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2021年6月4日

炭素制約が世界規模での金属生産と
利用にもたらす影響を推定

(筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ、環境記者会同時配布)

2021年6月4日(金)
国立研究開発法人国立環境研究所
資源循環領域 国際資源持続性研究室
 研究員        渡 卓磨
 室長(プログラム総括)南齋 規介
 主幹研究員      中島 謙一
 

   国立環境研究所「物質フロー革新研究プログラム」の研究チームは、6種の主要金属を対象とした世界規模でのシミュレーションモデルを構築し、パリ協定達成のための炭素制約が21世紀にわたる金属生産と利用にもたらす影響を解析しました。
   解析の結果、炭素制約下における天然鉱石からの生産量は全ての対象金属において2030年までにピークに達し、少なくとも2050年までにはスクラップからの生産量が天然鉱石からの生産量を上回ると推計されました。しかし、利用可能なスクラップには量的限界があるため、21世紀後半にかけて生産量は徐々に減少し続けます。その結果、蓄積量としての一人当たり金属利用可能量はシナリオ平均で約7トンに収束するという推計結果が得られました。これは日本を含む高所得国が現在利用している一人当たり約12トンを下回る値であり、脱炭素生産技術の開発と共に資源効率向上の必要性を示唆しています。
   本研究の一連の成果は、物質生産と利用に関する科学的目標の設定に向けた国際的議論を喚起すると共に、日本の脱炭素社会と物質利用に関する長期展望の構築に貢献することが期待されます。
   本研究の成果は、2021年5月20日付で環境学分野の国際学術誌「Global Environmental Change」に掲載されました。
 

研究の背景

 金属は現代社会に必要不可欠な資源です。私たちの日常生活は、車や電子機器、産業機械、ビル、インフラ等として社会に蓄積した金属資源によって支えられています。一方、UNEP国際資源パネルによって金属の生産活動は大量のエネルギーを消費し、世界の温室効果ガス(GHG)排出量の約10%を排出していることが指摘されています。そのため、パリ協定で合意された、世界の気温上昇を1.5-2℃以下に抑えるという気候目標の達成に向けて、金属生産活動においても大規模なGHG排出削減が強く求められています。しかし、気候目標達成のための排出削減要求(炭素制約)が金属の生産と利用にどのような影響を与えるのかはこれまで明らかとなっていませんでした。
 そこで、国立環境研究所「物質フロー革新研究プログラム」の研究チームは、6種の主要金属(鉄、アルミニウム、銅、亜鉛、鉛、ニッケル※1)を対象とした世界規模でのシミュレーションモデルを構築し、炭素制約が21世紀にわたる金属生産と利用にもたらす影響を評価しました。

結果1:金属資源の利用は国際的に極めて不均衡

 本研究ではまず、世界各国地域における過去110年間の金属利用の実態を解析しました。その結果、現在、日本を含む高所得国の経済活動は一人当たり約12トンの金属の社会蓄積に支えられているのに対して、世界平均は約4トン、低所得国は1トンにも満たないことが示されました。つまり、高所得国の人々は低所得国の人々よりも10倍以上多くの金属資源を利用して日常生活を営んでいるということです。

結果2:炭素制約下での利用可能量は一人当たり約7トン

 では気候目標達成のための炭素制約下※2において、現在の高所得国と同量の金属を世界全体で生産・利用することはできるのでしょうか?解析の結果、炭素制約下では、2030年までに全ての対象金属の天然鉱石からの生産量がピークに達し、2100年までの累積天然鉱石需要量は現在確認されている資源量の概ね50%以下に留まると推計されました(図1および図2)。これは、物理的枯渇に直面するよりも前に、炭素制約によって将来の天然鉱石からの金属資源供給が制限されうることを示唆しています。一方、生産量当たりの炭素排出量がより小さいスクラップからの生産量は徐々に増加し、2050年までには天然鉱石からの生産量を上回ることが示されました。しかし利用可能なスクラップには量的限界があるため、21世紀後半にかけて生産量は徐々に減少し続けます。

