内包エネルギー

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Ecological economics
Humanity's economic system viewed as a subsystem of the global environment
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内包エネルギーとは、商品やサービスの生産に必要なすべてのエネルギーの合計であり、そのエネルギーが製品自体に組み込まれている、つまり「内包」されているとみなされます。この概念は、エネルギー生産または省エネ機器の有効性、あるいは建物の「実質的な」再調達コストを決定するのに役立ちます。また、エネルギー投入には通常、温室効果ガスの排出が伴うため、製品が地球温暖化に寄与しているか、それとも緩和しているかを判断する際にも役立ちます。この量を測定する基本的な目的の一つは、対象となる製品によって生産または節約されるエネルギー量と、その製造に消費されるエネルギー量を比較することです。

内包エネルギーとは、製品のライフサイクル全体に必要なエネルギーの総量を算出することを目的とした会計手法です。このライフサイクルを構成する要素を特定するには、原材料の採取、輸送、製造、組立、設置、解体、分解、および／または分解におけるエネルギーの関連性と範囲、そして人的資源と二次資源を評価することが含まれます。

歴史

環境を通じたエネルギーの流れを記録する会計システムの構築の歴史は、会計の起源にまで遡ることができます。この独自の手法は、重農主義者の「実体」価値理論[1] 、そして後にロシア人医師セルゲイ・ポドリンスキーの農業エネルギー論[2] 、そしてウラジーミル・スタンチンスキーの生態エネルギー論[3]としばしば関連付けられています。

今日使用されている主要な包含エネルギー会計の方法は、ワシリー・レオンチェフの投入産出モデルから発展したもので、投入産出包含エネルギー分析と呼ばれています。レオンチェフの投入産出モデルは、新古典派の一般均衡理論を「相互に関連する経済活動間の量的相互依存性の実証的研究」に応用したものでもありました。[4]テネンバウム[5]によると、レオンチェフの投入産出法はハノン[6]によって包含エネルギー分析に適応され、生態系のエネルギーフローを記述しました。ハノンの適応は、システムによって行われた各出力の直接および間接エネルギーの総必要量（エネルギー強度）を表にまとめました。生産量全体に対する直接および間接のエネルギーの総量は、包含エネルギーと呼ばれていました。

方法論

内包エネルギー分析の目的は、消費者を支えるためにどのエネルギーが使われているかを調べることであり、そのためエネルギーの減価償却はすべて消費者の最終需要に割り当てられる。自然と人類の文明の製品やサービスに内包されるエネルギーを計算するために、異なる方法論で異なるスケールのデータを使用する。データのスケールと方法論の適切さに関する国際的なコンセンサスは保留中である。この困難さにより、特定の材料の内包エネルギー値に広い範囲が生じる可能性がある。包括的な地球規模の内包エネルギー公開動的データベースがない場合、内包エネルギー計算では、たとえば、製品の移動に必要な地方の道路/高速道路の建設とメンテナンス、マーケティング、広告、ケータリングサービス、非人間サービスなどに関する重要なデータが省略される可能性がある。このような省略は、内包エネルギー推定において重大な方法論的誤差の原因となる可能性がある。[7]内包エネルギー誤差の推定と宣言がなければ、持続可能性指数を較正し、したがって環境プロセスと経済プロセスに対する特定の材料、プロセス、サービスの価値 を較正することは困難である。

標準

SBTool（英国の持続可能な住宅規格）は、建物の環境影響を評価するために、製品または材料の包含エネルギーを他の要素とともに評価する方法であり、米国のLEEDは現在も使用されています。包含エネルギーは、考慮すべき変数が多数あるため、科学者の間でまだ絶対的な普遍的な値についての合意が得られていない概念ですが、製品を相互に比較して、どの製品の包含エネルギーが多く、どの製品が少ないかを確認することはできるという点ではほとんどの科学者の意見に一致しています。比較リスト（例として、バース大学の包含エネルギーと炭素材料インベントリ[8]を参照）には平均絶対値が記載されており、リストを作成する際に考慮された要素が説明されています。

一般的に使用される内包エネルギーの単位は、MJ/kg（1キログラムの製品を製造するのに必要なエネルギーのメガジュール）、tCO2 （1キログラムの製品を製造するのに必要なエネルギーによって発生する二酸化炭素のトン数）です。MJをtCO2に変換するのは簡単ではありません。なぜなら、エネルギーの種類（石油、風力、太陽光、原子力など）によって二酸化炭素排出量が異なるため、製品の製造時に実際に排出される二酸化炭素量は、製造プロセスで使用されるエネルギーの種類によって異なります。例えば、オーストラリア政府[9]は、世界平均を0.098 tCO2 = 1 GJとしています。これは、1 MJ = 0.098 kgCO2 = 98 gCO2、または1 kgCO2 = 10.204 MJと同じです。

2000年代、オーストラリアの干ばつ状況により、水への内包エネルギー分析手法の適用への関心が高まりました。これにより、内包水の概念が用いられるようになりました。[10]

