何故水素なのか ビジネスとして成り立つかを考える
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SS併設水素スタンド(水素ステーション)は普及するのか 何故水素なのか ビジネスとして成り立つかを考える |
私が今まで持っていた水素のマイナーなイメージ当HPが「近未来自動車」を本気で研究し始めたのが2007年7月。その時のタイトルは
「近未来自動車の主流は何かNO1」。(以下NO2 NO3 NO4 NO5 と続く名企画となる)
しかしその時の結論は、燃料電池車(以下FCEV)は残念ながら簡単には普及しない。
その原因の一つは水素の扱い難さだと指摘しましたが、その理由は以下の通りです。
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地球表面の7割は海。水は、H2Oだから水素は無尽蔵にある。石油は勿論、
天然ガスや日本近海の海底に沢山眠ると言われているメタンハイドレードにも、
水素は多く含まれているから将来は、水素エネルギー社会が一番良い。
しかしこれは私の思い込みでした。自然界に水素分子は、まず存在しません。
地球誕生時には沢山あったそうですが、軽いので宇宙空間に放出されたそうです。
自然界に無いなら作れば良さそうですが、水から取り出す場合は、石油を燃やして
電気を作り、水をその電気で分解して作ると、投入エネルギーの約1/3しか水素は
取れないそうです。
しかし水素を大量にローコストで作るなら、石油業界の製油所プラントが最適。
これは灯台下暗しでしたが、製油所で安く水素を作れても、水素はマイナス253度
という極低温でしか液化しないため、貯蔵や輸送が、極めて難しいとのことでした。
またLPガスは、空気との混合率が2-9.5%の範囲でしか燃焼しないのに対し、
水素は4 - 75%と非常に広い燃焼範囲を持つので、それだけ危険と言えます。
次表は、1L当りの密度と発熱量ですが、水素を学べば学ぶ程、石油が如何に
優れたエネルギーなのかが、良く分かります。
種類 ガソリン 軽油 天然ガス
200気圧LNG 水 素
200気圧液体水素
極低温エタノール メタノール 密度kg/L 0.75 0.84 0.16 0.45 0.018 0.070 0.789 0.793 発熱kcal/L 7,800 8,500 1,900 5,300 514 1,990 5,050 3,740
何故、次は水素なのか まずは効率と環境です上記内容を今見ても、特に間違っている点はないと思います。しかし世の中の状況は
３年でより変化しました。その一番の変化は、環境=温室効果ガス削減問題でしょう。
まずFCEVがどのくらい環境によいか、ガソリン車とCO2発生状況を比較してみます。
FCEVの0に対して、ガソリンは1L当たり2.32kgも出ますので圧倒的に有利です。
もちろん水素を作る過程でCO2は発生しますので、Well to Wheelで比較してみても
10・15モードの1km当たりのCO2排出量は、FCEV 60g、 ガソリン車190g 、ガソリン
ハイブリッド車で130gとのことなので、確実に 2-3倍有利と言えます。
では水素をガソリンのように直接燃焼させた場合はどうなのでしょうか。それには
まず基本効率化から考えてみます。ガソリンエンジンは、ガソリンを気化し、空気と
混合させ、点火爆発させると、混合気の体積が膨張し、その膨張エネルギーをエンジン
という機械を使って、ピストンとクランクシャフトで回転運動に変える訳ですが、ピストンは
慣性の法則に逆らって上下運動していますので、熱エネルギーから回転運動への変換
効率は15-20%まで落ちてしまいます。
一方、燃料電池で水素から電気を直接作る場合の変換効率も、40%弱ですが
電気からモーターの回転運動に変換するときのロスが、10-15%程度と少ないので、
総合効率は35%前後になり、FCEVの方がガソリンエンジンより2倍弱よいようです。
