エネルギーの流れを「見える化」
これは、2021年のアメリカのエネルギーフローチャートです。エネルギーフローチャートは、左から右に向かって、エネルギー源、エネルギーの使用用途、そしてその過程で失われたエネルギーが記載されています。普段は目に見えないエネルギーの流れを「見える化」したもので、アメリカのローレンス・リバモア国立研究所が定期的に発表しています。
約8割が化石燃料由来 実際に使われるのは約3割
まず、一番左の列、エネルギー源から見ていきます。全体の79％を化石燃料（石油・石炭・天然ガス）が占めていることがわかります。（分母が97であることに注意）
次に、中央のオレンジの枠に注目します。総エネルギーの36.6%が電気を作るために使用されています。発電を支えているのは、天然ガス（水色）と石炭（黒色）です。
さらに、発電された電気（オレンジ色）は、住宅、商業施設、産業へと供給されていきます。ここで、建物（住居＋商業施設）は、全体の20％のエネルギーを使用していることがわかります。
最後に、一番右側の列を見ると、全エネルギーのうち、実際にサービスとして使われたのは31.8％で、残りは無駄になってしまっていることが確認できます。
喫緊の課題は輸送の電化
もう一つ特徴的なのは、一番下の段、石油（緑色）から生まれるエネ車ギーの流れです。太いラインのほとんどが、そのまま輸送へとつながっています。車社会のアメリカでは、ガソリン車がメインの移動手段であることを如実に表しています。脱炭素化を進めるためには、全体の使用量の27％を占める輸送のエネルギー源を、再生可能エネルギーから生成された電気に切り替えていく必要があることがわかります。
日本のエネルギーフロー
こちらは、2017年の日本のエネルギーフローチャートです。供給源の全体の約94％を化石燃料（石油・石炭・天然ガス）が占めています。基本的なエネルギーの流れは、アメリカと類似しています。
こちらは2011年時点の日本のエネルギーフローチャートです。原子力（赤色）から流れるエネルギーが2017年のものと比べ多いことがわかります。一方、2017年のエネルギーチャートに比べ、各分野でのエネルギー使用量が多くなっていますが、これは建物をはじめ技術の発達により、省エネ化が進んだことが一因だと考えられます。
エネルギーフローチャートの使い方は様々です。１つのチャートからだけでも十分な示唆が得られますが、国ごとに比較したり、年代別に比べたりすることで、さらに活用方法は広がります。
ローレンス・リバモア国立研究所のHPでは、ここで取り上げた国や年代以外のものも公開されています。
エネルギーフローチャートが生まれた背景と「サンキー図」という手法
エネルギーフローチャートは、エネルギーの流れを帯の太さで表す「サンキー図（Sankey diagram）」の一種である。19 世紀末にアイルランドの技術者マシュー・サンキーが蒸気機関の熱損失を図示するために用いた形式が起源とされ、投入したエネルギーのうちどれだけが有効な仕事に変わり、どれだけが熱として捨てられたかを一目で示すために考案された。この「投入と損失を同じ図の中で並べる」という発想が、そのまま国全体のエネルギー需給に拡張されたのが現在のエネルギーフローチャートである。
サンキー図が国のエネルギー統計に向いているのは、次の三つの性質を同時に満たすからである。
| 性質 | 意味 | 読み手にとっての効果 |
|---|---|---|
| 質量・エネルギー保存 | 左端の投入量と右端の有効利用＋損失の合計が一致する | 「どこかに消えた」が起きず、数字の検算ができる |
| 帯幅が量に比例 | 太い帯が大きな流れ、細い帯が小さな流れ | 優先して手を打つべき箇所が直感的に分かる |
| 分岐と合流の表現 | 一次エネルギーが発電・直接利用に分岐し、電力として合流する | 変換段階を経る構造そのものが見える |
逆に、サンキー図には表現できないものもある。時間軸（季節変動・時間帯別の需給）、地理的な偏り（送電制約や地域間連系）、そして価格やコストである。エネルギーフローチャートは「年間の量の構造」を切り取った静止画であり、需給調整の難しさや投資判断の経済性は別の図表で補う必要がある。この限界を理解せずに図だけで議論すると、「量としては小さいが系統安定化に不可欠な設備」の価値を見落とすことになる。
日本の公式統計における位置づけ — 総合エネルギー統計とエネルギー需給の概要
