特集

特集

カーボンニュートラルの理念と建築分野における取組み

カーボンニュートラルの理念と建築分野における取組み

カーボンニュートラル達成のための建築分野の課題
大阪大学

大学院工学研究科教授

下田吉之

温上昇を2℃以内に抑制することとされており、

１ カーボンニュートラルへの動き

IPCCの第5次報告書では気温上昇をそれ以下に抑制することは困難とされてきた。２℃目標では2021年10月、2030年度の温室効果ガス排出量を2050年の世界全体での排出量を現状からおよそ半2013年度比46％減とする「地球温暖化対策計画」、減することが求められる。しかしながら、2015年2050年の温室効果ガス排出量を実質ゼロとするにパリで開催されたCOP21においては、気温上「パリ協定に基づく成長戦略としての長期戦略」、昇を1.5℃以下に抑える努力をすることとされ、温室効果ガス排出の大部分を占めるエネルギー需それに応えて2018年に発表されたIPCCの1.5℃特給の将来計画を定める「エネルギー基本計画」の別報告書では、気温上昇を1.5℃以下に抑えるた改定が閣議決定された。

めの温室効果ガス排出経路として、概ね2050年に2010年代前半までに世界の温暖化対策の目指す正味の温室効果ガス排出量がゼロとなる経路が示べき目標は「2℃目標」、即ち産業革命以来の気された。現在先進国ではこれにあわせて2050年

表１

2030年度の温室効果ガス排出量を2013年度比46％減とする「地球温暖化対策計画」

出典：地球温暖化対策推進本部（第47回）資料１－１

地球温暖化対策計画（案）の概要より

建築コスト研究No.1152022.1

5

特集

カーボンニュートラルの理念と建築分野における取組みカーボンニュートラルを宣言している。

現在、日本の電力供給の中で再生可能エネル

2016年に策定された地球温暖化対策計画では、ギーの比率は水力も含めておよそ20％である。

各部門の省エネルギーや電源構成の変化につい2050年カーボンニュートラルのためには、これをて、困難ではあるものの、概ね実現可能な対策を原子力や水素などのカーボンニュートラル電源を積み上げ、言わば「実現可能な目標」として2030含めてほぼ100％にまで高めなければならないが、年度に2013年度比26％という目標を設定してい日本における再生可能エネルギーの主力である太た。今回の2050年カーボンニュートラル及び2030

陽光発電は既に国土面積当たりの普及量が世界一

年度46％削減の目標は、気温上昇を1.5℃に抑えとなっており、風力など他の再生可能エネルギーるために必要な、「達成しなければならない目標」

を拡大したとしても，今後数倍の発電量を確保すとして設定されたものであり、その性格が大きくることは困難であると言わざるを得ない。しか異なる。

し、もし電力需要を半分にできれば、現在の再生この動きの中で、建築分野は今後どのような対可能電源量でも比率は40％となり、電源量を倍に策を取るべきであろうか。よく「非連続なイノすることができれば80％にまで大きくなる。このベーション」による温室効果ガスの削減というこように、大胆な省エネルギーと、カーボンフリーとが言われるが、建築は寿命が長く、おそらくエネルギーの拡大の両面から攻めていくことが、2050年の風景の半分程度は既にできており、すべカーボンニュートラル達成のための鍵であると考てのストックを2050年までに更新することができえている。

ない。これは今後出現するイノベーションの成果

なお、電力システムでは「同時同量の原則」がを2050年までに十分反映することができないことあり、瞬時において需要と供給が釣り合わなけれを意味し、自動車や家電・情報機器等と大きく異ば周波数が規定から外れ、大規模な停電を招く恐なる建築分野の特性である。

れがある。これまでは、建築を始めとする需要側以下に、建築分野を含んだ今後期待される様々な取組みについて述べていく。

が勝手気ままに電力消費量を変動させても、地域全体の需要変動はそれほど急激なものにならない
こと、供給側が大型水力、大型火力、原子力など

２ 脱炭素社会達成の定義

周波数に合わせて一定の速度で回転する発電機を主体に運用されていることにより、需要変動に対脱炭素社会というと、再生可能エネルギーや原してきめ細やかに供給を調整できる機構が準備さ

子力、グリーン／ブルー水素などCO2 フリーのれており、大規模災害時のような状況以外では周エネルギーによってすべてのエネルギー供給が行波数の変動が問題になることはなかった。

