト30.6円/Nm3 2.6/kg-H2 に対しプレミアム水素のコスト LCOH* 27.1円/Nm3 2.3/kg-H2 が安価になりその結果リファイナリーにおけるCO2フリー水素利用に事業性が出てくると分析 * LCOH: Levelized Cost of Hydrogen CO2フリー水素がビジネスとして成立するための条件と感度分析ブレークイーブンとなる条件感度分析 [出典] Study on Early Business Cases for H2 in Energy Storage and More Broadly Power to H2 Applications (FCHJU, 2017) 17

19 > 参考欧州でのリファイナリーにおける CO2 フリー水素利用のコスト検討欧州では再エネ電力から製造した CO2 フリー水素をリファイナリーで利用し天然ガス改質由来の水素を代替した場合の CO2 削減コストに関する試算も存在ドイツでは CO2 フリー水素の利用により 150 万トンの CO2 排出削減が見込まれ削減コストにして 339 /t-co2 との試算も存在ドイツ国内の排出規制におけるペナルティ (470 /t-co2) を大幅に下回るコストドイツにおけるリファイナリーにおける CO2 フリー水素利用時の CO2 削減コストの試算結果項目ドイツにおける試算結果想定される水素需要量 13.7 万 th2/ 年削減される CO2 排出量 150 万 tco2/ 年 CO2 削減コスト 339 /tco2 ( 参考 ) ドイツ国内法 (BimSchG, 37C) の燃料規制における排出量低減目標未達に対するペナルティ 470 /tco2 [ 出典 ] Ludwig Boelkow systemtehinik Hinico Power-to-gas short term and log term opportunities to leverage synergies between the electricity and transport sectors through power-to-hydrogen 18

20 日本の燃料規制 ( エネルギー供給構造高度化法 ) 国内ではエネルギー供給構造高度化法により石油精製事業者に対してバイオ燃料利用が課されており 2017 年度の導入目標は原油換算 50 万 kl ただしその後の目標は未定バイオエタノールの利用にあたっては LCA での GHG 排出量が揮発油 (81.7g -CO2 /MJ) の 5 割未満のものを利用するものとしている代替燃料としての水素利用に関しては現状記載はない状況石油精製事業者によるバイオエタノールの利用の目標量の総計前事業年度において供給するガソリン量が60 万 kl 以上の石油精製事業者に対して一定量のバイオ燃料目標 ( 前々年度の供給量に応じた目標量按分で決定 ) を課す草本木本等セルロースを原料として製造されたバイオエタノールについてはその利用量を2 倍にして計上可能バンキングを考慮すると未達ではないバンキングを含めると 319,713kl で概ね目標達成 [ 出典 ] 平成 27 年度石油産業体制等調査研究 ( バイオ燃料を中心とした我が国の温室効果ガス削減に向けた燃料政策に関する調査 ) 報告書 ( 三菱総合研究所 2016 年 ) 19

日本のバイオ燃料導入に関する課題バイオディーゼル利用に関しては日本でディーゼル乗用車は全体の約 5%(2015 年登録乗用車燃料別販売台数 ) にすぎずガソリン乗用車と比較して販売台数が少ない点などが課題であるバイオエタノール利用に関しては米国 100% EU92%

21 日本のバイオ燃料導入に関する課題バイオディーゼル利用に関しては日本でディーゼル乗用車は全体の約 5%(2015 年登録乗用車燃料別販売台数 ) にすぎずガソリン乗用車と比較して販売台数が少ない点などが課題であるバイオエタノール利用に関しては米国 100% EU92% など各国は高い自給率を確保しているのに対して日本のバイオエタノール自給率はわずか 2% と低い点が課題である諸外国のバイオエタノールの自給率比較 [ 出典 ] 平成 27 年度石油産業体制等調査研究 ( バイオ燃料を中心とした我が国の温室効果ガス削減に向けた燃料政策に関する調査 ) 報告書 ( 三菱総合研究所 2016 年 ) 20

