Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
8) 土谷富士夫，1985．十勝地方における火山灰土壌の凍結、凍上が農地に及ぼす影響に関する研究．博士論文(北海道大学)，234pp.

9) Hirota, T., Pomeroy, J.W., Granger, R.J., Maule, C.P., 2002. An extension of the force-restore method to estimating soil temperature at depth and evaluation for frozen soils under snow. Journal of Geophysical Research, 107, D24, 4767 doi: 10.1029/2001JD001280.

10) Nemoto, M., Hirota, T., Iwata, Y., 2008. Application of the extended force-restore model to estimate soil-frost depth in the Tokachi region of Hokkaido, Japan. Journal of Agricultural Meteorology, 64, 177-183.

11）北海道農政部,2005.北海道農業生産技術体系（第3版）農業改良普及協会、札幌

12）日本国温室効果ガスインベントリオフィス,2008.日本国温室効果ガスインベントリ報告（2007）国立環境研究所、つくば.

13) Koga, N., Sawamoto, T., Tsuruta, H., 2006. Life cycle inventory-based analysis of arable land farming systems in Hokkaido, northern Japan. Soil Science. Plant Nutrition, 52, 564–574.

14) Hammond, J., Shackley, S., Sohi, S., Brownsort, P., 2011. Prospective life cycle carbon abatement for pyrolysis biochar systems in the UK. Energy Policy, 39, 2646–2655.

15) Forster, P., Ramaswamy, V., Artaxo, P., Berntsen, T., Betts, R., Fahey, D. W., Haywood, J., Lean, J., Lowe, D. C., Myhre, G., Nganga, J., Prinn, R., Raga, G., Schulz, M., Van Dorland, R., 2007. Changes in atmospheric constituents and in radiative forcing, in Solomon, S., Qin, D., Manning, M., Chen, Z., Marquis, M., Averyt, K. B., Tignor, M., Miller, H. L. (Eds.), Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 129-234.

16) Hirota, T., Usuki, K., Hayashi, M., Nemoto, M., Iwata, Y., Yanai, Y., Yazaki, T., Inoue, S. 2011. Soil frost control: agricultural adaptation to climate variability in a cold region of Japan. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change., DOI:10.1007/s11027-011-9296-8.

17) Kurihara, K., Ishihara, K., Sakai, H., Fukuyama, Y., Saitou, H., Takayabu, I., Murazaki, K., Yukimoto, S., Noda, A., 2005. Projections of climatic change over Japan due to global warming by high resolution regional climate model in MRI. SOLA, 1, 97-100.

18）気象庁，1999．世界気象資料(1992-1998)，気象業務支援センター発行，CD-ROM.

19) Yanai Y., Hirota T., Iwata Y., Nemoto M., Nagata O., Koga N. (in press) Accumulation of nitrous oxide and depletion of oxygen in seasonally frozen soils in northern Japan—Snow cover manipulation experiments. Soil Biology and Biochemistry, doi: 10.1016/j.soilbio.2010.06.009

20）北海道 栗山町ホームページ，http://www.town.kuriyama.hokkaido.jp/index.html

http://www.town.kuriyama.hokkaido.jp/kouhou/10-09-01/1009.6.9.pdf（家庭ゴミ炭化処理による融雪材再利用の記載）
21）例えば、8（5）で示すマスコミ等への公表・報道の他に、雪割りの作業風景が、北海道新聞朝刊（2011年1月16日）と十勝毎日新聞(2011年1月18日)の北海道の地元の有力紙において1面記事で紹介され、また、NHKでもさわやか自然百景　北海道　十勝平野　冬（2011年2月6日放映）で紹介された。

## 7 ．国際共同研究等の状況

特になし

## 8 ．研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

1) T. Hirota and M. Fukumoto: Journal of Agricultural Meteorology, 65, 375-386 (2009) "Estimation of surface moisture availability on bare soil from meteorological and surface soil temperature measurement and its parameterization without soil moisture"

2) T. Hirota, K. Usuki, M. Hayashi, M. Nemoto, Y. Iwata, Y. Yanai, T. Yazaki and S. Inoue: Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, DOI: 10.1007/s11027-011-9296-8 (2011)

## くその他誌上発表(査読なし)>

1）広田知良，2009．気候変動・温暖化が寒冷地の土壤凍結および土壤水分に与える影響．2009土壌水分ワークショップ(Soil Moisture Workshop 2009)論文集 23-1-4.

## （2） 口頭発表(学会)

1）根本学，廣田知良：日本農業気象学会北海道・東北支部学会合同大会，52-53（2008）「北海道道東における土壌凍結深の空間分布と経年変動について」

2）広田知良，根本学，岩田幸良，濱崑孝弘：日本農業気象学会2009年度全国大会，50（2009）「北海道・道東地方の土壌凍結深の長期変動傾向」.

3）奥島里美，岡田益己，小沢聖，廣田知良，干場信司，蔵田憲次：日本農業気象学会2009年度全国大会シンポジウム気候変動と農業技術，220-223（2009）

「パッシブ農業の視点と技術化」

## （3） 出願特許

特に記載するべき事項はない

## （４）シンポジウム、セミナーの開催（主催のもの）

1）2008年11月25日 函館市産官学交流プラザ 日本農業気象学会北海道・東北支部合同大会シンポジウム「北日本の気候変動・温暖化と農業影響および今後の研究展望 観客50名」
（５）マスコミ等への公表・報道等

1）朝日新聞(2008年4月4日 北海道版28面）環境異変⑤ 凍らぬ土、野良イモ越冬

2）札幌テレビ(STV)（2008年7月9日どさんこワイド180）「シリーズそこにある地球温暖化」(温暖化と野良イモについて10分ほど紹介）

本放送のシリーズは、2009年度、第46回ギャラクシー賞(放送批評懇談会主催)で、報道活動部門の優秀賞を受賞した。ウィキペディアによればギャラクシー賞は「事実上、日本国内のテレビ番組作りの最高の栄誉となっている」。

