Proceedings of the 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
August 29 - September 1, 2023, Funabashi

PASJ2023 WEOA14ILC における持続可能なエネルギーマネジメントに関する研究
STUDY ON SUSTAINABLE ENERGY MANAGEMENT SYSTEM FOR
THE ILC, PART-III
吉岡正和#, A), 狩野徹 B), 成田晋也 A) , 大平尚 C), 平井貞義 D), 上田理絵 E), 川端康夫 F), 澤井淳司 G)
Masakazu Yoshioka#, A), Tohru Kano B), Shinya Narita A), Hisashi Odaira C), Sadayoshi HiraiD), Rie UedaE),
Yasuo Kawabata F), Junji Sawai G)A)
B)
Iwate University, Iwate Prefectural University, Saku University, C) Iwate prefectural Office,D)
NTT Facilities, Inc., Customer Solution Headquarters, E) NTT Urban Solutions, Inc.,F)TOBISHIMA CORPORATION, G) SUMITOMO MITSUI CONSTRUCTION CO., LTD.

Abstract

This paper is part 3 of the paper submitted to the 2020 and 2022 Annual Meeting of the Particle Accelerator Society ofJapan. Accelerators are large electric power-loading facilities, and consideration of sustainability during their life cycle,
from construction to operation and even decommissioning, is a prerequisite for a research facility to be accepted by society.
This is an international consensus and is especially important when trying to attract international projects such as the ILC
to Japan. Japan's factor of greenhouse gas emissions per kWh is high compared to Europe and the United States. TheJapanese government, however, is in line with other countries in setting a goal of achieving carbon neutrality by 2050,
and a scenario for the ILC should be drawn up in line with this goal. The government's policy is to offset emissions andabsorption by increasing green carbon and blue carbon absorption, in addition to reducing CO2 emissions through energy
saving efforts and increasing sustainable energy sources. However, it is essential to obtain the cooperation of thecommunities where the ILC will be located, in order to attempt to increase CO2 absorption. The authors report on thescenario in the role of the region that hosts the ILC candidate site.
能性に関する活動（グリーン ILC）について述べる。
環境省は毎年、日本の各基礎自治体の CO2 排出量を評価し公表している[8]。それによると、ILC候補地のある
現在、地球は自然のサイクル（ミランコビッチ・サイクル）
一関市の2020
年度の値は830キロ㌧である。これは先によって温暖化傾向にあることは事実である。人為的な要因による温暖化を疑問視する研究者もいるが、我々は に求めた 2021 年の CO2 排出係数に基づく ILC に起因自然循環だけでは説明できない急激な変化が起きてい する排出量の 2.47 倍である。ILC 稼働を目指しているると考えているし、2050 年までにカーボンニュートラルを 2030 年代後半には発電の際の排出係数も、一関市にお達成するという目標を掲げた世界や日本の政府の政策 ける排出量も大幅に低下していると予想されるのでこの議論はあくまでも参考程度に留めたい。
も正しいと考える。
Figure 1 は DESY の Benno List 氏から提供された発加速器は電力負荷設備であり、発電の際に CO2 が排電量あたりのCO2 排出量である。図の左側はいわゆる先出される。ILC の場合、ピーク時の電力消費量は約 130進国グループであり、日本と韓国の係数が高いことがわメガワット（陽電子源を電子駆動型にした場合）で、稼働時間にもよるが年間約 7 億キロワット時の電力を消費す かる。ヨーロッパは 2019 年の電源構成比は再生可能エる。日本では 1 kWh あたりの CO2 排出量が毎年、地域の ネルギー35 %、化石燃料 38 %（内訳：天然ガス 20 %、電力会社から報告される[1]。電力は次の 3 つのエネル 石炭 16 %、石油 2 %）、原子力 26 %、その他 2 %となっギー源から生産される： (1）化石燃料、（2）再生可能エ ており[9]、そのため欧州の係数は日本の半分近くとなっネルギー、（3）原子力発電である。例えば、ILC の候補 ている。フランスやスイスなど原子力が多く、北欧は水力、地がある地域では、水力発電を含む再生可能エネル 風力などが多く、それらが国境を越えた電力グリッドで繋ギーの割合は 21 %で、原子力発電はゼロ、その他は化 がっている欧州は島国の日本とは状況が大きく異なる。
石燃料に依存している。その結果、1 kWh あたりの係数 日本は一国で閉じたシナリオを作らなければならない。
CO2 排出量を削減するために私たちは次の 3 つのこと
は 480 グラム（2021 年度）となる。この値は欧米に比べてを実行する必要がある：かなり大きい。この値に ILC の電力消費量をかけると、年1) 加速器、実験施設などの省エネルギー技術をさら間 CO2 排出量は 336 キロトンとなる。に開発すること、我々は東北ＩＬＣ事業推進センター[2]を軸にした活動
2）ILC を可能な限り再生可能エネルギーで運営し、まについて本学会に毎年いくつかの投稿をしている[3-6]。
たILC から排出される熱エネルギーを可能な限り回収す
本論文はパート３である。今年は 5 月に SLAC においてること、およびリニアコライダー国際ワークショップ（LCWS2023）が 4 年
3）ILC が立地する地域と協力して CO2 吸収量を増やぶりに対面で行われた[7]。本論文ではそこでの最新のすことである。このことについて次節で詳述する。
議論も踏まえて、東北 ILC 事業推進センターの持続可

1.

