3.3 一国規模での予測評価
3.3.1 研究開発目標
水素エネルギーは、新しいタイプの二次エネルギーであり、その製造から利用に至る「水素エネルギーシステム」として種々の技術が有機的に組み合わされてこそ、はじめてそのすぐれた環境特性が活かせるなど、将来のエネルギーシステムの中で重要な役割を果たすことができる。このため水素エネルギーの製造・利用の将来ビジョンについては、エネルギーシステムの観点から、コスト、環境影響など水素の得失を勘案しつつ検討する必要がある。本研究では、わが国の長期的なエネルギー需要と各種のエネルギー供給形態について、経済性、環境保全性などの面からシミュレーション試算し、水素エネルギーのコストなどをパラメータとし、各分野での水素利用量などを予測・評価することを目的とする。
平成８年度は、昨年度までに選定し、機能向上を図ってきたＭＡＲＫＡＬモデルを用い、水素導入量の予測評価を行うとともに、エネルギー価格、環境規制などの外部要因が、水素導入量におよぼす影響を評価する。これらを通じ、将来の水素エネルギーシステムの基本的な特徴について考察する。
3.3.2 平成８年度の研究開発成果
(1) 昨年度までの経緯
上記の目的に応える最適合の手法としてエネルギーモデルＭＡＲＫＡＬ(MARKet Allocation)を選定した。本モデルは、エネルギー需要や一次エネルギー供給量の上限などに関わる入力条件のもとで、費用（環境税などを考慮することも可能）を最小とするエネルギーフローを計算するモデルである。
本検討にあたっては、水素エネルギーシステムの解析を実施する際に必要となるモデルの改造として、水素関連技術の追加組み込み、計算年度断面の見直し、感度解析のためのモデルの簡略化を行ってきた。さらにその入力データについて、ＩＥＡ／ＥＴＳＡＰなどにおける検討条件の分析を行ってきた。
(2) 前提条件
ＩＥＡ／ＥＴＳＡＰ（エネルギー技術システム解析プログラム）の検討条件を2100年頃まで延長し、わが国のエネルギー・水素需給を検討した。基本的な想定条件は次の通りである。
- 現在から2100年頃までを検討対象。
- エネルギー需要の伸びは平均すれば年率0.5％弱程度。
- 化石燃料価格は平均すれば年率1.2％程度で上昇。
- 2020年の水素価格（海外水力を利用し製造）を$29.6/GJ（約14円/103kcal）とし、それ以降の低下率を変化。なおこの価格はグローバルネットワーク研究で用いられている値であり、ＣＩＦ価格にローカル輸送費を加えた値である。
- 2020年以降に輸入水素が導入可能と考え、それ以降、導入可能量を増加。なお2100年の一次エネルギー全体に輸入水素の占める割合の上限値は15％程度。
- エネルギーの需要から供給に至る流れを検討するために、種々のエネルギー転換・利用技術等を想定している。水素に関わる技術のフローを図３−３−１に示す。
なお検討にあたっては、水素価格、化石燃料価格、二酸化炭素排出抑制方策（排出量抑制、課徴金）などをパラメータとした感度解析を実施した（
表３−３−１参照）。
(3) 検討の結果
想定条件のもとでの計算結果を総合して、水素需給に焦点をあてて考察すると次の通りである。
ａ）21世紀のエネルギー需給のイメージ
- 化石燃料については、石油は消費は頭打ちから減少に転じ、かわりに石炭液化油などの新種燃料のシェアが増す（図３−３−２参照）。一方、ＬＮＧについては継続して利用されている。また石炭については二酸化炭素排出が問題とならなければ顕著な増大、問題となった場合はやや増大等という傾向を呈する。
- 需要の伸びの多くは民生用需要であることなどに起因し、需要の電力シフトが進む。これに応ずるための電源としては、石炭火力、原子力、再生可能エネルギーなど複数の候補があるが、それぞれの電源に対し種々の問題（例：石炭火力の二酸化炭素排出）があり、これに関わる制約をどう考えるかで、電源構成は大きく異なっている。
- 石油系燃料の減少に伴い、自動車用の燃料の需給が厳しくなる。これに伴い、電気自動車、メタノール車、水素自動車など種々の選択肢の経済性が相当に接近する。
ｂ）水素の導入イメージ
- ＷＥ−ＮＥＴによる水素の導入量を増やすには、水素価格の大幅な低減が不可欠である（図３−３−３、図３−３−４参照）。ただし輸入水素の限界価格は、化石燃料など競合するエネルギー源の価格やエネルギー需給の逼迫度などに大きく左右される。
- 二酸化炭素の排出抑制方策の実施は、水素価格ほどではないが、輸入水素の導入量に影響を及ぼす（図３−３−４参照）。ことに二酸化炭素排出抑制のために有効な方策、たとえば原子力の開発がどの程度可能かにより、水素の導入量は相当に変化する。
ｃ）水素の需要構成のイメージ
発電用燃料および輸送用燃料としての利用が多くを占める。
- 需要の電力シフトが進むことにより、当然、発電用燃料の需要は増えるが、その供給のためにどのようなオプションが選択できるかが、水素の発電用利用の動向を左右する。具体的には、原子力の開発テンポ、二酸化炭素問題に起因する石炭火力の運転制約、太陽光発電などの再生可能エネルギーのコストなどである。
- 超長期的なスパンで輸送用燃料として何が利用されるかの予測は特に難しい問題であるが、水素も１つの選択肢となり、解析した範囲でも水素の直接利用が見られた。ただしメタノールなど関連する合成燃料も選択される可能性があるが、二酸化炭素排出規制が厳しくなればそのメリットは低下する。
- 水素の都市ガスへの混入は比較的、早期から期待できる水素の利用形態である。ただし混入率に上限があること等から、水素の大量普及時には量的には上述の２つに及ばない。
ｄ）水素の供給構成のイメージ
- 短中期的には、メタンの改質等による水素製造、石炭ガスからの水素製造などが現れる可能性がある。
- 二酸化炭素問題が厳しく、しかも非炭素系のエネルギーの開発テンポが速くないとき、輸入水素の導入量が増える。
3.3.3 今後の進め方及び課題
平成９年度、10年度に下記を実施する。
- グローバルネットワーク研究と整合を図った条件の下での検討。水素価格等についてはこれまでも協調を図ってきたが、他の条件についても今年度までのグローバルネットワーク研究の結果を反映する。
- 水素に関連するエネルギー転換技術や利用技術で、どのような技術が利用されるかについて、それらの設備コストなどをパラメータとした検討。これにより、既存の技術との比較でそれぞれの技術のブレークイーブンコストや、様々な前提条件下における水素の用途の内訳が明らかとなる。