22 製油所の水素製造プロセスと CO2 排出量国内製油所において水素需要は所内製造水素により賄われているが所内で水素を製造する主なプロセスは接触改質及び水素製造装置による水素製造の 2 つであるこれらのプロセスでの CO2 排出量は製油所全体の 2 割弱を占めるという推計も存在製油所全体プロセス各プロセスからの CO2 排出量推計結果 [ 出典 ] マトリックス法を用いた製油所副生水素の環境負荷分析 ( 角鹿ほか, エネルギー資源学会論文誌, Vol. 33, No.1) 21

23 参考石油製品製造分野における低炭素社会実行計画石油製品製造分野における低炭素社会計画では省エネにより 2030 年度において BAU から原油換算で 100 万 kl 分のエネルギー削減が目標とされている計画にて掲げられている対策は省エネ技術によるものであり仮に CO2 フリー水素の利用による低炭素化が可能となれば環境性に寄与することができると考えられるのではないか石油製品製造分野における低炭素社会実行計画熱の有効利用に関するもの ( 高効率熱交換器導入等 ) 項目高度制御高効率機器の導入に関するもの ( 運転条件最適化等 ) 動力系の効率改善に関するもの ( 高効率モーターへの置き換え等 ) プロセスの大規模な改良高度化に関するもの ( ホットチャージ化等 ) 計 CO2 排出削減量換算 (2013 年以降分 ) 省エネ効果 ( 原油換算 ) 50 万 kl 12 万 kl 20 万 kl 18 万 kl 100 万 kl 約 208 万トン [ 出典 ] 地球温暖化対策計画における対策の削減量の根拠 22

24 リファイナリーにおける CO2 フリー水素利用ポテンシャル ( 試算 ) 年のエネルギー基本計画におけるバイオ燃料利用目標は 2020 年にガソリン消費量の 3% 以上の導入高度化法上の目標とのギャップは 130 万 t-co2 目標設定当時と現状では燃料やエネルギーを巡る状況は変化しており持続可能性規準を満たすバイオ燃料の国内安定供給には課題がある状況 CO2 フリー水素をリファイナリープロセスに利用することは自動車燃料の低炭素化につながるため環境性に関してはバイオエタノールの燃料混合に類する効果が得られるのではないかバイオエタノールの利用の目標量の推計項目年目標 (2010 年エネルギー基本計画 ) 年目標 ( エネルギー供給構造高度化法 ) 量ガソリン消費量の 3% 50 万 kl( 原油換算 ) 2020 年ガソリン消費量見通し約 4383 万 kl 製油所における水素製造とCO2 排出量項目量水素製造装置 [ 万 t] 接触改質 [ 万 t] 水素製造量 [ 億 Nm3] ( 今後のバイオ燃料導入量 ) CO2 排出削減量換算 ( 簡単のためガソリンバイオ燃料によりガソリン排出量の 5 割を削減と仮定 ) 約 81 万 kl 約 130 万 t [ 出典 ] 総合資源エネルギー調査会資源燃料分科会石油天然ガス小委員会石油市場動向調査 WG 平成 29~33 年度石油製品需要見通し水素の CO2 排出量 [kg/nm3] CO2 フリー水素排出量 [kg/nm3] 0( 仮定 ) [ 出典 ] 角鹿ほかマトリックス法を用いた製油所副生水素の環境負荷分析 ( 日本エネルギー資源学会誌 Vol. 33, No. 1) リファイナリープロセスでの CO2 フリー水素利用は燃料消費段階でバイオ燃料利用に類する環境効果をもたらすと考えられるのでないか 23

