1. アルカリ水電解とは何か（3行でつかむ）

「強アルカリの水溶液を電解液に、ニッケル系の電極と多孔質の隔膜で水を分解する方式」です。100年以上の歴史があります。IRENA は、19世紀から20世紀前半にかけてアルカリ水電解だけが使われ、ガスを隔てる隔膜にはアスベストが使われていたと書いています事実。

• 電解液：Brauns と Turek のレビューは、最もよく使われる電解液をKOH 20〜30 wt%の水溶液とし、導電率が最適になる温度範囲は50〜80 ℃としています事実。IRENA の表（2020年）では運転温度は70〜90 ℃、KOH は5〜7 mol/Lです事実（出所により範囲が少し違います）
• 電極と隔膜：電極はニッケルのコーティングを施した多孔質のステンレスなど、隔膜はポリフェニレンスルフィド（PPS）の網にZrO₂（酸化ジルコニウム）を含む層を付けたものが IRENA の例です事実。貴金属の触媒を使いません
• 弱点：電流を絞ると、水素と酸素が混ざる割合が上がり、安全のために止める基準（水素と酸素の一方に他方が2 vol%）に近づきます。Brauns と Turek は、これが再生可能エネルギーと組み合わせるときの主な問題だとしています事実

PEM水電解については本シリーズ「PEM水電解」編で扱います。AEM水電解と固体酸化物電解セルは、それぞれの編で扱います。水電解槽全体の部材は「水電解スタックと材料」編、水素のコストは「水素の製造コスト」編を参照してください。

2. 反応とセルの構成 ― ゼロギャップのセル

カソード（陰極）では水が水素と水酸化物イオン（OH⁻）に、アノード（陽極）では水酸化物イオンが酸素と水になります。OH⁻ が隔膜を通ってカソードからアノードへ移動することで、電気が流れます（反応式と動きは教科書的な内容で、本記事の解説です）。 昔のセルは電極の間に決まった距離をあけていましたが、のちに電極を隔膜に直接押し当てる「ゼロギャップ」が主流になり、電解液による抵抗を減らしました事実（Brauns と Turek）。

すべて事実（IRENA［参考資料 1］ Table 1、Brauns と Turek［参考資料 2］、Fujita ら［参考資料 3］）。材料はメーカーによって大きく異なります。

3. 素材技術者の視点①：電解液と隔膜 ― 濃いKOHの中で、ガスは通さずイオンは通す

電解液：KOH が選ばれる理由

Brauns と Turek は、KOH の導電率が50 ℃で約95 S/m、より安価な NaOH が約65 S/m で、KOH のほうが40〜50%高いと述べています事実（95 ÷ 65 ＝ 約1.46で整合本稿の計算）。 一方、気体の溶解度は電解液の濃度が高いほど下がり（塩析）、NaOH のほうがその効果が少し強いので、KOH の溶液のほうが製品ガスは溶けやすくなります事実。 導電率を取ると、ガスの溶けやすさ（純度への影響）が代償になる――ここにも小さなトレードオフがあります（本記事による解説）。

隔膜：アスベストから複合材料へ

• 歴史：IRENA は、アスベストの健康被害が20世紀後半に知られるまで隔膜に使われ、その後 ZIRFON® などのZrO₂ 系の複合セパレーターに置き換わった、と書いています事実
• 構成：IRENA は隔膜を「PPS の網で支えた ZrO₂」と表記します。Brauns と Turek は Zirfon™ Perl UTP 500（Agfa）を多孔質のセパレーターの例に挙げます事実
• 求められる性質：旭化成の論文は、隔膜に高いガスバリア性、低い電気抵抗、優れた熱的・化学的な耐久性が必要で、芳香族炭化水素系の多孔質膜や無機酸化物との複合膜がよく使われる、と述べています事実。同社は、親水性の無機粒子とフッ素樹脂のコーティングを組み合わせた表面改質の隔膜も開発しています
• 厚さの綱引き：IRENA は、ガスの混ざりを防ぐために厚い隔膜やスペーサーを使うと抵抗が上がり、効率が下がると説明しています事実
• メーカーの主張：Agfa は ZIRFON UTP 500+ が従来の UTP 500 より水素の収率が2.5%高いとし、測定条件は10 kA/m²（1 A/cm²）と注記しています事実（メーカー公称）。2022年3月には thyssenkrupp nucera が大量供給の購入契約を結んだと発表しています事実（Agfa の発表）

4. 電極 ― ニッケルを基本に、貴金属を使わない

アルカリ水電解の大きな特徴は、電極に貴金属を使わないことです。 Brauns と Turek は、ニッケルが最もよく使われる電極材料だが、酸素発生と水素発生の過電圧が非常に高いため、触媒となる添加を加えるとしています。鉄は酸素発生の低コストな触媒、モリブデンは水素発生の過電圧を下げる例です事実。

