1. 液体水素とは何か（3行でつかむ）

• 何か：水素を冷やして液体にしたもの。NISTによれば常圧での沸点は20.369 K（約−252.8 ℃）、沸騰している液体の密度は70.848 kg/m³です事実［参考資料1］。川崎重工は、液化すると気体の約1/800の体積になると説明しています事実（企業の説明）［参考資料7］。
• 何が得られるのか：高圧ガス（70 MPa・15 ℃で40.2 kg-H₂/m³、NIST［参考資料1］）より多くの水素を同じ体積に入れられ、容器を低圧にできます。
• 何が難しいのか：①液化に大きなエネルギーがかかる、②外から入る熱でボイルオフが起きる、③極低温で使える材料と断熱が要る、④空気成分が凝縮・固化する、という4点です。

他のキャリアとの比較の条件のそろえ方は本シリーズ「エネルギーキャリア」編、高圧ガスは「高圧水素タンク」編、フッ素樹脂などの高分子は「フッ素樹脂とPFAS」編、複合材料は「CFRPと複合材料」編を参照してください。本稿は液体水素に固有の内容に絞ります。

2. 20 Kの物理 ― 沸点、密度、蒸気圧

NISTの流体物性（通常水素）によれば、水素の標準沸点は20.369 K、臨界温度は33.145 K、臨界圧力は1.2964 MPa、臨界密度は31.262 kg/m³です。沸騰する液体と飽和蒸気のエンタルピー差（蒸発熱）は約448.7 kJ/kg、20.369 Kでの飽和蒸気の密度は1.3322 kg/m³です事実［参考資料1］。 パラ水素では標準沸点が20.271 K、蒸発熱が約446.1 kJ/kgとされます事実［参考資料2］。

20 Kでは、窒素や酸素（NISTによる酸素の標準沸点は90.188 K［参考資料3］）などの空気の成分は、凝縮し、さらに固化します（IMOの文書の記述）。IMOの文書も、液体水素の取扱いの危険として、空気の成分が凝縮・固化して酸素濃度の高い雰囲気ができること、微量の空気が凝縮・固化して不安定で爆発性の混合物になりうることを挙げています事実［参考資料11］。

3. 液化にどれだけのエネルギーがかかるか

液化の流れ

米国DOEのプログラム記録（2019年）は、大型（日量3トン超）の液化装置の典型的な流れを次のように説明しています。常温の水素を液体窒素の浴で約80 Kまで予冷し（クロード・サイクル）、熱交換器で約40 Kまで冷やし、約1.3 barまで絞り膨張させると、20 Kまで冷えて一部が液化します。気液分離器で液を分け、冷たい蒸気は熱交換器に戻して入口の水素を冷やします。容量が日量3トン未満では、ヘリウムのブレイトン・サイクルの方が資本費が低く、エネルギー消費は大きくなります事実［参考資料4］。

水素の大規模な液化プロセスの発展（1898年から2009年まで）は、Krasae-inらの論文が整理しています（題名・掲載誌のみ確認［参考資料19］）。

エネルギーの数字 ― 条件をそろえて読む

水素の低位発熱量（33.3 kWh/kg）に対して、2.88は約8.6%、3.36は約10.1%、10〜20 kWh/kgは約30〜60%、7未満は21%未満に当たります本稿の計算。「理論」と「実際」の間が大きいことが、液化の特徴です。

オルト水素とパラ水素 ― 見えない熱源

水素分子には、2つの水素原子核（陽子）のスピンが同じ向きのオルト水素と、逆向きのパラ水素があります。DOEの記録は、常温の気体水素は約75%がオルト、約25%がパラで、液体水素は99%超がパラであること、転換は20 Kで起きるが触媒がないと非常に遅いことを説明し、現代の液化装置は熱交換器の内部に触媒を入れて転換を速めると述べています事実［参考資料4］。 IMOの文書は、液化後もオルトからパラへの発熱的な転換が遅く続き、その影響が船の冷却能力と安全弁の容量に及びうるとしています事実［参考資料11］。 つまり、液化の途中で転換を済ませておかないと、貯蔵中にその熱でボイルオフが起きます。この熱量の数値は、本稿では一次情報で確認できていません。