3）産経新聞朝刊(2008年12月12日、全国版2面）生きもの異変 温暖化の足音(45)北の大地に増える野良イモ

4）十勝毎日新聞（2009年2月14日）土壌凍結今年は浅め 5−16 cm「野良イモ発生増を懸念」道農業研究センター芽室拠点 雪割りで対策を

5）オホーツク新聞(2009年2月19日1面，北方圏国際シンポジウム)

6) 日本経済新聞(2009年12月6日 全国版、11面) 土壌に異変 温暖化の影

7）テレビ東京 ワールドビジネスサテライト（2010年1月11日 大地に忍び寄る異変 6分ほど紹介）

8）朝日新聞(2010年11月12日 18面）いきものがたり Human ×Nature 忍び寄る温暖化 越冬「野良イモ」畑で悪さ

## （6） その他

広田知良 2010 年度日本農業気象学会 学会賞学術賞受賞

「寒地農業に及ぼす気候変動・温暖化の影響解析・評価と適応対策に関する研究」
課題名 S-6-4 循環資源・資源生産性の向上による低炭素社会構築に関する研究

課題代表者名 森口祐一（東京大学大学院工学系研究科都市工学専攻教授）

研究实施期间 平成21～25年度

累計予算額 188,061 千円（うち 25 年度 36,011 千円）

予算額は、間接経費を含む。

本研究のキーワード 物質フロー分析、鉄鋼材、セメント、紙・パルプ、温暖化対策技術、クリティカルメタル、脱物質化、3R

研究体制

(1) 資源需給と温暖化対策の交互作用に着目した低炭素化ポテンシャルの評価手法の開発（東京大学）

(2)低炭素化に関連する物質フロー・ストックの計量手法の開発（立命館大学）

(3) 温室効果ガス排出削減ポテンシャル算定のための物質フロー・ストックモデルの構築（みずほ情報総研株式会社）

(4)消費財・低炭素技術に関わる資源・エネルギー分析（独）国立環境研究所）

(5) 社会基盤整備の進展に伴う資源・エネルギー需要予測と低減方策（名古屋大学）

研究協力機関

東京農工大学

## 研究概要

### 1. はじめに(研究背景等)

大量生産・大量消費に支えられた経済社会から循環型社会への転換は、主に廃棄物問題の改善、資源の有効利用の観点から提唱されてきたが、エネルギー消費・GHG排出の面からも大きな意義がある。資源の循環的・効率的利用によるGHG排出削減効果は、特定の素材や製品のリサイクルについては多くの算定例があるものの、総量としてどれだけ削減に寄与してきたかや、今後どれだけ削減ポテンシャルがあるかについては、我が国についても十分には定量化されておらず、今後、資源利用の飛躍的な増大が見込まれるアジアの発展途上国については、知見がさらに不足している。また、今後、アジア諸国では、社会基盤整備や耐久消費財の普及などにより、素材産業からのGHG排出の増大が見込まれる。加えて、そうした耐久財の蓄積は、その利用段階でのエネルギー消費と密接に関連するとともに、将来の二次資源の供給源という性格ももち、物質のストックと物質・エネルギーのフローを関係づけて解析する新たな視点が必要である。

さらに、今後の資源需給には、温暖化対策との交互作用も含め大きな変化が予想される。天然資源供給では、金属鉱石の品位の低下、採掘対象の深化等により、エネルギー消費やGHG排出が増大する可能性がある。循環資源には社会システムの変化などによる潜在的資源量の増減が考えられるが、他方で労働集約的なリサイクルが機械化される過程でのエネルギー消費やGHG排出の増大が危惧される。需要サイドでは、IT化などの技術革新が資源生産性の高い発展の経路をもたらす一方で、温暖化対策のための新技術の導入が稀少資源の需給に重大な影響を及ぼす可能性がある。

### 2. 研究開発目的

本研究では、アジア諸国の経済発展に伴う社会基盤の整備、耐久消費財の普及、消費財の消費拡大、あるいは低炭素化技術の普及等の想定に基づいて、今後の資源需要量と素材生産に係るGHG排出量の推計を行うとともに、こうした資源の需給バランスや資源の効率的・循環的利用による低炭素化のポテンシャル、需給ギャップ解消のポテンシャルについて検討することを目的とする。低炭素化のポテンシャルについては、特に、素材生産における効率向上やエネルギー転換、ストックされた循環資源や再生可能資源による資源代替、国際的な分業・国際資源循環などの素材供給側の視点と、アジアの地域特性を生かした資源消費のより少ない社会基盤整備、耐久消費財の保有形態の変化、一過性の資源消費の少ない消費形態への転換などの需要側の視点両面から検討を行う。
### 3. 研究開発の方法

## (1) 資源需給と温暖化対策の交互作用に着目した低炭素化ポテンシャルの評価手法の開発

## 1 )金属資源の品位低下の影響の検討

銅を対象に、天然資源開発現場における今後の変化を定性的に予測すると共に、実際に起こりうる変化をシミュレーションした。まず、現在明らかになっている鉱床別埋蔵量データを用い長期的な供給可能性を検討した。その上で、鉱山の長期生産計画ツールを開発し、これを用いることで実際に鉱床が大深度化した際にどのような変化が起こるのかを定量化した。例として、大規模露天掘鉱山を大規模坑内掘へと移行するタイミングの最適化アルゴリズム及びそこから得られる結果のイメージを図1,2に示す。

