国際海運ゼロエミッション化の経済的技術的問題とその解決⽅策について
第7回海中海底⼯学フォーラム・ZERO
2022年4⽉22⽇
国⽴研究開発法⼈

海洋研究開発機構

⼤和裕幸

1

国際海運ゼロエミ化の問題点• 船の設計が問題でなく、どのような船をいつ頃投⼊してゼロエミを達成するかが問題• 船ではなくて燃料インフラの問題が⼤きい• ゼロエミまでの資⾦対策はESG投資など新しい仕組みが必要• 造船、海運、荷主、燃料、⾦融などのステークホルダーのとりまとめ• ゼロエミ化のためには数値データによる考え⽅とステークホルダーの協調システムが必要

2

国際海運ゼロエミッション化の道筋と未確定な使⽤環境条件
IMOの道筋2008年に⽐して・・・〜2030年：40％以上の燃費性能の向上〜2050年：国際海運からの排出総量50％以上の削減〜2100年：なるべく早い時期に排出量ゼロを達成→2050年までにネットゼロ

不確定な技術とインフラの状況
1. 機関・燃料技術：LNG、アンモニア、⽔素、CCS、FC

いずれも技術的に未完成

2. インフラの整備：燃料転換に伴う燃料価格と港湾バンカーインフラの整備
3. 規制：炭素課⾦などの制度が未定

3

GHG排出量と船の遷移
GHG排出量

GHG排出量の遷移イメージ

2020

2030

2040

2050

4

国際海運に係わるステークホルダーと合意形成
技術・規制情報

国際海運ゼロエミ化はみん
なで解決する社会的問題

IMO

消費者

技術・規制情報サービスと対価

国・⾃治体
港湾整備費
技
術
開

荷主

船級協会

港湾管理者

発
融資

規等

サービスと対価制

サービスと対価情

ステークホルダー間の合意形成の⼿法が必要

サービスと対価

報

燃料製造・販売

製品と対価運航者

出資者
融資

課とサービスと対価⾦

返

⽀済

払

保険会社

船主

炭素税機構

サービスと対価製品と対価

合意形成のための予測資料
が必要

造船所
製品と対価

舶⽤品メーカ機関メーカ

5

講演内容について• 講演者が2022年3⽉31⽇まで在職した⼀般財団法⼈ 次世代環境船舶開発センターでは、2021年度に国際海運ゼロエミ化への「最適解」を求めるために「ソリューション評価システム研究会」を設置して検討した。その成果である。
• 全世界モデルの検討：世界中のバルクキャリア10000隻余についてシミュレータを構築して、ゼロエミ化への道筋を検討した。
• 特定航路モデルの検討：⽇本⻄豪州間の鉄鉱⽯輸送船について課題を設定しプロジェクト計画⼿法について検討した。
• プロジェクト計画を⾏うオープンイノベーションシステムを構築し、ESG⼿法への展望を得た。
• オープンイノベーション型ビジネスモデルの提案と試作システムについて⽰し、提案する。
6

全世界モデルの検討
出典
2021年12⽉3⽇ ⽇本海洋政策学会「国際海運ゼロエミッション達成のための環境・技術・経済のシミュレータによる評価」
海上・港湾・航空技術研究所

海上技術安全研究所

和中真之介

東京⼤学⼤学院新領域創成科学研究科

稗⽅和夫

東京⼤学名誉教授

⼤和裕幸
7

シミュレータ：SDモデル

Vi = Vi-1 + Bi-1 - Si-1
Vi : i年の船腹量 ＝ i年の船腹需要→ given→ 需要予測からバラスト航海⽐率で必要船腹量を求める。
Bi : i年の新造船腹量→→ 各サイズへの分配は過去5年間の船腹量⽐率による。
Si : i年の解撤量→ 「CIIによる解撤」と「実績データによる解撤」、「船齢」で解撤される
8

シミュレータ：アーキテクチャ
造船所のシミュレータ

アウトプットフリート全体での製品ラインナップ
運航

船腹量• 船団構成の時系列・推移•

重油（HFO）燃料船• GHG排出量 (ton)•

LNG燃料船• 運航コスト(OPEX)•

アンモニア（NH3）燃料船

船社意思決定新造・解撤• 導⼊コスト(CAPEX)• 必要運賃(USD/ton-mile)

