総合効率とGHG排出の分析

総合効率とGHG排出の分析
企画実行委員会
総合効率検討作業部会
委員長 石谷 久
1
目 次
 作業部会立ち上げの経緯
 作業部会のゴール
 今回の作業部会での主な取り組み
 WtTの解析結果
 TtWの解析結果
 WtWの解析結果
 まとめ
2
目 次
 作業部会立ち上げの経緯
 作業部会のゴール
 今回の作業部会での主な取り組み
 WtTの解析結果
 TtWの解析結果
 WtWの解析結果
 まとめ
3
作業部会立ち上げの経緯
2005年度にFCVを含み各種車両のWell-to-Wheel総合効率を
算定し，FCVの環境性能について第3者（大学研究所などのエ
ネルギー，LCA専門家），並びにFCV，水素インフラ開発推進関
係者による評価を実施した。
しかし，その後5年以上が経過し，条件の変化および車両性能
の向上の両方により見直しを行なう必要が生じた
1km走行当たりのエネルギー【MJ/km】
フィット 0.29
1.37
プリウス 0.2
0.54
CNGV
0.47
2005年公開ﾃﾞｰﾀ
0.4
2.23
1.8
0.3
1.42
ガソリンHEV
0.47
ガソリン
高圧水素FCV 0.21
0
BEV
1.5
2
2.5
3
0
23
WtT
ディーゼルHEV 9.4
TtW
ディーゼル
125
80
WtT
15
100
35
58.2
0
TtW
131
23
高圧水素FCV
1
61
49
ガソリン
0.78
95
14
ガソリンHEV
2.23
0.5
プリウス
CNGV
1.11
ディーゼル 0.2
22
フィット
0.86
BEV
ディーゼルHEV 0.12
CO2排出量【g・CO2/km】
158
0
50
100
150
200
250
4
作業部会立ち上げの経緯
間 ：平成11～14年度（Tank to Wheel中心)
：平成15～17年度（Well to Tank中心）
メンバー ：専門家（エネルギー、LCA分野研究者），並
びにJHFC参加企業，団体からの参加者
過去の取組内容
期
参加協力企業からデータの提供を受け、下記を実施
• 総合効率基礎データの収集
• ガソリン車・ガソリンハイブリッド車・
ディーゼル車・CNG車・BEV（Battery EV)
の効率評価
• FCVの効率評価
5
作業部会立ち上げの経緯
平成１１～１４年度（旧JEVA取組み実績）
自動車側（Fuel Tank to Wheel）を中心とした取組み
Well to Fuel Tank については既存文献結果を引用
平成１５～１７年度（過年度特別委員会）
燃料供給側 (Well to Fuel Tank) を中心としたデータ取得、
文献調査、並びにJHFC実証データで検証、
過去の取組みとあわせWell to Wheelの総合効率をまとめた
平成22年度（本作業部会）
平成22年度に入手可能な範囲でのデータ更新
データ取得の考え方
•
•
•
•
•
一般に公表できるデータ
日本の状況（燃料パス、自動車技術）に対する検討
現状と将来（2030年頃）のデータ
技術開発途上であり現在実績値がないデータは将来の期待値・目標値
JHFCプロジェクトで得られた実証データの利用
走行モード
JC08モード及び10･15モードを計算、特性を分析
6
目 次
 作業部会立ち上げの経緯
 作業部会のゴール
 今回の作業部会での主な取り組み
 WtTの解析結果
 TtWの解析結果
 WtWの解析結果
 まとめ
7
作業部会のゴール
燃料電池自動車（FCV）を主とした、
各種の高効率低公害車（代替燃料）乗用車の
我が国（日本）固有の条件を考慮し、
計算に用いる入力データは妥当性かつ透明性に配慮し，
W t W (Well to Ｗheel)総合効率などのデータを検討し、
外部研究者が検証可能な客観的な数値データ
としてまとめる。
評価項目
W t W (Well to Wheel)の
「総合効率」および「GHG(CO2)排出量」
8
作業部会のゴール
