水素を「使う」技術の展望

本シリーズ「水素Japan戦略」では、なぜ日本が水素技術を推し進めるべきなのか（vol.1）、どの技術分野が国際市場での勝ち筋になるのか（vol.2）、日本の基幹産業である自動車産業における水素の普及課題は何か、要素技術の観点から日本はいかなる優位性を発揮できるのか（vol.3）について、水素の特性と日本の強みを掛け合わせて論じてきた。本稿（vol.4）では、水素を「使う」側の技術全般に焦点を当て、日本のエネルギー課題における水素の役割と、国際展開が期待される重点分野の両面から、水素利用拡大の方向性を整理する。

1. 国内における水素導入の優先領域

水素市場を成立させるには、生産拡大と価格低減だけでなく、利用側での需要形成も前提となる。限られた資源を効率的に配分して需要形成を進めるには、国全体のエネルギー課題における役割が明確で、導入ポテンシャルが見込める領域に集中的に投資することが有効と考えられる。そこで本章では、日本のエネルギー政策における水素の位置づけを概観したうえで、主要な水素利用技術について、期待される役割及び代替技術に対する優位性に関する論点を整理し、技術経済指標の参考値を提示する。あわせて、水素を利用する事業者の視点からみた課題と、求められる取組に関する論点を紹介する。

1.1 日本のエネルギー課題における水素の役割

水素に加えてCO2回収・貯留（CCS）、再生可能エネルギーといった他の脱炭素手段も導入コストが高く、更に一次エネルギー供給の大部分が輸入に依存していることから、日本のエネルギーアジェンダとして脱炭素化（Environment）の実現に加えて、調達方法の多様化や供給安定性の確保（Energy security）、エネルギーシステム全体のコストによる社会負担の軽減（Economic efficiency）のいわゆる「3E」も重要課題である。

これらの条件下で脱炭素社会を実現するためには、省エネ対策を徹底実施したうえで原子力、再生可能エネルギー、水素、CCS、直接空気回収技術（DAC）等の多様な技術で3Eの要件に沿った最適なポートフォリオを構築する必要がある。その中で水素は、輸送や産業セクターの脱炭素化手段及び、海外の再エネやCCSを活用する手段として位置付けられている。また、原料に水素を必要とする合成燃料やメタネーションも非電力起源のCO2排出を削減する手段と位置付けられている[1]（図1）。

※数値はエネルギー起源CO₂
DACCS(direct air capture with carbon storage)：大気中にすでに存在するCO₂を直接回収して貯留する技術
図1 カーボンニュートラルへの転換イメージ（出典：資源エネルギー庁ウェブサイト[1]）

導入時期・規模
図2に示すように燃料電池自動車（FCV）・燃料電池用途では既に国内で商用化が進んでおり、一方で発電や産業での水素利用については実用化に向けた開発や実証が進められている。水素の将来需要量の予測には条件設定による不確実性が大きいが、一つの参考値として、技術ロードマップ等の政策目標が実現した場合を想定した各用途での水素需要ポテンシャルの試算では、発電、モビリティ、鉄鋼及び産業熱供給からの需要が大部分を占めることが示されている（図3）。

図2 水素用途ごとの現状と政策目標 （参考：経済産業省、NEDO [2]~[9]）

図3 水素需要規模の参考値（万t-H2）（参考：経済産業省、JH2A [3]）

1.2 主要な水素利用技術の特徴

以下では、国内水素利用ポテンシャルが比較的大きいと考えられる発電、モビリティ、鉄鋼の3分野を対象に、国内エネルギー課題への潜在的な貢献、競争力に係る論点、ならびに技術経済的ベンチマークの参考値を紹介する。

ベンチマーク指標について
デロイト トーマツ グループが定期的に調査・公表している、2050年カーボンニュートラル実現に向けた技術リスト（以下、CN技術リスト）の試算値を参考として示す。
注意事項：

• 数値は、一定の条件下で試算された参考値である点に留意が必要である（計算に使用したデータセットについては、CN技術リストの報告書を参照）。
  
• CO2削減の最大ポテンシャルは、2050年までに日本国内にて既存技術を全て新技術に置き換えたと仮定した場合にLCAベースでCO2排出削減が可能な量として算出しており、需要供給量及び他の技術とのダブルカウントは考慮していない。
  
• CO2削減コストは、オープンソースのデータ（ない場合は類似事例）を基に導入・運用費用を算出している。
  
• Technology Readiness Level（TRL）：1 基本現象の発見、原型装置の開発／2 原理・現象の拡張／3 技術コンセプトの確認／4 応用的な開発（要素技術段階）／5 ラボテスト（要素技術段階）／6 実証・プロトタイプ機（システムレベル）／7 トップユーザーテスト（システムレベル）／8 パイロットライン導入／9 大量生産開始

