クラッシュコース Crash Course / 第19章「エネルギー経済」

2024/12/17

これはクリス・マーテンソンさんの講義「Crash Course（2014年版）」を安納献さんが翻訳したものです。

※ 経緯はこちら [クラッシュコース日本語訳を、安納献さんの翻訳で公開＆アーカイブします]
※ 本文内の太字は、編集・校正をしたテンダーによる可読性を上げるためのもの

クラッシュコース　第19章「エネルギー経済」

エネルギー経済学について

さて、次にエネルギー（第２のE）と経済を結びつけ、私がライフスタイルを完全に変えるに至った具体的な思考方法、つまり私が「エネルギー経済学」と呼ぶものに取りかかります。

私は科学者としての経歴、特に自然科学を学んだことがここで最も役立っています。

自然環境における生物を研究すると、すぐに全ての生物は利用可能なエネルギーの限界まで成長するという非常に明白な結論に達します。

動物の個体数は利用可能な食料供給の限界まで増加しますが、それ以上にはなりません。また、植物はエネルギーの主な源である太陽光がなければ全く成長できません。

この見方を少し変えてみましょう。

富だらけのエネルギーのない無人島に放り込まれたら？

もしあなたを無人島に置き、世界中のあらゆる資源、全ての鉱物、全てのお金、金、銀、ダイヤモンド、欲しいものは何でも与えたとしても、エネルギーがなければどうでしょう？

それは食物（化学エネルギーを含むもの）も含まれませんし、石油も電気も石炭もありません。

何ができるでしょうか？

体内に蓄えられたエネルギーを使い果たすことはできますが、それがなくなれば何もできません。

あなたの小さな島には、どれだけ想像を絶する資源と富に囲まれていても、経済は存在できません。

「エネルギーは主資源である」

経済学者ジュリアン・サイモンはかつて「エネルギーは主資源である」と宣言しました。
これは、エネルギーがあらゆる経済単位の生産や取引の最初の絶対に必要な投入物であることを意味します。

これは単なる常識に思えるかもしれませんが、私たちはエネルギーのあらゆる形態に完全に囲まれて生活しているため、それが私たちの目覚めている一日の全ての瞬間にどのように影響を与えているかに気づくには、それを指摘する必要があります。

そして、この章の中心的なポイントはこれです。

以前のクラッシュコースの章で示したように、私たちの世界経済は機能するために継続的な成長に依存しています。それも単なる成長ではなく、指数関数的な成長です。

しかし、成長するためには、自然界からの手頃なエネルギーと資源の供給をますます増やし続けなければなりません。

私がこれから示すのは、世界経済が期待する成長を支えるために必要な供給量が、もはや存在しないことを示す大量のデータです。

つまり、私たち自身が作り出した借金やその他の経済的混乱に加えて、自然界からの制約が、過去一世紀とは異なり、経済成長にますます限界を設けるようになるということです。

過去一世紀どころか、いまだかつてなかった制約として。

これが、私が次の20年間が過去の20年間とは全く異なると確信している理由です。

ここでのダイナミクスを理解することが、将来がどうなるかを予測する鍵です。

エネルギーが主資源であるため、そこから始めましょう。

1870年以前、バイオマス（非化石燃料）100%の時代

1870年以前、世界はほぼ100％バイオマス、つまり木々や泥炭苔などからエネルギーを得ており、世界の人口はわずか13億人でした。

しかし、その後、石炭の使用が爆発的に増加し、その50年後には石油がエネルギーミックスの重要な部分を占めるようになりました。

化石燃料エネルギー（これは保存された化学エネルギーであり、つまり食料と同じ意味です）の最初の使用以来、世界の人口は５倍以上に増加し、エネルギー使用量は18倍、世界経済は80倍以上に拡大しました。