25 リファイナリーにおける CO2 フリー水素利用ポテンシャル ( 試算 )2 130 万 t の CO2 削減効果を得るためには CO2 フリー水素は少なくとも 20 万 t が必要リファイナリーでの CO2 フリー水素利用で得られる CO2 削減効果の評価手法は現状規制で定められておらず評価の方法によっては CO2 削減効果を得るための CO2 フリー水素量が変化しうることに注意が必要経済性の観点からは CO2 フリー水素のバイオエタノール (CO2 削減コストを 4.8 万円 /t-co2 と仮定 ) とのブレークイーブンコストはおよそ 26.2 円 /Nm3 製油所における水素利用ポテンシャルとコスト試算項目今後のバイオ燃料導入に伴う CO2 削減量見込み上記の削減量達成に必要な CO2 フリー水素導入量量約 130 万トン約 21 万トン CO2 フリー水素による CO2 削減量 0.545kg/Nm3 ( 仮定 ) バイオエタノールのガソリン混合による CO2 削減コスト ( 輸入サトウキビ由来エタノール ) 4.8 万円 /tco2 [ 出典 ] 平成 27 年度石油産業体制等調査研究 ( バイオ燃料を中心とした我が国の温室効果ガス削減に向けた燃料政策に関する調査 ) 報告書 ( 三菱総合研究所 2016 年 ) 角鹿ほかマトリックス法を用いた製油所副生水素の環境負荷分析 ( 日本エネルギー資源学会誌 Vol. 33, No. 1) CO2 フリー水素製造コストが 26.2 円 /Nm3 を下回ればリファイナリーでの CO2 フリー水素利用による CO2 削減コストがバイオエタノールと同程度となる 24

26 参考 CO2 フリー水素が代替するために必要な炭素価格の試算リファイナリー利用のため目的生産されている水素の製造コストは 23 円 ~37 円 /Nm3 という報告が存在これを踏まえると CO2 フリー水素 (30 円 /Nm3 と仮定 ) で既存の水素を代替するためには環境価値の評価として 12.8 円 /kgco2 以上の CO2 価格が必要となるリファイナリーにおける既存水素の CO2 フリー水素による代替に必要となる炭素価格の試算項目値備考石油精製用に目的生産される水素の価格 ( 製造コスト ) 23 円 /Nm3 経済産業省水素の製造輸送貯蔵について記載の 23 円 - 37 円 /Nm3 の下限を採用エネルギー価格に依存して数値は変更を受けることに留意する必要 CO2 フリー水素導入による CO2 削減量 0.545kg/Nm3 CO2 フリー水素価格 30 円 /Nm3( 仮定 ) CO2 フリー水素と目的生産されている水素の価格差 ( 炭素価格に換算 ) 7 円 /Nm 円 /kgco2 に相当 [ 出典 ] 角鹿ほかマトリックス法を用いた製油所副生水素の環境負荷分析 ( 日本エネルギー資源学会誌 Vol. 33, No. 1) 25

27 リファイナリーでの CO2 フリー水素利用に関する日欧比較 ( まとめ ) 欧州では燃料の CO2 排出規制を背景にリファイナリーでの CO2 フリー水素利用の検討が進捗我が国での検討に当たっては環境規制等の CO2 排出抑制対策の議論に注視しつつ CO2 フリー水素の利用コストの低減を図っていくことが必要リファイナリーでの CO2 フリー水素利用に関する欧州と日本の比較項目日本欧州関連制度導入検討の背景 ( 仮説 ) 利活用ポテンシャルの算出例備考エネルギー供給構造高度化法 2017 年度に 50 万 kl バイオ燃料を導入 CO2 排出削減手段としてのバイオ燃料の自給率安定供給には課題も存在製油所からの CO2 排出の 2 割弱が水素製造プロセスに起因 2020 年のバイオ燃料導入目標 ( ガソリン消費量 3%) 相当の CO2 排出削減実現にはリファイナリー水素需要の 2 割を CO2 フリー水素で代替する必要欧州と異なり日本では現状水素を所内製造していることには留意が必要 ( 代替の条件などが変わる可能性 ) 燃料品質指令 (FQD) 2020 年までに GHG 排出量を 2010 年比で 6% 減少 CO2 排出削減目標への寄与 2030 年にリファイナリーでの水素の約 25% が CO2 フリー水素になるという見通しも存在燃料規制や炭素税のもと 2025 年頃にリファイナリーでの CO2 フリー水素利用は事業性を得られるという試算も存在 26

28 1 水素基本戦略の策定に係る議論状況 2 前回 WGにおける委員からの主なご意見 3 産業部門におけるCO2フリー水素利用ポテンシャル 3-1 産業プロセスにおけるCO2フリー水素利用ポテンシャル ( リファイナリー ) 3-2 産業プロセスにおけるCO2フリー水素利用ポテンシャル ( 製鉄 ) 3-3 CO2フリー水素の熱利用ポテンシャル 27

