jcap jatop研究の成果～大気環境の変遷とともに振り返る～』 · 2021. 6....

第三期 IIAE定期セミナー

第 5回

『JCAP／JATOP研究の成果～大気環境の変遷とともに振り返る～』

一般財団法人日本自動車研究所伊藤晃佳

2021年 6月 22日（火）

13：30～15：00 オンライン開催

一般財団法人大気環境総合センター〒112-0004 東京都文京区後楽 1丁目 2-8 後楽 1丁目ビル 6F

TEL：03-6801-6082 FAX：03-6801-6083 https://iiae.or.jp

1

2021年6月22日 13:30〜15:00大気環境総合センター定期セミナー

伊藤晃佳

日本⾃動⾞研究所

JCAP／JATOP研究の成果〜大気環境の変遷とともに振り返る〜

2

本日の発表内容�1 JCAP〜JATOP プロジェクトの概要

�２大気研究プロジェクトの個別トピック– JCAPⅠ （1997～2001）– JCAPⅡ （2002～2006）– JATOPⅠ（2007～2011）– JATOPⅡ（2012～2014）– JATOPⅢ（2015～2017）

�３まとめと今後の課題

� 本講演では，JCAP・JATOPの実施主体であった一般財団法人石油エネルギー技術センター（JPEC）様のホームページに掲載されている，JCAP・JATOP成果報告会資料より，主に情報をピックアップして紹介します．

� より詳細な情報は， https://www.pecj.or.jp/fuel/jatop/ をご覧ください．

3

JCAP〜JATOP プロジェクトの概要

JCAP︓ Japan Clean Air Program

JATOP︓Japan Auto-Oil Program

日本版オートオイルプログラム、石油業界と⾃動⾞業界の共同研究

自動車に関する技術（燃料を使う側）

石油燃料に関する技術（燃料を供給する側）

共同研究

4

JCAP〜JATOP プロジェクトの概要JCAP︓ 第1期（JCAPⅠ，'97〜'01）

第2期（JCAPⅡ，'02〜'06）・将来のより良い大気環境実現をめざした⾃動⾞と燃料技術の評価・開発・ゼロエミッションと燃費向上をめざした⾃動⾞と燃料のあり⽅の調査研究

JATOP︓ 第1期（JATOPⅠ，'07〜'11)第2期（JATOPⅡ，'12〜'14）第3期（JATOPⅢ，'15〜'17）

・「大気環境保全・改善」を前提とした「CO2削減」「燃料多様化」「排出ガス低減」を同時に解決する最適な⾃動⾞・燃料利⽤技術の確⽴を目指す・大気シミュレーションの精度向上と活⽤、環境施策に資する技術データを提供

自動車に関する技術（燃料を使う側）

石油燃料に関する技術（燃料を供給する側）

共同研究

5

JCAP〜JATOP大気研究のフレームワーク

5

改良

インベントリの改良シミュレーションの改良観測の改良

発生源感度解析将来推計

インベントリの策定・更新

観測値との比較検証

大気観測

JCAP~JATOP⾃動⾞・燃料の大気環境への影響検討

成果の活用

データ＆ツール整備

・効果的な大気環境改善策の検討・行政への貢献・学会発表

圏内生成の分離

JSAE

EI＋WRF＋CMAQ

大気シミュレーション環境濃度計算

評価検討

インベントリ公開・提供

6

【補足】主な大気汚染物質の基礎的事項名称略称発生源や特徴など

微⼩粒⼦状物質 PM2.5 粒径（空気⼒学径）が2.5μm以下の粒⼦．大きさだけの規定なので，様々な粒⼦が含まれる．循環器系疾患，呼吸器系疾患との関連がある．

浮遊粒⼦状物質 SPM 大気中に浮遊する粒⼦状物質のうち，粒径10μm以下のもの．呼吸器系疾患，温暖化/寒冷化との関連．

光化学オキシダント Ox Oxの主成分はオゾン（O3）．Oxのほとんどすべてが大気中での化学反応で生成される（≒直接の発生源は無い）．目や鼻に対する刺激，呼吸器影響．植物の収量減少．強⼒な温室効果気体．

