環境問題

運輸部門の脱炭素化―排出ネットゼロ社会に向けた自動車・船舶・航空機における燃料転換について―
株式会社H&Sエナジー・コンサルタンツ パートナー

石丸 美奈
目 次

１．はじめに
２．運輸部門の脱炭素化の現状
３．バイオ燃料とｅフューエル
４．自動車の脱炭素化

５．船舶の脱炭素化
６．航空機の脱炭素化
７．おわりに１．はじめにの産業部門（62億トン）を凌ぐ（図表１）。最先進国の中では遅まきながら、日本政府も大の排出量を占める発電部門での再生可能エ

ようやく本年10月、2050年までに温室効果ガネルギー（再エネ）導入拡大によるCO2削減ス（GHG）排出ネットゼロの目標を掲げた。

は必須であるが、今後は、削減がより難しい

2017年度の日本のCO2排出量（11.9億トン）

輸送や産業部門での脱炭素化がますます重要の部門別内訳は、発電等が41％（4.9億トン）となり、現在、利用可能な技術や今後のイノと最も多く、次いで産業部門25％（2.7億ト

ベーションでCO2を削減していかなければなン）、運輸部門が17％（2.1億トン）と続く。

らない。本稿では、運輸部門での代替燃料と一方、世界では、CO2排出量（328億トン、以して、脱炭素化への貢献が期待されるバイオ下2017年）のうち発電等が41％（136億トン）、燃料とｅフューエルについて、また、自動車、次いで運輸部門が24％（80億トン）と、19％

船舶、航空機における燃料転換の動向につい（図表１）日本と世界の部門別CO 2排出量
5％
発電等

5％

産業
運輸
家庭業務等
その他

17％

3％

7％

発電等
日本
CO2総排出量
11.9億トン2017年度

6％

運輸

41％

産業
民生
サービス
その他

25％

19％

7％

世界
CO2総排出量
328億トン
2017年

41％

24％

（出所）日本は環境省「2017年度（平成29年度）の温室効果ガス排出量（確報値）について」2019年４月16日
https://www.env.go.jp/press/111337.pdf
世界はIEA“CO2 Emission from Fuel Combustion Highlights”2019https://webstore.iea.org/co2-emissions-from-fuel-combustion-2019
を基に作成。

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一般社団法人 JA共済総合研究所（http://www.jkri.or.jp/）環境問題いる（図表２）。乗用車と比較して、重量車やて概観する。

船舶（主に国際船舶）、航空機には大出力と長２．運輸部門の脱炭素化の現状い航続距離が必要とされる。しかし現行のリ

１

チウムイオン電池はガソリンと比べて重量当運輸部門では電気自動車（EV ）の普及や２水素燃料電池車（FCEV ）の実用化によるシたりのエネルギー密度も体積当たりのエネルステム転換（電動化）への努力が進められてギー密度も数十分の一と低い。これを搭載しいるが、現在のところ世界の同部門の最終エようとすると、電池は非常に重くまた大きなネルギー消費に占める再エネ電力の割合はスペースを占めることになり、電動化は困難

３0.3％に過ぎない（2017年） 。EVやFCEVはだ。
開発途上の全固体リチウムイオン電池や、走行中（Tank to Wheel、TTW）のCO2排出さらに革新的な蓄電池 、そして燃料電池を量を０にはできるが、普及がどんなに進んで含む水素関連技術が確立し、コストが十分下も、燃料となる電気や水素が製造される過程

がり、燃料供給の新たなインフラが整うまで、を含めた全体（Well to Wheel、WTW）での乗用車や小型商用車以外では電動化による排ゼロエミッション化が進展しなければ2050年出削減が進まないことになる。

４

目標の達成は難しい。

従って、運輸部門の脱炭素化を進めるには、また、運輸部門のCO2排出量の種別内訳をそれぞれのモビリティの特性や用途に合わせ見てみると、乗用車から排出されるCO2が全た対応が必要だ。化石燃料を使用する内燃機体の半分で最大となっているものの、重量車関（エンジン）や既存の燃料供給インフラ（主（トラック、バス、特殊車両など）からの排に液体燃料）をそのまま、または最小限の変出は３割、船舶や航空機も各々１割を占めて更で使用できる代替燃料の開発・普及促進も、（図表２）世界の運輸部門におけるCO 2排出量の種別内訳と2030年、2050年の将来予測

