水素利用国際クリーンエネルギーシステム技術（WE-NET）は、地球上に豊富に存在する水力、太陽光、風力等のクリーンな再生可能エネルギーの大規模・有効な利用により、地球環境問題の解決に寄与するとともに、エネルギー需給を緩和するため、これらエネルギーから水素を製造し、必要に応じ転換し、輸送・貯蔵し、発電、輸送用燃料、都市ガス等の広範な分野で利用する国際エネルギーネットワークの導入を可能とする技術の確立を目指し、トータルシステムの概念設計を行うとともに、中核的要素技術を開発することを目的としている。
平成5年度から6年間の予定で実施しているWE-NET第I期においては、必要な調査研究、基礎的研究及び要素技術研究等を行うことにより、水素製造技術、水素輸送・貯蔵技術、水素利用技術に関する基礎的技術の確立を図り、全体システムの最適化設計に必要な情報を得るとともに、パイロットプラントの設計・製造に必要な技術を確立する。また、将来的に採用可能となる技術についての調査を併行して行うことにより、各研究開発項目に適宜反映させることとしている。なお、第I期計画の実施期間中に生じた結果を十分に折り込みつつ、第II期の計画の具体化を実施する。図−１にWE-NETの概念図を示す。
１．開発目標
第I期における研究開発は、以下の9つのサブタスクに分けて実施している。
１.１ サブタスク１ 総合評価と開発計画のための調査・研究
WE-NETの水素製造、水素輸送・貯蔵技術、水素燃焼タービンを含む水素利用技術等の各システムを構成する個別技術開発についてプロジェクト全体の恒常的な総合調整、開発成果の総合評価及び開発計画最適化のための検討を行う。併せて内外の技術開発動向を調査し、今後のプロジェクトに反映させる。
１.２ サブタスク２ 国際協力推進のための調査・検討
世界的規模のシステムを目指して国際機関、関係各国との定期的情報交換等を行うと共に、国際的共同研究として発展させていくための進め方・方策等の検討を行う。
１.３ サブタスク３ 全体システム概念設計
再生可能エネルギー利用発電設備、水素製造設備、輸送媒体製造設備、貯蔵設備、輸送設備、水素利用設備から構成される全体システムの概念設計を行い、技術的・経済的評価を実施する。また、世界的規模、一国規模等での水素エネルギー導入による効果を推定する。さらにWE-NETシステム全体からみた安全対策・安全評価技術の開発を行う。
１.４ サブタスク４ 水素製造技術の開発
水電解による水素製造技術としては、商業化されているアルカリ水電解法、将来有望な固体高分子電解質電解法、原理実証段階にある高温水蒸気電解法等があるが、第I期としては、高効率化、高電流密度化が期待できる固体高分子電解質水電解法について、大規模化、長寿命化を達成させるために必要な調査を行い、固体高分子電解質（イオン交換膜）、陽・陰極触媒、電解槽部品の材質等の要素技術開発並びにベンチスケールテストを行い、パイロットプラント開発のために必要な技術を確立する。
１.５ サブタスク５ 水素輸送・貯蔵技術の開発
水素輸送媒体としては、液体水素、水素ガス、アンモニア、メタノール、シクロヘキサン等が考えられているが、このうち液体水素は国内外において技術開発に着手されておらず、WE-NETの柱となる主要技術開発項目であること、かつ大量に輸送できること、変換技術が単純なこと、消費地で利用する際に便利である等といった点が挙げられる。これらのことから近未来技術として液体水素を対象に研究開発を行うものとする。
なお、研究開発・実用化の状況を勘案して他の水素輸送媒体については、上記３項の全体システム概念設計で検討するものとする。
このため、液体水素製造技術、輸送・貯蔵技術等に関する以下の項目について必要な調査、基礎的研究及び要素技術開発等を行い、長距離海上輸送及び分散貯蔵・輸送のための最適システム決定に必要な知見を得る。
