福島のグリーン水素、グリーンアンモニアへ――浪江でつながった「つくる」と「使う」

一月の浪江で、福島の水素は別の名前を持った。隣接する福島水素エネルギー研究フィールド（FH2R）から届く水素は、NAMICSの反応設備で空気由来の窒素と結びつき、NH₃、すなわちアンモニアになった。水素をつくる実証から、水素を使って工業製品をつくる実証へ。配管の短い距離が、政策としては長い空白を埋めた。

水素政策の難所は、電解槽を動かすことだけではない。つくった水素を毎日買う相手が要る。気体水素は密度が低く、圧縮、液化、輸送に費用とエネルギーがかかる。アンモニアなら既存の肥料・化学品市場があり、液化条件も水素ほど極低温ではない。分子を変えることで、水素は「実験施設の出力」から、貯蔵、輸送、販売ができる工業商品へ近づく。

だが、この物語には慎重さも必要だ。日量4トンは商用大型工場ではなく、制御技術を学ぶ実証規模である。アンモニアは無害な水素の箱ではなく、毒性と腐食性を持つ。さらに今回の製品は発電燃料ではなく、火力発電所の排ガスから窒素酸化物（NOx）を減らすために使われる。福島の水素が用途を得たことは重要だが、火力発電所全体が脱炭素化されたわけではない。

一本の配管が変えた、福島水素の意味

FH2Rは2020年、再生可能電力で大規模に水素をつくり、電力系統の需給調整にも役立てるPower-to-Gasの実証拠点として始まった。20MWの太陽光発電設備、10MW級の水電解装置、水素の貯蔵・供給設備を18万平方メートルの敷地に備え、定格で毎時1,200Nm³を製造できる。蓄電池だけに頼らず、太陽光の変動と電力需給に合わせて電解槽の負荷を変えることが研究の中心だった。

つくられた水素は福島県内の燃料電池、道の駅なみえ、Jヴィレッジ、あづま総合運動公園などへ運ばれ、2022年には大型商用車向け充填研究にもつながった。いずれも大切な用途だが、多くは個別の実証であり、10MW級設備の能力を長期に吸収する大口需要ではない。2025年にFH2Rを訪れたサウジアラビア大使も、水素コストと大規模需要を質問したとNEDOは記録している。問題は装置の性能から、市場の設計へ移っていた。

NAMICSは、その問題に化学工場で答える。JGCと旭化成は、水素をアンモニアという既存商品へ変え、しかも近隣に実需を置いた。水素を遠くへ運ぶ前に、需要側を水素製造拠点のそばへ寄せる。NEDOがいう「需給一体」の社会実装モデルを、小さな工業集積として形にしたのである。

水と空気から、アンモニアまで

工程は三つの単純な言葉で書ける。電気、水、空気。しかし実際には、それぞれを工業品質へ整えなければならない。FH2Rのアルカリ水電解装置は水を水素と酸素に分ける。NAMICS側では空気から窒素を分離し、水素と混合する。反応は N₂ + 3H₂ → 2NH₃。触媒、高温、高圧のもとで反応させ、未反応ガスを循環させ、生成したアンモニアを冷却・分離する。

化学量論では、アンモニア17kgのうち水素は3kg、窒素は14kgである。したがって日量4トンをつくるには、理論上およそ706kgの水素と3.29トンの窒素が要る。水素を標準状態の体積へ直せば毎時約330Nm³に相当する。FH2Rの定格毎時1,200Nm³と比べると、両設備が24時間定格で動き、損失を無視した場合の約27％だ。この比率は公表実績ではなく、設備能力と反応式からの概算である。

アンモニアの魅力は、分子の17.6％を重量ベースで水素が占めることにある。常圧なら約マイナス33℃で液化できる。液体水素がマイナス253℃未満を必要とするのに比べ、貯蔵と輸送の温度条件ははるかに穏やかだ。世界には肥料と化学品のためのタンク、船、配管、取扱経験がすでにある。

ただし「運びやすい」は「簡単」と同義ではない。アンモニアは目、皮膚、肺を侵す有害物質で、湿気のある環境では特定金属を腐食させる。水素へ戻すなら分解設備と追加エネルギーが要る。燃料として使えば燃焼時にCO₂は出ないが、NOx、亜酸化窒素、未燃アンモニアを制御しなければならない。便利さは、厳格な設備、検知、訓練、緊急対応の上に成り立つ。

