研究方法

本章では，車両全体のライフサイクル CO2排出量に加えて，機能部品の一つである潤滑 油に関するライフサイクルCO2排出量の分析方法について述べる．

システムズエンジニアリングで用いられるVモデルにおいて^2-1)，車両全体を一つのシス テムと定義した場合，機能部品はサブシステムと定義することが出来る（図2-1）．更に，各 機能部品も種々のコンポーネントから構成されている．パワートレーンやドライブトレー ンをサブシステムと定義した場合は，本研究で分析を行う潤滑油はそれらのサブサブシス テムと定義することが出来る．更に，潤滑油のコンポーネントとしては，基油，各種添加剤

（極圧剤，耐摩耗剤，金属清浄剤など）が該当する．

持続可能な自動車社会の達成には，サブ（サブ）システムやコンポーネントを含めたシス テム全体での最適化が必要である．つまり，CO2排出量を持続可能な自動車社会の指標とし た場合は，俯瞰的なライフサイクルCO2排出量分析が不可欠である．

Figure 2-1. Architecture Vee Model (modified by the author).

System Development

System Realization

Subsystem Development

Sub-Subsystem Development

Subsystem Realization

Component Development

Component Realization

Sub-Subsystem Realization

自動車のエネルギ効率は様々な要因によって変化する．自動車のライフサイクル CO2排 出量分析では，車両効率に影響を与える要因を考慮することでより正確な分析が可能であ る．図2-2に車両効率に影響を与える要因の分析例を示す．

Liらの分析結果では，車内空調（HVAC）が車両効率に最も重大な影響を与えることが報 告されている^2-2)．車内空調エネルギは外気温に相関することが考えらえるが，これらを考 慮したライフサイクル CO2排出量分析は確認されない．つまり，車内空調を新たに考慮し たライフサイクルCO2排出量分析により新たな知見を得られる可能性がある．

Figure 2-2. Impact factors for vehicle driving efficiency.

本研究のライフサイクル CO2排出量分析のシステム境界を図 2-3 に示す．尚，本研究で は，車両運用に必要な二次エネルギの採掘及び製造から車両投入段階までをWell-to-Vehicle と定義し，車両走行段階をVehicle-to-Wheelと定義する．

まず車両全体のライフサイクル CO2排出量分析には，CO2生成に大きな影響を与える車 両製造段階・車両運用段階・車両保守段階を考慮する．車両保守段階では，タイヤ・潤滑油

（エンジンオイル・駆動油・フィルタ）・鉛蓄電池を考慮し，主に製造段階でのCO2排出量 を考慮した分析を行った．電気自動車用リチウムイオンバッテリについては，自動車用途終 了後に家庭用定置型蓄電池（太陽光発電との併用を考慮）への転用も考慮することで，電気 自動車のCO2排出量低減の可能性に関して俯瞰的な調査を実施した．

車両製造段階及び車両運用段階に大きな影響を与える二次エネルギの製造段階も一次エ ネルギの採掘段階から考慮した分析を行った．発電時においては，廃棄物処理段階も考慮し た分析を行った．

次いで，自動車用機能部品である潤滑油については，潤滑油製造段階・潤滑油廃棄（焼却）

段階を考慮したライフサイクル CO2排出量分析を実施した．更に，機能部品に必要不可欠 なコスト競争力についても検討を行った．本研究では，CO2排出量低減効果に対する追加費 用を指標としたコスト競争力の分析を実施した．

Vehicle efficiency

Driver Vehicle

Mass

Natural Environment Topography

Climate

Artificial Environment Traffic Management

Auxiliaries Driving behavior

Road Condition Real Driving Efficiency

Air-conditioning Lights GPS and Audio

Temperature Wind Humidity Travel Type

33

Figure 2-3. Overall system boundary for the analysis.