作業部会の検討結果を用いてJHFCとしては…
FCVの低公害車としてのWell-to-Wheel性能確認
実証試験（さまざまなタイプの水素製造パス）結果を用い
たWell-to-Wheel比較（現状実現技術による評価）
FCVのエネルギー効率，CO2削減ポテンシャルの明確化
9
目 次
 作業部会立ち上げの経緯
 作業部会のゴール
 今回の作業部会での主な取り組み
 WtTの解析結果
 TtWの解析結果
 WtWの解析結果
 まとめ
10
今回の作業部会での主な取り組み
【体 制】
企画実行委員会
総合効率検討作業部会
【メンバー】
※JHFCとは独立した各界の有識者による評価委員会
関係分野の研究者，専門家に広く参加を依頼
（関係者として実証研究連絡会メンバー参加）
エネルギー，ＬＣＡ分野の専門研究者に広
く認知されるデータ，及び評価結果の取得
11
今回の作業部会での主な取り組み
は実証試験推進委員会メンバー以外
【大学・研究所】
（社）新エネルギー導入促進協議会 東京工業大学
東京大学
横浜国立大学
筑波大学 工学院大学 （独）国立環境研究所 （独）産業技術総合研究所
（財）日本エネルギー経済研究所 （財）地球環境産業技術研究機構（RITE）
【団体等】
（社）日本自動車工業会
電気事業連合会
FCCJ 燃料電池実用化推進協議会
石油連盟
【企 業】
トヨタ自動車
JX日鉱日石エネルギー
新日鉄エンジニアリング
日産自動車
コスモ石油
出光興産
本田技研工業
昭和シェル石油
栗田工業
GM
東京ガス
伊藤忠エネクス
ダイムラー
岩谷産業
シナネン
スズキ
大陽日酸
大阪ガス
マツダ
ジャパン・エア・ガシズ
東邦ガス
合計３５団体
〔オブザーバー〕経済産業省、ＮＥＤＯ、（株）新日石総研 〔事務局〕PEC、ＥＮＡＡ、JGA、ＪＡＲＩ、調査会社
12
エネルギーパスの概念
資源採掘
埋蔵1次エネ
ルギ資源
国内大規模プロセス
（精製，気化，改質，
高圧圧縮）
オンサイト
プロセス
（圧縮，改質）
燃料充填
Well to Charge Tank
現地プロセス
（精製，液化）＋貯蔵
国内
短距離輸送
車両の
燃料タンク
Charge Tank to Fuel Tank（Station Process）
長距離輸送
（船舶等）
（水素生成前）
燃料貯蔵
車両走行
Fuel Tank to Wheel
13
今回の作業部会での主な取り組み
分析の範囲
燃料の製造から，自動車の走行までにおけるエネルギー消
費量およびCO2排出量を対象とする。
原料・燃料の輸送に必要な燃料（重油，軽油）については，
その燃料の製造・輸送も加味する。
原則としてWell to Wheelのエネルギー消費量，並びにCO2
排出量のみを対象とする。
14
今回の作業部会での主な取り組み
対象とした燃料パス
起源
最終消費燃料
原油
ガソリン，軽油，ナフサ，LPG ，電力，圧縮水素，
天然ガス
都市ガス，LPG，電力，メタノール，DME，FT軽
油（GTL)，圧縮水素
副生水素
圧縮水素
再生可能エネルギー
電力，圧縮水素
バイオマス
バイオディーゼル（BDF)，エタノール混合ガソリ
ン，ETBE混合ガソリン，CH4，圧縮水素
主な追加パス（2005年度公開時と比較して）
CCS
有機ハイドライド輸送
15
ヒアリング・文献調査実績
【ヒアリング】
主にCCSに関する調査を実施
訪問先
平成
年度
22
主なヒアリング内容
新日本製鐵および
新日鉄エンジニアリング
製鉄所における副生ガスの定数・効率
日本CCS調査
CCSに要するエネルギー，CO2原単位
RITE
CCSに要するエネルギー，CO2原単位
石油産業活性化センター
石油連盟
製油所におけるCCSに関するエネルギー
石油関連のデータ更新の要否
電事連
電源種別燃料定数・発電効率、送配電効率
日本ガス協会
都市ガス業界全般情報、燃料定数・効率
都市ガス利用でのCCSに関するエネルギー
エネルギ経済研究所
関西電力
CCSに要するエネルギー，CO2原単位