外部環境・シナリオ
輸送需要予測燃料価格予測規制動向(CII, 炭素課⾦)ポセイドン原則

9例題：世界のバルクキャリア10279隻のゼロエミ化
LNG燃料船がない場合

重油燃料船→アンモニア燃料船

LNG燃料船がある場合

重油燃料船→LNG燃料船→アンモニア燃料船

p 船腹量、コスト、環境負荷等の⽐較を通じて最適な戦略を考える。
p 炭素課⾦の影響も検討する。

10例題：船腹量と船団構成の推移
3.03.0NH32.5HFO

2.0
船腹量

1.51.0NH3LNG
HFO

1.51.00.50.50.0

n LNG燃料船がない場合

n LNG燃料船がある場合•••

重油燃料船の使⽤期間が⻑いアンモニア燃料船の導⼊時期が早まる→インフラ整備の時期が早くなる※グラフの縦軸は、初期の船腹量を1として表⽰•575420512048204520422039203620332030202720212420202018575420512048204520422039203620332030202720242021202020180.020

船腹量

2.0LNG

2.5

2040年頃の建造需要が過多→国際海運の破綻？
→どのような投資をするか
2042年にゼロエミによる差別化は終わりコスト競争の時代になる
11例題：燃料コスト（排出総量）
⾚: LNG燃料船あり
⻘: LNG燃料船なし
3.53燃料コスト

2.5n LNG燃料船がない場合、ある場合に⽐べてコスト増→燃料価格に依存するので、バンカー価格などに注意→バンカー拠点整備が課題

21.510.520120 8220 0220 2220 4220 6220 8320 0320 2320 4320 6320 8420 0420 2420 4420 6420 8520 0520 2520 4520 6580Year※グラフの縦軸は、初期の燃料コストを1として表⽰
12例題：コストの⽐較
n LNG燃料船がない場合

n LNG燃料船がある場合

3.03.0CAPEXCAPEX205820562054205220502048204620442042204020382036203420322030201820582056205420522050204820462044204220402038203620342032203020280.020260.020240.520220.52028

1.02026

1.01.52022

1.52.020
20

合計コスト(USD)

2.02020

OPEX

2.52024OPEX

2018

合計コスト(USD)

2.5n OPEXは燃料費のみ
n LNG燃料船を使⽤するとOPEXは節約できるが、リプレイス量が増えるため、2040年からCAPEXは増加※グラフの縦軸は、初期の合計コスト(CAPEX+OPEX)を1として表⽰

13例題：CO2排出量の⽐較
1.2CO2排出量

1.0

LNGなし
LNGあり

0.8n LNG燃料船がある場合には初期にはCO2 排出量が少なくなるが、その後逆転される。
n LNG燃料船がないほうがゼロ・エミッションは早く達成される。

0.60.4n CO2 排出量とコストとの関係で吟味が必要。

0.20.020182025

20322039

2046

2053

n 炭素課⾦がいつから始まるかの分析必要。

Year※グラフの縦軸は、初期のCO2排出量を1として表⽰
14

例題：環境規制の影響
n 炭素課⾦がない場合と、2030年から炭素課⾦が導⼊された場合の⽐較
n 炭素課⾦がある場合
時期（年）炭素課⾦（USD/CO2-ton）

2018-2029

なし

2030-250

15例題：環境規制の影響(LNG燃料船がない場合)
炭素課⾦がない場合

炭素課⾦がある場合
3.03.0NH32.5LNG

LNGHFO2.0
船腹量1.51.0HFO

1.51.00.50.50.0120 8220 0220 2220 4220 6220 8320 0320 2320 4320 6320 8420 0420 2420 4420 6420 8520 0520 2520 4520 658575420512048202045422039203620332030202027242021202020180.020

船腹量

2.0NH32.5

CII評価による強制解撤の影響が⼤きく、重油(HFO)燃料船が解撤されるタイミングは変わらない
⼀⽅で、炭素課⾦によってアンモニア燃料と重油の価格差が縮まるため、アンモニア燃料船導⼊量が増加する