では、水素を直接燃焼させる水素エンジンの効率はどうなのでしょうか。
ガソリンは、原油からの精製効率は90-95%の変換効率で製造出来ますが、水素は
天然ガス等炭化水素を源燃料として、水素だけを取り出そうとすると、その効率は
60-70%まで落ちるそうなので、エンジンの熱膨張エネルギーを回転運動に変える
効率が同じだとしても、水素を単独で作る時にガソリン以上にロスが出ますので、
やはり効率は悪いようです。もっとも水素エンジンが普及しない理由は、水素分子が
小さく、材料に気をつけないと水素がしみ込んでしまう水素脆化(すいそぜいかと読む
-水素が金属鋼材中に吸収され、強度等が低下していく現象)問題の方が主原因
なのかもしれません。
質問 7/1 有機ハイドライドの可能性について質問を頂きました。
回答 製油所等で製造した水素をトルエン等と反応させ有機ハイドライドにして、
SSに運び、FCEVに給油、車に積んだ改質装置で、大量の熱を利用して水素抽出、
残ったトルエン等の媒体は、SSで回収、更にそれを製油所に持ち帰ってまた水素を
混入するサイクルなのですが、水素を取り出し時に大量の熱を必要とすることもあり
総合効率が悪いと、必要な水素だけを取り出す負荷追随性も悪いようです。
本当の理由は国益? その理由は、しかし今回の始めて知ったのは、水素社会の推進は国益にかなうという発想です。
現在日本は、石油は勿論、電力の源である原子力発電のウラン鉱石も、その多くを
輸入に頼っており、その購入代金は、すべて国外に流出しています。
その価格も、正当な現物の需給バランスで決まるならまだ納得もしますが、現実は、
投機商品になり下がってしまい、日本経済はその乱高下に翻弄されています。
では水素だと何故国益にかなうのでしょうか。答えは水素の製造方法にあります。
水から電気分解で作るのは、エネルギーは1/3に減ってしまうので、余っている電気
でない限り、ビジネスにはならないのですが、工業用等で大量に使われる水素は
石油製品や天然ガスから「水蒸気改質」という効率的な方法で作られています。
この時の源燃料の使用割合ですが、水(蒸気)3-4割に対して、石油や天然ガスは
7-6割くらいなので、その消費量を30-40%ぐらい削減出来るかもしれないのです。
また水素は、原油精製の段階で副産物として大量に発生しますが、現在この水素は、
余っているということなので、この水素を利用するなら、水素の製造コストは大幅に
下がることになります。その水素のコストは、後ほどご説明します。
水素の安全性 参考 ヒンデンプルグ事故 Wikipeda 動画You-tube(映像は白黒)私の「水素は危険」というイメージは、何に起因しているのか。それはよく考えてみると
小さい頃から色々なテレビ番組で見せられてきた、ドイツの気球船「ヒンデンプルグ号の
爆発炎上事故」の映像ではないかと思います。乗員・乗客97人中35人と地上の作業員
1名が死亡する大惨事となりました。当初その主原因は水素されましたが、本当は、
ヒンデンブルク号の船体を覆う、酸化鉄とアルミニウム混合塗料で出来たテルミットと
呼ばれる外皮が、飛行中に蓄積された静電気が、着陸時に固定ロープが地面にふれた
時に放電した時に引火して燃えたという「NASAの説」が有力のようです。
その証拠に、水素は燃焼しても本来炎は見えないのですが、ヒンデンプルグ号は、
その外側が赤々と燃えていたそうです。また97人中62人は助かっているので、例えば
TNT火薬の様な大爆発は実は起きていないという逆の証拠にもなると思います。
では、自動車事故等でタンクから水素が漏れ出した場合はどうでしょう。実は水素は
軽いので上方に拡散し、ガソリンよりはむしろ安全?という考え方もあるようです。
更に、車内や締めきった部屋に水素が拡散して着火した場合はどうなのでしょうか。
実は、これも意外なのですが、髪の毛の一部やまつ毛が一瞬燃え、窓ガラスが割れ