（１）大型水素液化設備の開発
（２）液体水素輸送タンカーの開発
（３）液体水素貯蔵設備の開発
1. 大量液体水素貯蔵設備の開発
2. 分散型液体水素貯蔵設備の開発
（４）各種共通機器類の開発
1. 大型液体水素ポンプの開発
2. 断熱配管の開発
3. 液体水素弁の開発
4. 計装設備の開発
（５）分散輸送・貯蔵用水素吸蔵合金の開発
１.６ サブタスク６ 低温材料技術の開発
液体水素の極低温 (-253℃）領域で使用可能な材料は既存材料である程度適用可能であるが、液体水素温度領域での靱性、疲労およびセレーションに関するデータが殆ど無いのが現状である。また、液体水素雰囲気で使われている構造材料は、常温状態において気体水素に接触することもあるため水素脆性に対する特性のよい材料を使用しなければならない。一方、液体水素領域で使用可能な材料は溶接しにくく、溶接を行った場合にも溶接部の亀裂等といった問題が発生することになる。このため、既存材料について基礎データの取得を行うとともに、必要に応じ新規材料開発を行うことにより、液体水素条件で使用できる構造材料とその適正溶接法を検討する。また、上記5項の水素輸送・貯蔵技術の開発に関する材料側からの要求条件を決定する。
１.７ サブタスク７ 水素利用技術に関する調査・検討
将来における水素エネルギーの利用技術及び需要量について、電力用、産業用、輸送用、民生用の分野毎に、水素ガス、液体水素、メタノール等の化学媒体等の各利用形態別に調査・検討、利用技術の提案を行い、各技術の得失を明確にするとともに、水素利用技術の開発課題を抽出する。また、液体水素の冷熱利用技術に関する調査を行い、冷熱利用技術に関する評価を行う。
検討した各水素利用技術について、必要に応じ要素技術開発を行う。
１.８ サブタスク８ 水素燃焼タービンの開発
水素利用技術のひとつとして、画期的高効率が期待できる水素燃焼タービンについて、以下の項目について必要な調査、要素技術開発等を行い、パイロットプラント開発のために必要な技術を確立する。
（１）水素燃焼タービン最適システムの評価
（２）燃焼制御技術開発
（３）タービン翼、ロータ等主要構成機器の開発
（４）主要補機類の開発
（５）超高温材料の開発
１.９ サブタスク９ 革新的・先導的技術に関する調査・研究
WE-NETは2030年での本格実用化を目指した超長期プロジェクトであり、将来的には有望であるものの当面の開発対象技術から外れる革新的・先導的技術が成熟してくることも大いに考えられる。また、在来型技術についてもその技術改良等動向によっては、WE-NET構成技術のひとつとして取り込みが必要となってくる。このような革新的・先導的技術、在来型技術についての調査・検討・評価を行い、必要に応じて最小限度の要素研究をも行うことにより、有望技術をWE-NETプロジェクトに反映させる。
なお、上記研究開発項目に係る研究開発のスケジュールは、表−１の通りである。
２．平成７年度の成果概要
平成７年度は各開発項目とも既存技術の調査を中心に活動を実施し、一部要素技術の検討に着手した。以下に主な成果概要を記す。
２.１ サブタスク１ 総合評価と開発計画のための調査・研究
第II期に予定されている国内パイロットプラントの検討を行った他、WE-NET
全体計画イメージを作成した。
２.２ サブタスク２ 国際協力推進のための調査・検討
（１）水素ワークショップを開催し、技術交流及び情報交換を行った。
（２）国際的なネットワークの形成および長期ビジョンについて検討した。
２.３ サブタスク３ 全体システム概念設計
（１）水素輸送媒体としてメタノールを対象に全体システム概念設計を行い、設備費及び経済性の試算を行った。使用したシステムフローを図−２に示す。
