1
福島工業高等専門学校 学生とシニアとの対話会

2024年1月11日

カーボンニュートラルとエネルギー安定供給について
西郷 正雄
日本原子力学会 シニアネットワーク連絡会
元原子力安全委員会技術参与
元原子力産業協会 元富士電機

2

西郷 正雄のプロフィール
1968年3月 大阪大学 基礎工学部 電気工学科卒
1968年4月 富士電機入社 以降 原子力に従事
1997年6月 原子力産業協会出向

2005年3月 富士電機定年退職 ⇒ 原子力産業協会 勤務
2009年3月 原子力産業協会退任

引き続き、

2009年4月 原子力安全委員会 技術参与 勤務
2011年3月 原子力安全委員会 技術参与 退任
日本原子力学会 SNW設立 (2005年) 後、会員として、学生との対話会などを通じて、エネルギー・原子力の理解活動に従事

学生時代の趣味
現役社会人時代の趣味(スポーツ) バスケットボール (インターハイベスト16) (ゲーム) 麻雀(スポーツ) テニス

バスケットボール(ゲーム)

コントラクトブリッジ目次

はじめに (1/5) ～(5/5) --------------------------------------------------------

3
4～8

人類とエネルギーのかかわり -------------------------------------------------

5

化石燃料からのCO2排出量と大気中のCO2濃度の変化 -------------------------

6

世界の平均気温偏差 ----------------------------------------------------------

7

各国のCO2削減目標 ----------------------------------------------------------

8

2050年カーボンニュートラルの実現に向けて (1/4) ～4/4) --------------------第 6 次エネルギー基本計画

9 ～ 12[2021年10月22日 閣議決定] --------------------- 13

エネルギー源をバランスよく組み合わせる上での課題 (1/3)～(3/3) ------------- 14 ～ 16
カーボンニュートラルを目指す背景 ----------------------------------------------- 17
各エネルギー源の弱み (デメリット) --- 課題 -------------------------------------- 18
各エネルギー源の弱みへの対策 (1/2)～(2/2) -------------------------------- 19 ～ 20

補足資料 ----------------------------------------------------------------------- 21 ～ 39
おわりに ------------------------------------------------------------------------- 40

はじめに(1/5)

4世界の気候は温暖化しており、その要因はいくつかありますが、その中で人類が大きく関わっているのは、カーボン (CO2) の大気への排出であると考えられている。即ち、エネルギー利用に化石燃料を燃やすことで発生すると考えられる。
産業革命 (～1800年～) 以降、化石燃料のエネルギー利用が膨大に増え、大気にCO2を極端に排出しました。その結果、地球の平均気温は、この100年間(1920年～2020年) で約0.74℃上昇し、近年温暖化の傾向が加速しています。

そのために、2015年12月、フランスのパリで開催された第21回国連気候変動枠組条約締約国会議（COP21）では、2020年以降の温室効果ガス排出削減等のための新たな国際枠組み(パリ協定)が採択されました。

はじめに (2/5)

人類とエネルギーのかかわり

数百万年前の「火の発見」から始まり、18世紀の動力 (産業) 革命以降はエネルギー消費量が急増

5はじめに (3/5)

化石燃料からのCO2排出量と大気中のCO2濃度の変化

6CO2の排出は、産業革命の頃から始まり、第二次世界大戦以降急激に増加している。

大気中のCO2濃度も同様なカーブをしている。

はじめに

(4/5)

世界の平均気温偏差7

1920年～2020年の100年間に0.74℃上昇している。
-0.740

はじめに

(5/5)

各国のCO2削減目標

8

COP21(パリ協定)の後、各国では次の通り、CO2削減目標をたてています。
EU、米国、日本は、 2050年までに中国、ロシアは、2060年までにインドは、2070年までにカーボンニュートラルにする。

2022年10月更新

以下の資料は、「日本が2050年までに、エネルギーの安定供給を確保しながら、カーボンニュートラルにする」という厳しい課題について、どうすれば実現できるかを、皆さんと共に考えたく題材を取り上げております。

