水素エネルギーの水蒸気は新たな問題になるか？

質問

例えばの話ですが、石油がなくなって世の中全て水素エネルギーになったとします。今現在消費されている石油エネルギーが全て水素エネルギーになったとして、水素が燃えてできる（燃料電気も含む）水蒸気が新たな問題になったりはしないのでしょうか？例えば、今よりもっと蒸し暑くなる、雨が多くなる等々。

回答No.8

ht1914 · ベストアンサー

やはり数字が入ってくると推測が具体的になりますね。
世界の１割以上を日本で発生させ、そのさらに１割を東京２３区で発生させるというのはちょっと見積もりが大きすぎるように思いますが考え方としてはいいように思います。でも降る雨の量の１割の水蒸気を発生させるというのは多いようですね。雨が増えるかも知れません
ただ東京で降る雨は東京に降った雨が蒸発した物ではありません。海から運ばれてきているものがほとんどです。降った雨のうち、海に流れてしまうのはどれくらいの割合かはわかりません。仮に１割程度が蒸発するとすると残りの９割は海から運ばれてきています。だから発生した水蒸気もそのまま上空にいる保障はありません。もっと広い範囲に移動していると考えた方がいいと思います。最低でも関東エリアぐらいまでは考えるのが良いと思うのですが。

東京都の人口が１２００万人ですから日本の人口の１割です。人口比率で水蒸気を発生させるとしたら２３区でなくて東京都で考える方がいいのではないでしょうか。
世界のエネルギー消費のどれくらいを日本が占めているかもわかるといいのですが。

日本海側の秋田、新潟の年間降水量は１７００ｍｍほどです。富山は２３００ｍｍ、金沢は２６００ｍｍです。でも長野は９００ｍｍほどです。これは冬場の雪のせいですが内陸部が少ないということと合わせて考えると海から運ばれている水だということがよくわかると思います。（このデータは観測所のあるところでのものですから都市部のものだと思います。）

信濃川の降水量を流域面積で割ると１５００ｍｍになります。長野の９００ｍｍよりもかなり多いですから周辺の山間部での雪を考えないといけないでしょう。

そろそろ私も限界です。わからないことが多くなってきました。

お礼

「やはり数字が入ってくると推測が具体的になります」ですね。やっぱりこうでなくちゃ。今調べたら日本のCO2は世界の約５％なんですね。うろ覚えはやっぱりダメですね。

「水蒸気もそのまま上空にいる保障はありません。もっと広い範囲に移動していると考えた方がいい」とのお考えですが、確かに多くの場合そのような状況になるでしょう。ただ私が危惧しているのは、そうでない時、東京の真上に高気圧があって、無風に近い状態だと、もっと影響が大きくでるんではないか、ということです。最近の大雨にしても、本来確率の少ない事象で特に異常が見られる訳で、そういう具合になるんではないかなと考えたりしています。

もうこの辺りで閉め切り時のようですね。水素エネルギーの水蒸気で環境に影響が出る可能性はあるかもしれない、といったところでしょうか。でもやっぱり石油を代替するエネルギー自体をどうするかという問題が先のようですね。

回答者の皆様からは、私のわがままな質問に対し、いろいろなご意見を頂きましてありがとうございました。

回答No.7

ht1914

＃４です。

質問者様は発生した水が全て大気中に滞留するとしてその総量と影響が知りたかったのですか？

私も他の回答者も発生した水がそのまま大気中に滞留するとは考えていません。平均気温が決まっていれば含まれる水蒸気量はほとんど変わらないと考えているのです。一年間に地球上に降る雨の量を考えてみて下さい。これは全部海を含めた地表から蒸発したものです。水素を燃やして発生した水蒸気はこの循環の中に入っていくのです。地表から蒸発していく水に比べてわずかな量です。液体の水と気体の水はバランスしています。このバランスをずらすのは温度です。平均気温が高くなれば蒸発量が増えます。大気中に存在する水蒸気量も増えます。だから温室効果や発生する熱の方が重要になると考えているのです。さらにこの様な効果には地域的な揺らぎが伴います。あるところでは雨の量が増え、あるところでは乾燥化が進むということになる可能性があります。去年アメリカを襲った台風、エネルギーもすごいですが水量もすごいです。海水温が上昇して蒸発量が増えた事がエネルギーの大きい台風が多く発生している原因であるという記事が載っていました。

二酸化炭素は水に比べて大気中に滞留する率が高いです。発生する二酸化炭素の代わりに水蒸気が大気中に入っていって滞留するということから議論を進めるのは納得しがたい事です。

