化石燃料の資源量を表わす「一次エネルギー消費」の概念を正しく理解する; “日本エネルギー経済研究所編;EDMCエネルギー経済統計要覧(エネ研データ)”を正しいエネルギー政策の立案に生かして頂くために

東京工業大学 名誉教授  久保田 宏
日本技術士会中部本部・副本部長 平田 賢太郎

( 要約);
① はじめに; 「正しいエネルギー政策」の立案のためには、「有限の地球資源としての化石燃料の一次エネルギー消費」の概念(使用の目的と効用)が正しく理解されなければなりません
② エネ研データには、この「化石燃料の一次エネルギー消費」の値が記載されていますが、その概念に対する説明と具体的な算出の方法が記載されていません
③ エネ研データに与えられている最終エネルギーの値から、私どもが提案する算出法を用いれば、「一次エネルギー消費」量の計算が可能になります
④ エネ研データに引用されている国際データ(IEAデータ)には、エネルギー源の種類別に「一次エネルギー消費」の値が与えられていますが、その算出の方法には基本的な矛盾と混乱が見られます
⑤ 国際データ(IEAデータ)についても、その代替エネルギーの使用では、化石燃料資源量の節減に貢献するとの「エネ研データでの国内での一次エネルギー消費量への換算方式」が用いられるべきです
⑥ 化石燃料の枯渇が迫るなかで、苦境に落ち込むことが予想される日本経済を救う「正しいエネルギー政策」の立案のために、エネ研データに記載されている「一次エネルギー消費」の概念の有効な活用をお願いします

(解説本文);
① はじめに; 「正しいエネルギー政策」の立案のためには、「有限の地球資源としての化石燃料の一次エネルギー消費」の概念(使用の目的と効用)が正しく理解されなければなりません

現代文明社会を支えているエネルギー源の化石燃料は、現在の消費量の増加を継続すれば、今世紀中には確実に枯渇します。ここで、枯渇とは、現状の科学技術を用いて経済的に採掘できる量が少なくなり、その国際市場価格が高騰して、それを使えない人や国が出て来ることです。いや、いまの日本では、シェールガスやシェールオイルが使えるようになったから大丈夫だ、どんどん使って経済成長を続けるべきだとしている人が大勢居ます。その表れが、アベノミクスの経済政策です。
このアベノミクスを支えるエネルギー政策について、科学技術の視点から、それを明確に否定するとともに、成長のエネルギー源の主体である化石燃料の枯渇に備えて、日本経済の生き残る道を提言したのが、私どもの近著;「改訂・増補版:化石燃料の枯渇がもたらす経済成長の終焉――科学技術の視点から、日本経済の生き残りのための正しいエネルギー政策を提言する―― (文献 1 )」です。
この私どもの提言書(文献1 )では、経済成長のエネルギー源となっている化石燃料資源の消費量を「一次エネルギー消費」量として表しています。この「一次エネルギー消費」の用語は、日本経済を支えるためのエネルギー政策の立案にとって必要な基礎的な統計データをコンパクトに収録、記載している日本エネルギー経済研究所編;「EDMCエネルギー経済統計要覧(エネ研データ(文献2 ))」にも記載されています。
しかし、このエネ研データ(文献2 )には、この「一次エネルギー消費」の概念(この用語の使用の目的と効用)と、その算出の方法が記述されていません。これが、この貴重なエネ研データ(文献2 )が、この国の正しいエネルギー政策の策定に、ほとんど生かされていない理由ではないかと考えます。
本稿では、この化石燃料資源量を表わす「一次エネルギー」の概念と、その算出の方法について、このエネ研データに記載のない事項についての私どもの推定を含めて記述させて頂きます。

 

