Impact of the decarbonization goals on energy security

• Project/Area Number: 23K04087
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 大城 賢 京都大学, 工学研究科, 助教 (00601569)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤森 真一郎 京都大学, 工学研究科, 教授 (80585836)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2025: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 気候変動緩和 / 再生可能エネルギー / エネルギーセキュリティ / 水素 / 脱炭素 / 統合評価モデル / 合成燃料

Outline of Research at the Start

気候変動対策はエネルギーセキュリティに好影響があるとされてきたが、脱炭素社会への移行は水素や合成燃料、バイオマスの国際貿易を促し、これまでの知見を変える可能性がある。本研究では世界を対象に脱炭素化がエネルギーセキュリティに及ぼす影響を明らかにすることを目的とする。水素等のエネルギー生産・輸送・消費を考慮したシミュレーションモデルを開発し、エネルギーセキュリティと脱炭素化を両立する方策を提示する。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は（１）世界エネルギーモデル群の改良、（２）日本を対象としたエネルギーシステムモデルと世界モデルの接続を行った。世界エネルギーモデルは、本研究で扱う水素や合成燃料の主要な供給源となる太陽光・風力発電について、従来の代表日（季節別）に加え、月別の代表日における24時間の出力変動を評価できるよう改良するとともに、将来の気候シナリオを入力として、日射・風速・気温変化が太陽光・風力ポテンシャルに与える影響を評価できるようにした。また、時間解像度の向上に伴い、季節間の電力需給調整技術を追加した。水素や合成燃料の消費については、従来から扱っていた運輸部門等に加えて、発電部門や産業部門での消費技術を追加し、これらの技術の将来のCO2削減への貢献について定量的に評価した。エネルギーの国際輸送については、海上輸送やパイプライン等の陸上輸送における距離情報を、地理空間情報に基づいて推計し、輸送コストに反映した。日本モデルと世界モデルの結合に関しては、世界モデルより出力される各種エネルギーキャリアの生産、消費、流通量に基づき、地域別のエネルギーキャリアの平均費用を算出し、日本モデルにおいて水素、合成燃料、バイオマスといったエネルギーキャリアの輸入を評価できるよう改良を行った。結果として、水素や合成燃料の輸入は、日本国内において炭素回収貯留（CCS）の実施が制限された場合等においてCO2排出削減に貢献し得るが、エネルギー輸入依存度や輸入額への悪影響も大きいことが示された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

エネルギーモデル開発は、世界・日本いずれも順調に進んでいる。エネルギーシステムモデルやエネルギー潜在供給モデルを用いた成果については複数の論文発表を行っており、成果も順調に発表している。

Strategy for Future Research Activity

エネルギー供給（再生可能エネルギー、化石燃料）、CCSに関する空間情報データの収集・加工を進め、エネルギーシステムモデルに入力できるようパラメータ整備を行う。再生可能エネルギーについては土地利用に関する諸制約を考慮して、供給ポテンシャル・コスト情報に反映する。

