Hydrogen mon amour

太陽と風が世界のエネルギーの大部分を担う未来を想像してみてください。これは多くの国々が目指している目標ですが、これらの光源には自然なリズムがあります。太陽は夜には輝かず、風は常に吹いているわけではありません。天候が穏やかで暗い日が数日間続くと、電力網は不足に直面します。明かりを灯し続けるためには、これら稀に起こる困難な時期のためにエネルギーを蓄える方法が必要です。一つのアイデアは、電気を使って水から作ることができる水素というガスを利用することです。このガスは長期間保存でき、必要に応じて再び電力へと変換できます。しかし、このガスを作り、運び、そして再び電力に戻すプロセスは、多くのエネルギーを失います。また、注意深く行わなければ、依然として汚染を引き起こす可能性もあります。科学者たちは今、異なる問いを投げかけています。この燃料を「製造」する代わりに、すでに地下で私たちを待っているものを見つけることはできないだろうか？

この問いは、物理学者のクリストフ・グルジャンとパトリック・ジャノが執筆した新しいエッセイの核心にあります。彼らは、巨大な粒子加速器であるFCC（将来建設予定の円形衝突型加速器）が、核エネルギーに大きく依存することなく、どのように自律的に電力を供給できるかを探求しています。FCCは宇宙の最小の構成要素を研究するための計画された装置ですが、年間約1.3テラワット時の膨大な電力を必要とします。著者らは、この電力の大部分は太陽光や風力のような再生可能エネルギー源から得られる可能性があると主張していますが、その一方で、少なめではあるものの重要な割合については、依然として原子力発電所に頼らざるを得ない可能性があることも認めています。原子力発電は炭素排出の観点からはクリーンですが、放射性廃棄物を生成するため、公衆や環境にとって大きな懸念事項となっています。著者らは、風や太陽が機能しない日間の問題をより良く対処することで、その残りの核エネルギーへの依存度をさらに下げ、それに伴う放射性廃棄物も減らす方法があるのではないかと考えています。

著者らは、エネルギー貯蔵の選択肢を検討する際、問題を一つの「旅」のように捉えて進めていきます。電気を使用する最も効率的な方法は、生成された瞬間にそのまま使用することです。それが不可能な場合の次善の策は、バッテリーに蓄えることです。バッテリーは、午後から夕方にかけてのような数時間の電力を保持するには非常に優れており、エネルギーを取り出す際の効率も非常に高いです。しかし、数日間や数週間にわたって電力を蓄えようとすると、バッテリーはコストがかかりすぎ、重量も重くなりすぎてしまいます。こうした「暗い停滞期（ダーク・ドルドラムス）」と呼ばれる長期的な空白期間に対して、著者らは水素に注目します。水素は長期間タンクに貯蔵できますが、電気を水素に変え、貯蔵し、再び電気に戻すというプロセスは非常に非効率的です。その過程で元のエネルギーの半分以上が失われてしまいます。

次に論文では、遠く離れた日照時間の長い地域で太陽光を利用して「グリーン」水素を製造し、それを加速器まで運び、再び電気に変換するというアイデアを検証しています。著者らの計算によれば、これには一辺が約3〜4キロメートルの広さを持つ巨大なソーラーファームが必要であり、太陽光パネルだけで約10億ユーロのコストがかかります。この巨額の投資を行ったとしても、システムは元のエネルギーの約20パーセントしか回収できません。彼らは、これが最後の手段としてのバックアップとしては機能するかもしれないが、加速器のニーズを満たす主要な解決策としては、あまりにも非効率で高価すぎると結論付けています。著者らは、水素は魔法の燃料源ではなく、単に時間や空間を超えてエネルギーを移動させるための手段であり、エネルギー損失とコストという高い代償を伴うものであることを明確にしています。

加速器に電力を供給するためだけに水素を製造するという考えを退けた後、著者らはより驚くべき可能性へと目を向けます。それは「天然水素」です。長い間、地質学者たちは石油やガスを探していたため、地下に存在する水素を無視してきました。しかし、フランスのロレーヌ地方における最近の調査では、地下深くの水中に溶解したかなりの量の水素が見つかっています。ある特定の深度3,655メートルまで掘削された試錐孔では、岩層の中に水素が発見されました。ある推定によれば、このエリアには最大4,600万トンの水素が含まれている可能性があります。もしこの資源が実在し、利用可能であれば、それはゲームチェンジャーとなるでしょう。なぜなら、燃料を作るためにエネルギー集約的な水の電気分解を行う必要がないからです。自然がすでにその作業を済ませてくれているのです。

著者らは、これを解決済みの問題とは呼んでいない点に注意を払っています。彼らは、岩石のサンプルの中に水素が見つかることと、井戸から一定のガスが絶えず流れ出てくることは全く別問題であることを強調しています。鍵となる問いは、その貯留層が、施設であるFCCを動かすのに十分な量の水素を毎日供給できるかどうかです。現在のデータによれば、水素は存在するものの、施設のような設備を動かせるほどの工業的な流量を実現できた例はまだありません。著者らは、もしこの資源を持続可能な形で引き出すことができれば、それは最もクリーンなエネルギー源の一つになり得ると示唆しています。化石燃料から作られた水素よりもカーボンフットプリントがはるかに低く、原子力発電に伴う放射性廃棄物も発生せず、水素を作る際に生じる膨大なエネルギー損失も必要としません。

このエッセイは、実用的な道筋を提案しています。著者らは、加速器の運営組織であるCERNが「ローンチ・カスタマー（先行顧客）」として機能できるのではないかと提案しています。天然水素から生成された電気を購入するという長期契約を結ぶことで、彼らは水素産業の発展を支援できるのです。これにより、科学者や技術者たちは、必要なインフラを構築し、流量をテストし、その資源が本物であることを証明するための自信を得ることができます。タイムラインはうまく合致しています。2020年代後半に予定されている試験が成功すれば、加速器が稼働を開始する2048年までに、この産業が供給体制を整えることができるでしょう。

結局のところ、この論文は天然水素がすべてを救うという約束をしているのではなく、それを真剣に調査せよという呼びかけなのです。著者らは、すべての水素が人間によって製造されなければならないという思い込みを捨てるべきだと主張しています。代わりに、地球が何千年もの間、作り続けてきた水素を探すべきなのです。彼らは、核融合エネルギーやその他の先端技術がまだ遠い未来にある一方で、天然水素は具体的かつ差し迫った可能性を秘めていると結論づけています。課題は今、希望から確かなデータへと移行し、流量を測定し、カーボンフットプリントを確認し、この「ホワイトゴールド」が本当に信頼できる資源であるかどうかを判断することです。答えはまだ分かっていませんが、著者らはそれは問う価値のある問いであり、私たちの未来の動力源を変える可能性を秘めた問いであると信じています。