② エネ研データには、この「化石燃料の一次エネルギー消費」の値が記載されていますが、その概念に対する説明と具体的な算出の方法が記載されていません

資源エネルギー庁のエネルギー関連の資料では、「一次エネルギー」とは、「二次エネルギー」の対語として用いられているようです。すなわち、一次エネルギーとは、私どもの生活や産業用に実際に使われる電力や燃料(ガソリンなど)などの製造に使われるエネルギー資源の供給量を表わす「一次エネルギー国内供給」などとして、供給の2字が付されています。この一次エネルギーの単位は、化石燃料の保有熱量(発熱量)で、kcalで表されます。また、下記の本稿⑥に記しますように、同じ保有熱量も持つ化石燃料の代表とも言える石油の質量で表した「石油換算百万トン(Mtoe)」の値も用いられています。
これに対して、私どもは、本稿の「① まえがき:」に記しましたように、経済成長のためのエネルギー源としての化石燃料が枯渇しようとしているいま、その代替として用いられている原子力や水力、さらに、新エネルギーとよばれる再生可能エネルギー(再エネ)などが、地球上の有限な化石燃料資源量の保全に繋がるとして、この化石燃料資源の節減量を表わすのが「一次エネルギー消費」量だとして、消費の2字を付しています。なお、この「一次エネルギー消費」の用語は、本稿④に記しますように、同じエネ研データ(文献2 )記載の国際データ(IEAデータ)でも使用されています。
この「一次エネルギー消費」の対語として用いられるのが「最終エネルギー消費」です。この「最終エネルギー消費」量とは、文明社会のシンボルとして、その需要量を増加しつつある電力の発電量kWh、あるいはその熱量換算値 860 kcal/kWhを乗じた値で、また、電力以外では、例えば運輸部門で使われる自動車用燃料のガソリンの消費量のように、その燃料の保有エネルギー(発熱量)として、熱量(kcal)の単位で表される直接計量可能な値です。
ところで、上記したように、現代文明社会で使われるエネルギーは、電力と、電力以外に大別されますが、この電力と電力以外で、「最終エネルギー消費」から「一次エネルギー消費」の算出の方法には大きな違いがあります。したがって、この電力と電力以外の両者、それぞれについての最終エネルギー消費から「一次エネルギー消費」の値を求めた上で、両者の和としての「一次エネルギー消費」の値が与えられることになります。特に、生活用(民生用)のエネルギーとして便利な電力の利用が年次増加するとともに、化石燃料枯渇後の化石燃料の代替として用いられる原子力や新エネルギーともよばれる再生可能エネルギ(再エネ)の大半が電力として生産され、電力化率(消費エネルギーの中の電力の比率)が増加して行くなかで、省エネ社会を追求する目的からも、エネルギー消費の一次エネルギーによる評価が必要になります。
① はじめに:にも述べたように、本来であれば、エネ研データ(文献2 )には、このような化石燃料資源量換算の「一次エネルギー消費」の値を算出する方法が具体的に示された上で、その値が記述されるべきですが、残念ながら、それがなされていません。

 

③ エネ研データに与えられている最終エネルギーの値から、私どもが提案する算出法を用いれば、「一次エネルギー消費」量の計算が可能になります

エネ研データ(文献2 )のはじめに記載のある「解説」には、

“5. 国内のエネルギーバランス表関連の統計表は総発熱量で、IEAによる海外のエネルギーバランス表関連の統計表は真発熱量で表されています。そのために計算に用いられている発熱量の値が異なります。
また、一次電力の発電効率の仮定にも違いがあります。国内統計表では、地熱、水力、原子力では火力の発電効率の値(41.46 % )を用いて2015年度の2,074 kcal/kWhとしていますが、IEA統計表では、原子力は0.26 Mtoe/TWh(発電効率33 %)、水力他は0.0286 Mtoe/TWh(同100%)地熱は実効率に基づいた値もしくは0.086 Mtoe/TWh(同10 %)で計算しています。“
と、一般の人には、何のことか判り難いことが記述されています。
これを私どもなりに解釈して、エネ研データ(文献2 )の記述と照らし合わせることで、国内の最終エネルギー消費の値からの一次エネルギー消費の値の算出方法を推定してみると下記のようになります。
(一次エネルギー消費)
=(一次エネルギー消費(電力))+(一次エネルギー消費(電力以外) ( 1 )
(一次エネルギー消費(電力))=(最終エネルギー消費(電力))
/(一次エネルギー(電力)換算係数 f )( 2 )
ここで、
(一次エネルギー(電力)換算係数 f )
= (一次電力発電効率 fe )×(最終エネルギー(電力)換算係数me )( 3 )
ただし、
(最終エネルギー(電力)換算係数me )=(最終エネルギー消費(電力))
/{(発電量kWh)× (860 kcal/kWh)}( 4 )
で与えられるから、エネ研データ(文献 2 )を用いて、2015年度の
(最終エネルギー(電力)換算係数me )
=(最終エネルギー消費(電力)81,504 ×1010 kcal)
/{(発電量 1,024.075 ×109 kWh ×860 kcal/kWh )}= 0.925
と求めることができます。
エネ研データ(文献2 )をもとに、同様の計算を2010 ~ 2015年度について行うと、(最終エネルギー(電力)換算係数me)の平均値は 0.908 と与えられます。これは、発電量のなかの10 % 近くが送電ロスなどとして需要端で有効に使われていないためではないかと考えられます。
また、(一次電力発電効率fe)の値は、エネ研データの「解説」に、2012年度までは40.88 %(エネ研データの2014年版まで)、2013年度以降は41.46 %(エネ研データの15年版以降)と与えられています。
したがって、( 3 ) 式から、2015年度の
(一次エネルギー消費(電力)換算係数f )=( fe ; 0.4146 )×( me ; 0.925 ) = 0.383
と与えられます。
同様の計算を、2010~2015年度について行って求めたfの値を、上記のmeの値とともに表1に示します。fの平均値は、2012年度までは、0.368 、2013年度以降は、0.378と得られます。