1913年の発明が、21世紀の変動電源と出会う

アンモニアを窒素と水素から合成する原理は新しくない。フリッツ・ハーバーは研究室で反応条件を確立し、1918年のノーベル化学賞を受けた。カール・ボッシュは高温高圧に耐える鋼材と大型装置を開発し、BASFは1913年にオッパウで世界初の工業規模合成工場を稼働させた。空気中の窒素を肥料へ変えるHaber–Bosch法は農業生産を変え、今日も世界の食料を支える。

日本では1923年、旭化成の源流企業が宮崎県延岡で水力発電を使い、水の電気分解で得た水素から日本初の合成アンモニアを製造した。現在の言葉なら、再エネ水素からつくるグリーンアンモニアに近い。100年後、同じ会社の大型アルカリ水電解技術が浪江で再びアンモニアにつながった。歴史は一周したように見える。

しかし20世紀の主流は別の道を選んだ。天然ガスの水蒸気改質や石炭ガス化で安価な水素を得る巨大工場が普及した。国際エネルギー機関（IEA）によると、世界のアンモニア生産の70％強が天然ガス、残りの大部分が石炭に依存し、直接排出だけで年約4.5億トンのCO₂を生む。アンモニア1トン当たりの直接排出は平均約2.4トン。世界の最終エネルギー消費の約2％を使う、食料に不可欠で排出集約的な産業である。

浪江が試すのは反応式の発明ではない。化石燃料から水素を取り出す部分を、水電解へ戻すこと。そして、20世紀の大規模連続工場を、天候で変動する21世紀の電源にどう合わせるかである。

福島でなければ、この実証の意味は違った

浪江町のエネルギー事業を語る時、2011年を背景装置にしてはいけない。東日本大震災、津波、福島第一原発事故により、町は全住民約2万1,000人の避難を余儀なくされた。中心部などの避難指示が解除されたのは2017年で、帰還、生活再建、廃炉、除染はそれぞれ異なる時間軸で続いている。新しい実証設備が建ったことは、失われた暮らしを帳消しにしない。

そのうえで、浪江がエネルギーの受け手だった場所から、技術と産業をつくる場所を目指してきたことには重みがある。FH2Rは2018年に棚塩地区で建設が始まり、2020年3月に開所した。道の駅、地域施設、研究センターへ水素を供給し、町は福島イノベーション・コースト構想の一拠点になった。

NAMICSの約9,000平方メートルの敷地も同じ棚塩産業団地にある。2023年10月の起工式には浪江町長、経済産業省、NEDO、日揮の関係者が集まった。当初の発表は2024年度内の稼働開始を見込んだが、建設は2025年11月に完了し、試運転を経て2026年1月に製造を始めた。約1年のずれは、化学プラントが発表から運転へ進むまでの現実も示す。

本当の発明は「統合制御」にある

アンモニア工場は、一定の温度、圧力、流量で長く連続運転するほど扱いやすい。一方、太陽光由来の水素は時刻と天候で変わる。水素の供給が減るたびに高温高圧の合成ループ全体を止めれば、効率、触媒寿命、製品品質、稼働率が損なわれる。反対に、水素を大量に貯めて完全に平準化すれば、タンクと圧縮機の費用が膨らむ。

日揮と旭化成が開発する統合制御システムは、この境界を扱う。FH2Rの水素供給量とNAMICSの運転を連携させ、変動する原料のもとで化学工場を安定かつ効率的に動かす。企業は制御ロジック、バッファ量、運転範囲の詳細を公表していない。したがって「変動を完全に克服した」とまでは言えない。2026年度末までの実証は、まさにそのデータを集めるためにある。

IEAは、電解由来アンモニア自体は水力のような高稼働率電源で工業生産されてきた一方、太陽光や風力の変動水素を直結することにはなお課題があると指摘する。NAMICSが輸出できる成果を生むとすれば、反応器の一基ではなく、電解槽、貯蔵、合成ループ、製品需要を一つの運転計画へまとめる方法だ。

最初の買い手は「燃やす」のではなく、煙をきれいにする

NAMICSの製品はレゾナックを通じ、近隣の火力発電所へ送られる。用途は排ガス脱硝。選択触媒還元（SCR）などの設備でアンモニアをNOxと反応させ、主に窒素と水へ変える。発電所は以前からアンモニアを大気汚染防止の薬剤として使用しており、NAMICSはその既存需要の一部を再エネ由来品へ置き換える。

これは地味だが合理的な出発点である。新しいタービンやボイラーを待たず、すでに品質規格、取扱手順、購入予算がある市場へ入れる。燃料用途ほど大量ではない一方、実際の出荷、契約、物流、安全管理を学べる。実証が研究室内で完結せず、製品が顧客の工程へ入ることに価値がある。