2050年カーボンニュートラルの実現に向けて (1/4)

9カーボンニュートラルとは
地球温暖化の主要要因である温暖化ガスのカーボン (CO2やメタンガスなど) をニュートラル (大気への排出量と吸収量の差を実質ゼロ) にさせること(1) カーボンの大気への排出量の削減には① 我々がエネルギーを効率よく効果的に利用し、節約すること(省エネ)② カーボン排出の最も多いのは、化石燃料の利用 [発電、運輸、熱利用など]であるので、化石燃料の利用をできるだけ削減し、エネルギー源として、化石燃料以外の「再生可能エネルギー」、「原子力」を活用すること

2050年カーボンニュートラルの実現に向けて (2/4)

10(2) カーボンの吸収や大気中への排出抑制には① 森林などの植物の光合成 (炭酸同化作用) がCO2の変換に有効なので植林の実施により、CO2を森林などに吸収すること② CO2を大気中へ排出する前に分離・回収し、地中深くに閉じ込めて貯留 (CCS: Carbon dioxide Capture and Storage) すること③

人工光合成によるCO2変換や化学品などに変換してCO2を有効利用(CCU: Carbon dioxide Capture and Utilization) すること

[ EOR (原油増進回収技術)、直接利用 (ドライアイスや溶接など)、カーボンリサイクル (化学品、燃料、鉱物などの多様な炭素化合物に変換して再利用) ]⇒ 植林、 CCUS (= CCS+CCU)

2050年カーボンニュートラルの実現に向けて (3/4)

11エネルギー安定供給とはエネルギーを安定的に、必要な量を低廉な価格で確保できるようにすること2050年カーボンニュートラルの実現に向けて各国において、化石燃料や自然エネルギーといった資源を持つ国や持たざる国があり、地勢的にその課題は異なる
わが国の実情 (島国、無資源国、山国など) に合わせた課題摘出が必要となる。
わが国ではエネルギー基本計画を策定しており、エネルギー利用として「 S + 3E 」を掲げ、各エネルギー源をバランスよく組み合わせることを謡っている{

2050年 カーボンニュートラルの実現に向けて (4/4)

12エネルギー源の利用として、「Ｓ＋３Ｅ」をバランスよく組み合わせること

第 ６ 次エネルギー基本計画[2021年10月22日 閣議決定]

13

エネルギー基本計画は、エネルギー政策の基本的な方向性を示すためのもの(2003年に第1次エネルギー基本計画が策定され、3,4年ごとに見直されている)

2021年10月22日 閣議決定された第 ６ 次エネルギー基本計画では
1. 2020年10月に表明された「2050年カーボンニュートラル」や2021年4月に表明された「新たな温室効果ガス排出削減目標」に対して、実現に向けたエネルギー政策の道筋を示すこと
2. 気候変動対策を進めながら、日本のエネルギー需給構造が抱える課題の克服に向け、安全性の確保を大前提に安定供給の確保やエネルギーコストの低減に向けた取組を示すこと

エネルギー源をバランスよく組み合わせる上での課題

(1/3)

14

エネルギー源としては、「化石燃料」、「再生可能エネルギー」、「原子力」があるが、それらは利用する上において、メリットとデメリットがある。
エネルギー源ごとの強みを最大限に発揮し、弱みを補完するべく多層的なエネルギー供給構造を実現することが不可欠(1) 化石燃料の弱み (課題)
① 化石燃料 (石油、天然ガス) は、中東などの政情の不安定国より輸入しており、長期的な安全保障に不安 [輸入コストの暴騰など] がある。
② 気候、天候に左右されないため、発電出力は安定供給をできるが、CO2が発生する③ カーボンニュートラルを目指すと、CO2の排出抑制のために化石燃料の利用をできるだけ削減する必要がある[第28回国連気候変動枠組条約締約国会議 COP28 (2023年12月) での岸田首相の発言 : 対策のない石炭火力発電所の新規建設せず ]エネルギー源をバランスよく組み合わせる上での課題