表 1 (最終エネルギー(電力)換算係数me) および(一次エネルギー(電力)換算算係数 f )の値の計算値(エネ研データ(文献2 )をもとに計算、計算方法は本文参照)

エネ研データ(文献 2 )の2015年度のデータをもとに、( 2 ) 式から、
(一次エネルギー消費(電力))= (最終エネルギー消費(電力);81,504×1010 kcal)
/(一次エネルギー(電力)換算係数f = 0.383)= 212,901 ×1010 kcal
と計算されます。
したがって、 ( 1 ) 式から、
(一次エネルギー消費(電力以外))=(一次エネルギー供給;470,336×1010 kcal )
-(一次エネルギー(電力);212,804 ×1010kcal )= 257,532×1010 kcal
と与えられます。
一方、最終エネルルギー消費(電力以外))の値は、
(最終エネルギー消費(電力以外))=(最終エネルギー;315,617×1010 kcal )
-(最終エネルギー(電力);81,504×1010kcal = 234,113 ×1010 kcal
この両者の値から、2015年度の次式で定義される
(一次エネルギー(電力以外)換算係数g )=(最終エネルギー消費(電力以外))
/(一次エネルギー消費(電力以外))( 5 )
の値は、
g =(一次エネルギー消費(電力以外)257,435 × 1010 kcal )
/(最終エネルギー消費(電力以外)234,113×1010 kcal )= 1.102
と計算されます。
エネ研データ(文献 2 )をもとに、同様の計算を2010 ~ 2015年度について行って求められたgの値を表2 に示します。その平均値はg = 1.071 となります。
この(一次エネルギー(電力以外)換算係数g )の値については、化石燃料の電力以外の使用において、直接使用の資源量の10 % 近くが、輸入化石燃料の輸送や前処理用に使われると想定されていることを表わしていると考えられます。

表2 (一次エネルギー(電力以外)換算係数 g ) の計算値
(エネ研データをもとに計算。計算方法は本文参照)

 

④ エネ研データに引用されている国際データ(IEAデータ)には、エネルギー源の種類別に「一次エネルギー消費」の値が与えられていますが、その算出の方法には、基本的な矛盾と混乱が見られます

上記したように、計量可能な最終エネルギー消費の値から、エネルギー資源換算量としての「一次エネルギー消費」の値を算出する際に問題になるのは、電力エネルギーについての換算です。現在、この電力生産の主体を担っている火力発電用の化石燃料のほぼ全量を輸入に依存している日本では、この化石燃料以外の、国産と見なされている原子力、水力、さらには、再エネ電力など(その電力の生産に、現状では輸入化石燃料のエネルギーが使われていて、厳密には国産とは言えませんが、近似的にそうみなされています)の火力発電以外の電力の使用では、その使用の効用が、輸入化石燃料の節減に繋がるとして、火力発電の発電効率の値を用いた「一次エネルギー消費」量への換算が行われています。
これに対して、IEA(国際エネルギー機関)のデータ(エネ研データ(文献2 )に記載)では、上記(③参照)したエネ研データの「解説」にもあるように、火力発電以外の原子力、水力他、地熱等の一次エネルギー消費(電力)の換算には、一次電力の発電効率として、それぞれ異なった値が用いられています。
何故このようなことが行われているのかについて、エネ研データ(文献2 )の「解説」には説明がありませんが、一つの理由として、日本以外の先進諸国では、火力発電用の化石燃料についても、国産できる量があるので、日本とは異なり、国内で生産されるエネルギーを、輸入化石燃料の代替とする必要がないとしているからではないかと考えられます。
エネ研データ(文献2 )に記載されているIEAデータについて、電源種類別に、エネ研データの「解説」にあるような一次エネルギー消費量の換算が行われているかどうかをチェックしてみました。例えば、IEAデータの世界の電源構成(2014年、発電量ベース、TWh)の値と電源構成(投入ベース、石油換算百万トン)との対比から、世界の原子力について、
(発電量の一次エネルギー消費量への換算係数 h )
=(世界の燃料投入量646 Mtoe )/ ( 発電量2535 TWh ) = 0.255 Mtoe /TWh
と計算されます。この値は、エネ研データの「解説」に記述されている 0,26 Mtoe/TWh(発電効率 33 %)とほぼ一致します。念のために、国別のデータについて、同様の計算を行って「発電量の一次エネルギー消費量への換算係数 h 」の値を求めてみると、かなりばらつきのある値が計算されます。さらに、水力と、エネ研データの「解説」には記述の無い化石燃料(石炭、石油、天然ガス)についても、同様な計算を行って、その結果を表3に示しました。IEAのデータでは、各国別の値は、それぞれの国から提出されたデータが記載されているために、この表3に示すように少なからぬ不一致が起こるのではないかと思われます。