炭素制約下における主要金属の世界的な生産量の推移を表した図
図1 炭素制約下における主要金属の世界的な生産量の推移
細線は様々な対策(例:脱炭素電力の利用)を想定した各シナリオを、太線はシナリオの平均を示しています。
2020年から2100年までの累積での天然鉱石需要量と資源量の比較の図
図2 2020年から2100年までの累積での天然鉱石需要量と資源量の比較
資源量は現在確認されている資源の総量を示し、現状では経済的に採取不可能な量も含まれます。エラーバーはシナリオの最小値と最大値を示しています。

 その結果、蓄積量としての炭素制約下での一人当たり金属利用可能量はシナリオ平均で約7トンに収束すると推計されました※3(図3)。本値は様々な対策を考慮したシナリオの平均値であり、脱炭素電力の利用やエネルギー効率改善、水素還元技術の普及、リサイクル率向上等の様々な対策を野心的に実装した場合の利用可能量は一人当たり約10トンまで上昇します。これらの結果は、上記の様々な供給側技術開発の重要性と共に、需要側での対策の必要性を示唆しています。つまり、より少ない金属生産・利用量で私たちの居住や移動、通信といった基本的ニーズを充足するための資源効率の向上が求められます。

炭素制約下における所得レベル国別の一人当たり金属蓄積量の推移を表した図
図3 炭素制約下における所得レベル国別の一人当たり金属蓄積量の推移
実線はシナリオの平均値を、塗りつぶし範囲はシナリオの最小値と最大値の幅を示しています。

結果3:既に社会に蓄積している金属製品の有効利用が重要

 本研究では、資源効率を高めるための効果的な戦略は国によって異なることも示唆されました。今後、金属蓄積量を拡大させる段階にある低所得国とは異なり、日本を含む高所得国は既に一人当たり約12トンもの金属を社会に蓄積しています。そして今後発生する需要の大半は、この金属蓄積量の減耗を補うための需要になります。そのため、高所得国ではリユースやシェアリング等を通して既に社会に蓄積している金属製品を長く、かつ高強度に利用することが重要になります。一方の低所得国は、資源効率の高い都市インフラの開発機会を有していると言えます。

 本研究の一連の成果は、物質生産と利用に関する科学的目標の設定に向けた国際的議論を喚起すると共に、日本の脱炭素社会と物質利用に関する長期展望の構築に貢献することが期待されます。

注釈

※1:本研究が対象とした6金属は、全ての金属および半金属生産に伴うGHG排出量のうち約95%を占めています。

※2:世界の気温上昇を産業革命前と比較して2℃より十分に低く抑えるために必要な産業部門のGHG排出削減率を基に各金属の炭素制約を設定しています。

※3:本シミュレーションでは、中・低所得国の経済成長を反映して、全所得グループ国が21世紀中に同量の金属蓄積量に収束することを想定しています。

研究助成

 本研究は、文部科学省科学研究費補助金(21K12344, 19K24391, 18KT0056, 18KT0010)の支援を受けて実施されました。

発表論文

【タイトル】
Contraction and convergence of in-use metal stocks to meet climate goals
【著者】
Takuma Watari, Keisuke Nansai and Kenichi Nakajima
【雑誌】
Global Environmental Change
【DOI】
https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2021.102284【外部サイトに接続します】
【URL】
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959378021000637#s0060(オープンアクセス)【外部サイトに接続します】

問い合わせ先

【研究に関する問い合わせ】
国立研究開発法人国立環境研究所
資源循環領域 国際資源持続性研究室
研究員 渡 卓磨
室長 南齋 規介
主幹研究員 中島 謙一

【報道に関する問い合わせ】
国立研究開発法人国立環境研究所 企画部広報室
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029-850-2308