どちらも火力発電のCO2排出量を削減する技術として期待されていますが、具体的に何が違うのでしょうか？
水素発電とアンモニア発電の最大の違いは、燃料として水素を使うか、アンモニアを使うかという点です。
水素は燃焼時にCO2を発生させない一方、貯蔵や輸送が難しいという課題があります。
アンモニアも燃焼時に燃料由来のCO2を直接発生させず、既存の輸送技術を活用しやすい反面、有害性や窒素酸化物（NOx）の排出対策が必要です。
では、どちらが環境に優しく、将来の発電方法として有望なのでしょうか？
この記事では、水素発電とアンモニア発電の違いを比較表で整理しながら、それぞれの仕組みやメリット・デメリット、日本で注目されている理由をわかりやすく解説します。
水素発電とアンモニア発電の違いを比較表で解説
まずは、両者の違いを一覧表で確認しましょう。
| 比較項目 | 水素発電 | アンモニア発電 |
|---|---|---|
| 主な燃料 | 水素（H₂） | アンモニア（NH₃） |
| 発電方法 | 水素を燃焼させて発電 | アンモニアを燃焼させて発電 |
| 燃焼時のCO2 | 燃料由来の直接排出なし | 燃料由来の直接排出なし |
| 主な排出物 | 水蒸気・NOxなど | 水蒸気・窒素・NOxなど |
| 貯蔵・輸送 | 低温液化や高圧圧縮が必要 | 比較的液化しやすい |
| 主な課題 | 貯蔵・輸送コスト | 毒性・NOx・燃焼制御 |
| 既存火力設備 | ガスタービンなどへの応用 | 石炭火力との混焼が可能 |
| 将来性 | ガスタービン発電などに期待 | 火力発電の排出削減などに期待 |
どちらも、燃焼時に燃料中の炭素からCO2が発生しないという共通点があります。
ただし、水素やアンモニアを製造する際に化石燃料を使えば、製造段階でCO2が発生する可能性があります。
そのため、発電所での排出量だけでなく、燃料の製造から輸送までを含めて環境への影響を考える必要があります。
水素発電とは？仕組みをわかりやすく解説
水素発電とは、水素を燃料として利用し、電気を作る発電方法です。
火力発電の一種として、水素を燃焼させ、その熱エネルギーでタービンを回して発電する方式が研究・開発されています。
水素は燃焼すると酸素と反応して水になります。
化学反応式で表すと、次のようになります。
水素には炭素が含まれていないため、燃焼反応そのものではCO2が発生しません。
水素発電のメリット
① 燃焼時にCO2を排出しない
水素発電の最大のメリットは、燃料の燃焼反応でCO2が発生しないことです。
天然ガスや石炭などの化石燃料には炭素が含まれているため、燃焼時にCO2が発生します。
一方、水素には炭素が含まれていません。
そのため、CO2排出量の少ない方法で製造された水素を利用できれば、発電に伴う温室効果ガス排出量を大幅に削減できる可能性があります。
② 既存のガスタービン技術を活用できる
水素発電では、天然ガス火力発電で使われているガスタービン技術を応用できます。
水素と天然ガスを混ぜて燃焼させる「混焼」や、水素だけを燃料とする「専焼」の技術開発が進められています。
既存設備を活用できれば、新たな発電所を一から建設する場合と比べて設備投資を抑えられる可能性があります。
ただし、水素は天然ガスと燃焼特性が異なるため、燃焼器などの改修が必要になる場合があります。
③ 再生可能エネルギーを有効活用できる
太陽光や風力などの再生可能エネルギーは、天候によって発電量が変動します。
そこで、余剰電力を利用して水を電気分解し、水素を製造する方法が注目されています。
作った水素を貯蔵しておけば、必要なときに発電用燃料として利用できます。
特に、長期間のエネルギー貯蔵や電力需給の調整に役立つ可能性があります。
水素発電のデメリット
① 水素の貯蔵と輸送が難しい
水素は非常に軽く、常温・常圧では体積当たりのエネルギー密度が小さい気体です。
そのため、大量に輸送するには高圧で圧縮したり、約マイナス253℃まで冷却して液化したりする必要があります。
こうした設備には費用がかかり、輸送時にもエネルギーを消費します。
② 製造コストが高い
水素は自然界に単体で大量に存在するわけではないため、天然ガスや水などから製造する必要があります。