壁のボード等も、外側に破損するものの 中の人間は無事だそうです。
にわかには信じられないので、証拠となる実験映像でも入手したらご報告します。
外部便益って何今回初めて知り、勉強したのが「外部便益」という用語と考え方でした。要するに
FCEVの推進や水素社会の構築によって、FCEVを直接利用する消費者や、水素を
販売することになるであろう我々SS業者等の当事者以外にも間接的に恩恵を受ける
人がいる。その価値を、やや強引ですが数値がして表現するのだそうです。
例えばCO2の削減やガソリンや軽油等が微量ながら出ていたSOxやNOx、そして
硫黄酸化物等が皆無になることから、道路周辺住民の健康被害リスクも相対的に
減ることで気管支喘息等の治療費も減るし、国家も医療費が減る。
またエンジン騒音が減る事によって、騒音も低減、周辺住民のストレスも減少し
将来の道路の防音工事に要する費用も軽減出来るという発想のようです。
従って国もかなり恩恵を受けるので、「水素社会に推進するに当たって補助金を
出す価値がある」という論法になっています。確かに全く車に乗らない人にとっても
廃棄ガスがなくなり、走行時の騒音が減るなら、確かにメリットはあると思いました。
尚、現在日本に12か所ある水素ステーションは、ほぼ国の負担で出来ていますが
民主党政権はこれにメスを入れ、今後その補助は2/3に減額されてしまうそうです。
水素製造能力は、製油所と製鉄所の余剰生産能力だけで既に十分?石油精製において、原油中の金属分や硫黄等の不純物を除去するため、近年
大量の水素が使用されるようになり、製油所は水素製造装置をもつようになりました。
その水素の製造法は、新日本石油の石油便覧によれば、以下の通りです。
前述の通り水素だけを製造するのは高コストなのですが、石油精製過程の副産物
として、水素は、大量にローコストで製造出来るようになり、その余剰の供給能力は、
FCEVにして数100万台規模に匹敵するという話もあるくらいです。
そのコストは企業秘密でしょうから、あくまで垣見の勝手な推定ですが、水素1kgあたり
製油所出荷価格で 300円/kgで製造出来るのではないかと推測しています。
また鉄鋼業界の精錬所でも大量の水素を使うので水素製造装置を有しているそうです。
このように、水素だけを1から作ろうとするとコストに合わないのですが、石油精製の
過程や製鉄の過程で出来る水素を利用する分には、その量もコストも十分にガソリン
や軽油に代替出来るコスト競争力をもっている可能性があることが分かってきました。
ガソリンが150円/Lだすると水素の価格はいくらなのか水素の製造コストの一つの目安が出たところで、今度は水素スタンドでの末端価格が
いくらならFCEVの燃料としてガソリン車のガソリン価格と等価なのか検証してみます。
話を分かりやすくするために、ガソリン価格を1L 150円とし、ガソリン車の平均燃費を
10・15モードで、15kmとすると、1kmに走行コストは 10円/kmということになります。
ちなにみ近未来自動車企画でもご紹介した通り、三菱自動車のi-Mievは、深夜電力を
使えば 16kWh 160kmで 160円と 言っているので それが本当なら 1円/kmです。
冷房や暖房に相当量使って半分の80kmしか走らないとしても、2円/kmです。
一方水素は、1kg = 11m3(常温)で最大150km走るという話も聞きますが、仮に100kmと
すればガソリン税、消費税込ガソリン150円との等価は、水素1000円/kgとなりました。
電気自動車と同様に、本当は道路利用税であるはずの揮発油税を、FCEVも払わなくて
よいとするなら、この水素価格にかかるのは消費税だけですので本体約950円/kgです。
よって最大の水素メーカーとなるであろう石油精製元売の製油所出荷価格300円/kg
とは3倍以上の開き、すなわち利益の余地があり、ビジネスモデルとして成り立つか
検討してみる価値はありそうです。
