Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
## [キーワード]

2℃目標、技術選択モデル、応用一般均衡モデル、将来シナリオ、限界削減費用

### 1. はじめに

IPCC第一作業部会から第三作業部会の第5次評価報告書が示され、地球温暖化の進行とその影響、対策に向けた取り組みに関する最新の知見がとりまとめられた。2010年にメキシコのカンクンで開催された気候変動枠組条約第16回締約国会議において、「産業化以前からの世界平均気温の上昇を2℃以内に収める観点から温室効果ガス排出量の大幅削減の必要性を認識する」とされたカンクン合意が採択された。IPCC第三作業部会が報告した第5次評価報告書 $ ^{1)} $ によると、66%の確率で産業革命前からの気温上昇を2℃以下に抑えるための温室効果ガス排出経路は450ppm安定化に相当し、現状の排出量の増加傾向を踏まえると、達成するには依然厳しい目標となっている。こうした状況の中、IPCC SRESに代わる新たな長期の将来シナリオ作成や、IPCC第5次評価報告書に向けたモデルの国際比較研究プロジェクトが実施され、省エネ技術や再生可能エネルギー等の対策に加えて、社会経済活動そのものの見通しなど、温室効果ガス排出量の削減に向けてあらゆる面での検討が行われてきた。

### 2. 研究開発目的

図(1)-1に、本研究課題全体が対象とするモデルと、本サブテーマで開発、改良したモデルの関係を示す。

図(1)-1 2A-1103で対象とするモデルとサブテーマ（1）で対象とするモデル（一点鎖線部分）
本サブテーマでは、世界を対象とした技術選択モデルと応用一般均衡モデルの開発、改良を行い、産業革命前と比較して世界の平均気温上昇を2℃以下に抑えるといった長期的な温暖化対策目標に対して、具体的な対策を提示することを目的としている。また、その一環として、国際比較研究プロジェクトに参画するとともに、IPCC SRESに代わる新たな社会経済シナリオであるSSPsの定量化を行うことも本サブテーマの目的の1つとしている。さらに、政策決定者との対話を意識して、より簡便に限界削減費用を評価するためのツールや、削減量を可視化するためのツールの開発を行うことも目的とする。

### 3. 研究開発方法

本サブテーマでは、世界を対象とした技術選択モデルと応用一般均衡モデルの開発、改良を通じて、長期的な気候変動対策の実現可能性とその影響を定量的に評価した。また、技術選択モデルをバックキャスティングモデルへと拡張したり、応用一般均衡モデルに技術選択のモジュールや土地利用変化のモジュールを組み入れたりすることで、多様な将来シナリオの叙述に対応できるようにモデルの拡張を行った。また、技術選択モデルや応用一般均衡モデルをアジア各国へ適用するためのトレーニングワークショップについても（独）国立環境研究所において開催した。

## （1） 世界技術選択モデル

世界技術選択モデル（AIM/Enduse [Global]）は、中長期的な温暖化緩和策の評価を行う技術経済モデルである。このモデルでは、詳細な温暖化対策技術を明示的に取り扱い、それらの普及量を推計することにより、将来の温室効果ガスの排出削減可能量や排出削減コストを評価し、また、特定の排出経路を実現するために必要な対策技術の選択のあり方を評価する。技術選択は、サービス需要（工業生産量、冷房需要、輸送量、農業生産量等）を充足するという条件下で、システム総費用（初期費用、運転費用、燃料費、炭素税）を最小化する線形計画問題として定式化されている。現行のモデルは世界を32地域に区分し、約200～300種の温暖化対策技術を考慮している。主な対象ガスは京都6ガス（CO₂、CH₄、N₂O、HFCs、PFCs、SF₆）であり、分析期間は2005年～2050年である。このモデルの特徴は、エネルギー供給側のみでなく、最終エネルギー消費部門（産業、運輸、家庭、業務）や非エネルギー部門（農業、一般廃棄物、資源採掘、Fガス）についても技術情報を詳細に考慮した逐次動学型の分析をおこなうことができることである。本研究では、本モデルを用いて、EMFやAMPERE (Assessment of Climate Change Mitigation Pathways and Evaluation of the Robustness of Mitigation Cost Estimates)といった国際的なモデル比較研究に情報提供を行った。

## （２）限界削減費用評価のためのツール開発

技術選択モデルが逐次動学型モデルであるのに対して、ある時点における技術選択の内訳およびその単位削減費用を明示することで、削減費用曲線を描くことができる静学型の分析ツールを開発した。本ツールでは、技術選択モデルと同じ枠組みおよび同じデータベースを用いて、部門別の削減ポテンシャルおよび削減費用の特徴の分析ができる。本分析では、各国の最新の社会経済指標やサービス需要量の情報を元に、各部門における将来の技術の見通しを考慮して、部門別に削減ポテンシャルを積み上げることで2020年および2030年における中期削減目標を評価した。
前提条件の差異により技術選択の結果が異なることが言えるが、その中でも特に主要な要因として挙げられる投資回収期間の違い（短期間、長期間）および炭素価格の違い（50、100、200、および1000ドル/tCO₂）を考慮して、各国の特徴を分析した。また、大規模なプラントやインフラなどは一度対策を取ると、その後の対策の変更が難しくなる（lock-inされてしまう）ため、特に発電部門におけるlock-in効果の影響も考察をした。

## （３）エネルギーシステムバックキャストモデル

逐次均衡で将来推計を行う技術選択モデルに対して、エネルギーシステムバックキャストモデルは、動学的最適化構造をもつモデルであり、技術選択モデルと同じ技術種をもつモデルである。想定された将来の目標に対して、どのタイミングでどの施策を導入することが最適であるかを分析することができる。

気候変動安定化目標から導出される2000年から2050年までの炭素割当量（Carbon Budget）を満足させるための道筋を、世界を対象としたエネルギーシステムバックキャストモデルを用いて分析した。炭素割当量は、外部の気候モデルの分析結果を参考に450 ppm CO₂eq安定化ケースでは1,600 GtCO₂、550 ppm CO₂eq安定化ケースでは1,800 GtCO₂とした。また、合わせて原子力発電、炭素隔離貯留（Carbon Capture and Storage：CCS）、太陽光・風力およびバイオエネルギーそれぞれの将来の技術見通しに楽観シナリオと悲観シナリオを2種類想定し、その影響についても分析した。表(1)-1に、本解析にて実施したシナリオを一覧で示す。なお、技術については楽観シナリオを基準とし、いずれかの技術が悲観シナリオとなることとした。

