研究活動概説⃝システム研究グループ

ＲＩＴＥ

Ｔｏｄａｙ

２０２０

システム研究グループ

グループリーダー・主席研究員


秋元圭吾

主席研究員		

友田利正

主任研究員		

伏見

副主席研究員

永田敬博

研究員		

王温子
楠主任研究員		

和田謙一

研究員		

陳姝凝

主任研究員		

長島美由紀

研究員		

中野優子

主任研究員		

本間隆嗣

研究員		

桝田仁次

山本清美

主任研究員		

佐野史典

研究助手		

主任研究員		

小田潤一郎

研究助手		

斎藤美三子

主任研究員		

山川浩延

研究助手		

北村喜代美

主任研究員		

金星

春夫（企画調査グループ兼務）

研究助手		

工藤幸子

主任研究員		

林礼美

研究助手		

大西尚子（企画調査グループ兼務）

主任研究員		

魏啓為

システム研究グループの研究活動報告
システム研究グループは、システム的な思考、シス一方で、世界気温は上昇し続けており、世界の温室テム的な分析を通して、地球温暖化やエネルギー対応効果ガス排出量の上昇も止まっていない。一部の先進に関する有用なる情報提供を国内外に行っている。本国では、GDPは上昇しているものの、CO2排出量や稿では、脱炭素化に向けた対応戦略について、システ電力消費量等は低下し、デカップリングの傾向も見らム的な現状理解を踏まえた上で、将来のシナリオ分析れている。しかし、世界全体ではCO2が大きく減る構を実施した結果を紹介する。

造になっていない。特に電力消費については、世界GDPと世界電力消費量の関係を見ると、明確に強い

1. 国内外の情勢認識

正の相関関係が続いている。先進国を中心にエネル

パリ協定では、長期目標として「世界的な平均気温ギー多消費産業が海外移転し、かわりにサービス業な上昇を産業革命前に比べて２℃より十分低く保つととどのエネルギー寡消費産業にシフトしている傾向があ」とされ、そもに、1.5℃に抑える努力を追求する。

る。システム研では消費ベースCO2排出量の推計とそのために、世界の温室効果ガスの排出量を今世紀後半の要因分析を行うなどして、動向の把握を行ってきてに実質ゼロが目標とされた。また、気候変動に関するいる3)。

政府間パネル（IPCC）1.5℃特別報告書（SR15）は、温暖化問題の本質上、世界すべての国による排出削1.5℃上昇に抑えるには、2050年頃に世界のCO2排減への協調が重要であり、その追求は必要である。し出量を正味でほぼゼロにすることが必要とした 。

かし、IPCCなど多くの分析からは、２℃目標、1.5℃

IPCC第５次評価報告書2)では、CO2の累積排出量と気目標や実質ゼロ排出実現のためには、極めて大きな削温上昇との間には線形に近い関係が見られることが示減費用が必要とされている。例えばSR15では、世界されている。気温を安定化させようとすれば、気温上が協調し世界の限界削減費用が国間で均等化した場合

1)

昇の水準に依らず、その時点では世界の正味CO2排出で、2050年に2℃目標のうち排出高位のケースでも量をほぼゼロにする必要がある。近年、長期的な実質45～1050 US$/tCO2（中央値130 US$/tCO2程度）、ゼロ排出（脱炭素化）の実現を目指す動きが強まって

1.5 ℃ 未 満 で は245～14300 US$/tCO2（ 同2800いる。日本政府が2019年に策定した「パリ協定長期US$/tCO2程度）としている1)。世界の協調体制が困戦略」でも「最終到達点としての『脱炭素社会』を掲難な現実、産業のリーケージなどを踏まえると、現実げ、それを野心的に今世紀後半のできるだけ早期に実的に世界の対策として機能するような費用水準とは考現することを目指す」とされた。

