Effect of Weight Reduction by Aluminum Utilization for Passenger
Cars Calculated Using CO2 Emission Estimation Tool
CO2排出評価手法を用いて計算した乗用車へのアルミニウム使用による軽量化効果
Masanori Yamaguchi, Toshio Onoye, Hiroshi Yagita, Atsushi Inaba,
Makoto Ootani*, Masao Okubo**, Tomoya Ohzono***, Kenzo Ayata****National Institute of Advanced Industrial Science and Technology6-1Onogawa, Tsukuba, Ibaraki 305-8569, Japanm.yamaguchi@aist.go.jp*Sumitomo Light Metal Industries, Ltd. **Japan Aluminium Association*** Japan Research Center for Metals****Shinko Research Co.,Ltd.

Keywords:
CO2emission, Car, Aluminium, Simulation
概要
このモデルはCO2排出量削減に関し、乗用車のアルミ化及びリサイクルアルミの有効活用の効果を数値的に把握するために開発された。モデルは自動車の原料製造から廃棄工程までを計算するマテリアルフローの計算部分とCO2排出量の計算部分とから成り立っている。国内で製造使用される乗用車について、基準車からアルミ化車に到るシナリオに従って、CO2排出量が計算された。その結果、基準車からの20.5%の軽量化に対しCO2排出量は初期排出量の22.5%減少した。この値は日本全体のCO2排出量の約1％であった。またcar to carリサイクルによるスクラップ活用の排出削減効果は初期排出量の13.2％であり、再生材の有効活用はCO2削減のために重要であることが分かった。
緒言
日本では全CO2排出量の21％は運輸部門から排出され、そのうち道路走行車輌からの排出量は85％以上を占めている。また自動車のライフサイクルCO2中約85％は走行により発生する。本報告では国内で製造され、走行する乗用車からのCO2排出量を計算対象とし、車輌重量低減のCO2排出量削減効果を調査している。車輌をアルミ化した場合、製造時のCO2は増加することが想定され、走行時のCO2は減少する。基準車からアルミ化車への移行に伴い、これらの効果を考慮したCO2排出量変化を把握するために、シミュレーションモデ
ルを開発した。
モデルの特徴と計算のフローチャート
このモデルは車製造での物質及びプロセスを比較的詳細に記述しており、次のような特徴をもっている。
(1) モデル中で取り扱われている物質はアルミニウム、スチール及びプラスチックである。
(2) モデル中で取り扱われている素材はアルミニウムに対しては板材、押出材、鍛造材及び鋳造材であり、スチールに対しては板材（冷間圧延材、熱間圧延材及びメッキ鋼板）、特殊鋼、普通鋼及び鋳鉄である。
(3) 含まれているプロセスは原料製造、素材製造、部材製造、車両組立、廃棄（分解、破砕）及びリサイクルである。

(4) リサイクルプロセスでは廃棄材に対し再生時の目的素材毎（板材、押出材等）に再生比率を設定できる。
(5) 自動車の部品を考慮できる。
図１は自動車のライフサイクルにおける物質フローを示している。スチールとプラスチックの物質フローもこの図と同様であるが、プラスチックでは焼却工程が追加されている。
図2は計算のフローチャートを示している。全体としては最初に物質の重量が計算され、次にCO2発生量が計算される。重量計算の開始点は完成車の部品重量であり、そこから一方では部材、素材、原料重量が計算され、他方では廃棄及びリサイクルの重量が計算される。この計算手順が計算範囲の暦年に対して実施される。
CO2 排出量の計算
計算対象車と想定シナリオ
表1は日本で製造、使用される基準車とアルミ化車A,Bについての主要な仕様を示している。車輌製造台数は300万台/年である。車輌重量は基準車の1037kgからアルミ化車Bの825kgまで20.5％軽量化する。その時アルミ化率は6％から44％に増加する。各素材のスクラップ配合率（板材、押出材）は基準車に対しては通常使用されている値であり、アルミ化車に対しては