旭化成の論文は、クロル・アルカリ電解（食塩電解）で培った技術を使っていると述べ、アノード触媒には遷移金属酸化物の混合物を、ポアービ図（電位とpHの安定領域の図）を参考に選んだと書いています事実。 また、水素気流中で加熱する還元処理によって、触媒層の導電性と比表面積を増やしたと述べています（細孔表面積の増加は触媒層にひびが入るためと推測しています事実）。 カソード側には弾性のある金属のマットレスがあり、隔膜全体を均一に押さえます。

5. 変動電源への追従 ― 低い電流密度で何が起きるか

製品ガスの純度は、水素が通常99.9 vol%以上、酸素が99.0〜99.5 vol%です事実（Brauns と Turek）。 水素と酸素はどちらも、相手のガスが4〜96 vol%の範囲では爆発性の混合物になるため、技術的な緊急停止の基準は2 vol%に置かれています事実。

混ざる経路は二つあります。隔膜を透過する分と、電解液に溶けて循環液で運ばれる分です事実（旭化成の論文）。 後者は電解液の流量に比例して増えるので、流量は小さいほうが望ましい。ただし、大電流では発熱を抑えるために一定の流量が必要です。旭化成はこのため、電流密度に応じて電解液の流量を自動で調整して、大電流の過熱と小電流のガス混入の両方を抑える制御を導入したと述べています事実（メーカーの報告）。

Brauns と Turek が引用する測定では、電解液の循環を陽極側と陰極側で分けると、0.05〜0.7 A/cm²、1〜20 barのすべての条件で、陽極側のガスの水素濃度は0.7 vol%未満でした。 循環を混ぜると、0.05 A/cm²・常圧でも2 vol%をわずかに超え、10 barでは0.5 A/cm²で2%に達し、20 barでは0.7 A/cm²でも2.5%になりました事実（60 ℃、KOH 約32 wt%、流量0.35 L/min）。 電流が小さいと混入する量はあまり変わらないのに、出てくるガスの量が減るので、濃度が上がります（この理由は同レビューの説明です）。 このため、多くのアルカリ水電解槽の部分負荷の下限は定格の10〜25%に抑えられています事実。

IRENA の2020年の整理では、アルカリ形の負荷範囲は15〜100%、PEM 形は5〜120%です事実。 ただし、これは2020年時点の整理です。旭化成は、電流密度に応じた電解液の流量制御で運転範囲を広げたと述べています（上記）。IRENA は、隔膜のガス透過と効率のトレードオフについて、新世代の隔膜で解決したと主張する企業が一部にある、と書いています事実。

6. 素材技術者の視点②：停止のたびに電極が傷む ― 逆電流

7. 大型化の実績 ― 実証・商用・計画を分けて読む

アルカリ形は、1つのセルの電極面積が大きくできます。IRENA は、電極面積が最大3 m²に達すると述べています事実。 旭化成の論文は、福島の FH2R で電極面積2.7 m²のセルを170枚直列に積んだシステムを稼働させたと書いています事実。 下の表は、公表資料から実証、商用に向けた仕様と受注、計画を分けて並べたものです。

「商用の規模」の数字はメーカーの記載で、設置済み・納入・受注の区別や、アルカリ水電解とクロル・アルカリの区別は、ページの記載からは確認できません。NEOM などの稼働状況は、本稿では確認していません。

8. 本稿の計算：FH2R の電流密度を逆算する

計算結果は、IRENA の公称（0.2〜0.8 A/cm²）を最大側で少し上回り、最小は最大の15%でした。これは、Brauns と Turek が挙げる部分負荷の下限（10〜25%）や IRENA の15%と同じ水準です本稿の計算。 一方、PEM 形の公称（IRENA 1〜2 A/cm²）や DOE の PEM 目標（3.0 A/cm²）とは数倍の差があります。 この差は、アルカリの隔膜が厚く、液体の電解液を通すぶんの抵抗が大きいことが主因と読めます（本記事による解説）。DOE のアルカリ形の2026年目標は1.0 A/cm²、最終目標は2.0 A/cm²です事実。

9. 数字の読み方と評価・標準

すべて事実（DOE［参考資料 4］、IRENA［参考資料 1］、Fujita ら［参考資料 3］）。水準の違う数字を並べたもので、優劣を示す表ではありません。IRENA のスタック寿命6万時間は表、「30年超」は本文の記述です。

