山梨県が日本の水素実験場になりつつある理由
富士山の麓に位置する山梨県は、グリーン水素の実証の場へと変貌を遂げている。日本各地で、水素は化石燃料に代わるエネルギーとして存在感を増している。山梨県では、その動きがとりわけ鮮明だ。自動車・エンジンメーカーから飲料、タイヤ、工作機械メーカーまで、さまざまな企業がエネルギー構成の一部として水素の活用に乗り出している。同県には、豊富な再生可能エネルギー資源、研究インフラ、官民の積極的な連携という、他にあまり例のない条件がそろっている。
目次
山梨県の強みは、日射量の多さ、エネルギー研究施設の集積、そして研究室から工場の現場までプロジェクトを後押しする政策にある。甲府市の米倉山エリアには、日本でも特に整備が進んだ太陽光発電拠点の一つと、次世代エネルギーシステムの研究拠点がある。県は、昼間の太陽光発電を長時間のエネルギー貯蔵や産業用熱利用につなげる水素の実証事業を支援してきた。実際の運転環境で技術を実証し、その後に規模を拡大できる地域づくりを目指している。山梨県と企業が連携する共同事業体「やまなし水素エネルギー社会実装ロードマップ協議会」（H2-YES）は、実証事業の調整や需要家の確保を担っている。
山梨県のPower to Gasシステムの仕組み
一般にP2Gと略されるPower to Gasは、水を水素と酸素に分解し、再生可能エネルギー由来の電力を水素に変換する技術だ。山梨県の方式では、固体高分子形水電解を用いる。太陽光発電の出力が大きいとき、余剰電力を水電解装置に供給する。水素はその後、圧縮または液化してタンクに貯蔵できる。送電網を流れる電力と異なり、貯蔵した水素はトラックで運搬したり、短距離の配管で送ったり、必要に応じて電気や熱に再変換したりできる。これにより、変動する太陽光発電を工場、倉庫、地域社会で利用できる柔軟なエネルギー資源へと変えられる。
日本政府のグリーンイノベーション基金と、国立研究開発法人NEDOの委託事業の支援を受け、山梨県モデルP2G技術は、山梨県が東レ、東京電力ホールディングス、高岳製作所と共同開発した。このシステムを基盤とする出力16メガワットの設備が、県内のサントリー白州の拠点で建設中だ。再生可能エネルギー由来の電力と地域の水を使って運転し、製造した水素の利用時に温室効果ガスを排出しない計画となっている。事業の詳細は、サントリーと県の関係機関による公式概要で確認できる。
サントリーの16MWグリーン水素計画の全容
2022年9月、サントリーホールディングスは山梨県と、白州蒸溜所および南アルプス白州工場の脱炭素化に向けた基本合意を結んだ。計画の中核となるのは、再生可能エネルギー由来の電力で水を電気分解し、敷地内でグリーン水素を製造する出力16メガワットのP2G施設だ。同社はこの水素を工場の操業に必要なクリーンな熱源として利用し、周辺地域への供給も目指す。
運転開始は2025年を予定している。第1段階では、白州蒸溜所で熱殺菌用のボイラーを水素で稼働させ、試験蒸溜にも活用する。2027年以降、サントリーは水素の製造だけでなく、供給・販売も含むバリューチェーン全体を日本国内で展開する計画だ。巴商会との物流提携により、山梨県内や東京への配送が可能になる見通し。同社は、愛知県の知多蒸溜所や兵庫県の高砂工場など、他の施設での追加利用も検討している。
英国の蒸溜所に関連する水素事業が計画どおりに進まなかったことを受け、同社は国内での導入に資源を振り向けた。日本では、山梨県の政策環境と地域連携が、再生可能エネルギーから水素を使った熱・電力供給まで、バリューチェーン全体を構築、運用し、実証する道筋を示している。
JERAとの連携と24時間の脱炭素電力実証
2023年11月22日、山梨県は発電シェアで国内最大の電力会社であるJERAと、地域の水素バリューチェーン構築に向けた基本合意を結んだ。JERAは再生可能エネルギーと、水素・アンモニアを使うゼロエミッション火力発電の組み合わせを目指しており、国内電力の約30％を発電している。県のP2GシステムをJERAの燃料バリューチェーンや発電設備と組み合わせ、脱炭素電力と水素由来燃料の安定した生産・供給を確保することが連携の狙いだ。連携の概要はJERAとの連携概要で公開されている。
米倉山には新たな水素発電設備が計画されており、実証試験で地域企業に電力を供給する。目標は、太陽光発電に、水素を燃料とするタービンや燃料電池を組み合わせ、日没後や雲が通過する時間帯も含めて、脱炭素電力を継続的に供給できることを実証することだ。県内規模で実現すれば、24時間安定した電力を必要とする工場のモデルとなる可能性がある。
太陽光発電から貯蔵へ、米倉山拠点の発展
米倉山での太陽光発電整備は、企業誘致を目的に計画が始まった1990年代初頭にさかのぼる。バブル経済の崩壊後、この土地は東京電力との連携により、大規模太陽光発電設備の拠点となった。それが次の段階につながった。2021年までに県は、固体高分子形水電解を用いて太陽光発電の余剰電力を水素に変換するP2G事業を開始した。初期のシステムでは水素を液化して専用タンクに敷地内で貯蔵し、トレーラーで必要な場所まで運んでいた。たとえば、非常用電源やピーク時の電力供給に燃料電池を使う店舗などが供給先だった。