Research Products

• [Journal Article] Limited impact of hydrogen co-firing on prolonging fossil-based power generation under low emissions scenarios (2024)
  • Author(s): Oshiro Ken、Fujimori Shinichiro
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 15 Issue: 1 Pages: 1778-1778
  • DOI: 10.1038/s41467-024-46101-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mid-century net-zero emissions pathways for Japan: Potential roles of global mitigation scenarios in informing national decarbonization strategies (2024)
  • Author(s): Oshiro Ken、Fujimori Shinichiro
  • Journal Title: Energy and Climate Change Volume: 5 Pages: 100128-100128
  • DOI: 10.1016/j.egycc.2024.100128
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CLIMATE CHANGE IMPACT ON SUPPLY POTENTIAL OF VARIABLE RENEWABLE ENERGY (2023)
  • Author(s): 齋藤啓貴、森翔太郎、大城賢、藤森真一郎
  • Journal Title: Japanese Journal of JSCE Volume: 79 Issue: 27 Pages: n/a
  • DOI: 10.2208/jscejj.23-27009
  • ISSN: 2436-6021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ASSESSMENT OF HYDROGEN UTILIZATION TECHNOLOGY IN CHEMICAL SECTOR IN ACHIEVING THE LONG-TERM GOALS OF THE PARIS AGREEMENT (2023)
  • Author(s): 森翔太郎、大城賢、藤森真一郎
  • Journal Title: Japanese Journal of JSCE Volume: 79 Issue: 27 Pages: n/a
  • DOI: 10.2208/jscejj.23-27039
  • ISSN: 2436-6021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Alternative, but expensive, energy transition scenario featuring carbon capture and utilization can preserve existing energy demand technologies (2023)
  • Author(s): Oshiro Ken、Fujimori Shinichiro、Hasegawa Tomoko、Asayama Shinichiro、Shiraki Hiroto、Takahashi Kiyoshi
  • Journal Title: One Earth Volume: 6 Issue: 7 Pages: 872-883
  • DOI: 10.1016/j.oneear.2023.06.005
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 世界を対象とした化学部門におけるCO2排出削減策としてのバイオマス・水素利用技術の役割 (2023)
  • Author(s): 森翔太郎、大城賢、藤森真一郎
  • Journal Title: 環境衛生工学研究 Volume: 37(3) Pages: 156-158
• [Journal Article] 気候変動が太陽光および風力発電の供給ポテンシャルに与える影響の評価 (2023)
  • Author(s): 齋藤啓貴、森翔太郎、大城賢、藤森真一郎
  • Journal Title: 環境衛生工学研究 Volume: 37(3) Pages: 80-82
• [Presentation] 日本のネットゼロ達成のための二酸化炭素除去：シナリオと政策ミックス (2024)
  • Author(s): 杉山昌広，大城賢，大槻貴司，加藤悦史，木村宰，冨田哲也，西浦理，藤森真一郎，松尾雄司，和田謙一
  • Organizer: 第40回エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス
• [Presentation] What do the net-zero ambitions mean for the Paris Agreement goals? A country-based analysis (2023)
  • Author(s): Diuana, F.A., Tagomori, I., Morais, T.N., Cho, C., Moon, J., Eom, J., Fujimori, S., Oshiro, K., Tran, T.-T., Agarwal, S.S., Anjum, S., Chaudhury, S., Hernadez, T., Buira, D., Tovilla, J., Analitica, T., Limmeechokchai, B., Pradhan, B.B., et al.
  • Organizer: Sixteenth Annual Meeting of the Integrated Assessment Modeling Consortium (IAMC)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Role of hydrogen co-firing on global power system decarbonization (2023)
  • Author(s): Oshiro, K., Fujimori, S.
  • Organizer: Sixteenth Annual Meeting of the Integrated Assessment Modeling Consortium (IAMC)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mitigation of rapid end-use technology transition with synthetic fuels in net-zero emissions scenarios (2023)
  • Author(s): Mori, S., Nishiura, O., Fujimori, S., Oshiro
  • Organizer: Sixteenth Annual Meeting of the Integrated Assessment Modeling Consortium (IAMC)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 世界を対象としたエネルギーシステムモデルによる化学部門のCO2排出削減策の評価 (2023)
  • Author(s): 森翔太郎, 大城賢, 藤森真一郎
  • Organizer: 第31回土木学会地球環境シンポジウム
• [Presentation] 気候変動が変動性再生可能エネルギーの供給ポテンシャルに与える影響の評価 (2023)
  • Author(s): 齋藤啓貴, 森翔太郎, 大城賢, 藤森真一郎
  • Organizer: 第31回土木学会地球環境シンポジウム
• [Presentation] 世界を対象とした化学部門におけるCO2排出削減策としてのバイオマス・水素利用技術の役割 (2023)
  • Author(s): 森翔太郎, 大城賢, 藤森真一郎,
  • Organizer: 京都大学環境衛生工学研究会 第45回シンポジウム
• [Presentation] 気候変動が太陽光および風力発電の供給ポテンシャルに与える影響の評価 (2023)
  • Author(s): 齋藤啓貴, 森翔太郎, 大城賢, 藤森真一郎
  • Organizer: 京都大学環境衛生工学研究会 第45回シンポジウム