化石燃料を使用しない水素による直接還元製鉄は理論上ゼロエミッションとなることから 2030 年以降の将来における製鉄プロセスの低炭素化技術として期待されている現在主流の 2

29 CO2 フリーの製鉄プロセス欧州では製鉄プロセスにおける CO2 排出量を大幅に低減するため直接還元製鉄法 (Direct Reduction Process) で還元剤として使用される天然ガスを再エネ由来水素に置き換える検討が進められている (HYBRIT( スウェーデン ) H2FUTURE( オーストリア )) 化石燃料を使用しない水素による直接還元製鉄は理論上ゼロエミッションとなることから 2030 年以降の将来における製鉄プロセスの低炭素化技術として期待されている現在主流の 2 つの製鉄プロセス CO2 フリーの製鉄プロセス [ 出典 ] HYBRIT A Swedish prefeasibility study project for hydrogen based CO2-free ironmaking (SSAB, 2016) 28

既存設備のリプレースが前提となることから環境政策に依るところが大きくまた短期的なポテンシャルは低いなお水素 100% による直接還元鉄 1t あたりの水素消費量は

30 日本の鉄鋼業における CO2 フリー水素利用ポテンシャル日本では高炉 (77%) 又は電炉 (23%) により製鉄されており直接還元製鉄炉は存在しないなお欧州でもハンブルグに 1 箇所存在するのみ ArcelorMittal Hamburg このため欧州で検討されている直接還元製鉄炉での水素利用は既存設備のリプレースが前提となることから環境政策に依るところが大きくまた短期的なポテンシャルは低いなお水素 100% による直接還元鉄 1t あたりの水素消費量は 650Nm3 との推計があり日本の粗鋼生産量の規模 ( 約 1 億 t/ 年 ) からポテンシャルは非常に大きいと言える日本の鉄鋼業の業界構造流通販売構造 (2013 年度 ) [ 出典 ] 鉄鋼連盟 29

31 参考 COURSE50 における水素還元の取組 COURSE50 では水素で鉄鋼石を還元する技術で 1 基あたり 10.7 万 t-co2 削減を見込む 2030 年には技術確立の上 1 基導入その後 2050 年までの実用化普及を目指す見通し一方利用される水素は場内で発生するコークス炉ガスを改質することで調達することとされており現在のロードマップでは外部で製造された水素を導入する計画はなく CO2 フリー水素利用ポテンシャルについては更なる精査が必要 COURSE50 のロードマップ水素還元による CO2 削減効果項目水素還元技術対応の高炉数目標 ( 1) 1 基 ( 国内高炉数の 3.8%) 具体的な導入目標は不明 1 環境省地球温暖化対策計画における対策の削減量の根拠 CO2 排出削減量 10.7 万 t-co2 ( 導入数 ) 10.7 万 t-co2 [ 出典 ] 環境省地球温暖化対策計画に於ける対策の削減量と根拠をもとに作成 [ 出典 ] COURSE50 記者発表会資料 (NEDO) 30

32 1 水素基本戦略の策定に係る議論状況 2 前回 WGにおける委員からの主なご意見 3 産業部門におけるCO2フリー水素利用ポテンシャル 3-1 産業プロセスにおけるCO2フリー水素利用ポテンシャル ( リファイナリー ) 3-2 産業プロセスにおけるCO2フリー水素利用ポテンシャル ( 製鉄 ) 3-3 CO2フリー水素の熱利用ポテンシャル 31

33 各化石燃料の用途と消費量内訳化石燃料の用途別内訳は以下の通り ( 石油等消費動態統計 ) 直接加熱用途 ( 炉燃料下図灰色 ) ボイラー用途 ( 緑 ) の多い燃料は重油石炭 LNG 都市ガスガソリン灯油軽油重油石炭 LNG 都市ガス LPG [ 出典 ]: 石油等消費動態統計をもとにみずほ情報総研作成 32

34 参考エネルギーの利用用途と温度レベル水素の燃焼温度は都市ガスよりも高く非常に高温である熱の効率的な利用の観点からは水素の燃料利用を考える場合には高温の工業炉やバーナーなどの特に高温が必要とされる設備での利用がより望ましいといえる水素火炎温度断熱火炎温度 2300 [出典] 日本ガス協会HPをもとに資源エネルギー庁作成 33