4. 断熱と蒸発 ― 真空二重構造と多層断熱

外から入る熱は、放射、固体の熱伝導（支持構造や配管）、残留気体の伝導・対流の3つの経路で内槽に届きます（極低温工学の一般的な整理。本記事による解説）。これを抑えるのが、内槽と外槽の間を真空にした二重殻構造と、その空間に入れる断熱材です。

数値・反応・材料を詳しく示す元のSVG模式図を見る

川崎重工の実証船「すいそ ふろんてぃあ」は、容量約1,250 m³の真空断熱二重殻構造の液化水素貯蔵タンクを搭載します事実［参考資料7］。 大型貯槽の例として、CB&I（ベンダー）の資料は、米国ケネディ宇宙センターの正味容量1.25百万ガロン（4,732 m³）の貯槽で、環状空間にパーライトの代わりにガラス球（3M社のK1）を充填し、さらに冷媒（ヘリウム）を内蔵熱交換器に流して熱を吸収する方式（IRAS）を組み合わせ、蒸発率は1日あたり0.05%未満と記載しています事実（ベンダーの主張。2022年2月の発表資料）［参考資料6］。同資料は、ガラス球がパーライトより40〜100%優れた性能と予測されること、ステニス宇宙センターの190 m³（5万ガロン）の真空断熱球形貯槽での現地試験で、6年間・3回の熱サイクルの平均で蒸発が46%減ったことも挙げています［参考資料6］。

多層断熱と、水素に特有の問題

真空空間の放射熱を減らすために、薄い反射層を何層も重ねた多層断熱（MLI）がよく使われます。液体水素タンクのMLIの性能を、温度境界などの条件を変えて調べたNASAの研究者による報告が1991年に発表されています（題名・会議名のみ確認［参考資料20］）。 また、水素は真空空間に透過・脱ガスしやすく、それが断熱性能（真空度）を下げるため、水素用のゲッタ（吸着材）を高真空の多層断熱タンクに適用して性能を評価した論文が2018年に発表されています（題名・掲載誌のみ確認［参考資料21］）。 IMOの文書も、真空断熱を採用する場合は断熱性能が液体水素の温度で早期に劣化する可能性に十分配慮すること、真空度の通常の範囲または上限（コールド真空圧）に対して「真空喪失」を定義すること、真空喪失で冷えたときの支持構造と船体構造への影響を設計で考慮することを求めています事実［参考資料11］。

5. タンクと配管の材料 ― 素材技術者の視点

IMOの「液化水素のばら積み輸送に関する改訂暫定勧告」（決議MSC.565(108)、2024年5月24日採択）は、液体水素の危険として、低い着火エネルギー、広い可燃範囲、目に見えにくい炎、速い火炎速度（爆轟のおそれ）、低温、空気成分の凝縮・固化による酸素濃度の高い雰囲気、高い透過性、低い粘度、水素脆化（溶接金属を含む）を挙げています事実［参考資料11］。材料に関する主な記述は次のとおりです事実［参考資料11］。

すべて事実（IMO決議MSC.565(108)の本文［参考資料11］。この勧告は試験船（パイロット船）に適用するための暫定的なもので、他の船に適用するには見直しが必要になりうると決議自体が述べています）。

日本のNEDOの制度説明資料には、研究開発の成果として、低温・高圧水素環境での材料特性評価のため、評価の基準となるSUS316Lのスロー・ストレイン・レート試験（SSRT）のデータを取得したこと、規制見直しの対象に液化水素用設備に対するステンレス鋼鋳鋼品の適用可能性調査や、大型液化水素貯槽実現に向けた極低温・水素環境下の材料信頼性評価法の確立などが含まれることが記載されています事実［参考資料10］。個別の材料の合否は、これらの資料からは確認できません。

