太陽光発電のCO2排出量について

太陽光発電のCO2排出量について
太陽光発電のCO2排出量について

太陽光発電は燃料を必要としないので、発電中はCO2を発生しません。
しかし厳密に言えば、「太陽光パネルを製造し、運搬し、設置する」過程では当然CO2が排出されます。

このようにして「間接的に」排出される太陽光発電のCO2の量について説明します。

CO2の「直接排出」と「間接排出」

発電の過程で発生するCO2には、2種類あります。

一つは、「直接排出」です。
発電中に排出するCO2のことで、例えば火力発電の場合は石炭などを燃やすことでCO2が発生しています。一方の太陽光発電は、発電中に燃料を使わないため、CO2の直接排出はゼロです。

もう一つは、「間接排出」です。
太陽光、風力など自然エネルギーでの発電は、化石燃料は必要としませんが、太陽光パネルや風力発電施設は工業製品ですので、製造や設置の過程でCO2を排出します。
このように、発電以外のところで排出されるCO2が「間接排出」です。

間接排出は、現在のところ、どんな発電方法であっても完全にゼロにするのは難しい状況です。

しかし、製造時の使用エネルギーをできる限り減らし、また、今のCO2が排出する発電方法に代わって太陽光でCO2を出さない発電をして実質「元を取る」(カーボンニュートラルにする)ことができるか、という方向で技術は進歩しています。 

太陽光パネル製造時のCO2排出

太陽光パネルの場合、発電を始めるまでにCO2を排出するのは以下のような場面です。

  • 原料の採掘と精製(レアメタルやガラスなど)
  • 工場でのパネル製造
  • 運搬、設置工事

製造時の排出量は、もちろんパネルの構造や大きさ、寿命によって異なりますが、現在のところ、太陽光パネルの寿命を30年とした場合、平均して「17~48g-CO2/kWh」と計算されています*1。

太陽光発電の「間接CO2排出量」を、太陽光パネルが寿命までに発電できる電力の量で割った場合、発電量1kWhに対し、17~48グラムのCO2を排出する、ということです。

これを、他の発電方法と比較した場合、下のようになります(図1)。

図1 発電量あたりの温暖化ガス排出量(出典:「再生可能エネルギー源の性能」産業技術総合研究所)
再生可能エネルギーの中でも、太陽光発電でのCO2排出は少なくなっています。

「ペイバックタイム」という考え方

様々な発電方法によるCO2の排出について、「CO2ペイバックタイム(CO2PT)」という計算方法があります。

自然エネルギーでの発電は、発電すればするほど、化石燃料よりもCO2の削減が進んでいきます(図1)。そして、一定期間がたつと、削減できたCOの量が、製造時に排出したCO2と同じになるタイミングが来ます。これを「ペイバックタイム」といいます。

当然ながら、発電中ずっと燃料を使い続ける火力発電には、「ペイバックタイム」は存在しません。

さて、太陽光発電のCO2ペイバックタイムですが、先ほど紹介したように、太陽光では1kWhあたりのCO2排出量が17~48グラムであることに加え、化石燃料に比べ太陽光発電で節約できるCO2排出量は1kWhあたり660グラムであることがわかっています。

よって、

CO2PT = 想定寿命 (30年) 電力量あたり排出量 / 電力量あたり削減量
= 30 年× (17~48g) / 660g = 0.77 ~ 2.2 (年)

と計算されています*2。

つまり、0.77年から2.2年の間、発電を続ければ、その後はCO2を節約し続けるだけの状態ということになります。長くても2年少し運転すれば、製造時のCO2排出量を帳消しできるのです。

技術向上で短縮するCO2回収期間

そして、太陽光パネルも製造技術の向上によって、より効率的に発電できるよう、進化を続けています。

もともと太陽光は、CO2を排出せずに利用できる無限のエネルギーですが、やはり電力への「変換効率」を上げることで、製造時のCO2を、より早く回収し、より多く上回ることができます。

そのために、使用する素材を変えたり、薄型化したりなど、研究が急ピッチで進んでいる分野です。

例えば、太陽電池に現在メインで使われているのがシリコンですが、一口にシリコンといっても、太陽光発電の初歩に使われていた「単結晶シリコン」から、「多結晶シリコン」に変なり、より省エネルギーでの生産が可能になりました。

さらに、一般的な結晶シリコン太陽電池の100分の1前後の厚みになる「薄膜シリコン」の開発も進んでいるほか、屋上に設置する際の架台の素材にはアルミや繊維強化プラスチックが使われるようになり、軽量化も可能になっています。

また、太陽光には、もっとも波長の短い赤外線から、波長の長い紫外線までが存在しますが、波長の短い光線ほどエネルギーが高い性質を持っています。

この特徴を生かして、より波長の短い光から多くのエネルギーを吸収するために、吸収する波長の異なる化合物を組み合わせた「化合物3接合太陽電池」も開発段階にあります(図2)。

(出典:「世界一のモジュール変換効率40%超を目指す、太陽電池開発中」NEDOホームページより)
これらの技術を使い分けることで、変換効率や、輸送にも配慮した太陽光パネル作りが進んでいます。

40年間のエネルギー生産を評価

また、海外では興味深い研究結果が発表されました。

ユトレヒト大学の研究チームが2016年、世界的な科学ジャーナルである『Nature Communications』に発表したのが、過去40年間に化石燃料による発電に比べて太陽光発電によって節約されたエネルギーは、パネルの製造時に使ったエネルギーをほぼ相殺した、というものです*3。

この研究は、1975年から2015年の40年間にわたる太陽光発電技術の進歩や設置数などから、その環境価値を再評価したものです。

70年代の太陽光パネルとなると、もちろん現在のものよりはるかに性能は劣りますが、その技術差を補っても、なおじゅうぶんなCO2削減ができている、ということです。

現状でも、太陽光パネルの生産過程にはまだ技術革新の余地があるため、CO2の間接排出量は今後さらに減少していくとの見通しも示されています。

究極の形態を目指して

ここまで、太陽光発電で排出されるCO2について説明してきました。

今後も技術の進歩で、太陽光発電でのCO2(間接排出)はさらに減っていくとみられますが、最終的には間接排出をもゼロに寄せていく、「自然エネルギー発電による電力で動かした工場で、自然エネルギー発電装置を作り、自然エネルギー発電による電気で動くEVなどで運搬する」状態にどこまで近づけるか、ということが重要になります。

そのためにも、パネル自体の性能もそうですが、運搬方法や蓄電池の活用など、多くの技術の進歩に期待が寄せられています。

参照

Photo by Andreas Gücklhorn