窒素酸化物

二酸化窒素

NOx

NO2

エンジンなどから一酸化窒素（NO）として排出される．NO2は，NOとオゾンの反応や酸化触媒内でのNO酸化で発生する．NO2は呼吸器疾患（喘息）と関連．また，光化学スモッグやPM2.5中の硝酸塩の原因物質．

一酸化炭素 CO 燃料の不完全燃焼で発生．⾼濃度で一酸化炭素中毒症状．OHラジカルの消失に寄与．

非メタン炭化水素 NMHC 塗料，燃料，印刷などから発生．様々な種類の化合物からなり，有害性・悪臭・シックハウス症候群などと関連．また，光化学スモッグやPM2.5中の有機炭素の原因物質．

二酸化硫⻩ SO2 ⽕⼭などの⾃然発生や硫⻩を含む燃料の燃焼により発生．水に溶けやすいため，目・⽪膚・粘膜刺激がある．PM2.5中の硫酸塩の原因物質．

7




8

JCAPⅠ（1997〜2001）

Keyword・⾃動⾞排出量の推計・広域モデル構築・沿道モデル構築

9

当時の大気汚染状況（東京都，1997年まで）

【出典】確定値︓環境数値データベースを基に作成（http://www.nies.go.jp/igreen/index.html）速報値︓環境省大気汚染物質広域監視システム掲載データを元に作成（http://soramame.taiki.go.jp/）

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SPM

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NMHC

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NOx

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SO2

(ppb

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NOx SPM

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2016

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2019

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短期規制

⻑期規制

新短期規制

新⻑期規制

ポスト新⻑期規制

H30規制

D13 JE05 WHTC

規制

値（

g/kW

H)

0.0

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制値

（g/

kWH)

NOx

PM

排出ガス規制値（重量⾞の例）

規制名称

⾛⾏モード

11

JCAPの目的

【出典】石油エネルギー技術センター（JPEC） https://www.pecj.or.jp/fuel/jcap1/第３回JCAP成果発表会資料（平成１３年度）

12

JCAPの体制


13

ディーゼル⾞WG（1）


14

ディーゼル⾞WG（2）


15

大気モデルWG（1）


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17



18

JCAP 成果の活⽤


成果の活⽤●中環審⾃排専へ報告 → 2005年以降の新⻑期規制導⼊の参考に活⽤．●総合資源エネルギー調査会へ報告 → ガソリン50ppm規制の参考に活⽤．●夏季蒸気圧の業界⾃主規制 → 2005年より65kPa以下の参考に活⽤．

19

JCAPⅡ（2002〜2006）

Keyword・リアルワールド・⾼精度（マルチスケールモデル）・沿道・微⼩粒⼦（ナノ粒⼦）

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NMHC

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bC)

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SPM

(μg

/m3 )

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1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020

NOx

(ppb

)当時の大気汚染状況（東京都，2002年まで）


NOx SPM

SO2 NMHC

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2002

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2015

2016

2017

2018

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2020

短期規制

⻑期規制

新短期規制

新⻑期規制


H30規制

D13 JE05 WHTC

規制

値（

g/kW

H)

0.0

3.0

6.0規

制値

（g/

kWH)

NOx

PM


規制名称

⾛⾏モード

22

JCAPⅡの目的

【出典】石油エネルギー技術センター（JPEC） https://www.pecj.or.jp/fuel/jcap2/JCAPⅡ第５回成果発表会資料（平成18年度）

23

JCAPⅡの成果


24

JCAPⅡ大気モデル研究全体


25



26



27

JCAPⅡ大気モデル研究広域モデル


28

《模式図》

モニター

ナンバープレート撮影⽤ビデオカメラ

光源・受光部（赤外線・紫外

線）

速度・加速度計測

Remote Sensing Device（RSD）︓

実際に⾛⾏している⾞両からの排気に，赤外線・紫外線を通し、特有の波⻑における吸光度を測定し，排出ガス濃度を計測し，CO2濃度との⽐で表す．（対象ガス︓CO，CO2，HC，NO）

