放射強度

排出強度（炭素強度またはCIとも呼ばれる）は、特定の活動または工業生産プロセスの強度に対する特定の汚染物質の排出率です。たとえば、生産されたエネルギー 1メガジュールあたりに放出される二酸化炭素のグラム数、または国内総生産(GDP)に対する温室効果ガス排出量の比率などです。排出強度は、燃焼された燃料の量、畜産における動物の数、工業生産レベル、移動距離、または同様の活動データに基づいて、大気汚染物質または温室効果ガスの排出量の推定値を導き出すために使用されます。排出強度は、異なる燃料または活動の環境への影響を比較するためにも使用できます。場合によっては、関連する用語である排出係数と炭素強度が互換的に使用されます。使用される専門用語は、分野/産業部門によって異なる場合があります。通常、「炭素」という用語は、粒子状物質の排出などの他の汚染物質を除外します。一般的に使用される数値の 1 つは、キロワット時あたりの炭素強度( CIPK ) であり、これはさまざまな電力源からの排出量を比較するために使用されます。

プロセスの炭素強度を評価するには、さまざまな方法論が使用できます。最もよく使用される方法論には、次のようなものがあります。

• ライフサイクルアセスメント（LCA）：これは、特定のプロセスによる炭素排出量だけでなく、対象となるプロセスで使用される材料、設備、機械の製造および廃棄に伴う炭素排出量も対象とします。これは非常に複雑な手法であり、多くの変数が必要となります。
• ウェル・トゥ・ホイールズ（WTW）は、エネルギーおよび輸送部門で一般的に使用されています。これは、プロセス自体の排出量、プロセスで使用される材料（または燃料）の抽出と精製による排出量（「上流排出量」とも呼ばれる）を考慮した簡略化されたLCAですが、プラントや機械の製造と寿命末期による排出量は除外されています。この方法論は、米国ではGREETモデルで、ヨーロッパではJEC WTW で使用されています。 2018年6月29日にWayback Machineにアーカイブされました。
• WTW-LCAハイブリッド法は、WTW法とLCA法の間のギャップを埋めようとするものです。たとえば、電気自動車の場合、バッテリーの製造と寿命末期によるGHGも考慮したハイブリッド法では、WTW法と比較してGHG排出量が10～13%高くなります ^{[ 1 ]。}
• LCAの側面を考慮せず、特定のプロセス中に発生する排出量のみを考慮する方法。つまり、上流の排出量を考慮せず、発電所での燃料の燃焼のみを考慮する方法。^{[ 2 ]}

異なる計算方法を用いると、異なる結果が生じる可能性があります。結果は、地理的な地域や期間によっても大きく異なる場合があります（たとえば、電力の CI がさまざまなヨーロッパ諸国でどのように変化するか、また数年間でどのように変化するかを参照してください。2009 年から 2013 年にかけて、欧州連合の電力の CI は平均で 20% 低下しました。^{[ 3 ]}したがって、炭素強度のさまざまな値を比較する際には、計算に考慮されたすべての境界条件（または初期仮説）を正しく考慮することが重要です。たとえば、中国の油田は 1 MJあたり1.5 g から 40 g を超える CO _2eを排出しており、すべての油田の約 90% が 1.5～13.5 g CO _2eを排出しています。^{[ 4 ]}このような非常に偏った炭素強度パターンでは、一見均質な排出活動を分解し、理解するために多くの要因を適切に考慮する必要があります。^{[ 5 ]}

排出係数は、活動の強度と、その活動によって生じる排出物との間に線形関係があると仮定している。

排出_汚染物質= 活動量 × 排出係数_汚染物質

強度は、 IPCC評価報告書などで用いられるような、将来のシナリオを予測する際にも使用され、人口、経済活動、エネルギー技術の将来的な変化予測と併せて用いられます。これらの変数間の相互関係は、いわゆるカヤ恒等式によって扱われます。