(2/3)

15

(2) CO2を出さない再生可能エネルギーの弱み (課題)
① 「太陽光発電」や「風力発電」は、自然任せのために、気候、天候に左右され、発電出力が変動して不安定である。
② 「水力発電」は、比較的安定しているが、渇水時には不安定、また、増設するには、既に建設場所が飽和。上流のダムと浄水場の高低差などを利用した「小水力発電」が少し造れる程度である。
③ 「地熱発電」は、国立公園や温泉地付近に設置することになり、泉源の取り合いが発生、景観を損なう恐れ、更に、泉源開発には高コストの懸念がある。
④ 「バイオマス発電」は、 発熱量が小さいこと、薄く広く顕在しており、収集や運搬コストが高くつく。バイオエタノールなど輸入に頼っており、コスト高である。食料の供給や既存用途（例：化粧品原料や燃料など）と競合する可能性なエネルギー源をバランスよく組み合わせる上での課題(3/3)

16(3) CO2を出さない原子力の弱み (課題)
① 過酷事故が発生するとその地域より避難しなければならなくなり、水素爆発などが発生すると帰還するのにも時間がかかる。

② 放射性廃棄物が発生し、使用済み燃料の処理、廃炉が大変である。
③ テロの的になり易い④ 新規の原子力発電実用化には、十数年の期間が必要(4) 再生可能エネルギーの安定電源化に役立つバッテリーの弱み (課題)
① 大容量蓄電は、高コストである。
② レアメタルの輸入品が含まれており、長期安全保障、高コスト化への不安がぬぐえない。

カーボンニュートラルを目指す背景

17

地球規模の課題である気候変動問題を解決させることそれに向けて、2015年のCOP21でパリ協定が採択されるパリ協定では 世界共通の長期目標として、〇 世界的な平均気温上昇を産業革命以前に比べて +２℃より十分低く保ち、+1.5℃に抑える努力をすること（２℃目標 --- この数値を超えると地球が壊滅的になると言われている）〇 今世紀後半に温室効果ガスの人為的な発生源による排出量と吸収源による除去量との間の均衡を達成すること 等が合意

この実現に向けて、世界が取組を進めており、多くの国と地域が「2050年カーボンニュートラル」という目標を掲げることになった。

各エネルギー源の弱み (デメリット) --- 課題

弱 み
化石燃料
( 石油、石炭、天然ガス )再生可能エネルギー

18( デメリット ) --- 課題▲政情の不安定国より輸入▲CO2が発生▲CO2排出抑制のため「化石燃料の利用削減」が世界の要求▲気候・天候に左右され、発電出力が不安定( 太陽光、風力、水力、 ▲安定電源に向けた総合コストでは、発電コストが割高

地熱、バイオマス )原子力▲景観を害する事例も発生▲水素爆発の可能性、過酷事故が発生すると避難の必要▲放射性廃棄物が発生▲テロの的になり易い▲新規の原発実用化には十数年の期間が必要

各エネルギー源の弱みへの対策

(1/2)

19

化石燃料

● CO2の排出の大きい「石炭」をできるだけ削減し、「他のエネルギー源」天然ガス、水素・アンモニアなどに置き換える● 発電設備の高効率化---超々臨界圧ボイラ（USC）、石炭ガス化複合発電（IGCC）● 回収したCO2のCCUS (Carbon Capture, Usage and Storage )● 安定供給を図るために、政情不安国からの「石油、天然ガス」の輸入に対して輸入国の多様化、「他のエネルギー源」に置き換える

再生可能エネルギー●気候・天候に左右されないようにバックアップ電源と組み合わせる
瞬時に多量の電源を確保するためには、CO2の排出はあるが応答の良い火力発電も利用●コスト削減に向けての研究・開発を進める
例 フレキシブルソーラパネル [ペロブスカイト太陽電池] など

各エネルギー源の弱みへの対策

(2/2)