• 安全の国際規格：ISO 22734:2019 は廃止され、ISO 22734-1:2025（第1部：安全）が2025年7月に発行されています事実（ISO、2026年10月5日確認）。旧版の適用範囲には塩基性水溶液のイオン輸送媒体が含まれていました。本文は有料のため、題名と適用範囲の記載にとどめます
• 系統サービスの試験：ISO/WD TS 22734-2（電力系統サービスの試験指針）が、アルカリ形とPEM形を主な対象に策定中です未確定／将来
• 性能・耐久の試験方法：欧州委員会JRCの報告書（EUR 30752 EN、2021年）は、アルカリ（AWE）を含む低温水電解の調和された運転条件と試験プロトコルを示しています事実

10. 課題・限界

(1) 変動電源での長期データは限られる

再生可能エネルギーに合わせて運転した長期の劣化率を、メーカーが一次情報として公表した例は、本稿の調査範囲では確認できませんでした。Brauns と Turek や旭化成の論文が示す数字は、測定条件のある試験と、メーカーの報告です。

(2) 圧力と純度の制約

IRENA の整理では、アルカリ形の運転圧力は30 bar未満です。圧力が上がると溶存ガスが増え、混入の問題が強まる（Brauns と Turek）ため、PEM のような大きな差圧運転は難しい、という整理になります事実。

(3) メーカーの規模の数字は区別できない

thyssenkrupp nucera の「設置済み10 GW超」などは、アルカリ水電解とクロル・アルカリの内訳、設置済み・納入・受注の区別が、記載からは確認できません。NEOM などの稼働状況も確認していません。

(4) 扱っていないこと

他の方式との比較（コスト、導入量）、ニッケルなどの資源面、中国の導入状況、AEM やゼロギャップ以外のセル構造、隔膜メーカーの技術データシート（Agfa のデータシートは請求が必要で、確認できませんでした）、水素と電解液の取扱いは扱っていません。

11. 用語集

12. 参考資料（一次情報）

1. IRENA「Green hydrogen cost reduction: Scaling up electrolysers to meet the 1.5°C climate goal」2020年12月（PDF） — irena.org
2. Brauns J, Turek T「Alkaline Water Electrolysis Powered by Renewable Energy: A Review」Processes 8(2), 248（2020年、査読論文） — doi.org/10.3390/pr8020248
3. Fujita Y ほか（旭化成）「Development and Demonstration of Large-scale Alkaline Water Electrolysis System “Aqualyzer”」Electrochemistry 93(11), 117007（2025年、査読論文） — doi.org/10.5796/electrochemistry.25-00129
4. 米国エネルギー省（DOE）「Technical Targets for Liquid Alkaline Electrolysis」（2026年10月5日閲覧） — energy.gov
5. 米国エネルギー省（DOE）「Technical Targets for Proton Exchange Membrane Electrolysis」（2026年10月5日閲覧） — energy.gov
6. thyssenkrupp nucera「Alkaline Water Electrolysis」技術ページ（2026年10月6日閲覧） — thyssenkrupp-nucera.com
7. thyssenkrupp nucera「thyssenkrupp nucera Supplies Electrolyzers for Moeve to Build Southern Europe’s Largest Green Hydrogen Project」2026年3月18日 — thyssenkrupp-nucera.com
8. Agfa「Agfa sets a new efficiency standard in the production of green hydrogen with its ZIRFON UTP 500+ electrolysis membrane」 — agfa.com
9. Agfa「Agfa’s ZIRFON separator membrane selected by thyssenkrupp nucera for large-scale green hydrogen projects」2022年3月9日 — agfa.com
10. ISO「ISO 22734-1:2025 Hydrogen generators using water electrolysis — Part 1: Safety」 — iso.org
11. ISO「ISO 22734:2019 Hydrogen generators using water electrolysis — Industrial, commercial, and residential applications」（廃止） — iso.org
12. 欧州委員会 JRC Tsotridis G, Pilenga A「EU harmonised protocols for testing of low temperature water electrolysers」EUR 30752 EN（2021年） — publications.jrc.ec.europa.eu

13. 主張と出典の対応表（監査）

最終更新：2026年10月6日／出典は一次情報（国際機関・政府機関・規格団体・メーカーの公式資料、査読論文）に限定しています。 構造の整理や材料設計上の読み取りを含むため、それらは「解説」として出典付きの事実と区別しています。 再生可能エネルギー運転での長期の劣化率、隔膜メーカーの技術データシート、thyssenkrupp nucera の数字の内訳、NEOM などの稼働状況は、確認できなかったため記載していません。 第9章の表と図6は、出所・水準の違う数字を並べたもので、優劣を示すものではありません。 図2・図5・図6・図4はベクター作図、図1と図3はAI生成イメージであり、いずれも実際の断面写真・装置・製品を示すものではありません。