3％

10％

2％

10％

航空機
普通自動車
重量車
鉄道
船舶

27％

CO2 総排出量95億トン（2014年）

30％

11％

2％

12％

CO2 総排出量114億トン（2030年）

51％

33％

12％

13％

CO2総排出量140億トン（2050年）

45％39％（出所）NEDO「技術戦略研究センターレポート TSC Foresight」Vol.37、2020年７月
https://www.nedo.go.jp/content/100920836.pdf
１ 本稿ではハイブリット車を含む電気自動車全体をEV（Electric Vehicle）と表記する。
２ FCV（Fuel Cell Vehicle）と表記される場合が多いが、本稿では電動車であることを示すためにFCEV（Fuel Cell
Electric Vehicle）と表記する。
３ REN21 “Renewables Global Status Report 2020” June 2020
https://www.ren21.net/reports/global-status-report/
４ 硫化物電池、フッ化物電池、亜鉛負極電池など。

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環境問題

2019年に世界のバイオ燃料生産は前年比部門のシステム転換と同様に不可欠となる。

５％増加して1,610億となり、そのうち70％３．バイオ燃料とｅフューエル（1,140億、前年比２％増）をエタノールが代替燃料にはすでに商用化され広く使用さ占めた。エタノールの半分は米国、３分の１れているバイオ燃料と、今後の実用化や商用はブラジルで生産されており、３位の中国化が期待されるｅフューエルがある。

（0.3％）を大きく引き離している。なお、米【バイオ燃料】

国での年間生産量はこれだけで日本の年間ガ

バイオ燃料は原料となるバイオマス（植物ソリン需要を賄える水準にある。一方、バイ等）が成長する過程でCO2を吸収するため、オディーゼル（470億）は前年比で13％生産燃焼した際に発生するCO2をこれと相殺して量が増え、これまでシェアが１位だった米国カーボンニュートラルと見なすことができ、（14％）をぬいてインドネシア（17％）がト排出削減効果が高い。

ップとなり、３位はブラジル（12％）となっ

代表的なバイオ燃料にはバイオエタノールている。バイオディーゼル中のHVO／HEFA

５（以下、エタノール） とバイオディーゼル生産量（65億）は前年に比べて12％増加しがあり、化石燃料と混合使用される形ですでており、フィンランド、オランダ、シンガポに世界の運輸部門の最終消費エネルギーのールに製造が集中しているが、重量車やジェ６３％を担っている（2017年） 。エタノールはット燃料としての需要増加を見込んでの投資ガソリンの代替となるもので、トウモロコシが増えており、特に米国での製造拡大が計画やサトウキビなどを発酵・蒸留して製造されされている。

７る 。バイオディーゼルは菜種油などの植物バイオ燃料生産に係る大きな問題に食料と油や廃食用油から作られ、その主成分は脂肪の競合、原材料生産にあたっての環境負荷、８酸メチルエステル（FAME）である 。また、土地利用の変更から生じる社会的な影響など近年は、油脂のバイオディーゼル化にあたっがある。第一世代バイオ燃料と称される、食て、石油精製で使われている水素化処理を施用となる植物を原料とするものについては、して製造されるHVO（水素化植物油）や2000年代後半にブームが起こった際、食料価HEFA（水素化されたエステル・脂肪酸）の格の高騰や生態系の破壊などの悪影響が表面生産が伸びている。HVO／HEFAは既存のデ化した 。そのため現在は、非可食である植ィーゼルやジェット燃料と同様の化学構造を物や木質系（セルロース系）廃棄物、微細藻持ち、FAMEのように安定性や低温流動性な類などを原料とした次世代バイオ燃料の技術どの面に問題がない。

開発と実用化・商用化が進められている。

９

５ 燃料として使用されるエタノールは通常、バイオマス由来のため、以下ではエタノールと表記する。
６ REN21 “Renewables Global Status Report 2020” June 2020
https://www.ren21.net/reports/global-status-report/
７ 日本ではエタノールに金属の一部を腐食させる可能性があること、排ガスが光化学スモッグなどの原因になるおそれがあることなどにより、エタノールとイソブテンから合成されるETBE（エチルターシャリーブチルエーテル）がガソリンに混合されている。
８ 原料となる油脂とメタノールを反応させる（メチルエステル化）と、FAMEに変換され副産物としてグリセリンが生成する。このFAMEがバイオディーゼル燃料になる。
９ 2007年頃からの世界的な食料価格高騰をきっかけとなり、各国でライフサイクル全体におけるCO2削減効果や持続可能性を考慮した様々な規制が行われている。