大気圏を１００ｋｍとしても水が循環しているのは１０ｋｍほどです。そこが成層圏です。大きな積乱雲の頂上の高さです。気象現象はそれ以下の高度で起こります。平均気温が変化すれば成層圏の高さが変化する可能性はあります。でも水蒸気が１００ｋｍの大気圏全体に滞留するという事は無いと思います。これが二酸化炭素と水との大きな違いです。

＃６の方の解答に中に７０億トンという数字がありました。水で７０億トンという量がどれくらいか考えてみます。
日本で一番長い川である信濃川、年平均流量は１秒間あたり６６５トンと理科年表に載っています。（観測地点は小千谷です。）
一年間ではこれに６０×６０×２４×３６５をかけたものになりますからほぼ２００億トンです。世界中の川だとどれくらいになりますか。これは全部蒸発した水が液体に戻って降ってきたものです。

蒸発した水が雨になって降り、河川の流れになって下る循環が定常状態であるとすると一日あたりの全流量から大気中に含まれている水蒸気の量の平均のおおよその値がわかります。

水は温室効果ガスであるとした議論がよくあります。その水の働きで今の気温、気候が成り立っているのです。でも定常状態であれば水による影響は変わりません。だから新たに温室効果を付け加える物質として二酸化炭素が問題になっているのです。温度が上がって定常状態がずれれば水の温室効果も加わって来るでしょう。

お礼

詳細な解説ありがとうございます。

「質問者様は発生した水が全て大気中に滞留するとしてその総量と影響が知りたかったのですか？」という訳ではないのですが。

別に発生した水蒸気が全て大気に滞留するとは考えていません。私の質問にあるように雨になる事も想定してはいるんですが。No.6 さんのご回答は発生する水蒸気の量に関して（正確さは私には分かりませんが）具体的な値を示してくれました。それが滞留するかどうかは別として、少なくとも発生する量の目安がないと議論ができないと考えたのです。

それともう一点。しつこいようですが。全地球的な変化は本当に微々たるものと思います。それは地球全体で平均化すればの話。私の質問の趣旨は、人間が多く集中している都市部での変化の有無なのです。

信濃川の例がありましたが、ではこう考えてみましょう。日本での水素による水蒸気発生が１０億トンとして、東京２３区では１億トンとします。これと東京２３区の年間降水量を比べればいいんでしょうか？

２３区の面積が６２１平方キロ、年間降水量を1500ミリとして、９億トンになるようです。最低でもこれだけの水蒸気が東京にやって来ていることになります。だとしたら１億トンのプラスは無視できる？できない？でもこれは年間平均だから、降水量の少ない冬とかは影響が出るか？逆にエネルギー消費の多い夏に影響が出る？

回答No.6

aburakuni

定量的な話としては、ＣＯ2の総排出量年７０億トン（炭素換算）が全量Ｈ2Ｏとなる事と、地球の全周４万Kmで実質大気圏が100Kmから数量を考えれば良い筈ですが・・・。

問題になっているのはＨ2Ｏは色々な形で発生・変換して行き、地球のダイナミズムに組み込まれているのに、ＣＯ2を別の物質に換えるのは光合成しかないところにあります。

確かに水蒸気自体は温暖化ガスでもあるが、多量になると太陽光を跳ね返して寒冷化の原因ともなるので、不確定要素ではあります。

但し、今の温暖化問題で二酸化炭素の排出が問題になっている一方、燃焼による熱の排出が問題とされないのと同様に、他の要因と混合して行く水の排出に関しては問題視されていないと言うのが実情の様です。
全ての燃料が水素で賄われる状態自体がとてつもない変化なので、その場合のリスクアセスとしては、どうやって水素を得るのかと言う事に焦点が当たるでしょう。

補足

ありがとうございます。やっと具体的な数値を示していただいて感謝です。

燃焼で発生する熱量の違いや比重が違うとか細かいところはあるでしょうが、オーダーとして数十億トンとは結構な量ではないのかな？それも海洋の上とかではなくて、人間の生活している場所で発生するのですから。

熱の問題ですが、太陽からの熱に比べればきっと人間が発生する熱量は微々たる量のように思います（本当かな？）。それでも問題になっているかもしれないということは、水素の燃焼で発生する水蒸気だって（地球規模ではなくヒートアイランドのような局地的だけど人間の生活圏で発生する）新たな問題になるかもしれないように思えます（違うのかな？）。