1.2.1 水素発電（火力での水素・アンモニア混焼、専焼）

3Eの観点での役割・特徴
電力分野において、水素・アンモニアへの燃料転換は、火力発電の脱炭素化手段であるとともに、大量の需要が見込まれることから、水素利用拡大のうえでも重要な領域と位置づけられている[10]。

経済性の面では、資源エネルギー庁の2040年におけるモデルプラント方式の発電コスト試算において、水素・アンモニア火力のkWhあたりの発電コストは燃料費の寄与が大きく、混焼・専焼のいずれも他の主要電源と比べて高コストになりやすいことが示されている[11]。

一方で、火力発電は、変動性再エネの導入拡大において重要性の増す電力系統の調整力・慣性力・同期化力の確保や、データセンターや半導体工場の新増設等に伴う電力需要の増加への対応、すなわち高需要期の供給力確保の面で必要とされている。このため、水素発電は、大規模な常時電源というより再エネ変動を補う用途や供給逼迫時の供給力確保を通じて、安定供給と脱炭素を両立する役割が期待される。

代替技術との比較・棲み分けに係る論点
調整力の提供において蓄電池も代替策となるが、変動性再エネの発電量が少ない状態が長く続きやすい冬の悪天候時などを念頭に置くと、再エネ及び蓄電池によって火力発電を完全に代替することは難しいとされている[10]。

また、脱炭素火力発電の代替技術としてCCSも想定される。今後、CO2の貯蔵量の制約や施設単位での経済的・技術的合理性によってCCS・水素転換の棲み分けが決まっていくと考えられる。代替技術に対する水素発電の経済優位性は混焼率や、水素や設備投資の支援制度のあり方によって大きく変わる。

ベンチマーク指標

• TRL：7（混焼）、6（専焼）
  
• 最大削減ポテンシャル：88 [百万t-CO2/年]（専焼の場合）
  
• CO2削減コスト：-（CN技術リストの現行版では調査中）

1.2.2 水素還元製鉄（産業利用の例）

3Eの観点での役割・特徴
産業分野において、水素は工業用原料として製造プロセスの転換を支えるとともに、燃料転換を通じて高温熱需要の脱炭素化を実現する手段として位置付けられている。特に鉄鋼分野では、高炉等で鉄鉱石から鉄を取り出すプロセスで還元剤としてコークス等が使用されており電化だけでは脱炭素化が難しい。このため、還元剤として水素を導入することは日本の基幹素材産業の競争力を維持しながらCO2排出量を抑制する手段として期待されている[10]。

代替技術との比較・棲み分けに係る論点
鉄鋼製造の脱炭素手段として電炉化（スクラップ使用）や高炉へのCCS活用もある。電炉が優位になるかどうかは、水素価格、既存高炉の設備更新のタイミング、スクラップや鉄鉱石の供給網等の条件によって左右される。CCSに関しては、CO2の貯留先の確保、CO2の分離回収システムに係る設備投資やエネルギーコストが課題となる。一方、水素還元製鉄には水素の調達及びコストといった課題があり、高炉におけるCCS活用／水素還元製鉄の相対的優位性において不確実性が大きい。その中で、日本の鉄鋼業界が政府の支援を受けて進めている製鉄プロセスにおける水素活用プロジェクトでは、水素還元の導入とCCUSを組み合わせて活用し、段階的に水素還元率とCO2回収率を高めることで、カーボンニュートラルの実現を目指している[12]。

ベンチマーク指標

• TRL：5
  
• 最大削減ポテンシャル：11
  
• CO2削減コスト：- （CN技術リストの現行版では調査中の状態）

1.2.3 水素モビリティ

3Eの観点での役割・特徴
低炭素水素は、大型車両、船舶、航空など、輸送分野において電化が難しい領域の脱炭素に重要な役割を果たすことが期待されている[13]。エネルギー基本計画では、水素モビリティ推進の方向性として商用車に重点を置いた燃料電池自動車の普及を進めるための重点地域への支援強化、燃料電池鉄道車両等の普及等が挙げられている[10]。また、官民連携で進められている「水素大動脈構想」では、「水素トラックによる幹線輸送を起点に水素需要を創出し、他産業への水素利用波及を目指す」としており[14]、需要市場の立ち上げにおけるモビリティ分野の重要性が強調されている。