原子力
●新規制基準よる厳しい規制の遵守による安全性の担保●放射性廃棄物への対策
安全に処理・処分できる方法については検討済、地層処分場の科学的特性マップ完了
原子力発電所などで発生する低レベル放射性廃棄物のピット処分場は青森県六ケ所村で操業中同上トレンチ処分場、中深度処分場、および研究施設等廃棄物処分場は未整備
原子力発電環境整備機構 (NUMO) による高レベル放射性廃棄物の最終処分場確保に向けた活動●廃炉に向けたロボット開発●新規制基準によるテロへの対策●新規制基準に合格した既設原子力発電所の再稼働●新規の原子力発電実用化へ、国からの支援による研究開発と広報●水素製造用高温ガス炉の実証炉開発●CO2の排出が多い熱利用へ原子力の適用の検討

20

補足資料

21

① 各エネルギー源の強み --------------------------------------------------------- 22② 再生可能エネルギーの強みと弱み (課題) ------ 変動型 ------------------------ 23③ 再生可能エネルギーの強みと弱み (課題) ------ 安定型 ------------------------ 24④ 2030年の再生可能エネルギーの導入目標 ------------------------------------------ 25⑤ 原子力発電所の新規制基準 ---------------------------------------------------- 26⑥ 日本の2030年度のエネルギー供給と電源構成 (2019年度との比較) ------------ 27⑦ 2050年カーボンニュートラルへのイメージ ------------------------------------ 28⑧ カーボンニュートラルを表明した国・地域 (1/2) (2/2) ----------------------- 29⑨ 主要国の一次エネルギー構成 (2022年) -------------------------------------- 31⑩ 主要国の一次エネルギー自給率比較 (2020年) --------------------------------- 32⑪ 主要国のエネルギー輸入依存度 (2020年) ------------------------------------- 33⑫ 主要国と比較した日本が置かれている状況 ------------------------------------- 34⑬ 2050年に向けたエネルギー技術まとめ ----------------------------------------- 35⑭ 2070年までの世界のCO2排出削減貢献量 ------------------------------------------- 36⑮ ウクライナ問題によるエネルギーの高騰 (1/2) (2/2) ------------------------------- 37⑯ 地層処分場の科学的特性マップ------------------------------------------------------- 39

①22

各エネルギー源の強み

強化石燃料( 石油、石炭、天然ガス )再生可能エネルギーみ( メリット )・大量で安定的な電力供給ができる
・需要に合わせて発電量を調整できる・需要地に近い場所での建設も可能
・資源は枯渇することなく、国内で確保できる・CO2を排出しない( 太陽光、風力、水力、・小規模の設置がしやすい
地熱、バイオマス )原子力・大量で安定的な電力供給ができる
・燃料は準国産で安定確保でき、又、リサイクルも計画

・CO2を排出しない

②

再生可能エネルギーの強みと弱み (課題) ------ 変動型

強太陽光発電

風力発電

23

み

弱

み --- 課題

・燃料費がかからない▲天候により発電出力が左右される・相対的にメンテナンスが簡易▲一定地域に集中すると、送配電系統の・小規模電源として使用可能電圧上昇につながり、対策に費用が・非常用電源としても利用可能

必要 (出力制御対応機器の設置)・燃料費がかからない▲気候により発電出力が左右される・大規模に開発した場合、コストが▲広い土地の確保が必要

火力、水力並みに抑えられる・風さえあれば、昼夜を問わず発電できる▲偏った風況 : 風況の良い適地が北海道と東北などに集中しているため、広域での連携についても検討が必要

③24

再生可能エネルギーの強みと弱み (課題) ------ 安定型

強み

弱み --- 課

題・安定して長期間の運転が可能、信頼性が高い ▲中小規模タイプは相対的に水力発 ・中小規模タイプは分散型電源としての電ポテンシャルが高く、小水力発電にはコストが高い▲事前の調査に時間を要し、未開発地点が残っている水利権や関係者との調整も必要