表3 世界および各国の「電源種類別の発電量の一次エネルギー消費への換算係数h Mtoe/WTh」の計算値(IEAデータ(エネ研データ記載)の電源構成データから計算して作成、計算方法は本文を参照されたい)

注; *1 ;エネ研データ(文献2 )の「解説」に記載されたIEA が用いているとされる値、括弧内数値は発電効率として記述されている値  *2 ;原報に0.0286 Mtoe/Twh、とあるのはミスプリントで、正しくは、0.086 Mtoe/TWhです。2013年版以降、このミスプリントがそのままにされています。

 

⑤ 国際データ(IEAデータ)についても、その代替エネルギーの使用では、化石燃料資源量の節減に貢献するとの「エネ研データでの国内での一次エネルギー消費量への換算方式」が用いられるべきです

いま、エネルギー源の主役を担っている化石燃料は、地球上の有限な資源です。この地球上の貴重な化石燃料資源が、その枯渇を迎えようとしている世界の現状を考える時、その代替として用いられている化石燃料以外のエネルギー源(原子力、水力、再エネなどの電力)についても、その利用が、化石燃料の代替として、その資源量の保全に貢献することを考えると、国際データ(IEAのデータ)についても、日本国内におけると同様、「化石燃料代替の一次エネルギー消費量としての換算」が行われるべきと考えます。
この換算方法の変更の結果は、IEAデータ(エネ研データ(文献2 )に記載)の一次エネルギー(電力)の値に顕著に現れます。IEAデータの「世界の電源構成(2014年、発電量ベース)から計算して求められたと思われる「世界の電源構成(2014年、投入ベース)として与えられる電源種類別の「一次エネルギー消費(電力)」の値について、現在の数値と、化石燃料以外の電源の値を化石燃料代替の国内の方法に変更した後の数値を比較して、表4に示しました。ただし、化石燃料および(バイオマス・廃棄物)については、計算方法を変えても、それらの一次エネルギー消費の値は、変更前の値と変わらないとしました。また、化石燃料以外の電力主体のエネルギー源(原子力、水力、地熱・風力他)については、一次エネルギー消費への換算係数として、表3 の化石燃料についての計算値の算術平均値0.235Mtoe/TWhを用いました。このような、計算法の変更を行えば、世界の一次エネルギー消費の値についても、現在の値13,966石油換算百万トンの中の(電力以外)の値は 8,849 ( = 13,699 – 4,850) Mtoeとなり、一次エネルギー消費の値は、14.302 ( = 8,849 + 5,454 ) Mtoeと現在の値より多少大きくなります。
このような計算方法の変更の一次エネルギー消費の値に与える影響は、化石燃料代替の再エネ等の利用比率が小さい現状では、この表4に示すように、余り大きくないかもしれませんが、化石燃料の枯渇後の将来には、当然大きくなります。

表4 エネルギー源種類別の「世界の一次エネルギー消費(電力)」の値、石油換算百万トン (IEAデータ(エネ研データ、文献 2 に記載)をもとに作成)

注; *1;計算方法変更後の値、具体的な方法についてば、本文を参照されたい

したがって、将来の世界のエネルギー政策を正しい方向に導くため、すなわち、地球上に残された化石燃料を、世界各国が協力して、分け合って大事に使う(私どもの提言書、文献 1 参照)ためには、この計算方法の変更が必要であることを認識していただき、日本エネルギー経済研究所(エネ研)が、世界をリードして、この改訂を進めて頂くことをお願いしたいと考えます。

 

 ⑥化石燃料の枯渇が迫るなかで、苦境に落ち込むことが予想される日本経済を救う「正しいエネルギー政策」の立案のために、エネ研データに記載されている「一次エネルギー消費」の概念の有効な活用をお願いします