次に、このエネルギーの種類別の世界的なエネルギー使用量のチャートをご覧ください。

その形はもうお馴染みのものかもしれません。

非線形です。

経済、生活の利便性、そして世界の仕組みに関する私たちの考えの全ては、化石燃料という形で保存された化学エネルギーの最も大規模な解放が起こった期間に形成されました。

1860年までは、世界の主要なエネルギー源は全てバイオ燃料でした。

1870年 – 1910年、石炭がエネルギー消費の半分を占めるまで

そして、1870年に石炭が徐々に入り込んできましたが、消費されたエネルギーの半分を石炭が占めるようになったのは1910年、つまり50年もかかりました。

1960年、石油がエネルギー消費の1/3を占める

そして、1869年に最初に掘削されたにもかかわらず、石油が消費されたエネルギーの３分の１を占めるようになったのは1960年、90年後のことでした。

天然ガスが最初に登場し始めたのは1910年ですが、まだ石炭や石油と同等の地位には達していません。それでも、かなり近づいてきています。

ここでのポイントは、エネルギーが一つのエネルギー源から次のエネルギー源に移行するには多くの場合、数十年かかるということです。
そして、これは良い理由があります。

エネルギー源の移行に時間がかかる理由

各エネルギー形態には多くの投入された資本が関わっています。

帆船よりも蒸気船の方がはるかに費用効果が高かったにもかかわらず、最後の帆船が使われなくなるまでには数十年かかりました。

同様に、輸送のために石炭から石油への移行にも同じことが言えます。

したがって、太陽エネルギーへの移行も数十年、最低でも四十年、おそらくは六十年、あるいは百年もかかると予想されます。

ここでの問題は、私たちにそれだけの時間があるかどうかです。

ここで私が述べている関連性は簡単でありながら非常に重要です。

人間の人口と世界経済の拡大は、主に化石燃料エネルギーのおかげで達成されました。

十分な余剰エネルギーがあれば、人間は短期間で非常に複雑な創造物を作り上げることができます。これは、たった17年で変貌を遂げた石油豊かなドバイの写真が証明しています。

ここで次の、クラッシュコースの重要な概念を述べます。

・社会の複雑さは余剰エネルギーに依存しています。

・経済の複雑さも同様です。

社会や経済の複雑さを不本意ながら失った社会は、住むには非常に不快な場所です。

これを考えると、私たちがどれだけの余剰エネルギーを持っていて、それを何に使っているかを注意深く見守るべきではないでしょうか？

この重要な概念を説明するために、エネルギー予算の考え方を簡単に見ていきましょう。

エネルギー予算

これは家計の予算と同じですが、ここではエネルギーを予算にしています。

任意の時点で、私たちが望むように使用できるエネルギーの定義された量があります。
これを全てこの四角に入れましょう。

太陽光や風力、発電、核エネルギー、石炭、石油、天然ガス、おそらく藻類の小さな一部、そして私が見逃しているかもしれない他のものです。

これが私たちが望むように使用できるエネルギーの総量です。

しかし、来年もエネルギーを増やしたい場合、当然のことながら現在のエネルギーの一部を明日のエネルギーの生産に投資しなければなりません。

また、今日のエネルギーの一部を、複雑な社会を維持するために使用するエネルギーを収集・分配するための資本構造の建設と維持に投資しなければなりません。

道路、パイプライン、橋、電力鉄塔、建物などがこのカテゴリーに入ります。

残りは消費に使用できます。

この一部は、水、食料、住居などの基本的な生活必需品に使われ、残りはガラパゴス島への旅行やフラフープの購入、小さなレーシングボートの購入などの任意のものに使われます。

これをさらに簡単にするために、エネルギーを二つの大きなバケツに分けることができます。

全てを維持するために再投資しなければならないエネルギーと、私たちがほぼ自由に使えるエネルギーです。

これは正確にあなたの収入に似ています。

あなたの家計が年間5万ドルを稼ぎ、総税率が30％だとしましょう。

これで食料を購入し、家賃を支払い、車のガソリンを購入し、その他いくつかのことができる3万5000ドルが残ります。

しかし、突然これが逆転し、手取り収入が1万5000ドルしかなくなったとしたら、状況は劇的に変わるでしょう。

おそらく、今や食料と住居だけしか手に入れられなくなり、車や新しい電子機器、休暇は遠い記憶になるでしょう。

あなたの生活は、購入できるものや行うことの数が強制的に簡素化されるでしょう。
それは不快でしょう。

だからこそ、私たちがより多くのエネルギーを得るために再投資しなければならないエネルギーの量を、あなたの給料にかかる税金と同じものと考え始めてください。

その理由はこれです。

エネルギーの値段については忘れてしまってください。それは実際には無関係です。特にお金が何もないところから印刷される場合はなおさらです。

代わりに、エネルギーを得るためにどれだけのエネルギーが必要かに焦点を当てます。なぜなら、それが本当に重要だからです。

幸いにも、この概念は簡単で、ネットエネルギーと呼ばれます。

まず第一に、私たちは地面からどれだけの石油が出るかだけに関心を持つべきではありません。

私たちが本当に注目すべきなのは、エネルギーを得るために最初に使用したエネルギーを差し引いた後の残りのエネルギー、つまりネットエネルギーです。

これを説明するために、私が地中に1000億バレルの石油を発見したと伝えたとしましょう。それは素晴らしいことですよね？
しかし、その石油が地球の中心にあり、それを取得するには2000億バレルの石油が必要だとしたらどうでしょう？

