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太陽光発電の二酸化炭素排出量とペイバックタイム


(作成:2022-05-04)

前回のトピックでは、発電方式ごとの必要となる消費資源の特徴や環境への影響を見てきました。再生可能エネルギーは化石燃料や原子力などに比べエネルギー密度が小さいことから、同じ電力を得るのに規模を大きくする必要があります。環境への影響は比較的小さいものの多資源消費となるため、廃棄物・資源の循環が必要だと考えられます。

引き続き今回のトピックでは、太陽光発電を中心とした再生可能エネルギーや各種発電方式でのCO2排出量とエネルギーペイバックに関して紹介していきます。

<データ・資料に関しての注記>
以下で紹介するデータ・図表等は各発行元の資料によるものであり、それぞれ異なる結果となっています。

それぞれの前提条件や数値の整合性は確認しておらず、全体的な傾向の把握を目的として掲載います。
またあらゆる地域や個別の事例について、以下で紹介するデータ等が該当するものではありません。

発電方式による二酸化炭素排出量

発電時にCO2を排出しないといわれる再生可能エネルギーですが、製造時などに要するエネルギーなどライフサイクルを通じてのCO2排出量を別途考える必要があります。

発電方式の違いによるライフサイクルCO2排出量の比較は色々なデータが公表されています。
算出条件の違いにより排出量の推定値に若干の違いはあるものの、概ね再生可能エネルギーによる発電はライフサイクルを通してもCO2排出は小さいと考えられています。

各電源のライフサイクルCO2排出量比較(エネ庁)
各電源のライフサイクルCO2排出量比較(引用元:資源エネルギー庁
各発電のライフサイクルGHG排出量比較(DOE)
各発電のライフサイクルGHG排出量比較(引用元:米国エネルギー省
発電・蓄電技術のライフサイクルGHG排出量比較(NREL)
発電・蓄電技術のライフサイクルGHG排出量比較(引用元:NREL
ライフサイクルでの温暖化ガス排出量(UNECE)
ライフサイクルでのGHG排出量(引用元:UNECE

一方で化石燃料による発電は燃料由来のCO2排出量が大きく、CCS(Carbon Capture and Storage、二酸化炭素回収・貯留)を併用しない限り、CO2排出量を抑えるのは難しいと考えられています。

なおEUでは、一部の天然ガスや原子力による発電を移行措置として認める『EUタクソノミー』が議論されています。
しかし本規則に基づく化石燃料由来の発電においては、ライフサイクルでの温室効果ガス(GHG)の排出量を『100g-CO2e/kWh以下』に抑える必要があり、非常に厳しい条件が課されていることが分かります。

EUタクソノミー規則に基づくスクリーニング基準(電力中央研究所)
EUタクソノミー規則に基づくスクリーニング基準(引用元:電力中央研究所

エネルギーペイバックタイム

エネルギーペイバックタイム(EPT、Energy Payback Time)は、エネルギー源の性能の表す指標のひとつです。
ライフサイクル中に投入されるのと同じだけのエネルギーを、発電によって節減できるまでに必要な稼働期間を表し、これが短いほど優れていることを示します(詳しい定義はこちらから)。
太陽光発電の場合、ライフサイクル中の投入エネルギーはその殆どが設備の生産に要したエネルギーとなり、これにメンテナンスや廃棄時のエネルギーが加わります。

同様に、温室効果ガス排出量で見て元が取れるまでの期間をCO2ペイバックタイムと呼ばれ、この数値が小さいほど温暖化抑制効果が高いことになります。

NEDOによる報告書によれば、太陽光発電によるエネルギーペイバックタイムは『2~3年』程度となっています。
本資料が2009年時点の数値であり、現在は太陽電池モジュールの性能向上などから、さらに少ない年数となっていると考えられます。

エネルギーペイバックタイム(NEDO/みずほ総研)
太陽光発電システムのエネルギーペイバックタイムとCO2ペイバックタイム(引用元:NEDO)

直近の資料によれば、屋根置きの太陽光発電設備でエネルギーペイバックタイムは、2年を下回る数値になっています。

EPBT_of_Si-PV_rooftop_system(Fraunhofer)
屋根置き型太陽光発電システムのエネルギーペイバックタイム(引用元:Fraunhofer

また既存の発電方式や他再生可能エネルギーとの比較を参考に紹介します。
(2008年時点の資料のため、最新のデータではないことに注意が必要)

発電方式によるEPT(産総研)
発電方式によるエネルギーペイバックタイムの比較(引用元:産総研

リサイクルによるCO2削減効果

前項までで、太陽光発電(再生可能エネルギーによる発電)が多くの資源を必要とするものの、ライフサイクルを通してのCO2排出量が比較として小さいことを見てきました。
発電所から廃棄・撤去される廃棄物は、資源としてリサイクルする必要性は論をまたないだけでなく、CO2排出量の削減といった点でも有益だと考えられます。

太陽光パネルのリサイクルによるCO2削減効果(エネ庁)
太陽光パネルのリサイクルによるCO2削減効果(引用元:資源エネ庁

資源の有効活用に留まらず、資源の安定供給やコスト削減、CO2削減など、リサイクル技術と回収スキームの重要性が明らかだと考えられます。

まとめ

発電時に二酸化炭素の排出がない太陽光発電(再生可能エネルギー)は、ライフサイクルを通してのCO2排出量の点からも、化石燃料由来の発電方式に比べて少ないと考えれています。
製造時のエネルギー消費やCO2排出を考慮した場合においても、数年以内に回収できると考えられており、温室効果ガスを削減できる効果が期待できることから気候変動への有効な手段と考えられます。

一方では資源や土地などの環境への影響は大きいこともあり、持続可能な太陽光発電システムの構築にはリサイクルの重要性が、今後さらに求められると考えられます。

参考資料

  1. US Department of Energy:Quadrennial Technology Review 2015
  2. NREL:Life Cycle Assessment Harmonization
  3. UNECE:Life Cycle Assessment of Electricity Generation Options
  4. Fraunhofer ISE:PHOTOVOLTAICS REPORT(24 February 2022)
  5. nature energy:Understanding future emissions from low-carbon power systems by integration of life-cycle assessment and integrated energy modelling (Michaja Pehl, Anders Arvesen, Florian Humpenöder, Alexander Popp, Edgar G. Hertwich & Gunnar Luderer)
  6. Global Energy Footprint
  7. 資源エネルギー庁:「CO2排出量」を考える上でおさえておきたい2つの視点
  8. 資源エネルギー庁(デロイトトーマツ):平成31年度エネルギー需給構造高度化対策に関する調査等事業(太陽光発電設備における廃棄等費用の確保等に関する調査)最終報告書
  9. NEDO:太陽光発電システムのライフサイクル評価に関する調査研究報告書(みずほ情報総研株式会社、報告書No. 20090000000073
  10. 電力中央研究所:日本における発電技術のライフサイクルCO2排出量総合評価
  11. 電力中央研究所:発電プラントのエネルギー収支分析
  12. 電力中央研究所:EUにおける「タクソノミー」の動向―スクリーニング基準の策定状況と今後の見通し―
  13. 産業総合研究所:太陽光発電の特徴1
  14. 産業総合研究所:再生可能エネルギー源の性能
  15. 産業総合研究所:太陽光発電のエネルギー収支
  16. MONOist:「元が取れない太陽電池」という神話

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