## 2 ) 温暖化対策に必須とされるクリティカルメタルの検討

温暖化対策に必須とされるクリティカルメタル(特にレアメタル)の需給を、マテリアルフロー分析から得られた結果をもとにシステムダイナミクスモデル(以下SDモデル)として記述した。特に、CIGS太陽電池において需給が心配されるガリウム、インジウムを対象とした分析を行った。ガリウムは主としてアルミナ精錬の、インジウムは亜鉛製錬の副産物として回収されるため、アルミニウム、ガリウム、亜鉛、鉛、インジウムの5鉱種を統合的に描いた需給モデルを構築した。SDモデルのマテリアルフロー部分の概略を図3に示す。

## 3 ) 発展途上国のEW-MFA(Economy-Wide Material Flow Analysis)

バングラデシュを対象に発展途上国の資源利用をEW-MFAを用いて定量化・視覚化した。バングラデシュの特徴を踏まえ、レンガの利用、船舶解体の影響などを念頭に置きつつ推計を行った。ここで用いる枠組は通常のEW-MFAであるが、統計情報等が限られた発展途上国におけるケーススタディであるがゆえに、データは現地調査や現地専門家との共同研究等に依っている。

図1 最適生産計画ツールのアルゴリズム

図2 鉱山最適生産計画のイメージ

図3 SDモデルの概要

## (2) 低炭素化に関連する物質フロー・ストックの計量手法の開発

## 1 ) 鉄鋼材のフロー・ストックの計量手法の開発と適用

トップダウンおよびボトムアップの両面から鉄鋼材のフロー・ストックの計量手法を検討した。トップダウン手法は各国の鉄鋼関連統計のデータをもとにフロー・ストックを計量するもの、ボトムアップ手法は、建築物、土木構造物、輸送機械、産業機械、家電製品などの各分野の統計データとそれら製品の資源利用強度のデータをもとに、フロー・ストックを計量するものであり、これらの整合性を検討し、将来の需要推計を行った。中国を例とした推計モデルのシステム境界は図4の通りである。図に示すとおり、鉄の循環は様々なプロセスにより成り立っており、図では各プロセスを四角で、市場での取引をMの四角で、ストックを丸で表している。過去の生産、貿易のデータを統合し、直接データが得られないプロセスは技術的なモデル化を行った。

## 2 )紙・板紙のフローの計量手法の開発と適用

経済発展と紙・板紙需要との関連を分析・モデル化した上で、IPCCのSRESにおける人口・GDPシナリオに基づいて、アジア10カ国における紙・板紙需要量とそれに伴うパルプ用木材需要量を2050年まで推定した。また、そのパルプ・紙・板紙製造に関わるエネルギー消費量、化石エネルギー由来CO₂排出量を2050年まで推計した。さ
らに、パルプ製造残渣として発生する黒液のエネルギー利用、古紙パルプ利用の増加、木材化学パルプ利用の増加、パルプ・紙・板紙製造技術の向上等の低炭素化方策を検討し、そのCO $ _{2} $ 排出削減のポテンシャルを評価した。

図4 中国における鉄の循環（1900～2009）

図 5 物質フロー・ストックモデルの基本構造

表 1 物質フロー・ストックモデルの対象品目と用途

財	資材	最終製品フロー・ストックモデル
大区分	中区分	小区分	鉄鋼	セメント	紙	適用モデル	財の単位
耐久財・耐久消費財	建築物	住宅(都市部)	○	○	-	財－資材型	床面積[m2]
住宅(農村部)	○	○	-
非住宅	○	○	-
インフラ	○	○	-	資材型	-
輸送機器	乗用車	○	-	-	財－資材型	保有台数[台]
貨物等	○	-	-
他輸送機器	○	-	-	資材型	-
生産設備	○	-	-	資材型	-
その他	○	-	-	資材型	-
消費財	紙	-	-	○	-	-

## (3) 温室効果ガス排出削減ポテンシャル算定のための物質フロー・ストックモデルの構築

## 1 ) 物質フロー・ストックモデル構築のための基礎データの収集・整理

物質フロー・ストックモデルの構築のために、各種統計や文献情報などから中国の社会経済等データ、中国の生産プロセスデータを収集・整理した。また、生産設備に関しては中国のデータは不足していることから、日本の生産設備データに関して情報を収集・整理し参考とした。また、生産設備に関しては日本の物質フローと産業連関表の固定資本マトリックスを用いて部門別の生産設備等の誘発物質原単位の試算を行った。特に、中国などで需要が増加することが想定されるインフラ系銅電線に着目し、個別統計データを元にインフラ系銅電線のストック量を予測するためのサブモデルを構築した。対策シナリオの検討を行うために、脱物質化推進対策に関する対策のリストと関連情報を収集・整理した。

## 2 ) 物質フロー・ストックモデルの構築

中国の経済発展による資源需要の増加に伴って排出されるCO₂排出量の推計を行うために、S6-1や他のサブテーマの成果を統合し、様々なシナリオ及び各種対策を反映できるように物質フロー・ストックモデルを構築した。その基本構造を図示す。物質フロー・ストックモデルは、最終製品フロー・ストックモデルと、生産プロセスモデルから構成されている。最終製品フロー・ストックモデルで求めた資材需要量や廃棄物等循環利用量を生産プロセスモデルの入力とし、資材生産に伴う温室効果ガス排出量を算出する。本研究で対象とした財、資材および、適用した最終製品フロー・ストックモデルを表1に示す。
## (4) 消費財・低炭素技術に関わる資源・エネルギー分析

国際貿易に伴い発生するエネルギー消費と金属資源の世界的移動量を把握するため、231の国や地域を含む世界全体をシステム境界とする国際マテリアルフロー分析を行った。エネルギー消費については、貿易商品に含まれる内包エネルギー消費量、すなわち、エネルギーフットプリントを算定し、その国際フローを同定した。ただし、化石燃料起源のエネルギーのみを考慮した。また、金属資源は、いわゆるベースメタル、コモンメタルと呼ばれる金属の中から、鉄、銅、アルミ、亜鉛、鉛に焦点を当て、貿易商品に実際に含有されている金属量を対象に国際フローの推計を実施した。