6. 実証 ― 液化水素運搬船とタンク

液化水素運搬船「すいそ ふろんてぃあ」と日豪の実証

川崎重工は2019年12月11日、世界初の液化水素運搬船「SUISO FRONTIER」の命名・進水を発表しました。全長116.0 m、総トン数約8,000トン、タンク容量約1,250 m³、船級は日本海事協会（ClassNK）、所有者は技術研究組合HySTRAです。−253 ℃で気体の1/800の体積の液体水素を海上で運ぶために開発したと説明しています事実（企業の説明）［参考資料7］。 HySTRA（岩谷産業、川崎重工、シェルジャパン、J-POWER、丸紅、ENEOS、川崎汽船）は2022年4月9日、実証航海の完了式を発表しました。同船は2021年12月に日本を出港し、2022年1月にオーストラリアに到着し、豪州ビクトリア州で石炭から作った液体水素を積んで、2022年2月に日本に戻り、陸上のタンクに荷揚げしました事実［参考資料8］。

川崎重工は2020年12月、神戸空港島に世界初の液化水素受入基地「Hy touch Kobe」を完成・納入しました。国内最大の液化水素貯蔵タンク（容積2,500 m³）と、−253 ℃を保ったまま運搬船から陸側へ移送するローディングアームをもちます事実（企業の説明）［参考資料9］。商用運搬船は、実証船の70〜130倍の量を運べるものを開発中とされています未確定／将来［参考資料9］。

蒸発率（BOR）の数字 ― 種類の違うものを並べない

NEDOの制度説明資料（2025年6月26日）には、次の成果と目標が記載されています事実［参考資料10］。

• 液化水素輸送・荷役システムの国際標準化に向けた日豪航行試験（液化水素満載）で、BORとして0.3%/日を取得し、これまでの試験値と再現性が高い。
• 商用5万m³級の大型貯蔵容器で、BOR 0.26%/日を達成する断熱構造を確立した（試設計の段階。5万m³液化水素貯槽の建設に向けて、約1/10のベンチスケールタンクの詳細設計まで完了）。
• 輸送効率を高める舶用液化水素タンク（容積5万m³級）の開発の目標はBOR 0.35%/日以下の断熱性能で、「目途付け完了」とされる（最適構造として非真球形状を選定）未確定／将来（試験用タンクでの検証は進行中）。

7. 安全規格と法令

以下は、規格・法令・公的文書の存在と範囲を整理したものです。規格本文は有料で、本稿では題名・適用範囲の記載にとどめます。

すべて事実。題名・状態は2026年10月にISO公式ページをブラウザで開いて確認した記載です。規格の最新版・改訂の状況は規格団体で確認してください。

8. 課題と、本稿で確認できなかったこと

• オルト-パラ転換の熱量：貯蔵中のボイルオフへの寄与の数値は、一次情報で確認できていません。
• 蒸発率の数字：ベンダーの設計値、NEDOの断熱構造、実船の実測、目標が混在します。測定条件（満載率、期間、気象）は発表資料から確認できていません。
• タンクの材質：実証船や大型貯槽の具体的な材質と、極低温での水素脆化の程度は確認していません。
• 商用運搬船：実証船の70〜130倍の商用船は開発中の計画で、建造・運航の実績は確認していません。
• MLIの定量：多層断熱の層数・見かけの熱伝導率・水素環境での劣化は、題名レベルの確認にとどまります。
• 国内の法令：高圧ガス保安法上の液化水素貯槽の具体的な技術基準（貯蔵施設など）は、本稿では一部しか確認していません。
• コスト：液化水素のサプライチェーンのコストは、前提で大きく変わるため記載しません（「エネルギーキャリア」編を参照）。

