旭化成、工業用水素製造をコンテナへ――フィンランドで試される100年の電解技術

フィンランド中部、湖と森に囲まれたユバスキュラの水素ステーションには、二つの時間が流れている。一つはもう始まっている。5台の燃料電池バスやタクシーが試験的に水素を使い、燃料は約270キロ離れたハルヤヴァルタのP2X Solutionsのプラントから運ばれてきた。もう一つは、これから本格化する時間だ。ステーションの隣で旭化成のコンテナが水と電気から水素をつくり、輸送していた燃料を現地生産へ置き換えていく。

箱の名前はAqualyzer-C³（アクアライザー・シーキューブ）。1MW級の加圧アルカリ水電解システムで、フル稼働時に日量約400キログラムを生産する計画だ。旭化成は、燃料電池乗用車およそ3台分を1時間でつくれる量と説明する。車だけを見れば大きく、化学コンビナートの水素需要から見れば小さい。その中間にあるからこそ、この装置は水素市場の現在地をよく映す。

水素産業はこれまで、巨大な計画を発表することには長けていた。だが国際エネルギー機関（IEA）は、発表済み電解プロジェクトの半分以上が予定時期から遅れる可能性を指摘する。必要なのはギガワットの構想だけではない。1MWを設置し、認可を取り、冬を越し、毎日買い手へ渡す経験である。ユバスキュラの一箱は、世界の誇大な水素計画に比べれば小さい。しかし商用化に必要な学習単位としては、むしろ大きい。

工場を小さくしたのではない――工場を「製品」にした

工業プラントは通常、土地ごとに設計される。電解槽、ポンプ、配管、電源変換、制御盤、水処理、ガス分離、安全設備を現地で組み上げ、試運転する。規模の経済は得られるが、設計と建設に時間がかかり、初めて水素を導入する企業には高い壁になる。

Aqualyzer-C³は、水素製造に必要な機器をコンテナにまとめる。工場で組み立てと試験を進め、現地工事を減らし、需要が増えればユニットを追加する。旭化成は1～7.5MWの範囲で構成できる「エントリーモデル」と位置づけ、分散型設備や水素ステーション併設を想定する。コンテナは小ささの象徴ではなく、同じ設計を繰り返せることの象徴だ。

ただし、箱を置けばその日から車へ水素を入れられるわけではない。高品質の水、安定した電力、冷却、換気、安全区域が要る。製造後には精製、乾燥、用途に応じた圧縮、貯蔵、ディスペンサーが続く。コンテナは水素製造プラントの中心を標準化するが、水素ステーション全体を魔法のように一箱へ消すものではない。

箱の中では、何が起きているのか

水電解は、電気で水を水素と酸素に分ける。アルカリ水電解では、水酸化カリウムや水酸化ナトリウムのアルカリ性溶液を電解質として使い、水酸化物イオン（OH⁻）が電極間を移動する。陰極側で水素、陽極側で酸素が生まれる。原理は古く、液体アルカリ式の商用装置には長い運転実績がある。

成熟していることと、簡単であることは同じではない。再生可能電力は風や日射で変動する。電解槽は出力を上げ下げし、停止と再起動を繰り返しながら、ガス純度と圧力を守り、電極や隔膜の劣化を抑えなければならない。電気料金が安い時だけ動かせば燃料単価は下げやすいが、高価な装置の稼働率が落ちる。長く動かせば設備費を薄められるが、高い電力を買う時間が増える。この二律背反がグリーン水素の経済を支配する。

1MWを24時間使えば、電力量は単純計算で24MWh。日量400kgなら約60kWh/kgに相当する。ただし「1MW級」は概数であり、補機負荷や実際の運転率は公表されていないため、これは仕様からの粗い割り算であって、旭化成が公表した効率値ではない。米エネルギー省が示す液体アルカリ水電解システムの2022年水準は55kWh/kgであり、効率、圧縮範囲、計測境界をそろえなければ数字は比較できない。

始まりは1923年――「グリーン水素」という言葉の一世紀前

旭化成の水素史は、同社の創業史とほぼ重なる。創業者の野口遵は宮崎県延岡に肥料工場を築き、五ヶ瀬川水系の水力発電を利用した。1923年、水の電気分解で水素をつくり、カザレー法による日本初の合成アンモニア生産へ使った。今日なら再生可能電力由来の水素と呼ばれる組み合わせが、「グリーン水素」という言葉が生まれるはるか前に、食料増産のため動いていた。