エネルギー消費については、貿易商品を111種類に分類し、それらについて231の国や地域の間の取引量を推計した。各商品の内包型エネルギー消費量については、米国Purdue大学GTAP7における各国の地域内産業連関表を用いて、各商品の国・地域別の内包型エネルギー原単位（国産品のみを対象）を推計した。先の取引量と求めた内包型エネルギー原単位を乗じることで、エネルギーフットプリント基準による国際フローを導出した。一方、金属資源については、貿易商品の中から、推計対象とする金属を含有する商品を可能な限り全て選定し、選定した各商品の対象金属含有率を設定した。具体的には、商品を①鉱石、②粗原料、③部品・最終製品、④屑・副産物の区分に大別し、区分毎に対象金属の含有率を定めた。各商品の国間貿易量と設定したカットオフ値および金属含有率を乗じ、商品の貿易により生じる国間の対象金属の移動量を算定した。

上記で推計した内包エネルギーと金属の国際フローと日本で生産する消費財との関係を同定するため、Global input-output model(GLIO)を用いた。GLIOは日本の産業連関構造を約400部門の解像度を残したまま、国際サプライチェーンとの接続を可能とした簡易構造型の多地域間産業連関分析モデルである。本研究では、日本の国産品の単位当たりの生産に伴う国際フローの必要量を商品別に算定を行った。

## (5) 社会基盤整備の進展に伴う資源・エネルギー需要予測と低減方策

日本の資源需要の長期トレンドをもとに物質フロー・ストックと資源・エネルギー需要との関係を明らかにするために、日本の建築物と社会基盤の資材投入原単位を用いて、インフラ整備に伴う素材ごとの物質のストックを時間的・空間的に計算した。対象とした構造物は、建築物・道路・鉄道・下水道であり、物質はセメント、鉄鋼、木材とその他の砂利などの基礎財に分けて計算した。

その上で、国の社会資本の蓄積分布と更新サイクルの解明により、中国国内での一次資源、二次資源需要の長期トレンドモデルを構築した。中国の建築物・道路・鉄道・下水処理インフラを対象に資材投入原単位を推計したうえで、物質フロー・ストックモデルを構築し、中国における鉄鋼・セメントなどの物質需要量を推計した。次に、一人当たりGDPと都市化率を考慮し、2050年まで規模の推移を予測した。最後に、構造物の寿命により、将来の物質フロー・ストックモデルを構築した。また、リサイクル率を設定して、リサイクル率の向上による資源需要の変化を考察した。

また、アジア地域における中国以外でのケーススタディとして、今後も著しい経済発展が見込まれるミャンマーとフィリピンにおいてEW-MFAを行った。

### 4. 結果及び考察

## (1) 資源需給と温暖化対策の交互作用に着目した低炭素化ポテンシャルの評価手法の開発

## ①金属資源の品位低下の影響の検討

図6は、露天掘から坑内掘への移行が起こる深さが変わった場合に、どのように割引現在価値（NPV）及び関連するマテリアルフローが変わるかを示したものである。このケーススタディにおいては、採掘深度2において移行する場合で最大のNPVを得ている。しかしながら、図から分かるように得られる金属量の観点からは採掘深度5において移行が起こる、すなわち露天掘が長く続く方がよいことが分かる。そこで簡易的に求めたTMR係数、すなわち鉱山での総採掘量を得られる金属量で除した比率を見ると、移行深度が深くなればなるほどこの値が大きくなることが見て取れる。つまり、坑内掘に移行すると総採掘量が減少することが分かる。

## ②温暖化対策に必須とされるクリティカルメタルの検討

図7は、今後のガリウムの需給を予測した結果である。CIGS太陽電池向けのガリウム需要の拡大から、現状のままのガリウム供給体制では需要を満たすことが出来なくなることが分かる。ガリウムは主としてアルミナ精錬の副産物であり、供給の問題は資源量ではなく、ガリウム回収プロセスを持つアルミナ精錬の生産能力にある。そこで、アルミナ精錬所にガリウム回収プロセスを設置することで、この供給不足全てを賄おうとするケースを検討したところ、現状の3.3倍の生産能力が必要となることが分かった。しかしながら、2030年頃から徐々に太陽光電池由来のスクラップが発生することから、仮にこれをリサイクル率20%で回収できると仮定すると、その3.3倍は3倍で済むことが明らかになった。国内にアルミニウム一次精錬を持たない我が国にとっては、こうしたリサイクルによる資源確保は重要な戦略であるが、実際にリサイクルがある程度資源確保に寄与することが明らかになった。 $ ^{③} $ 発展途上国のEW-MFA

バングラデシュの物質フロー全体の規模は4.5億トン程度であり、我が国と比べれば3分の1程度となることが分
かった。人口規模を考えればこの物質フローはますます大きくなっていくことが予想される。内訳を検討したところ、発展途上国の多くがそうであるように、バイオマス資源がそのほとんどを占めていた。また、非金属鉱物についてその詳細を分析したところ、セメント向けの資源消費量が860万トン余である一方、レンガ用の粘土鉱物の消費量が5430万トンにも上ることが明らかとなった。また、同国では経済発展段階に対して鉄鋼消費量が多いことが分かったが、この背景には船舶解体由来の大量のスクラップの存在がある。こうしたことからも、発展途上国はそれぞれの国によって特徴的なフローを持つ可能性があるため、詳細な現地調査が必要であることが改めて浮き彫りとなった。