日本では、資源エネルギー庁が「総合エネルギー統計」として一次エネルギー供給から最終エネルギー消費までの流れを毎年度取りまとめており、『エネルギー白書』や「エネルギー需給実績」の中でエネルギーバランス表およびフロー図として公表されている。海外の研究機関が作成した図と国内の公式統計は、同じ国・同じ年度を対象にしていても数値が一致しないことがあり、その理由を押さえておくことが実務では重要になる。
差が生じる主な要因は次のとおりである。
| 要因 | 内容 | 比較時の注意 |
|---|---|---|
| 会計期間 | 日本の公式統計は年度（4月〜翌3月）、国際機関は暦年が基本 | 年度と暦年を混在させない |
| 発電の換算方法 | 原子力・再生可能エネルギーを「投入熱量」で数えるか「発電量そのもの」で数えるか | 非化石の構成比が大きく変わる |
| 損失の扱い | 発電損失・送配電損失・自家消費をどの段階で差し引くか | 「有効利用率」の水準が変動する |
| 単位 | ジュール系（PJ・EJ）と石油換算（toe）、英式熱量単位（Quad）が併存 | 換算係数を明示して比較する |
とくに換算方法の違いは大きい。原子力や地熱のように熱を経由する電源では、発電に投入された熱量を一次エネルギーとして計上する方式（物理エネルギー含量法などと呼ばれる考え方）と、発電された電力量をそのまま一次エネルギーとみなす方式が併存しており、後者では変換損失が図から消えるため、非化石電源の比率が相対的に高く見える。複数の図を並べる際は、脚注に記された換算の前提を確認したうえで、同じ方式のもの同士を比較するのが原則である。
数値の読み方 — 「一次エネルギー供給」と「最終エネルギー消費」を混同しない
エネルギーフローチャートを企業の資料に引用する際に最も多い誤りは、左端の「一次エネルギー供給」の構成比と、右端の「最終エネルギー消費」の構成比を同じものとして扱ってしまうことである。この二つは意味が異なる。
- 一次エネルギー供給は、輸入・国産の原油、石炭、天然ガス、原子力、再生可能エネルギーなど、変換される前の状態で国内に供給された量である。エネルギー安全保障や輸入依存度の議論はここを見る。
- 最終エネルギー消費は、産業・業務・家庭・運輸の各部門が実際に使った電力・燃料・熱の量である。省エネ投資や設備更新の議論はここを見る。
- この二つの差が変換損失と自家消費であり、発電所の排熱、製油所の自家使用、送配電ロスなどが含まれる。
この区別を踏まえると、企業の排出削減を考えるうえで示唆が生まれる。電力の使用量を 1 削減したとき、一次エネルギー換算では火力発電の効率に応じてその 2 倍前後の削減に相当する場合がある。つまり、電力の省エネは最終消費の数字以上に一次エネルギー側を動かす。一方で、電源構成が非化石に置き換わるほどこの「増幅効果」は縮小し、排出削減における省エ�と電源転換の寄与度の比率が変わっていく。自社の削減計画を長期で描く際、この効果の逓減を織り込まないと、2030 年代後半の削減余地を過大に見積もることになる。
もう一点、部門区分の読み違いにも注意が必要である。日本の統計では「産業部門」「業務他部門」「家庭部門」「運輸部門」という区分が用いられるが、業務他部門にはオフィス・商業施設だけでなく、学校、病院、農林水産業なども含まれる。自社の事業がどの部門に集計されているかを確認せずに部門別の平均値をベンチマークとして用いると、比較の土台がずれる。
企業実務への接続 — Scope 別の排出量とフロー図の対応関係
エネルギーフローチャートは国レベルの図だが、企業の温室効果ガス算定と構造的に対応している。GHG プロトコルの区分に当てはめると、次のような関係になる。
| フロー図の位置 | 企業側の対応 | 算定上の扱い |
|---|---|---|
| 燃料の直接投入（ボイラー、自家発電、社有車） | Scope 1 | 燃料使用量 × 排出係数 |
| 電力・熱の購入 | Scope 2 | 電力量 × 排出係数（マーケット基準／ロケーション基準） |
| 発電側の変換損失・送配電損失 | Scope 3 カテゴリ 3（燃料・エネルギー関連活動） | 上流の採掘・輸送・変換に伴う排出 |
| 最終製品の使用段階 | Scope 3 カテゴリ 11 | 販売した製品の使用に伴う排出 |
フロー図の中央で発生している巨大な変換損失は、企業の Scope 2 の背後にある排出そのものである。購入電力の排出係数が電源構成に左右されるのはこの構造に由来し、自社の努力とは独立に係数が動く。したがって、削減目標を「自社の使用量」だけで組み立てると、係数の変動に計画が振り回される。
