排出強度

電力の炭素強度は、生産された電力1単位あたりに排出される温室効果ガスの量を測定します。単位は、1キロワット時あたりのCO₂換算グラムです。
各国の炭素排出強度（GDP単位あたりのCO₂排出量、kg）（2016年）

排出強度（炭素強度またはCIとも呼ばれる）とは、特定の活動または工業生産プロセスの強度に対する、特定の汚染物質の排出率の相対値です。例えば、生産されたエネルギー1メガジュールあたりに排出される二酸化炭素量（グラム）、または温室効果ガス排出量と国内総生産（GDP）の比率などです。排出強度は、燃焼燃料の量、畜産業における動物の数、工業生産レベル、移動距離、または同様の活動データに基づいて、大気汚染物質または温室効果ガスの排出量を推定するために使用されます。排出強度は、異なる燃料または活動の環境影響を比較するためにも使用されることがあります。関連する用語である排出係数と炭素強度は、場合によっては同じ意味で使用されます。使用される専門用語は、分野/産業部門によって異なる場合があります。通常、「炭素」という用語は、粒子状物質の排出などの他の汚染物質を除外します。一般的に使用される数値の1つは、キロワット時あたりの炭素強度（CIPK）で、これは異なる電力源からの排出量を比較するために使用されます。

方法論

プロセスの炭素強度を評価するには、様々な方法論が利用可能です。最もよく使用される方法論には以下のものがあります。

  • ライフサイクル全体にわたる評価（LCA）：これは、特定のプロセスに起因する炭素排出量だけでなく、対象となるプロセスで使用される材料、設備、機械の製造および使用済みに伴う炭素排出量も含みます。これは非常に複雑な手法であり、多くの変数を必要とします。
  • エネルギーおよび運輸部門で一般的に用いられるWell-to-Wheels（WTW）は、プロセス自体の排出量、プロセスで使用される材料（または燃料）の抽出および精製に伴う排出量（「上流排出量」とも呼ばれる）を考慮した簡略化されたLCAです。ただし、プラントや機械の製造および耐用年数終了に伴う排出量は除外されます。この手法は、米国ではGREETモデル、欧州ではJEC WTW（Wayback Machineで2018年6月29日にアーカイブ）で使用されています。
  • WTW-LCAハイブリッド手法は、WTW手法とLCA手法のギャップを埋める試みです。例えば電気自動車の場合、製造工程とバッテリー寿命に伴う温室効果ガス排出量も考慮したハイブリッド手法では、WTW手法と比較して温室効果ガス排出量が10～13%増加します [1]。
  • LCAの側面を考慮せず、特定のプロセス中に発生する排出物のみを考慮する方法。つまり、上流の排出物を考慮せずに、発電所での燃料の燃焼のみを考慮する方法。[2]

計算方法が異なると、結果も異なります。また、地理的地域や期間によっても結果は大きく異なります（例えば、欧州各国の電力のCIがどのように変化するか、また、数年間でどのように変化したかを参照：2009年から2013年にかけて、欧州連合（EU）の電力のCIは平均で20%減少しました）。[3]そのため、異なる炭素強度値を比較する際には、計算に使用されたすべての境界条件（または初期仮説）を正しく考慮することが重要です。例えば、中国の油田は1MJあたり1.5～40 g CO 2eを排出しており、全油田の約90%は1.5～13.5 g CO 2eを排出しています。[4]このように大きく歪んだ炭素強度パターンを理解するには、一見均質に見える排出活動を分解し、多くの要因を適切に考慮する必要があります。[5]

大気汚染排出源

排出量の推定

排出係数は、活動の強度とその活動から生じる排出量の間に線形関係があることを前提としています。

排出汚染物質= 活動 * 排出係数汚染物質

強度は、 IPCCの評価で使用されているような将来のシナリオの予測にも用いられ、人口、経済活動、エネルギー技術の将来的な変化の予測と併せて用いられます。これらの変数の相互関係は、いわゆる茅恒等式に基づいて扱われます。