図6 移行深度と採掘量、NPVへの影響

図7 ガリウムの需給予測

## (2) 低炭素化に関連する物質フロー・ストックの計量手法の開発

## 1 ) 鉄鋼材のフロー・ストックの計量手法の開発と適用

アジアにおける鉄鋼材を対象とした分析については、アジア全体、中国、インドにおける1人当たりの鉄鋼材ストックが、2010年にそれぞれ2.3t/人、3.2 t/人、0.6 t/人と推計され、これまでの成長が続くと仮定すると、中国は2025～2040年、インドやアジア全体は2060～2080年頃に現在の先進国のレベルに達する可能性があることが示された。また、今後の粗鋼の需要量は1100～1200 Mt/年に達し、この水準を維持することが示唆された。中国の粗鋼需要は間もなくピークに達し、今後減少していく一方、インドやその他のアジア地域の需要量が増加していくと推計された。さらに、鉄鋼材のストック需要を8 t/人まで削減するシナリオについて検討したところ、2011～2050年のCO₂排出量をBAUと比較して16%程度削減できることが示されるとともに、長寿命化やリサイクル率・歩留まりの向上等をさらに見込んだシナリオによって、さらに19%程度の削減が見込まれることが示された（図8）。エネルギー効率の改善や二酸化炭素の回収・貯留を加えて、全体として、鉄鋼材に関わるCO₂排出量を2050年に2000年の半分程度にまで削減できる可能性が示された。

## 2 ) 紙・板紙のフローの計量手法の開発と適用

経済水準（1人当たりGDP）を説明変数として、用途ごとの紙・板紙需要量（1人当たり消費量）の回帰分析を行った結果、いずれの用途も、線形曲線や対数曲線と比べて逆U字（2次）曲線による説明力が最も高く、その回帰係数も有意性が確認された。ただし、ターニングポイントとなる経済発展レベルは高く、約4.7万ドル（International$）/人以上であることが分かった。今後の人口、GDP、1人当たり紙・板紙需要によって、2050年のアジア10カ国における紙・板紙需要量は、現在の世界（アジア10カ国）の消費量の111%（336%）～153%（463%）になると推計された。なお、中国とインドだけでアジア10カ国全体の需要量の約7割を占めた。また、2050年のアジア10カ国におけるパルプ用木材需要量は、2050年の世界（アジア10カ国）の木材供給可能量の約13%（47%）～20%（83%）に相当すると推定された。さらに、低炭素化方策において、2050年の無対策のCO₂排出量と比べて、黒液利用対策は約24%、古紙パルプ増加対策は約5%、木材化学パルプ増加と黒液利用の複合対策は約32%、技術改善対策は約25%の削減効果が得られることが分かった（表2）。

## (3) 温室効果ガス排出削減ポテンシャル算定のための物質フロー・ストックモデルの構築

## 1 ) 物質フロー・ストックモデル構築のための基礎データの収集・整理

中国の社会経済データのうち、人口やGDPなどのデータに関してはS-6-1から提供されたものを用い、素材や製品に関するデータに関しては中国統計年報等から収集し整理を行った。中国の生産プロセスデータについては、日本の生産プロセスデータを基本としながら、各種資料を基に整備・検討を行った。ただし、今後、将来の予測を行う場合には、技術の変化を考慮して日本の生産プロセスデータを活用することとした。中国の生産設備データについては、情報を収集することが困難であったことから、日本の産業連関表の固定資本マトリックを活用
図8 アジアにおける鉄鋼材に関わるCO₂排出量の削減シナリオ：(i)鉄鋼材需要削減、(ii)長寿命化・リサイクル、(iii)エネルギー効率改善、(iv)最新鋭の鉄鋼技術

表2 アジアにおける紙・板紙に関わるCO₂排出量のシナリオごとの推計結果

2005 $ ^{a} $	2030	2050
A2r-no measure $ ^{b} $	175	274	636
A2r-bl $ ^{c} $	175	253	483
A2r-wp inc $ ^{d} $	175	270	605
A2r-cp inc $ ^{e} $ & bl	175	263	435
A2r-tec imp $ ^{f} $	175	250	479
B1-no measure	175	316	822
B1-bl	175	291	614
B1-wp inc	175	311	775
B1-cp inc & bl	175	303	555
B1-tec imp	175	288	620
B2-no measure	175	421	829
B2-bl	175	387	618
B2-wp inc	175	414	781
B2-cp inc & bl	175	402	560
B2-tec imp	175	385	623

a) 2005年の紙・板紙消費量にエネルギー消費量とCO₂排出係数を乗じて算出、b) 対策なしのベースラインシナリオ、c) 黒液(bl)利用シナリオ、d) 古紙パルプ増加(wp inc)シナリオ、e) 木材化学パルプ増加(cp inc)シナリオ、f) 技術改善(tec imp)シナリオ

※CO_{2}削減量は基本ケースと対策ケースの差

図9 2050年までの中国の資材需要の増加に伴って排出されるCO_{2}排出量及びCO_{2}削減量

し、各部門における生産設備等の誘発物質原単位及び誘発物質量の推計を実施した。

また、構築したインフラ系銅電線のサブモデルを用いて中国の将来の銅電線のフロー量の試算を行ったところ、仮に今後、中国の経済成長に伴い日本と同程度のインフラ系の銅電線が必要となることを想定した場合には、2030年には中国のインフラ系の銅電線の需要量（フロー量）だけで現在の世界の銅地金生産量の約55％に相当する結果となった。

さらに、対策シナリオに関する情報収集として、脱物質化対策に関する情報収集・整理を行ったところ、自動車や航空機などの輸送機械に関しては、防錆鋼板などにより寿命を長くする取組はこれまでも実施されており、燃料削減の観点からアルミ化、高張力鋼板、炭素繊維素材に関する研究も進められていることから、輸送機械については長寿命化・軽量化を支える技術がある程度存在することが確認できた。一方、構造物や容器包装に関しては技術的な取組も行われているが、社会的な取組も重要であることが明らかになった。