表(1)-1 エネルギーシステムバックキャストモデルの解析に用いた将来シナリオの想定

シナリオ	概要
Base-AllTech	炭素割当量なし（ベースライン）シナリオ+全技術楽観シナリオ
Base-NucOff	炭素割当量なし + 原子力悲観シナリオ
Base-LimSW	炭素割当量なし + 太陽光・風力悲観シナリオ
Base-LimBio	炭素割当量なし + バイオエネルギー悲観シナリオ
450-AllTech	450 ppm + 全技術楽観シナリオ
450-NoCCS	450 ppm + CCS悲観シナリオ
450-NucOff	450 ppm + 原子力悲観シナリオ
450-LimSW	450 ppm + 太陽光・風力悲観シナリオ
450-LimBio	450 ppm + バイオエネルギー悲観シナリオ
550-AllTech	550 ppm + 全技術楽観シナリオ
550-NoCCS	550 ppm + CCS悲観シナリオ
550-NucOff	550 ppm + 原子力悲観シナリオ
550-LimSW	550 ppm + 太陽光・風力悲観シナリオ
550-LimBio	550 ppm + バイオエネルギー悲観シナリオ

## （４）世界応用一般均衡モデル

本サブテーマでは、世界を対象とした逐次動学型の応用一般均衡（CGE）モデルの開発を行い、そのモデルを用いて、IPCCへの入力を目的とした社会経済シナリオ（SSPs: Shared Socio-economic Pathways）の開発や環境研究総合推進費S-6-1の温室効果ガス排出量の世界半減シナリオを作成してきた。このCGEモデルは、多地域・多他部門モデルであり、IFPRI（International Food Policy Research Institute）が作成したStandard CGE model²をベースにし、それに改良を加えたものである。生産、
消費、投資、貿易活動が各種生産要素、財等の価格を所与とした関数を用いて記述されている。本モデルは逐次型応用一般均衡モデルである。本研究では計算ステップは1年ずつとした。各部門には蓄積された資本があり、次の年になると前年まで蓄積された資本の一部を減耗し、新たに資本の蓄積を行ったものを追加する。この減耗率は一律4％とした。既存資本と新規資本はCES（Constant Elasticity of Substitution）関数（代替弾力性は5.0）を用いて合成するとした。資本の取り扱いは、Putty-Clay型として、新規資本は価格に応じて投入量が異なり、既存資本は一度配備されると固定されるとした。従って、新規資本と既存資本は異なる市場を持っていると仮定している。

農業、林業、畜産業は、土地を投入要素とする。土地の投入量は(1)式に示すとおり生産量に土地生産性係数、および作付強度係数を乗じ、生産者価格にきわめて小さな弾性値を乗じた。

$$ QLND_{j}=QA_{j}\cdot ci_{j}\cdot yi_{j}\cdot PA_{j}^{\lambda_{j}} $$

ここで、 $ QLND_{j} $ ；部門jの土地投入量、 $ QA_{j} $ ；部門jの生産量、 $ ci_{j} $ ；部門jの作付強度、 $ yi_{j} $ ；部門jの土地生産性、 $ PA_{j} $ ；部門jの生産者価格、 $ \lambda_{j} $ ；生産者価格に対する土地投入量弾性値

一般的なCGEモデルでは要素間の代替関係を表すCES等の関数を用いることが多いが、このような関数形を採用した理由は以下の通りである。CES関数では土地の収益次第で物理的に不適切な単収を実現してしまうことがあり得るが、こういった挙動を排除する必要がある。そこで、単純にレオンティエフ関数のように価格に対して投入量を変化させず、固定係数を乗じるということをはじめに想定した。しかし、固定係数である場合、土地のひっ迫度が非常に高い地域等でシナリオによってはモデルの求解が困難となる場合が発生するという技術的な問題が生じた。そこで、それらを解決するために、基本的にはレオンティエフ関数を念頭に置くが、求解が可能なようにフレキシビリティを持たせるために、価格弾性値を累乗した。

また、各部門の土地はさらにAEZ（Agro-Ecological Zone）別に分かれる。AEZはFAO（Food and Agricultural Organization）、IIASA（International Institute for Applied System Science）が共同で開発した農業生産性に関する土地の区分の方法であり、気温、降水、土壌などの条件から生物学的な潜在生産性を算定しているものである。そのシェアをロジット関数で選択するものとして定式化を行った。このロジット関数は離散選択にしばしば用いられる関数であり、(2)式に示すとおりである。式(2)は土地の収益に応じてその土地利用のシェアを決め、土地の収益が高くなるとその部門の土地利用シェアが高くなることを意味している。

$$ I L S_{l,j}=\frac{\exp\left(\mu\mathbf{l}_{l,j}+\ln\pi_{l,j}^{\rho\mathbf{l}_{j}}\right)}{\displaystyle\sum_{l l\in L}\exp\left(\mu\mathbf{l}_{l l,j}+\ln\pi_{l l,j}^{\rho\mathbf{l}_{j}}\right)}\quad\cdots\cdots\cdots\cdots\cdots\cdots\cdots\cdots(2) $$

ここで、 $ ILS_{l,j} $ ：部門jの土地区分AEZlのシェア、 $ \pi_{l,j} $ ：土地区分AEZl、部門jの土地の収益、 $ \mu_{1_{i,j}} $ 、 $ \rho_{1_{j}} $ ：パラメータである。

式中の $ \rho_{1} $ は先験的に与えられるパラメータであり、土地の収益に対する弾力性を表す。ここでは1という値を使用した。係数 $ \mu $ は基準年の土地の収益と、土地利用シェアの情報を用いてキャリブレートする。

家計消費は効用関数として、(3)式で定義されるLES（Linear Expenditure System）関数を用いて、各財が選択される。LES関数は、基本的に価格に関係なく消費されるγと、予算制約下で所得や価
格に応じてその消費バスケットを変化させるβというパラメータで表現される。

$$ U=\prod_{i}\bigl(Q H_{i}-\gamma_{i}\bigr)^{\beta_{i}}\quad 閏 \quad\cdots\cdots\cdots\cdots\cdots\cdots\cdots(3) $$

