この水素燃料の夢の船は、七つの海を浄化するためにここにいる

DFDSのフェリーは毎週、コペンハーゲンとオスロ間の480キロメートルを往復し、2日間の航海で35トンの石油を燃焼させ、航行中に煙突から汚染物質を排出しています。しかし、状況は徐々に変わりつつあります。2027年までに、デンマークの海運会社DFDSは、圧縮水素を動力源とし、航跡からきれいな水だけを排出する新造船「ヨーロッパ・シーウェイズ」を就航させたいと考えています。

海運業は気候変動の隠された秘密の一つです。車、雲、さらには牛までもが排出ガスの原因になっているとよく聞きますが、海上輸送は年間9億4000万トンの二酸化炭素を排出し、推進力として燃やされる汚染された石油やディーゼルのおかげで、世界の温室効果ガス排出量の2.5%を占めています。「もし国際海運が一つの国だとしたら、ドイツと日本に次いで世界で5位か6位になるでしょう」と、マンチェスター大学ティンダル気候変動研究センターの研究員、サイモン・ブロック氏は言います。

これを受けて、EUは2030年までに船舶の炭素排出量をゼロにすることを呼びかけています。また、デンマーク政府は2030年までに二酸化炭素排出量を70%削減することを約束する法律を可決し、様々な業界にその実現に向けたアイデアの創出を求めています。これらの脱炭素化の取り組みはいずれも海運業界に期限を与えると同時に資金提供も提供しており、DFDSが現在Europa Seawaysプロジェクトに取り組んでいる理由の一つとなっています。ロイズ・レジスターの調査によると、海運会社が脱炭素化を加速させる主な理由は、強制的な規制と財政的インセンティブの2つであり、業界団体である国際海事機関（IMO）は2050年までに海運からの排出量を少なくとも50%削減することを目指しています。

DFDSのイノベーションディレクター、ヤコブ・ステフェンセン氏によると、地元の風力発電所で生産された圧縮水素燃料電池を用いて電気推進力を得るこの技術は既に実用化されているものの、船舶向けには規模を拡大する必要があるという。しかし、燃料自体が依然として高価であるため、水素で動く船を建造するのは経済的に意味がないとステフェンセン氏は指摘する。「必要な量のグリーン水素を入手することすら不可能であり、たとえ可能だとしても、現状ではコストが非常に高い」と彼は述べ、現状ではディーゼル燃料で船を運航する場合の4倍のコストがかかると付け加えた。

しかし、状況は変わりつつあります。地元の電力会社オーステッドは、DFDS、海運大手マールスク、そして他の業界関係者と協力し、自社の洋上風力発電所の電力で水を水素と酸素に分解する電気分解技術を用いてグリーン水素を生産しています。電気分解に使用する電力源は、このプロジェクト全体の鍵となります。水素の持続可能性は、それを生成するために使用されるエネルギーによって決まるからです。そして、便利なことに、これらの風力発電所はコペンハーゲン港の近くにあります。「運が良ければ、コペンハーゲンとオスロを結ぶ当社の船舶の航路のすぐ近くで、大量のグリーン水素が入手できるでしょう」とステフェンセン氏は言います。

DFDSは燃料の大量購入者として水素需要の拡大に貢献し、市場を活性化させ、最終的には価格低下につなげたいと考えている。「需要と供給に関しては、鶏が先か卵が先かというジレンマがあります」とステフェンセン氏は語る。「大量の燃料が必要になるため、このようなプロジェクトは役に立つと考えています」。風力発電でも同じことが起こった。20年前は風力発電は冗談めかした「ヒッピーもの」と見なされていたとステフェンセン氏は言う。「しかし、私たちはその曲線を打破し、今では古い化石燃料発電所を建設することは経済的に意味をなさなくなりました」。これが水素にも当てはまるなら、よりクリーンな燃料である水素は、自動車やトラックにも経済的に採算が取れるようになるだろうと彼は付け加える。

つまり、水素エネルギーの課題は船自体にあるのではなく、市場とインフラにあります。生産、貯蔵、輸送のすべてを開発・構築する必要があるからです。しかし、船の建造には時間がかかり、数十年にわたって使用されます。そのため、燃料自体がまだ準備できていないとしても、今こそそれを使用する船の開発に着手すべき時です。「船は非常に長生きします。このような客船は30年も航行できます」とステフェンセン氏は言います。「2050年に気候中立を実現したいのであれば、今こそ着手すべき時です。」

技術的および設計上の課題はあるものの、ステフェンセン氏はそれらは解決可能だと考えている。「最先端技術ではありますが、研究プロジェクトのようなものではありません」と彼は言う。「適切なパートナーと協力すれば、こうしたことは実現できるのです」。パートナーには、水素燃料電池のバラード・パワー・システムズ、セル統合と電気推進システムのABB、そして爆発性の高い燃料を使用しても安全な船舶の設計を支援してくれるロイド・レジスター・マリン・アンド・シッピング、そしてオーステッド社などが含まれる。

燃料電池は電動モーターに電力を供給し、プロペラを駆動します。そのため、ヨーロッパ・シーウェイズ号は当初は電気推進を必要としますが、特にフェリーでは電気推進がますます普及しています。実際、ノルウェーのフィヨルドを航行するカーフェリーの中には、完全にバッテリーで稼働しているものもあります。ABB AS マリン＆ポートのグローバルプロダクトマネージャー、ヨスタイン・ボーゲン氏は、10年前には船舶の5%が電気推進で建造されていたのに対し、現在では15%にまで達していると指摘します。「自動車、トラック、鉄道など、輸送分野全体で電動化が進んでいることを考えると、この変化は海洋産業にも到来しています」とボーゲン氏は述べ、電気推進は将来を見据えたシステムであり、将来的に代替エネルギー源への切り替えを可能にすると述べています。

