炭素の社会的費用、限界削減費用と
それらの決定要因
―エネルギー経済モデルによる計算結果の比較―
畠瀬和志(神戸大学)
馬奈木俊介(東北大学)
1
研究の背景
•
エネルギー経済モデルによる炭素価格の計
算結果は、文献によって大きく異なる(価格
についての統一見解がない)。
•
既往文献では、炭素の社会的費用と限界
削減費用を切り離して論じる傾向にある。
•
炭素の社会的費用については Richard Tol
(2005, 2008, etc.)が価格レンジを確立しつ
つあるが、見解を異にする研究(スターン報
告書など)が包摂されていない。
2
本研究の方針
•
炭素の社会的費用(SCC)と限界削減費用
(MAC)の両方向から炭素価格を論じる。
•
どのパラメータがSCC、MACに大きく影響す
るか、モデル計算によって調べる。
•
SCC、MACが変化するメカニズムを調べる。
•
モデルには評価の定まっているDICEモデル
(Nordhaus, 2008)とMERGEモデル(Manne
& Richels, 2004)を用いる。
3
炭素の社会的費用と限界削減費用
•
炭素の社会的費用(Social Cost of Carbon)とは、
現在に炭素を1トン追加的に排出すると生じる
環境被害費用をNPV(正味現在価値)として表
したものである。
– SCCは費用便益の最大化によって求める。
• 限界削減費用(Marginal Abatement Cost)とは、
特定の政策目標(eg. 500ppm安定化)を達成
するにあたって炭素を1トン追加的に削減する
際の費用である。
– MACは安定化濃度、CO2排出量などを固定
したシミュレーションで求める。
4
SCCとMACの関係
出典:Goulder & Mathai
(2000) p.19 より
MC:Marginal abatement
cost(本研究のMACと同じ)
MB:Marginal benefit from
CO2 abatement
•
上図は静学(1時点のみ)の費用便益モデルに
おけるMAC曲線と限界便益(MB)曲線を表す。
•
MAC曲線とMB曲線の交点の値がSCCとなる。
5
分析の手順
1. DICEモデルを用い、どのパラメータがMSCC(炭
素の限界社会的費用)に大きく影響するかを
調べる。
2. 1. で影響の大きかったパラメータを変化させる
とMAC曲線がどう移動するかを調べる。
3. 1. においてMSCCがどのようなメカニズムで変
化したかを考察(注:MAC曲線と限界便益曲線
の交点がMSCCであることを利用)。
4. DICEモデルが対応出来ない内生的技術進歩
の影響は、MERGEモデルで調べる。
6
「MSCC」という用語を用いた理由
•
動学モデルにおいて、MAC曲線と限界便益
曲線の交点は時点毎に決まる。
•
このため、交点の分析には現在~将来にお
ける各時点のSCCを計算するのが適当。
•
各時点のSCCには、 Fankhauser & Tol (1997)、
Pearce (2003) 等においてMSCC (Marginal
Social Cost of Carbon)という用語が用いられ
ている(「SCC Year」と表現する文献もある)。
「SCC」は「現在のSCC」の意味で用いられる。
7
DICEモデルの計算条件
•
モデルのバージョンは「DICE delta version 8」
(Nordhaus, 2008)を使用(DICEはラムゼー型の
Forward-lookingマクロ動学モデル)
•
MSCC計算では、CO2削減費用と温暖化被害費
用を考慮した費用便益シミュレーションを実施
•
MAC曲線の描画では、被害関数をOFFにし、CO2
安定化目標値を450ppm~750ppmの範囲で変
化させて炭素のシャドウプライスを求めた。
•
基準ケースはNordhaus (2008) の設定をそのま
ま使用し、MSCCへの影響を調べる25個のパラ
メータをひとつずつ独立に変化させた。
8
結果の要点:MSCCに影響するパラメータ※
変化パラメータ
パラメータの説明
基準ケース
MSCCの値($/tC)
2005年
2105年
27.267
212.573
PRSTP
t=0における純粋時間選好率
60.714
443.926
ELASMU
消費の限界効用の弾力性
60.66
388.705
popasym
Asymptotic population (将来人口)
31.123
258.15
GA0
t=0における全要素生産性の増加率
21.945
297.222
A2
気候変動被害関数の係数
38.121
292.829
A3
気候変動被害関数の指数部分
