リフキンの水素エコノミー論

2005年12月23日2021年5月3日

『エントロピーの法則』の著者として有名なジェレミー・リフキンは、『水素エコノミー―エネルギー・ウェブの時代』で、インターネット革命の成功をモデルに、石油の燃焼による動力発電から水素の利用による燃料電池発電への移行を説いている。彼のアナロジーはどこまで正しいのか、彼の水素経済のモデルに問題はないのかを検討しよう。

1. ネット革命と水素革命のアナロジー

現在、水素を原料とする燃料電池が、次世代の発電方式として注目を浴びている。燃料電池は、水素が酸素と結合して水になるときの電子の流れを取り出すことで、発電する。その発電プロセスは、水の電気分解の逆のプロセスである。

リフキンによれば、エネルギー源が、石炭（固体）→ 石油（液体）→ 水素（気体）と軽くなっていくことは、産業が重厚長大から軽薄短小になっていく情報化社会の流れを受けている。

我々のエネルギー形態における重から軽へ、物質から非物質への着実な前進は、そのすべての段階において、初期資本主義の重い蒸気時代の技術から21世紀の軽いバーチャルな情報時代の技術へと、どんどん軽量化する工業のあり方と並行している。^[1]

リフキンは、資本主義の初期の段階において、軽工業から重工業へというトレンドがあったことを忘れているようだが、これは措くとして、エネルギー資源の体積あたりの重さが減っていくことは、はたして進歩なのだろうか。水素は、確かにすべての気体の中で最も軽いが、それがデメリットになることもある。

エネルギーであれ、情報であれ、必要なのは低エントロピー資源であるから、重たい物を媒体として運ぶよりは、できるだけ軽い媒体で運んだほうが望ましいし、できれば、物は動かさずに、低エントロピー資源だけを動かしたほうが、余計なエントロピーを増やさなくてすむから、理想的であることは言うまでもない。だから、情報が、かつては木簡で、後にはより軽い紙で、そして今では重さのない波動で伝達されるようになったことは、進歩だと言える。

エネルギーの場合、パラレルな議論をするならば、エネルギー密度が高いことが重要であり、体積当たりの質量は重要ではない。水素は、重量あたりのエネルギー密度は高いが、体積あたりのエネルギー密度は低い。後者の欠点は、家庭や工場にパイプラインで水素を供給する時には問題にならないが、自動車のような移動体の燃料にするときには、大いに問題になる。

解決策として、水素を、常温で液体である有機ハイドライドで運ぶという北海道大学の市川勝教授が開発した方法がある。有機ハイドライドには、ベンゼンから作るシクロヘキサンとナフタレンから作るデカリンがある。ナフタレンは、常温で固体であるために取り扱いが難しく、ベンゼンは有害と、それぞれに短所があるので、どちらの有機ハイドライドが優れているかは一概には言えない。有機ハイドライドは、体積あたりのエネルギー密度が水素よりも大きいので、自動車やロボット内で発電するときに便利である。いくらリフキンでも、「気体を液体化することは時代の流れに反する」などとは言うまい。

2. 脱中心化という時代の流れ

燃料電池は、火力、水力、原子力といった従来の発電プラントと比べて、大きさが小さく、かつ、発電時に窒素酸化物、硫黄酸化物、二酸化炭素、騒音、振動などを出さないなど、環境負荷が非常に小さく、電力消費地帯である人口密集地にも設置することができる。つまり、燃料電池を使うなら、分散型発電が可能である。

リフキンは、情報供給と電力供給の双方に分権化の流れがあることに着目して、ネット革命と水素革命の類似性を強調する。

多数の小さな電力プラントが、ワールド・ワイド・ウェブを可能にしているのと同じ建築設計の原理とスマートなテクノロジーを使うことで、巨大なエネルギー・ウェブに組み込まれる時、人々はエネルギーを共有し、相互にそれを売ることができる。これは、エネルギーのピア・ツー・ピアの共有であり、これにより、人々は、巨大エネルギー会社・巨大電力会社の拘束を永遠に打破することができる。^[2]

かつて個人は、ラジオやテレビの受信機で、あるいはメイン・フレームの端末で、情報を受動的に受け取るだけだった。しかし、パーソナル・コンピュータの普及で、個人が情報処理をすることができるようになり、インターネットの普及で、個人が情報発信をすることができるようになった。情報生産における脱中心化と同じ動きが、電力生産でも起きようとしている。