データ

原材料や製品を含む商品やサービスの内包エネルギーを定量化するデータベースは数多く存在します。これらのデータベースは、地理的および時間的な関連性のばらつきやシステム境界の完全性など、多様なデータソースに基づいています。そのようなデータベースの一つに、メルボルン大学で開発された建設における環境性能（EPiC）データベースがあります。このデータベースには、主に建設資材を中心とした250種類以上の内包エネルギーデータが含まれています。また、このデータベースには、内包水および温室効果ガス排出量の値も含まれています。[11]データベース間で内包エネルギーデータが異なる主な理由は、データのソースと、その集計に用いられる手法にあります。ボトムアップ型の「プロセス」データは、通常、製品メーカーやサプライヤーから取得されます。このデータは一般的に信頼性が高く、特定の製品に特化していますが、プロセスデータを収集するために用いられる手法では、データ収集にかかる時間、コスト、複雑さなどの理由から、製品の内包エネルギーの多くが除外されてしまうことがよくあります。国の統計に基づくトップダウン型の環境拡張型投入産出（EEIO）データを用いることで、これらのデータギャップを埋めることができます。製品のEEIO分析は、それ自体で内包エネルギーの初期スコープ設定には有用ですが、一般的にプロセスデータに比べて信頼性が低く、特定の製品や材料に当てはまることはほとんどありません。そのため、内包エネルギーを定量化するためのハイブリッド手法が開発されており[12] 、利用可能なプロセスデータを使用し、データのギャップをEEIOデータで補っています。メルボルン大学のEPiCデータベース[11]など、このハイブリッドアプローチに基づくデータベースは、製品や材料の内包エネルギーをより包括的に評価します。

一般的な材料では

バース大学（英国）が作成した炭素・エネルギー目録（ICE）から選択されたデータ[8]

材料エネルギー MJ/kg炭素 kg CO 2 /kg材料密度 kg/m 3
集計0.0830.00482240
コンクリート（1:1.5:3）1.110.1592400
レンガ（一般）30.241700
コンクリートブロック（中密度）0.670.0731450
通気ブロック3.50.3750
石灰岩ブロック0.852180
大理石20.1162500
セメントモルタル（1:3）1.330.208
鉄鋼（一般、平均リサイクル含有量）20.11.377800
ステンレス鋼56.76.157850
木材（一般、隔離を除く）8.50.46480～720
集成材120.87
セルロース断熱材（バラ詰め）0.94～3.343
コルク断熱材26160
ガラス繊維断熱材（グラスウール）281.3512
亜麻断熱材39.51.730
ロックウール（スラブ）16.81.0524
発泡ポリスチレン断熱材88.62.5515～30歳
ポリウレタン断熱材（硬質フォーム）101.53.4830
ウール（リサイクル）断熱材20.925
わら俵0.91100～110
ミネラルファイバー屋根瓦372.71850
スレート0.1～1.00.006～0.0581600
粘土タイル6.50.451900
アルミニウム（一般および33%リサイクルを含む）1558.242700
ビチューメン（一般）510.38～0.43
中密度繊維板110.72680～760年
合板151.07540～700
石膏ボード6.750.38800
石膏プラスター1.80.121120
ガラス150.852500
PVC（一般）77.22.411380
ビニール床材65.642.921200
テラゾータイル1.40.121750
セラミックタイル120.742000
ウールカーペット1065.53
壁紙36.41.93
ガラス質粘土管（DN 500）7.90.52
鉄（一般）251.917870
銅（平均37%リサイクルを含む）422.68600
鉛（リサイクル率61%を含む）25.211.5711340
陶器製衛生器具291.51
塗料 - 水性592.12
塗料 - 溶剤系973.13
太陽光発電（PV）セルの種類エネルギー（MJ/m 2）エネルギー（kWh/m 2）炭素 kg CO 2 / m 2
単結晶（平均）47501319.5242
多結晶（平均）40701130.5208
薄膜（平均）1305362.567

輸送中

理論的には、内包エネルギーとは、鉱山からの材料採掘、車両の製造、組立、輸送、保守、輸送エネルギーへの変換、そして最終的に車両のリサイクルに使用されるエネルギーを指します。さらに、道路であれ鉄道であれ、輸送網の構築と維持に必要なエネルギーも考慮する必要があります。実施プロセスは非常に複雑であるため、誰も具体的な数値を提示する勇気がありません。

耐久財開発及び国際関係研究所によると、交通分野においては、「交通費において直接的なエネルギーよりも多くの内包エネルギーを消費していることは注目に値する」また、「個人用車両での移動に消費するエネルギーは、使用する自動車、電車、バスの生産、販売、輸送に必要なエネルギーよりも少ない」とのことである。[13]

ジャン＝マルク・ヤンコヴィチは、あらゆる交通インフラプロジェクトの建設前にカーボンフットプリント分析を行うことを提唱している。[14]