## ここで、U；効用、 $ QH_{i} $ ；財iの購入量

購入量QHの財iのうち、エネルギー（電気、石油製品、ガス等）、穀類（米、小麦、その他穀類）については合計量をこの式で決定し、その内訳についてはロジット関数で決定する。所得弾力性を前提条件として与え、将来の効用関数を更新した。食料需要はFAOから得られた食料消費の見通しに基づいて所得弾力性を作成し与えた。

エネルギーとして利用できるバイオマスは、3種類を想定した。第一にトウモロコシやサトウキビなどの糖類から製造するバイオ燃料であり、通称第一世代バイオマスと呼ばれる。第二にセルロースからバイオ燃料を製造する通称第二世代バイオマスと呼ばれるもののうち、エネルギー用途専用の作物、たとえばスイッチグラス等を原料として製造するもの。第三に第二世代バイオマスのうち作物残渣や木材残渣などを原料として製造するものである。これらに従い、3種類の生産活動、生産関数を導入する。バイオ用途専用の作物の土地生産性は熱帯、温帯、冷帯でそれぞれ20、17.5、15t/haとした。また、第一世代バイオマスの原料は各地域でそれぞれ固有の財（例えば、北米ではその他穀類（トウモロコシ）、ブラジルでは砂糖）を想定した。

土地の分配には複数の枝分かれを持つロジット選択型関数を用いる。このロジット関数は、各地域、AEZ別に土地の所有者がいて、各作物や畜産、林業等に土地の分配をするときに土地の収益を基にしてそのシェアを決定していると仮定している。また、現在使用されている土地だけでなく、自然林等の未開拓地、休耕地等もその選択の中に入れる。土地利用の選択の状況を図(1)-2に示す。なお、ツンドラ、都市、岩場などはこの土地選択からは除外している。

図(1)-2 土地の分配

まずはじめ（図(1)-2の最上部において）に、土地所有者は所有している土地を、森林とするか、草地・農地となる非森林とするか、という選択を行う。森林の場合は管理された森林と自然林でわかれる。非森林の場合、次に草地か農地の選択となり、農地の場合は休耕地か作物生産に使われる農地の選択が行われ、さらに生産に使われる農地は作物別に分かれる。一方、草地は牧草として使用するかどうかが決められる。各段階の選択は、(2)式と同様の形で定式化している。(2)式中の係数ρ1は先験的に与えられるパラメータであり、土地利用変化の容易さを表す。

なお、長期的な分析と短期的な分析において、部門数や地域数は変更しており、特にSSPsのような2100年までといった長期の分析においては、地域数や部門数を統合して、簡略化した分析となるようにしている。
## (5) 削減量可視化ツール

モデル開発だけでなく、わかりやすさという視点から、英国で開発されてきた削減量可視化ツール³をわが国に適用するためのモジュール開発やデータ収集についても行った。ここでは、エネルギー供給と需要に関する主要要因ごとに4つのレベル（レベル1：ほとんど、あるいは全く削減努力をしない、レベル2：大多数のステークホルダーからみて、達成可能な削減努力を行う、レベル3：達成可能ではあるが、本質的な変化と相当の削減努力が必要、レベル4：物理・技術的限界に向けて努力する極めて野心的なもの）を選択することで、2050年までの5年ごとの温室効果ガス排出量の道筋、発電電力量、一次エネルギー供給等を提示することができる。

## 4 ．結果及び考察

## （１）世界技術選択モデルを用いた解析

AIM/Enduse[Global]の成果は、様々な国際比較研究プロジェクトに提供されてきた。以下では、EMF27、AMPERE、Asia Modeling Exercise (AME)、世界技術積み上げモデル比較プロジェクト、アジア開発銀行の政策貢献、などに提供した結果を中心に説明する。

## 1 ）Energy Modeling Forum 27への参加とその結果

米国スタンフォード大学が中心となって行っている国際的なモデル比較プロジェクトであるEMF27に、AIM/Enduse[Global]は参加した。EMF27では、450ppmCO₂eq等の温室効果ガス濃度安定化目標を達成するための世界規模での対策シナリオの検討を行なっている。簡易気候モデルを組み込んだ動学最適化モデル（AIM/Impact[Policy]）を用いた分析から、2100年に温室効果ガス濃度を450ppmCO₂eqに抑えるためには、世界の温室効果ガス排出量を2050年に1990年比で約50％に削減する排出経路が示されている。AIM/Enduse[Global]では、この排出経路を前提に、2050年までを対象にした温室効果ガス排出量の大幅削減の技術的実現可能性について分析を行なった。

分析の結果、450ppmCO₂eq安定化シナリオの2050年までの温室効果ガス排出経路は技術的に達成可能であることが示された。しかし、目標を達成するためにはエネルギーシステムの大幅な変化が必要であることが分かった。このシナリオでは、図(1)-3に示すように、2050年の発電量のうち約75%を太陽光、風力、バイオマス、水力といった再生可能エネルギーが占める。さらに、CCS付きバイオマス発電といった正味の二酸化炭素排出量が負となる技術が導入される。2050年において温室効果ガス排出削減量が大きい上位5つの技術は、CCS、太陽光発電、風力発電、バイオマス発電、バイオ燃料であり、これらの技術で全削減量の約60%を占める。このほかに、省エネ等の最終エネルギー部門における技術が全削減量の約30%を占める。残りの約10%は、Fガス、農業、廃棄物などの非エネルギー部門が占める。

さらに、450ppmCO₂eq安定化シナリオにおける技術の役割を分析するために、主要技術の利用可能性や導入量に制約を課した場合のモデルシミュレーションを行った。具体的には以下の4つのケースについてシミュレーションを実施した。

・No CCSケース：CCSが利用可能でないケース

· Low NUCケース：原子力発電がフェーズアウトするケース（現在、建設中あるいは計画中のものを除いて原子力発電所の新設がないと想定）
・Cns W&Sケース：将来の風力発電、太陽光発電のコスト低減について保守的な想定を行ったケース