推定値の不確実性のレベルは、発生源の種類と汚染物質によって大きく異なります。例として、

  • 燃料の燃焼による二酸化炭素（CO 2）排出量は、燃料の使用方法に関わらず、高い確度で推定できます。これは、排出量が燃料の炭素含有量にほぼ完全に依存しており、炭素含有量は一般的に高い精度でわかっているためです。二酸化硫黄（SO 2）についても、燃料の硫黄含有量は一般的によくわかっているため、同様のことが言えます。炭素と硫黄は燃焼中にほぼ完全に酸化され、燃料中のすべての炭素原子と硫黄原子は、それぞれCO 2とSO 2として排ガス中に存在します。
  • 一方、燃焼によるその他の大気汚染物質やCO2以外の温室効果ガスの排出レベルは、燃料の燃焼時に適用される精密な技術に依存します。これらの排出は基本的に、燃料のごく一部（一酸化炭素、メタン、メタン以外の揮発性有機化合物）の不完全燃焼、または燃焼中および煙突や排気管内での複雑な化学的・物理的プロセスによって引き起こされます。これらの例としては、粒子状物質、NOx 、一酸化窒素（NO）と二酸化窒素（NO2 ）の混合物などが挙げられます。
  • 農業用土壌からの亜酸化窒素（N 2 O）の排出は、土壌の正確な状態、肥料の施用、気象条件に大きく依存するため、非常に不確実です。

発電

2011年に気候変動に関する政府間パネルが実施した、多数のライフサイクル全体のエネルギー源の単位電力あたりのCO2排出量に関する文献調査では、すべてのライフサイクル全体の排出量研究の50パーセンタイル内に収まるCO2排出量の値は次のとおりであることがわかりました。[6]

電源別のライフサイクル温室効果ガス排出量[6]
テクノロジー説明50パーセンタイル
（g CO 2当量/kWh e）
水力発電貯水池4
風陸上12
核さまざまな第2世代原子炉タイプ16
バイオマス様々な230
太陽熱パラボリックトラフ22
地熱高温乾燥岩石45
太陽光発電多結晶シリコン46
天然ガススクラビングなしの各種複合サイクルタービン469
石炭スクラビングなしのさまざまな発電機タイプ1001
一般的な燃料の排出係数
燃料/
資源		熱
g(CO 2e )/MJ th		エネルギー強度（最小および最大推定値）
W·h th /W·h e		電気（最小および最大推定値）
g(CO 2 )/kW·h e
木材115 [7]
泥炭106 [8]
110 [7]
石炭B:91.50–91.72
Br:94.33
88		B:2.62–2.85 [9]
Br:3.46 [9]
3.01		B:863–941 [9]
Br:1,175 [9]
955 [10]
油73 [11]3.40893 [10]
天然ガスcc:68.20
oc:68.40
51 [11]		cc:2.35 (2.20 – 2.57) [9]
oc:3.05 (2.81 – 3.46) [9]		cc:577 (491–655) [9]
oc:751 (627–891) [9]
599 [10]
地熱
発電		3〜​T L 0–1 [10]
T H 91–122 [10]
ウラン
原子力		幅0.18 (0.16~0.40) [9]高さ0.20 (0.18~0.35) [9]
幅60 (10~130) [9]高さ65 (10~120) [9]
水力発電0.046 (0.020 – 0.137) [9]15 (6.5 – 44) [9]
濃縮太陽光発電40 ±15#
太陽光発電0.33 (0.16 – 0.67) [9]106 (53–217) [9]
風力0.066 (0.041 – 0.12) [9]21（13–40）[9]

注: 3.6 MJ = メガジュール == 1 kW·h = キロワット時、したがって 1 g/MJ = 3.6 g/kW·h となります。

凡例: B = 黒炭 (超臨界) - (新亜臨界)、Br = 褐炭 (新亜臨界)、cc = 複合サイクル、oc = オープンサイクル、T L = 低温/閉回路 (地熱ダブレット)、T H = 高温/開回路、W L = 軽水炉、W H = 重水炉、#推定値。

地域の炭素強度

キャプションを参照してください。
土地利用の変化を含む、2000 年の温室効果ガスの強度。
キャプションを参照してください。
1982～2011年における地域別のGDPの炭素強度（購買力平価を使用）。
キャプションを参照してください。
1982～2011 年におけるさまざまな地域の GDP の炭素強度 (MER を使用)。