16例題：環境規制の影響(LNG燃料船がある場合)
炭素課⾦がない場合

炭素課⾦がある場合
3.02.057542051202048204542203920362033202030201820575420512048204520204239202020202020202020360.0330.0300.5270.5

241.0211.0271.5211.5

HFO

20船腹量

HFO

18船腹量

LNG

24LNG

2.0NH32.520NH32.5203.0

p 現在でもLNG燃料船が⼤量に建造され、2025年頃からアンモニア燃料機関が使われ、アンモニア燃料もどこでも得られる、と⾔う仮定での計算
p 炭素課⾦によってアンモニア燃料とLNG燃料の価格差のメリットが減少し、アンモニア燃料船導⼊のタイミングが早まり、結果としてアンモニア燃料船の導⼊量が増加する
p CII評価による強制解撤の影響が⼤きいため、重油(HFO)、LNG燃料船が解撤されるタイミングは変わらない
17例題からわかること① LNG燃料船が導⼊されない場合には、2023年までは重油のみが使われるが、そこからアンモニアへの転換が始まる。LNG燃料船が導⼊される場合には、2019年からLNGへの切り替えがおこり、2030年頃からアンモニア燃料船に変わっていく。
② アンモニア供給インフラの整備はLNG燃料船がない場合はすぐに開始しなくてはならない。
③ コストはLNG燃料船を⼊れたほうが低い。
④ ⼆酸化炭素排出量は、LNG燃料船を使わない⽅がアンモニアへの転換が早く進むために少ない。
⑤ 炭素課⾦の導⼊はLNG燃料船がないときは効果はなく、あるときはアンモニアへの転換が早まり総排出量も削減され有効。
Ø これらシミュレーション結果から、ステークホルダーに技術的、環境的、経済的評価のためのデータを⽰すことが出来る
18

結論と今後n 使⽤する船舶群の設計や投⼊時期などゼロエミまでの遷移を具体的に提案し、環境、経済、技術の様々なデータをステークホルダーに⽰し実⾏可能解を求める
n 本研究ではそのためのシミュレーターを構築し、例題を通して有効性を検討
n シミュレータにより環境・技術・経済に関するデータを具体的に⽰し、評価が可能
n 環境や産業政策の設計にも利⽤できる
n 今後は、多くの仮定から成り⽴っている結果について⼗分な吟味が必要
n また、造船ばかりでなく、海運、⾦融、燃料などの各業界や政府などの観点からの検討が必要

19

特定航路モデル（プロジェクト評価）• 国際海運ゼロエミ化の基本的構造• 技術・燃料インフラ・規制の不確定• 合意によるソリューション決定• 合意によるソリューション策定• ⽅法論• ステークホルダー図とデザインスパイラル• システム• シミュレーターによる将来予想とそれに対するステークホルダー間のコミュニケーションをサポートするシステムを結合して構成

20

技術・インフラ・規制の進展の中で遷移する船舶• ゼロエミに⾄るまでどのような船をいつ投⼊すればよいか• 環境的にも経済的にも最適な船舶の設計

遷移する船舶像
GSC調査内部資料より
21

条件を想定→結果を合意する

終了

満⾜

評価・決定レイヤー（「コストと収⽀」と「環境影響」の間ですべてのステークホルダーが満⾜する実⾏可能解を決定する）
ソリューション計算レイヤー（想定レイヤーで決めた条件で船舶設計データを⽤いて計算する）

条件想定レイヤー（未確定な技術、燃料インフラ、規制について、ステークホルダー間で合意し、計算条件とする）

コストと収⽀

環境影響

シミュレータによる現在からゼロエミ達成までのソリュー
ション計算

技術
（舶⽤・燃料会社）

燃料インフラ
（燃料会社、商社）

規制（国・IMO）

アンモニア、⽔素、合成メタンなどの燃料と機関開発

燃料サプライチェーン

規制の内容と時期

開始
22

ステークホルダー全員で合意する• 国際海運に関わるス
テークホルダーは多岐に亘る• 全てのステークホルダーの利害を考慮した設計が必要• 情報分析・予測をベースにコミュニケーショ
ンにより、各ステークホルダー間のコンセンサスを得る。これが実⾏解になる。
23