• Low BMSケース：世界のバイオエネルギーの総供給可能量を100EJ/年と想定したケース

分析の結果、すべてのケースにおいて450ppmCO₂eq安定化シナリオの温室効果ガス排出経路は達成可能であることが示された。しかし、達成にかかるコストはケースによって異なることが分かった。特に、将来CCSが利用可能でない場合には、目標達成のために必要な投資額が大きく増加することが分かった（図(1)-4参照）。これは、CCSを導入しないことによる発電部門や産業部門における温室効果ガス排出増分を運輸部門や民生部門における割高な技術（燃料電池トラックや超高断熱技術等）の導入で相殺する必要があるためである。なお、AIM/CGE[Global]の分析結果から、450ppmCO₂eq安定化シナリオでは、上記の対策技術に制約が課されると2070年以降に多くの場合で解が得られず、450ppmCO₂eq安定化シナリオの実現に向けては、あらゆる対策の導入が必要となることがわかる。

図(1)-3 450ppmCO₂eq安定化シナリオにおける技術別温室効果ガス排出削減量（2050年、世界）

図(1)-4 450ppmCO₂eq安定化シナリオ達成にかかる投資費用（2005～2050年の累積、世界）
## 2 ）AMPERE（Assessment of Climate Change Mitigation Pathways and Evaluation of the Robustness of Mitigation Cost Estimates）への参加とその結果

「気候変動対策の経路評価とロバストな対策コスト評価」国際モデル比較プロジェクト（Assessment of Climate Change Mitigation Pathways and Evaluation of the Robustness of Mitigation Cost Estimates; AMPERE）」とは、欧州委員会（EC）の第7次研究枠組み計画（FP7）の元で実施されている気候変動対策の統合評価モデルに関する国際モデル比較プロジェクトである。プロジェクトはPIK（Potsdam Institute for Climate Impact Research）が統括し、（独）国立環境研究所はメンバーとして参画している。プロジェクトの目的は、複数の統合評価モデルの、特に経済に関する評価システムを比較することによって、気候変動対策の費用に関する知見を向上させることと、成果をIPCC第5次評価報告書も含めた国際的な研究コミュニティに提供することであり、これにより政策決定に対して気候変動対策費用見積もりに関するよりよい知見を提供することも目的としている。

図(1)-5に、GDPや人口等の前提条件をプロジェクトで共通化した調和プロセス（Harmonization）後の世界$\mathrm{CO}_{2}$排出量のモデル間比較の結果を示す。図(1)-5(a)において、上から炭素税なしケース、12.5ドル/t$\mathrm{CO}_{2}$から指数増加するケース、50ドル/t$\mathrm{CO}_{2}$から指数増加するケースを示し、本研究成果はAIM-Enduseの凡例で示された結果である。炭素税をかけないケースでは、2100年に向けて世界全体の$\mathrm{CO}_{2}$排出量は3倍から4倍に増加すると予測されていることがわかる。指数増加する炭素税を課税すると$\mathrm{CO}_{2}$排出量は減少し、特に50ドル/t$\mathrm{CO}_{2}$から指数増加させるケースでは、いくつかのモデルにおいては2100年にゼロもしくはマイナスの排出量になると予測していることがわかる。一方、図(1)-5(b)に示すように50ドル/t$\mathrm{CO}_{2}$や200ドル/t$\mathrm{CO}_{2}$の一定額を課税し続けるケースでは、炭素税なしケースよりも世界全体の$\mathrm{CO}_{2}$排出量は減少するが、指数増加するケースと比較すると削減量は大きくなく、2100年でも現状から半減程度が最大と予測していることがわかる。

(a) 上から炭素税なし、12.5ドル/tCO_{2}から指数増加、50ドル/tCO_{2}から指数増加の各ケース

図(1)-5 世界 $ CO_{2} $ 排出量のモデル間比較（調和後）

(b) 上から炭素税なし、50 ドル/tCO₂固定、200 ドル/tCO₂固定の各ケース
## 3 ）Asia Modeling Exerciseへの参加とその結果

米国スタンフォード大学が中心となって行っている国際的なモデル比較プロジェクトであるAsia Modeling Exercise (AME)に、AIM/Enduse[Global]は参加した。AMEでは、特にアジア地域に注目し、世界の主要な研究機関によって開発された世界多地域多部門のトップダウンモデルとボトムアップモデルの両方の比較検証が行われた。分析対象シナリオは、炭素価格シナリオ（例えば、2020年の炭素価格を10ドル/tCO₂eq、30ドル/tCO₂eq、もしくは50ドル/tCO₂eqとし、そこから一定の割合で上昇させるシナリオ）および安定化濃度シナリオ（例えば、2100年までの安定化濃度目標を3.7 W/m²もしくは2.6W/m²とするシナリオ）であり、想定したシナリオ下におけるアジア主要国の排出量や電源構成などの举動について検証が行われた。

まず、簡易気候モデルを組み込んだ動学最適化モデル（AIM/Impact[Policy]）によって2100年までの安定化濃度目標（3.7W/m²もしくは2.6W/m²）における世界の温室効果ガス排出量の排出経路を示し、AIM/Enduse[Global]では、その排出経路を前提とした2050年までの温室効果ガス排出量の大幅削減の技術的実現可能性について分析を行なった。AIM/Enduse[Global]による分析の結果の例を図(1)-6に示す。その結果、2℃目標シナリオに相当する2.6W/m²シナリオ（橙破線）は、世界およびアジアにおいて技術的には達成可能であることが示された。その実現のためには、炭素回収貯留技術（CCS）、太陽光発電、風力発電、バイオマス発電およびバイオ燃料が主要な5つの対策であり、2050年における全温室効果ガス排出削減量のうち約6割を占めることが分かった。特に、大幅な再生可能エネルギーの導入だけでなく、CCS付きバイオマス発電といった正味のCO₂排出量を負とする技術も必要とされる。特に、CCSやバイオマスに関してその導入制約を課した場合は、目的達成のために必要な2050年までの累積投資費用が大幅に上昇してしまうため、削減費用という観点から言えば、CCSとバイオマスに関する対策技術は2.6W/m²シナリオの実現のためには極めて重要な役割を示すことが分かった。

図(1)-6 なりゆきシナリオと安定化濃度目標シナリオの推移

4）世界技術積み上げモデルの比較検討と世界半減シナリオの技術的可能性に関する検討

世界の主要な研究機関によって開発された世界多地域多部門技術積み上げモデルによる限界削
減費用および削減ポテンシャルの国際モデル比較研究を実施し、温室効果ガス排出主要国における2020年、2030年の技術的な削減ポテンシャルおよび費用について比較検討を行った。また、AIM/Enduse [Global]モデルを用いて、本国際モデル比較に分析結果を提供し、さらに2050年における世界の温室効果ガス半減目標を達成するための技術的な削減量およびその費用についても検討を行った。