## 2 ) 物質フロー・ストックモデルの構築

本研究で構築した物質フロー・ストックモデルを用いて、中国における高炭素強度の資材の生産に伴って排出
されるCO₂量の推計を実施した（図9の基本ケース）。また、脱物質化推進対策に係るシナリオを設定し、同様に推計した（図9の対策ケース）。基本ケースでは、鉄鋼材、セメント、紙・板紙に伴って排出されるCO₂は2020年頃までは増加となるが、その後は鉄鋼材やセメントの需要減少によって排出量が減少し、2050年には2010年比で約1.5億トン-CO₂減少となることが示された。また、長寿命化・リサイクル等の脱物質化推進対策を導入していくことで2050年までに約10億トン-CO₂の削減が見込まれることが示された。

図10 日本の国内最終需要に伴う誘発エネルギー消費量の世界分布

## (4) 消費財・低炭素技術に関わる資源・エネルギー分析

日本の消費財と国際フローとを関連付けた結果として、図10に日本の国内最終需要に伴い国際貿易を通じて世界で消費されるエネルギーの世界分布を示す。日本の国内最終需要により20721PJ（=10^{12}J）（NCV基準）のエネルギーを消費することが同定され、最終需要別の寄与としては、家計消費がその内の64%、政府支出が9.1%、公的資本形成が5.0%、民間資本形成が17%、その他の需要が4.2%であった。家計消費は、消費財の消費が主であることから、消費財に対してサプライチェーンを通じてエネルギー消費量の把握と管理が重要であることが示唆された。一方で、民間資本形成は現在17%であるが、低炭素技術の普及は更なるエネルギー消費の誘引の引き金となる。そのため、グローバルなサプライチェーンをシステム境界とするLCAを低炭素技術に対して適用することの必要性が確認された。この世界分布からアジア諸国に着目すると、総消費量の53%に相当する2292PJがアジア諸国での発生であった。中国が57%と半分を占め、続いてインドネシア、韓国、インド、タイへの誘発エネルギーが大きいことが明らかとなった。

国際貿易に伴う元素の移動量の推計については、機器・機械類などを含めた高加工度な製品を介した元素の移動量が、貿易に対する各元素の移動量に対して15%-27%（Fe: 15%, Al: 25%, Cu: 21%, Zn: 14%, Pb: 27%）を占めると推計された。これは、資源の流れを把握する上で、高加工度製品を介した資源の流れが無視できない量である事を示している。特に、これらの高加工度製品を介した資源の流れは、潜在的な二次資源量であるストック量の算定において重要な情報となり得る。地域別に見ると、アジアや西欧諸国に資源の輸入が集中しており、この2地域での輸入が占める割合は世界の流通量の58-77%（Fe: 73%, Al: 58%, Cu: 77%, Zn: 77%, Pb: 73%）と推計された。その流通形態は資源ごとに異なり、アルミニウムを除いた汎用金属については、鉱石として輸入された後、各国で素材あるいは機械・機器等の加工度の高い製品に加工されて再び輸出される傾向にあるのに対し、アルミニウムについては、その大部分が資源産出国での製錬を経て地金あるいはアルミニウム合金等の素材として流通していることが分かった。特筆すべきは、世界における資源の流れに対してBRICS（Brazil, Russia, India, China, and South Africa）およびNext eleven（N-11: Korea, Philippine, Pakistan, Iran, Indonesia, Egypt, Turkey, Nigeria, Bangladesh, Vietnam, and Mexico）の諸国が占める割合であり、これら新興国の工業化の促進に伴う生産規模の拡大や、人口増加や経済発展に伴う資源需要の拡大などは、今後の需給構造を大きく変化させる可能性がある。
## (5) 社会基盤整備の進展に伴う資源・エネルギー需要予測と低減方策

日本の社会基盤整備の推計結果より、インフラ建設中の中国の産業構造変化が60～80年代の日本の産業変化と類似性があり、社会基盤の充実により成長から成熟への過程は現在から将来にかけての中国の動態を捉える際に有益な結果であることが示唆された。また、統計データとGIS道路データによる道路ストックの計算結果の比較により、GISデータを用いる有用性が認められた。

中国において、建築物、道路・鉄道に関するフロー・ストック推計に基づき、大胆な前提に基づく低物質かつ低炭素化シナリオを検討した。建築物と道路・鉄道における中国の天然資源等投入量と廃棄物発生量を図11に示す。成り行きケースでは、天然資源等投入量と廃棄物発生量は大きく上昇傾向にあるが、長寿命化・リサイクル率向上ケースでは、天然資源等投入量と廃棄物発生量は2020年前後でピークアウトし、以降は減少に転じることが示された。また、2050年までの各ケースにおける建設に伴うCO₂排出量は、成り行きケースでは、2030年に17億トンでピークを迎え、2050年には14億2500万トンであるのに対し、長寿命化・リサイクル率向上ケースでは、2020年に14億トンと10年早くピークを迎え、2050年には4億7600万トンと成りゆきケースに比べ67％の削減が示された。建設インフラの長寿命化とリサイクル率の向上により、大きな削減効果が見込まれることが示唆された。また、ミャンマーとフィリピンを対象としたEW-MFAについては、バイオマス・建設用砂利・砂・化石燃料・金属鉱石・工業鉱物について、直接物質投入量を推計した。その結果、ミャンマーにおいては、直接物質投入量の多くをバイオマスが占めており、一次産業を中心とした資源国としての投入構造が示された。建設用資材の需要も伸びていることから、今後の急速な資源需要の増加が見込まれた。一方、フィリピンにおいては、建設用砂利・砂の投入量が増加しており、社会基盤整備の進展が進んでいることが示唆された。以上のように、EW-MFAを用いることで、アジアにおける直接物質投入量の推計が可能であることが示された。