scrap st ock for sheet use
from aut omobile indust ry

from ot her indust ry
scrap supply for sheet use

scrap fromsheet member

scrap from ot her indust ry

scrap from ot her member

secondary aluminium for ot her indut ry

scrap for ot her use

product ion of
secondary aluminium

scrap separat ion according t o use
collect ed scrap
recycle part s
st ock of part s

adopt ed reuse part s

secondaryaluminium

reuse part s

scrap from manufact uring

melt ing& rolling

product ion ofprimary aluminium
primary aluminium ingot

manufact uring

rolled sheet
product

domest icuse

assembly

pre-assembly
sheet member

collect ion &dismant lingresidual part s

shredderscrap

shredding &separat ion

landfillcar

Fig.1 The material flow of car lifecycle (for case of aluminium sheet product)
Table 1 Main specifications of assumed states in scenario
start・ w eight of preassemly member

standardcarweight of car

1037 kg

845 kgweight ratio of Al to car

0.06

0.45

・ adoption w eight ofreuse parts

・ w eight of sheet product・ w eight of shredder scrap
・ w eight of shredder dust

・ w eight of ingot
・ w eight of primary A l・ w eight of secondary A l・ w eight of separated scrap

・ scrap forother industry

lifetime milage
life spancontent of
secondaryaluminum

weight of scrap stock

yes

sheet

00value determined by
car to car recycle
0.95

t ransient st at e
stationary state(st andard→ aluminium) (aluminum car)efficient use of recycled aluminium

reduction stepof car weightcalculat ion range

CO 2emission

car to car recycle で決められる値とした。即ちリサイ
クルアルミ量とアルミ必要量との比である。
本計算で想定されているシナリオを図3に示す。基準車からアルミ化車Aへの移行は2003年に始まり4ステップの部品軽量化工程を経て2012年に完了する。この軽量化の結果、エンジン排気量は1500ccから1300ccに減少させることが可能となり、その結果2015年に第5ステップの軽量化が可能となる。この軽量化の過程の結果、2003年から2012年の間は製造工程でのCO2排出量は新地金の使用量増大により増加し、走行時の排/year constantcastendFig.2 Flow chart for t he calculat ion of
mat erial weight and CO 2 emission

3*10

6

development of aluminium applicat ion
aluminium car A aluminium car B

statecaluculation of CO 2 emmission on the basis of w eight calculation

0.44
1300 ｃｃ

10 years

extruded

st at ionary st at e(st andard car)no825 kg

100000 km

number of cars produced
for domestic use

・ scrap fromother industryclosing year of caluculation

aluminium aluminiumcar Acar B

1500 ｃｃengine displacement

・ w eight of reuse parts
・ w eight of recycle parts

part for w eightcalculation

・ w eight of scrap frommanufacturing

・ scrap
supplyitem

engine →bumper →body →
suspension and brake →engine(1500cc to 1300cc) →CO 2 emission during driving
CO 2 emission in manufact uring

1995
Fig.3

2000

2005

2010 2015
year

2020

2025

2030

T ransit ion scenario from standard car to aluminium car

CO 2 emission from a car( t -CO 2 /10 5 km )201510( lifet ime milage is assumed t o be 100,000 km )

5
800

1000

1200

Car weight
Fig .41400

1600(kg/car)

CO 2 emission charact erist ics due t o driving(0 〜 1: ratio to standard car weight ）