他にも、エネ研データ(文献 2 )の記述には首を傾げたくなるところがあります。
例えば、国内データとしては、エネルギーの標準的な単位として(1010 kcal )が使われていますが、IEAデータでは、(石油換算百万トン Mtoe)が使われています。
この石油換算のMtoeの単位は、原油の質量当たりの発熱量の値を表わしています。すなわち、エネ研データ記載の2000 ~ 2012年の原油の発熱量9,126 kcal/ℓと、BP社のデータ(エネ研データ(文献2)に記載)から求めた世界平均の原油の密度1.127 kg/ℓ の値から、質量当たりの原油の発熱量は 10,285 kcal/kg ≒10,000 kcal/kg と計算されます。エネ研データの2013 年版までの「解説」には、“1 toe =107 kcal、1 Moe = 1013 kcal ”と記載されていますが、13年版以降には、何の断りもなしに、IEAデータでの一次エネルギー消費量の単位として、このMtoeが使われています。これは、多分、原報の IEA;「World Energy Balances 」の記述に従ってのことと考えます。であれば、13年版以前のように「解説」に、その旨を記述して頂きたいと考えます。
繰り返しになりますが、原子力や再エネについて、これらを化石燃料の代替として捉えているのは国内データであり、IEAデータでは、そのようになっていません。したがって、エネルギーの単位として、石油換算のMtoeを用いるべきは国内データであり、IEAでの使用は、用い方が逆になっています。なお、ついでに付記しますが、このMtoe は、エネルギーの単位と言うよりは、化石燃料の枯渇後のエネルギー源として用いられると考えられる原子力や新エネルギー等の代替による化石燃料消費量の節減効果を定量的に示すための概念を表わしていることもはっきりさせて頂きたいと考えます。
いま、資本主義経済の成長のエネルギー源とされてきた化石燃料の枯渇後に備えて、その代替となるエネルギー源の種類別の選択のための「正しいエネルギー政策」が厳しく求められています。さらには、現代文明社会の各エネルギー消費部門(産業部門、民生部門(家庭部門、業務部門)、運輸部門別に、最終エネルギー消費量を一次エネルギー消費量に換算することで、はじめて、化石燃料の代替エネルギーの利用を含んだ各部門別の省エネ効果の定量的な評価が可能となり、それに基づいた「正しいエネルギー政策」の立案が可能となります。詳細は、①はじめに;に紹介した、私どもの近刊(文献1 )を参照願います。
少しとっつきにくいと言うよりも、一般の人には判り難いかと思いますが、ここに記した「一次エネルギー消費の概念」を正確に把握した上で、この一次エネルギー消費量の算出のために必要な基礎的なエネルギーの統計データを与えてくれる「エネ研データ(文献2 )」が、化石燃料の枯渇に向けての、日本および世界の「正しいエネルギー政策」の立案のために、有効に活用されることを願って止みません。

 

<引用文献>

1.久保田 宏、平田賢太郎、松田 智;改訂・増補版 化石燃料の枯渇がもたらす経済成長の終焉――科学技術の視点から、日本経済の生き残りのための正しいエネルギー政策を提言する――電子出版 Amazon Kindle版 2017年2月5日:https://kdp.amazon.co.jp/bookshelf?ref_=kdp_RP_PUB_savepub
2.日本エネルギー経済研究所 計量分析ユニット 編;EDMCエネルギー・経済統計要覧2017, 省エネルギーセンター、2017年

 

 ABOUT THE AUTHER
久保田 宏;東京工業大学名誉教授、1928 年、北海道生まれ、北海道大学工学部応用化学科卒、東京工業大学資源科学研究所教授、資源循環研究施設長を経て、1988年退職、名誉教授。専門は化学工学、化学環境工学。日本水環境学会会長を経て名誉会員。JICA専門家などとして海外技術協力事業に従事、上海同洒大学、哈爾濱工業大学顧問教授他、日中科学技術交流による中国友誼奨章授与。著書(一般技術書)に、「ルブランの末裔」、「選択のエネルギー」、「幻想のバイオ燃料」、「幻想のバイオマスエネルギー」、「脱化石燃料社会」、「原発に依存しないエネルギー政策を創る」、「林業の創生と震災からの復興」他

平田 賢太郎;日本技術士会 中部本部 副本部長、1949年生まれ、群馬県出身。1973年、東京工業大学大学院理工学研究科化学工学専攻修士課程修了。三菱油化(現在、三菱化学)株式会社入社、化学反応装置・蒸留塔はじめ単位操作の解析、省資源・省エネルギー解析、プロセス災害防止対応に従事し2011年退職。2003年 技術士(化学部門-化学装置及び設備)登録。

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