（２）既存シュミレーションモデルの改造・整備を行い、世界的規模、一国規模及び都市規模での水素エネルギー導入による効果を評価した。
（３）安全評価としては、事故事象の収集・整理を行い、解析コードの改良・開発を実施した。
２.４ サブタスク４ 水素製造技術の開発
化学メッキ法、ホットプレス法、多孔質触媒電力担持法、ゼロギャップ法という、
電極接合方法が異なる４つの方法で50cm2の小型ラボセル評価設備を制作し、性能評価を行った。その結果、目標値である電流密度1A/cm2におけるエネルギー効率90％を達成した。また、スケールアップのための検討を行うため200cm2ラボセルを使用する実験に着手した。
２.５ サブタスク５ 水素輸送・貯蔵技術の開発
（１）大型水素液化設備の開発
液化サイクルとしてネオンブレイトンサイクル等について概略プロセス検討を実施するとともに、主要機器の効率向上について検討した。
（２）液体水素輸送タンカーの開発
20万m3の球形タンク及び角形タンクのタンク本体の試設計ならびに断熱方法及び支持方法について検討した。各種断熱構造の検討結果を表−２に示す。
（３）液体水素貯蔵設備の開発
基本システムフローを検討し、50,000m3タンクの概念設計及び断熱構造の検討を実施した。
（４）各種共通機器類の開発
大型液体水素ポンプ、断熱配管、液体水素弁、計装設備について調査を継続するとともに、技術課題を抽出した。
（５）分散輸送・貯蔵用水素吸蔵合金の開発
水素の吸蔵容量が大きく軽量のマグネシウム合金の調査、ナノクリスタリン化による特性改善効果について調査を継続するとともに、定量式及び水素自動車のシステム検討を開始した。
２.６ サブタスク６ 低温材料技術の開発
代表的な既存の構造材料のうちステンレス鋼である SUS304L、SUS316L 及びアルミ合金であるＡ5083に関し、ヘリウム温度域での機械的性質ならびに水素脆化に関するデータ収集を継続するとともに、液体水素雰囲気下材料試験装置の仕様を検討した。
２.７ サブタスク７ 水素利用技術に関する調査・検討
各種水素利用技術の現状調査、利用面からみた供給システムに関する検討等を行った。
２.８ サブタスク８ 水素燃焼タービンの開発
（１）水素燃焼タービン最適システムの評価
水素燃焼タービンについて、提案サイクルの詳細検討を行い、絞り込みを行なった。図−３の３つのサイクルとも目標効率60％の達成を確認した。
（２）燃焼制御技術の開発
小型バーナーおよび実寸モデル燃焼器を用いた燃焼実験を行い、壁面温度分布の解析と燃焼器の概念設計を行った。
（３）タービン翼・ロータ等主要構成機器の開発
基本ヒートバランス（グラーツサイクル）に基づき、高温タービンのフレーム設計を実施した。また、1700℃級高温水蒸気中での動静翼冷却の概念設計を行った。
（４）主要補機類の開発
高温熱交換器の伝熱特性調査を実施し、実証機レベルでの体格と主要寸法について検討した。液体水素の冷熱を利用した酸素製造装置の成立性を検討した。
（５）超高温材料の開発
翼等の水素燃焼タービン用超高温部品の材料として有望視される耐熱合金、金属間化合物、セラミック系複合材料及びＣ／Ｃ複合材料を対象に、基本特性（物理特性・化学特性・力学特性）について試験・評価した。
２.９ サブタスク９ 革新的・先導的技術に関する調査・研究
革新的・先導的技術を発掘するための手法について調査・検討を行うとともに、技術の評価方法を決定した。
３．今後の展開
平成７年度に引続き調査研究、基礎的研究および要素技術研究等を行い、全体システムの最適設計に必要な情報を得るとともに、パイロットプラントの設計・製作に必要な技術の確立を図る。
図−２ 全体システムフロー（水素輸送媒体をメタノールとしたケース）
表−２ 液体水素輸送タンカーにおける候補断熱構造の断熱性能試計算結果と課題