おっと。

その場合、石油を得るために使うエネルギーの方が多くなり、結果として損をすることになります。

ここで重要な点は、社会は総エネルギー量ではなく、残された余剰エネルギーによって動いているということです。

１バレルを取得するのに１バレルを費やすと、余剰エネルギー、つまりネットエネルギーがなくなり、それが経済と呼ばれる社会のあらゆる面で使われることはありません。

滑らかな道路を運転し、巨大な鉄橋を渡り、店に入り、驚くほど豊富な物資の展示を見たり、空を見上げて飛行機が空を飛び交うのを見たりするとき、目に見えるものの背後にあるエネルギーを考えてください。余剰エネルギーがすべてを可能にしているのです。

この章では、「エネルギーの獲得に必要なエネルギーの量」で割った「エネルギーの量」を使ってネットエネルギーを測定します。

投入したエネルギーの後に出力できるエネルギー。

エネルギーの投入が税金であり、エネルギーの出力が手取り給料です。

例えば、油井を掘削するのに１バレルの石油を使い、100バレルの石油が見つかったとしましょう。この場合、ネットエネルギーのリターンは100対１となります。

この例では、私たちが支払った税金は100のうちの１、つまり１％です。

このエネルギーリターンのことを頻繁に目にするもう一つの表現は、「投資エネルギーに対するエネルギーリターン」（エネルギー投資効率）で、これはEROEIという略語で知られています。

このセクションでは、視覚化しやすいため、エネルギーの出力をエネルギーの入力で割ったものに集中しますが、これは本質的に同じことです。

さて、これを視覚化するために、エネルギーの出力と入力の関係をグラフで比較してみましょう。

赤い部分は投入したエネルギーの量で、緑の部分は得たエネルギーの量、つまりネットエネルギーです。これらを常に100％に合計するように表示します。

最初のシナリオでは、エネルギーの出力を入力で割ると50という値になります。これは、1単位のエネルギーを使用して50単位のエネルギーを見つけて生産したことを意味します。

つまり、エネルギーを見つけて生産するのに２％が使用され、残りの98％が好きなように使えるネットエネルギーとして残ります。

この部分を「社会に利用可能な余剰エネルギー」と呼ぶこともできます。

ネットエネルギー比が15でも、社会に利用可能な余剰エネルギーはかなり高いままです。

もちろん、この余剰エネルギーが、私たちの経済成長と技術進歩を支えているのです。

次に、このグラフの10と5の値の間で何が起こるかに注目してほしいと思います。

社会に利用可能なネットエネルギーが、指数関数的なグラフのセクションで見たおなじみの方法で減少し始めます。

ただし、このホッケースティックは下向きです。

値が5を下回ると、グラフは本格的に下降し、1に達するとゼロになります。

つまり、１単位のエネルギーを得るのに１単位のエネルギーが必要な場合、余剰エネルギーはゼロであり、それを得るために苦労する意味がほとんどありません。

値が５を下回ると、私たちはエネルギーの崖にいます。

このグラフが非常に重要である理由を理解するために、石油に関するネットエネルギーの経験を見てみましょう。

石油とネットエネルギーの来歴

1930年には、石油を見つけるために使用された1バレルの石油ごとに、100バレルが生産されていたと推定され、100対１の値が得られました。これはこのグラフの左側に大きく外れます。