えられない。

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このような状況においては、「パリ協定長期戦略」

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り低炭素化できる。

でも強調されているイノベーションの役割は大変大き

国内外で再エネ、特に風力発電と太陽光発電のコスいと考えられる。いくつかの望ましい進展も見られてト低減が急激に進んでいる。例えば、アラブ首長国連いる。太陽光発電のコスト低減は大きく進展した。半

邦では、3円/kWh程度の太陽光発電のプロジェクト

導体デバイス等のコスト低減は一層進み、安価に大量例も見られてきている。ただし、これらは変動性再エのデータを保存し扱えるようになってきている。このネ（VRE）であり、導入比率が高くなれば、バックアッような技術進展と社会変化の芽が、新たな結合を生みプ電源や、バッテリー、水素など、系統安定化のため出し、大きな技術、社会イノベーションを生み出す可の費用が別途必要になる。

能性も出てきている。
気候変動影響、国際情勢など、様々な不確実性が存

2.2. 水素技術・CCUS

在する。また、イノベーションは重要だが、すべての厳しい排出削減下においては、水素の役割も重要と技術が成功するわけではない。逆に思いもつかなかっ考えられる。石炭・褐炭からガス化し、CCSを行った技術の革新が起こるかもしれない。長期的な実質ゼて水素を製造する方法と、再エネ電気から水電解をロ排出を目指しつつ、総合的なリスクマネジメント戦行って水素を製造する方法が有望なCO2フリー水素略が重要である。の製造方法と見られる。図1で見られるように、水素も燃料電池によって最終的には電気に転換されること

2. 低炭素化・脱炭素化に向けた技術進展
脱炭素化においては、最終エネルギーは、原則、電気か水素とする必要がある。ただし、一部、バイオエは多く、水素を電気の代替手段として捉えるよりも、脱炭素化に向けた電化進展の大きな方向性の中での補完的な手段として捉えるべきと考えられる。

ネルギーおよび太陽熱等の直接熱利用、また、CO2フリー水素と回収CO2によって合成（メタネーション）したメタンでの利用などは可能となる。このとき、回収CO2は水素の輸送媒体の役割を果たす。事実上、都市ガスをCO2フリー水素で代替した効果でCO2の削減となる。メタネーションは、既存の都市ガスインフラを利用できるメリットがある。IPCC報告書1, 4)等でも示されているように、大きな排出削減を目指すほど、電力化率の向上が求められる。
当然ながら、脱炭素化を実現するには、電気、水素製造においては、脱炭素化（再生可能エネルギー、原子力、CCS）が必要である。
なお、完全に炭化水素を使わないことは現実的では

図1

脱炭素化における電気、水素システム

2.3. IoT進展によるシェアリング経済誘発の可能性ないので、正味ゼロ排出においても、ある程度の排出運輸部門では、CASE（Connected, Autonomous,は許容し、植林、バイオエネルギーCCS（BECCS）、Sharing/Service, Electric）が大きな変化の方向性とDACS（直接大気回収・貯留）等の負の排出技術（NETs）なってきている。そして、これまでの乗用車を保有す活用はあり得るし、対策オプションとして費用対効果る形態から、Mobility as a Service（MaaS）へと、やその他の視点から検討されるべきである。

新しいビジネスモデルが生まれつつある。自家用車の稼働率は通常低く5%前後とされている。これら技術

2.1. 再生可能エネルギーの相乗効果で、利便性を大きく損なうことなく、効率気候変動対策として脱炭素化が求められてきておよく、低廉にサービスが提供され得る。完全自動運転

り、その最も重要なオプションの一つとして再生可能車実現により、カーシェア・ライドシェアリングが誘エネルギー（再エネ）が挙げられる。エネルギー最終発され、それにより自動車の稼働率が上昇し、車の台消費を電力と非電力に区分すると、電力は非化石電源、数の低下、そして鉄鋼製品や化学製品の低減、また電つまり再エネ、原子力等の割合を高めていくことによ

気自動車（EV）等の初期投資が高い車でも、稼働率

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上昇によって相対的に経済性が上昇し得る。とりわけ、伴い、鉄鋼や化学製品需要が低下するケースについてエネルギーは最終利用に近いところにおいて、本当にも分析を行った。なお、社会経済シナリオは共有社会