35 産業部門での燃料利用状況と価格帯の例各種資料に基づき産業部門での主な燃料用途と価格帯の例を以下に示す水素は単純な熱量あたりでの価格比較では大半の化石燃料より割高であり燃料としての利用には環境価値などの評価が必要産業部門での主な燃料用途と価格の例品名主な用途価格帯 CO2 排出量都市ガス自家発燃料ボイラー燃料工業炉燃料等 1.6 円 /MJ 1 ( 注 ) 工業用商業用 0.05kgCO2/MJ LPG 都市ガス原料空調用湯沸かし器工場熱源ボイラー燃料フォークリフト燃料社用車燃料等 2.5 円 /MJ kgCO2/MJ 灯油工場用熱源小型焼却炉等 1.6 円 /MJ kgCO2/MJ 重油工場用熱源焼きなまし炉の加熱原料ボイラー燃料自家発燃料冷暖房等 1.1 円 /MJ 1 ( 注 )C 重油 0.072kgCO2/MJ 石炭工場用熱源約 0.5 円 /MJ kgCO2/MJ 水素 ( 比較のため燃焼を想定 ) 30 円 /Nm3 以上 =2.8 円 /MJ 以上 ( 注 )2030 年頃の CO2 フリー水素大量輸入を念頭に価格範囲を仮定 0kgCO2/MJ ( 仮定 ) 1 日本エネルギー経済研究所エネルギー経済統計要覧エネルギー総合工学研究所平成 26 年度バイオリファイナリーロードマップ策定業務委託委託報告書 34

熱量あたりの燃料価格の比較と炭素価格への換算前頁の数値に基づき各化石燃料と CO2 フリー水素の単位熱量あたりの価格および同価格になるために必要な炭素価格の条件の試算結果を以下に示す重油石炭は環境負荷は大きい一方で廉価であり水素転換には高額の炭素価格が必要水素への燃料転換には水素と価格差が小さく排出量の多い

36 熱量あたりの燃料価格の比較と炭素価格への換算前頁の数値に基づき各化石燃料と CO2 フリー水素の単位熱量あたりの価格および同価格になるために必要な炭素価格の条件の試算結果を以下に示す重油石炭は環境負荷は大きい一方で廉価であり水素転換には高額の炭素価格が必要水素への燃料転換には水素と価格差が小さく排出量の多い LPG が相対的なハードルは低いと考えられる熱量あたりの燃料価格の比較と炭素価格への換算 4.5 円 /kgco2 に相当 17.3 円 /kgco2 に相当赤字 : 各燃料の水素との価格差を炭素価格に換算した結果 24 円 /kgco2 に相当 23.4 円 /kgco2 に相当 24.8 円 /kgco2 に相当 35

燃焼技術開発や省エネが望める高効率機器の導入支援も含めハードルを下げるための多面的なアプローチが必要になるのではないか天然ガスへの燃料転換 2030 年目標産業用熱需要の天然ガス比率 25.

37 参考天然ガスへの燃料転換と省エネ効果天然ガスへの燃料転換においては燃料転換に加えて高効率機器の導入により省エネと低炭素化を合わせて進めることで CO2 排出量を 5 割未満まで低減可能という検討も見られる化石燃料から水素への燃料転換を考える場合も水素の環境価値評価に加え燃焼技術開発や省エネが望める高効率機器の導入支援も含めハードルを下げるための多面的なアプローチが必要になるのではないか天然ガスへの燃料転換 2030 年目標産業用熱需要の天然ガス比率 25.0% さらなる技術開発等酸素冨化燃焼余剰排熱による発電出典 : 大阪ガス HP [ 出典 ] 低炭素社会実行計画 ~ 都市ガス業界における CO2 削減への取り組み ~ ( 日本ガス協会 ) 及び今後のエネルギー政策の方向を踏まえた都市ガス産業の取り組み ( 日本ガス協会 ) をもとにみずほ情報総研作成 36