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性も現行の化石燃料と変わらないので、ガソ【ｅフューエル】
バイオ燃料に必要となるカーボンニュート

リンやディーゼル、ガス、軽油などと同じよラルかつ持続可能な原料には限りがあり、将うに内燃機関で使用でき、重量車、船舶、航来的な供給量に課題が残る。そこで長期的に空機などの脱炭素化にも貢献できる（図表10重要となるのがｅフューエル だ。ｅフュー３）。加えてCO2削減が困難な産業部門から発エルとは再エネ電力による水電解でできる水生するカーボンのリサイクルにも役立つ。

素（グリーン水素またはｅ水素）と、鉄鋼、デメリットは高い製造コストで、現在は１セメント、化学工場などの産業プロセスからあたり最大７ユーロ（850円）程度かかる。

排出されるCO2や、大気中から直接回収した合成技術の改良、太陽光や風力など燃料コスCO2（Direct Air Capture、DAC）を原料にトが不要な再エネ電力の大量導入による電気製造する合成燃料（炭素を含まないｅアンモ代の低下、既存施設を利用した生産規模の拡ニアも含む）を意味する。基本構造も基本特大などで2050年には税前で１～３ユーロ／（図表３）
ｅフューエルと各燃料との比較
運輸部門

供給インフラ

貯蔵必要な投資

GHG削減率

化石燃料

全て

既存設備

容易

小ー

電気乗用車・重量車

新規設備

困難

大

高

バイオ燃料

全て（但し供給に制約、需要に上限あり）

既存設備

容易

中

高

ｅフューエル＊

全て

既存設備容易大高＊ ｅフューエルはグリーン水素を含む。

各ｅフューエルの化石燃料代替の可能性
eフューエル

燃料代替の可能性*
乗用車 重量車

気体液体船舶

貯蔵

新規インフラ航空機

eメタン(CH 4 )

△〇

〇

中不要

e水素(H 2 )〇〇△難要eアンモニア(NH 3 )

△

△

◎

容易

要eメタノール(CH 3 OH)

〇△

△

容易不要

eDME/eOME**

△〇〇

容易

要eガソリン△

容易不要

eディーゼル

△

容易不要

容易不要

◎◎eジェット燃料＊◎は可能性大、〇は補助的役割、△役割は小、ブランクはなし＊＊ DME（Dimethyl ether）とOME（Polyoxymethylene dimethylethers）は代表的な合成燃料（出所）Yugo, Marta and Alba Soler“A look into the role of e-fuels in
the transport system in Europe（2030－2050）：literature review”
Concawe Review Vol.28 No.１、October 2019を基に作成。
https://www.concawe.eu/wp-content/uploads/E-fuels-article.pdf
10 Power to X（PTX）、Power to Liquids（PTL）、Power to Gas（PTG）、合成燃料（Synthetic fuels）とも呼ばれる。但し、合成燃料は再エネ水素（グリーン水素）やリサイクルカーボンを利用するものには限られない。

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環境問題（120～360円）程度になると予想されている

比例するため、エンジン効率の改善や車体のが、大規模投資が必要となる。また、WTW軽量化、抵抗の低減といった技術の積み上げベースで比較した場合、BEV（バッテリー電による燃費向上が排出削減につながるが、こ気自動車）のエネルギー効率の方が、エンジれには限界がある。このため欧州や米国カリフン車でｅフューエルを使用したケースよりもォルニア州等の先進地域、中国などは内燃機

11４～６倍高い 。いずれにせよ、大量の再エ関の新車販売を2030～2050年頃までに禁止す

ネ電力による安価な水素の利用が前提条件とるという方向性を示している 。

1512なるため、本格的な普及は当分先になる が、しかし、BEVは重量車には向かず、FCEV

近年は欧州の自動車関連会社でｅフューエルの普及はまだハードルが高い。また供給され開発促進の動きが強まっており、日本の自動る電力の電源構成で再エネの導入が進み、化13