IPCC第4次評価報告書第三作業部会の第11章において、ポトムアップ手法とトップダウン手法の部門別・コスト別の削減ポテンシャルが比較検討されていたが、用いられていたポトムアップモデルは1つのみであり、科学的根拠が十分ではなかったため、本国際モデル比較研究においては、世界の主要な世界多地域多部門モデルであり、かつ、対策技術を明示的に扱う技術積み上げ要素を取り込んだモデルであるGCAMモデル（PNNL, USA）、GAINSモデル（IIASA, Austria）、McKinseyモデル（McKinsey, International company）、DNE21+モデル（RITE, 日本）およびAIM/Enduse[Global]の結果を比較検証した。比較項目は、京都6ガスを対象とし、0～200ドル/tCO2eqの炭素価格下における削減量・排出量の推移だけでなく、社会経済動態（人口、GDP）やベースライン排出量および部門別・エネルギー種別の内訳などについて、低炭素社会シナリオへの遷移過程を把握するために2020年、2030年の結果の詳細な分析を行った。また、主要排出国である米国、欧州27カ国、ロシア、中国、インドおよび日本の結果だけでなく、議定書I国（Annex I）、Non-Annex I、OECD、non-OECD、AsiaおよびGlobalの結果についても分析を行った。その結果の例を図(1)-7に示す。

限界削減費用と削減ポテンシャルについて、世界を地域別・部門別に比較する際は、社会経済データの設定や、主要な対策技術の設定とその導入規模、特に原子力や再生可能エネルギーの電源構成や炭素回収貯留技術（CCS）の有無やその導入規模の設定により、大きく結果が変わりうることが定量的に示された。特に、中国やインドのような発展途上国においては、モデルによって大きく差異があり、対策技術の想定規模だけではなく、ベースライン排出量の想定の違いも結果に影響を与えることが分かった。

一方で、世界における2℃安定化濃度目標や2050年排出量半減目標シナリオを実現するためには、現在の社会経済発展状況の延長上ではなく、より厳しい排出削減対策が必要とされる。そこで、AIM/Enduse[Global]を用いて、2050年における世界の温室効果ガス半減目標を達成するための技術的な削減量およびそのコストと、その遷移過程について地域別・部門別・技術別に詳細に分析を行った。その結果の例を図(1)-8に示す。2050年世界半減目標を達成する際の限界削減費用は2020年に150ドル/tCO₂eq、2050年に600ドル/tCO₂eqであった。また、世界の追加投資額は2020年までに6.0兆ドル、2050年までに73兆ドルであり、本研究で想定した世界のGDPの1～2%程度に相当する規模であることが分かった。また各地域の遷移過程を分析するために2020年における1990年比排出量を比較すると、例えばロシアのように社会経済動向を考慮してもベースライン排出量ですでに1990年比排出量が25%減となる国もあれば、社会経済成長が著しい中国やインドにおいては、たとえ200ドル/tCO₂eqの炭素価格下であっても1990年比排出量が約倍増となる国もある。よって、2050年世界半減目標の議論においては、各国の社会経済や技術動向も踏まえ、より詳細に遷移過程について議論を詰めていく必要がある。
ベースラインからの累積削減量 (MtCO2eq)

(2020年 Annex I)

ベースラインからの累積削減量 (MtCO2eq) (2020年 アジア)

(2020年 Annex I)

注：図はモデル比較の結果を示したもので、AIM/Enduseが本研究で開発したモデルである。2050年については、他のモデルの情報提供がないために、AIM/Enduseのみとなっている。

図(1)-7 限界削減費用とベースライン比削減ポテンシャルの比較結果
図(1)-8 2050年世界半減目標を達成する際の世界の技術別温室効果ガス排出削減量（左：2020年、右：2050年）

## 5 ）2℃目標シナリオの技術的可能性と温室効果ガス及び大気汚染物質の潜在削減量に関する検討

AIM/Enduse[Global]は、世界を対象とした技術選択モデルであるが、その成果を上述のように様々な国際比較研究プロジェクトに提供してきた。また、各国の中長期的な技術的な削減目標策定の議論に用いられてきた。特に、近年、産業革命以前と比べて2℃上昇以内に気温上昇を抑えるシナリオが注目されている。そこで、世界的に著名な国連環境計画による報告書Gap Report $ ^{4} $ で議論されている、2℃シナリオ、2.5℃シナリオ、および3℃シナリオの世界の排出量経路（注：各シナリオとも66%以上の確率で達成するシナリオの幅のうち、中央値の値をここでは採用）を満たすときのAnnex IおよびNon Annex Iにおける排出経路の分析を、AIM/Enduse[Global]を用いて行った。またそれらの結果と2050年において炭素税を50ドル/tCO $ _{2} $ 、100ドル/tCO $ _{2} $ 、200ドル/tCO $ _{2} $ および400ドル/tCO $ _{2} $ を課したときの排出経路との比較を行った。その分析例を図(1)-9に示す。その結果、現在の炭素価格市場の延長上相当と想定される50ドル/tCO $ _{2} $ シナリオでは、3℃シナリオは達成可能だが、2.5℃シナリオの達成には不十分であると分かった。IEAの報告書Energy Technology Perspective 2010では、450ppmシナリオの達成に2050年の炭素価格が175ドル/tCO $ _{2} $ と報告されているが、本研究の200ドル/tCO $ _{2} $ シナリオでは、UNEP報告書における2.5℃シナリオ相当であり、2℃目標の排出経路に至るには削減対策がまだ不十分であり、2℃シナリオ達成には400ドル/tCO $ _{2} $ 相当の炭素税が必要とされる。2℃シナリオにおける2020年、2030年および2050年の2005年比削減率は、Annex Iにおいてはそれぞれ-10%，-37%および-75%であり、Non Annex Iにおいてはそれぞれ+3%，-9%および-41%であった。
図(1)-9 Annex IおよびNon Annex Iにおける温室効果ガス排出経路の分析