実際、推進力は問題の半分に過ぎません。オスロとコペンハーゲンを結ぶフェリーは超低硫黄燃料油を使用しており、軽油や液化天然ガス（LNG）も船舶で広く使用されています。水素燃料への移行には、業界は燃料電池の規模拡大を必要としますが、ABBのボーゲン氏はそれをそれほど大きなハードルとは考えていません。「最適化を行い、安全に規模拡大できる適切な方法を見つけることが課題です」と彼は言います。

水素は水しか排出しませんが、特に安全性に関して欠点があります。極低温だけでなく、約250バールという非常に高い圧力で保持する必要があり、また爆発性も非常に高いと、ロイズ・レジスターの脱炭素化プログラム・マネージャー、チャールズ・ハスケル氏は述べています。「空気中での水素の最小発火エネルギーは0.02mJですが、メタンは0.29mJです」とハスケル氏は言います。「そのため、漏洩した場合、発火の可能性が非常に高くなり、追加の安全対策が必要になります。さらに、粘度が低いため、漏洩の可能性も高くなります。」

つまり、危険を軽減するために船舶の設計を変える必要があるということです。例えば、そのような船舶の機関室で使用される電子機器は、水素漏れの際に高温の表面が水素に引火するのを防ぐため、異なる基準を満たす必要があります。さらに、ハスケル氏によると、水素は非常に浮力が高いため、漏れた場合には高い位置の隅に溜まって滞留する可能性があります。「もし排気口が組み込まれていれば、水素を排出する機会も生まれます」とハスケル氏は付け加えます。「燃料の危険性を考慮し、それを考慮して設計とエンジニアリングを行う必要があります。」

ヨーロッパ・シーウェイズは380台の車と1,800人の乗客を数日間運ぶ巨大な船になるが、水素燃料電池はエネルギー密度が十分でないため、国際コンテナ船などの長距離航海には適さないとABBのボーゲン氏は言う。つまり、水素はスペースを取りすぎるため、長距離を航行する船は全航海に必要な燃料を積むことができないということだ。ハスケル氏によると、体積当たりの水素のエネルギー密度はガソリンの4分の1であるため、燃料のためにより多くのスペースが必要となり、スペースが貴重である船では課題となる。同じことはバッテリーにも当てはまり、ステフェンセン氏によると、現在の技術では、DFDSルートをスウェーデンと英国の間で運行するフェリーには5,000トンのバッテリーが必要になるという。

代替案の一つとして、ハイブリッドシステムが考えられます。コンテナ船は、航海中はディーゼル燃料を使用し、岸に近づくとバッテリー燃料に切り替えることで、地域の大気汚染を軽減できますが、気候変動への懸念は軽減されません。もう一つの選択肢は、アンモニアベースの燃料です。これは水素よりもエネルギー密度が高いものの、毒性が強いです。メタノールやバイオ燃料も使用可能です。

どれが勝利するのでしょうか？数十年後には、要件に応じて異なる燃料の組み合わせになる可能性が高いでしょう。「海運における過去の転換期では、風力から石炭、蒸気、そして石油へと移行しました。どの船も同じように転換期を迎え、同じ道を辿りました」とマンチェスター大学のブロック氏は言います。「今後は、水素、アンモニア、メタノール、バイオ燃料といった組み合わせが見られるようになるでしょう。」

しかし、船舶の建造や既存船の代替には何十年もかかるでしょう。その間、海洋産業は2つの変革を今すぐに実現することができます。1つは陸上電源やバッテリーを利用して地域の汚染を抑制すること、もう1つは航行時のエネルギー効率を高めることです。

まず、船舶は港湾に停泊している間、エンジンを動かし続けます。そして、公海上で排出される排気ガスは、港湾周辺の人口密集地域の大気を汚染します。よりクリーンなエネルギーと電気推進への移行は一つの解決策ですが、すべての船舶が移行するまでは、停泊中にプラグイン電力を供給するという選択肢もあります。ただし、これは港湾が地域の電力網に接続するためのシステムに投資している場合に限られます。

第二に、海運会社は船舶に改良を加えることで燃料消費量を削減できます。「水素のような技術を後付けするのは困難です。全く異なる種類のエンジンと推進システムが必要になるからです」とブロック氏は言います。たとえ今世紀末までに新造船に代替燃料が導入されたとしても、今後何年もの間、8万隻の船舶が旧来の燃料で運航し続けるだろうと彼は予測しています。今すぐ排出量を削減するには、単に速度を落としたり、風力補助推進（一般的に「セイル」と呼ばれる）を追加したりするだけで燃料消費量を削減できます。「これは古い技術に新たな工夫を加えたものです」とブロック氏は言います。

DFDSとそのパートナーが水素燃料の「ヨーロッパ・シーウェイズ」の建造に成功すれば、年間6万4000トンの二酸化炭素排出量を削減できると同社は述べている。同時に、煙突から煙が噴き出すことなく、乗客に静かな船旅を提供する。DFDSはソーシャルメディアチャンネルで顧客に、新型水素燃料船の象徴的な煙突に代わるものを何にすべきか尋ねたところ、水素燃料電池で生成されたきれいな水を使った噴水という提案があった。「スロットルを踏み込むと、大きくて素敵な噴水になります。これは、全長200メートルの船を実際に推進でき、排出物はきれいな水だけであるという、この船の魅力を伝える良い方法になるでしょう」とステフェンセン氏は語る。「子供たちにもぜひ見せたいですね。」

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この記事はWIRED UKで最初に公開されました。