石燃料による発電比率が下がらなければ車会社もこれに追随している 。

BEVであっても大幅な排出削減にはならな

４．自動車の脱炭素化

い。人口増や経済発展により今後、新車販売

自動車は構造によって①内燃機関（ＩＣエ台数が増加するのは主として新興国や発展途ンジン）を備え、ガソリンやディーゼルなど上国であるが、こうした国々では価格が安く、で走行する車（以下、エンジン車）、②エンジインフラも整い、使い勝手のよいエンジン車

ンが主体でこれを電気モーターで補助するハやHEVへの需要が今後も根強い。また、先進

イブリッド車（HEV）、③HEVのバッテリー国に比べて、電源構成では化石燃料による発容量を増加し充電機能を備えたプラグインハ

電比率が高い場合が多いため、BEVの普及がイブリッド車（PHEV）、④100％バッテリー進んでも十分なCO2削減効果が得られない。

で走行するバッテリー電気自動車（BEV）、国際エネルギー機関（IEA）は2030年の世⑤主に水素を燃料とする燃料電池車（FCEV）

界の自動車保有台数に占めるEV（HEVは除に大別される。各国政府の支援でエンジン車

く）の割合を7％～12％強のレンジと予測 しから電気自動車（EV）への転換が進められており、90％以上の車には依然としてエンジているが、2019年の世界の新車販売に占めるンに対応した液体燃料が必要となるので、バEVの割合は2.6％で、保有台数は全体の約イオ燃料やｅフューエルによりこれをカーボ1614１％にすぎない 。

ンニュートラルにしてゆくことはCO2排出量エンジン車のCO2排出量は燃料の消費量に削減への大きな貢献となる。重量車は長期的

11 Yugo, Marta and Alba Solert “A look into the role of e-fuels in the transport system in Europe（2030－2050）：literature review”Concawe Review Vol.28 No.１, October 201912 日本は2030年ごろに30円／Ｎ㎥程度、将来的に20円／Ｎ㎥程度の水素価格実現を目指しており、後者はLNG価格10米ドル／MMBtu（百万Btu）の熱量等価での水素コスト13.3円／Ｎ㎥に環境価値が含まれた水準と想定されている（水素・燃料電池戦略協議会「水素・燃料電池戦略ロードマップ～水素社会実現に向けた産学官のアクションプラン～」2019年３月12日 https://www.meti.go.jp/press/2018/03/20190312001/20190312001-1.pdf)。
13 欧州では先行するAudiに続きポルシェ、ボッシュなど。日本ではトヨタ、日産、ホンダなど。
14 ここでのEVは③のPHEVと④のBEVの合計。IEA“Global EV Outlook 2020：Entering the decade of electricdrive？”June 2020
https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2020
15 但し、内燃機関を持つハイブリッド車（HEV／PHEV）がどのような取り扱いになるのかは必ずしも明確ではない。加州ではすでに2018年からHEVがゼロエミッション車とは見なされなくなっており、英国は禁止対象にHEVを含める意向だが、中国はHEVをBEVへの転換過程と捉え推進する姿勢を示している。
16 IEA“Global EV Outlook 2020：Entering the decade of electric drive？”June 202034

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17にはFCEVへの転換が進むと考えられるが、当年開始 ）、ソフト面では燃費実績報告制度の面はバイオディーゼル燃料の使用が、その後は義務化（2019年から）で、運航データの「見ｅフューエルが有効な排出削減手段となる。

える化」により省エネ運航の促進を図る方策などが導入されている。こうした省エネ技術

５．船舶の脱炭素化や運航効率の改善だけでは今世紀中にGHG
排出ゼロの目標達成が難しい部分を担うのが海運セクターにおけるGHG削減の枠組み代替燃料になる（図表４）。

は内航分野と外航分野に分かれる。内航からの排出は各国での排出量にカウントされ、そ海事関係者は、2050年のIMO目標達成のたれぞれが独自に削減努力を行う。しかし、外めの代替燃料として、現在のエンジン機関が航での排出量は帰属を決定するのが困難なたそのまま使えるアンモニア（NH3）に注目しめ、海事に関する国連の専門機関である国際ている。アンモニアは水素と窒素の化合物で海事機関（IMO）の下で対策が進められてい水素同様カーボンフリー燃料であるが、水素る。IMOでは2018年に、GHG排出に関して、よりも液体貯蔵し易い 。長年、肥料として2030年までに海運全体の燃費効率を40％以上、生産されており、国際的に流通している。コ