図11 中国の天然資源等投入量と廃棄物発生量

### 5. 本研究により得られた主な成果

## (1) 科学的意義

耐久財・耐久消費財・消費財の製品需要量（ストック量及びフロー量）に基づき高炭素強度の素材である鉄鋼材、セメント、紙・板紙の需要量とその生産に伴って排出されるCO_{2}排出量を推計可能な物質フロー・ストックモデルを構築した。このポトムアップ型のモデルにより、製品需要量削減・リユース・リサイクル等の脱物質化対策の評価・検討を行えるようになった。

複数鉱種間の併産・副産関係を記述したシステムダイナミクスモデルを構築した。また、鉱山の生産計画ツールという、資源開発工学分野において長く研究されてきたツールを、環境影響評価へと援用する端緒を付けた。本ツールそのものが、当該分野においても非常に先進的なものであり、特に操業移行の最適化に関しては研究が始まったばかりの段階であることから非常に有用な成果である。

世界231の国や地域を含めたグローバルなシステム境界に基づき、国際貿易に伴うエネルギー消費と汎用
金属資源の移動量の構造を明らかにした。また、GLIOとの接続により、その国際フローと日本の詳細な部門分類で記述される最終需要との関係性を初めて同定することが可能となった。特に、貿易商品の網羅性を高め、国の解像度の高い精緻な解析を可能とした。

中国、バングラデシュ、ミャンマー、フィリピン等の発展途上国におけるEW-MFAを実施し、これまで先進国中心で進んできたMFA研究を発展途上国へと展開する上で有益な知見を得ることができた。この成果は、アジアの低炭素化や資源・廃棄物管理について検討する上での基盤情報となるものである。

## (2) 環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

環境省「2013年以降の対策・施策に関する検討小委員会第2回低炭素ビジネスWG」（2012年2月8日開催）の資料において、本研究の成果である中国の鉄鋼需要の推計結果が引用された。また、「2013年以降の対策・施策に関する検討小委員会」（2012年3月15日開催）の参考資料としても同結果が引用された。

環境省の気候変動「2020年以降の将来枠組み」に関する検討会（第6回）（2013年3月4日開催）における議事内容「貿易に伴う排出の扱いについて」において、本研究成果を含め貿易に伴うGHG等の影響について話題提供を行った。

- 消費財を含めた約400品目の国産財について作成したグローバルエネルギー消費原単位に基づき算出されているグローバルGHG排出原単位は、環境省所管による「グリーンバリューチェーンプラットフォーム（http://www.gvc.go.jp/）」において、SCOPE3用の原単位データベースとして利用されている。

環境省「第三次循環型社会形成推進基本計画に係る指標等に関する検討会」およびその作業チームには本研究課題の研究代表者・研究分担者計5名が参画し、本研究のモデル構築より得られた多くの知見をインプットすることで、指標作成に貢献した。

総合科学技術会議重要課題専門調査会ワークショップにける環境ワーキンググループからの報告において、本課題の成果を踏まえ、国際競争に打ち勝つための分野横断的技術として、資源生産性の高める技術という考え方が盛り込まれた。

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

高炭素強度素材であるセメント、紙・板紙の生産に伴って排出される CO₂ 排出量を推計可能な物質フローストックモデルを構築したことにより、例えば、製品の軽量化や素材代替、リサイクル等の脱物質化推進対策の効果が分析できるようになり、重点を置くべき対策の検討が可能となった。

複数鉱種間の併産・副産関係を記述した SD モデルを作成したことにより、例えば、CIGS 太陽電池の導入が、様々な鉱種にもたらす影響をシステム全体として分析できるようになり、環境政策と資源政策のより統合的な検討が可能となった。

• 本研究成果は、循環型社会構築に関わるリサイクルや長寿命化などの施策が、低炭素社会構築においても有益であり、win-win の関係にあることを示したものであり、両社会の構築を統合する観点で成果を活用することが見込まれる。

GLIO を多様な環境負荷物質に適用し、世界全体をシステム境界とする原単位を算定することで、欧州が進める環境フットプリント用の基本データとして活用することが見込まれる。

### 6. 研究成果の主な発表状況

## (1) 主な誌上発表

## く査読付き論文＞

1) H. Tanikawa, S. Hashimoto: Building Research & Information, 37(5&6), 483–502 (2009)

“Urban stock over time: spatial material stock analysis using 4d-GIS”

2) T. Huang, F. Shi, J. Fei, H. Tanikawa, H. Imura: 環境情報科学論文集, 24, 149-154 (2010)

“Study on the material stock of transportation construction associated with the development of infrastructure in China”

3) T. Huang, F. Shi, H. Tanikawa, J. Fei, H. Imura: Journal of Environmental systems research, 38, 301–307 (2010)

“Industrial structure change and $ CO_{2} $ emission associated with infrastructure development in China”

4) 玉西雄三、村上進亮、山富二郎: Journal of MMIJ, 127, 615–621 (2011)

「4-D network relaxation法を用いた露天掘鉱山生産計画のアルゴリズム開発」

5) X. Tian, H. Imura, M. Chang, F. Shi, H. Tanikawa: Frontiers of Environmental Science & Engineering, 5(3), 1–14 (2011)

“Analysis of driving forces behind diversified carbon emission patterns in regions of mainland China”
6) 石峰、大西暁生、谷川寛樹、黃韜、森杉雅史、井村秀文:環境科学会誌、24(4)、290-303(2011)「中国水資源産業連関表の構築とインフラ建設投資の水資源への影響分析」

7) H. Wang, S. Hashimoto, Y. Moriguchi, Q. Yue, Z. Lu: Journal of Industrial Ecology, 6(4), 481–492 (2011). "Resource use in growing China: Past trends, influence factors, and future demand"

8) Kayo, C., S. Hashimoto, Y. Moriguchi: Journal of Industrial Ecology, 16(4), 529–540 (2012) "Paper and paperboard demand and associated carbon dioxide emissions in Asia through 2050"