9. 用語集

10. 参考資料（一次情報）

1. NIST NIST Chemistry WebBook, Thermophysical Properties of Fluid Systems — Hydrogen（通常水素。飽和物性・等温物性） — webbook.nist.gov
2. NIST NIST Chemistry WebBook, Thermophysical Properties of Fluid Systems — Parahydrogen — webbook.nist.gov
3. NIST NIST Chemistry WebBook, Thermophysical Properties of Fluid Systems — Oxygen — webbook.nist.gov
4. 米国DOE DOE Hydrogen and Fuel Cells Program Record 19001: Current Status of Hydrogen Liquefaction Costs（2019年9月9日） — hydrogen.energy.gov
5. Seemann ら（IDEALHY） Efficient Large Scale Hydrogen Liquefaction, 4th European PEFC and H2 Forum 2013, B1304 — idealhy.eu
6. CB&I（米国DOE液体水素ワークショップ資料） Liquid Hydrogen Storage Technologies（2022年2月23日） — energy.gov
7. 川崎重工業 World's First Liquefied Hydrogen Carrier SUISO FRONTIER Launches（2019年12月11日） — global.kawasaki.com
8. HySTRA（川崎重工業ほか） HySTRA celebrates completion of world's first liquefied hydrogen vessel voyage in Japan（2022年4月9日、PDF） — global.kawasaki.com
9. 川崎重工業 Kawasaki Hydrogen Road: Paving the way for a hydrogen-based society — global.kawasaki.com
10. NEDO 制度の説明（公開版）「競争的な水素サプライチェーン構築に向けた技術開発事業」（中間評価）資料3（2025年6月26日） — nedo.go.jp
11. IMO Resolution MSC.565(108) Revised Interim Recommendations for Carriage of Liquefied Hydrogen in Bulk（2024年5月24日採択） — imo.org
12. ISO ISO 13985:2006 Liquid hydrogen — Land vehicle fuel tanks — iso.org
13. ISO ISO 13984:2026 Liquid hydrogen — Land vehicle fuelling protocol — iso.org
14. ISO ISO 21009-1:2022 Cryogenic vessels — Static vacuum-insulated vessels — Part 1: Design, fabrication, inspection and tests — iso.org
15. ISO ISO/TS 15916:2026 Hydrogen technologies — Basic considerations for the safety of hydrogen systems — iso.org
16. 日本（e-Gov法令検索） 一般高圧ガス保安規則（昭和四十一年通商産業省令第五十三号） — laws.e-gov.go.jp
17. 米国NASA（NTRS） Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems: Guidelines for Hydrogen System Design, Materials Selection, Operations, Storage and Transportation（NSS 1740.16、1997年） — ntrs.nasa.gov
18. Berstad ら Liquid hydrogen as prospective energy carrier: A brief review and discussion of underlying assumptions applied in value chain analysis, Renew. Sustain. Energy Rev. 154, 111772 (2022) — doi.org/10.1016/j.rser.2021.111772
19. Krasae-in ら Development of large-scale hydrogen liquefaction processes from 1898 to 2009, Int. J. Hydrogen Energy 35, 4524–4533 (2010) — doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.02.109
20. Stochl ・ Knoll Thermal performance of a liquid hydrogen tank multilayer insulation system at warm boundary temperatures of 630 R, 530 R, and 450 R, 27th Joint Propulsion Conference, AIAA (1991) — doi.org/10.2514/6.1991-2400
21. Wang ら Optimization and performance of highly efficient hydrogen getter applied in high vacuum multilayer insulation cryogenic tank, Vacuum 149, 87–92 (2018) — doi.org/10.1016/j.vacuum.2017.12.009
22. ISO ISO 20421-1:2019 Cryogenic vessels — Large transportable vacuum-insulated vessels — Part 1: Design, fabrication, inspection and testing — iso.org

11. 主張と出典の対応表（監査）

最終更新：2026年10月8日／出典は一次情報（NIST、DOE、IMO、NEDO、規格団体、日本の法令データベース、査読論文、企業・ベンダーの公表資料）に限定しています。企業・ベンダーの値は企業の主張として扱い、設計値と実測値を区別しています。 オルト-パラ転換の熱量、実証船の内槽の材質、極低温での水素脆化の程度、多層断熱の定量、商用運搬船の実績は、公開された一次情報で確認できなかったため記載していません。ISOの題名・状態は公式ページをブラウザで開いて確認しました。 図2・図3・図4・図6はベクター作図、図1・図5はAI生成イメージであり、いずれも実在の設備・船を示すものではありません。 本記事は材料・原理・評価・制度の解説であり、液体水素や水素の取扱い・運用の助言ではありません。