CCSシステム構成
【文献調査】
■国 内 ： NEDO報告書、PEC報告書 等々
■国 外 ： LBST(GM) 等々
16
プロセス効率の設定
以下の方針で標準プロセス効率値を設定
年次：2010年9月現在
※ただし，一部，2005年度に使用したデータから更新で
きなかったものあり
国内文献（国内条件）を優先
前提条件の明確な文献，ヒアリングで得た情報を優先
複数データが候補として残った場合は，中位値を採用
LHVベースの数値を基本とする
17
プロセス効率の設定
CCSについては３パターンを導入
排ガス回収（分離･回収：化学吸収法）
→主に石炭火力発電所の適用が検討されている。
製油所での水素製造時に行う分離CO2を前提
（オフサイト型ステーション）
→主に石油業界で適用が検討されている。
オンサイト型ステーションでのCO2回収を前提
→主にガス業界で適用が検討されている。
※ステーションから貯留サイトまではローリー輸送
18
検討エネルギーパスの条件
 FCV対象車両
小型乗用車
 比較対象車両
市販車：ガソリン車，ディーゼル車，ガソリンハイブリッド車，
電気自動車
デモ車：プラグインハイブリッド車
仮想車：CNG車
 対象燃料（燃料水素のエネルギー源）
原油，天然ガス（都市ガス），LPG，
副生ガス，再生可能エネルギ，バイオマス
 FCVタイプ
純水素形
 水素の形態
圧縮
 想定年次
市販車は現状技術，その他は2030年頃を想定
19
充填圧力のエネルギー比較
35MPaと70MPaの圧力のエネルギー差は1[MJ/kg]
大気圧から35MPaに昇圧することでエネルギー差は7[MJ/kg]
消費電力の増大： 高圧圧縮機（80MPa以上）
プレクール設備（水素ガスを－20℃～－40℃に冷却）
蓄圧器
ディスペンサー
70 MPa
35 MPa
圧縮水素
高圧圧縮機
プレクール
圧力
（MPaG）
単位
70
MJ/kg
35
MJ/kg
大気圧
MJ/kg
水素ガス1 kg当たりの保有エネルギー（LHV）
発熱量
120
圧力エネルギー
合計
8
128
7
127
0
120
20
消費電力量（実測値）
JHFC千住水素ステーション(都市ガス水蒸気改質 70MPa・プレクールあり)
(内訳)
0 →40MPa圧縮機 3.75 kWh
40→80MPa圧縮機 1.07 kWh
水素1.0 kg [11.1Nm3]供給時
都市ガス
3.75 kg
m3(nor))
(4.59
187 MJ(LHV)
2017MJ(HHV)
電力
2.33kWh
電力
4.82 kWh
電力(共用ﾕｰﾃｨﾘﾃｨ、制御等)
1.07 kWh
35 MPa
都市ガス
水素製造装置
圧縮機
蓄圧器
ディスペンサー
ステーション設備の起動・停止及び
待機に係るエネルギーは含まず
ディスペンサー
70 MPa
測定：2009年9月
圧縮機
蓄ガス設備
70 MPa系
プレクール
電力
1.37 kWh
水素温度 : -20 ℃
21
充填圧力のエネルギー効率への影響
（JHFC千住STデータ、2009年測定値）
充填圧力
条件
ｴﾈﾙｷﾞｰ効率
35MPa
プレクールなし・低圧圧縮機のみ
60.0%
70MPa
プレクール －20℃・低圧&高圧圧縮機
58.0%
 Charge Tank to Fuel Tank（Station to Tank）で定義した
実証水素ステーションのエネルギー効率（LHV基準）
 電力のエネルギー： 3.6 MJ/kWh
 原料のエネルギー： 発熱量および圧力エネルギー (高圧ガスの場合)
充填圧力を35MPaから70MPaに上昇させると、エネルギー効率は
2ポイント低下する。
エネルギー効率値を基に、WtW効率、WtW-CO2排出量を算出する。
22
目 次
 作業部会立ち上げの経緯
 作業部会のゴール
 今回の作業部会での主な取り組み
 WtTの解析結果
 TtWの解析結果
 WtWの解析結果
 まとめ
23
使用データの概要
Well
Charge Tank
