積極的なネットゼロ気候目標により、気候にやさしい水素を含む再生可能エネルギーへの投資と注目が高まっています。水素への関心は新しいものではありません。新しいのは、世界的な脱炭素化社会の実現に向け、水素が果たすべき重要な役割です。実際、化石燃料のエネルギー源の代替となる可能性を認識する産業がますます増え、過去 10 年間に水素需要は 28% 増加しました。特に、脱炭素化が難しい産業やバリューチェーン全体にわたる幅広い用途での需要増加が顕著です。
水素を製造する方法は無数にあり、その中には炭素副産物を生み出す方法もあれば、炭素を排出しない方法もありますが、いずれの方法にも独自の複雑さが伴います。純粋に再生可能な供給源から抽出され、炭素排出量のない「グリーン水素」の製造に焦点を当てることができれば理想的です。しかし、グリーン水素の製造規模を拡大し商業化する道のりは長く、インフラストラクチャを構築し、信頼性と安全性を高め、競争力のあるコストで提供し、消費者が必要なときに必要な場所で利用できる自信を与える必要があります。
その間、さまざまな種類の水素（ブルー水素やグレー水素など）を製造することで、現在の需要を満たし、より多くの採用を推進し、コスト削減に役立つ重要な知見を提供するのに役立てることができます。すべての新しい産業と同様に、水素製造はバリューチェーン全体で測定可能な進歩を遂げており、そのペースが加速しています。
水素の需要が高まるにつれて、業界は製造と流通を加速し、拡大する必要があります。企業が CO2 の分離回収で電解槽を使用するか、あるいは水蒸気メタン改質装置を使用するかは、強化されたプロセスと強力なデータ分析機能を組み合わせた高度なオートメーション技術に左右されます。適切な技術は、生産性の向上、変動の低減、エネルギー使用量の削減、炭素排出量の削減、オペレーションの持続可能性の検証に役立ちます。
スマートデバイス、IoT、分散制御システム、データ分析、デジタルツイン、高度なエンジニアリングツールに基づいたグローバルオートメーション設計により、プラントは 1 つの施設を設計して簡単に拡張し、学習曲線を加速して運用効率を向上させ、予防保全から利益を得て、資産ライフサイクルコストを最適化することができます。
エマソンは、PosHYdon と呼ばれるパイロットプロジェクトに取り組んでいます。このプロジェクトは、電解槽の効率性と大規模なグリーン水素製造システムの開発に関するインサイトの提供に貢献します。
PosHYdon はオランダ沖合で水素を製造し、風力タービンからのグリーン電力を利用して製造プロセスに電力を供給することで再生可能燃料を生成しています。この方法は、海水を脱塩水に変換し、電気分解によって安全に水素を製造します。水素は天然ガスと混合され、海岸まで運ばれ、国内のガスグリッドに供給されます。
このプロジェクトでは、エマソンの DeltaV 分散制御システム技術を使用して脱塩装置および電解槽、ガスブレンディング、プラント機器のバランスを制御しながら、安全性、プロセスの稼働時間、オペレーションの効率性を向上させます。
持続可能な水素プロジェクトは、多くのデータソースを 1 つの BOP システムに統合する必要があるため困難を伴いますが、これは施設の成功に欠かせないプロセスです。エマソンは、Toyota Australia と協力して自動車メーカーのオペレーションの一部を商用レベルの水素製造、貯蔵、充填設備プラントに変革しています。このプロジェクトでは、エマソンの DeltaV 制御システムを活用してプラントの複雑な装置からデータを収集してコンテキスト化し、水素ガスの製造と貯蔵のモニタリングおよびオペレーションのサステナビリティ検証を容易にします。
「デジタルオートメーション基盤を取り入れてデータのサイロ化を解消することで、Toyota Australia は費用を大幅に削減できるだけでなく、システムパフォーマンスの可視性を高め、サステナビリティパフォーマンスの維持と報告、生産性の向上を容易にします」とエマソン・オートメーション・ソリューションズ事業部門の社長、Mark Bulanda は述べています。
また、Mitsubishi Power Americas の先進的なクリーンエネルギー貯蔵プロジェクトも、世界最大の産業用グリーン水素製造・貯蔵ハブの 1 つとして期待されています。この施設は、隣接する Intermountain Power Agency のインターマウンテン発電所(IPP) 更新プロジェクトに水素原料を供給する予定です。このプロジェクトでは、エマソンのデジタルツイン技術で、三菱のガスタービンおよび蒸気タービンを忠実に再現したモデル、高度なアナリティクスを含む次世代の総合プラントシミュレーションを使用して試運転とトレーニングをサポートします。840 メガワットの IPP 更新水素対応ガスタービン複合サイクル発電所は、2025 年から体積比率でグリーン水素 30% と天然ガス 70% を混合して稼働する予定ですが、2045 年までにこの比率を 100% に増加します。