マスコミの言う 燃料電池自動車FCEV2015年に500万円発売開始は本当か５月上旬、一部のマスコミから具体的な価格の入った上記のニュースが出ました。
その見出しは「トヨタは2015年に発売開始するFCEVをセダンタイプで5万ドルにする」。
しかしよくよく読むと、インタビューに答えたトヨタの増田義彦常務役員は、
「コストはガソリン車よりも幾分高い見込み。トヨタは従来、FCEVの製造コストを１台
当たり最大100万ドル（約9400万円）と見積もっていたが、それを約10分の１に下げた。
ただし、発売前にはコストをさらに現在の半分程度にする必要があるとし、製造コストが
販売価格を上回る状況に陥るのは避けたい」と言っただけのことでした。
この件について、関係者にお伺いしたところ、否定も肯定もせず、にっこりほほ笑む
のみで、後は皆さんのご想像にお任せしますという感じでした。
さてここからは全くの私見ですが、5年後のFCEVの絶対価格を今発表しても、それは
単なる予想で、他の自動車会社へのけん制にはなりますが、消費者的には余り意味
の無いことだと思います。むしろその時の電気自動車や、個人的に注目するガソリンの
プラグインハイブリッド車(以下 P-inHV車)との相対的な価格差の方が重要でしょう。
三菱自動車のi-Mievは、2010年4月から定価を当初の460万円から62万円も下げ
補助金込みで284万円で買えるようになりました。軽の自動車のi-Mievよりは車体が
やや大きい日産リーフは、376万円。補助金込みで299万円と300万円の大台を
切りました。
一方プリウスは、私は250万円が本来の価格と思います。i-Mievがプリウスの50万円
高なら、走行コストは プリウス 5円/km、EV 1-2円/kmなので、10年で10万kmれば、
そのイニシャルコスト差は、30-40万円分回収できるので、まあ許容範囲でしょう。
もっともEVのバッテリーが10年10万Km持つか、全く未知数と思います。ハイブリッド
車のバッテリーが１０年10万Km持つというの意味とは負荷がまるで違うので、そこは
今後の注目しておきたいと思います。
さて中型セダンのEV価格が5年後も300万円、その時のFCEV500万円とすれば、
FC発電機が200万円という意味となり、その200万円を投資すれば、実質100kmの
走行距離が500kmになるのです。そのFC発電機に200万円の価値があるのか。
これを決めるのは、私ではなく 4-5年後の一般消費者だと思います。
水素スタンドの建設コスト。 今後の課題は規制緩和現在日本には補助金で作られた水素ステーションが11個所ありますが、(1個所閉鎖)
その建設コストは、70hpa(700気圧)で約10億円。35hpa(350気圧)で約5億円と言われて
います。非常に高額で開いた口がふさがりませんが、これは水素ステーション用に
設計されたコンパクトな設備がなく、小規模ながら「プラント」を作らざるを得なかった事。
実証実験が目的なので色々な計測装置が多数設置されていること。もう一つは、その
法的基準が世界的に見ても、非常に厳しいことが上げられるようです。
その厳しい基準の一つは、耐圧安全基準です。欧米は2.4-3倍なのに日本は４倍。
また海外と防爆基準がことなるために海外機器がそのまま使えないこと。その他、
使用鋼材の制限、輸送用複合容器の適用拡大、市街地における最大水素貯蔵量、
保安距離の問題等数えあげたらきりがありません。
しかし、振り返れば、家庭用燃料電池の時も色々な法的障害がありましたが、当時の
小泉首相の一言で、ある意味、技術の進歩に負けないくらいの速さで、緩和されました。
要するにSS併設型の水素スタンド作ることを意識した法律を作るか、必要な改正を
行えばよいだけの話だと思います。
もしこの規制緩和が、家庭用燃料電池の時のようにスムースに行けば、私は水素
スタンドのハードコストは余り心配していません。圧力は、全く違いますが、要するに
