サステナビリティ
水素の貯蔵 – リグニン系ジェット燃料が解決策か？
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水素を活用する
Electrification with batteries might not be enough to replace fossil fuels in transportation, especially shipping and air travel. The same can be said for industrial processes requiring very hot temperatures. Even with recent battery technology improvements, electricity is difficult to store without heavy or too large batteries.
長らく検討されてきた代替手段は水素です。再生可能エネルギーから生成できるグリーン水素は、グリーン電力を高エネルギー密度の液体燃料に変換する有効な方法となります。
しかし、グリーン水素は2つの理由で他のグリーンソリューションに遅れを取っています: 水素の製造コストが高く、そして水素の貯蔵が困難であることです。
製造の課題は、従来の水電解に加えて、例えば 人工光合成、 マイクロ波とセリウム酸化物、または ニッケル系電解、金属削り屑 を使用するなど、さまざまな角度から取り組まれています。
貯蔵はさらに難しい課題です。水素は非常に揮発性が高く、可燃性であり、最小の原子であるために封じ込めが困難です。そのため、科学者たちがこの分野で画期的な突破口を見つけた可能性があることは重要です。
ワシントン州立大学、パシフィック・ノースウェスト国立研究所、ニューヘイブン大学、カナダ自然資源省の研究者らは、国際ジャーナル・オブ・ハイドロジェン・エナジーにて、タイトル「リグニン系ジェット燃料のインシチュ脱水素化：新規かつ持続可能な液体有機水素キャリア」の下で結果を発表しました。
水素の貯蔵と輸送
Hydrogen gas is one of the Universe’s smallest molecules, being made of only two of the lightest atoms in the periodic table. As a result, it tends to have a few characteristics undesirable for an energy carrier:
- 密度が低い。
- 揮発性が高く、可燃性である。
- 容器の分子結合間から漏れやすく、封じ込めが困難である。
これらすべての特性により、水素の貯蔵と輸送は高コストで技術的に複雑になる傾向があります。
水素が鋼と反応して脆くなる傾向も問題で、これにより天然ガスで使用される安価なパイプライン網ではなく、長距離輸送用の専用水素パイプラインが必要となります。
これらの課題を回避するアイデアとして、水素を液体燃料で取り扱いが容易なアンモニアに変換する方法があります。しかし、これによりプロセス全体の効率が低下します。アンモニア経済を構築するには、ゼロからインフラを整備する必要もあります。
リグニン系燃料
研究者らが提案する新たな代替案は、植物に含まれる有機高分子リグニンを基にした実験的燃料を使用することです。この燃料はPr Bin Yangの研究室で開発され、パシフィック・ノースウェスト国立研究所で核磁気共鳴（NMR）により分析されました。
この燃料は以前に開発され、農業廃棄物を持続可能な航空燃料に変換できることが実証されました。この燃料ブレンドは化石燃料ベースの製品よりもエネルギー密度が高く、航空燃料に通常添加される芳香族分子（炭素サイクル）を置き換えることで汚染も削減しています。
リグニン燃料が水素を運搬する
新たな研究により、このリグニン持続可能航空燃料が水素キャリアとして利用できることが証明されました。アンモニア製造のようなエネルギーを浪費する化学変化を必要としません。
これは、リグニンジェット燃料（LJF）が結晶性アルミノシリケート上の白金ナノ粒子に触れることで、内部に含まれる水素原子（モノ、ジ、トリシクロヘキシルアルカン）を放出する仕組みです。
研究者らはこのプロセスをリグニンジェット燃料ベースの液体有機水素キャリア（LJF‑HyC）と呼んでいます。
核磁気共鳴（NMR）により、リグニンジェット燃料中の水素を運搬する部分は全体の18.5％を占めると推定されました。
「この新しいリグニンジェット燃料ベースの技術は、取り扱いが容易な持続可能な航空燃料の中で、効率的かつ高密度な水素貯蔵を可能にし、貯蔵・輸送用の加圧タンクの必要性を排除します。」
既存インフラの活用
このプロセスが興味深いのは、既にジェット燃料や類似の液体燃料を運搬する大規模なインフラが整っていることです。そのため、純粋な水素を貯蔵・輸送しようとする代わりに、LJFを用いてA地点からB地点へ水素を輸送することが可能です。
それは、ジェット燃料の貯蔵は一般的かつ経済的であるため、LJFは水素の貯蔵にも容易に利用できます。
「このイノベーションは、既存インフラとの互換性とスケーラブルな生産の経済的実現性に有望な機会を提供します。
それは、持続可能な航空燃料と水素技術の両方の効率、安全性、環境利益を高める相乗的なシステムの構築に寄与できるでしょう。」
研究者たちの次なる目標は、AI駆動の触媒を設計し、水素化反応を強化・完結させ、効率とコスト効果を向上させることです。
水素企業
PLUG 価格チャート
Plug Powerはグリーン水素のリーダーで、燃料電池に注力しています。特に、同社の燃料電池は40,000台以上のフォークリフトに電力を供給しており、2013年以降収益は8倍に増加しています。また、水素製造、物流、ユーティリティ規模の発電、配送などの水素インフラ構築にも積極的です。
出典: Plug Power [securities_stock_price_tag symbol="PLUG" exchange="NASDAQ"]
同社は規模拡大を目指し、製造コストを$10/kgから$4/kgへ削減し、2027年までに生産量を14倍に増やす計画です。
出典: Plug Power
2020年以降、生産能力を19倍に拡大するための大規模投資により、同社はまだ黒字化していませんが、2023年初頭から年末にかけて収益はほぼ倍増しました。現在および将来の事業の大部分は北米からのものと見込まれています。
同社は自社ソリューションを直接的なモビリティ燃料、あるいはEVへの補完と位置付けており、水素は再生可能エネルギーの昼間生産時間とピーク充電時間が合わないことによる電網への負荷を軽減できると考えています。
出典: Plug Power
主要な燃料電池メーカーとして、Plug Powerは水素ベース経済への転換から大きな恩恵を受けるでしょう。安価で安全な水素キャリアの登場は、水素を燃料源として利用する経済性を根本的に向上させます。
したがって、Plug Powerは水素への転換に賭ける有望な銘柄であり、水素の製造・貯蔵・輸送のより安価な方法が開発されるたびに、同社の燃料電池需要は増加すると見込まれます。
研究参考:
1. Andrew S. Lipton et al. (2025) リグニン系ジェット燃料のインシチュ脱水素化：新規かつ持続可能な液体有機水素キャリア。 International Journal of Hydrogen Energy Volume 98, 13 2025年1月, Pages 1275-1282
