カーボンニュートラル実行戦略：電化と水素、アンモニア

目次

はじめに

第１章　脱炭素社会に至る電気の一次エネルギー化

１.１　脱炭素社会実現に必須な「発電の脱炭素化×需要の電化」

１.２　電気の一次エネルギー化と間接電化

第２章　電化の促進

２.１　快適な住まいと環境に優しいオフィス

２.１.１　「我慢」から「効率化」に変わる生活スタイル　住宅の取り組み

（１）快適さに重要な温度コントロール

（２）住宅のエネルギー消費と給湯需要

（３）省エネ型給湯器の普及状況

（４）各々の給湯器の特徴と課題

（５）エコキュートに期待される新たな機能

２.１.２　暮らしのエネルギーの今とこれから

（１）冷暖房で前提となる住宅の断熱化

（２）エアコンや家電製品の高効率機器への買い替えとIoT化

（３）ガス管接続を禁止し始めた欧米の事例

２.１.３　オフィスのエネルギー

（１）建築物のエネルギー消費内訳

（２）空調負荷の抑制

（３）熱源機器・動力機械の効率向上

（４）デジタル化で設備機器を調整して性能を発揮させる「適正化対策」

コラム　冷暖房・給湯で大きな変化をもたらしたヒートポンプ

２.２　モノをつくり、運ぶ

２.２.１　グローバルな投資指標となる温暖化対策

２.２.２　産業部門のエネルギー消費と熱エネルギーのイノベーション

（１）産業部門で消費するエネルギー

（２）100℃未満の低温度の熱エネルギー

（３）100℃以上の熱エネルギー

（４）燃料の非化石化

（５）排熱の活用

２.２.３　経済成長を支える環境対策へ

（１）国内総生産を支える産業部門

（２）電気利用を阻む課題と解決策

（３）省エネと温暖化対策の法律　「省エネ法」の課題

（４）大規模改修ができない設備更新の課題

（５）マスプロダクトからマスカスタマイズする生産ライン

（６）IoT技術による生産部門のエネルギーマネジメントシステムの構築

２.２.４　業種別の脱化石燃料化技術

（１）製鉄の脱炭素化

（２）石油化学産業の脱炭素化

（３）セメント製造の脱炭素化

２.２.５　運輸部門の対策　特に船舶

２.３　需要と供給を結ぶエネルギーネットワークとレジリエンス向上

２.３.１　エネルギーネットワークと社会インフラ

２.３.２　ネットワークの設備利用率を向上させて効率的に活用

（１）エネルギーを蓄えて使うこと

（２）エネルギーを地産地消すること（プロシューマー化）

（３）需給一体でマネジメントを行うこと

２.３.３　Power to Gas

（１）再エネ電気で作るガス体エネルギー

（２）ドイツのPower to Gas

（３）水素ガスによる蓄エネルギー

（４）ガスネットワークの活用策

（５）CO₂フリー水素ガスの普及策

２.３.４　レジリエンスを向上させる方策

（１）エネルギーレジリエンス

（２）プレミアムグリッド

（３）電力ネットワークのBCP対策

２.３.５　需要に応じたレジリエンスの事例

（１）需要家が取るべき対策　エネルギー自由化のもうひとつの姿

（２）ビルや工場の対策　BCP電源

（３）住宅・小規模需要家の対策　太陽光発電＋電気自動車による自立

（４）交通インフラ・道路とエネルギーネットワークの融合

（５）再エネ発電の増加に果たす、エネルギーネットワークの役割

第３章　水素エネルギーとアンモニア

３.１　水素エネルギーの重要性

３.１.１　脱炭素社会と水素エネルギー

３.１.２　日本にとっての水素エネルギーの重要性と導入の意義

３.１.３　水素エネルギーに対して呈される疑問について

コラム　「水素エネルギー」用語の定義

３.２　水素エネルギーキャリアとアンモニア

３.２.１　水素エネルギーキャリア

３.２.２　アンモニアの特長

（１）大きな水素密度

（２）アンモニアの大量輸送・貯蔵技術

（３）CO₂フリー燃料としてのアンモニア

（４）アンモニアの取り扱い

３.３　アンモニアの直接利用に関する研究開発成果

３.３.１　アンモニアの燃焼メカニズムの解明

３.３.２　アンモニアの直接利用技術の開発

（１）小型ガスタービン

（２）中型ガスタービン

（３）発電用大型（数十万kW級）ガスタービン

（４）微粉炭発電ボイラ（石炭火力発電向けのNH₃直接利用技術）

（５）工業炉

（６）アンモニア燃料電池

（７）アンモニア直接利用技術開発の成果の意義

３.４　アンモニアのエネルギー脱炭素化技術としての意義と社会実装の可能性

３.４.１　エネルギー脱炭素化技術が満たすべき要件

３.４.２　アンモニア直接利用技術がもたらす効果のスケール

３.４.３　CO₂フリーアンモニアのバリューチェーンを構成する技術の成熟度

（１）CO₂フリーアンモニアの原料

（２）CO₂フリーアンモニアの製造

（３）アンモニアの輸送・貯蔵

３.４.４　CO₂フリーアンモニアのコスト

（１）アンモニアの製造コストの推計方法

（２）CO₂フリーアンモニアのコストの推計

（３）日本着のCO₂フリーアンモニアのコスト

（４）コスト評価の結果

３.４.５　ライフサイクルでの脱炭素化の効果

３.４.６　エネルギー脱炭素化技術としてのCO₂フリーNH₃

コラム　将来技術に係るLCA分析の課題

３.５　水素エネルギーキャリアによるサプライチェーンの特徴と比較

３.５.１　水素エネルギーキャリア

（１）液化水素

（２）メチルシクロヘキサン

（３）液化水素、メチルシクロヘキサンの利用

（４）アンモニア

（５）水素エネルギーキャリアの安全性

３.５.２　水素エネルギーキャリアによるサプライチェーン

（１）サプライチェーンの規模と脱炭素化効果のスケール

（２）サプライチェーンを構成する技術の成熟度

（３）水素エネルギー導入コスト

（４）バリューチェーンを通じたライフサイクルCO₂排出

３.５.３　水素エネルギー大量導入手段としてのCO₂フリーアンモニア

３.５.４　水素エネルギーキャリアとしてのCO₂フリーアンモニアの可能性

コラム　CO₂フリーメタン（CH₄）について

３.６　CO₂フリーアンモニアのバリューチェーンの構築に向けた動き

３.６.１　グリーンアンモニアコンソーシアム（GAC）

３.６.２　国内外の動向

（１）国家レベルの政策

（２）民間セクターの動向

３.７　バリューチェーンの社会実装に向けた課題

３.７.１　CO₂フリーアンモニアの市場の特徴

３.７.２　現時点でCO₂フリーアンモニアのコストが、将来の水素コスト目標を実現できる水準にあることの意味

３.７.３　バリューチェーンの構築に向けて

コラム　「CO2の環境価値」について

補論　SIP「エネルギーキャリア」と日本における水素エネルギー研究の歴史

（１）エネルギーキャリア研究の経緯

（２）戦略的イノベーション創造プログラムの創設

（３）戦略的イノベーション創造プログラム「エネルギーキャリア」

（４）日本の水素エネルギーに係る国の取り組みの歴史

第４章　脱炭素社会の電源構成についてのシミュレーション

　４.１　シミュレーションの目的

４.２　シミュレーションの前提

４.３　再エネ100％の現実性を評価する

４.４　非化石燃料による火力発電の意義

４.５　原子力発電の意義

４.６　まとめ

おわりに 

執筆者紹介