特に再生可能エネルギーを利用するグリーン水素は、電力費や電解装置の費用が課題です。
燃料価格が高ければ、発電コストも高くなります。
③ 窒素酸化物が発生する可能性がある
水素は燃焼時にCO2を発生させませんが、空気中で高温燃焼させると窒素酸化物（NOx）が発生することがあります。
NOxは大気汚染の原因となるため、燃焼温度の制御や排ガス処理などの対策が必要です。
アンモニア発電とは？仕組みをわかりやすく解説
アンモニア発電とは、アンモニア（NH₃）を燃料として燃焼させ、その熱エネルギーでタービンを回して発電する方法です。
アンモニアは窒素と水素からできており、炭素を含んでいません。
そのため、アンモニア自体を燃焼させても、燃料由来のCO2は直接発生しません。
ただし、実際の燃焼では窒素酸化物（NOx）や亜酸化窒素（N₂O）が発生する可能性があり、排出対策が必要です。
アンモニア発電の仕組み
アンモニア発電には、主に2つの方式があります。
-
混焼： 石炭などの燃料にアンモニアを混ぜて燃焼させる方式
-
専焼： アンモニアだけを燃料として燃焼させる方式
日本では、既存の石炭火力発電所でアンモニアを混焼する技術の開発が進められています。
アンモニア発電のメリット
① 水素より貯蔵・輸送しやすい
アンモニア発電の大きなメリットは、燃料を比較的輸送しやすいことです。
水素を液化するには約マイナス253℃という極低温が必要ですが、アンモニアは大気圧下で約マイナス33℃に冷却すると液化できます。
また、常温でも加圧することで液体として貯蔵できます。
そのため、液化水素と比べて貯蔵・輸送に必要な冷却条件を緩和できる可能性があります。
② 既存の石炭火力発電所を活用できる
アンモニアは、石炭火力発電所で混焼燃料として利用できます。
例えば、石炭の一部をアンモニアに置き換えることで、発電所で発生するCO2を削減することが期待されています。
日本の資源エネルギー庁も、アンモニア20％混焼で安定燃焼とNOx排出の抑制に成功したことを紹介しています。
ただし、既存設備をそのまま使用できるとは限らず、燃焼設備や燃料供給設備の改修が必要です。
③ 既存のアンモニア供給網を利用できる
アンモニアは以前から肥料や化学製品の原料として利用されてきました。
そのため、アンモニアの製造・貯蔵・輸送に関する技術や設備がすでに存在しています。
これらの技術を発電用途にも応用できることが強みです。
ただし、発電に必要な大量のアンモニアを供給するには、既存設備の大幅な拡充が必要になる可能性があります。
アンモニア発電のデメリット
① アンモニアには毒性がある
アンモニアは刺激臭が強く、高濃度では人体に有害な物質です。
そのため、貯蔵タンクや配管から漏れ出さないよう、厳重な管理が必要です。
特に大規模な発電所では、漏出検知装置や安全対策が欠かせません。
② NOxやN₂Oの排出対策が必要
アンモニアには窒素が含まれているため、燃焼条件によって窒素酸化物（NOx）が発生します。
NOxは大気汚染の原因となる物質です。
また、温室効果の強い亜酸化窒素（N₂O）が発生する可能性もあります。
そのため、燃焼技術の改善や排ガス処理設備による対策が必要です。
③ アンモニア製造時にCO2が発生する場合がある
現在のアンモニア製造では、天然ガスや石炭などの化石燃料が広く利用されています。
そのため、アンモニアを燃焼する際にCO2が発生しなくても、製造段階で大量のCO2が発生している可能性があります。
IEAも、アンモニアの環境性能を評価する際には、製造工程を含む温室効果ガス排出量が重要だと指摘しています。
水素発電とアンモニア発電はどちらが環境に優しい？
どちらが環境に優しいかは、燃料の製造方法によって変わります。
例えば、再生可能エネルギーを利用して製造したグリーン水素なら、製造時のCO2排出量を大幅に抑えられます。
一方、アンモニアも再生可能エネルギー由来の水素を使って製造すれば、低炭素化が可能です。
しかし、化石燃料を使って製造した水素やアンモニアでは、製造段階で温室効果ガスが発生します。
IEAは、化石燃料から製造したアンモニアを十分なCO2回収対策なしに石炭火力へ導入すると、製造から利用までの温室効果ガス排出量が増える可能性もあると指摘しています。
つまり、燃焼時にCO2が出ないことと、発電全体でCO2排出量が少ないことは同じではないのです。
