炭素の社会的費用、限界削減費用と それらの決定要因 ―...
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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）. 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。. 本研究の方針. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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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）
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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。
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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。
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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。
5
SCC と MAC の関係
• 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。
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
6
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。
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「 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。
8
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。
9
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
MSCC の値（ $/tC ）
2005 年 2105 年
基準ケース 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
※ 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。
• 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。
10※ 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。
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tem
ent C
ost (
$/tC
)
Emissions Reduction (GtC)
Influence of parameters, Year 2105
BASE
A3
POPASYM
GA0
結果の要点： MAC 曲線への影響※
• 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）。
黒塗りは MSCC を示す
11
• 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。
結果の要点： BaU 排出量への影響※
※ 結果の図は参考資料を参照。
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計算結果のまとめ
• 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。
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
13
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。
CO2 削減量
MAC 曲線
炭素価格限界便益曲線
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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）。
CO2 削減量
MAC 曲線
炭素価格
BaU 排出量増加による削減増加
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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。
CO2 削減量
MAC 曲線
炭素価格
限界便益曲線
16
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。
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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。
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外生・内生技術進歩の MAC 曲線への影響
• 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。
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Emissions Reduction (GtC)
Change of Tech. Progress, Year 2100
BASE
AEE
内生進歩
※ 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。
黒塗りは MSCC を示す
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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。
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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
21
参考資料 （以下のスライドは全て参考資料で
す）
22
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
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MSCC への影響を調べたパラメータ（２）
パラメータ名
説明 基準値 変えた値
EXPCOST2 Exponent of control cost function 2.8 3.5
FOSSLIM 化石燃料の最大採掘可能量 GtC 6000 3600
A2 気候変動被害関数の係数 .0028388 0.0048
A3 気候変動被害関数の指数部分 2.0 3.0
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
24
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。
25
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。
計算結果： MSCC へ影響するパラメータ（２）
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PRSTP の MAC 曲線への影響（ 2005年）
• 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。
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Emissions Reduction (GtC)
Change of Discounting, Year 2005
BASE
PRSTP
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PRSTP の MAC 曲線への影響（ 2105年）
• 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。
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Emissions Reduction (GtC)
Change of Discounting, Year 2105
BASE
PRSTP
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ELASMU の MAC 曲線への影響（ 2005年）
• 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。
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Emissions Reduction (GtC)
Change of ELASMU, Year 2005
BASE
ELASMU
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popasym の MAC 曲線への影響（ 2005年）
• MAC 曲線は変わらない。 MSCC は少ししか上昇しない。
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Emissions Reduction (GtC)
Change of POPASYM, Year 2005
BASE
POPASYM
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popasym の MAC 曲線への影響（ 2105年）
• 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。
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Emissions Reduction (GtC)
Change of POPASYM, Year 2105
BASE
POPASYM
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GA0 の MAC 曲線への影響（ 2005 年）
• 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。
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/tC)
Emissions Reduction (GtC)
Change of GA0, Year 2005
BASE
GA0
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GA0 の MAC 曲線への影響（ 2105 年）
• 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。
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Emissions Reduction (GtC)
Change of GA0, Year 2105
BASE
GA0
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A2 の MAC 曲線への影響（ 2005 年）
• 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。
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Emissions Reduction (GtC)
Change of A2, Year 2005
BASE
A2
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T2XCO2 の MAC 曲線への影響（ 2005年）
• 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）。
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t ($
/tC)
Emissions Reduction (GtC)
Change of T2XCO2, Year 2005
BASE
T2XCO2
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BaU 排出量への PRSTP の影響
• 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）。
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BaU
Car
bon
Emis
sion
s (G
tC)
Changing PRSTP (discount rate)PRSTP=0.015
PRSTP=0.013
PRSTP=0.011
PRSTP=0.009
PRSTP=0.007
PRSTP=0.006
PRSTP=0.005
PRSTP=0.004
PRSTP=0.003
PRSTP=0.001
36
BaU 排出量への popasym の影響
• 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。
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BaU
Car
bon
Emis
sion
s (G
tC)
Changing Popasym
popasym=8600
popasym=9600
popasym=10600
popasym=11600
popasym=12600
popasym=13600
popasym=14600
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BaU 排出量への GA0 の影響
• 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。
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BaU
Car
bon
Emis
sion
s (G
tC)
Changing GA0
GA0=0.09
GA0=0.10
GA0=0.11
GA0=0.12
GA0=0.13
GA0=0.14
GA0=0.15
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BaU 排出量への T2XCO2 の影響
• 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）。
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BaU
Car
bon
Emis
sion
s (G
tC)
Changing T2XCO2T2XCO2=3.0T2XCO2=3.2T2XCO2=3.4T2XCO2=3.6T2XCO2=3.8T2XCO2=3.9T2XCO2=4.0T2XCO2=4.1T2XCO2=4.2T2XCO2=4.4T2XCO2=4.6T2XCO2=4.8