2-1 車両ライフサイクル CO

2

排出量の分析手法

本研究では，車両ライフサイクルCO2排出量は評価式(2-1) (2-2) (2-3) (2-4) (2-5)を用いて 推計した．電気自動車については，車両使用終了後にリチウムイオンバッテリを家庭用定置 型蓄電池への転用を考慮した．分析方法詳細を次項以降に示す．

C^Total = C^Prod + (C^WtV/km + C^VtW/km + C^HVAC/km + C^Tire/km + C^Bat/km + C^Oil/km) D + C^Bat-Casc − C^Saved-ESS (2-1)

ICEV and HEV: C^VtW/km = k (2-2)

ICEV and HEV: C^WtV/km = (C^VtW/km + C^HVAC/km) (2-3)

ICEV and HEV: C^HVAC/km = f (t^A) C ^VtW/km (2-4) BEV and FCV: C^HVAC/km = f (t ^A) C^WtV/km (2-5)

ej ej ej ej ej ej ej ej ej

System boundary

Li-battery, CO₂ emissions in

cascade phase

Li-battery, CO₂ emissions in

reuse phase

Li-battery, CO₂ emissions in

disposal phase Secondary

energy, CO₂ emissions in

production phase

Lubricants / filters, CO₂ emissions in

production phase Tires, CO₂ emissions in

production phase

Lead-acid batteries,

CO₂ emissions in

production phase

Lubricants / filters, CO₂ emissions in

disposal phase Vehicle,

CO₂ emissions in

disposal phase Vehicle,

CO₂ emissions in

production phase

Vehicle, CO₂ emissions in

use phase Vehicle,

CO₂ emissions in development

phase

Vehicle, CO₂ emissions in maintenance

phase

Base-stock cost (Group-I/II,

III, PAO) Well-to-Vehicle

(Well-to-Tank)

Vehicle-to-Wheel with the use of HVAC

Raw materials extraction, processing, and parts production

ij ij ij ij ij ij ij ij ij ij

ij d

E^A_ij

ij ij

ij ij

ej

η^m η^l η^t1 η^r η^g1 η^g2 η^t2 η^s η^f ( 1 −η^m η^l η^t1 η^r η^g1 η^g2 η^t2 η^s η^f )

ij ej ej ej ej ej ej ej ej ej ij

ij

p p ij ij

C^Total 車両ライフサイクルCO2排出量 [g-CO2] C^Prod 車両製造時CO2排出量 [g-CO2]

C^WtV/km Well-to-Vehicle CO2排出量 [g-CO2/km]

C^VtW/km Vehicle-to-Wheel CO2排出量 [g-CO2/km]

C^HVAC/km 車内空調使用起因CO2排出量 [g-CO2/km]

C^Tire/km タイヤ交換起因CO2排出量 [g-CO2/km]

C^Bat/km 鉛蓄電池交換起因CO2排出量 [g-CO2/km]

C^Oil/km オイル交換起因CO2排出量 [g-CO2/km]

D 生涯走行距離 [km]

C^Bat-Casc 電気自動車用リチウムイオンバッテリ転用時CO2排出量 [g-CO2]

C^Saved-ESS 電気自動車用リチウムイオンバッテリ転用によるCO2削減量 [g-CO2]

i 車種

j 評価年

k 燃料別CO2排出係数 [g-CO2/Wh]

e 燃料種

E^A JC08モード消費エネルギ量（BEV：交流電力消費量）[Wh]

d JC08走行距離 [km]

η^m 一次エネルギ採掘効率 [%]

η^l 液化効率 [%]

η^t1 タンカ輸送効率 [%]

η^r 精製効率 [%]

η^g1 発電効率 [%]

η^g2 水電解効率 [%]

η^t2 国内輸送又は国内送電効率 [%]

η^s 国内貯蔵効率 [%]

η^f 燃料充填効率 [%]

t^A 外気温 [°C]

p 地域

分析車両には，2017 年モデルの量産車両を採用した．昨今のリチウムイオンバッテリの 大容量化を反映した分析の実施を目的に大型セダンタイプ車両を選定した．合わせて，一般 的に販売台数が多い中型ハッチバックタイプ車両についても比較分析を行った（表2-1）．

Table 2-1. The vehicles analyzed (2017 calendar year model).