次の段階では、単一の太陽光電源にとどまらず、水力、風力、地熱などを含む、標準的な電力網から調達した認証済み再生可能エネルギー電力へと利用を広げる。需要地点で必要に応じて水素を製造できれば、貯蔵の必要量や輸送費を抑え、グリーン水素のコスト改善につながる。山梨県の技術者たちは、熱や電力以外の産業用途も研究しており、ヘリウムに代えて半導体製造工程の洗浄にグリーン水素を使うことなどを検討している。
現在の水素利用者
県内の中核的な需要家はサントリーの白州の拠点で、水素は熱殺菌に利用するほか、直火によるウイスキー蒸溜の実証にも使う計画だ。飲料以外では、タイヤ業界も工程熱や熱電併給向けの敷地内水素製造の実験を始めており、水素の産業利用市場が広がる可能性を示している。
輸送分野でも動きが活発だ。国は大型車向け燃料電池を支援し、自動車メーカーには燃料電池の生産能力を拡大するための資金を提供している。複数の事業では、水素トラックが需要の少ない時間帯に車庫で燃料を補給し、再生可能エネルギーが豊富なときに製造したグリーン水素を使うことを目指している。これらの取り組みは、日本の2050年カーボンニュートラル目標や、輸入化石燃料への依存を減らす必要性に沿ったものだ。
コスト、利点、制約
水電解は大量のエネルギーを必要とする。水素1キログラムの製造には通常、約50～55キロワット時の電力が必要で、圧縮や液化にはさらにエネルギーを要する。出力16メガワットの水電解装置を丸一日フル稼働させた場合、水素を約7～8トン製造できる。実際の生産量は、稼働率、保守期間、利用可能な再生可能エネルギー電力の量によって変わる。山梨県の戦略では、敷地内の太陽光発電、電力網から調達する再生可能エネルギー、貯蔵を組み合わせ、電力がクリーンで安価なときに設備を稼働させる。
最大の課題は依然としてコストだ。日本では卸電力価格や送電網の利用料金が高く、これまでの水素実証事業の制約となってきた。本来なら出力抑制される太陽光発電を活用したり、需要の低い時間帯に運転を移したりすれば、水素1キログラム当たりの製造コストを引き下げられる。水電解装置の効率向上や生産量の拡大も、時間とともに価格を下げる助けとなる。
水の確保と安全性も実務上の課題だ。水電解では水素1キログラムの製造に約9リットルの水を消費し、精製にも追加の水が必要となる。白州地域は飲料に使われる良質な地下水で知られており、資源の慎重な管理と再利用が求められる。水素の取り扱いには、換気、漏えい検知、訓練に関する厳格な手順が必要だ。海外で計画された事業をめぐる議論でも見られたように、可燃性に対する地域住民の懸念が生じることがあるため、丁寧な情報提供と厳格な設計基準が欠かせない。
山梨県モデルは県外にも広がるか
山梨県で実証が進む仕組みは、地域単位での展開を前提に設計されている。地域の再生可能エネルギー、水電解、貯蔵、需要家を短い供給網で結びつける。次の段階では東京への配送も計画されており、首都の大規模需要地と、首都の西に位置する山間部で製造されたグリーン水素がつながることになる。JERAとの実証で、24時間の脱炭素電力供給に成功すれば、化石燃料に頼らず安定した電力を得るためのひな型を産業界に示すことにもなる。連携の詳細はJERAの事業概要で公開されている。
この取り組みはすでに海外からも注目を集めている。海外の代表団が山梨県の研究拠点や産業実証施設を視察しており、日本での知見を生かしてグリーン水素の中核拠点を設ける計画が一部の地域で進んでいる。視察では、燃料電池車から県内の研究施設、製造施設まで、さまざまな技術が紹介されてきた。こうしたノウハウの共有と国の政策支援は、地域の実証拠点が県境を越えて事業に影響を与える可能性を示している。
要点
- 山梨県は、豊富な太陽光発電を水素の製造、貯蔵、産業利用につなぎ、日本のグリーン水素実証拠点として台頭している。
- 山梨県モデルのPower to Gasシステムは、固体高分子形水電解を用いて再生可能エネルギー由来の電力を水素に変換し、変動する太陽光発電を柔軟なエネルギー資源にする。
- サントリーと山梨県は、白州蒸溜所と南アルプス白州工場に出力16メガワットの水電解装置を建設しており、2025年の運転開始を予定している。
- サントリーは2027年以降、巴商会との物流提携を通じて山梨県内や東京への配送・販売を含む、水素バリューチェーン全体の展開を目指す。
- JERAと山梨県は2023年、地域の水素バリューチェーンを構築し、太陽光発電と水素発電を組み合わせた24時間の脱炭素電力を実証するため、連携に合意した。
- 米倉山は県の研究・導入拠点として、大規模太陽光発電設備から、水素の製造、貯蔵、輸送を担うP2Gシステムへと発展してきた。
- 飲料以外の産業でも、タイヤ製造などの事業者が工程熱による排出削減に向け、敷地内でのグリーン水素製造を試験している。
- 日本の国の支援事業は大型車での水素利用を後押ししており、燃料電池の生産拡大に向けた資金提供や、水素トラックの普及が目指されている。
- 出力16メガワットの水電解装置はフル稼働時に1日約7～8トンの水素を製造できるが、実際の生産量は運転方法によって変わる。
- 主な課題には、電力価格や送電網利用料金、水の消費、貯蔵・物流、水素を安全に取り扱うための確実な対策がある。
- 山梨県の取り組みは、地域に根ざし、他地域でも再現できるモデルとして設計されている。東京への供給計画があり、モデルを調査する海外代表団の関心も高まっている。