必要な製品やサービスを超えて、必要以上にエネル経済パス（Shared Socioeconomic Pathways: SSPs）ギー消費がなされているケースが多い。ICT、AI等ののうち、中位的なSSP2ベースを用いた。2050年の世技術進展と展開で、技術社会イノベーションが期待で界人口は92億人、2000～2050年の間の世界GDPのきる。

平均成長率は2.4%/yrである。

ただし、利便性の向上によってGHG排出がかえっ

表1て増大する可能性には注意が必要である。

モデル分析シナリオ

3. 世界エネルギー・温暖化対策モデルによる分析・評価
3.1. モデル概要
世界エネルギー・温暖化対策評価モデルDNE21+（Dynamic New Earth 21+）によって分析・評価を行った。DNE21+は2100年までについての評価が可能であり、世界を54国・地域に分割している（面積の大きな国は更に分割しており計77地域分割）。エネ
ルギー供給サイドのみならず、需要サイドについても多くの技術を具体的に積み上げてモデル化しており、

注）2DS、B2DSは、IEA ETP2017の2℃シナリオ400程度の技術を具体的に評価可能なモデルとなっている。モデルの改良は継続しており、とりわけ正味ゼ3.3. 分析結果

ロ排出が求められてきている中で、従来以上に、多様表2および3には、各シナリオの2050年のCO2限界なオプションについて、具体的なモデル化を進めてき削減費用、CO2削減費用を示す。まず、2℃目標でも、ている。例えば、2019年においては、国際海運部門>50%確率（2DS）か、>66%確率（B2DS）かで世についても、DNE21+において技術を具体的に積み界の削減費用に大きな差が見られる。例えば、b_1,上げたモデル化を行い、LNGや水素船等への転換オ

b_2ケースでは、B2DSにおける限界削減費用やCO2プションを考慮した。また、メタネーションオプショ

削減費用は、2DSの3倍程度もしくはそれ以上にもなン等についても考慮した。

ると推計される。なお、2DSシナリオにおいて、日本国内で▲80%を想定すると、相当コスト増となる

3.2. 分析シナリオの想定ため、国内での削減率の引き上げだけでなく世界貢献

表1のようなシナリオを想定し、パリ協定2℃目標も含めた削減が求められる。中東等を中心とした再エと整合的、また、日本の地球温暖化対策計画におけるネコスト低位ケースの場合（a_2, b_2）、世界の対策長期目標2050年▲80%と整合的な目標（G7各国が費用低減に大きな効果が認められる。また、シェアモ▲80%と想定）について分析を行った。2℃シナリオ

ビリティ実現ケース（b_3）では、限界削減費用が大については、>50%確率（IEA ETPシナリオの2DS相

き く 低 下 す る（B2DSで は、b_2ケ ー ス が477 $/当で、世界GHG排出量は2050年に▲40%程度）と、tCO2に対して、b_3ケースは295 $/tCO2）とともに、>66%確率（B2DS相当で、世界GHG排出量は2050

シェアモビリティ非実現ケース比では、自動車保有に年に▲70%程度）の2種類の排出経路を想定した。ま対する支出が減少し、他のCO2排出削減費用を相殺た、上記2節で指摘した動向を踏まえたシナリオ想定し、正味で負の費用が推計されるほど大きな効果が推を行った。具体的には、太陽光発電のコスト低減がと計される。

りわけ中東・北アフリカ地域で一層進み、2050年に

図2は、各シナリオの部門別の世界CO2排出量であは2～4円/kWh程度で多くのポテンシャル供給が可る。排出削減が厳しくなるにつれ、まず発電部門での

能 と 想 定 し た ケ ー ス、 お よ び、 完 全 自 動 運 転 車 が削 減（ 再 エ ネ、 原 子 力、CCS等 ）、 ま た、 植 林 で の2030年以降に実現して、カーシェアリング・ライド