61.52
622.337
C1
Climate lag factor
33.766
257.167
T2XCO2
気温上昇の感度(CO2倍増の際の)
36.525
295.022
•
•
マクロ経済パラメータで影響力の大きいものはpopasymとGA0
のみ。しかも21世紀前半では影響力がない。
炭素の社会的費用は、主に気候関連パラメータに左右される。
※ ここでは影響力のあるパラメータのみを示した。結果の詳細は参考資料を参照。
9
結果の要点:MAC曲線への影響※
Marginal Abatement Cost ($/tC)
Influence of parameters, Year 2105
900
800
700
600
黒塗りはMSCCを示す
500
BASE
400
300
A3
200
POPASYM
100
GA0
0
0
5
10
15
20
25
30
Emissions Reduction (GtC)
•
•
popasymとGA0以外のパラメータはMAC曲線に影響しない。
2105年にpopasymとGA0はMSCCを上昇させるが、一方でMAC
曲線を下方シフトさせる(但し、21世紀前半では影響なし)。
※ ここではA3・popasym・GA0のみを示した。他のパラメータは参考資料を参照。
10
結果の要点:BaU排出量への影響※
•
popasymとGA0 はMSCCを上昇させるが、同時
にMAC曲線が下方シフトする。この原因を探る
ため、Business as UsualのCO2排出量を調べた。
•
popasymとGA0 を(MSCCが上昇する方向に)変
化させると、BaU排出量が増加する。これは人
口や生産性の増加による経済規模効果である。
•
BaU排出量が増えると、その分削減量が増え
る。削減量が増えると炭素価格は上昇する。
•
popasymとGA0以外のパラメータによっては、
BaU排出量は殆ど変わらないか全く変わらない。
※ 結果の図は参考資料を参照。
11
計算結果のまとめ
変化パラメータ
•
•
パラメータ種類
MAC曲線
BaU排出量
PRSTP
被害の時間配分
殆ど変わらない
殆ど変わらない
ELASMU
被害の時間配分
殆ど変わらない
殆ど変わらない
A2
気候被害関数
変わらない
変わらない
A3
気候被害関数
変わらない
変わらない
C1
気候モデル
変わらない
変わらない
T2XCO2
気候モデル
変わらない
変わらない
popasym
マクロ経済
下方移動
増加
GA0
マクロ経済
下方移動
増加
上6個(PRSTP, ELAMU, A2, A3, C1, T2XCO2)と下2
個(popasym, GA0)の 2つのグループに分類可能。
この分類において、表の「殆ど変わらない」と「変
わらない」は同じ影響と見なしている。
12
限界便益曲線シフトのみによる価格上昇
•
•
PRSTP, ELAMU, A2, A3, C1, T2XCO2のグループ
では、MAC曲線もBaU排出量も変わらない。
このグループでは、限界便益曲線の上方シフト
(被害額の増加による)のみで価格が上昇する。
MAC曲線
炭
素
価
格
限界便益曲線
CO2 削減量
13
両方の曲線のシフトによる価格上昇
• popaym, GA0のグループでは、MAC曲線が下方
移動する。一方、価格(MSCC)は上昇する。
• 価格上昇の原因は、BaU排出量の増加に伴う
CO2削減量の増加である(下図を参照)。
MAC曲線
炭
素
価
格
BaU排出量増加による削減増加
CO2 削減量
14
両方の曲線のシフトによる価格上昇(続き)
• popasym, GA0は被害関数を変えないが、BaU排
出量増加の結果、限界便益曲線が上方シフト。
• TFP上昇はエネルギー効率を上げる(MAC低下)
が、経済規模効果によりBaU排出量を増やす。
限界便益曲線
MAC曲線
炭
素
価
格
CO2 削減量
15
MSCC上昇メカニズムのまとめ
•
MSCC上昇には2つのパターンがある。
•
ひとつは、被害額の増加により限界便益曲線
が上方シフトして価格が上昇するパターン
–
•
PRSTP・ELASMU・A2・A3・C1・T2XCO2はこのパ
ターン。こちらが多数派である。
他方は、MAC曲線は下方移動するがBaU排出
量増加により限界便益曲線が上方シフトし、
MAC減少を打ち消して価格上昇するパターン。
–
popasym・GA0といったマクロ経済パラメータの
変化はこちらのメカニズムでMSCCを上昇させる。
16
MERGEによる補足計算
•
DICEは技術進歩をTFP上昇でしか表せない。一
方、MERGEはAutonomous Energy Efficiencyの
