地下で生まれる水素が注目される理由

クリーン水素の本命は長く、再生可能電力で水を分解する「グリーン水素」だと考えられてきました。しかし、電解装置の価格、電力コスト、貯蔵インフラの不足が重なり、普及は想定より遅れています。IEAは2024年の世界の水素生産が約1億トンに近づく一方、再生可能・低炭素水素は0.8百万トンにとどまり、全体の1%未満だと整理しています。

この停滞の中で、地下に自然にたまった水素を探す「地質性水素」が急速に注目されています。燃やしても水しか出さず、製造のために大量の電力を必要としない可能性があるためです。重要なのは、これは水素を「つくる」技術というより、石油や天然ガスに近い「探す」資源開発だという点です。本稿では、科学的な生成メカニズム、探鉱企業に資金が集まる理由、商業化までの検証課題を整理します。

石と水の反応がつくる地質性水素の仕組み

地質性水素は、地球内部で水と岩石が反応して生まれる分子状水素です。代表的な反応は、鉄を含む岩石が水と接して酸化され、水素を放出するプロセスです。蛇紋岩化と呼ばれる反応では、かんらん岩などの超苦鉄質岩が水と反応し、磁鉄鉱や蛇紋石をつくりながら水素を発生させます。火山・熱水活動の周辺だけでなく、古い大陸地殻、鉄に富む堆積岩、深部断層帯なども候補になります。

蛇紋岩化と鉄酸化による発生源

地下水と鉄を含む鉱物の反応は、実験室だけの仮説ではありません。マリのブーラケブグでは、天然水素を含む複数の貯留層が確認され、村の発電にも利用されてきました。Scientific Reportsに掲載された研究は、同地域で掘られた25本の井戸すべてが上部炭酸塩岩の貯留層で水素を発見したと報告しています。さらに、長期間の利用にもかかわらず圧力回復が見られ、地下で補給される動的システムの可能性が示されました。

この事例が大きいのは、「水素は軽くて反応性が高いため、地下に長く残らない」という従来の前提を揺さぶったからです。水素が発生しても、微生物に消費されたり、割れ目を通って漏れたりすれば資源にはなりません。ところが、生成源、移動経路、貯留岩、シールがそろえば、天然ガス田に似た蓄積が成立する可能性があります。地質学の問いは、単に水素が出るかではなく、採れる濃度と流量で閉じ込められているかに移っています。

貯留岩とシールが決める採掘可能性

米地質調査所USGSは2025年、米本土48州を対象に地質性水素の有望度マップを初めて公表しました。評価の軸は、水素を生む岩石、ガスをためる多孔質の貯留岩、漏出を防ぐシールなどが地質的にそろうかどうかです。高い有望度が示された地域には、米中部のミッドコンチネント・リフト周辺やカリフォルニア中部沿岸が含まれます。

USGSのEllis氏とGelman氏によるScience Advancesの論文は、地下に存在しうる地質性水素の最頻値を約5.6×10^6百万トン、つまり約5.6兆トンと推計しました。ただし、この数字は「すべて採れる」という意味ではありません。論文自身も、多くは深すぎる、沖合すぎる、小さすぎるなどの理由で経済的に回収できない可能性が高いと明記しています。資源量のロマンと、回収可能量の現実を分けて考える必要があります。

それでも、わずかな比率が回収できれば意味は大きくなります。同論文は、推計された最頻値の2%が回収できる場合、2050年に想定される世界の水素需要を約200年分まかなえる規模になると試算しています。ここで問われているのは、地球規模で水素があるかどうかではありません。産業が求める価格、純度、圧力、流量を満たす地点を、どれだけ再現性高く探せるかです。

探鉱ブームを支える資金と政策の加速

地質性水素が急に現実味を帯びている背景には、科学だけでなく市場の事情があります。既存の水素は主に天然ガスや石炭からつくられ、IEAは現行用途向けの水素生産が年間1,100〜1,250百万トンのCO2換算排出を伴うとしています。水素は脱炭素の道具である前に、現在は大きな排出源でもあります。精製、アンモニア、化学品、鉄鋼などで使う低炭素水素をどう確保するかは、電力部門だけでは解けない産業問題です。

米エネルギー省は「Hydrogen Shot」で、クリーン水素のコストを10年で1キログラム1ドルに下げる目標を掲げました。これは電解水素にも、天然ガス由来でCO2を回収する水素にも高いハードルです。地質性水素の支持者が強調するのは、地下で生成済みの水素を採るなら、電解に必要な大量の電力や大規模な水供給を避けられる可能性があるという点です。

米国中西部に集まる井戸データ

Sandia National Laboratoriesは、2023年時点で天然水素を探す企業が40社に増え、2020年の10社から4倍になったと整理しています。米国ではカンザス、ネブラスカ、アイオワを含むミッドコンチネント・リフト周辺に探鉱の関心が集まっています。石油・ガス産業の井戸、地震探査、重力・磁気データ、鉱業データが比較的豊富で、地下を読むための基盤があるためです。

HyTerraはカンザス州のNemahaプロジェクトで、2025年に3本の井戸を掘削し、水素・ヘリウムの兆候を確認したと説明しています。同社の戦略資料は、8万エーカー超の権益を保有し、2026年に生産テストを進める計画を示しています。重要なのは、濃度の高いガスが出たという発表だけではありません。商業化には、一定期間の流量、圧力低下、混入ガス、処理コストを測る生産テストが不可欠です。