水素発電とアンモニア発電は日本でなぜ注目されている？
日本が水素発電とアンモニア発電に注目している背景には、エネルギー安全保障と脱炭素化があります。
日本では火力発電が電力供給の重要な役割を担っています。
一方、石炭や天然ガスなどの化石燃料を使用すると、発電時にCO2が発生します。
そこで、水素やアンモニアを燃料として利用し、火力発電のCO2排出量を削減する技術が研究されています。
特にアンモニアは、既存の石炭火力発電所を活用できる可能性があることから注目されています。
日本ではアンモニア20％混焼の実証が進んでいる
日本の発電会社JERAは、愛知県の碧南火力発電所でアンモニア混焼の実証試験を実施しました。
2024年には大型石炭火力発電設備で、熱量比20％のアンモニア混焼試験を成功させています。
IEAの報告でも、この実証成果が紹介されています。
ここで注意したいのは、20％混焼とは通常、燃料の熱量に占めるアンモニアの割合を意味することです。
単純に発電所全体のCO2排出量が必ず20％減少するという意味ではありません。
実際の削減効果は、燃料の製造・輸送段階の排出量などによって変わります。
水素発電とアンモニア発電はどちらが将来の主流になる？
水素発電とアンモニア発電は、それぞれ異なる分野で利用が進む可能性があります。
水素発電は、天然ガス火力発電のガスタービン技術を活用する方法として期待されています。
一方、アンモニア発電は、石炭火力発電所での混焼や、アンモニア専焼技術の開発が進められています。
また、アンモニアを水素の輸送媒体として利用する研究も進んでいます。
つまり、将来的にどちらか一方だけが主流になるとは限りません。
ただし、発電コストや温室効果ガス削減効果を考えると、太陽光や風力などの再生可能エネルギー、蓄電池などとの比較も重要です。
水素やアンモニアは製造や輸送にエネルギーが必要なため、すべての発電用途で最も効率的な選択肢になるわけではありません。
水素発電とアンモニア発電に関するよくある質問
Q. 水素発電とアンモニア発電はどちらもCO2を排出しないのですか？
水素やアンモニア自体を燃焼させる反応では、燃料由来のCO2は直接発生しません。
ただし、化石燃料との混焼ではCO2が発生します。また、燃料の製造や輸送時にもCO2が発生する場合があります。
Q. アンモニア発電はなぜ石炭火力発電所で使われるのですか？
アンモニアは石炭と混ぜて燃焼させることができるためです。
既存の石炭火力発電所の設備を一部活用しながら、石炭の使用量を減らすことが期待されています。
Q. 水素発電とアンモニア発電はどちらが安いですか？
燃料の製造方法や輸送距離、設備費用によって異なります。
アンモニアは水素より液化・輸送しやすいという利点がありますが、製造工程に追加のエネルギーが必要です。
そのため、必ずアンモニア発電の方が安いとは限りません。
Q. アンモニア発電は危険ではないのですか？
アンモニアには毒性があるため、適切な安全管理が必要です。
ただし、アンモニアは以前から化学工業などで大量に取り扱われており、貯蔵・輸送に関する安全技術も蓄積されています。
Q. 水素発電と燃料電池は同じですか？
どちらも水素から電気を作れますが、仕組みは異なります。
水素を燃焼させてタービンを回す方式と、燃料電池で水素と酸素を電気化学反応させる方式があります。
燃料電池では水素を燃焼させる必要がありません。
まとめ：水素発電とアンモニア発電の最大の違いは燃料と輸送方法
水素発電とアンモニア発電は、どちらも次世代の低炭素エネルギーとして期待されています。
しかし、それぞれに異なる特徴があります。
水素発電は、水素を燃料として利用する発電方法です。燃焼時にCO2を直接排出しないことがメリットですが、貯蔵や輸送に費用がかかることが課題です。
アンモニア発電は、アンモニアを燃料として利用する発電方法です。水素より比較的輸送しやすく、既存の石炭火力発電所で混焼できることがメリットですが、毒性やNOx排出などへの対策が必要です。
また、どちらも燃料の製造方法によってはCO2が発生するため、必ずしも完全な脱炭素発電とはいえません。
今後は、燃料の低炭素化、製造コストの削減、輸送インフラの整備などが普及の鍵になるでしょう。