デザインスパイラル→ステークホルダー合意解の達成
デザインスパイラルの例
n 造船所が中⼼となって技術ソリューションを企画・開発していく場合のスパイラルn ステークホルダーごとにトリガーは異なる
n 荷主圧⼒、造船技術など、トリガーのためのトリガーもある

荷主要望

船主要望

国際動向

調査・設計・評価

トリガー

第1ループ：
造船

造船提案ソリューション
イニシャルソリューション
調査・設計・評価+船社判断

第2ループ：
造船・船社

造船・船社ソリューション
調査・設計・評価+船社判断＋荷主判断

国調査・設計・評価+船社判断＋荷主判断+⾦融判断

造船・船社・荷主ソリューション

港湾設置者

第4ループ：
造船・船社・荷主・⾦融

燃料製造供給社
IMO
船級協会

第3ループ：
造船・船社・荷主

造船・船社・荷主・⾦融ソリューション
最終ソリューション
24特定航路モデルー⽇本⻄豪州鉄鉱⽯運搬船ゼロエミ化プロジェクト• 世界の動向ではなく、特定の航路についてソリューションの評
価⼿法を⽤いてプロジェクトを設計する• 全世界モデルとは違う答え
2022年2⽉

特定航路モデル

シナリオ全体概要項⽬

内容

備考/確認内容

対象船20万DWT級ケープサイズBC（19万DWT〜21万DWT）

まずはケープで検討

航路/貨物

⻄豪州-⽇本 / 鉄鉱⽯

まずは豪州-⽇本を対象

積地

Port Hedland

⻄豪州を仮設定揚地

⽇本

国内ミル（N製鉄）向けの輸送を想定。港湾ごとの航続距離、設備制限などの差は考慮しない

初期船団

建造年ごとの性能差を考慮して設定想定する輸送に従事するフリートに対し、船齢分布から個船ごとに燃費性能を推測

輸送需要

輸送需要：3,500万トン/年、需要の変化：将来に亘り増減なし

初期輸送量：2014-2020年の実績から仮設定

初期船団の隻数

23隻

AISから、平均運航船速/運航プロファイルを仮設定し、輸送需要から算出

アンモニア燃料技術普及時
期

2025年以降

舶⽤機器メーカー動向参照の上、仮設定

給油地/インフ
ラ整備時期

揚地/揚地近郊：極東
中間地点：シンガポール※積地でのバンカリングは考慮しない

各プロジェクト動向フォローの上で各地点でのインフラ整備時期を仮設定⇒外部環境条件として設定※ シンガポール：プロジェクトあり、⽇本：輸⼊アンモニアの舶⽤燃料転⽤

航路・運航パターン
NH3（2025〜2035年）

HFO・LNG(2020年〜)/NH3(2035年〜)

揚地
揚地/バンカリング

バンカリング
Laden：abt. 4,000SM

Ballast：abt. 5,000SM

Laden：abt. 4,000SM

Ballast：abt. 4,000SM

積地積地

初期船団の設定 ‒ 建造年分布
54初期船団の燃費性能推定⽅針• EEDI適⽤船：規制を満⾜するよう⾺⼒性能を推定、当該年の竣⼯実績を考慮• EEDI⾮適⽤船：当該年の竣⼯実績より⾺⼒性能を推定

44隻数

3222222211110000002004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2017 2018 2019 2020

建造年

燃料油価格の設定（GSCによる調査）
Blue-アンモニア：⽇本

Blue-アンモニア：シンガポール

Blue-メタン

VLSFO

LNG

燃料油価格 (USD/GJ)

3025201510502030

20402050

特定航路モデルのまとめ• 特定航路モデルは、航路の船団に関するシミュレーション評価が⾏える• 環境負荷とコストの関係、あるいは環境重視型、コスト重視型などのオプションを考えられる• これらオプションはステークホルダーの意向• 全世界モデルと違い燃料インフラについては限定的整備でよい

31

全世界モデルと特定航路モデル• 全世界モデルは世界のトレンド• 特定航路モデルはシミュレーションベースのプロジェクト設計• インフラ整備がポイントになる• 全世界モデルと全く違う答え• インフラを⼀か所だけ整備すればよい• 船主選好が船主意思決定モデルと異なっている• 必要な船が異なる• 全世界モデルでは⾒えない結果