Fuel Tank
ステーションでの
燃料受入れタンク
Well to Charge Tank
Wheel
車両の燃料タンク
Charge Tank to Fuel Tank
Fuel Tank to Wheel
JHFC実証データ
文献値等
・JHFC実証実測値
・実用化段階計算値
文献値等
・JC08モード/10･15
・試験値
（平均、トップランナー）
「 旧 JEVA 取 組 み 結 果 」 と
「FCVについてはJHFC実証
データを踏まえた予測値」
24
算出値の定義
一次エネルギまでさかのぼって、自動車１ｋｍ走行当り
「一次エネルギ投入量(ＭＪ/ｋｍ)」「CO2総排出量(ｇ-CO2/km )」を算出
Well to Charge
Tank
Charge Tank
to Fuel Tank
Fuel Tank
to Wheel
①
②
【効率】
① Well to Fuel Tank ：
一次燃料投入原単位
(単位車載エネルギ当り)
=
一次エネルギ投入量（MJ）
車載燃料エネルギ（MJ）*
② Fuel Tank to Wheel ： 1km走行時燃料消費エネルギ *(MJ/km)
=b
Well to Wheel ： 1km走行当り一次エネルギ投入量 (MJ/km)
【CO2】
① Well to Fuel Tank ：
② Fuel Tank to Wheel ：
CO2排出量（ｇ-CO2）
=a
=a×b
=c
車載燃料エネルギ（MJ）*
1km走行当りCO2排出量 (ｇ-CO2/km)
Well to Wheel ：1km走行当り総CO2排出量 (ｇ-CO2/km)
=d
=b×c+d
*車載時の水素保有エネルギについては、本計算では１２０MJ／kg（大気圧25℃）を使用
25
｢Well to Fuel Tank｣ 計算条件
 対象燃料（水素ソース）
原油，天然ガス（都市ガス），LPG，
副生ガス，再生可能エネルギ，バイオマス
 水素の形態
圧縮
 比較対象自動車搭載燃料
ガソリン，ディーゼル，CNG，電気
 電力の電源構成（下記の２通りを計算）
「日本の平均電源構成」
「同一燃料起源による電源」（例：天然ガス起源のパスでは天然ガス火力）
 想定年次
現状、2030年（CCS導入）
26
WtT計算結果
2005年度からの変化点
 電源構成変化にともなう
グリッド電力の単位エネ
ルギー当たりのCO2排出
量が増加
⇒中越地震の影響で柏崎原子力
発電所の稼動率が下がり，原子
力発電比率が下がり石炭火力発
電比率がが増えたため
⇒これにより他のエネルギーパス
のCO2排出量も増加
27
WtT計算結果（実証試験比較）
35MPaのステーションの効率
28
WtT計算結果（実証試験比較）
70MPaのステーションの効率
29
目 次
 作業部会立ち上げの経緯
 作業部会のゴール
 今回の作業部会での主な取り組み
 WtTの解析結果
 TtWの解析結果
 WtWの解析結果
 まとめ
30
｢Fuel Tank to Wheel｣ 計算条件
 FCV対象車両
純水素形（圧縮）の小型乗用車
 比較対象車両
市販車：ガソリン車，ディーゼル車，ガソリンハイブリッド車，
電気自動車
デモ車：プラグインハイブリッド車，仮想車：CNG車
 想定年次
現状技術
 基本性能にかかる主な前提条件
・全ての車種の基本性能・形状等は原則同等（例外：ＥＶ走行距離等）
・共通部分の重量は原則同等（ＦＣＶ等は、ICEVと差がある各種
構成部品をまとめて基本重量に加算）
31
TtWの計算対象
 小型・短距離用途のBEVとFCVは共存して普及拡大が可能と考えられる
→この領域の車両（小型車）を想定して算出
大
車両
サイズ
小
短
長
航続距離
32
TtW 計算結果（効率（10-15ﾓｰﾄﾞ））
 市販車は全車種，着実にエネルギー消費率が小さく
なっている
上段：2005年度
下段：2010年度
燃料電池車
電気自動車
プラグインハイブリッド車
プラグインハイブリッド走行
ハイブリッド車