加速器施設からの CO2 排出___________________________________________# Masakazu.yoshioka@kek.jp- 104 -

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Figure 1: CO2 emission factor/kWh by country and region.

Figure 2: Breakdown of biomass on earth [12].
固定する。これをグリーン・カーボンと呼ぶ。また、世界第6 位となる長さをもつ沿岸部の藻場を整備することで CO2の吸収・固定が期待できる。これをブルーカーボンと呼ぶ。
経済産業省のウェブサイトによると[10]、2030 年の目
ここで私たちは 2 つのことを知る必要がある。ひとつは標は再生可能エネルギー36~38 %、原子力 20~22 %、 「炭素がどこに貯蔵されているか」、もうひとつは「炭素を水素・アンモニア 1 %、残りが化石燃料となっている。こ 固定するバイオマスの状況」である。前者についてはの構成比はよく見ると現状の欧州連合のそれに近い。 2022 年 9 月 21 日付の朝日新聞「GLOBE」に興味深い
Figure 1 によれば、2030 年の kWh 当たりの換算係数は 記事があった。世界の温室効果ガス排出量は 520 億 t200 グラム程度で、現在のヨーロッパの水準とほぼ同じで CO 相当であり、一方、炭素は森林に 2 兆トン、土壌に2あるのは当然のことである。しかし、よく見ると 2050 年の 5.5～8.8 兆トン蓄えられ、土壌のうち表土に 3 兆トン蓄積係数はゼロではない。では、2050 年までにカーボン されている。大気中にも表土の蓄積量に匹敵する 3 兆トニュートラルを目指す方針について、これも経済産業省 ン蓄積される。海洋にも大量に蓄積されているが、残念のホームページを見ると[11]、カーボンニュートラルの実 ながら記事にはその情報がなかった。
現に向け CO2 排出量の削減に努めることはもちろんだが、後者に関して Yinon M. Bar-On らによる論文「地球上同時に CO2 吸収量を増やして両者を相殺する戦略であ のバイオマス分布」から、もうひとつ興味深い図を紹介しると解釈した。我々はこの方針は現実的だと判断する。 よう[12]。この論文によると、Fig. 2 に示すように、炭素に日本列島は中緯度に位置し、脊梁山脈があり、大陸と日 換算したバイオマスの総量は 550 ギガ㌧である。内訳は本列島の間には日本海があって水蒸気の供給があり、し 植物が 450 ギガ㌧（81 %）と圧倒的に多い。次いでバクかも偏西風が吹くため、雨や雪がまんべんなく降り、年間 テリア 70 ギガ㌧、菌類 12 ギガ㌧、古細菌 7 ギガ㌧、原
平均降水量は 1,700 mm と世界平均の 2 倍である。農業も天然水だけで行われている。意外なことに、世界には化石水に依存した農業が多い。森林は適切に管理されれば、真に再生可能なエネルギー源となり、CO2 を吸収・

2.

2050 年までのカーボンニュートラル達成に向けた日本政府のシナリオ- 105 -

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Figure 3: Scenarios for achieving carbon neutrality by 2050 in Miyako City, Iwate Prefecture [13].
生生物 4 ギガ㌧と続き、動物はわずかに 2 ギガ㌧に過ぎず、ウイルスの 0.2 ギガ㌧が続く。動物のバイオマスが原生生物の半分であることは驚きである。さらに、動物バイオマスの 50 %は昆虫であるなど、興味深い情報が続くが、本題から外れるので割愛する。Figure 2 に日本列島に限った情報はないが、既述したように温暖な気候と豊富な降雨量により、バイオマス資源は豊富であると推察される。
2050 年までにカーボンニュートラルを達成するという政府の方針に沿ったシナリオの具体例を Fig. 3 に示す。
岩手県宮古市のケースである[13]。Figure 3 の CO2 吸収・固定は、グリーンカーボン（森林）とブルーカーボン（藻類）によるものである。つまり CO2 吸収の役割は植物に頼るべきで、具体的には「ILC は農林水産業と連動すべき」ということである。

3.