しかーし、それよりも、他の回答者さんから化石燃料から水素エネルギーに全面移行する事自体に多くの悲観的なご意見を頂いたということは、もう人類お先真っ暗なのではないのか（石油枯渇＝文明社会の崩壊）、という印象を持ちました。きっと石油が枯渇する寸前は醜くて悲惨な争い（すごーく楽観的に言えば大混乱）が世界的に起きるんでしょうね。それもそう遠くない将来に。これはもうCO2云々や温暖化どころではないような。うーん、、、あ、これには反応しないでくださいね。お題を変えないといけません。

回答No.5

masuda_takao

どうも、拝見する限り、僕を含む回答者一同と質問者さんの間で、「水素エネルギー」の意味するところが違うようですね。

　仮に、エタノール等のアルコールを主要なエネルギー源とするのであれば、燃料としてのアルコールの供給には恐らく適当なバイオリアクターを開発すれば良く、さほどの手間はかからないように思えます。ただし、懸案になりそうなのはアルコールを燃料とした発電を考えるときの起電力です。必要な電力を得るためにじゃんじゃんアルコールを燃やしてしまうのであれば、二酸化炭素の生成速度は現状の値以下にはならないでしょう。

　アルコールから水素を改めて取りだす過程を考えているのであれば、水から取りだすよりも更に手間がかかりそうです。アルコールと金属の反応から水素を得るにせよ、純金属の供給をどうするのか？と言う懸案は避けて通れません。

　代替エネルギーの環境負荷に関する研究は、知りうる限り定量的なシミュレーションさえこれからという状況だと思いますし（いや、どなたか『我こそは！』と言う方がいらっしゃれば名乗り出ていただきたいくらいですが）、代替エネルギーの一つで全てのエネルギーを賄う場合の実行可能性にしたって、大ざっぱな試算しかないのが恐らく現状でしょう。

　なお、蛇足ながら、ヒートアイランドという概念それ自体は 180 年以上前から知られています。
http://www.heat-island.jp/index_2.html

お礼

そうそう全然噛み合ないですよね。うーん私の仮定（思い込み？）が違っているのかな？「水素」と書いたのもまずかったかも。

・水素と書いたのは、燃料電池を意識してのことで、アルコールと水素をほぼ同一視している
・水素やアルコールを「燃やす」とはあまり考えていない（燃料電池も普通に燃やすのも本質的には同じかな？）
・化石燃料を使わないならばCO2の問題は回避できる（地球規模では炭素が（地表／海水中で）循環するだけ）
・とりあえずバイオでアルコールを作る事自体の問題（農地が足りない、食料が高騰する）とかは考えない
・問題を簡単にするため今の石油を全て水素／アルコールに代替できたとする

という事で今まであまり知られていない（ご指摘のヒートアイランドのような）「新たな」問題が発生あるいは顕在化する可能性はないのだろうか、あるいは懸念されている事象はあるのか、という事を知りたいのです。また、おっしゃるようにシミュレーションによる定量的な環境負荷を具体的に知りたいというのではなく、定性的にこういう問題も考えられる、程度のことなのです。

回答No.4

ht1914

地表の水は循環しています。
地表の水（液体）→気体の水→上空の水（液体）→地表の水（液体）です。この循環によって地表の熱を上空に運んで宇宙に捨てています。地表から気化熱を貰い、上空で気化熱を放出するのです。入ってくる熱、発生する熱と水が運搬する熱はバランスします。地表の気候をおだやかにしている大きな働きです。
地表には液体の水が大量にあります。だから水素を燃やして増えた水、またはアルコールや石油を燃やして生じた水の量は僅かなものです。でもその時発生する熱の方が問題になると思います。
地表の温度は「入ってくる熱、発生する熱」と「物質によって運ばれる熱、輻射によって運ばれる熱」とのバランスによって決まっていますから発生する熱が増えれば温度が上がるでしょう。温度が上がれば水蒸気量も増えます。蒸し暑くなるということが起こるとすれば水素を燃やして水が出来たということではなくて気温が上がることによって生じるということだと思います。
石油が無くなってしまうというぐらいエネルギーを使っていれば温度もかなり上がっているだろうと思います。アルコール等のバイオエネルギーも太陽のエネルギーを固定したものですから燃やせば熱が出ます。太陽から来たエネルギーを時間差で宇宙に返していることになります。植物資源を無駄に燃やしながら石油を使うよりは少ないでしょうが熱はかなり出ます。このあたりの収支はきちんとした考察をしないと推測だけでは判断が難しいかも知れません。
でも石油を使い切ったような生活を代換エネルギーで続けていこうというのは無理なことだという感じがします。

