省イリジウムな水電解用電極の大型化技術開発、東芝が2023年以降商用化目指す：脱炭素（2/2 ページ）

東芝は2022年10月7日、再生可能エネルギーによる電力を基に水電解を行って水素を製造する「固体高分子型水電解」に関して、触媒となるイリジウムの使用量を10分の1に抑えた電極の大型製造技術を確立したと発表した。2023年以降での量産化を見込む。

[池谷翼，MONOist]

5m²の電極を製造可能に

　一方で、スパッタリングによる成膜は真空中で実施する必要があるといった制約条件のため大面積化しづらく、100cm²（10×10cm）程度の電極を製造するのが限界という問題があった。そこで東芝は研究開発を重ね、イリジウムなどスパッタリング時の金属ターゲットの堆積配分比率や酸素投入量などの成膜条件を工夫することで、5m²のより大型な電極を製造できるようにした。

5m²規模の大型電極製造を可能に［クリックして拡大］ 出所：東芝

　吉永氏は「省イリジウム技術を用いたMEAの商用化を目指すに当たり、これまで課題となっていたのが電極の大面積化だった」と語る。5m²の面積があれば、1枚から多くのMEAを作成できるのでコストメリットが出やすくなる。なお、同面積当たりの最大出力の目安は約200kWだという。

将来の供給量に懸念あるイリジウム

　PEM型水電解はP2G（Power to Gas）技術として注目される水素製造技術の1つである。P2G技術はそのままでは輸送／貯蔵しづらい、再生可能エネルギーで発電した電力を、水電解により水素に変換して問題を解決することを目指すものである。水電解の主要な手法としてはPEM型水電解の他に、「アルカリ型水電解」「固体酸化物型水電解（SOEC）」などが存在する。

　この内、アルカリ型水電解はすでに大型化に成功しており、市場投入されている。しかし、吉永氏は「アルカリ溶液が漏れ出すなどの事故リスクや、再生可能エネルギー由来の電力など変動電力への対応が難しい」と指摘する。このため東芝は瞬時追従が可能で、変動電源対応に優れるPEMを次世代の水電解技術として注目し、実用化に向けた研究開発を進めている。なお同社はSOECについても開発を進めているが、「まだ研究段階にある」（吉永氏）という。

水電解の種類について［クリックして拡大］ 出所：東芝

　一方で、PEM型水電解にも解決すべき課題がある。レアメタルの1種であるイリジウムを大量に使用する点である。吉永氏は「（再生可能エネルギー由来の）クリーン水素の需要量を鑑みると、今後10年間で年間13.6GW規模のPEM型水電解装置が必要になる。この製造には年間約1トンのイリジウム採掘が求められるが、イリジウムはソーダ電解やプラグ、ルツボなどの既存用途で需要が逼迫（ひっぱく）している」と説明する。このためイリジウムの消費を抑える技術開発を進めてきた。

イリジウムの需要過多に懸念［クリックして拡大］ 出所：東芝

　現在、東芝は大面積化した電極を基にMEAを試作し、外部の水電解装置メーカーによる外部評価試験を行っている。今後はMEAの量産化に向けて、歩留まりの向上や品質改善活動を進めていく予定だとする。東芝エネルギーシステムズと連携して2023年度以降の製品化を目指す。

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