代替技術との比較・棲み分けに係る論点
バッテリー式電気自動車（BEV）、水素エンジン車やFCVの相対的優位性は、導入地域の産業、インフラや再エネコストといった特徴によって左右される（モビリティ領域に係る論点の詳細については、水素Japan戦略 vol.3「モビリティ分野における水素利用技術と普及に向けた論点」を参照）。

1.3 需要家視点での導入課題及び求められる取組

産業分野における脱炭素技術の市場形成の課題やアプローチに関する国際機関の整理[15]では、水素等の新技術が市場に浸透する際の障壁としてコスト面だけでなく、グリーン調達検討に当たって多くの不確実性に直面する需要家から継続的なオフテイク契約をいかに確保するかが重要であるとされている。需要家目線での不確実性の例としては、調達リスクに伴うオペレーションリスクの拡大、グリーンコモディティの定義の不明確さ、過去の参考価格の不足による価格設定の困難さ等が挙げられている。

更に、水素は、鉄鋼、化学、燃料、発電など用途ごとに導入条件（水素の純度・需要のスケール・集約度・パリティコスト・価格転嫁可能性等）及び課題感が異なる。そのため、電力のような単一の需要創出策では、市場が比較的立ち上がりにくい面もある。

従って、用途分野ごとに水素の役割及び位置付けを明確にした上で、需要量、需要・供給の継続性、製品価格への転嫁可能性、認証制度、調達メカニズムを一体で捉えて、ネックになっている箇所に対処していくことが求められる。

2. 国際展開を狙う水素利用技術

水素Japan戦略 vol.2「水素サプライチェーンの全体像と日本の勝ち筋となりうる技術分野」では、日本のIPFs（国際展開発明件数）と世界水素利用量の観点から国際展開が期待される水素利用技術として、水電解装置・燃料電池・液化水素技術・水素ガスタービン等を挙げた。本稿では、海外展開の可能性に係るより広い観点を示すために、水素ガスタービンを例にとって国際市場における日本企業の競争力と取組の方向性について考える。

電力需要増加を背景に、米国やドイツ等では、将来的な水素転換も見据えたガス火力発電所の導入計画が発表されている[16] [17]。今後もガス火力発電の導入が見込まれることから、水素ガスタービンは水素需要及び技術輸出の拡大の両面で重要な機器といえる。現状の国際市場では、日本、米国、ドイツ、韓国のメーカーが先行している。

水素ガスタービンは多数の部品で構成されており、特にブレードは効率を極限まで高めるために熟練の技術を要する。また、一品一様・オーダーメイドである。このため、大量生産・低コストによる価格訴求よりも、案件ごとの最適提案を通じた市場展開が肝要となる。従って、本シリーズのvol.1「いま日本が水素技術に取り組む意義」で述べた日本の製造業の強みである「すり合わせ」技術が国際競争力に直結しやすい領域である。

買い手側のメーカー選定における観点として、品質、コスト、納期等もあるが、商用ガスタービンのような大規模エネルギー供給の主要設備においては、安定稼働の重要性が特に高い。また発電コストとしても、建設費や運転維持費よりも水素供給コストが大部分を占めるという特徴があるため、水素の安定・安価な供給が可能かといった点も導入判断に影響する。

従って、輸出強化に向けては機器単体ではなく、水素の製造・輸送含むサプライチェーン全体をパッケージとして提案することが重要である。加えて、国内メーカーでは、液化水素の冷熱を活用したより高効率な水素ガスタービンの研究も進められており[18]、今後の国際競争力に繋がる技術革新の一つとして注目される。以上を踏まえると、市場拡大が見込まれ、日本の製造業の強みが発揮され、かつ水素供給面も含めて総合価値を提供できることが、海外展開の有望性を評価するうえで重要な軸となる。

3. 総括

国内での水素利用拡大と、水素関連技術の海外市場でのシェア獲得との両方の目的に資する技術領域を特定し、重点的に投資することで、相乗効果を生み出せる可能性がある。例えば、2章で取り上げた水素ガスタービンは、国内においてもカーボンニュートラル実現に向けた商用化目標が示されており、国内展開と海外展開の双方に資する技術に該当する。

国内外展開の相乗効果を高めるには、現在世界でリードしている状況を継続的な世界シェア拡大につなげることが重要である。そのためには、これまでの海外への納入実績を性能・安全性・保守性に関する信頼性の裏付けとして活用すべきである。あわせて、欧米のみならず将来的にエネルギー需要の拡大と環境政策の強化が見込まれる新興市場にも展開していく必要がある。