しかし現代のAqualyzerへ直線で技術が継承されたと単純化してはいけない。重要な中間点は食塩電解である。1975年、旭化成はイオン交換膜を使うクロルアルカリ法を商用化した。塩水を電気分解し、苛性ソーダ、塩素、水素をつくる工業プロセスだ。水銀やアスベストを使う旧方式を置き換え、省エネルギー化を進めた。

この事業は2024年末までに30カ国以上、160超のプラントへ広がった。膜だけでなく、電極、電解槽、制御、保守、長期運転のデータまで提供する。Aqualyzerが輸出する本当の資産は、一枚の膜や一基の槽ではない。何年も腐食性の液体と電流を扱い、止めた後も壊さずに再起動し、顧客の現場を支える運転文化である。

福島の10MWを、どう1MWの箱へ畳んだか

旭化成は2010年に、食塩電解で培った技術を水素製造用のアルカリ水電解へ本格展開し始めた。2018年には福島県相馬市で120kW、毎時25Nm³の装置を太陽光発電と組み合わせ、変動電力への応答を試した。

次の飛躍が福島県浪江町の福島水素エネルギー研究フィールド（FH2R）だった。2020年3月、10MW級の単一スタックが水素供給を始め、定格で毎時1,200Nm³を生産する。大きな一槽を、再生可能電力の変化に合わせて動かす。2026年までの長期安定運転は電気化学会の技術賞にもつながり、装置が「瞬間的に動く」から「年月を通じて働く」へ進んだことを示した。

一方、川崎製造所では2024年3月から0.8MWモジュール4基を並列運転した。夜間の低出力、再エネを模擬した変動、1基を保守しながら残りを運転する条件を試す。大型Aqualyzerは10MWを基本単位に100MW超へ束ね、C³は1～7.5MWをコンテナで刻む。旭化成は「一つの巨大槽」と「多数の小さな箱」という二つの縮尺を同時に商品化しようとしている。

これは「日本だけの輸出品」ではない

Aqualyzer-C³を日本技術の輸出と呼ぶことはできる。ただし、より正確には日伊協業を北欧で社会実装する物語だ。旭化成は2024年9月、イタリアの電極・電解装置大手デノラと、小型加圧アルカリ水電解装置の開発・評価・販売で覚書を結んだ。デノラは電極触媒と小型加圧電解槽、旭化成は食塩電解で築いた販売網、システム統合、監視、運転・保守支援を持ち寄る。

買い手側も単独企業ではない。Central Finland Mobility Foundation（Cefmof）は、ユバスキュラ市、TOYOTA GAZOO Racing World Rally Team、トヨタ・モビリティ基金が2024年に設立した財団だ。完全子会社Cefmof Hydrogenがステーションと製造設備を運営し、バス事業者Koiviston Auto、車両メーカーCaetanoBus、地域交通Linkki、P2X Solutionsが需要と供給をつないでいる。

国境をまたぐ役割分担は弱点ではない。水素市場が必要とするのは、一社が全てを発明したという神話ではなく、電解槽を製造し、寒冷地で据え付け、現地語で保守し、毎朝走るバスが燃料を買う仕組みである。

なぜフィンランド、なぜユバスキュラなのか

第一の理由は電力だ。フィンランド統計局によると、2024年の国内発電の95%は再生可能エネルギーと原子力を合わせた化石燃料フリーで、57%が再エネ、風力だけで25%を占めた。電解水素の炭素強度は投入電力で決まるため、低炭素電源が多い国は有利な出発点を持つ。

ただし国全体の平均が低炭素だから、特定装置から出る水素が自動的にEU基準の「再生可能水素」になるわけではない。どの電源と契約し、いつ発電された電気を使い、原産地証明やEUのRFNBO要件をどう満たすかが要る。旭化成の日本語発表は「クリーン水素」を、グリーン水素を含む低炭素エネルギー由来水素の総称として定義している。本稿は、設備の設置だけから水素の認証区分を断定しない。

第二の理由は寒さである。ユバスキュラの冬は、水処理配管の凍結、電解液と補機の温度管理、始動、貯蔵、燃料電池車両の性能を同時に試す。寒冷地での失敗は研究室のデータでは隠せない。旭化成にとって、フィンランドは販売先であると同時に、北欧、カナダ、北米内陸など次の市場へ示す耐寒性の実績になる。