Large Sedan Middle Class Hatchback Gasoline ICE Vehicle (ICEV-Gas) Mazda ATENZA n/a

Diesel ICE Vehicle (ICEV-Die) Mazda ATENZA n/a Gasoline Hybrid Electric Vehicle (HEV) Honda ACCORD Toyota Prius

Plug-in HEV (PHEV) n/a Toyota Prius

Battery Electric Vehicle (BEV) Tesla Model S Nissan Leaf

Fuel Cell Vehicle (FCV) Toyota MIRAI n/a

35

2-1-1 車両製造時 CO

2

排出量分析方法

車両製造時CO2排出量(C^Prod)については，構成素材量と産業連関表から推定するハイブリ ッド LCI 手法を採用したKudohらの文献値を基に推計を行った ^2-3)．表2-2に示す主要部 品については材料構成比を一定と仮定し，分析車両に応じた部品質量から製造時 CO2排出 量の推計を行った．

電気自動車の製造時 CO2排出量に大きな影響を与えるリチウムイオンバッテリ製造時 CO2排出量について，Kudohらの文献では，337kgのリチウムイオンバッテリシステム製造

に 2174 kWh の電力消費が必要であることが示されている．Kudoh らの検討では，発電時

CO2排出量が122 g-CO2/MJ（439 g-CO2/kWh）と仮定されている．本研究では現在及び将来 の国内電源構成を反映した分析を行った．尚，文献値によるバラツキ影響の把握を目的に，

一部Ellingsenらの文献値を用いた比較分析も行った^2-4)．

車両組立時CO2排出量についても，日本自動車工業会らの報告資料も参考にして^2-5)，約 47%が電力消費起因であるとして電源構成を反映した推計を行った．電源構成に関する分析 方法については次項で述べる．

Table 2-2. Specification of key components for the analysis.

(Li: Lithium-ion battery, Ni: Nickel-ion battery)

Vehicle type Engine Fuel cell Motor Generator

Power control unit

Traction battery

Hydrogen tank

ATENZA Gasoline ICEV 130 kg — — — — —

ATENZA Diesel ICEV 200 kg — — — — —

ACCORD HEV 130 kg — 48.2 kg 17.5 kg 65.2 kg (Li) —

MIRAI FCV — 57.0 kg 33.7 kg 50.0 kg 51.7 kg (Ni) 87.5 kg

Model S (75kWh) BEV — — 130 kg 24.5 kg 480 kg (Li) —

Prius HEV 120 kg — 22.7 kg 12.6 kg 24.5 kg (Li) —

Prius PHEV 120 kg — 22.7 kg 12.6 kg 120 kg (Li) —

Leaf (40kWh) BEV — — 57.4 kg 16.2 kg 300 kg (Li) —

2-1-2 車両運用時 CO

2

排出量分析方法

運用時 CO2 排出量として，車両運用に必要な二次エネルギの採掘及び製造から車両へ の投入段階（Well-to-Vehicle (WtV)），及び自動車走行時CO2

排出量（車両走行（Vehicle-to-Wheel (VtW)）及び車内空調よるCO2排出量）を考慮する．まずWtV CO2排出量として，日

本自動車研究所による分析報告書で紹介されている下限値あたる低位プロセス効率を用い

た^2-6)．尚，発電については国内電源構成を考慮し国内平均発電ライフサイクルCO2排出量

（2008年から2030年までを考慮）とした．電源構成については，経済産業省，電気事業連 合会から公開されているデータを用いた^2-7~2-9)．燃料の生産から発電までのCO2排出量につ いては，電力中央研究所から公開されている値を採用した^2-10)．発電後の国内送電効率及び バッテリ充電効率は，日本自動車研究所の分析報告書を採用した^2-6)．表2-3に本研究で用 いた二次エネルギ製造時のプロセス効率を示す．水素については，液化石油ガス（Liquefied

Petroleum Gas：LPG）から水素をオンサイト精製及び水電解（LNGを一次エネルギとした火

力発電を用いた電力使用時）を採用した．各エネルギ源からCO2排出量への換算には表2-4 に示す値を用い2-6, 2-11)，2030年までの発電時CO2排出量の推計には表2-5に示す電源構成 を用いた（直接燃焼分：Direct，間接分：Indirect，送電分：Trans）．尚，2030年以降の電源 構成については明確になっていない為，本研究では，2013年以降は線形的に発電時CO2排 出量が減少するものと仮定した．

Table 2-3. Secondary energy generation process efficiency for the analysis.