実務上の対応として、次の三つを分けて管理するのが合理的である。第一に、使用量そのものの削減（設備効率、運用改善、需要の見直し）。これは係数に依存せず、確実に効く。第二に、係数の選択（再生可能エネルギー由来電力の調達、コーポレート PPA、証書の活用）。これは調達戦略の問題である。第三に、燃料の転換（燃焼から電化、あるいは水素・アンモニア等への切り替え）。これは Scope 1 を Scope 2 に移す操作であり、移した先の電源が非化石でなければ全体の排出は減らない。フロー図を見ながら考えると、この三番目の「移すだけでは減らない」という点が視覚的に理解しやすい。
熱需要という見落とされやすい領域
エネルギーフローチャートを部門別に見ていくと、電力以外の流れ、すなわち燃料が直接燃やされて熱として使われている帯の存在に気づく。産業部門では、蒸気、温水、そして高温の加熱プロセスが大きな比重を占めており、この領域は電化が技術的にも経済的にも難しいとされる。
熱需要は温度水準によって対策の難易度が大きく異なる。おおまかには次のように整理できる。
| 温度水準 | 主な用途 | 現実的な脱炭素の選択肢 |
|---|---|---|
| 100℃ 未満 | 給湯、乾燥、洗浄、空調 | ヒートポンプによる電化が成立しやすい |
| 100〜200℃ 程度 | 低圧蒸気、食品加工、化学の一部 | 高温ヒートポンプ、電気ボイラー、太陽熱 |
| 200〜500℃ 程度 | 中圧蒸気、蒸留、乾燥炉 | バイオマス、電気加熱、廃熱回収の組み合わせ |
| 500℃ 超 | セメント焼成、製鉄、ガラス溶融、化学分解 | 水素・アンモニア、電炉、CCUS、原料転換 |
この整理が示すのは、脱炭素の難易度は「業種」よりも「必要な温度」で決まるという点である。同じ製造業でも、低温の乾燥工程が中心の工場と、高温炉を抱える工場では、取るべき手段も投資の時間軸もまったく異なる。フロー図の右下、燃料から直接熱へ向かう太い帯は、この温度帯別の課題が集約された領域と読むことができる。
企業側の実務としては、自社のエネルギー使用を「電力／低温熱／中温熱／高温熱／輸送燃料」に分解し、それぞれの量と温度水準を棚卸しすることが出発点になる。エネルギー管理の実務では電力の使用量が細かく把握される一方、熱の使用が燃料購入量としてしか記録されておらず、どの工程にどの温度でどれだけ使われているかが不明なことが少なくない。この棚卸しは、省エネ診断や設備更新計画の前提として有効であり、同時に自社版のエネルギーフロー図を描く基礎データにもなる。
自社版のエネルギーフロー図を描くという実務
国のフロー図の構造をそのまま自社に適用し、事業所単位・工場単位のエネルギーフロー図を作成する取り組みには、いくつかの実務的な利点がある。
第一に、損失が見える。購入したエネルギーのうち、どれだけが実際の生産や快適性に寄与し、どれだけが排熱・待機損失・配管や配線の損失として失われているかを帯の太さで示すと、改善余地の大きい箇所が特定しやすくなる。省エネの現場では「測っていないものは減らせない」と言われるが、フロー図は測定結果を関係者が共有できる形に変換する装置として働く。
第二に、投資判断の優先順位が議論しやすくなる。細い帯の効率を数パーセント改善するより、太い帯に手を入れる方が絶対量の削減幅は大きい。投資の可否は回収年数で判断されるが、そもそもどこを検討対象にすべきかという入口の議論で、図は共通言語になる。
第三に、社内外への説明に使える。統合報告書やサステナビリティ報告での開示、金融機関や取引先からのエネルギー管理体制に関する照会、社内の経営層への説明――いずれも、表の数字を並べるより構造図の方が理解が速い。とくに、削減施策が「どの帯を細くするものか」を図の上で示せると、施策の位置づけが明確になる。
作成にあたっての現実的な手順は、次のようになる。購入エネルギーの実績値（電力、燃料、蒸気、熱の購入量）を単位を揃えて集計し、主要な変換設備（ボイラー、コージェネレーション、冷凍機、空調機）の入出力を把握する。次に、用途別・工程別の配分を、計測値があるものは実測、ないものは定格出力と稼働時間からの推計で埋める。推計部分は推計であると明示し、精度を上げる価値が高い箇所から計測器を追加していく。最初から完璧な図を目指す必要はなく、粗い図を作って矛盾を洗い出す方が早く進む。国のフロー図が毎年更新されて精度が上がってきたのと同じで、自社の図も年次で改訂する前提で始めるのが現実的である。