このように2℃シナリオの達成には、現状の炭素価格よりも高額な価格となるが、エネルギー需要部門における省エネ技術の推進やエネルギー供給部門における大幅な燃料転換により、温室効果ガスだけではなく大気汚染物質も削減される。そこで、温暖化対策の副次的な便益として、エネルギー起源の大気汚染物質がどの程度削減されるか、その潜在削減量も含めて2℃シナリオを評価する必要がある。そこで、大気汚染物質の削減量およびその要因分析の例を図(1)-10に示す。大気汚染物質によって主な排出源が異なるため、削減量および削減要因はAnnex IおよびNon Annex Iでその傾向は異なるが、主にSO₂は発電部門由来が大きいため、2℃シナリオにおいて発電部門における温室効果ガス削減策がSO₂削減量にも大きく寄与していることが分かる。NOxについては、発電部門だけではなく運輸部門からの排出量も大きいため、燃費の向上やガソリン車からハイブリッド車などへの代替などの効果が、NOx削減量にも大きく寄与していることが分かる。
産業部門の削減 運輸部門の削減 民生業務部門の削減 発電部門の削減 その他部門の削減

図(1)-10 Annex IおよびNon Annex Iにおける大気汚染物質排出経路の分析

## （２）限界削減費用比較ツールを用いた東アジアにおける限界削減費用の比較検討

AIM/Enduseモデルと同様のデータベース構造による限界削減費用比較ツールを用いて、アジア開発銀行（ADB: Asia Development Bank）による「北東アジアにおける気候変動の経済評価および低炭素成長戦略（Economics of Climate Change and Low Carbon Growth Strategies in Northeast Asia）」に対して、北東アジア4カ国（日本、中国、韓国、モンゴル）における技術的な削減ポテンシャルおよび対策費用の分析を行い、北東アジアの低炭素成長戦略の議論に貢献をした。図(1)-11は、短い投資回収期間（約3年程度）のもとでの、100ドル/tCO₂の炭素価格下における日本、中国、韓国、モンゴルの2020年の削減費用曲線を示している。各国の社会経済の特徴によって差異はあるが、全般的に、0ドル/tCO₂以下では、運輸部門における高効率な乗用車やトラック、民生部門におけるLED照明、産業部門におけるボイラーの高効率化などの技術が有効であり、0～100ドル/tCO₂の間では、発電部門における風力発電、バイオマス発電、運輸部門におけるバイオマス燃料などの技術が有効である。また、100ドル/tCO₂以上になると太陽光発電も有効な対策となる。また、各国のエネルギー価格が異なるため同じ対策技術でもその費用対効果が異なるが、民生部門における断熱技術は、日本・韓国では0～100ドル/tCO₂の間、中国・モンゴルでは100ドル/tCO₂以上になると優位となり、発電部門における高効率ガス火力発電は中国・モンゴルでは0～100ドル/tCO₂の間、日本・韓国では100ドル/tCO₂以上になると優位な対策となる。投資回収年の差異については、日本において大きな影響がみられた。これは、他国と比べてエネルギー価格が高いため、投資回収期間を長くとると、省エネ効果によるエネルギー回収分による費用削減効果が大きく見積もられるためである。逆に、エネルギー価格が安い途上国においては、投資回収期間を長く取ったとしても、初期費用を回収するだけの費用対効果が見込めず、省エネ効果が高い技術でも初期費用が高額な場合は優位な対策になりにくい、という傾向がみられた。
図(1)-11 日本、中国、韓国、モンゴルにおける2020年の削減費用曲線の比較

## （３）エネルギーシステムバックキャストモデル

図(1)-12に、エネルギーバックキャストモデルを用いて、表(1)-1に示した各シナリオの世界全体の温室効果ガス排出量の推移を示す。

図(1)-12 世界温室効果ガス排出量の変化

炭素割当量がないなりゆき社会の場合には、世界全体の温室効果ガス排出量は2010年以降ほぼ直線で増加し、2050年には75GtCO₂eqまで増加する結果となった。一方、炭素割当量を与えること
で、世界全体の温室効果ガス排出量は減少し、550ppmCO₂eq安定化ケースでは2050年までほぼ横ばい、450ppmCO₂eq安定化ケースでは2015年から削減が開始され、2050年には31.7GtCO₂eqと炭素割当量なしシナリオの排出量と比較して、40%まで減少することがわかる。

地域別に比較すると、図(1)-13に示すようにOECDアジア（日本及び韓国）では、炭素割当量なしシナリオでも温室効果ガス排出量は現状から横ばいであり、炭素割当量が与えられることで現状の排出量から半減以下まで削減が進むことが分かる。一方で、中国やASEAN諸国では、450ppmCO₂eq安定化シナリオを与えることで、現状と同程度の排出量が維持される。インドでは、炭素割当量を与えることでベースラインシナリオよりは削減が進むが、450ppmCO₂eq安定化シナリオでも、2050年の温室効果ガス排出量は現状の1.9倍に増加することが分かる。

図(1)-13 アジア地域におけるシナリオ別温室効果ガス排出量の変化
## （４）世界応用一般均衡モデルを用いた新しい社会経済シナリオの定量化

SPPの作成に当たってはSMA (Scenario Matrix Approach)という方法が採用される。このSMAとは表(1)-2のようなシナリオのマトリクスを想定したもので、横軸はベースラインとなる社会経済シナリオ、縦軸は気候安定化目標、で構成される。横軸方向の社会経済シナリオは、人間活動の基礎的な社会経済的な側面、例えば、教育水準、人口、所得、所得分配、技術の進展、環境志向、土地利用規制などである。各シナリオはそれぞれで想定された世界観に従った定性的シナリオと定量的なシナリオを整合的に併せ持つ。気候安定化目標については、RCPsの4つの放射強制力を基本とする。

表(1)-2 SMAの概観

社会経済シナリオ
SSP1	SSP2	…
気候安定化目標	8.5W/m²
6.0W/m²
4.5W/m²
2.6W/m²

現在、5つのSSPを定量化する作業が、2014年の夏の公表を目指して進められている。それぞれの社会は、図(1)-14のように位置づけられている。気候緩和策に対する社会経済的な負担（Mitigative capacity）と気候適応策に対する社会経済的な負担（Adaptive capacity）である。これらは分野横断的にIPCCの第二作業部会と第三作業部会がこのシナリオを使って政策評価をするためこのような軸で設計されている。図(1)-14から、緩和策はSSP1とSSP4で容易に行うことができるのに対して、SSP3とSSP5では困難となる。適応策についてはSSP1とSSP5で容易に行うことが可能であるが、SSP4とSSP5で困難となることが読み取れる。定性的な叙述概要を表(1)-3に示す。

