エネルギー源のライフサイクル温室効果ガス排出量

温室効果ガスの排出は、発電による環境影響の 1 つです。ライフサイクル温室効果ガス排出量の測定には、ライフサイクルアセスメントを通じてエネルギー源の地球温暖化係数(GWP)を計算することが含まれます。これらは通常、電気エネルギー源のみですが、熱源が評価される場合もあります。^{[ 1 ]}結果は、その源によって生成された電気エネルギー単位あたりの地球温暖化係数の単位で示されます。この尺度は、地球温暖化係数の単位である二酸化炭素換算 (CO2e) と、電気エネルギーの単位であるキロワット時 (kWh) を使用します_。このような評価の目標は、材料と燃料の採掘から建設、運用、廃棄物管理まで、源のライフサイクル全体を網羅することです。

2014年、気候変動に関する政府間パネルは、_世界中で使用されている主要な発電源の二酸化炭素換算量（CO2e ）の調査結果を統一しました。これは、各エネルギー源を評価する数百の個別の科学論文の調査結果を分析することによって行われました。 ^{[ 2 ]}石炭は圧倒的に最悪の排出源であり、天然ガスがそれに続き、太陽光、風力、原子力はすべて低炭素です。水力、バイオマス、地熱、海洋エネルギーは一般的に低炭素ですが、設計不良やその他の要因により、個々の発電所からの排出量が高くなる可能性があります。

すべての技術において、出版時点以降の効率の向上、ひいてはCO₂e_{の削減は考慮されていません。例えば、}風力発電のライフサイクル全体における排出量は、出版以降減少している可能性があります。同様に、研究が実施された期間の制約から、第2世代原子炉のCO₂e_の結果が示されており、第3世代原子炉の地球温暖化係数は示されていません。データのその他の制約としては、a) ライフサイクル段階の欠落、b) エネルギー源の地球温暖化係数のカットオフポイントをどこで定義するかの不確実性などが挙げられます。後者は、エネルギー源を個別に評価するという従来の方法ではなく、現実世界における複合電力網を評価する際に重要となります。

¹貯水池の環境影響#温室効果ガスも参照してください。

略語一覧：

• PC —粉炭
• CCS（二酸化炭素回収・貯留）
• IGCC（統合ガス化複合サイクル）
• SC —超臨界
• NGCC —天然ガス複合サイクル
• CSP —集光型太陽熱発電
• PV —太陽光発電

2020年現在炭素回収・貯蔵を伴うバイオエネルギーがカーボンニュートラルまたはカーボンネガティブになるかどうかは研究されており、議論の的となっている。 ^{[ 7 ]}

個々の研究では、使用されるさまざまな方法論から生じる燃料源の推定値に大きなばらつきが見られる。低い方の推定値はライフサイクルの一部を分析から除外する傾向があり、高い方の推定値はライフサイクルの一部で使用されるエネルギー量について非現実的な仮定を置くことが多い。^{[ 8 ]}

2014年のIPCCの研究以降、イタリアの一部の地熱発電所のように、一部の地熱発電がCO2_を排出することが判明しており、2020年代にはさらなる研究が進行中である。^{[ 9 ]}

海洋エネルギー技術（潮力発電と波力発電）は比較的新しく、それらに関する研究はほとんど行われていません。入手可能な研究の主な問題点は、メンテナンスの影響を過小評価しているように見えることです。メンテナンスの影響は重大なものになる可能性があります。約180の海洋技術の評価では、海洋技術のGWPは15～105g/kWh CO2eqで_、平均は53g/kWh CO2eqであることがわかりました。^{[ 10 ]} 2020年に発表された暫定的な予備研究では、海底潮力カイト技術の環境影響のGWPは15～37で、中央値は23.8g/kWhでした。^{[ 11 ]}_これは、前述の2014年のIPCC GWP研究で報告された値（5.6～28、平均値17g/kWh CO2eq）よりもわずかに高い値です。

2021年にUNECEは、発電技術の環境影響に関するライフサイクル分析を発表し、以下の影響を考慮しました。資源利用（鉱物、金属）、土地利用、資源利用（化石）、水利用、粒子状物質、光化学オゾン生成、オゾン層破壊、人体毒性（非発がん性）、電離放射線、人体毒性（発がん性）、富栄養化（陸域、海洋、淡水）、生態毒性（淡水）、酸性化、気候変動。後者は上記の表にまとめられています。^{[ 5 ]}

2022年6月、フランス電力公社はISO 14040規格に準拠した詳細なライフサイクルアセスメント調査を発表し、 2019年のフランスの原子力インフラは4g/kWh未満のCO2_{換算排出量であることを示した}^{[ 12 ]}。