自動車では

フォルクスワーゲン・ゴルフA3の内包エネルギー量は18,000kWhで、これは約9トンの石炭から生成される電力である。
車のライフサイクル

製造業

フォルクスワーゲンによれば 、ガソリンエンジン搭載のゴルフA3のエネルギー含有量は18,000kWh（報告書[15]に示されている545GJの12%）である。ターボチャージャー付き直噴エンジン搭載のゴルフA4のエネルギー含有量は22,000kWh（報告書[15]に示されている545GJの15% ）である。フランスのエネルギー環境機関ADEME [16]によると、自動車のエネルギー含有量は20,800kWhであるのに対し、電気自動車のエネルギー含有量は34,700kWhである。

電気自動車は、バッテリーと電子機器の搭載により、内燃機関車よりもエネルギー消費量が多い。Science & Vie誌によると、バッテリーのエネルギー消費量は非常に大きいため、充電式ハイブリッド車が最も適切なソリューションとなる。[17]ハイブリッド車のバッテリーは、電気自動車よりも小型である。

燃料

エネルギー自体に関しては、燃料の投入エネルギーに対する要素エネルギー回収率（EROEI）は8と推定されます。これは、燃料によって供給される有用エネルギー量に対し、その量の1/7に相当する燃料の内包エネルギーを加算する必要があることを意味します。言い換えれば、燃料のEROEIにより、燃料消費量は14.3%増加することになります。

ある研究者によると、6リットルのガソリンを生産するには42kWhのエネルギーが必要である（これはエネルギー含有量で約4.2リットルのディーゼルに相当）。[18]

道路工事

ここでは、さらに入手が困難な数字を用いて作業を進めなければなりません。道路建設の場合、内包エネルギーは燃料消費量の1/18（つまり6%）に相当します。[19]

他のフィギュアもございます

トレロアらは、道路輸送に関わるエネルギーの総合的な分析の一環として、オーストラリアの平均的な自動車に含まれるエネルギーを0.27テラジュール（すなわち75,000kWh）と推定した。[20]

建物内

日本の住宅の典型的な寿命は30年未満である[21]

建物のエネルギー効率改善は、これまで主に運用時の排出量に焦点が当てられてきましたが、建物の寿命を通じて消費されるエネルギー全体の約30%は、その内蔵エネルギーであると推定されています（この割合は、建物の築年数、気候、建材などの要因によって異なります）。過去には、この割合ははるかに低かったのですが、運用時の排出量の削減（暖房および冷房システムの効率改善など）に重点が置かれるにつれて、内蔵エネルギーの寄与がより重要になってきました。内蔵エネルギーの例には、原材料の抽出、材料の加工、製品部品の組み立て、各工程間の輸送、建設、保守と修理、解体と廃棄に使用されるエネルギーが含まれます。そのため、建物の炭素排出量を分析するには、ライフサイクル全体の炭素会計フレームワークを採用することが重要です。[22]また、研究では、建築環境のスケール間でエネルギー需要がシフトするのを避けるために、建物のスケールを超えて、居住者の移動に関連するエネルギーとインフラ要件の内蔵エネルギーを考慮する必要があることも示されています。[23] [24] [25] [26]

エネルギー分野では

エロエイ

EROEI (投資エネルギーに対するエネルギー回収率) は、エネルギーに起因する内包エネルギーを評価するための基礎を提供します。

最終エネルギーは、包含エネルギーを得るために乗算する必要があります。

たとえば、EROEI が 8 の場合、最終エネルギーの 7 分の 1 が組み込まれたエネルギーに相当します。

それだけでなく、発電所の建設と維持管理に伴う内包エネルギーも考慮に入れなければ、真の内包エネルギーは得られません。この点において、数値化が極めて重要です。

電気

BP 統計世界エネルギーレビュー2018年6月版では、toeは「現代の火力発電所の変換効率を38%と仮定した熱等価性に基づいて」kWhに換算されています。 [要出典]

フランスでは、慣例により、電力の一次エネルギーと最終エネルギーの比率は2.58となり、[27]効率は38.8%となる。[要出典]

一方、ドイツでは再生可能エネルギーの急速な発展により、電力における一次エネルギーと最終エネルギーの比率はわずか1.8となり、[28]効率は55.5%となっている。[要出典]

EcoPassengerによると[29]、全体的な電力効率は英国で34％、ドイツで36％、フランスで29％に達するだろう。[30]

データ処理

négaWatt協会によると、デジタルサービスに関連する内包エネルギーは、ネットワークで3.5 TWh/年、データセンターで10.0 TWh/年（その半分はサーバー自体で5 TWh/年、もう半分はサーバーが設置されている建物で5 TWh/年）で、2015年フランスで有効な数値である。同協会はデジタル分野のエネルギー消費の進化について楽観的であり、技術の進歩を強調している。[31] Jean-Marc Jancoviciが議長を務めるShift Projectは、 négaWatt協会の楽観的なビジョンに反論し、デジタルエネルギーフットプリントが年間9%増加していると指摘している。[32]

参照

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