計算ﾓﾃﾞﾙ
ﾃﾞﾓ車
ディーゼル車
市販車
ガソリン車
0
※１ 2005年度データと比較のため10-15ﾓｰﾄﾞを表示
※２ プラグインハイブリッドは2010年度のみ
0.5
1
1.5
2
2.5
エネルギー消費率[MJ/km]
33
目 次
 作業部会立ち上げの経緯
 作業部会のゴール
 今回の作業部会での主な取り組み
 WtTの解析結果
 TtWの解析結果
 WtWの解析結果
 まとめ
34
WtW計算結果まとめ（本年度10-15ﾓｰﾄﾞ）
さまざまなエネルギーパス，ケース，車種について計算
35
WtW計算結果まとめ（本年度10-15ﾓｰﾄﾞ）
さまざまなエネルギーパス，ケース，車種について計算
36
WtW計算結果まとめ（本年度10-15ﾓｰﾄﾞ）
1km 走行当たりCO2排出量 [g-CO2/km]
燃料電池車は効率、CO2排出量ともに高性能
1km走行当たり一次エネルギー投入量 [MJ/km]
※１ 燃料電池車の１次エネルギーは天然ガス（オフサイト）
※２ 電気自動車は国内2009年度の電源構成
37
WtW計算結果まとめ（燃料パス比較）
1km 走行当たりCO2排出量 [g-CO2/km]
FCVは様々な燃料パスでCO2削減のポテンシャルが高い
CCS適用時
1km走行当たり一次エネルギー投入量 [MJ/km]
38
エネルギーパス比較（FCV v.s. BEV）
 化石燃料（オフサイト）で比較すると...
分離回収･地中貯留に必要なエネルギー
CO2回収 2.92GJ/kgCO2
充電効率80～92％
天然ガス
石油
充電
送電
発電
発電効率４５～57％
モータ
消費電力量7.26kWh/kgH2
水素製造
輸送
圧縮・充填
発電
発電効率60％
CO2回収
分離回収･地中貯留に必要なエネルギー
0.48GJ/kgCO2
39
エネルギー消費率比較（FCV v.s. BEV）
 天然ガス起源（オンサイト）で比較すると...
今後のFCVの課題
現時点でBEVとほぼ同等。水素充填時の消費電力量を下げること。
水素1.0 kg [11.1Nm3]供給時
9.6 kWh/kg･H2
水素1.0 kg [11.1Nm3]当たりの
保有エネルギー
35.6 kWh/kg･H2
NG発電トップ（平均）効率
57.4%（46.1%）
※（）内は平均値
車種
TtWエネルギー消費率
WtWエネルギー消費率
FCV
159.2 km/kgH2
3.3 km/kWh
BEV
10 km/kWh
3.8（3.0） km/kWh
40
WtW計算結果まとめ（石油起源）
 CCSと組み合わせることで，FCVのCO2排出量の削減
ポテンシャルは高い
1km 走行当たりCO2排出量 [g-CO2/km]
140
120
ガソリン車
100
ハイブリッド車
80
60
40
20
0
ディーゼル車
ﾎﾟﾃﾝｼｬﾙ
CCS適用時
※１ 10-15ﾓｰﾄﾞで算出
※２ 電力は石油火力発電のみから供給
FCV（ナフサ改質）
FCV（LPG改質）
BEV（石油火力充電）
0
0.5
1
1.5
2
1km走行当たり一次エネルギー投入量 [MJ/km]
41
WtW計算結果まとめ（天然ガス起源）
1km 走行当たりCO2排出量 [g-CO2/km]
 天然ガス起源ではBEVが1番，次いでFCV
 CCSと組み合わせることで，FCVのCO2排出量の削減
ポテンシャルは高い
140
※1 10-15ﾓｰﾄﾞで算出
※２ 電力はNG火力発電のみから供給
120
CNG車
100
ディーゼル車
80
BEV
（LNG火力充電）
60
40
FCV
（都市ガス改質（オンサイト））
20
FCV
（NG改質（オフサイト））
CCS適用時
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
1km走行当たり一次エネルギー投入量 [MJ/km]
42
エネルギーパス比較（FCV v.s. BEV）
 自然エネルギー（オンサイト）で比較すると...