風力、太陽光、原子力発電による排出量の大部分は運転中に発生しないため、運転期間が長く、生涯を通じて発電量が多いほど、単位エネルギーあたりの排出量は少なくなる。したがって、これらの発電設備の寿命は重要な要素となる。

風力発電所は30年間稼働すると推定されています。^{[ 13 ]}その後、再稼働による二酸化炭素排出量を考慮する必要があります。2010年代の太陽光パネルも同様の寿命を持つ可能性がありますが、2020年代の太陽光パネル（ペロブスカイトなど）がどれくらい持つかはまだわかっていません。^{[ 14 ]}一部の原子力発電所は80年間使用できますが、^{[ 15 ]} 安全上の理由から、それより早く廃止しなければならないものもあります。^{[ 16 ]} 2020年現在世界の原子力発電所の半数以上がライセンスの延長を申請すると予想されており^{[ 17 ]} 、これらの延長は越境環境影響評価条約の下でより厳しく審査されるべきだという声が上がっている^{[ 16 ]}。

石炭火力発電所の中には50年間稼働するものもあるが、20年後^{[ 18 ]}またはそれ以下^{[ 19 ]}に閉鎖されるものもある。2019年のある研究では、技術経済評価で温室効果ガス排出量の時間価値を考慮すると、石炭などの炭素集約型燃料からのライフサイクル排出量が大幅に増加すると報告されている^{[ 20 ] 。}

ほぼすべての国で、住宅暖房における天然ガス炉からの排出量はヒートポンプからの排出量よりも多い。^{[ 21 ]}しかし、英国などの一部の国では、住宅セントラルヒーティングで使用される天然ガスを水素に置き換える方が良いのか、ヒートポンプを使用する方が良いのか、あるいは場合によっては地域暖房を増やす方が良いのかについて、2020年代に議論が続いている。^{[ 22 ]}

各エネルギー源のライフサイクルアセスメントは、そのエネルギー源のライフサイクル全体を網羅するように努めるべきですが、一般的には建設および運用段階に限定されています。最も厳密に研究されている段階は、材料および燃料の採掘、建設、運用、および廃棄物管理の段階です。しかし、多くのエネルギー源には、ライフサイクル段階が欠落しています^{[ 29 ]}。評価では、エネルギー供給施設が設計寿命に達した後に廃止されることで生じる地球温暖化係数が、変動的かつ時には一貫性なく含まれることがあります。これには、電力供給サイトをグリーンフィールドの状態に戻すプロセスの地球温暖化係数も含まれます。たとえば、水力発電ダムの撤去プロセスは、実用的データがほとんどないまれな慣行であるため、通常は除外されます。しかし、ダムの老朽化に伴い、ダムの撤去はますます一般的になっています。^{[ 30 ]}フーバーダムや三峡ダムのような大型ダムは、メンテナンスによって「永久に」使用できるように設計されており、その期間は定量化されていません。^{[ 31 ]}そのため、一部のエネルギー源では廃止措置の見積もりは一般的に省略されていますが、他のエネルギー源では廃止措置段階が評価に含まれています。

この論文の他の重要な値に加えて、 2012年のイェール大学の原子力発電レビューで見つかった核分裂の中央値12  g CO ₂ -eq/kWhは、 2014年のIPCCの原子力の値の起源にもなっている論文ですが、^{[ 32 ]}原子力ライフサイクル評価全体に「追加施設廃止措置」地球温暖化係数として施設廃止措置の寄与が含まれています。^{[ 29 ]}

火力発電所は、低炭素のバイオマス発電所、原子力発電所、地熱発電所であっても、地球のグローバルなエネルギーバランスに直接熱エネルギーを加える。風力タービンに関しては、水平方向と垂直方向の両方の大気循環を変化させる可能性がある。^{[ 33 ]}しかし、これら両方が局所的な温度をわずかに変化させる可能性はあるものの、地球全体の温度に与える影響は、温室効果ガスによって引き起こされるはるかに大きな温度変化に比べれば検出できない。^{[ 34 ]}

• 炭素回収・貯留を伴うバイオエネルギー
• 二酸化炭素回収・貯留
• 二酸化炭素排出量
• 気候変動緩和
• 効率的なエネルギー利用
• 低炭素経済
• 再生可能エネルギーとして提案された原子力発電

• 国立再生可能エネルギー研究所。現在利用可能なすべてのエネルギー源のライフ_{サイクルアセスメント（LCA）による}CO2排出量。
• 賢明なウランCO2_計算機