水素ボンベを一定量SS水素スタンドに置いておいて、FCEVが来た時に加圧(昇圧)し
充填するか、数台分のみを最終加圧した加圧したタンクから、FCEVの車載タンクに
充填するだけの話ですので、2015年には1億円は十分に切れるものと信じております。
ちなみに今、世界で水素充填設備を総合的かつシステム的に作っているのは、ドイツ
Linde(リンデ)社、フランスAir Liquide(エアリキッド)社他、数社しかないそうです。しかし
国内規制を欧米基準に緩和するだで、小型のハーフコンテナサイズに収まるスタンド
を2-3億円で設置出来るようなので、これだけでも価格は直ぐに半分に下がりそうです。
自動車会社vs 石油元売 双方の言い分はFCEVの普及を本気で考えるなら、正に水素スタンドのインフラ整備が必要でしょう。
しかしSS業界は、過去何度も苦い思いがありますが、その一つがエコステーションです。
いち早くエコステ事業に乗り出した一部のSS業者が現在余り評価されず、また結果的に
主流にはなれなかった天然ガス自動車の台数も伸びないので、収益的にも経営を
圧迫していると言えるでしょう。かといって一定の台数はニーズはあり、社会的責任も
あるので、やめるにやめられないのも現状です。
従って、自動車会社から見て、インフラ整備が先だという主張は良く分かりますが、
その一方でFCEVが本当に普及するのか、それなら普及台数は何台なのか。SS業界
側としては、責任をもって約束してほしいところですが、それを決めるのは消費者。
よって自動車業界もコミットメントまでは出来ないのは良く分かります。
さて現在のSS業界の実態は、半分近くが赤字業者で、黒字業者と言えども、今後、
数百万から2-3千万円単位で発生する、タンクの老朽化対策費を投資しなくては
ならず、とても新規の不確定な投資などしている余裕はないというのが本音です。
よってその初期投資費用をどうするのか、更に普及期にありがちな赤字期間は、
誰がどう補助するのか、正にそれをしっかり保証してくれないと、SS業界も水素
スタンド投資には踏み切れないでしょう。
私の持論は、SS業界の投資はゼロ、更に水素スタンドのコンテナスの設置ペースを
FCEV普及推進団体に有料で貸す。また一台当たりの充填手数料は1回500円等の
固定料金か、水素を仕入れ販売する方式なら、水素価格は公共料金に準じるなど
ある程度制度設計が必要かと思います。
FCEVは自動車会社全体が表明している訳ではないので、自動車工業会と石油連盟
というよりは、特定のトップ企業同士が話しあっても良いのかもしれませんが、そこに
我々SS業者も是非入れてもらい、近い将来のSS併設型水素スタンドの可能性を
検討したいと思っております。
水素スタンドビジネスモデルは、営利事業として成り立つのか正にこれが今回の委員会の最終テーマですが、慎重にも慎重を期したいという
ご方針なので、公式発表まで今しばらくお待ち頂ければ幸いです。
ただ一つだけ言えることは、電気自動車は、自宅やコンビニやマンションの地下駐車場
でも充電出来てしまうので、SS業界として充電そのものはビジネスにはなんらなそうですが
水素は、一般家庭は勿論、コンビニやマンションの1階駐車場での充填は、危険物なので
まず不可能と言えるでしょう。従って充電スタンドよりは、水素スタンドの方が、ビジネスに
なる可能性は高いのは間違いないでしょう。後は、規制緩和とハードコストし維持コストの
低減ですが、まずは本委員会の発表を待ちたいと思います。
感想等はこちらから。尚、必ずお返事出来るとは限りませんので予めご了承下さい
検索ワード 9/7現在 Ｙａｈｏｏ 順位 Ｇｏｏｇｌｅ 順位
SS水素スタンド 1位、2位/201,000 1位、2位/64,700
SS水素ステーション 1位、2位/155,000 1位、2位/20,700
水素スタンド 5位、7位/3,180,000 9位/604,000
ちなみに水素ステーションですと両サイトとも100位圏外です。