CO2固定、運輸部門でのハイブリッド車（HV）、プラシェアリングが進展し、自動車台数が減少し、それにグインハイブリッド車（PHV）の拡大等が見られる。

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更に厳しい削減が必要となると、BECCS、鉄鋼部門

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２０２０割の重要性が増す。2DSでは2100年頃、B2DSではでのCCS、自動車のEV、燃料電池車（FCV）化等が2070年頃のCO2排出ゼロに対応して、BECCSの利用費用効率的となる。更に厳しく正味ゼロから負CO2排の増大が見られる。とりわけ、再エネコスト低位ケー出となると、運輸部門トラックのFCV化、メタネースの場合（a_2, b_2）、太陽光発電の一部については、ション利用等が費用効率的になる。シェアモビリティ

系統に接続せず、水素製造に特化した使われ方も経済想定ケース（b_3）では、特に2050年頃の発電での合理性を有する可能性が示されている。シェアモビリ

排出削減を緩和する。

ティケースでは、特に2050年前後においてはBECCS

表22050年のCO2限界削減費用 ($/tCO2)の役割が低下する。また、特にPVコスト低位シナリ
オでは、水素製造用も含め、2100年の太陽光発電のシェアは大きく増大する。

表32050年のCO2削減費用 (billion US$/yr)

図3

図2

世界の部門別CO2排出量

世界の一次エネルギー供給量

図4

世界発電電力量

図3～8には、それぞれ、世界の一次エネルギー供給量、世界の発電電力量、産業部門、民生部門、運輸部門、国際海運（運輸部門の内数）の最終エネルギー消費量を示す。
一 次 エ ネ ル ギ ー 供 給 量 を 見 る と、2100年 で は、2DS、B2DSともに、石炭についてはほぼすべてCCSが求められ、ガスについても相当量がCCS付きと推計される。ただし、一部の化石燃料については、CCS無しも残っており、その分、BECCSで負排出として

図5

産業部門の世界の最終エネルギー消費量

図6

民生部門の世界の最終エネルギー消費量

正味でゼロもしくは負排出とする方が、経済合理的との結果となっている。ただし、現実的にこのような大規模なBECCS利用が可能かどうかは検討、議論は引き続き必要と考えられる。
世界の発電電力量の伸びは大きい。2℃シナリオでは、2030年に向けてはガスの拡大、2050年以降は、再エネ、原子力の拡大、CCS利用が費用効率的になっている。2DSでは特に2050年に向けてコジェネの役

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るようになり、また、B2DSでは2050年頃以降、水素利用が経済合理的になる可能性が示される。
図9、10には、それぞれ、世界のCO2回収、利用、貯留バランス、水素バランスを示す。
当 然 で は あ る が、 排 出 削 減 が 厳 し いB2DSで は、CO2回収量が増加する傾向がある。21世紀後半に向けて、正味ネガティブ排出が求められるため、特に
図7

2050年

2030年

400

メタネーションやCCUでの利用も若干見受けられるが、圧倒的に帯水層でのCO2貯留が大きい。

2100年
電力350

最終エネルギー消費 [Mtoe/yr]

BECCSの利用が大きくなっている。回収したCO2は、運輸部門の世界の最終エネルギー消費量300

気体燃料：水素250

気体燃料：天然ガス

200

液体燃料：バイオ燃料

150

液体燃料：石油系燃料
100

固体燃料：バイオマス

50

図82030

B2DS-b_3

2DS-b_3

B2DS-b_1

REF_1

2DS-b_1

B2DS-b_3

2DS-b_3
2050

B2DS-b_1

REF_1

2DS-b_1

B2DS-b_3

2DS-b_3

B2DS-b_1

REF_1
2015

2DS-b_1

固体燃料：石炭02100

水素製造は、PVコストが標準ケースの場合は、石炭・褐炭からのガス化＋CCSが経済合理的な傾向となる。
一方、PVコスト低位ケースの場合（a_2, b_3）は、PV＋水電解が経済合理的な傾向が見られる。水素利用先は多様であり、発電や、水素直接還元製鉄、運輸部門での利用の他、一部、メタネーションでの水素利用も見られる。