われる社会を想像する人が多い。しかし、いかな

しかし、太陽光や風力など出力をコントロールるエネルギー供給源であってもコストや環境影できない変動性再生可能エネルギーが大幅に普及

響、安全性等の制約があり、無尽蔵に利用できるした将来においては、主としてこの変動の調節にわけではない。本来は同時にエネルギー需要の削対応してきた大型火力発電所が相対的にシェアを減努力を行って、下げていることもあり、同時同量のバランスを保CO2フリーエネルギー＝エネルギー需要1)つことが極めて難しくなる。このため、電池・揚水発電所・水素等の新たな電力貯蔵システムが必となる状態をカーボンニュートラルと定義すべき要となるとともに、需要側においても電力供給側である。の調整要請に応じて需要の大きさをフレキシブル

6

建築コスト研究No.1152022.1

特集

カーボンニュートラルの理念と建築分野における取組みに調整（デマンドレスポンスと呼ぶ）できるようにする必要があり、脱炭素社会における一つの技術的課題となっている。

３ 再生可能エネルギーの普及と建築
風況に恵まれた欧州とは異なり、気候・地形の条件から日本における再生可能エネルギー活用は当面太陽光発電を中心に普及すると考えられる。
太陽電池の設置方法として大きく分けてメガソー

写真１

 積世界最大のフィルム型ペロブスカイト太面
陽電池モジュール
出典：新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）

ラーのような地上に大規模に設置されるものと、建物の屋根に設置するものがあるが、大規模な架所にも設置が可能なペロブスカイト太陽電池が日台や電力設備が不要なこと、地上設置型は他の発本発の新しいタイプとして登場するなど、今後の電所と同様にkWh当たり10円を大きく下回る発更なる普及が期待される。

電コストが要求されるのに対し、建物に組み込まところで、太陽光発電が普及すると、晴天の休れた太陽光発電では少なくとも自家消費した場

日には昼間に太陽光発電以外の大型発電装置への合、建物に供給されている電力の価格15円～ 25負荷が下がる。このとき、発電量を調整できない円/kWh程度と同様な価値を持つことから、今後原子力発電所等以外の発電所をすべて停止させても屋根置き型太陽光発電が増加していくと考えらも電力が余る場合は、蓄電池や揚水発電所等を稼れる。

働させて電力を貯蔵するか、それでも余る場合に現在では、初期費用を負担しなくても屋根に事は太陽光発電の発電量を抑制しなければならな業者が設置した太陽光発電の電力を購入することい。一方で、夕方には太陽光発電の低下と家庭にで太陽光発電の導入が容易となるPPA（Powerおける電力需要増加が同時に起こることで大型発Purchase Agreement）事業のような新しいビジ電装置への電力需要が急上昇する。朝から夕方にネスモデルの登場や、フレキシブルで軽量なためかけての電力需要の変化がアヒルの形に似ている

これまで荷重の問題などで設置が困難であった場

ことからこの現象を「ダックカーブ」と呼んでい

夜：PV発電減と家庭需要増による系統需要の押し上げ
昼：PV発電による系統需要の押し下げ

3時間で12百万kW
PV発電：Photovoltaic（太陽光発電）

図１

ダックカーブ現象

出典：CAISO

建築コスト研究No.1152022.1

7

特集

カーボンニュートラルの理念と建築分野における取組みる。既に太陽光発電の普及が進むカリフォルニア

ネルギーを追求するシナリオである。これは情報

では夕方の3時間で1,200万kW（大型の発電所化（デジタル化、テレワークなど）、シェアリンがおよそ1ユニット100万kWなので12ユニットグエコノミー、電化等によって大胆な省エネル分に相当）の急激な電力需要の上昇が起こるようギーを実現するシナリオである。その詳細は論になり、2020年8月にはそれを賄う火力発電所の文3） に譲るが、一つ紹介しておきたいキーワー

故障により計画停電に至っている。日本でも九州

ドが「機能統合」である。現在のスマートフォンなど太陽光発電が普及した地域で同様のダック

はかつての電話機、カメラ、目覚まし時計、テレカーブが形成されつつあり、建築など需要側ではビ、ラジオなどの機能が集約されており、これら可能な限りこの夕方の電力需要増を緩和する対の機器を個々に使用するよりも動作時、待機時、策、即ち①昼間の余剰電力のヒートポンプ給湯器

更には製造時の排出を含めたライフサイクルのエ等による自己消費、②デマンドレスポンスによるネルギー消費・温室効果ガス排出量を大幅に削減

夕方の需要急上昇の緩和、③蓄電・蓄熱（海外でさせている。建設時のエネルギー消費が特に大きは躯体蓄熱も検討されている）を検討する必要がい住宅・建築においても、多様な空間機能を集約ある。また、季節的には冬期に暖房の電化進展とすることでライフサイクルCO2 を削減すること日射不足による電力需給逼迫が予想され、建築側は今後検討すべき課題であると思われる。既にコではバイオマスや太陽熱の利用によってこのロナ禍で一般的になったテレワークは、住宅の機ギャップを緩和することも必要になるだろう。