これにより、建設・運転・燃料供給を含む事業スキームの経験が蓄積される。その結果、技術面・事業面の不確実性の低下が期待され、国内普及の加速にも資する可能性がある。

このような相乗効果を高めるには、地域間での横展開における設計変更や制度対応の負担を下げるための国際標準化が重要となる。従って、先行導入で国内メーカーの機種・仕様を市場で定着させ事実上の標準（de facto standard）を形成しつつ導入・運用で得られたデータを活用して国際的な標準化の議論を主導していくことが求められる。しかし、国際標準化は仕様の共通化等を通して価格競争を招きやすい面もあるため、標準化と並行して日本の製造業の強みを差別化につなげていくことが重要であり、日本の優位性を維持する鍵になる。

参考文献

[1] 経済産業省 資源エネルギー庁「地球温暖化対策　～カーボンニュートラル～」：
https://www.enecho.meti.go.jp/about/pamphlet/energy2024/04.html
[2] 経済産業省「水素・燃料アンモニア産業」：
https://www.meti.go.jp/policy/energy_environment/global_warming/ggs/02_suisoanmonia.html
[3] 経済産業省「第16回水素・アンモニア政策小委員会 一般社団法人水素バリューチェーン推進協議会『水素の社会実装と水素産業の持続的成長を目指して』」：
https://www.meti.go.jp/shingikai/enecho/shoene_shinene/suiso_seisaku/pdf/016_03_00.pdf
[4] 経済産業省「自動車・蓄電池産業」：
https://www.meti.go.jp/policy/energy_environment/global_warming/ggs/05_jidosha.html
[5] NEDO「FCV・HDV用燃料電池技術開発ロードマップ（製品・システム）」：
https://www.nedo.go.jp/content/800020390.pdf
[6] NEDOグリーンイノベーション基金「水素を使ったCO2排出量実質ゼロの革新的な製鉄プロセスの実現へ」：
https://green-innovation.nedo.go.jp/article/iron-steelmaking/
[7] NEDOグリーンイノベーション基金「カーボンニュートラル工業炉の実現に向けた取り組みとは」：
https://green-innovation.nedo.go.jp/article/thermal-02/
[8] 経済産業省「次世代熱エネルギー産業」：
https://www.meti.go.jp/policy/energy_environment/global_warming/ggs/03_netsu.html
[9] 経済産業省 資源エネルギー庁「次世代燃料（バイオ燃料、合成燃料）政策について」：
https://www.enecho.meti.go.jp/category/resources_and_fuel/koudokahou/nextfuel.html
[10] 経済産業省 資源エネルギー庁「第7次エネルギー基本計画（令和7年2月）」：
https://www.enecho.meti.go.jp/category/others/basic_plan/pdf/20250218_01.pdf
[11] 経済産業省 資源エネルギー庁「第6回 発電コスト検証ワーキンググループ」：
https://www.enecho.meti.go.jp/committee/council/basic_policy_subcommittee/mitoshi/cost_wg/2024/06.html
[12] NEDO「NEDO脱炭素技術分野成果報告会2025『GI基金事業 製鉄プロセスにおける水素活用の概要と進捗状況』」：
https://www.nedo.go.jp/content/800031419.pdf
[13] IPCC, “Sixth Assessment Report, Working Group III: Mitigation of Climate Change, Chapter 10: Transport”：
https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg3/chapter/chapter-10/
[14] 一般社団法人 日本自動車会議所「水素トラックの幹線輸送で水素需要拡大へ　『水素大動脈構想実現会議」を初開催　官民連携で社会実装」：
https://www.aba-j.or.jp/info/industry/27184/
[15] GREEN MARKET MAKERS, “Unleashing market forces to scale green industry”：
https://gmm.missionpossiblepartnership.org/
[16] RWE “RWE plans hydrogen-compatible gas-fired power station in Voerde”：
https://www.rwe.com/en/press/rwe-generation/2025-10-27-rwe-plans-hydrogen-compatible-gas-fired-power-station-in-voerde/
[17] FuelCellsWorks “The Future of Hydrogen-Fueled Power Generation Led by Japan’s Hydrogen Gas Turbine Technology”：
https://fuelcellsworks.com/news/the-future-of-hydrogen-fueled-power-generation-led-by-japans-hydrogen-gas-turbine-technology#google_vignette
[18] NEDO「NEDO水素・燃料電池成果報告会2024『水素社会構築技術開発事業/地域水素利活用技術開発/水素CGSの地域モデルにおける水素燃料供給システムの効率化・高度化に向けた技術開発』」：
https://www.nedo.go.jp/content/100980867.pdf