リフキンは、脱中心化が民主主義だと言うが、こうした特長付けは、「民主主義」という言葉を聞いて、条件反射的に万歳を唱える一部の人以外には、説得力を持たない。エネルギー供給が、情報供給と同様に、脱中心化され、民主化されることにどのようなメリットがあるとリフキンは言いたいのか。

ヒントは「エネルギーのピア・ツー・ピアの共有」という言葉にある。ナップスターを使ったピア・ツー・ピアのファイル交換で、音楽が無料で手に入れることができるようになったのと同じように、エネルギーも将来無料で手に入れることができるようになるというわけである。

水素を無限量製造してもコストが事実上ゼロである時代が、おそらく今から100年と経たないうちに、来ると想像することも可能である。^[3]

ここからもわかるように、リフキンが言っている「民主主義」とは、私的所有を否定し、資源を平等にシェア（共有）する共産主義のことである。

リフキンは、水素の材料である水が世界中のいたるところに大量にあるから、あるいは、電気分解に必要な太陽光や風力はただで手に入るから、水素エネルギーはただになるはずだと考えているようだが、これは間違いである。太陽光発電や風力発電は、火力発電よりもコストがかかるのだから、それを使って、水の電気分解を行えば、水素エネルギーは非常に高額になるはずです。

ところで、ネット上のコンテンツは、本当にただなのだろうか。確かに、ほとんどの情報は、無料で提供されているが、広告が付いている場合は、厳密に言うと、消費のコストはゼロではない。政治的な主張など、広告が付いていなくても、それ自体が自分もしくは自分の意見の広告になっている場合もある。そして、広告収入に相当するものをエネルギーの分野で見出すことはできない。

もちろん、リナックスの開発やウィキペディアの編集など、純粋にボランティアで製作されているソフトやコンテンツもある。しかし、この対応物をエネルギーの分野に期待することは難しい。なぜならば、経済学の用語を使うならば、エネルギー資源は、情報商品とは異なって、消費が競合的だからである。

消費の非競合性に消費の排除不可能性が加われば、情報は純粋な公共財になるが、ネット上でも、情報商品の消費を排除可能にすることができるし、だから著作権が無意味になることはない。ナップスター社は、全米レコード工業会から提訴され、有料制に移行せざるをえなかった。情報ですら完全に無料にならないのだから、エネルギーを無料にすることは絶望的である。

3. 脱中心化のメリットは何か

情報革命とエネルギー革命に、脱中心化という類似性があることは確かだが、リフキンの議論はやや的外れな気がする。いったい脱中心化の本当のメリットは何なのか、私の考えをまとめたい。

3.1. リスクの分散

インターネットは、アメリカ国防総省が、情報伝達のリスク分散のために構築したARPANETが出発点になっている。中央から各末端に情報を一方向に伝達するシステムでは、中央が攻撃を受けたり、故障したりすると、システム全体が機能不全に陥る。しかし、情報を受発信する情報処理機を分散化し、それぞれをネットワークで結べば、一部分が攻撃を受けたり、故障したりしても、システム全体に影響はない。

同様に、大規模発電プラントが各消費者に一方向に電力を供給するシステムでは、中央が攻撃を受けたり、故障したりすると、広域的な停電が生じる。1999年11月22日に、航空自衛隊入間基地所属のジェット練習機が墜落して、埼玉県の入間川に架かる送電線を切断し、約80万世帯が停電した。2006年8月14日には、千葉県浦安市の旧江戸川の上に架かっていた送電線にクレーン船が接触して、送電線を傷つけ、約139万世帯が停電した。このように、中央集権的な電力供給システムでは、たった一箇所の基幹的な送電線の破断が、広域的な停電を引き起こす。

しかし各家庭や企業が、それぞれ電力生産を行い、相互に電力を売買することで過不足を解消しているシステムでは、どこか一つの燃料電池が機能しなくなっても、近所から買えばよいわけだから、リスクに強いと言うことができる。

もちろん、大規模発電プラント自体を相互にネットワーク化する手もあるが、戦争やテロ対策という点からすると、少数の大規模発電所があるよりも、小規模な発電所が数が多く、かつ広域にわたって分散している方が、安全である。

3.2. 市場原理が機能する

従来、発電は、規模の経済が働くので、自然独占が帰結すると言われていた。しかし、次の項で説明するように、コージェネレーションの開発により、この前提が崩れつつある。

日本では、長い間、各電力会社が地域独占をし、そのため電力価格は高止まりしていた。しかし、発電所が小型化し、分散するようになると、電力の売り手が多数化する。もしも電線を公道化するならば、買い手は売り手を選ぶことができるようになり、これにより電力価格が下がることが期待できる。売り手を選ぶといっても、面倒な手続きは不要である。インターネットで電力ネットワークを管理し、入手可能な一番安い電力を自動的に選択するようにプログラムしておけばよいのである。