適応策に対する社会経済的な負担が増大

図(1)-14 SSPsにおける5つの将来像

図(1)-15は、主要な指標としてGDP、人口、温室効果ガス排出量、エネルギー供給量、気温変化、放射強制力をまとめたものである。GDP、人口はそれらを推計する専門チームから提供されたものであり、温室効果ガス排出量、エネルギー供給量は本サブテーマで改良した応用一般均衡モデルを用いて計算したもの、気温変化、放射強制力はそのAIM/CGEの結果を用いて簡易気候モデルで計算したものである。温室効果ガス排出量は最も大きいもので2100年において90～160GtCO₂eq/年と大きな幅があることがわかるが、緩和策に対する困難性が大きいSSP5やSSP3などで大きな値となっており、緩和策に対する困難性が小さいSSP1やSSP4は小さな値となっていることがわかる。
一次エネルギー供給量についても同様の傾向がみられる。気温上昇は排出量ほどの差が見られず、3.5～4.5℃となった。

表(1)-3 SSPsの5つの社会の概要

SSP1（Sustainability／持続可能）：持続可能な社会へ向けて進む。一方で、資源消費強度が下がり化石燃料への依存度が下がる。これらを達成するための要素は、低所得国における急速な発展、国間、国の中での所得格差の解消、急速な技術進歩、環境汚染に対する高い認識である。低所得国の発展は、貧困ラインより下にいる人数を減少させる。これらの発展とともに適切に設計された都市化が低所得、中所得国で進展する。一方、高所得国は中程度の経済発展を成し遂げ、研究開発や技術移転を強くサポートする投資がなされる。世界全体としてはオープンでグローバリゼーションが進む。技術進歩は速く進むが、低汚染物質排出の技術、農業生産性の増加等、環境負荷を低減していくような技術進歩に重点が置かれる。消費は低物質依存、エネルギー強度が下がり、食料は動物性蛋白質の割合が低い。教育投資も進み、結果として人口成長は低い。同時にガバナンス、制度は問題解決に対して適切に設計される。ミレニアム開発目標は次の10年、20年で達成され、教育水準の高い人口が増え、安全な水へアクセスでき、衛生状態、医療アクセスなど気候変化に対する脆弱性を低減させる。

SSP2（Continuation／中庸）：ここ数十年の過去のトレンドが継続する。開発目標はある程度達成へ向けて進展し、資源への依存度やエネルギー強度の低下は過去のスピードで進み、徐々に化石燃料依存度も下がる。低所得国の発展はすべての国で進むわけではなく、取り残される国も存在する。都市化も同様に進む国もあるが、進まない国もあり、居住地の状態も改善される国と悪化する国が存在する。大部分の国では政治的に安定し、貿易は世界全体で結合している。グローバリゼーションは遅いが進む。貿易障壁はエネルギー、農業、資本市場で残ることになる。情報のアクセスは世界全体で適切に管理されるが、一部の最貧国や資源国や島嶼国はその例外となり保護主義が残る。所得の増加は世界全体としては中程度の速度で進み、途上国と先進国の所得は徐々に縮まっていく。国内における所得格差は徐々に下がっていくが、南米、サブサハラ、インドなどの国では依然として大きな格差が残る。教育投資は大きくはなく、そのため低所得国では人口増加が徐々に進む。ミレニアム開発目標の達成は遅れ、安全な水へのアクセス、衛生状態、医療などは改善しない地域が残り、気候変化に対する脆弱性が残ることになる。

SSP3（Fragmentation／崩壊）：世界は分断される。極度の貧困が残り、多くの国で大きく増加する人口の生活水準を維持するために奮闘することになる。地域はブロック化が進み、協力は進まない。世界全体として開発目標に失敗し、資源・化石燃料に対する依存は下がらない。各国は自国のエネルギーや食糧安全保障のために躍起になる。エネルギー、食料を含めて国際貿易は後退する。国際協調は進まず、技術進歩や教育に対する投資は限られたものとなる。そのために人口増加は非常に高い。低所得国における都市部は適切に計画されていない居住地が増える。エネルギー技術が進まず、エネルギー資源はローカルに限定され、さらに人口増加によって排出量は増加する。ガバナンスや制度は脆弱で、協力や調和に乏しい。人的資本に対する投資も小さく、格差は広がる。適応能力は低く、多くの国では気候変化に対して極めて脆弱となる。政治は貿易障壁を含む安全保障に重点が置かれる。

SSP4（Inequality／格差）：非常に高い格差が、国間でも国内でも存在する。豊かなエリートが排出量を増大させ、多くの貧困層は低排出となる。貧困層は先進国、途上国間わず、気候変化に対して脆弱となる。エネルギー部門では資源枯渇、気候政策などに対するヘッジ戦略を取り、R&Dに対する投資が進み、比較的低コストで非化石燃料資源を使えるようになる。従って、緩和策の困難度は低くなる。ガバナンスやグローバリゼーションは高所得のエリートによって、それらの人々のために適切に運営されるが、多くの貧困層にとっては効果的でない。低人的資本の貧困層の割合が相対的に高く、適応策への困難度が高い。

SSP5（Conventional Development／従来型発展）：社会的・経済的問題に対する解決策として、在来型の経済発展が進む。急速な在来型の経済発展は化石燃料に依存したエネルギーシステムを指向することになる。その結果排出量が増加し、緩和策への困難度が高くなる。人間開発目標は達成され、経済発展は著しく進み、極端現象による災害を軽減するためのインフラ投資が進み、生態系は非常によく管理されており、適応策への困難度は低くなる。
GDP

人口

GHG排出量

エネルギー供給

氖温变化

放射強制力

図(1)-15 AIM/CGEを用いたSSPsの定量的情報暫定版

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

世界モデルに関する各種分析では、温暖化対策の国際比較研究プロジェクトや将来の社会経済シナリオ開発に参加、定量的な結果を提供することは、数理モデルや将来シナリオがもつ科学的な知見を社会に提供することにつながっている。特に、他のモデルと比較することで、低炭素社会の実現に向けてどのような将来像が描けるのか、そのための条件は何か、どの程度費用がかかりうるかを、よりロバストな形で検討することができるようになる。IPCCにおいても、モデル比較研究の結果等の多くが引用されており、科学的な知見の蓄積に貢献してきたと考えている。