国際海運の最終エネルギー消費量（図7の内数）

産業部門においては、2100年に向けて電力、ガスの比率が増す。2℃シナリオでは、21世紀後半では、鉄鋼部門で、高炉・転炉法から水素直接還元製鉄への転換も見られる（石炭から水素利用に）。2℃シナリ
オでは、21世紀半ば頃から、セメント生産のガス利用増大が見られる。
民生部門では、非商業用バイオマスの利用は緩やかに低下していく。また、石油は2℃シナリオでは低下する。一方、電力とガス消費量は上昇する。とりわけ電力の消費量は大きく上昇する。2050年以降、2℃

図9

世界のCO2回収、利用、貯留バランス

シナリオでは、一部、水素の利用（一部のケースでは水素をメタネーションして利用も）が見られる。
運 輸 部 門 に お い て は、2 ℃ シ ナ リ オ で は、EV、FCV、バイオ燃料の拡大が見られる。特にB2DSの2050年以降は、FCトラックを含め水素燃料の利用が拡大する。B2DSの2100年になるとバイオ燃料が減少するが、それは、発電部門でのBECCS利用が費用対効果が高いためである。B2DSでは発電部門でバイオマス利用が増大するが、バイオマスの資源制約があるため、運輸部門では利用が減少する傾向が見られる。
シェアモビリティシナリオ（b_3）では、他シナリオ

図10

世界の水素需給バランスと比較し、特に2050年の石油の消費量が大きく低下する可能性が示される。また、稼働率の上昇によって、FCV、EVのシェアが増大する。国際海運では、2050年頃にかけてバイオ燃料およびガス利用が一部見られ20

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4. まとめ
パリ協定では、２℃目標や21世紀後半に実質ゼロ排出目標等が掲げられた。また、気温安定化のためにはいずれは正味でほぼゼロ排出とする必要がある。しかし、現状延長線での技術進展では、２℃目標、正味ゼロ排出等実現のためには、相当大きな費用が必要と見られ、その実現性は相当乏しいと考えざるを得ない。
よって、広範なイノベーションが必須と考えられる。
エネルギー供給サイドは無論のこと、デジタル技術等を利用したエネルギー需要サイドの技術イノベーションとそれに誘発される社会イノベーションは極めて重要である。
ただし、２℃目標を前提としたとしても、その排出経路は複数ある。また国際政治情勢も不確実性が大きい。不確実性を前提としつつ、賢いリスクマネジメントが必要である。脱炭素化に向けた各種技術の有用性は、想定する排出削減シナリオ、各技術の将来見通し等によって異なる。現時点では、気候変動科学、気候変動影響、気候変動対応の国際情勢を見極めながら、低炭素化を進める過程の中で、複数のオプションについて技術開発を行って、経済性の成立を徐々に見極めていくというリスクヘッジをせざるを得ない。
大幅排出削減に向けて、基本的に電力化率の向上が求められる。例えば、水素も、エネルギー、電力の脱炭素において重要なオプションである。一方、水素を現実に大規模に展開するためには、コストの大幅な低減が不可欠である。ただし需要が拡大しなければ、コスト低減は容易ではなく、コストを見極めながら、適切な需要拡大を志向することは重要と考えられる。
2℃シナリオ実現のためには、莫大な投資が求められる一方で、日本や欧米などにおいて、電力自由化の下で脱炭素化を進めていくことが必要となっており、資本集約的な（初期投資額が大きく、民間企業にとっては投資リスクが大きい）原子力、再エネ（＋系統増強）、水素、CCS等に投資がしやすいような環境整備は重要である。また、投資回収の予見性が高い政策措置も重要と考えられる。
参考文献
1）IPCC 1.5℃特別報告書 (2018)
2）IPCC WG1 第5次評価報告書 (2013)
3）RITE Today (2019)
4）IPCC WG3 第5次評価報告書 (2014)21