改善と内生的技術進歩の2点から考慮可能。
•
しかし、MERGEの技術進歩がMSCCに影響する
メカニズムはDICEと同じである(AEE改善・内生
的技術進歩の双方において)。
 MERGEではMAC減少と限界便益曲線の上方シ
フトがバランスし、MSCCの値は変わらない。
 DICEでは上方シフトが大きく、MSCCは上昇する。
17
外生・内生技術進歩のMAC曲線への影響
Marginal Abatement Cost ($/tC)
Change of Tech. Progress, Year 2100
400
350
300
黒塗りはMSCCを示す
250
200
BASE
150
AEE
100
内生進歩
50
0
5
10
15
20
25
Emissions Reduction (GtC)
•
AEE改善はMAC曲線を下方移動させる。しかし、改善による
経済規模拡大がその効果を打ち消し、MSCCは変わらない。
•
内生的技術進歩の導入はMAC曲線を途中から下方屈曲さ
せる。MSCCは変わらない。
※ MERGEはエネルギー制約が複雑なため、MAC曲線がガタつく点に注意。
18
政策的に見たポイント
•
炭素の社会的費用を上昇させるパラメータは、
気候変動被害に関わるものが多く、マクロ経済
パラメータは少ない(特に、21世紀前半では) 。
•
技術進歩により限界削減費用が低下しても、
Business as Usualにおける炭素排出が増えて
限界削減費用の低下を打ち消し、炭素の社会
的費用は変わらないか逆に上昇する(但し、こ
れは21世紀末の現象)。
•
21世紀前半においてエネルギー技術進歩は炭
素の社会的費用にほとんど影響しない。
19
今後の課題
•
Tol (2005, 2008) のような、炭素価格レンジの特定
•
本研究では、特定のモデルにおけるSCC・MACの
変化要因を調べたが、もっと様々なモデルの変化
要因にまで視野を広げること
•
MAC曲線は文献間で相当に異なるが、その原因
は本研究が示す将来人口・技術進歩以外にも考
えられる(モデルのタイプなど)。それらの原因を
詳しく調べること
•
原子力発電や新エネルギーの将来シナリオの変
更が炭素価格にどう影響するかの検討
20
参考資料
(以下のスライドは全て参考資料です)
21
MSCCへの影響を調べたパラメータ(1)
パラメータ名
説明
基準値
変えた値
PRSTP
t=0における純粋時間選好率
0.015
0.001
ELASMU
消費の限界効用の弾力性
2.0
1.0
DK
資本減耗率
0.10
0.05
gpop0
t=0における人口増加率
0.35
0.50
popasym
Asymptotic population (将来人口)百万
8600
10492
GA0
t=0における全要素生産性の増加率
0.092
0.132
DELA
全要素生産性のdecline rate
0.001
0.01
PBACK
バックストップエネルギーのコスト $/tC
1.17
2.1
BACKRAT
バックストップコストの当初と最終の比
2
5
GBACK
t=0におけるバックストップコスト減少率
0.05
0.02
SIG0
Initial CO2-GNP ratio(CO2排出係数)
0.13418
0.2
GSIGMA
t=0におけるCO2排出係数の増加率
-0.073
-0.03
DSIG
CO2排出減少のdecline rate
0.003
0.010
22
MSCCへの影響を調べたパラメータ(2)
パラメータ名
説明
EXPCOST2 Exponent of control cost function
基準値
変えた値
2.8
3.5
6000
3600
.0028388
0.0048
2.0
3.0
FOSSLIM
化石燃料の最大採掘可能量 GtC
A2
気候変動被害関数の係数
A3
気候変動被害関数の指数部分
MAT2000
計算開始時におけるCO2濃度 GtC
808.9
900
TATM0
1900年基準の2000年での気温上昇 ℃
0.7307
1.0
TOCEAN0
1900年基準の2000年での深海温上昇
0.0068
0.01
FEX0
Estimate 2000 forcings of non-CO2 GHG
-0.06
0.0
b12
大気中CO2の除去率
0.189
0.12
C1
Climate lag factor
0.22
0.326
C3
Exchange time shallow to deep oceans
0.3
0.2
T2XCO2
気温上昇の感度(CO2倍増の際の)
3.0
4.11
23