・安定して長期間の運転が可能▲開発期間が１０年程度と長く、(昼夜を問わず 24 時間稼働)
地熱発
電・火山国であるので、候補地がある

開発費用も高額▲温泉、公園施設などど開発地域が重なるため地元との調整が必要

バイオ ・資源の有効活用で廃棄物の削減に貢献
マス発
・天候に左右されにくい
電▲原料の安定供給の確保や、原料の収集運搬など管理にコストがかかる④

2030年の再生可能エネルギーの導入目標

25

2030年に再生可能エネルギーの導入を36～38%へ（%）

4035302520151050

再エネ18％
再エネ10％
0.2%
1.6% 0.5%
0.6%
7.1%

2012

0.3%
2.6% 0.7%
6.7%
7.8%
2019

再エネ36～38％
地熱 1%
バイオマス5％
風力5%

太陽光14～16%
水力11％

2030

出典：資源エネルギー庁HP

⑤

福島事故相当の地震、津波などの自然現象に対して、十分に耐えることのできる基準に改正された原子力発電所の新規制基準

26

⑥27

日本の2030年度のエネルギー供給と電源構成 (2019年度との比較)

電源構成
再エネ
36～38%

原子力
20～22%
天然ガス

20%
石炭
19%

石油2%

⑦

2050年カーボンニュートラルへのイメージ

28

脱炭素電源による電化により、CO2の削減を行い、困難な領域については、カーボンの貯留やリサイクルなどの有効利用、即ちCCUSにより、CO2を削減する

⑧-1

カーボンニュートラルを表明した国・地域 (1/2)

29

2019年に英国が初めて「 2050年カーボンニュートラル 」を法制化、その後フランス、ドイツが続き、 翌年2020年には中国、ＥＵ全体、そして日本も「 2050年カーボンニュートラル 」 を宣言した。さらに同様の目標を公約とするバイデン米大統領が2021年1月に誕生し、パリ協定に復帰した。
〇 2050年までのカーボンニュートラル（CN）に向けて取り組む国・地域 ：144
〇 これらの国々 (EU、日本、米国) における世界全体のCO2排出量に占める割合は42.2%（2018年実績）
加えて、中国（28.4%）、ロシア（4.7%）、インドネシア（ 1 . 6 ％ ）、サウジア
ラビア（1.5％）等は2060年まで、インド（6.9％）等は2070年までのCNを表明するなど、 カーボンニュートラル目標を設定する動きが拡大。（これらの国を合わせた世界全体のCO2排出量に占める割合：88.2％）
資源エネルギー庁

日本のエネルギー 2021年度版 「エネルギーの今を知る10の質問」

⑧-2

カーボンニュートラルを表明した国・地域 (2/2)

30

⑨31

主要国の一次エネルギー構成 (2022年)
日本
化石燃料
米国
化石燃料
中国
化石燃料
仏国
化石燃料
独国
化石燃料
世界
化石燃料

85%
81%
82%

54%
77%
82%

主要国でもフランス
以外では、化石燃料への依存が大きい
その他の燃料-----原子力、水力、再エネ

⑩

主要国の一次エネルギー自給率比較 (2020年)

32

⑪33

主要国のエネルギー輸入依存度 (2020年)
日本

89 %

韓国

81 %

イタリア 74 %

ドイツ

65 %

フランス 45 %イギリス 24 %

インド

35 %

米国-6%

中国

20 %

ブラジル

-12 %

カナダ

-83 %

ロシア-89 %⑫34

主要国と比較した日本が置かれている状況

日本は資源に乏しく、国際的なエネルギー連携も難しい2018-04-13
出典
資源エネルギー庁

⑬

35

2050年に向けたエネルギー技術まとめ
主な要素

運輸

脱炭素を軸とした将来
将来

現状

内燃機関・手動運転
金属車体

電動化・自動運転
マルチマテリアル

燃料

化石燃料

電気・水素
バイオ燃料スマート化の進展

CCUS・水素還元
更なるスマート化

プロセス(3.1億トン)