農林水産業との連携が鍵となる

3.1 林業との連携
昨年の本論文 Part-II で述べたように、森林が CO2 吸収の切り札の一つであることについて、岩手県一関市を例にとって述べた[4]。結果のみを再録すると、同市の森林が年間に吸収する CO2 は 303.5 キロ㌧である。同市から 2020 年度に排出された CO2 は 830 キロ㌧である。このようにして数値を明確にすることにより、ILC の稼働が期待される 2030 年代後半における①電力当たりの CO2 排出係数低減、②同市の CO2 排出量の削減、および③ILCのさらなる省エネルギー技術進展による省電力化の進展について、それぞれ数値値目標を設定して努力すべきではないだろうか。
3.2 農業第 2 節で述べたようにカーボンが最も高密度で蓄積されているのは表層土であり、そこから CO2 を大気に開放しないような農業（不耕栽培など）を考えていくことが重要であるが、これは ILC や加速器施設のゼロカーボンを目指した活動との接点はなかなか見いだせない。ILC と農業の関連性においては八幡平市における八幡平スマー

トファームの取り組みが挙げられる[14]。
最近の農業においては露地栽培だけでなくハウス栽培が格段に増えていることを身近に感じられるところである。ハウス栽培においては寒冷期のハウス内温度維持のための化石燃料使用が生産コストのかなりの部分を占める。そこで ILC から排出される 100 ℃以下の低品位排熱をハウス農業に活用することを考え、紙上の検討を重ねてきた。次々節で述べる排熱回収技術もその一環である。
八幡平スマートファームにおいては熱源として地熱発電所からの排熱をバジルのハウス栽培に活用する事業をIoT 技術と結び付けて大規模に展開し、事業化に成功している。同社は熱源として地域に特有の未利用熱源の活用を考えており、軽米町における炭化鶏糞や ILC からの排熱についても検討を進めている。我々もその活動に協力しているところである。
3.3 ブルーカーボン
我が国は陸地面積の世界ランキングは 62 位であるが、沿岸部の長さにおいては島嶼国であるために 6 位と上位につけている。また古くから海藻を食料や肥料にする文化がある。日本では 15 年ほど前から、藻場による CO2 吸収がゼロカーボン政策にとって重要ではないかという見方が誕生し、各地で実践が始まっている。これを森林による吸収のグリーン・カーボンに対比して、ブルーカーボンと呼ぶ。この活動は農業と同様に ILC や加速器施設のゼロカーボンを目指した活動との接点は見出しにくいが、知識としては重要であるので、概要を紹介しておく。
最も先進的な活動は岩手県洋野町である。同町は住友商事（株）と連携して、藻場を育成し CO2 吸収・固定によるカーボンクレジットに取り組んでいる[15]。当地の「大野海成段丘」という独特の地形を生かし、沿岸部に人工の潮だまりを形成して藻場の育成を行っている。既に森林による CO2 吸収に劣らない値が期待できるとの結果が出つつある。この分野はまだ新しいので、今後とも注意深く見守っていきたい。
3.4 排熱回収
この活動は岩手大学・産業技術総合研究所・東日本
機電開発、他の産官学連携により 2016 年より開始し、昨- 106 -Proceedings of the 20th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
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年まで本学会で報告してきた[6]。概要を述べると、産業技術総合研究所が開発したハスクレイと呼ぶ蓄熱材を用いて、①水分子の離脱による蓄熱過程と、②吸着による放熱過程を繰り返すことができる。これまでのフィールド試験においては①を温泉熱（50～60 ℃）にて行い、②をイチゴのハウス栽培で行うものである。詳しくは文献に譲るが、大幅に化石燃料の使用量を減らすことができた。
さらには 2021 年度および 2022 年度の仙台市放射光トライアルユース事業の助けを得て、SPring-8 における小角散乱および SAGA-LS におけるイメージング CT により、詳細な蓄放熱メカニズムの研究が進められている。
このようにして着実に事業化のめどは立ちつつあり、また学術的な研究も進んだ。ILC 運転開始が期待される
2030 年代後半までには低品位排熱回収技術は、事業として成立していることが予想される。

4.

まとめと今後の課題

その他にも岩手県内で開催している「勉強会」のメンバーには多くのことを教えて頂いている。特に、（株）近藤設備の近藤真彦氏、（株）キムラの木村明義氏にはグリーン ILC に関するネットワークを築く上でお世話になった。
以上のことに著者一同深く感謝いたします。

