通过电解水低成本制氢的方法受到关注。东京工业大学开发出了在碱性环境下也不会分解的离子交换膜制氢方法，而无需使用铂和钛等高价的金属。预计2030年前后可以利用太阳能和风力等可再生能源发电的电力低成本制氢。该方法有望帮助日本政府达成2050年之前实现温室气体净零排放的国家目标。
利用氢的技术动向 |
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2008年前后 |
家用燃料电池实现实用化 |
2021年 |
开发出高耐久性离子交换膜 |
2021年 |
可利用廉价金属电解水 |
2030年 |
将制氢成本降至1N立方米30日元（日本国家目标） |
2035年前后 |
美国大型氢涡轮机的开发与验证实验 |
2050年 |
实现温室气体净零排放（日本国家目标） |
常规的水电解法是，通过向利用“离子交换膜”（仅能通过氢离子的交换薄膜）隔开的催化剂和水中的电极施加电压，在阴极一侧产生氢。然而，在该方法中，氢离子会移动，导致溶液变成强酸性环境。因此，“分隔器”等部件需要大量使用在酸性环境中也不会溶解的昂贵金属铂等，因而导致成本升高。
备受期待的是通过氢氧根而非氢离子的“阴离子交换膜”。由于分解过程中溶液也会变成碱性，因此可以使用铝以外的大部分金属。此举作为低成本制氢法受到了关注。
存在的问题是薄膜的耐久性。以往的阴离子交换膜用久了以后分子结构会瓦解，只能使用10小时左右。东京工业大学的山口猛央教授等人组成的研究团队分析了薄膜高分子的分解机制，并以此为基础开发出了在碱性溶液中也不会分解的交换薄膜。
东京工业大学开发的阴离子交换膜
利用这种新交换膜进行的电解水实验中，薄膜的性能在80摄氏度的温度下维持了约150个小时。另外，对0.1～1.7伏的电压变化也显示出了高耐久性。
由于不使用贵金属就可以制氢，山口教授表示：“这可以说是一项有助于以低成本、高性能和高耐久性实现氢气生产的成果”。据介绍，新开发的阴离子交换膜还易于量产。
工业用氢的价格目前为1N立方米（标准立方米＝标准状态下的气体体积）100日元左右，日本提出了到2030年降至30日元的目标。山口教授指出：“最近由于可再生能源价格的降低，有些地区在技术上应该已经能以低于政府目标的成本制氢了”。
如果能利用阴离子交换膜电解水，实现低成本制氢，那么就可以利用太阳能和风力发电的电力获得氢。由此能实现将其储存或运输到所需的场所，用于燃料电池车（FCV）等的系统。
目前还在推进结合可再生能源发电和大型蓄电池等来储存电力的措施，但光这样并不够。通过制成氢，可以较电池减轻重量，还可以大量运输。研究团队认为，如果能实现，就有望实现全球规模的可再生能源流通，比如在日本利用中东地区的沙漠中设置的光伏电池板发电的能源等。
欧美也在加速推进研发
很多企业都开始重视SDGs（可持续发展目标），全球都在积极利用太阳能和风力等可再生能源。为实现“碳中和”及氢社会，各地纷纷开始采取行动。
包括生成过程在内，利用可再生能源电力制造的氢完全不排放二氧化碳（CO2），因此被称为“绿色氢”。虽然将制造过程中产生的二氧化碳回收的“蓝色氢”也很重要，但绿色被认为才是“终极目标”。
以欧美为中心，全球都在加速推进关于利用氢气的研发。美国在推进大型氢涡轮机的研发项目。欧盟（EU）、德国和法国等发布了氢战略，并提出对制氢进行补贴以及推进研发等方针。
日本方面，经济产业省正通过新能源产业技术综合开发机构（NEDO）开发氢利用技术。离子交换膜的开发也属于项目的一部分。
目前还存在关键的可再生能源发电成本比其他国家高等课题，所以还需要同时推进降低发电成本的措施。
日文：松元则雄、《日经产业新闻》，2021/05/14
中文：JST客观日本编辑部