9) F. Shi, T. Huang, H. Tanikawa, J. Han, S. Hashimoto, and Y. Moriguchi: Journal of Industrial Ecology, 16, 493–505 (2012)

“Toward a low carbon-dematerialization society: Measuring the materials demand and $ CO_{2} $ emissions of building and transport infrastructure construction in China”

10) K. Nansai, Y. Kondo, S. Kagawa, S. Suh, K. Nakajima, R. Inaba and S. Tohno: Environmental Science & Technology, 46(16), 9146–9154 (2012)

“Estimates of embodied global energy and air-emission intensities of Japanese products for building a Japanese Input-Output Life Cycle Assessment Database with a global system boundary”

12) H. Wang, S. Hashimoto, Q. Yue, Y. Moriguchi, Z. Lu: Journal of Industrial Ecology, 7(4), 618–629 (2013) "Decoupling analysis of four selected countries: China, Russia, Japan, and the United States during 2000–2007"

13) X. Tian, M. Chang, H. Tanikawa, F. Shi, H. Imura: Energy Policy, 53, 279–286 (2013)

“Structural decomposition analysis of the carbonization process in Beijing: a regional explanation of rapid increasing carbon dioxide emission in China”

14) K. Nakajima, H. Ohno, Y. Kondo, K. Matsubae, O. Takeda, T. Miki, S. Nakamura and T. Nagasaka: Environmental Science & Technology, 47, 4653–4660 (2013)

“Simultaneous material flow analysis of nickel, chromium, and molybdenum used in alloy steel by means of Input-Output Analysis”

15）行木美弥、森口祐一:土木学会論文集G、69(6)、II_205-II_215（2013）

「中国とインドにおける鉄鋼需給に関連する温室効果ガス排出の中長期予測—スクラップの利用可能性と限界—」

16) K. Nansai, K. Nakajima, S. Kagawa, Y. Kondo, S. Suh, Y. Shigetomi, and Y. Oshita: Environmental Science & Technology, 48(3), 1391–1400 (2014)

“Global flows of critical metals necessary for low-carbon technologies: the case of neodymium, cobalt and platinum”

## (2) 主な口頭発表 (学会等)

1) T. Wang, S. Hashimoto: The 10th International Conference on EcoBalance, Tokyo, Japan (2012) "Forging a low-carbon steel cycle in Asia"

2) F. Shi, H. Tanikawa, T. Wang: MFA–ConAccount Section Conference 2012, Darmstadt, Germany (2012) "Material flow analysis for transport infrastructure and building construction in China"

### 7. 研究者略壓

課題代表者:森口祐一

京都大学工学部卒業、博士（工学）、現在、東京大学大学院工学系研究科教授

研究分担者

1）橋本 征二

京都大学大学院工学研究科修了、博士（工学）、現在、立命館大学理工学部教授

## 2 ）松井重和

上智大学大学院理工学研究科修了、現在、みずほ情報総研株式会社環境エネルギー第1部次長

## 3 ）南齐 規介

京都大学大学院エネルギー科学研究科修了、博士（エネルギー科学）、現在、国立環境研究所資源循環・廃棄物研究センター主任研究員

## 4 ）谷川寛樹

九州大学大学院工学研究科修了、博士（工学）、現在、名古屋大学学院環境学研究科教授
## 4 ．循環資源・資源生産性の向上による低炭素社会構築に関する研究

（１）資源需給と温暖化対策の交互作用に着目した低炭素化ポテンシャルの評価手法の開発

東京大学大学院

工学系研究科 森口祐一

村上進亮

平成21～25年度累計予算額：13,999千円

（うち、平成25年度予算額：3,610千円）

予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

低炭素化技術を導入するに際し、一部の素材系資源の需給に大きな影響を与えることが予想される。特に金属についてはクリティカルメタルなどと呼ばれ注目されているものもある。そこで、資源需給と温暖化対策の交互作用に改めて着目し、その関係を定量的に記述するようなモデル研究を通し、低炭素化ポテンシャルを評価することを目的とした。

まず昨今懸念されている、金属鉱床の大深部化・低品位化がもたらす影響を、今後の埋蔵量と環境面を念頭に定量的に分析した。低炭素化に関連するクリティカルメタルとしては、低炭素化ポテンシャル全体に最も大きな制約となりうる銅を分析対象とした。十分な埋蔵量をえるためには高水準の価格が必要であること、環境影響が拡大することが予想された。ただし、大規模坑内堀手法の技術導入により、これらが多少緩和される可能性があることを示した。

需給全体のモデル化では、CIGS太陽電池を事例とし、そのためのクリティカルメタルであるインジウム、ガリウムについて分析を行ったが、これらが副産物として生産されていることから、その供給についてはそれぞれの主産物である亜鉛、アルミニウムの生産構造に大きく依存し、場合によっては埋蔵量として地下に存在していても十分に供給されない可能性があることを定量的に示した。つまり、ある技術に取ってクリティカルなレアメタルに対する主産物金属が、必要としないにもかかわらず、その技術の低炭素化ポテンシャルを左右しうる可能性を示唆した。

アジアの発展途上国の今後の物質利用を考えるべく、バングラデシュを対象にew-MFA(economy wide Material Flow Analysis)を実施した。その結果、環境影響から問題視されている部分も多い船舶解体業やレンガ産業などがインフラ構築の原料供給を支えており、これらの技術の適正化が望まれる。これらの需要はますます伸びることと考えられ、こうした部門に対する適正な技術移転が、アジア域全体の低炭素化のために重要であることが考えられる。

## [キーワード]

クリティカルメタル、低炭素化技術、天然資源採掘、システムダイナミクスモデル、発展途上国の資源利用

※本報告の内容には、森口祐一・橋本征二が国立環境研究所に所属していた時に行った研究の一部を含む（研究開発目的の２の一部）。