参考文献[1] Tohoku

ElectricPowerCo.,Inc.,“FactBook”,

https://www.tohoku-epco.co.jp/ir/report/factbook/[2] Tohoku ILC Project Development Centre: https://tipdc.org/[3] M. Yoshioka et al., “STUDY ON A SUSTAINABLE
ENERGY MANAGEMENT SYSTEM FOR THE ILC”,
Proceedings of the 17th Annual Meeting of ParticleAccelerator Society of Japan, September 2-4, Online, 2020,pp. 410-413.
[4] M. Yoshioka et al., “STUDY ON SUSTAINABLE
ENERGY MANAGEMENT SYSTEM IN ILC”,
Proceedings of the 19th Annual Meeting of ParticleAccelerator Society of Japan, October 18-21, Online(Kyushu University), 2022, pp. 88-91.
[5] H. Adachi et al., “ECONOMIC RIPPLE EFFECT BYUTILIZING LOCAL WOOD IN THE CONSTRUCTION
OF WOODEN DETECTOR PREPARATION BUILDINGFOR THE ILC EXPERIMENT”, Proceedings of the 15th
Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan,August 7-10, Nagoya, 2022, pp. 1243-1247.
[6] G. Mitoya et al., “Study of utilizing waste heat from a largescale accelerator with adsorption thermal storage materials(3) - modification of heat storage and radiation devices -”,Proceedings of the 14th Annual Meeting of Particle
Accelerator Society of Japan, October 18-21, online (KyushuUniversity), 2022, Presentation Slides.
[7] International Workshop on Future Linear Colliders(LCWS2023), 15-19 May 2023, SLAC National Accelerator
Laboratory,

ILC の運用開始は 2030 年代後半と見込まれている。
一方、日本および世界のカーボンニュートラル達成目標が 2050 年であることから、ILC の建設・運営における温室効果ガス排出削減努力は極めて重要である。しかし、
ILC 施設単独でカーボンニュートラルを達成することはほぼ不可能であり、地域社会と連携した CO2 吸収量増加・オフセット対策を検討すべきである。
CO2 吸収量の増加は、地域の農林水産業と連携することで実現可能であり、CO2 排出量と吸収量の両方の数値を可視化し、具体的なアクションプランを策定することが今後の課題である。
なお、LCWS2023 においては加速器施設の運用時のみならず、建設、運用およびデコミッショニングにいたるライフサイクルにおけるカーボンニュートラルを目指すべきであるとの議論が国際的には主流になっている。建設
https://indico.slac.stanford.edu/event/7467/overview
時における CO2 排出量に占める割合は①コンクリート、 [8] Ministry of the Environment, “CO2 emission chart for eachmunicipality”,②鉄材、③建設重機の化石燃料使用なのであるが、今https://www.env.go.jp/policy/local_keikaku/tools/suikei.ht
後はこれらの問題にも取り組んでいきたいと考えている。
ml
幸いにも国内では既にコンクリート製造企業、製鉄産業、 [9] Eurostat web page, https://ec.europa.eu/eurostat
土木建設業などこれらの問題に取り組んでいるので、加 [10] Ministry of Economy, Trade, and Industry, “The Sixth Basic
速器に携わるものとして連携を探っていきたい。
Energy Plan”,
https://www.kankyo-business.jp/news/028931.php

謝辞
本論文は著者以外の多くの方々との共同ワークによるところが大きい。特に、東北 ILC 事業推進センターと先端加速器科学技術推進協議会（AAA）メンバーとの協力は重要であり、今後もこの協力関係を保っていきたい。
一関市の森林に関する解析は、一関市農林部地域林政アドバイザーの菊池宏氏による。
再生可能エネルギーによるハウス農業については八幡平スマートファーム・MOVIMASA の兒玉則浩氏による。
ハスクレイを用いた排熱回収については岩手大学・産業技術総合研究所・岩手県他の共同研究による。特に
東日本機電開発（株）の水戸谷剛氏から情報提供いた
だいた。
林産業については（株）シェルターの安達広幸氏、（株）柴田産業の柴田君也氏、けせんプレカット事業協同組合の泉田十太郎氏はじめ多くに林産業関係者から教えて頂いた。

[11] Ministry of Economy, Trade, and Industry, “Green Growth
Strategies Associated with 2050 Carbon Neutrality”,
https://www.meti.go.jp/policy/energy_environment/global_warming/ggs/index.html[12] Yinon M. Bar-On et al., “The Biomass Distribution onEarth”,
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1711842115[13] Miyako City, Iwate Prefecture, “Miyako City Renewable
Energy Promotion Plan (in Japanese)”,https://www.city.miyako.iwate.jp/energy/r4miyakoshi_rene
wableenergy_promotionplan.html[14] N. Kodama, Private Communications and Hachimantai
Smart Farm, http://smartfarm.co.jp/[15] Sumitomo Corporation, “Developing Blue Economy
Projects by Promoting the Use of a New CO2 Sink
Acquisition of J Blue Credit® for the largest ever amount of
CO2 in Hirono Town, Iwate Prefecture”,- 107 -

https://www.sumitomocorp.com/en/jp/news/topics/2022/
group/20221130