その他，・速度・加速度計測・ナンバープレート撮影も実施．

・速度故障による⾼排出か，⾛⾏速度による一次的な⾼排出か

・加速度急加速による⾼排出，減速時の燃料カットを対象から除外．

・ナンバープレート⾞検証情報から燃料種，適⽤規制，⾛⾏距離が得られる．

RSDで，リアルワールドの個々の⾞両の排出ガス実態を把握

RSD（Remote Sensing Device）

29

RSD計測結果とハイエミッター⾞の捕捉


30

タイヤ摩耗粉じんの排出係数の精査大気環境学会誌（2006） 41(3) PP144〜163 （2006）⼟岐真一，國⾒均

31

JCAPⅡ大気モデル研究沿道モデル


32

JCAPⅡ大気モデル研究沿道モデル


33

JCAPⅡ大気研究の成果


34

JATOP 大気研究（2007〜2011）

Keyword・沿道NO2，微⼩粒⼦(PM2.5)・モデル発展・活⽤・推計精度向上

35

JATOP研究の概要

【出典】石油エネルギー技術センター（JPEC） https://www.pecj.or.jp/fuel/jatop/ＪＡＴＯＰ成果発表会（平成２２年６⽉２５⽇（⾦）開催）

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SO2

(ppb

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NOx

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)

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NMHC

(pp

bC)

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SPM

(μg

/m3 )

当時の大気汚染状況（東京都，2007年まで）


NOx SPM

SO2 NMHC

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1994

1995

1996

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1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

短期規制

⻑期規制

新短期規制

新⻑期規制


H30規制

D13 JE05 WHTC

規制

値（

g/kW

H)

0.0

3.0

6.0規

制値

（g/

kWH)

NOx

PM


規制名称

⾛⾏モード

38

NO2の課題（排出ガスの実測例）


39

沿道大気質モデルでのNO2反応の組み込み


40

沿道大気質モデルを使った将来NO2推計

⾛⾏モード【出典】石油エネルギー技術センター（JPEC） https://www.pecj.or.jp/fuel/jatop/ＪＡＴＯＰ成果発表会（平成２２年６⽉２５⽇（⾦）開催）

41

将来NO2推計結果を実際の濃度と⽐較

⾛⾏モード

都内の⾃排局5か所⽇平均NO2濃度の⽉間最⾼値の時系列

概ね予測通りに⾃排局NO2濃度は低減してきた．

42

観測値解析を使った将来NO2推計


43

観測値解析を使った将来NO2推計


44

NO2→PM2.5へ

【出典】石油エネルギー技術センター（JPEC） https://www.pecj.or.jp/fuel/jatop/ＪＡＴＯＰ第２回成果発表会（平成２４年３⽉９⽇（⾦）開催）

45

JATOP大気研究エミッションインベントリ精度向上


46

JATOP大気研究エミッションインベントリ精度向上


47

JATOP大気研究大気シミュレーションの活⽤


48

JATOP大気研究大気シミュレーションの活⽤


49

JATOP大気研究成果の公開


50

JATOPⅡ 大気研究（2012〜2014）

Keyword・微⼩粒⼦（PM2.5）・エミッションインベントリの整備・改善・大気動態の解明

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SO2

(ppb

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NMHC

(pp

bC)

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SPM

(μg

/m3 )

0

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1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020

NOx

(ppb

)当時の大気汚染状況（東京都，2012年まで）


NOx SPM

SO2 NMHC

0

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PM2.

5(μ

g/m

3 )

PM2.5

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2003

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2016

2017

2018

2019

2020

短期規制

⻑期規制

新短期規制

新⻑期規制


H30規制

D13 JE05 WHTC

規制

値（

g/kW

H)

0.0

3.0

6.0規

制値

（g/

kWH)

NOx

PM


規制名称

⾛⾏モード

53

平成25年（2013年）1月〜のPM2.5トピックス

【出典】石油エネルギー技術センター（JPEC） https://www.pecj.or.jp/fuel/jatop2/JATOPⅡ成果発表会（平成27年3⽉9⽇（⽉）開催）