第三は需要を先につくったことだ。ユバスキュラでは5台の燃料電池バスを2年間の実証に入れ、タクシーや乗用車にもステーションを開く。バスは決まった路線を毎日走り、同じ基地へ戻るため、予測可能な水素需要になる。電解槽だけを置いて買い手を待つのではなく、まず外部水素で車両と充填を学び、次に現地生産を足す。水素の「鶏と卵」を時間差で解こうとしている。

日量400kgは、大きいのか、小さいのか

400kgの水素には、低位発熱量で約13.3MWhの化学エネルギーがある。乗用FCVだけなら相当な台数を支えられるが、バスやトラックは一回に数十キログラムを使う。毎日5台のバスへ供給し、軽車両にも売れば、1MW級は「実験装置」から「小さな商用設備」へ変わる規模だ。

一方、製鉄、アンモニア、製油所が必要とする水素は桁が違う。日量400kgは年中フル稼働して約146トン。旭化成がマレーシアで検討した60MW級や、100MW超を目指す多モジュール構想とは別市場である。C³の価値は巨大産業を一箱で脱炭素化することではない。需要の近くで小さく始め、輸送距離を減らし、稼働データを積み、次の箱を足すことにある。

水素の値段は、箱の外で決まる

電解槽の性能が良くても、電気が高ければ水素は安くならない。仮に60kWh/kgなら、電気料金が1kWhあたり5ユーロセント変わるだけで、電力費は水素1kgあたり3ユーロ変わる。さらに設備償却、保守、水、圧縮、貯蔵、充填、認証が乗る。車両側もディーゼルや電池バスとの価格差を抱える。

だから世界の電解装置産業は、能力増強の発表と厳しい採算の間にいる。IEAによれば、水電解の世界累積導入量は2024年に2GWへ達し、2025年7月までにさらに1GW超が加わった。中国は稼働済みと最終投資決定済み容量の65%、製造能力の約60%を占める。中国以外のメーカーでは減収、損失、買収や倒産も見られ、案件の遅延も多い。

旭化成が勝つには、最安の電解槽だけを売る競争を避けなければならない。長期運転、膜・電極・槽・制御の一括供給、予知保全、現地支援、顧客が増設できる設計で、停止時間と導入リスクを下げる。その価値が中国製装置との価格差を上回るかどうかを、フィンランドの初号案件が測る。

「水を入れればクリーン」は成立しない

水電解装置から直接CO₂は出ない。だが環境評価には電力の発電方法、装置製造、純水、圧縮、輸送、貯蔵を含める必要がある。水素1kgをつくる化学量論上の水は約9kgだが、冷却や純水製造を含む施設全体の取水は増える。酸素を副産物として有効利用できるかも、立地によって価値が変わる。

また、電気をいったん水素へ変え、燃料電池車で再び電気へ戻す経路は、電池へ直接充電するよりエネルギー損失が大きい。都市バスで水素が合理的かは、航続距離、充填時間、寒冷時性能、車両稼働率、電池重量、インフラ共用を含めて比較すべきだ。ユバスキュラ自身も電池、バイオガス、再生可能ディーゼルのバスを持ち、水素を唯一の解ではなく選択肢の一つとして試している。

日本の技術輸出が、本物になる瞬間

輸出は船に積んだ時に終わらない。厳冬の朝に起動し、水素の品質を守り、バスの時刻表を支え、故障時にフィンランドで部品と人を手配できて初めて成立する。旭化成は設置後も運転と保守を支援する「ワンストップサプライヤー」を掲げた。これは最初の商用受注だからこそ、売上以上に重要な約束だ。

ユバスキュラのコンテナは、旭化成が巨大な実証設備の会社から、反復可能な製品とサービスの会社へ移れるかを試す。成功の指標は、日量400kgという最大値だけではない。冬の稼働率、必要な保守時間、1kg当たり電力、製品純度、充填設備との連携、そして二号機を一号機より速く安く置けるかである。

1923年、延岡の水力は肥料のための水素をつくった。2026年、フィンランドの電気は移動のための水素へ変わろうとしている。間にある一世紀は、電解という化学反応が変わらなかった歴史ではない。巨大な工場でしか扱えなかったプロセスを、遠くへ送り、現地でつなぎ、必要に応じて増やせる産業製品へ変えた歴史だ。Aqualyzer-C³の最も小さな部品はコンテナかもしれない。最も大きな野心は、工場のつくり方そのものを輸出することにある。