計算結果:MSCCへ影響するパラメータ(1)
変化パラメータ
MSCC 2005年($/tC)
MSCC 2055年
MSCC 2105年
基準ケース
27.267
97.101
212.573
PRSTP
60.714
208.536
443.926
ELASMU
60.66
189.286
388.705
DK
24.912
106.061
235.206
gpop0
27.57
98.386
213.377
popasym
31.123
117.498
258.15
GA0
21.945
101.918
297.222
DELA
32.147
118.238
217.714
PBACK
27.523
97.917
212.103
BACKRAT
27.305
97.297
212.702
GBACK
27.315
97.339
212.683
SIG0
28.882
99.774
208.534
GSIGMA
27.716
98.466
210.373
※ 灰色は炭素の限界社会的費用(MSCC)の大きな増加を示す。
24
計算結果:MSCCへ影響するパラメータ(2)
変化パラメータ
MSCC 2005年($/tC)
MSCC 2055年
MSCC 2105年
DSIG
27.406
97.723
212.271
EXPCOST2
26.717
95.335
211.151
FOSSLIM
27.267
97.101
212.573
A2
38.121
134.608
292.829
A3
61.52
275.522
622.337
MAT2000
27.961
98.595
213.357
TATM0
28.641
97.68
212.919
TOCEAN0
27.273
97.118
212.596
FEX0
27.586
97.791
214.413
b12
32.289
110.279
237.074
C1
33.766
119.438
257.167
C3
29.206
104.279
227.744
T2XCO2
36.525
132.868
295.022
※ 灰色は炭素の限界社会的費用(MSCC)の大きな増加を示す。
25
PRSTPのMAC曲線への影響(2005年)
Marginal Abatement Cost ($/tC)
Change of Discounting, Year 2005
100
80
60
BASE
40
PRSTP
20
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Emissions Reduction (GtC)
•
Baseは基準ケース、黒点がMSCCを表す。MAC
曲線の傾きは殆ど同じ。MSCCのみが移動。
26
PRSTPのMAC曲線への影響(2105年)
Marginal Abatement Cost ($/tC)
Change of Discounting, Year 2105
800
700
600
500
400
300
BASE
200
PRSTP
100
0
0
5
10
15
20
Emissions Reduction (GtC)
•
2005年と傾向は同じ。MSCC(黒点)の位置は
MAC曲線上を右上に移動する。
27
ELASMUのMAC曲線への影響(2005年)
Marginal Abatement Cost ($/tC)
Change of ELASMU, Year 2005
100
80
60
BASE
40
ELASMU
20
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Emissions Reduction (GtC)
•
PRSTPの影響と傾向は同じ(MAC曲線は殆ど変
わらない)。2105年は同じ傾向なので図を省略。
28
popasymのMAC曲線への影響(2005年)
Marginal Abatement Cost ($/tC)
Change of POPASYM, Year 2005
100
80
60
BASE
40
POPASYM
20
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Emissions Reduction (GtC)
•
MAC曲線は変わらない。MSCCは少ししか上昇
しない。
29
popasymのMAC曲線への影響(2105年)
Marginal Abatement Cost ($/tC)
Change of POPASYM, Year 2105
800
700
600
500
400
300
BASE
200
POPASYM
100
0
0
5
10
15
20
25
