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太陽光発電の資源利用量と環境への影響

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再生可能エネルギーは化石燃料の燃焼がないため、発電時のCO2排出が無いと考えられています。しかし資源の採掘から製造、廃棄までのライフサイクルでCO2排出量が低減できていることが重要となります。
一方で火力発電や原子力発電などに比べエネルギー密度が小さいため、同じ電力を得るのに規模を大きくする必要があります。これは多くの資源を必要とし廃棄物が増えるなど、持続可能性を考える上で無視できません。

今回は太陽光発電を中心とした再生可能エネルギーや各種発電方式での資源利用量や環境への影響、CO2排出量などを、2回に分けて紹介していきます。


＜データ・資料に関しての注記＞
以下で紹介するデータ・図表等は各発行元の資料によるものであり、それぞれ異なる結果となっています。
各資料の前提条件や数値の整合性は確認しておらず、全体的な傾向の把握を目的として掲載しています。
またあらゆる地域や個別の事例について、以下で紹介するデータ等が該当するものではありません。


エネルギー密度

従来の火力発電や原子力発電と太陽光発電などの再生可能エネルギーとの環境への影響を考える上で、自然エネルギーのエネルギー密度の違いが重要な要因となります。

発電方式ごとのエネルギー密度（引用元：Science Direct）


発電方式ごとのエネルギー密度と土地面積（引用元：Master Resource）

原理的に自然エネルギーは化石燃料などに比べてエネルギー密度が相対的に小さく、同じ発電量を得るためにより多くの土地・資源が必要となりそうです。
このため資源だけでなく、環境や人間の社会活動（景観や土地利用など）への影響も無視できないと考えられます。

発電方式による原材料の使用量

発電方式による資源の利用量に関して、DOE（United States Department of Energy、米国エネルギー省）が資料を公表しています。

発電方式による材料使用量の比較（引用元：DOE）

本資料では再生可能エネルギーでは火力・原子力発電の10倍程度の資源が消費されているとあります。

発電方式による材料使用量の比較（引用元：Forbes）

再生可能エネルギーの中でも水力・風力が基礎や筐体でのコンクリートの割合が多いのに対して、太陽光発電ではセメントやガラス、鉄鋼、その他材料など種類や資源量そのものも多い傾向にある様です。

鉱物資源の必要量

再生可能エネルギーによう発電が、資源を多量に要する特徴を見てきましたが、鉱物資源についての発電方式毎に比較したデータも各種機関から公表されています。

発電方式による鉱物資源の使用量比較（引用元：IEA）
発電方式による鉱物資源の使用量比較（引用元：UNECE）

発電方式に関わらず銅やアルミニウムが多く使用されていますが、風力や太陽光発電では出力あたりの使用量（kg/MW）が顕著です。
発電設備の稼働率を考慮すると、特に太陽光発電については発電量あたりの使用量（kg/MWh）は更に多くの資源が必要だと考えられます。

主要鉱物資源の需要供給予測（引用元：IEA）

再生可能エネルギーや電気自動車（EV）が普及し鉱物資源の需要が今後増えると予測されていますが、供給側の開発が進まないことで需給バランスが逼迫することも懸念されています。

資源の地域的偏在

太陽光パネルの製造は多くのエネルギー・資源が必要なエネルギー集約型産業です。

主要鉱物資源の採掘・精製国（引用元：IEA）
アジア地の太陽電池モジュール製造状況（引用元：DOE）

資源・エネルギーへのアクセスが容易な一部の国・地域に生産が偏在しており、安定供給や人権問題への懸念も今後課題になる可能性があります。

生態系や人体への影響

UNECE（国際連合欧州経済委員会）の報告書では、各発電方式における環境や人体への影響度がまとめられています。

気候変動を除くライフサイクルでの生態系への影響（引用元：UNECE）

原子力発電や風力発電では生態系への影響は小さいと評価されており、太陽光発電は土地利用への影響が大きいとあります。
一方で石炭火力は環境への影響が大きく、気候変動への影響も考慮すれば更に大きいと推察できます。

ライフサイクルでの人体への影響（引用元：UNECE）

また人体への影響という点でも、再生可能エネルギーは化石燃料由来の発電と比較して低い傾向にあります。

太陽光発電のライフサイクルでの影響

太陽光発電（シリコン系太陽電池モジュール）のライフサイクルでの環境への影響では、特に上流工程であるシリコンの原料やセルの製造で鉱物資源・水資源・気候変動などへの影響が大きいことが分かります。

シリコン系太陽電池モジュールのライフサイクルでの環境への影響度（引用元：UNECE）

まとめ

発電時にCO2を排出しない太陽光発電（再生可能エネルギー）ですが、一方では自然エネルギーに由来するため多くの資源や土地を必要とします。
土地利用や資源消費など環境への影響や社会との調和が必要となり、将来的に大量の廃棄物への対応も求められます。

太陽光発電を持続可能なものにするためにはリサイクルにより資源循環と環境負荷低減が必要であり、リサイクル技術や適性なリサイクルシステムの構築が必要となります。



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参考資料