54

JATOPⅡ 大気研究のまとめ


55

JATOPⅡ大気研究 PM2.5観測（関東圏）


56

JATOPⅢ 大気研究（2015〜2017）

Keyword・微⼩粒⼦（PM2.5）・エミッションインベントリの整備・改善・広域大気ﾓﾃﾞﾙ更新・大気動態の解明

【出典】石油エネルギー技術センター（JPEC） https://www.pecj.or.jp/fuel/jatop3/JATOPⅢ成果発表会（平成30年3⽉8⽇（木）開催）

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PM2.5継続観測の概要

地点：東京都世田谷区玉川野毛公園（環状八号線に面した観測局を設置）

期間：2013年7月～2017年7月（1週間フィルターサンプリングを4年間継続実施）

観測対象：① PM2.5中の主要成分・無機イオン（SO42-，NO3-，Cl-，NH4+等）・炭素成分（OA，EC）

② PM2.5中の炭素詳細成分・水溶性のOA、非水溶性のOA・放射性炭素同位体（14C）

観測のねらい：① 沿道PM2.5中の主要成分の濃度実態を通年連続して把握

② 炭素詳細成分分析により、発生起源別の解析を実施

（例：一次・二次粒子、化石燃料起源と植物起源）

野毛公園第三京浜高速道路

環八

多摩川

沿道観測局

都内沿道でのPM2.5の継続観測

57

58

継続観測の結果（PM2.5主要成分）観測のねらい： ① 沿道PM2.5中の主要成分の濃度実態を通年連続して把握。

0

10

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7 8 9 10 1112 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7

2013 2014 2015 2016 2017

PM

2.5（μg/m

3）

0%

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40%

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100%

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2013 2014 2015 2016 2017

PM

2.5成分比率（％）

Ca2+

Mg2+

Na+

K+

NH4+

Cl-

SO42-

NO3-

EC

OA

Ca2+

Mg2+

Na+

K+

NH4+

Cl-

SO42-

NO3-

EC

OA

4年間継続することで、主要成分の周期性（通年OA，夏SO42- ，冬NO3

-，1～2月Cl-）や、2016年以降のPM2.5高濃度週の発生頻度が減少傾向にあることが分かった。

58

59

EC（元素状炭素）

一次OA（一次有機成分）

二次OA（二次有機成分）

非水溶性一部、水溶性

水溶性

化石燃料由来

14Cがゼロ

植物起源

燃焼由来 14Cが

含まれる非燃焼由来

（ごくわずか）（ごくわずか）

PM2.5中炭素詳細成分分析による発生源の分別

継続観測の結果（PM2.5中炭素詳細成分）観測のねらい：② 炭素詳細成分分析により、発生起源別の解析を実施。

【用語】一次OA ： PM2.5中の有機成分のうち、排出源から直接排出されたもの二次OA ： PM2.5中の有機成分のうち、大気中での反応により生成されたもの

14C ：放射性炭素同位体

(a)

EC

(b)

一次OA

(c) 二次OA

（化石燃料起源）

(d)

二次OA

（植物起源）

通常の分析

EC

通常の分析

OA

水溶性考慮

EC

水溶性考慮

一次OA

水溶性考慮

二次OA

59

60

0

10

20

30

観計観計観計観計観計観計観計観計観計観計観計観計観計観計観計観計

7/10 7/31 8/7 10/16 10/30 11/13 11/27 12/4 12/11 2/5 2/19 3/12 3/26 4/9 4/30 5/28