FCVから見たメリット
CO2排出量激減
自然エネルギーからの発電は不安定
⇒余剰発電分を水素として蓄えられ，輸送可能
FCVから見たデメリット
電気⇒水素（製造･高圧化）⇒電気でFCVのパスはエネルギーロスが大きい
自然エネルギー
発電
充電
送電
充電効率80～92％
モータ
消費電力量7.26kWh/kgH2
水素製造
効率 60～80％
圧縮・充填
発電
発電効率60％
43
エネルギー消費率比較
 自然エネルギー起源で比較すると... （FCV v.s. BEV）
FCVはBEVに比べWtWエネルギー消費率が約2.5倍
（トップランナー比）
今後のFCVの課題
水素製造時の水電解効率を上げ、水素充填時の消費電力量
を下げること
車種
TtWエネルギー消費率
WtWエネルギー消費率
FCV
159.2 km/kgH2
3.0 km/kWh
BEV
10 km/kWh
7.6 km/kWh
※TtWエネルギー消費率はトップランナー値
44
WtW計算結果まとめ（自然エネルギー）
自然エネルギー適用でBEV，FCVともにCO2削減効果大
CO2排出量[gCO2/km]
100
燃料電池車（水力
発電オンサイト）
80
60
燃料電池車（風力
発電オフサイト）
40
20
電気自動車（風力
発電）
0
0
0.5
1
エネルギー消費率[MJ/km]
1.5
45
目 次
 作業部会立ち上げの経緯
 作業部会のゴール
 今回の作業部会での主な取り組み
 WtTの解析結果
 TtWの解析結果
 WtWの解析結果
 まとめ
46
WtW計算結果まとめ
 2005年に市販されていた車種についてはエネルギー投入量，CO2
排出量が減り，性能が向上していることが確認できた
250
2005年度
ガソリン車
2010年度
ディーゼル車
1km 走行当たりCO2排出量 [g-CO2/km]
200
ハイブリッド車
FCV
150
BEV
PHEV
100
50
※1 2005年度と比較のため10-15ﾓｰﾄ結果で表示
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
1km走行当たり一次エネルギー投入量 [MJ/km]
47
WtW計算結果まとめ（ポテンシャル）
 CCS導入，原子力発電比率増で劇的なCO2削減が可能
であることを示せた
1km 走行当たりCO2排出量 [g-CO2/km]
250
ガソリン車
ディーゼル車
200
ハイブリッド車
FCV
150
BEV
100
・自然エネルギー・原子力
発電比率向上50
CCS導入
※1 2005年度と比較のため10-15ﾓｰﾄ結果で表示
0
0
0.5
1
1.5
2
1km走行当たり一次エネルギー投入量 [MJ/km]
2.5
3
48
WtW計算結果まとめ
エネルギー投入量に差はあるが，FCVは様々なエネル
ギーパスでCO2削減のポテンシャルが高いことがわ
かった（エネルギー多様化にFCVは対応可）
燃料電池車は電気自動車と同レベルのCO2削減ポテ
ンシャルがあることがわかった
化石燃料＋CCSで水素製造すれば、豊富な燃料を供
給でき、CO2削減を実現できる可能性を示せた
49
まとめ
【成果】
FCVを中心とした各種の高効率低公害乗用車の、我が
国固有の条件を考慮し、専門家の評価，利用に耐えう
る客観的な情報を収集，分析し、ＷｔＷ 「総合効率」お
よび「CO2排出量」 を算出
JHFC実証データに基づき、現状技術による「総合効
率」および「CO2排出量」 を算出
【今後】
取り組み結果を体系的に報告書にまとめ上げ、Web等
で結果を公表（予定）
FCVの得意分野(中型・大型車）での検討が必要
50