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摘要：日本的研究小组为评估在全球范围内氢能对本世纪中叶实现脱碳化目标的作用，使用模拟模型进行了分析。结果表明，到2050年，氢能最高将增加至全球能源需求的15%，尤其能够助力运输和工业部门的脱碳化。

关键字：氢能、电气化、生物质、氢能载体、综合性能源政策、脱碳社会

概要

在2015年通过的《巴黎协定》中，多个国家关于在本世纪后半期实现温室气体净零排放的目标达成一致。作为实现该目标的对策，除了利用可再生能源发电等的能源供给侧脱碳外，在能源需求侧，将化石燃料转换为电力的“电气化”也非常重要。但是，在难以电气化的领域（如船舶、航空等的远距离运输，需要高温的工业炉等）应该如何实现减排呢？作为其解决方案之一，增加包括氢、氨、合成燃料（由氢和回收的CO₂合成的烃）等在内的氢能利用备受期待。但是，对于氢能能够多大程度上为全球的脱碳社会作出贡献尚不明确。

本研究表明，在诸多方案中，氢能普及主要受到成本方面的限制，到2050年只能增加5%左右，与此相对，电气化和生物质利用则是更有效的选择。但是，在特定的条件下，例如零排放这一严格的排放限制的情境下，氢能在2050年最高将增加至全球最终能源消耗量的约15%。这意味着，关于氢能、电力、生物质等多种脱碳选择，需要考虑能源系统整体的成本与负担、社会接受度、基础设施配备的进程等，进行综合性讨论以及政策评估。

图：全球最终能源消耗量变迁。氢中包含氨。

图右侧的柱状图显示了各场景下的2050年的最终能源构成。

研究背景

在2015年通过的《巴黎协定》中，提出了“将本世纪末的全球平均气温上升幅度控制在2℃以内，并努力将温度上升幅度限制在1.5℃以内”的目标。要实现这一目标，重要的是在本世纪后半期之前实现温室气体的净零排放。近年来，各国提出了在2050年前实现脱碳的目标。作为脱碳的具体对策，主要包括利用太阳能、风能等可再生能源的发电，以及向电动汽车转换等能源需求的电气化。另一方面，在难以电气化的领域（船舶、航空等的远距离运输，需要高温的工业炉等）面临如何削减排放量的课题。

在先行研究中，提出了以下方案：通过组合使用生物质和碳捕获与封存（CCS）技术，实现负排放，并通过改变生活方式等来削减能源需求，从而实现脱碳。氢能源载体（氢、氨、合成燃料¹）作为另一减排选择备受期待，但是综合考虑氢的转换及利用技术所产生的附加成本，作为氢供给源的可再生能源的存量等全球能源系统后，氢能够在多程度上为脱碳社会的实现作出贡献尚不明确。

研究方法及成果

本研究使用由京都大学开发的模拟模型AIM/Technology（Asia-Pacific Integrated/Technology：亚太综合评估模型）进行分析。本模型以未来的人口、经济增长、技术发展（效率、成本等）为输入条件，推算CO₂排放量、能源供求、能源技术的导入量及费用。具体来说，将减排目标作为模型的限制条件，在模型内对碳进行定价以满足该条件，确定与之相应的能源技术组合。例如，通过实施更严苛的排放管制，促进发电燃料从化石燃料向可再生能源的转换，需求部门从汽油车向电动汽车、燃料电池车等的转换等。

此次，研究小组在充分考虑CCS和生物质利用等的技术不确定性的基础上，对包括2050年全球能源来由的CO₂排放量几乎为零（到2100年的累计排放量为500Gt）在内的所有温室气体减排场景，进行了模拟。其结果如下。

氢的生产成本约为电力的1.5～2倍，相对而言，电气化和生物质更占优势，因此在将气温上升幅度控制在2℃以下的诸多“温和”（低目标）场景下，氢的普及率仅停留在5%左右。另一方面，在将气温上升幅度控制在1.5℃以内（相当于气温上升控制在2℃但无法利用CCS技术）的“严格”（高目标）场景下，氢能载体的普及率在2050年增加到10～15%。

导入氢能载体最多的领域是汽车、航空等运输部门，根据不同减排场景，工业部门、发电部门也部分导入了氢能载体。在运输部门中，通过生物质和直接空气回收²，利用从大气中回收的CO₂与氢生成的合成燃料也有助于减少CO₂减排。

氢能载体的普及因减排场景的不同而异，与此相对，电气化和生物质利用在任何方案下都是共通的重要对策。

以上结论除了强调面向氢能普及的技术开发和政策的重要性外，也表明了包括电气化等多种选择在内的综合性讨论以及政策评估的重要性。

今后的发展

本次研究成果表明，要实现脱碳社会，氢能源载体很有可能成为重要的选项，同时也提出了成本方面等的课题。今后，还需要开展后续研究以将成果应用于具体的技术开发和政策评估。例如，合成燃料可以利用能源需求侧的现有技术和基础设施以实现脱碳化，此外，如果向电动汽车的转换进展迟缓，氢能的重要性将随之提高等，今后将推进研究，开发将基础设施的影响考虑在内的模拟模型。

注释

¹氢和CO₂合成制造的燃料。本研究中为液体燃料和甲烷。

²直接从大气中分离回收CO₂的技术。

氢能在实现全球脱碳社会过程中的作用——重点是与电气化、生物质相结合的综合性能源政策