同時に、環境効果を混同してはいけない。脱硝はNOxを減らすが、石炭やガスの燃焼で生じるCO₂を減らす技術ではない。グリーンアンモニアが従来の化石由来アンモニアを代替した分は、薬剤製造の上流排出を減らし得る。しかし発電所の燃料を変えたわけではない。今回の成果を「アンモニア発電」と呼ぶのは誤りである。

日量4トン――小さいからこそ測れること

設備が365日定格で動けば年産は約1,460トンになる。しかし実証設備は停止、条件変更、保守、試験を行うため、実生産は単純な掛け算と一致しない。日揮は稼働率や年間目標量を公表していない。規模の目的は市場シェアではなく、制御、品質、安全、触媒、保守、需要連携のデータを取ることにある。

世界のアンモニア産業から見れば極小である。IRENAはアンモニアを硫酸に次ぐ大量基礎化学品とし、その約4分の3から5分の4が肥料へ向かうと説明する。将来は水素キャリア、船舶燃料、発電燃料の需要も想定されるが、再生可能アンモニアのエネルギー用途はまだ意味のある規模で実装されていない。NAMICSはその巨大市場の縮図ではなく、商用化前の学習装置だ。

ただし、小さい設備には利点もある。FH2R全量を一つの顧客へ賭けず、負荷を変えながら実験できる。トラブルの影響を限定し、近隣の既存需要と物流を試せる。100MW級へ拡大する前に、どのバッファが必要か、どこで効率が落ちるか、何時間の停止が触媒と製品に影響するかを測れる。

「グリーン」は反応器の色ではなく、台帳の問題

アンモニア分子そのものには製造履歴が刻まれていない。グリーンと呼べるかは、水素をつくる電力、窒素分離、圧縮、加熱、冷却、貯蔵、輸送をどう賄ったかで決まる。FH2Rは20MW太陽光と系統電力を使い、再エネの変動に合わせて運転する実証施設である。JGCと旭化成はNAMICS製品をグリーンアンモニアと呼ぶが、公開資料には製品1トン当たりのライフサイクル排出量や認証方法は示されていない。

そのため、評価には少なくとも四つの数字が必要だ。水素1kg当たりの電力消費、アンモニア1トン当たりの総電力、設備の年間稼働率、従来品を実際に代替した量。さらに再エネが他用途から振り替えられたのか、新しく追加されたのか、系統電力を使う時間帯の排出係数は何かも効く。

グリーンアンモニアの製造費も、ほぼ電力価格に支配される。電解槽、空気分離、圧縮機、合成ループを低稼働率で使えば、製品1トンに乗る設備費は大きくなる。IEAは、電解やCCSなどの低排出ルートは地域のエネルギー価格により従来法より10～100％高いと試算する。技術が動くことと、買い手が補助なしで選ぶことの間には、なお価格差がある。

福島の次に問われるもの

日揮はNAMICSで得る知見を、旭化成が2027年度以降に計画する別の大型グリーンケミカル実証へ適用するとしている。両社の2021年計画は、アルカリ水電解を最大100MW規模へ拡大し、アンモニアなどの化学プラントと組み合わせる長期構想を掲げた。NAMICSは最終形ではなく、その制御室の原型である。

次の段階では、技術以上に契約が重要になる。変動する水素を誰がどの価格で引き取り、工場停止のリスクを誰が負い、グリーン価値をどう証明し、従来アンモニアとの価格差を誰が払うのか。脱硝用の地域需要から肥料、化学原料、船舶燃料、発電へ広げるほど必要量は増えるが、安全設備、港湾、貯蔵、認証、長期購入契約も大きくなる。

浪江の実証が示した最も大切な変化は、水素に「次の工程」ができたことである。2020年のFH2Rは、再エネ電力を水素へ変えられることを示した。2026年のNAMICSは、その水素を別の分子へ変え、実在する顧客へ渡すところまで進めた。一本の配管、一基の小さな工場、一つの脱硝用途。それらは水素経済の完成ではない。だが、供給だけをつくって需要を待つ時代から、両方を同じ場所で設計する時代への転換点である。

100年前、再生可能電力から生まれた水素は、日本の合成アンモニア産業を始めた。その後、安い化石燃料が主流を奪った。いま浪江で、電気、水、空気をつなぎ直す作業が始まっている。歴史が同じ場所へ戻ったのではない。食料を支えた古い反応を、変動電源、炭素会計、地域復興という新しい条件の中で、もう一度産業にできるかを試している。