能の中にオフィスの機能を統合する試みであるとも言える。

４ 建築の省エネルギー

筆者らは、ボトムアップシミュレーションによる日本の民生部門のエネルギー消費／温室効果ガ

前述のように、エネルギー消費の削減はCO2

ス排出の将来予測を研究している4） が、これまフリーエネルギーの拡大とともに脱炭素社会実現での検討から家庭部門、業務部門いずれも2050年に重要な課題である。IPCCの1.5℃特別報告書の頃には現在利用可能な技術を最大限普及させるこ

2）

では、気温上昇を1.5℃以とでエネルギー消費を現在の半分程度に抑制する内に抑えることができるとする四つの代表的なシことは可能との見通しを得ている。これら技術、ナリオを示しているが、うち三つはBECCS（Bio

特にエネルギー需要の大きなシェアを占める冷暖

Energy with Carbon Capture and Storage） 即房に関係する高性能な建築外皮の早期の普及が望

ちバイオ燃料を大量に栽培して大気中のCO2 をまれる。

政策決定者向け要約

固定し、その燃焼により生じるCO2をCCS技術で地中に貯留することで実質的に大気のCO2 を取り除く、いわゆるネガティブエミッション技術に５ 電気自動車の普及と建築頼ったシナリオである。しかし、そのように大規日本で消費されている化石燃料のうち、石炭と模にバイオ燃料作物を食糧供給とのコンフリクト

天然ガスは過半が電源として利用されており、再を起こさずに栽培できるのか、CCSをこれほど大生可能エネルギー等の増加によりそれらへの依存規模に実施可能なのか等、その実現には大きな課度を減らしていくことができるが、石油は過半が題がある。

輸送用燃料として利用されているので、その削減

一方、残りの一つのシナリオはLow Energyのためには自動車などモビリティの電動化が必要Demand（LED）シナリオという、徹底した省エとなる。電気自動車の特徴は充電時間が長いこと

8

建築コスト研究No.1152022.1

特集

カーボンニュートラルの理念と建築分野における取組み

で、40kWhの電池を搭載した車において普通充として、①調理など高温の加熱、②電化が進むと電（200V、3kW）で満充電に16時間、急速充電

住宅・建築分野からの電力需要のピークは現在の（3相200V、50kW）で80％充電に40分程度を要

夏から冬へ移行することが予想されるが、冬は太する。したがって、ガソリン車のように急速充電

陽光発電や風力発電からの電力供給が天候の関係スタンドに出向いて給電することは、時間の関係で不足する可能性があり、その不足をカバーするから現実的ではなく、自宅で昼夜の駐車時に充電ピークカット効果、③災害時など電力供給が途絶するか、通勤先や出先で昼間に充電することが一した場合のバックアップの３点があり、化石燃料般的になる可能性が高い。いずれの場合でも建築利用を水素利用やバイオマス燃料に転換する手段のエネルギーシステムに電気自動車が加わることもある。水素をカーボンニュートラルな形で製造になる。集合住宅の駐車場などではどのような充する方法として、再生可能エネルギー由来の電力電メニューを提供するのがよいか、今後検討が必より製造する（グリーン水素）のほか、化石燃料要であろう。

から水素を製造し、その際発生するCO2をCCSに自宅で充電する場合、平均的な住宅のピーク電より地中へ貯留する（ブルー水素）方法があり、力が1kW程度であるところに3kWの負荷の増実用化への実証実験が進んでいる。また、水素の加は、それがある程度普及すると配電システムへ建築への供給方法として、水素をそのまま供給すの影響を考えなければならない。また、「5月のるだけでなく、CO2と合成して現在の都市ガスと晴れた休日に遠出して帰宅後充電」すると前述の同じメタンとして従来と同じように利用できるよ

ダックカーブを更に急峻にしてしまうことになうにする手法についても開発が進められている。

る。そこで、充電時間を系統の負荷に応じて調整するスマート充電や、太陽光発電の電力が余剰になりがちな昼間に出先（勤め先や商業施設など）

７ 電力システムと協調する建築での充電を誘導する仕組みなどが必要になる。後

ここまで見てきたように、これからの建築には者の場合には1台50kW規模の負荷がぶら下がるエネルギー消費者としてその消費量を削減するだことになるので、今後の電気設備の設計においてけでなく、今後再生可能エネルギー電源の拡大に留意点となるだろう。一方で電気自動車には災害よって生じる電力需給の不安定化を積極的に緩和時・停電時において電気自動車から建物への電力する役割が求められる。2021年5月には、米国エ供給に使用できるメリットもあることも忘れてはネルギー省から『A National Roadmap for Grid