Emissions Reduction (GtC)
•
MAC曲線の傾きは緩くなる。MAC曲線が下方
に移動するにも関わらず、MSCCは上昇する。
30
GA0のMAC曲線への影響(2005年)
Marginal Abatement Cost ($/tC)
Change of GA0, Year 2005
100
80
60
BASE
40
GA0
20
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Emissions Reduction (GtC)
•
技術進歩率の影響。Popasymと同様、2005年
ではMAC曲線が変化しない。
31
GA0のMAC曲線への影響(2105年)
Marginal Abatement Cost ($/tC)
Change of GA0, Year 2105
800
700
600
500
400
300
BASE
200
GA0
100
0
0
5
10
15
20
25
30
35
Emissions Reduction (GtC)
•
MAC曲線の傾きは緩くなる。一方、MSCCは上
昇する。Popasymと似た傾向である。
32
A2のMAC曲線への影響(2005年)
Marginal Abatement Cost ($/tC)
Change of A2, Year 2005
100
80
60
BASE
40
A2
20
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Emissions Reduction (GtC)
•
MAC曲線は「全く」変わらない。傾向はPRSTP等
と似ている。2105年は同じ傾向なので省略。
33
T2XCO2のMAC曲線への影響(2005年)
Marginal Abatement Cost ($/tC)
Change of T2XCO2, Year 2005
100
80
60
BASE
40
T2XCO2
20
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Emissions Reduction (GtC)
•
A2・A3・C1・T2XCO2では、MAC曲線は「全く」変
わらない(A3・C1は省略 。2105年も省略)。
34
BaU排出量へのPRSTPの影響
BaU Carbon Emissions (GtC)
22
PRSTP=0.015
20
PRSTP=0.013
18
PRSTP=0.011
16
PRSTP=0.009
PRSTP=0.007
14
PRSTP=0.006
12
PRSTP=0.005
10
PRSTP=0.004
PRSTP=0.003
8
•
Changing PRSTP (discount rate)
PRSTP=0.001
Business as Usual排出量に時間選好率が及ぼ
す影響。影響は僅か(ELASMUがこれと同様)。
35
BaU排出量へのpopasymの影響
Changing Popasym
BaU Carbon Emissions (GtC)
33
28
23
popasym=9600
popasym=10600
18
13
popasym=11600
popasym=12600
popasym=13600
8
•
popasym=8600
popasym=14600
BaU排出量に将来人口が及ぼす影響。将来人
口が増えるほどBaU排出量は増える。
36
BaU排出量へのGA0の影響
Changing GA0
BaU Carbon Emissions (GtC)
33
28
23
GA0=0.10
GA0=0.11
18
13
GA0=0.12
GA0=0.13
GA0=0.14
8
•
GA0=0.09
GA0=0.15
BaU排出量に技術進歩率が及ぼす影響。技術
進歩(TFP上昇)が早いほどBaU排出量が増える。
37
BaU排出量へのT2XCO2の影響
BaU Carbon Emissions (GtC)
22
20
18
16
14
12
10
8
•
Changing T2XCO2
T2XCO2=3.0
T2XCO2=3.2
T2XCO2=3.4
T2XCO2=3.6
T2XCO2=3.8
T2XCO2=3.9
T2XCO2=4.0
T2XCO2=4.1
T2XCO2=4.2
T2XCO2=4.4
T2XCO2=4.6
T2XCO2=4.8
気温上昇の感度はBaU排出量に全く影響しない。
A2・A3・C1も同様の結果(他の図は省略)。
38
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