情報産業は、電力産業のように、自然独占が成り立つ分野ではない。しかし、例えば、地上波テレビでは、規制により新規参入ができないから、NHKと在京キー局は、市場を寡占することができた。しかし、衛星放送やネットテレビなどの登場により、テレビですら、競争が激しくなってきている。

インターネットの普及により、情報は、もはや少数の生産者が多数の消費者に一方向に販売する商品ではなくなった。誰もがほとんどコストをかけずに、情報発信できるようになったおかげで、情報の価格はどんどん下がっている。高い受信料を強制的に徴収し、画一的なコンテンツを一斉配信するNHKは、時代錯誤な存在となりつつある。

3.3. コージェネレーションが可能である

発電機の小型化と分散化の最大のメリットは、コージェネレーションである。コージェネレーションとは、発電の際に生じる熱を、暖房・冷房・湯沸しなどに使うエネルギー利用方法のことで、熱電併給などと訳されたりする。

熱は、電気とは異なって、輸送時のロスが非常に大きいので、火力、水力、原子力など、エネルギー消費地から遠く離れた所で大規模に発電する場合、電気といっしょに熱をエネルギー消費地にまで送るわけにはいかない。このため、エネルギー効率は、四割未満に留まる。これに対して、燃料電池は、エネルギー消費地で使えるので、廃熱を有効活用できる。その結果、エネルギー効率は、七～八割にもなる。

電気需要と熱需要は、必ずしも一致しないので、コージェネレーションにおいては、電気需要に合わせて発電し、熱供給はそれに従属させる「電主熱従」にするか、その逆の「熱主電従」にするかが問題となるが、熱は、電気のように簡単に輸送したり蓄積したりすることができないことを考えるならば、「熱主電従」の方が望ましいと私は思う。熱需要の多い冬と夏に余った電気を蓄積し、春と秋に備えればよいのである。

60万人都市でのシミュレーションによれば、「熱主電従」だと電気が余り、それを自動車の駆動に使うことができるとのことである[柏木孝夫, 金谷年展, 橋本尚人 マイクロパワー革命―IT革命の次はこれだ!. p.189-190]。しかし、リフキンは、逆の提案をする。

平均的な自動車は、96%の時間、駐車状態なので、使っていない時間は、家庭、オフィス、基幹双方向電力ネットワークにプラグインして、あまった電気をグリッド［格子状電極］に返すことができる。^[4]

自動車で発電しても、そこで発生する熱をコージェネレーションで使うことは難しい。家庭、オフィス、基幹双方向電力ネットワークがパイプラインで水素が供給されているのならば、そっちで発電する方が、安くつくだろう。リフキンの提案がよいアイデアだとは思えない。

エネルギー生産におけるコージェネレーションの対応物を情報生産の分野に求めることは難しいが、類似現象を上げることなら可能である。中央集権的なメディアにおいては、情報配布のコストが高かったこともあって、編集者による公開の選別が厳しく、採用されない没原稿が、日の目を見ることなく捨てられていた。しかし、インターネットという個人分権的なメディアが登場し、公開コストがほとんどゼロになったことで、これまでならごみとして捨てられていた不採用作品が、出版されるようになった。このため、情報公開効率は、大幅に上昇することになった。

4. 水素をいかに生産するか

水素が単体で地表面に存在することはめったにない。だから、水素を大量かつ安定的に確保するには、以下のような様々な水素の化合物から分離するしかない。

1. 天然ガス（メタン）
2. 石油
3. 石炭
4. メタノール
5. 水

リフキンは、有限な化石資源を使わずに、太陽光や風力といった無尽蔵なエネルギーを使って発電し、その電気で水を分解して、水素を製造することを推奨している。

だが、水から水素を取り出すコストは、天然ガスから取り出すコストの3-4倍もする。リフキンは、なぜ水の電気分解にこだわるのだろうか。

天然ガスの水蒸気改質法は、商用水素の最も安い生成法であることがわかっているが、天然ガスは依然として炭化水素であり、改質プロセスにおいて二酸化炭素を排出する。^[5]

しかし、実は、二酸化炭素を出さずに、天然ガスから水素を取り出す方法がある。

ゼオライトとレニウムなどを組み合わせた触媒に650-800℃に加熱した天然ガス（メタン）を通すと、純粋な水素とベンゼンやナフタレンといった化学原料を分離して、選択的に取り出すことができる^[6]