以下の表は、GDPの炭素強度を市場為替レート（MER）と購買力平価（PPP）で示しています。単位は2005年の米ドル換算で1000年あたりの二酸化炭素排出量（メトリックトン）です。データは米国エネルギー情報局（EIA）のデータに基づいています。[12] 1980年から2009年までの年間データは、1980～89年、1990～99年、2000～09年の30年間の平均値です。

GDPの炭素強度（MERで測定）[12]
1980～89年1990～1999年2000～2009年
アフリカ1.131491.207021.03995
アジア・オセアニア0.862560.830150.91721
中南米​​0.558400.572780.56015
ユーラシア該当なし3.317862.36849
ヨーロッパ0.368400.372450.30975
中東0.987791.214751.22310
北米0.693810.586810.48160
世界0.621700.661200.60725
GDPの炭素強度（購買力平価で測定）[12]
1980～89年1990～1999年2000～2009年
アフリカ0.488440.502150.43067
アジア・オセアニア0.661870.592490.57356
中南米0.300950.307400.30185
ユーラシア該当なし1.431611.02797
ヨーロッパ0.404130.388970.32077
中東0.516410.656900.65723
北米0.667430.566340.46509
世界0.544950.548680.48058

2009年、OECD諸国のGDPのCO2強度は2.9%減少し、OECD諸国全体では0.33 kCO2 /$05pとなった。 [ 13 ]（"$05p"は2005年の米ドル、購買力平価を使用）。米国は0.41 kCO2 /$05pと高い比率を示したが、ヨーロッパは前年と比較してCO2強度が最も大きく低下した（-3.7%）。非OECD諸国では、CO2強度は引き続き概ね高い水準にある。中国は若干の改善があったものの、依然として高いCO2強度（0.81 kCO2 /$05p）を記録している。アジアのCO2強度は、エネルギー消費が引き続き力強いペースで伸びたため、2009年に2%上昇した。CIS諸国や中東諸国でも重要な比率が観測された。

ヨーロッパの炭素強度

エネルギー使用による総CO2排出量は、2007年には1990年のレベルより5％低かった。[14] 1990年から2007年にかけて、経済活動（GDP）が年間2.3％増加したにもかかわらず、エネルギー使用によるCO2排出量は平均で年間0.3％減少した。1994年（年間-1.6％）まで減少した後、CO2排出量は2003年まで着実に増加し（平均で年間0.4％）、それ以降は再び緩やかに減少した（平均で年間0.6％）。一人当たりのCO2排出量は1990年の8.7トンから2007年には7.8トンに減少した。つまり、10％の減少である。CO2強度の減少のほぼ40％は、排出係数の低いエネルギーキャリアの使用増加によるものである。 GDP1単位あたりの総CO2排出量、「CO2強度」はエネルギー強度よりも急速に減少し、1990年から2007年の平均でそれぞれ年間2.3%と1.4%減少しました。[15]

しかし、2007年の報告書ではCO2排出量が減少していると示唆されている一方で、近年の研究では世界の排出量が急速に増加していることが示されています。IPCC（気候変動に関する政府間パネル）が作成した「気候変動2022：気候変動の緩和」報告書によると、2019年の世界排出量は59ギガトンでした。[16]これは、世界の排出量が急速に増加しており、過去10年間と比較して毎年約2.1%増加していることを示しています。[16]

ブラティスラバ商品取引所（CEB）は、自主的排出削減プロジェクトの2012年の炭素強度を0.343 tn/MWhと計算しました。[17]

2024年の報告書では、再生可能エネルギーの生産量が増加し、エネルギーミックスの50％に達すると示されています[18]

欧州委員会のデータによると、EUが2030年までに温室効果ガス排出量を1990年比で少なくとも55%削減するという目標を達成するには、EU全体のエネルギー投資を過去10年間の倍増となる年間4000億ユーロ以上にする必要がある。これには、エネルギー効率化に必要な年間約3000億ユーロと、電力網および再生可能エネルギー施設に必要な約1200億ユーロが含まれる。[19] [20]