熱源

石油・ガス・電気

非化石エネルギー原料

民生(1.2億トン)機器のIoT化
M2M制御

機器

高効率機器

火力

石油・石炭・天然ガス

CCUS・水素発電等

原子力

第３世代＋原子炉

次世代原子炉

再エネ

導入制約

蓄電×系統革新（導入コスト、調整電源コスト・系統等）
メタネーションとは、水素とCO2から都市ガス原料の主成分であるメタンを合成すること※（）内は2015年度の排出量

ン・
メ
タ
ネション）

(5.1億トン)

電気・水素等

サ
プ
ラ
イ
チ
ェ

ー

電力

シ
ョ
ン

素ー

化石エネルギー原料

ー

製品

イノ
ベ

水（車体・システム(2.1億トン)産業

低炭素を軸とした現状

メタネーション :水素とCO2から都市ガス原料の主成分であるメタンを合成する
こと

⑭

2070年までの世界のC02排出削減貢献量

36

⑮-1

ウクライナ問題によるエネルギーの高騰

37

(1/2)

ロシアのウクライナ侵攻が世界の電気代高騰に拍車ウクライナ危機を受けてエネルギーの需給が逼迫した。
ロシアへの経済制裁で、欧州ではパイプラインを通じたロシア産の天然ガスの供給が細り、代替する他国の液化天然ガス（LNG）の価格が上昇した。
日本が欧州より低水準だった要因について、価格を維持しやすい長期契約を中心にLNGを調達していた。

ドイツ
日本

日独 家庭電気料金の比較
円/kWh
2021年
2022年
2023年
42
53
67
28
3435
(出典) 資源エネルギー庁

⑮-2

ウクライナ問題によるエネルギーの高騰(2/2)

主要国におけるロシア産・原油・天然ガス・石炭の依存率（2020年）

38

⑯

地層処分場の科学的特性マップ

39

おわりに

2050年
私たちシニアは、亡くなっていておりません。
君たちやその子供たちの時代です。

そのころに君たちが温暖化を抑制し、住みよい環境になっていることを願っています。

私たちの世代が、残したレガシーかもしれませんがよき環境づくりのために今から、君たちも真剣に考えて頂ければと願っています。

ご清聴ありがとうございました

40人工光合成 (1/2)

41

人工光合成の3つのプロセス(1) 太陽光と光触媒を使って、水を水素と酸素に分解(2) 分離膜を使って、発生した水素と酸素の混合気体から水素を分離(3) 触媒技術を使って、水素と二酸化炭素を反応させてオレフィンを製造
オレフィンとは、エチレン・プロピレン・プタジエンなどの高分子化合物を総称する「不飽和炭化水素」のことで、炭素と水素の化合物なので、熱却しても塩化水素ガスなどの有害なガスなどが発症しません。 代表的なものはPP（ポリプロピレン）、PE（ポリエチレン）などです。

人工光合成 (2/2)

カーボンニュートラル実現に向け、石油資源からの原料転換をはかり、二酸化炭素を用いたプラスチック製造技術開発を推進

42

ペロブスカイト太陽電池
ペロブスカイトと呼ばれる結晶構造を持つ化合物を用いる「ペロブスカイト太陽電池」
光のエネルギーが当たると、電子（－）と正孔（＋）*1が発生し、それらが移動することで電気を生み出す

特徴 : 塗布や印刷技術で量産でき、ゆがみに強く軽い
ペロブスカイトの結晶構造を作る化学物質の組み合わせや構成比は数百種類におよぶ

43

カーボンリサイクル
カーボンリサイクル:
CO2を資源として捉え、これを分離・回収し、鉱物化によりコンクリート等、人工光合成等により化学品、メタネーション等により燃料へ再利用

44

ＣＣＵＳ

EOR：原油増進回収技術

45

日本が輸入する化石燃料の相手国別比率

お46

エネルギー資源の確認可採埋蔵量

お47

各種電源別のライフサイクルCO2排出量

お48原子力発電所一年間分と同じ発電量を得るために必要な面積

お49

50