リフキンが、天然ガスに否定的なのは、天然ガスが有限な資源だと信じているからだ。しかし、天然ガスの正体はメタンであり、メタンは再生可能である。

5. 太陽光発電と風力発電は使えない

太陽光発電と風力発電は、二酸化炭素を排出しないということで注目を浴びているが、コージェネレーションができない上に、電力単価も、火力発電と比べて、高いので、経済合理性がない。また、両方とも自然の気まぐれに左右されるために、直接的には、電力の安定供給ができない。

そこで、発電で得た電気エネルギーを水素という化学エネルギーの形で蓄積して、必要な時に燃料電池で発電しようとリフキンは主張するのだが、こうした迂路を経ると、エネルギー効率がさらに下がり、コストもさらに上昇するので、商用化はますます非現実的になる。

具体的に言うと、電気エネルギーを水素という化学エネルギーに変換する際に、エネルギーは3/4になり^[7]、そして水素から電気エネルギーを取り出す段階で、さらにエネルギーは2/5になるので、電気分解方式だと、電気エネルギーは、当初の三割程度に減ってしまう。

太陽光発電機も風力発電機も、一度建設すれば、永久にエネルギーを生み出してくれるというわけではない。使っているうちに劣化が進み、やがて巨大なゴミになる。燃料電池も、10年ほどの耐用年限がすぎれば、ゴミになるが、大きさが小さいので、環境に与える負荷は、小さい。燃料電池は、例えば、太陽光発電と比べ、同じ発電量を生むのに必要な容積は数十分の一である。

私は、ゴミを増やす水素生成法よりも、ゴミを減らす水素生成法のほうが優れていると思う。水素は、実は、ゴミの処分から作り出すことができる。

6. 水素は廃棄物処理から取り出せる

水素の材料となるメタンは、有機廃棄物（未利用バイオマス）を微生物に発酵させることで作ることができる。発酵残渣はコンポスト化される。バイオマス発酵方式は、費用が余りかけずに、ゴミ処理、メタン製造、有機肥料製造と一石三鳥の効果をもたらす。

発酵方式とは別に、熱化学処理により直接水素を回収する方法もある。東京工業大学の吉川邦夫教授は、幅広い可燃廃棄物を熱分解によりガス化し、それを改質・精製する廃棄物ガス化技術を開発した^[8]。

ゴミを蒸し焼きにすると物質は熱分解されてガス化する。このガスに酸素を吹き込むと千数百度の高温状態となり、ダイオキシン類は完全に分解された上、この熱の一部を残滓の溶融炉を新たに設置する必要がない。さらに、この混合ガスを急冷すると水素ガスを40%くらい含むガスが生成される。この水素を燃料電池に投入し電気と熱に変換する。^[9]

この方法は、ゴミを灰へと減量化するので、肥料を必要とせず、すばやくゴミを処分する必要のある大都市などで使えそうである。

一般的に言って、人間や工場が多いところほどエネルギーを消費し、ゴミを出す。ゴミからエネルギーを取り出すなら、エネルギーの生産地と消費地が地理的に一致するので、輸送のロスが少なくなる。発酵方式でも、ガス化方式でも、プラントは小さいので、コミュニティ内・会社内・工場内でゴミ処理と燃料製造ができる。

廃棄物処理による水素製造は、分散化時代にふさわしい方法である。小さな地域内でゴミを処分し、それを燃料化するようになれば、ゴミ処理を遠隔地でおこなう場合にありがちなモラルハザードの問題も解消する。

水素は、この他、石油精製所や製鉄所などでも、副生成物として産出される。太陽光発電や風力発電で水の電気分解をする前に、ますは、こうした安価な水素から使い始めるべきだ。地球に優しいからというだけの理由で、火力発電と比べて価格競争力のない新エネルギーを、補助金を使って無理やり普及させるということはするべきではない。

7. 参照情報

『水素エコノミー』には、日本語の翻訳が出ています。

• ジェレミー リフキン『水素エコノミー―エネルギー・ウェブの時代』NHK出版 (2003/4/26).

原書は、電子書籍で読むことができます。

• Jeremy Rifkin. The Hydrogen Economy. TarcherPerigee (2003/8/25).

なお、この書評を書くにあたって、以下の本を参考にさせていただきました。

• 柏木孝夫, 金谷年展, 橋本尚人『マイクロパワー革命―IT革命の次はこれだ!』阪急コミュニケーションズ (2001/6/30).