PM

2.5中炭素成分（μg/m

3）

継続観測の結果（PM2.5中炭素詳細成分）

炭素詳細成分分析の結果を、大気シミュレーションの結果と比較。

2013年 2014年

冬季

(a) EC(b) 一次OA(c) 二次OA（化石燃料由来）(d) 二次OA（植物起源）左

側：観測値

右側：計算値

秋季

（1）冬季の (b)一次OA：観測値に比べ、計算値は過小評価

⇒ 要因の一つとして、未把握の発生源の影響（例：固定発生源の凝縮性ダスト）が考えられる。

（2）秋季～冬季の (d)二次OA（植物起源）：観測値に比べ、計算値は過小評価

⇒ 前駆物質である植物起源のVOCが、ほぼゼロとなっていることが要因と判明。

⇒ 今後の植物起源VOC排出インベントリの改善の方向性を見出せた。

60

61

PM2.5重量濃度（観測値と計算値の比較）

東京都八王子市

愛知県名古屋市

大阪府富田林市

福岡県福岡市

PM2.5重量濃度（日平均値）の現況再現性は良好（JATOPⅡと同等の傾向）。

61

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0

2

4

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8

10

0 2 4 6 8 10

計算

値（

μg/m

3 ）

観測値（μg/m3）

0

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2

3

4

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0 1 2 3 4 5

計算

値（

μg/m

3 ）


0

1

2

0 1 2

計算

値（

μg/m

3 ）観測値（μg/m3）

0

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15

0 5 10 15

計算

値（

μg/m

3 ）


× JATOPⅡモデル（改良前）

○ JATOPⅢモデル（改良後）

OA EC NO3-

PM2.5成分濃度（観測値と計算値の比較）

SO42-

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5

計算

値（

μg/m

3 ）


NH4+

62

JATOP排出インベントリJEI-DBを公開

自動車自動車以外自然起源

発生過程

/

対象業種など

走行時・始動時の排出､エバポエミッション（走行時、駐車時、停止時)、巻上粉じん､タイヤ摩耗

電気業､熱供給業､都市ガス製造業､農林水産業､鉱業､建設業､製造業､家庭､業務､建設機械等､航空､廃棄物焼却､小型焼却炉､野焼き､喫煙､調理

（VOCのみ）工業プロセス､燃料蒸発､塗料､溶剤､民生

（NH3のみ）家畜､化学肥料施肥､土壌､発汗・呼吸､ペット犬､化学肥料製造､し尿処理

火山植物VOC

対象物質

NOx､NO2､SPM､THC､NMHC､CO､SOx､NH3､CO2

THC・NMHC →発生過程別に133

種類のVOC成分に組成分解PM → 発生過程別に粒径区分して18種類の成分に組成分解

NOx､TSP､NMVOC､CO､SOx､NH3

NMVOC → 発生源別に256種類のVOC成分に組成分解PM → 発生源別に粒径区分して18種類の成分に組成分解

火山:SO2, HCl

植物VOC:VOC

時間分解能

月別、1時間値、平・休日別(駐車時エバポエミッション除く)

月別、1時間値、火力発電所のみ平・休日別モデル用は1時間

空間分解能

3次メッシュ(約1km四方、全国)

2次メッシュ（約10km四方、全国）､3次メッシュ（約1km四方、関東・関西）、一部部門は鉛直分布あり

火山:点源植物VOC:

大気モデルの解像度に依存多種多様な発生源カテゴリを網羅し、高解像度･高時間分解能かつ、VOC･PM等

の組成データも整備した国内唯一の大気汚染物質の排出インベントリ

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利用者目的利用者目的

環境省

PM2.5発生源寄与割合推計業務

国立環境研究所

温室効果ガス観測技術衛星プロジェクト

光化学オキシダント調査検討業務大気汚染の実態解明･発生源解析･将来予測GAINSモデルを用いたPM排出量計算

環境保健サーベイランス調査に係る集計・解析・環境評価業務

埼玉県環境科学国際センター

PM2.5の環境基準超過をもたらす地域的/広域的汚染機構の解明

(国立環境研究所Ⅱ型共同研究)

東京都環境科学研究所

遷移金属の発生・輸送・沈着モデル構築名古屋市環境科学調査センター

PRTR届出外排出量推計方法の見直し福井県衛生環境研究センター

国土交通省東京国際空港大気質影響検討業務大阪府立環境農林水産総合研究所

千葉県 PM2.5等大気汚染対策検討調査業務熊本県保健環境科学研究所

名古屋市発生源別排出量算定大分県衛生環境研究センター

北九州市微小粒子状物質高濃度時の発生源解析業務電力中央研究所

二次大気汚染に関する数値シミュレーション研究神戸大学日本から北極圏への物質輸送影響評価

大阪大学大気環境シミュレーション研究

愛媛大学オゾン及びPM2.5のシミュレーション研究

利用者目的

北九州市微小粒子状物質高濃度時の発生源解析業務

環境省PM2.5発生源寄与割合推計に関する検討業務

PRTR届出外排出量推計方法の見直し

国立環境研究所大気汚染の実態解明・発生源解析・将来予測

JATOP排出インベントリJEI-DBの提供

2010年対象排出インベントリ

2012年対象排出インベントリ・国、地方自治体、官民の研究所、大学の大気環境研究に大きく貢献

・2013年以降は「環境省PM2.5排出インベントリ検討会」に継承

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JCAP〜JATOP大気研究 Keywordと成果の活⽤