38 各分野における CO2 フリー水素利用検討に関するまとめ項目導入検討の背景導入量検討時の仮説利活用ポテンシャルの算出例リファイナリー欧州では輸送用燃料に係る環境規制を背景にリファイナリーでの CO2 フリー水素が排出低減手段として注目日本ではエネルギー供給構造高度化法に基づき 2017 年度に 50 万 kl バイオ燃料導入が石油精製事業者に課されている長期的な排出削減手段としてのバイオ燃料の自給率安定供給に課題も存在一例として過去バイオ燃料導入目標として定められていたガソリン消費量 3% と同等の CO2 削減効果を得るためリファイナリーで CO2 フリー水素を利用することを検討 2020 年のバイオ燃料導入目標 ( ガソリン消費量 3%) 相当の CO2 排出削減 ( 約 130 万トン ) 実現にはリファイナリー水素需要の 2 割 CO2 フリー水素で代替が必要製鉄欧州では直接還元製鉄 (DR) をベースに CO2 フリ - 水素によるゼロエミッション化が検討中日本では低炭素社会実行計画にて 2030 年度に環境調和形製鉄プロセスが導入予定 COURSE50 については 2030 年に水素還元プロセス導入と仮定 COURSE50 では一基あたり 10.7 万トンの CO2 排出削減が見込まれるが現時点ではあくまで所内で発生する水素を活用することを想定燃料利用 2050 年排出量 80% 削減に向けては電化の難しい領域での低炭素化も必要水素は燃焼温度が高いため直接燃焼に用いられており燃料単価が高い化石燃料 (LPG 等 ) の転換が比較的ハードルが低いと仮定仮に LPG を対象とした場合 LPG1 トンを CO2 フリー水素で代替すると 2.3tCO2 排出量削減 ( 直接加熱用をすべて代替すると 123 万トン削減 ) 37

39 CO2 フリー水素 WG 検討スケジュール ( 案 ) 今後の議論の状況に応じて適宜変更があり得る時期議題内容第 1 回 8/8 1WG 趣旨説明検討の目的スコープ 2 海外における CO2 フリー水素検討状況 WG 開催趣旨目的アウトプットスケジュール海外動向説明第 2 回 10/2 1 我が国における低炭素化のポテンシャル 2CO2 フリー水素の利用形態の拡大産業分野における低炭素化の取組ポテンシャル分析熱需要や産業分野等における CO2 フリー水素利活用の可能性について第 3 回 11 月下旬 ~ 12 月上旬 1 中間取りまとめ第 1 回及び第 2 回の議論を踏まえた中間取りまとめ第 4 回年明け以降 1CO2 フリー水素の定義 2CO2 フリー水素活用インセンティブ水素の CO2 排出量算定方法バウンダリー境界設定認証制度等の検討省エネ法高度化法等の制度における CO2 フリー水素の取扱いについて第 5 回以降以降 CO2 フリー水素の定義及び活用インセンティブ等について定期的に本 WG を開催しオープンエンドでの議論を行う 38

電解水素製造の経済性再エネからの水素製造 - 余剰電力の特定 - 再エネの水素製造への利用方法エネルギー貯蔵としての再エネ水素まとめ Copyright 215, IEEJ, All rights reserved 2

電解水素製造の経済性再エネからの水素製造 - 余剰電力の特定 - 再エネの水素製造への利用方法エネルギー貯蔵としての再エネ水素まとめ Copyright 215, IEEJ, All rights reserved 2 国内再生可能エネルギーからの水素製造の展望と課題第 2 回 CO2フリー水素ワーキンググループ水素燃料電池戦略協議会 216 年 6 月 22 日日本エネルギー経済研究所柴田善朗 Copyright 215, IEEJ, All rights reserved 1 電解水素製造の経済性再エネからの水素製造 - 余剰電力の特定 - 再エネの水素製造への利用方法エネルギー貯蔵としての再エネ水素

資料 1 第 10 回 CO2 フリー水素 WG 事務局提出資料 平成 29 年 10 月 2 日 資源エネルギー庁省エネルギー 新エネルギー部新エネルギーシステム課水素 燃料電池戦略室

資料 1 第 10 回 CO2 フリー水素 WG 事務局提出資料平成 29 年 10 月 2 日資源エネルギー庁省エネルギー新エネルギー部新エネルギーシステム課水素燃料電池戦略室