ならない。

Interactive Efficient Building』5）が刊行されている。この中で、Grid Interactive Efficient Building

６ 建物自体のエネルギーの選択（GEBs）とは、「分散型エネルギー資源の積極的使用に特徴づけられる、スマート技術を用いて電自動車の場合と同様、建物の使用するエネル力グリッドへのサービスと居住者のニーズ、コスギーもカーボンニュートラルなエネルギーに転換

トを最適化する、エネルギー効率の高いビル」していく必要がある。と定義されている。即ち、電池、電気自動車、太電化には、既に電力に再生可能エネルギーや原陽光、燃料電池など分散発電システムを活用し、子力などカーボンフリー電源のオプションが存在電力システムの要求と、居住者に対するサービスすることから、カリフォルニアでは電化政策が進の要求の両者を両立させる最適制御をビル、ビルめられている。一方で、燃料ならではのサービス群を対象に実行するシステムと考えられ、今後の建築コスト研究

No.1152022.19

特集

カーボンニュートラルの理念と建築分野における取組みスマートビルの目標となるコンセプトである。

や中小事業者の参画が必須であり、「明るく豊かなカーボンニュートラル社会」の姿を提示するこ

８ エネルギー以外の課題
建築分野におけるエネルギー以外の温室効果ガ
ス排出抑制の課題として、以下の２点がある。とがそのために必要なこと等が理由である。
既に海外ではカーボンニュートラルのまちづくりの実験が進み、日本でも「脱炭素先行地域」の構想が進んでいる。ここでの日本の課題は、要素一つは木材の利用である。日本の森林は現在全を組み合わせて大きなシナジー効果を産み出すシ体として成熟した状況にあり、CO2 の吸収量がステム化力と、単に温室効果ガスを排出しないと2013年から2030年で減少すると言われている。こいうだけでなく、景観のよさ、快適さ、SDGs全れを食い止めるためには木材利用を促進し、伐採体の課題に配慮できるデザイン力であると考えてした後にエリートツリーと言われる成長が早くいる。

CO2 吸収能力の高い樹木を植樹することが必要であり、木造建築の普及拡大はその効果が大きい。
もう一つはエアコンの使用にかかるフロンの問題である。エアコン使用時におけるフロンの漏洩防止は地球温暖化対策計画で挙げられている対策の中でも現在その進捗が遅れている分野であり、ネットワーク等を用いて運転状態を監視して漏洩検知を行うことは同時にエネルギー管理の面でもメリットが期待できる。もちろん温室効果の少ない冷媒を開発することも重要な課題である。

９ まちの重要性
以下は筆者の私見となるが、このように見てくると、日本で今後重要となってくるのは建築単体でなく街区・まちの単位となるのではないかと考え て い る。 こ れ か ら 世 界 中 で 始 ま る カ ー ボ ン
ニュートラル社会への転換の競争において、日本が世界に対して貢献でき、産業を伸ばしていく可能性の高い分野の一つとして、建築・住宅・家電・設備・自動車などその要素技術において世界をリードしているまちづくりの分野があること、また前述のような電力グリッドに貢献できる建築の技術は、VPP（仮想発電所）と言われるように多数の住宅・建築から構成される大きな単位にまとめることでその効果が発揮されること、今後カー
ボンニュートラル社会への移行ではすべての国民10

建築コスト研究No.1152022.1（参考文献）
１） Shimoda et al（2020）, Energy demand science for adecarbonized society in the context of the residential sector,
Renewable and Sustainable Energy Reviews.vol, 131, 110051
２）『IPCC1.5℃特別報告書』政策決定者向け要約（2018）3） Grubler et al（2018）, A low energy demand scenario formeeting the 1.5 ℃ target and sustainable development goals
without negative emission technologies, Nature Energy, vol.
3, Issue 3, pp. 515-527
4） Shimoda et. al.（2021）Evaluating decarbonization scenariosand energy management requirement for the residential
sector in Japan through bottom-up simulations of energy
end-use demand in 2050, Applied Energy, 117510
5） US-DOE（2021）A National Roadmap for Grid-Interactive
Efficient Buildings
https : //gebroadmap.lbl.gov/