2050年には70％改善するとともに、2050年にスト面から原料には天然ガスを用いるのが一は総排出量を50％削減し（いずれも2008年比）

般的だが、今後は製造のプロセスで排出され21 世 紀 中 の な る べ く 早 い 時 期 に 排 出 ゼ ロ

るCO2を回収・貯留（CCS）するブルーアン（phase out）を目指すことで合意している。

モニアや、再エネ由来の水素によるｅアンモ1819

ハード面では新造船の燃費規制強化（2013

ニアの利用が考えられる 。

（図表４）国際海事機関（I MO）のゼロエミッション目標達成に向けたシナリオ（出所）国際海運GHGゼロエミッションプロジェクト「国際海運のゼロエミッションに向けたロードマップ」2020年３月を加工。
https://www.mlit.go.jp/maritime/GHG_roadmap.html
17 2013年に１トンの貨物を１マイル輸送する際に新造船が排出したCO2の量を基準値として、ここからの削減を段階的に強化するEEDI規制が導入されている。
18 －253℃を保つ必要のある液化水素に比べて－33℃の常圧下で液化し、8.5気圧に加圧すれば常温でも液体なので扱い易い。
19 但し、アンモニアには毒性と強い臭気があり、CO2の約300倍の温室効果がある亜酸化窒素（N2O）発生の可能性もあるため、取扱いに注意が必要となる。

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主 的 取 組 （ Carbon

しかし、アンモニアを燃料とする船舶はま
20

SchemeOffsettingforand

だ実用化 されていないため、当面は従来のReduction

International

重油に比べてCO2排出量が少ないLNG（液化Aviation、CORSIA）の導入が合意された。

天然ガス）への燃料転換を進め、すでに実用2021年からはCORSIAの運用が始まる予定

化されているLNG燃料船の技術や供給インで、国際航空便を運航している各社は、燃費フラを使って、中長期的にLNGとほぼ同等に効率の高い航空機導入・運航方法の改善やバ使用することが可能な液化バイオメタン（バイオ燃料の導入、そしてオフセットクレジッイオLNG）や液化合成メタン（eLNG）の使用

トの利用 により、排出量を基準値内に収め222123を拡大してゆくシナリオも想定されている 。

る必要が生じる 。また、国際民間航空の業界

また、こうした今後の不確定要因に対処でき団体である国際航空運送協会（International

るよう、二種類の燃料が使用可能で、新たなAir Transport Association、IATA）は2050

燃料用に必要となる設備が後付けできる、柔年にCO2排出量50％削減（2005年比）の目標

軟な船舶設計も提案されている（図表５）。

を掲げている。

なお、小型のフェリーや観光船など
では既にバッテリー推進船（BEV船）が実用化されている。特にノルウェー（図表５）今後の脱炭素技術・燃料に対応できる柔軟な船舶設計の例

では国内電力の93％が水力発電により供給されていることもあり、フィヨルド観光船や貨客フェリーなどの電動化が進んでいる。

６．航空機の脱炭素化
航空セクターも海運セクターと同様に、国際航空からのGHG排出については国連の専門機関である国際民間航 空 機 関 （ InternationalCivilAviation Organization、ICAO）の下で対策が進められている。ICAOでは燃料効率を年平均２％改善し（2021～50年までの間）、2020年以降は国際航空における総排出量を増加させないことを決定し、2016年には市場メカニズ
ムを活用した地球温暖化に対する自（出所）DNV.GL“Maritime Forecast to 2050：Energy Transition
Outlook 2020”September 2020を基に作成。
https://eto.dnvgl.com/2020/Maritime/forecast

20 実用化は2028年以降と想定されている。
21 国際海運GHGゼロエミッションプロジェクト、2020年
22 CORSIAが適格と認める６つの排出枠発行制度のうち、2016年から５年の間に開始した排出削減プロジェクトからの排出枠を購入することで超過した排出分をオフセット（相殺）する。
23 基準値は各社の2019年のCO2排出量。2021～2026年は国ごとの自主参加、2027～2035年までは小島嶼諸国、後発開発途上国、内陸発展途上国などを除き義務化。