Secondary energy Gasoline Diesel Electric Hydrogen Primary energy Crude oil Crude oil Mix

Liquefied petroleum

gas

Liquefied natural gas

Mining (η^m) 0.982 0.982 n/a 0.982 0.982

Liquefaction (η^l) n/a n/a n/a 0.943 0.901

Tanker transport (η^t1) 0.987 0.987 n/a 0.968 0.967

Refining (η^r) 0.867 0.930 n/a 0.711 n/a

Electricity generation (η^g1) n/a n/a n/a n/a 0.461 Alkaline water electrolysis (η^g2) n/a n/a n/a n/a 0.732 Domestic transmission (η^t2) 0.995 0.995 0.949 0.993 n/a

Onsite storage (η^s) n/a n/a n/a 0.914 0.914

Filling to vehicle (η^f) 0.995 0.995 n/a 0.970 0.970 AC battery charging (η^AC-C) n/a n/a 0.860 n/a n/a

Table 2-4. Specifications of the energy sources.

Secondary energy Density (kg/liter)

Calorific value (kWh/kg)

CO2 emissions (g-CO2/Wh)

Gasoline 0.730 12.53 0.254

Diesel 0.833 11.94 0.260

LPG 0.507 12.89 0.233

LNG ― 13.64 0.198

Hydrogen (0.0899 kg/Nm³) 33.33 ―

37

Table 2-5. Assumed electricity generation in Japan up to 2030 for the analysis.

Type

CO2 intensity Energy demand

Indirect, Direct

Indirect, Direct,

Trans

Year

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2030

Unit

g-CO2/kWh g-CO2/kWh

billion kWh

billion kWh

billion kWh

billion kWh

billion kWh

billion kWh

billion kWh

billion kWh

Oil-fired 738 778 116 68 75 138 172 140 96 29

LNG-fired 474 499 281 280 295 377 400 406 420 265

Coal-fired 943 994 250 238 252 239 260 285 282 255

Nuclear 19 20 258 280 288 102 16 9 0 206

Hydro 11 12 77 79 86 86 79 80 82 88

Geothermal 13 14 3 3 3 3 3 3 3 10

Biomass 102 107 3 3 3 4 4 4 3 42

Wind 26 27 3 4 4 5 5 5 5 17

Solar 59 62 1 1 2 2 4 9 19 69

次いで，車両走行時CO2排出量については現行の燃費試験である JC08 モード燃費を用いた．

年間走行距離については国土交通省の公開している自家用乗用車の年間平均走行距離 10,575

km/年を用いることとした ^2-12)．国内乗用車の平均使用期間は年々長期化しており 2016 年時点

で約 13 年となっている^2-13)．今後も長期化が予想される為，本研究では使用期間を約 15 年と し生涯走行距離を 150,000 km とした．車内空調エネルギにつては，文献値から年間平均値を

推計した ^2-14~2-21)．外気温については気象庁から公開されている国内の気温データを用いた

2-22)．尚，実走行結果については，季節変動分をHVAC消費エネルギと仮定し，JC08走行エ

ネルギとの比較から効率変動を推計した．

電気自動車のリチウムイオンバッテリ質量影響等を考慮したJC08モード消費エネルギの 推計には式(2-6) (2-7) (2-8) (2-9) (2-10) (2-11)を用いた．本研究で用いた数値データを表2-6に 示す^2-23~2-25)．

F^R= F^r + F^A + F^a = µM g + ρ^ACd A v² + (M + m )α (2-6)

P^D(t) = F^R (t) v(t) (2-7)

P^D (t) if P^D (t) ≥ 0,

(2-8) η^Total P^D (t) if P^D (t) < 0

η^Total = η^Battery η^Motor η^Trans (2-9)

E^D = u P^E (t) (2-10)

P^E(t) =

1 η^Total

Σ

t= 0 T

1 2

ij

ij ij ij ij ij ij ij ij ij

ij ij

ij

ij

ij

ij

ij ij

ij ij ij ij

ij

ij

ドキュメント内 博士学位論文 国内における自動車ライフサイクル CO 2 排出量予測と省燃費潤滑油の必要性 2019 年 3 月 慶應義塾大学大学院システムデザイン マネジメント研究科 石﨑啓太 (ページ 40-141)