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成果報告書詳細
管理番号20180000000353
タイトル平成29年度成果報告書 情報収集事業/水電解水素製造における反応解析・評価技術動向に関する調査
公開日2018/6/28
報告書年度2017 - 2017
委託先名みずほ情報総研株式会社
プロジェクト番号P09018
部署名次世代電池・水素部
和文要約経済産業省 水素・燃料電池戦略ロードマップ(2016 年3 月改訂)においては、最終的に目指すべき姿として、将来的には化石燃料からの水素製造に、二酸化炭素回収・貯留技術(Carbon dioxide Capture and Storage : CCS)等の CO2 排出を低減する技術を組み合わせることや、再生可能エネルギーを活用して水素を製造することで、より二酸化炭素の排出が少ない水素供給構造を実現していくこととしている。
 特に、再生可能エネルギーを活用した水素製造については、近年、固定価格買取制度開始以降の再生可能エネルギーの急速な導入拡大に伴い、導入が集中しがちな地方における系統の空き容量不足や、火力電源等の調整力不足といった課題が顕在化している中、国内外において、電気エネルギーを大規模かつ長期的に貯蔵可能な水素エネルギーが注目されており、今後、電力を水素に変換するシステム(Power-to-gas システム)の技術進歩により、電力系統の安定化対策や再生可能エネルギー導入拡大に貢献できる可能性がある。
 一方、再生可能エネルギーからの電力を利用する場合、高い性能および耐久性に加えて、不安定な電力への対応、起動停止、負荷追随などの独自の条件を満足することが求められる。このためには、再生可能エネルギーからの変動電源入力時の耐久評価手法も含めて電解槽の内部での反応機構、劣化メカニズムなどを解明、体系化して水電解水素製造技術の研究開発を推進する必要がある。
 本調査では、Power-to-Gas システムのカギとなる水電解水素製造技術の更なる高度化に向け、電解槽の内部での反応機構、劣化メカニズム解明、耐久性評価技術などの基盤的技術について、国内外の研究動向を調査するとともに、取り組むべき技術課題や目標を明らかにし、将来取り組むべき研究開発の方向性を策定した。
 具体的には水電解水素製造技術において将来取り組むべき基盤技術の研究開発の方向性を策定するため、海外における水電解水素製造技術の動向と国内との比較、国内外の基盤技術研究開発動向について調査し、課題の明確化と体系的な整理を行った。
英文要約In the METI's Hydrogen and Fuel Cell Strategy Roadmap, the ultimate goal is set to realize hydrogen supply systems with less CO2 emissions. (Here the METI is the abbreviation of Japan’s Ministry of Economy, Trade and Industry, and the latest version of the roadmap has been revised in March 2016.) The roadmap focuses on several technologies as the pathways to reach the goal, for instance, hydrogen production by using renewable energy resources, combinations of the conventional fossil fuel based hydrogen production and CO2 emission-reduction technologies such as Carbon dioxide Capture and Storage (CCS).
In particular, hydrogen production by using water electrolyzers is expected to be a powerful resolution of the problems caused by the rapid growth of renewable energy systems. In recent years, due to the increase of renewable energy induced by Feed-In Tariffs (FIT), following problems have been actualized in the regions with a lot of renewable energy, lack of electric empty capacity and adjusting capacity provided by base-load power plants such as thermal ones. Hydrogen production by water electrolyzers has a strong potential to absorb such disturbing electricity of which energy can be stably stored and conserved as the form of the produced hydrogen for long time. Hence the water electrolyzer technologies have started to attract attention in many countries. The establishment of the technologies of the water electrolyzer system would enable to stabilize the grid electric power and hence it would strongly support the increase of renewable energy resulting the reduction of CO2 emissions.
However, uneven fluctuation of the electricity coming from renewable energy requires the wide range of operating conditions of the electrolyzer systems. Particularly, it is necessary to adjust to sudden start up / shut down and uneven fluctuating load, which are outside the range of usual operating conditions of ordinary equipment.
For that purpose, it is necessary to support the research and development of water electrolyzer technologies through the clarification of reaction and degradation mechanisms inside an electrolytic cell and through the establishment of standard protocol for evaluation of durability under fluctuating power input from renewable energy sources.
In this research, we investigate domestic and oversea trends of fundamental studies and technologies such as researches for the clarification of reaction and degradation mechanism inside the electrolytic cell, durability evaluation methods and so on. We also clarify technological issues and provide targets to be addressed, which could lead to appropriate future directions of R & D.
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