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航空機の場合は電動化が重量車や船舶より（Sustainable Aviation Fuels、SAF） をもさらに難しいのでバイオジェット燃料やｅ量産しているのはフィンランドに本社を置くフューエルの利用が不可避となる。航空機にネステ社と米ワールドエナジー社の２社のみ搭載できるバイオジェット燃料は、世界最大で、IATAによると、2020年のSAF生産見通級 の 民 間 規 格 制 定 機 関 で あ る 米 国 ASTM

しは４万kと世界のジェット燃料需要のわInternationalが定める国際規格ASTM D7566にずか0.015％でしかない。
新型コロナウイルス準拠して製造されたものでなくてはならず、の流行で、世界の航空業界は一時的に旅客事

2020年５月の段階で７つの変換プロセスが認業が９割減になるなど大打撃を受け、また原24

証されているが 、商用段階にあるのは廃食油価格も下落している状況下、バイオジェッ用油や植物油を原料として水素化処理を行う

ト燃料の開発速度が鈍化する可能性もある

HEFA製造プロセス（ASTM D7566のAnnex2）が、圧倒的な需要超過の状況であり、長期的によるものだけである。セルロース系バイオには引き続きSAF生産は拡大すると考えら

25

れる。

マスを原料としてガス化FT合成 を行うプロセス（Annex1）とエタノールなどのアルコー

７．おわりに26ルから製造するプロセス（Annex5） は商用化一歩手前の段階にある。光合成をおこない輸送部門の電動化に不可欠な蓄電池や燃料ながら成長する過程で細胞内に油脂を作り出電池の技術革新と低価格化、新規インフラ整す微細藻類を使ったバイオジェット燃料は、備、そして電力部門の脱炭素化にはまだ長い

日本で2030年に既存のジェット燃料と同等レ時間がかかり、多額の投資も必要になる。一ベル（現在の1,600円／から100～200円／方、ほぼ既存のシステム内で使用できる、カ27）までのコスト低減 を目指しており、ユーボンニュートラルで持続可能な代替燃料

ーグレナ社はミドリムシを原料にAnnex6の、は、電動化が困難なモビリティ・モードの低

ま た IHI 社 は ボ ツ リ オ コ ッ カ ス を 原 料 に

炭素化に寄与し、特に新興国や途上国では今

28

Annex7のプロセス で研究開発を進めてい後も使用され続けると予想されるエンジン車る。

やHEVなどのCO2排出を抑制できる。過渡期

排出規制が目前に迫っていることからバイにあるモビリティのシステム転換を補完する

オジェット燃料への需要は高まっているが、とともに、新ビジネス創出のチャンスを秘め現在、こうした持続可能な航空燃料る次世代燃料の今後に期待がかかる。

24 代替航空燃料の変換プロセスの承認制度であるため、原材料はバイオマス由来ではないものも認められる。
25 Fischer－Tropsch（フィッシャー・トロプシュ）合成では一酸化炭素と水素の混合ガスから触媒反応を通じて液体炭化水素を合成する。石油の代替となり、分留・精製すればガソリン、ケロシン、ディーゼル、潤滑油などが得られる。
26 昨年６月に、全日空は、米ランザテック社が生産するエタノールを原料としたバイオジェット燃料（但し、バイオマス由来ではなく、製鉄所や製油所などからの排ガスを利用して生産したもの）を2021年より購入すると発表している。また今年10月には、Annex2のプロセスで廃食油や動植物性油脂からバイオジェット燃料を製造しているネステ社から購入した7,000k分が羽田空港に到着しており、今後の長期契約について協議することに基本合意している。
27 経済産業省「カーボンリサイクル技術ロードマップ」2019年６月
https://www.meti.go.jp/press/2019/06/20190607002/20190607002-1.pdf
28 Annex7はIHI社が日本法人の申請者として2020年５月に初めて規格を取得したもの。IHI社プレスリリース2020年６月８日
https://www.ihi.co.jp/ihi/all_news/2020/other/2020-6-08/index.html
29 ライフサイクルでCO2の排出量が少ない持続可能な供給源から製造されるジェット燃料。

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