温室効果ガスインベントリ報告のための排出係数

排出係数の最も重要な用途の一つは、国連気候変動枠組条約（UNFCCC）に基づく国家温室効果ガスインベントリの報告です。UNFCCCの附属書I締約国は、毎年、自国の温室効果ガス総排出量を正式な報告様式で報告する義務があり、報告対象とすべき排出源の種類と燃料を定義しています。

UNFCCCは、気候変動に関する政府間パネル（ IPCC）が開発・公表した1996年改訂版IPCC国家温室効果ガスインベントリガイドライン[21]を、条約締約国が国家温室効果ガスインベントリの透明性、完全性、一貫性、比較可能性、正確性を確保するために使用しなければならない排出量推計方法として承認している。[22]これらのIPCCガイドラインは、デフォルトの排出係数の主な情報源である。最近、IPCCは2006年IPCC国家温室効果ガスインベントリガイドラインを公表した。これらおよびその他の多くの温室効果ガス排出係数は、IPCCの排出係数データベースに掲載されている。[23]商業的に適用可能な組織の温室効果ガス排出係数は、検索エンジンEmissionFactors.comに掲載されている。[24]

特にCO2e以外の排出量については、これらの排出係数を個々の国に適用する場合、高い不確実性を伴うことがよくあります。一般的に、国固有の排出係数を用いる方が、デフォルトの排出係数を用いるよりも排出量の推定精度が向上します。IPCCによれば、ある活動が国の主要な排出源（「主要排出源」）である場合、当該活動について国固有の排出係数を設定することが「グッドプラクティス」です。

大気汚染物質インベントリ報告のための排出係数

国連欧州経済委員会および EU の国家排出上限指令(2016 年) では、長距離越境大気汚染に関する条約(CLRTAP)の規定に基づき、各国が毎年国家大気汚染排出目録を作成することを義務付けています。

欧州環境機関の欧州監視評価プログラム（EMEP）タスクフォースは、大気汚染物質の排出量とそれに関連する排出係数を推定する方法を開発しており、その方法はEMEP/CORINAIR排出インベントリガイドブック[25] [26] 「排出インベントリと予測TFEIP」に掲載されている。[27]

強度目標

石炭は主に炭素で構成されているため、燃焼時に大量のCO2を排出します。つまり、 CO2排出強度は高いのです。一方、天然ガスはメタン（CH4 ）であり、炭素1個に対して水素原子4個を燃焼させるため、CO2排出強度は中程度です。

排出係数の源

温室効果ガス

  • 2006年IPCC国家温室効果ガスインベントリガイドライン
  • 1996 年改訂版 IPCC 国家温室効果ガス インベントリ ガイドライン (参考マニュアル)。
  • IPCC排出係数データベース
  • 国家インベントリ報告書：カナダの温室効果ガスの排出源と吸収源[永久リンク切れ]。
  • 英国の排出係数データベース。

大気汚染物質

  • AP 42、大気汚染物質排出係数の集計米国環境保護庁
  • EMEP/CORIMAIR 2007 排出インベントリ ガイドブック。
  • エチレンやその他の化学工場からの排出物の漏洩。

世界中の主要な稼働中の油田における油井から製油所までの炭素強度（CI）

2018年8月31日付のサイエンス誌に掲載されたマスナディらの論文では、著者らは「オープンソースの石油セクターCIモデリングツール」を用いて「世界中の主要な稼働中の油田の油井から製油所までの炭素強度（CI）をモデル化し、これらの排出の主な要因を特定した」としている。[28]彼らは、原油フットプリントが最も高い90カ国を比較した。[28] [29]スタンフォード大学が実施したサイエンス誌の調査では、カナダの原油はアルジェリア、ベネズエラ、カメルーンに次いで「世界で4番目に温室効果ガス（GHG）を排出する」ことが判明した。[30] [31]

参照

参考文献

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  • 欧州加盟国における電力の炭素強度：電気自動車の温室効果ガス排出量への影響
  • 電気自動車のカーボンフットプリントを評価するためのハイブリッドLCA-WTW法
  • 地域別の炭素排出量の強度
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