電力に使用する前に、水素は変換、貯蔵、輸送する必要があります。特に重要なのは、水素漏洩を最小限に抑え、水素がトランスミッションと転送点を通過する量を把握し、安全かつ効率的に処理することです。水素貯蔵は、定置電源、ポータブル電源、輸送などの用途における水素の進歩を可能にする重要な技術です。水素分子は、液体水素、液体有機水素キャリア（LOHC）またはアンモニア分子を介すなど、さまざまな形態で輸送および貯蔵できます。水素貯蔵の特性は、リチウムイオンバッテリーなどの他の短期エネルギー貯蔵技術を効果的に補完します。
高振動・高圧力状態による過圧や漏れの懸念など、管理可能な安全上のリスクがあります。エマソンのアンチサージバルブ、振動モニター、圧力レギュレーターは、信頼性の向上とフュージティブエミッション(一時放出)の防止に貢献します。
テクノロジーの採用を迅速化するためには、既存のインフラストラクチャを活用し、プロジェクト導入の時間と費用を節約することが重要です。天然ガスパイプラインに水素を混合することは、効果的な例です。天然ガス源の水素と CO2 の分離回収を組み合わせることで、世界中で水素の採用を促進する大きな機会を提供します。
ただし、天然ガスインフラに水素を混合すると、腐食、水素漏洩、ガス品質と互換性という 3 つの課題があります。エマソンの腐食監視技術は、水素混合パイプラインの特定のニーズを満たすように調整されています。配管の遠隔監視により、オペレーションの詳細な画像（生成物、流体組成などを追跡）が提供され、パイプラインの完全性が向上します。水素防爆対応のガスクロマトグラフは、ガスの品質と契約仕様が満たされていることを保証します。
カナダのエネルギープロバイダーである Enbridge は、エマソンの技術を役立てることで、北米で初めて再生可能電力を使用して炭素排出のない水素を製造しています。Enbridge は水素を天然ガスインフラに混合し、3,500 戸の家庭にクリーンエネルギーを供給しています。
最終的に、水素補給ステーションは、従来の燃料補給ステーションに取って代わりますが、最高の性能と安全基準を満たすシステムが必要になります。オートメーション技術は、燃料補給ステーションでのメンテナンスコストと予定外の中断を削減するのに役立ちます。また、高度なエッジ制御技術により、無人ステーションが実現し、より実現可能で費用対効果の高いソリューションが推進されます。
同時に、オペレータは、ステーションが適切な圧力で適切な量の燃料を迅速かつ安全に補充することを確実にしたいと考えています。正確な燃料の量を補充するための高度な計測器は、コストの削減、漏れの低減、安全なオペレーションの確保に一役買います。
水素燃料をクリーンエネルギーに変換して自動車に電力を供給する燃料電池も、信頼性が高く、小型で軽量な設置面積を実現できなければなりません。燃料電池システムの最適化は、ダウンタイムを排除し、コストを削減するために重要です。
エマソンは BayoTech と協力して、数百基の効率的なモジュール式水素製造装置を構築し、クリーンで低コストな水素を製造しています。この装置は、1 日に最大 1,000 kg の水素を製造し、200 台の水素燃料電池自動車に補給することができます。世界中で規模を拡大するために、BayoTech のローカル製造ハブは、エマソンの PLC（プログラマブル・ロジック・コントローラ）とエッジコントロール技術、遠隔監視、Microsoft Azure IoT Suite を活用して安全かつ自律的に運用されます。
さらに、高動作圧力用に設計されたエマソンの Micro Motion コリオリ流量計は、オランダの TotalEnergies の PitPoint 充填ステーションで水素ガスの流量を安全かつ正確に測定するために使用されています。TotalEnergies のガス・モビリティ・パートナーであるエマソンは、認定水素ディスペンサで使用する流量計の数少ないサプライヤの 1 つです。
水素は多様で環境に優しいエネルギーミックスの未来を担いますが、この意欲的な目標を実現するには、バリューチェーン全体でバランスのとれた迅速なアプローチが必要です。バリューチェーン全体で水素ソリューションのイノベーションとスケーリングを行う中で、当社はコスト削減、消費者の需要と自信の構築、水素の製造/輸送/貯蔵/消費に必要な技術の検証を支援します。しかし、最初に目標を達成することは、オートメーション技術、共同エンジニアリング、パートナーを特定分野の専門知識と組み合わせる強固な基盤を構築することのほか、既存インフラストラクチャを使用して、広く浸透した信頼性の高いエネルギー源（将来のための真の燃料）として水素の開発促進に役立てることを意味します。