32

ステークホルダーの合意達成のためのソリューション評価システムの試作• 多分野協調ののためのプロジェクトマネージメントソフトウェ
ア「Notion」をベースに試作、検討• 将来のクラウドでの運⽤を想定• ファシリテータを想定• 各ループでワークショップを⾏い、説明した後、期⽇までにコメントを集めて、ファシリテータが整理• ループに応じてステークホルダーが変わっていく33システムのアーキテクチャ
ステークホルダー
造船(第1ループ)

ステークホルダー船社(第2ループ)

ステークホルダー
荷主(第3ループ)ソリューション
シミュレーター

コミュニケーション
ソフトウェア

計算オペレータ

ファシリテータ

ステークホルダー
⾦融

34

試作システムの紹介動画• ファイルが⼤きくて配布資料には⼊れていません。
• プレゼンの際にお⾒せします。

35

ESG時代のオープンイノベーションによる国際海運ゼロエミ化• コストと環境負荷のバランスの中で社会に受け⼊れられる解に融資がなされる。
• ESG基準などが⽤いられる。
• これに対応したソリューションを提⽰し、⾦融界から融資投資を受けることが最後のゴール→ソリューションの社会受容性

36

船舶融資の原則

⽊原知已：船舶⾦融論【2訂版】137ページ
より
37

融資・投資の新しい考え⽅：SDGʼsとESG• SDGʼsは⽬標設定• ESG投資• ⾮財務情報ー環境・社会・企業統治• 環境• GHG排出削減量・コスト・⼯事環境負荷・廃棄物削減• 社会• ステークホルダー管理/連帯性/統御・製造者管理・安全性/実⾏可能性• 企業統治• 企業環境戦略・内部統制システム・⻑期サステナビリティ戦略・取締役会・38

SDGʼsグリーン/ソーシャル/サステナビリティローンの仕組み

https://www.smbc.co.jp/hojin/financing/sdgs_loan/

39

⽇鮮海運様のスクラバー導⼊資⾦

https://www.smbc.co.jp/hojin/financing/sdgs_loan/resources/pdf/project_2019_01_pdf_01.pdf

40

ソリューション評価システムでできること
ーデータに基づくESG戦略ソリューションの実現• シミュレーションデータで具体的なコストと環境負荷が計算できる• ⻑期的な展望・ビジョンが⽰せる• ステークホルダーの範囲や社会的なつながりも明確• ステークホルダーのすべきこと・責任も明確• ソリューションの評価が融資可能性評価• 融資に必要な情報を最後のループに追加• 標準的なESGデータモデル構築
41

まとめ• ゼロエミ達成にはステークホルダーが技術・インフラ・規制に関して合意し、その条件のもとでソリューションを決定する• 造船技術データ（コストと環境負荷）によってファシリテーションすることでソリューションを得る• ステークホルダー全員でビジョンを共有する• プロジェクト評価は、SDG＋ESG経営の考え⽅で社会に発信し、資⾦を調達する• これまでと異なる⼿法で⾦融まで含めたステークホルダー＝海事クラスターを駆動する• （提案）オープンイノベーション型ビジネスモデルで国際海運ゼロエミ化を実現する。そのためのシステムを試作した。
42

謝辞• ⼀般財団法⼈ 次世代環境船舶開発センター様には研究会を設置され、多⼤のご⽀援をいただきました。
• 本研究会の委員として、さらには幹事としてご参加された皆様には多くの貴重な知⾒をいただきました。
• 東京⼤学 稗⽅和夫教授にはシステムオブシステムズの基礎や進め⽅全般についてご指導いただきました。
• 海上技術安全研究所 和中真之介博⼠には、シミュレーション計算をすべてやっていただきました。
• 藤⽥尚毅⽒ほか三菱総合研究所の皆様はプロジェクトの進⾏にご尽⼒をいただきました。
• 古賀ソフトウェアの藤⽥芳寛⽒、⻫藤卓弥⽒にはソフト開発についてご尽⼒いただきました。
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