原子力の利用は「とにかく今の生活をいけるところまで続けて行こう、その後はみんなで滅びてしまってもいいとしよう」というものでしょう。
原子力のエネルギーコストも考える必要があります。採掘、運搬、精製に必要なエネルギー、施設の建設、運転に必要なエネルギー全てを考える必要があります。石油がこれだけ使われてきたのは液体であることが大きいです。採掘、運搬コストがまったく違うのです。それに対抗しようと石炭も地下でガスにするとか液体にするとかが考えられましたが結局実現できていません。むしろ天然ガスの方に移行している現状です。

石油の排ガス対策が問題になるのであれば核燃料の処理コストも問題にする必要があります。

石油タンカーは古くなったらスクラップにすることが出来ます。核燃料運搬船、運搬車両は放射能で汚染されていますからかなりの部分は再利用の対象から外れます。

ちょっと簡単ではない問題が山ほどありそうです。

エネルギー消費量を減らす社会形態を考えることが必要でしょう。

お礼

今すぐどうこうということではなく、もし石油が全て水素（アルコール）になったら、新たな問題は生じないのだろうか、というのが質問の趣旨です。あくまで仮定の話で、水素得ベルギーの実現の可能性を云々したい訳ではありません。

それから私が気にしているのは水ではなく大気中の水蒸気が増え（るとすれば）問題にならないか、ということなんです。繰り返しになりますが、地球規模で水の総量が増えるという事はないと考えています。

回答No.3

masuda_takao

邪推ですが、地球上の淡水の総量は替わらないかも知れませんが、気候への影響はあると思います。しかし、具体的にどんな影響があるのかとなると、考え得る要素（熱収支やエネルギー収支、水や大気の局所的及び大域的な循環など）を全て考えた上で巨大な数理モデルを作り計算しないと確たることは言えないものと僕には思えます。

　なお、本筋からやや外れる話で恐縮ですが、水から水素を取り出すにしてもそれなりにエネルギーを要するので、世界各国の全てのエネルギー源を水素で賄うための準備に要するエネルギーがかなり莫大なものになるでしょう。エネルギー変換の効率は一般に 100 % を遙かに下回るので、地球規模ではそっちの影響の方が大きいかも知れません。

お礼

水素をつくるには結局はバイオでアルコールをつくるのが一番効率的なんではないでしょうか。

例えば、数十年前、誰がヒートアイランド現象を予想したでしょうか？産業革命の頃、誰がCO2による温暖化を予想したでしょうか？

水素（アルコール）になればCO2の問題は解決できるかもしれませんが、副作用について誰かちゃんと研究されているのかしら、というのがこの質問になった訳です。

回答No.2

otsu4

都市部で水蒸気の排出量が増えるとのことですか。
まず、雨が多くなることはないです。地表にある水の量が増えるわけでもない（化石燃料ではないので）ですし、それに、海面から蒸発する量にくらべたら微々たる量。
それに、水素を原料にする電気自動車から、じょぼじょぼ排水が出てくるわけでもないし。

あと、蒸し暑くなるってこともないですね。

まぁ、水素よりアルコールやバイオディーゼルが主力になるでしょうね。水素は結局は火力発電でつくられた電力でつくられているわけですし、石油がなければ水素をつくるのも難しくなるし。
アルコールを燃やしても水はできるけど、これも水素と同様、微々たる量で、地表の水の量は変わらないので、何の影響もなし。

お礼

水素の利点は電気そのものに比べ貯蔵ができる（それなりに技術的な問題があるのは知っています）ことだと考えますので、水素を作る電力は、不安定だと嫌煙されている風力でもいい訳ですよね。

で、知りたいのは具体的な数値で、「ほら微々たる量でしょう！」と言って欲しいのですが。

回答No.1

Willyt

地球上にある水の量を御存じでしょうか。もし地球が完全な球体になったら、全体が深さ２千メートル以上の水で覆われてしまうほどの量です。これにくらべて人間が水素を燃やして作る水の量なんて雀の涙なんてものではありません。
　またその水素は原発による電気で賄われますが、これは水の電気分解です。だから水から分離された水素がまた水に返るだけですよね(^_-)

お礼

心配は本当に「スズメの涙」なのかということです。それに問題にしているのは水の量ではなく、大気、それも人間の住むところの水蒸気の量なんですが。もちろん、水の地球全体での総量が変わるとは思っていません。