・リアルワールド・⾼精度(マルチスケールモデル)・沿道・微⼩粒⼦(ナノ粒⼦)

2010年大気質予測 2020年大気質予測2015年大気質予測

（2004.11&12）（2013.11）（2001.9）

2012

・沿道NO2

推計精度向上モデル活⽤

・微⼩粒⼦(PM2.5)

（2008.12）

JATOP

（2014.8）

JCAPⅠ JCAPⅡ1997 2002 2007

JATOPⅡ

・微⼩粒⼦(PM2.5)排出インベントリ広域大気ﾓﾃﾞﾙ更新大気動態の解明二次生成メカニズム解明

研究のKey Word

中環審専門委員会☆⾃動⾞排出ガス★微⼩粒⼦状物質等

2015

インベントリ提供

・⾃動⾞排出量の推計・広域モデル構築・沿道モデル構築

2025年予測

（2017.3）

・研究成果を中央環境審議会の専門委員会等に提供・JATOP排出インベントリをナショナルインベントリのベースとして提供

JATOPⅢ

シミュレーションを⽤いた⾃動⾞排気規制効果評価の先駆け

⾃動⾞以外も含め発生源寄与度の定量的な評価

エミッションインベントリを整備し広く公開．沿道NO2将来推計．

環境省のベースインベントリとして採⽤，大気観測を組み合わせたモデル改善，PM2.5将来推計．

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JATOPⅢ大気研究

１．排出インベントリ・ナショナルインベントリの整備各発生源からの排出量測定法、PM2.5排出係数、発生源プロファイル、地域配分/時刻配分の改善

・活動量統計の整備

・インベントリの維持更新体制の確立

・他のインベントリとの整合性の確保

２．大気質モデル・PM2.5成分の再現性向上有機成分(OA)、無機成分(EC)

・SOA生成モデルの改良

・VOC成分の反応メカニズムの解明とモデル化

・凝縮性粒子；粒子の凝縮/揮発メカニズムの解明とモデル化

・二次生成メカニズムの解明とモデル化

３．将来推計などの評価の手法・発生源寄与度解明手法の標準化

継続して排出インベントリを更新できる仕組みづくり

大気質モデル・大気観測からのフィードバックを反映

大気観測、モデル相互比較、チャンバー実験等との連携

手法に関する議論を深める

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最近の話題�光化学オキシダント（8時間値の例）

�COVID感染拡大防止対策経済活動の停滞と大気質の改善

�電気⾃動⾞へのシフト内燃機関⾃動⾞の販売禁止を表明している国

�ブレーキ摩耗粉塵やタイヤ摩耗粉塵

�シミュレーションの活⽤

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本講演のまとめ（キーワード）�JCAP１

– 自動車排出ガスの後処理装置と燃料中の硫黄分．

– 大気シミュレーションの開発，排気規制効果評価への活用の先駆け．

�JCAP２– サルファーフリー燃料の流通．

– 東アジア～沿道まで，マルチスケールの大気シミュレーション．

– リアルワールドを考慮した推計（e.g. ハイエミッター）�JATOP1

– CO2低減，エネルギーセキュリティ，排出ガス低減

– NO2の将来推計，2020年には概ね環境基準達成を予測．– PM2.5，大気シミュレーションやインベントリの整備（植物，船舶，火山）

�JATOP2，JATOP3– インベントリが国のベースデータとして活用．

– 詳細・継続的な観測による新たなPM2.5知見，シミュレーション改善

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ご清聴ありがとうございました．

日本⾃動⾞研究所

jcap jatop研究の成果 ～大気環 境の変遷とともに振り返る～』 · 2021. 6....

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jcap jatop研究の成果～大気環境の変遷とともに振り返る～』 · 2021. 6....