推定値の不確実性のレベルは、発生源のカテゴリーと汚染物質の種類によって大きく異なります。いくつかの例を挙げます。

• 燃料の燃焼による二酸化炭素（CO₂ _）排出量は、燃料の使用方法に関わらず、高い確度で推定できます。これは、これらの排出量がほぼ燃料の炭素含有量のみに依存し、炭素含有量は一般的に高い精度で既知であるためです。二酸化硫黄（SO₂ _）についても同様で、燃料の硫黄含有量も一般的によく知られています。燃焼中、炭素と硫黄はほぼ完全に酸化され、燃料中のすべての炭素原子と硫黄原子は、それぞれ_CO₂とSO₂_として排ガス中に存在します。
• 一方、燃焼によるその他の大気汚染物質やCO₂以外の温室効果ガスの排出量は、_燃料燃焼時に適用される技術によって異なります。これらの排出物は基本的に、燃料のごく一部（一酸化炭素、メタン、非メタン揮発性有機化合物）の不完全燃焼、または燃焼中および煙突や排気管内での複雑な化学的・物理的プロセスによって引き起こされます。これらの例としては、粒子状物質、一酸化窒素（NO）と二酸化窒素（NO₂ _）の混合物であるNOxなど_が挙げられます。
• 農地からの亜酸化窒素（N₂O _）排出量は、土壌の正確な状態、肥料の施用、気象条件に大きく左右されるため、非常に不確実である。

2011年に気候変動に関する政府間パネルが実施した、発電量1単位あたりのライフサイクル全体にわたるエネルギー源のCO2排出量_に関する文献レビューでは、ライフサイクル全体の排出量に関する研究の50パーセンタイル内に収まるCO2排出量の値_は以下のとおりであることが判明した。^{[ 6 ]}

注：3.6 MJ =メガジュール(秒) == 1  kW·h =キロワット時(秒) なので、1 g/MJ = 3.6 g/kW·h となります。

凡例: B = 黒炭 (超臨界)–(新亜臨界)、Br =褐炭(新亜臨界)、cc = 複合サイクル、oc = 開放サイクル、T _L = 低温/閉回路 (地熱二重)、T _H = 高温/開放回路、W _L = 軽水炉、W _H = 重水炉、#推定値。

以下の表は、市場為替レート（MER）と購買力平価（PPP）におけるGDPの炭素強度を示しています。単位は、 2005年の米ドル1,000ドル当たりの二酸化炭素のメトリックトンです。データは米国エネルギー情報局から取得されています。^{[ 12 ]} 1980年から2009年までの年間データは、1980～89年、1990～99年、2000～09年の3つの10年間で平均化されています。

2009年、OECD諸国のGDP当たりCO2_排出原単位は2.9%減少し、0.33 kCO2/$05pとなった_。 [ ^{13 ] （}「$05p」は購買力平価を用いた2005年米ドル）。米国は0.41 kCO2/$05pと高い比率を示した_一方、欧州は前年比でCO2排出原単位が最も大きく減少した（-3.7%）。CO2_排出原_単位は、OECD以外の国では概ね高い水準を維持した。中国はわずかに改善したものの、依然として高いCO2排出原単位（0.81 kCO2/$05p）を示した_。アジア_のCO2_排出原単位は、エネルギー消費が引き続き力強いペースで増加したため、2009年に2%上昇した。CIS諸国と中東諸国でも重要な比率が観察された。

排出係数の最も重要な用途の一つは、国連気候変動枠組条約（UNFCCC）に基づく各国の温室効果ガス排出量インベントリの報告です。UNFCCCのいわゆる附属書I締約国は、毎年、排出源のカテゴリーと含めるべき燃料を定義した正式な報告様式で、温室効果ガスの総排出量を報告しなければなりません。

UNFCCCは、気候変動に関する政府間パネル（ IPCC）が開発・公表した1996年改訂版IPCC国家温室効果ガスインベントリガイドライン^{[ 21 ]}を、条約締約国が国家温室効果ガスインベントリの透明性、完全性、一貫性、比較可能性、正確性を確保するために使用しなければならない排出量推定方法として承認しました。^{[ 22 ]}これらのIPCCガイドラインは、デフォルト排出係数の主要な情報源です。最近、IPCCは2006年版IPCC国家温室効果ガスインベントリガイドラインを公表しました。これらおよびその他多くの温室効果ガス排出係数は、IPCCの排出係数データベースで見つけることができます。^{[ 23 ]}商業的に適用可能な組織温室効果ガス排出係数は、検索エンジンEmissionFactors.comで見つけることができます。^{[ 24 ]}