米空軍もこの領域に関心を示しています。2026年2月、米空軍はRenaissance Philanthropyに契約を与え、モンタナ州Malmstrom空軍基地とカンザス州McConnell空軍基地の周辺で地質性水素を導入できるかを評価すると発表しました。8カ月の調査では、生産能力、コスト、インフラ、リスクなどを検討し、基地から約200マイル以内の商業井データも使うとされています。軍事基地の関心は、脱炭素だけでなく、ディーゼルや天然ガスに依存しないエネルギー強靭性にあります。

豪州と欧州で進む現場実証

米国以外でも実証は進んでいます。豪州のGeoscience Australiaは、南オーストラリア州Yorke Peninsulaで2023年に豪州初の専用天然水素井Ramsay 1とRamsay 2が掘削され、高純度の水素とヘリウムが報告されたと整理しています。Gold HydrogenはRamsayプロジェクトについて、75,000平方キロメートルの許可鉱区を持ち、2025〜26年に追加の探鉱・評価井を掘る計画を公表しています。

欧州ではスペイン北部のMonzon周辺など、過去の石油・ガス探査で「地質学的な珍現象」として見過ごされた水素記録が再評価されています。こうした動きは、クリーン水素が単一の技術ではなく、地質、電気化学、ガス処理、輸送、政策が重なる産業へ変わっていることを示します。三菱重工業は2024年、米国のKolomaに出資したと発表しました。Kolomaは地下の天然水素を探査・商業化する企業で、データと地質解析を強みにすると説明されています。

商業化の前に越えるべき環境と市場の検証

地質性水素には期待が集まりますが、まだ「安いクリーン燃料」と断定できる段階ではありません。第一の壁は、資源量ではなく生産性です。泥ガスサンプルで高濃度の水素が確認されても、商業井として必要な量が安定して流れるとは限りません。天然ガスでも、濃いガスがあることと、井戸が経済的に生産できることは別問題です。地質性水素では、井戸設計、貯留層の連結性、微生物による水素消費、ヘリウムや窒素などの混入ガス処理がコストを左右します。

第二の壁は、ライフサイクル排出の評価です。水素自体は燃焼時にCO2を出しませんが、大気中に漏れるとメタンやオゾンなどに影響し、間接的な温暖化効果を持つことが知られています。地質性水素は製造時の排出が小さい可能性がある一方、井戸、精製、圧縮、輸送、貯蔵での漏えい管理が甘ければ、気候上の優位性は縮みます。特に水素は分子が小さく、センサー、バルブ、シール材、保守基準の整備が欠かせません。

第三の壁は、規制と地域合意です。天然水素は石油なのか、鉱物なのか、地下水や地熱に近い資源なのかという法的分類が国や州で異なります。探鉱権、土地所有者との契約、環境影響評価、井戸の廃坑責任が曖昧なままでは、大型資金は入りにくくなります。地下反応を人工的に促す「刺激型」や「製造型」の地質性水素では、熱、注水、化学反応を伴うため、誘発地震や地下水への影響も評価対象になります。

市場面でも、需要家の場所が重要です。水素は長距離輸送が難しく、圧縮、液化、アンモニア化、パイプラインのいずれにも追加コストがかかります。したがって、最初の有望市場は、井戸の近くにアンモニア工場、製油所、発電設備、データセンター、軍事基地がある地域です。地質性水素の競争相手は、電解水素だけではありません。天然ガス、蓄電池、地熱、送電網増強、直接電化との比較で、どの用途に最も向くかを絞る必要があります。

読者が注視すべき実証データの焦点

地質性水素は、気候技術の中でも珍しく、資源探査と最先端化学が重なる分野です。過度な期待を避けるには、企業発表の「濃度」だけでなく、長期の流量、圧力挙動、回収可能量、ガス処理費、漏えい率、地域の需要家までの距離を見るべきです。USGSの地図や論文は大きな可能性を示しましたが、商業化を証明するのは、井戸ごとの現場データです。

今後の焦点は、2026年に予定される米国中西部の生産テストと、豪州Ramsayプロジェクトの追加評価、そして軍事基地や産業需要家につながる小規模供給実証です。地質性水素が本当に地下から得られるクリーンな一次エネルギーになるのか、それとも限定的な地域資源にとどまるのかは、数年以内のデータでかなり見えてきます。読者に必要なのは、夢の資源という見出しより、地下から地上の需要までを一本の供給網として検証する視点です。

参考資料:

• Geologic Hydrogen | U.S. Geological Survey
• USGS releases first-ever map of potential for geologic hydrogen in U.S.
• Model predictions of global geologic hydrogen resources
• Hydrogen - IEA
• Hydrogen - Breakthrough Agenda Report 2025 - IEA
• Hydrogen Shot: An Introduction | Department of Energy
• Geologic Hydrogen - Sandia National Laboratories
• Characterization of the spontaneously recharging natural hydrogen reservoirs of Bourakebougou in Mali
• Discovery of a large accumulation of natural hydrogen in Bourakebougou (Mali)
• Hydrogen | Geoscience Australia
• Ramsay Project | Gold Hydrogen
• Mitsubishi Heavy Industries Invests in Koloma
• Aragon Project - Helios
• HyTerra Strategic Plan
• Air Force leading geologic hydrogen research initiative for Malmstrom & McConnell AFBs