また、統合評価モデルを用いた様々な将来シナリオの検討とその定量化は、これまで個別に検討されてきた項目を共通の枠組みで検討することが可能となった。SSPsの定量化において見られるように、対策の効果や影響を、異なる社会像との関係で整合的に提示することが可能となっている。

## （２）環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

アジア主要国の研究者に対して実施したモデルのトレーニングは、わが国のみならずアジアにおける環境政策の底上げ、気候変動緩和策の実現にも貢献している。このほか、ADBのプロジェクトを通じた成果の提供も、北東アジア各国における温暖化対策の検討に貢献している。
## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

様々な国際比較研究プロジェクトへの参画を通じて、将来の多様なシナリオを描くことが可能となり、わが国における温暖化対策の議論に対して様々な情報を提供することが可能となっている。さらに、日本だけではなく世界が低炭素社会に向かう上で特に資金面で困難のある国々や地域に対して国際的な政策や枠組みでどのように支援していくかを検討するための基礎的な情報についても提供できるようになり、こうした情報は温室効果ガス排出量の削減目標に関する国際的な議論において、政府における利用が見込まれると考えている。

このほか、削減量可視化ツールについては、英国大使館の支援のもとで、利用方法に関するワークショップを開催するなど、行政による活用を見据えた活動を行っている。

## 6 ．国際共同研究等の状況

本研究課題では、以下の国際共同研究プロジェクトに参画し、本研究で得られた成果を提供している。

① IAMC（Integrated Assessment Modeling Consortium）：国立環境研究所、EMF、IIASAが中心となって、世界の統合評価モデル研究者が参加している国際的な学術コミュニティ。SRESの後継を目的としたシナリオ作成にも積極的に関わっている。

② EMF（Energy Modeling Forum）：スタンフォード大が中心となって活動するモデル比較プロジェクト。

③ AMPERE（Assessment of Climate Change Mitigation Pathways and Evaluation of the Robustness of Mitigation Cost Estimates）：欧州委員会の第7次研究枠組み計画の元で実施されている気候変動対策の統合評価モデルに関する国際モデル比較プロジェクト。

④ LIMITS（Low Climate Impact Scenarios and the Implications of Required Tight Emission Control Strategies）：欧州で行われている大幅な温室効果ガス排出削減に向けた世界及び主要国を対象としたシナリオ開発プロジェクト。

⑤ SSPs（Shared Socio-economic Pathways）：IPCC次期評価報告書に向けて、統合評価モデルと影響研究の共通の枠組みを目的とした社会経済シナリオの開発。

また、IAMCやEMF等の国際モデル比較研究では、特に下記の機関と連携し作業を行った。

・米国 スタンフォード大学、太平洋北西国立研究所

・オランダ 環境評価庁

このほか、以下のアジアの機関に所属する研究者と共同研究を実施するとともに、各機関の若手研究者を対象としたモデルのトレーニングを実施した。

· 中国 国家発展和改革委員会能源研究所、中国科学院広州能源研究所

・インド インド経営大学院アーメダバード校、ボパール建築計画研究所

・タイアジア工科大学、タマサート大学、キングモンクット大学

・インドネシア ボゴール農業大学、バンドン工科大学

・マレーシア マレーシア工科大学

・ネパール アジア技術経営大学

・韓国 ソウル大学、国立環境研究院
### 7. 研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

## <論文（査読あり）>

1) A. Pattanapongchai, B. Limmeechokchai, Y. Matsuoka, M. Kainuma, J. Fujino, O. Akashi and Y. Motoki: GMSARN International Journal, 5 (3), 189-194 (2011)

“Subsidy for Clean Power Generation and CO₂ Mitigation in Thailand: The AIM/Enduse Modeling”

2) 生津路子・藤森真一郎・松岡譲: 環境システム研究論文集, 67 (6), 255-266 (2011)

「応用一般均衡モデルを用いた日本における温室効果ガス削減目標の分析」

3) 金森有子・松岡譲：土木学会論文集G(環境), 67 (6), II_363- II_374 (2011)

「エネルギーサービスの需給バランスを考慮した業務部門のエネルギー消費量推計について」

4) 白木裕斗・芦名秀一・亀山康子・森口祐一・橋本征二：エネルギー・資源学会論文誌, 33 (1), 1-10 (2012)

「多地域電源計画モデルを用いた2020年の日本電力部門における再生可能エネルギー導入シナリオの検討」

5) S. Ashina, J. Fujino, T. Masui, T. Ehara and G. Hibino: Energy Policy, 41, 584-598 (2012)

“A roadmap towards a Low-Carbon Society in Japan Using Backcasting Methodology: Feasible Pathways for Achieving an 80% Reduction in CO2 Emissions by 2050”

6) O. Akashi, Y. Hijioka, T. Masui, T. Hanaoka and M. Kainuma: Energy Economics, 34, S346-S358 (2012)

"GHG emission scenarios in Asia and the world: The key technologies for significant reduction"

7) A. Okagawa, T. Masui, O. Akashi, Y. Hijioka, K. Matsumoto and M. Kainuma: Energy Economics, 34, S391–S398 (2012)

“Assessment of GHG emission reduction pathways in a society without carbon capture and nuclear technologies”

8) T. Hanaoka and M. Kainuma: Sustainability Science, 7(2), 117-137 (2012)

“Low-Carbon Transitions in the World Regions: Comparisons of Technological Mitigation Potentials and Costs in 2020 and 2030 by bottom-up analyses”

9) O. Akashi and T. Hanaoka: Sustainability Science, 7(2), 139-156 (2012)

“Technological feasibility and costs of achieving a 50 % reduction of global GHG emissions by 2050: Mid- and long-term perspectives”

10) H. Dai and T. Masui: Energy Science and Technology, 4(1), 1-8 (2012)

“Assessing the Contribution of Carbon Emissions Trading in China to Carbon Intensity Reduction”

11) H. Dai, T. Masui, Y. Matsuoka and S. Fujimori: Energy Policy, 50, 736-750 (2012)

“The Impacts of China’s Household Consumption Expenditure Patterns on Energy Demand and Carbon Emissions towards 2050”