特にCO2換算以外の排出量については_、これらの排出係数を各国に適用する場合、しばしば高い不確実性が伴います。一般的に、国別の排出係数を用いる方が、既定の排出係数を用いるよりも排出量の推定精度が高くなります。IPCCによれば、ある活動が国の主要な排出源（「主要排出源」）である場合、その活動について国別の排出係数を策定することが「推奨される慣行」です。

国連欧州経済委員会およびEU国家排出量上限指令（2016年）は、各国に対し、長距離越境大気汚染条約（CLRTAP）の規定に基づき、毎年国家大気汚染排出量インベントリを作成することを義務付けている。

欧州環境庁の欧州監視評価プログラム（EMEP）タスクフォースは、大気汚染物質の排出量と関連する排出係数を推定する方法を開発し、EMEP/CORINAIR排出インベントリガイドブック^{[ 25 ] [ 26 ]}および排出インベントリと予測TFEIP ^{[ 27 ]で公開しました。}

石炭は主に炭素で構成されているため、燃焼時に大量の二酸化炭素_{を排出します。つまり、}二酸化炭素排出強度が高いのです。一方、天然ガスはメタン（CH₄ ）_で構成されており、炭素原子1個に対して水素原子が4個燃焼するため、二酸化炭素排出強度は中程度です。

2018年8月31日にScience誌に掲載されたMasnadiらによる論文では、著者らは「オープンソースの石油セクターCIモデリングツール」を使用して「世界中の主要な稼働中の油田すべての油井から精製までの炭素強度（CI）をモデル化し、これらの排出の主な要因を特定した」^{[ 28 ]} 。彼らは原油フットプリントが最も高い90か国を比較した^{[ 28 ] [ 29 ]。}スタンフォード大学が実施したScience誌の研究では、カナダの原油はアルジェリア、ベネズエラ、カメルーンに次いで「世界で4番目に温室効果ガス（GHG）の排出量が多い」ことが判明した^{[ 30 ] [ 31 ]}。

石油鉱床は炭素強度が異なるため、また地球温暖化を 2 °C 未満に抑えるか 1.5 °C 目標の超過を制限するためには、既知の石油埋蔵量の相当部分を採掘せずに残しておく必要があるため^{[ 32 ] [ 33 ]} 、どの石油鉱床を段階的に廃止すべきかという問題は非常に重要です。Review of Economic Studiesに掲載されたRenaud Coulomb、Fanny Henriet、 ^{Léo Reitzmann による2026年}の研究 では、炭素強度の高い石油鉱床の過去の採掘に関連する追加排出量と経済的コストを定量化しています。この研究では、石油鉱床の炭素強度の異質性を考慮に入れることで、炭素強度の高い鉱床の採掘を避けることにより、世界の石油需要を変えることなく、1992 年から 2018 年の間に累積排出量を約 11 GtCO₂ 相当削減できた可能性があることを示しています。これらの結果は、高炭素集約型石油の主要生産国（例えば、アルジェリア、カナダ、ベネズエラ）にとって、供給側の環境負債が相当程度存在することを示唆している。今後の見通しとして、本研究では、これらの高炭素集約型油田を避けることで、2050年までにネットゼロ排出量を達成するという将来の需要経路に沿って、約9.3ギガトンのCO₂換算排出量（1兆9000億米ドル相当）を削減できると推定している。

• ワシントン・ポスト紙の記事（炭素強度の変化の例）
• _{英国の電力網におけるCO2排出}量の時間的変動に関する注記
• IPCC排出シナリオに関する特別報告書
• 統計エネルギーレビュー2012
• 世界エネルギー会議：オデッセイデータベース
• 国際エネルギー機関：燃料燃焼によるCO2排出量（2018年3月31日にWayback Machineにアーカイブ済み）
• 欧州加盟国における電力の炭素強度：電気自動車の温室効果ガス排出量への影響
• 電気自動車の二酸化炭素排出量を評価するためのハイブリッドLCA-WTW手法
• 地域ごとの炭素排出強度（ 2018年1月6日、 Wayback Machineにアーカイブ済み）