(kg ）

0.4

1200

0.3

1000

0.2

800

0.1

600

0.0

400
2000

20102020

Car weight

計算結果
図5は車輌重量及び1次地金、リサイクルされた2次地金及び2次地金使用量の基準車重量に対する比率を示している。2次地金使用量はcar to carリサイクルを想定しているため、リサイクルアルミ量に等しいかそれ以上となっている。このシナリオではボディーのアルミ化を含んでいる第3ステップでの軽量化効果が最も大きくなっている。1次地金の使用量の最大は2012年と2013年に起こり、この時の使用量は基準車重量の27％である。これは、この時点において廃棄車輌からのリサイクルアルミ量が少なく、一方使用量は増加しているために起こる現象である。2014年以降、特に2019年以降には、ボディーに使用したアルミがリサイクルされるため、リサイクルアルミが増加し、1次地金の量が減少する。
図6は2000年（基準車）、2010年（過渡状態）、2028年（アルミ化車B）について各部材の各プロセスにおける重量を示している。2000年と2028年との比較により、アルミ使用量の増大（斑点部分）、スチール使用量の減少（斜線部分）及びアルミ板材の使用量（最下部の斑点部分）の増加が分かる。
図7はアルミ、スチール及びプラスチックの製造及び廃棄におけるCO2排出量を示している。このグラフは2003年から2012年における、アルミによるCO2発生量の増大、スチールによるCO2排出量の減少を示している。アルミによるCO2排出量の増大は新地金の使用量増大に起因している。この結果、製造及び廃棄の全体としてCO2排出量は増加する。最大値は2012年と2013年に起こり、その値は初期値の約2倍である。2013年
以降CO2 排出量は減少し始める。これは軽量化のために使用されていたアルミのリサイクルが始まるからであり、2028年のCO2排出量は初期値の0.79倍となる。
これは2次地金の活用がCO2 排出量低減に非常に有効であることを示している。
図8は製造、走行、廃棄によるCO2 排出量及び車輌重量を示している。アルミ化の結果、車輌重量は初期値に対して20.5％減少し、アルミ化車BからのCO2排出量は基準車の排出量に対し22％減少する。この削減量
は日本の年間CO2 排出量（1.225*109 ｔCO2 ）の0.97％に相当する。
過渡状態のCO2排出量（2010年）は初期値に対し6.4％増である。このグラフはまた、スクラップ配合率が一定で初期値の低い値から変化せず、アルミ使用量の増大分が新地金で賄われた場合、CO2排出量は初期値に対し8.8％の減少に留まることを示している。このことからもアルミ使用のメリットを生かすためにはcar25

Weight ratio of prim ary,
secon dary and recycled Al

出量は減少する。2014年から2025年にはリサイクルア
ルミの量が増加し製造時のCO2 排出量は減少する。
2025年以降は物質フローは一定となり、アルミ化車Bの定常状態となる。
走行時のCO2 排出特性を図4に示す。この特性は仕様の異なる車種の排出特性をまとめたものである。

2030

Year
Fig.5 Car weight and amount of primary , secondary Al usedin production and of recycled Al in car to car recycle
recycled Alprimary Al usedsecondary A l used
car w eight

結論１）アルミ、スチール及びプラスチックの物質フローをベースにCO2排出量を計算するモデルを開発し、国内乗用車に対しCO2発生量を計算した。
２）基準車からアルミ化車への想定されたシナリオの基づき、物質重量及びCO2排出量を計算し、以下のような結果を得た。
・ 初期重量からの20.5％の重量低減に対し製造、走行及び廃棄を含む総CO2排出量は22％減少した。
・ このCO2削減量は日本の年間CO2 排出量の約1％であった。
・ car to car リサイクルのCO2排出削減に対する効果は初期値の13.2％であった。

参考文献(1) J.A.M.A. 2004 THE MORTOR INDUSTRY OFJAPAN(2) Tadayoshi Hayashi Reduction of Life Cycle CO2Emissions-The Example of Honda Insight Honda
R&D Co.,Ltd(10 4 t CO 2 /year）

1500

1000

CO 2 em issio n

to car リサイクルが重要であることが分かる。

total
500

aluminium

plasticsteel

謝辞
著者等は自動車工業会のご好意により自動車製造時のインベントリーデータをご提供いただいたことに感謝いたします。

02000

2005

2010

2015

2020

2025

YearFig. 7

Domestic CO 2 emission due to materials during
production and scrapping

2030