アルカリ・PEM・AEM 水電解の違いと選び方

水電解の技術比較の多くは、勝者を決めて終わります。しかしそれは、この判断にふさわしい形ではありません。商用の三つの方式は一つの軸で競っているわけではないからです。それぞれ異なる要因によって制約されており、正しい選択とは、その制約がお客様のプロジェクトの足かせにならない方式です。

以下は、当社ならどう検討を進めるかを示したものです。答えが当社の技術ではないケースも含めています。

メーカー比較の前に考えるべき四つの問い

一つ目の問いは電力プロファイルで、これは銘板上の効率よりも重要です。ベースロードで動く平坦な系統接続と、日変動のある太陽光発電とでは、エンジニアリング上の課題が異なります。結果を左右するのはランプレートと、出力を下げるのではなく停止しなければならなくなるまで、どこまで負荷を下げられるかです。

二つ目は出口の条件です。水素はスタックが供給できる圧力と純度で水電解装置から出てきます。それを超える部分はコンプレッサーと精製装置の仕事です。その分の設備費と補機動力を、スタックの内側で避けるか、外側で追加するかのどちらかになります。

三つ目の規模は、多くの場合、方式の選択以上に結果を左右します。同じ出力を出す数 MW 級の 1 系列と 20 台の小型装置とでは、経済性も、リードタイムも、1 台が故障したときの影響も異なります。

四つ目はリスクへのさらされ方です。イリジウムの供給と PFAS 規制案は、プロジェクトでは制御できないリスクです。10〜20 年の時間軸で見れば、中核材料に関する未確定の規制問題は、脚注ではなくコスト項目の一つです。

出典International Platinum Group Metals Association, White Paper on Iridium (2022) · Hydrogen Europe, Position Paper on PFAS (2023)（業界団体）

各方式が実際に選ばれる理由

これにより、電解液に溶解した生成ガス（水素と酸素、H2 と O2）が混ざり合い、低出力側の運転範囲が制限される

当社は AEM を製造しているため、最後の列は利害関係者によるまとめとして受け止め、ご自身で確認してください。有効な見極め方は、メーカーが自社技術をほめるかどうかではなく、その限界を文書で明記するかどうかです。

出典IRENA, Green Hydrogen Cost Reduction (2020): stack costs and operating ranges by technology · U.S. DOE Technical Targets for Liquid Alkaline Electrolysis and PEM Electrolysis: 2022 capital cost status

水素のコストを実際に決めるもの

設備費は比較しやすい項目ですが、総コストに占める割合は運転費より小さいことが一般的です。設備費には、スタックとその触媒、整流器・気液分離・乾燥・水処理からなる BoP（周辺機器）、さらに設置面積、据付、許認可が含まれます。後段の圧縮と精製もこの項目に入りますが、見積り範囲の外にあるため、比較から最も漏れやすい項目です。

水素の価格が実際に決まるのは運転コストです。電力単価に運転時間を掛け、実際に運転する負荷でのシステム効率で割り、そこにスタック交換の周期と保守費を加えたものです。

太陽光のプロファイルの都合でプラントが運転時間の大半を 30% 負荷で過ごすのであれば、コストと安全性を決めるのは 30% 負荷での効率とクロスオーバーの挙動です。

当社ではないと率直にお答えするケース

• 圧力や設置面積を重視しない、平坦で安価な大規模産業負荷。総コストが最も低いのはおそらくアルカリであり、世代に関するどんな議論もそれを覆しません。
• その機種で 15 年の運転実績があり、来年納入される数 MW 級の単一系列。これを提供できる AEM メーカーは現時点ではありません。当社も含めてです。

AEM が正解になるのは、プロジェクトが動的な運転、小型から中型規模での加圧かつ高純度の水素、そしてイリジウムを避け白金族金属の使用量が少ないサプライチェーン（当社の HXP-an アノードは PGM フリー、HXP-ca カソードの PGM 担持量は 0.2 mg/cm²）を必要とし、かつ購入者がカテゴリーとしての主張を鵜呑みにせず実測データを確認する意思がある場合です。

どの方式を選ぶ場合も確認すべきこと

この 6 項目は、どの方式のどのメーカーにも当てはまります。その答えは、どのパンフレットの冒頭にある比較表よりも多くを教えてくれます。

当社製品については、これらを公開しています。HXS-2 スタックの累計運転時間は 3,000 時間を超えており、その長期データは試験条件とともに耐久性テクニカルノートで公開しています。50 A、0.1 M KOH、50 °C、常圧で測定した同じスタックは、初期状態で高位発熱量基準 90.0% の効率に達し、水素側は別途コンプレッサーなしで最大 10 barg まで運転できます。

HXS-2 はご注文いただけます。ご注文の承諾後 4 週間で出荷します。HXP-an アノードと HXP-ca カソードは 2 週間で出荷します。