1970年までには、油田がかなり小さくなり、石油はしばしば深く、抽出がより難しくなり、ネットエネルギーの利益は約25対１に低下しました。

それでも、下にはたくさんの緑が残っている非常に良いリターンです。

1990年代にはこの傾向が続き、油田のリターンは18対１から10対１の間でした。

そして今日では、最近の石油の発見が10対１から３対１のネットエネルギーリターンをもたらしていると推定されています。

なぜネットエネルギーが低下しているのでしょうか？

昔は、比較的小さな掘削装置で済んだために必要なエネルギーも少量、発見された油田は巨大で豊富で比較的浅かったからです。

今日では、エネルギーを見つけるために必要なエネルギーがはるかに多くなっています。

探査船と掘削装置は巨大です。

1930年代の謙虚な掘削装置をスケールに合わせると、このようになります。

そして今日では、より多くの井戸が掘られ、より深い場所でより小さな油田を見つけて生産するために掘削されており、これらすべてがネットエネルギーに影響を与えています。

さらに、これらのより困難な場所から石油を収穫することは費用がかさむだけでなく、はるかに高いリスクも伴います。

失敗が発生した場合、ディープウォーター・ホライズンが証明したように、経済的および生態学的コストは急増する可能性があります。

いわゆるタールサンドやオイルシェールに含まれるとされる大量の石油についてはどうでしょうか？　これらはしばしば数個のサウジアラビアに相当すると説明されます。

これについては、今後の章で詳しく説明しますが、現時点では、これらのネットエネルギー値は特に低く、サウジアラビアで得られた100対１のリターンとは比較にならないことを指摘しておきます。

エネルギー掘削に関するその他のコスト

さらに、これらに関連する水および環境コストは非常に高いこともあります。

原子力のネットエネルギーリターンに関する証拠は相反していますが、2011年に福島で大規模に失敗した旧式の沸騰水型炉のネットエネルギーリターンは、新しい設計が提供するかもしれないものよりはるかに少ないと言えます。

フルサイクルのクリーンアップと廃炉コストを考慮に入れると、現時点では原子力に関する評決はまだ出ていないとしか言えません。

再生可能エネルギー源についてはどうでしょうか？

メタノールはバイオマスから作ることができ、ネットエネルギーは約3です。バイオディーゼルはおおよそ2のネットエネルギーリターンを提供します。

トウモロコシ由来のエタノールは、寛大に見積もってもネットエネルギーリターンが1を少し超える程度ですが、一部の情報源によればマイナスになることもあります。

先ほど述べた他の新しい液体燃料源をすべて加えると、これらはみなこの崖の表面のどこかに位置しています。

これらの選択肢のネットエネルギーを非常に速く向上させる方法を見つけない限り、基本的なニーズや自由裁量の欲求に対する余剰エネルギーは大幅に減少するでしょう。

太陽光と風力はどちらもかなり高いネットリターンを生み出す能力がありますが、これらは電力を生産しているのであり、すでに広範な投資を行っている液体燃料ではありません。

ところで、いわゆる水素経済はどこにあるのでしょうか？

ここにあります。地球上にはどこにも水素の貯蔵庫はありません。すべての水素は他のエネルギー源から作り出さなければならず、エネルギーを失います。

言い換えれば、水素はエネルギーの供給源ではなく、消費源です。水素を作り、使用することでエネルギーを失います。これは悲観的な見方ではなく、正確には熱力学の第二法則です。

水素はエネルギーの運び手であり、供給源ではありません。これはバッテリーのようなものです。

ここでばかげた議論をしてみますが、誰もこんな愚かなことはしないでしょう。議会がトウモロコシ由来のエタノールで社会を運営しようと決定したとしましょう。

何が期待できるでしょうか？

グラフをその決定を反映するように調整すると、赤が非常に多く、緑が非常に少ないことがわかります。

税金が非常に高く、手取りが非常に低いのです。

コメントとして、数ある代替エネルギー源の中から議会が巨額の補助金で推進することを選んだのがこれであることに、私はやや示唆的だと感じます。

これは「石油を宇宙空間に直接打ち上げるよりも、エネルギー的に愚かな決定を想像するのが難しいようなもの」です。

編集者補足：

「2007 年エネルギー自立・安全保障法」では、2022 年までには米国の燃料供給に 360
億ガロンのバイオ燃料の含有を義務づけることを定められた。
農林水産省【米国のバイオエタノール政策見直しの行方】 https://www.maff.go.jp/j/zyukyu/jki/j_rep/monthly/201504/pdf/20_monthly_topics_1504.pdf

ここで重要な点は、政府がエタノールを完全に補助して、１ガロンを買うのに１セントしかかからないとしても、縮小した破壊された経済にすぐに直面することになるということです。

理由はすでに述べたとおりです。余剰エネルギーが少なくなると、社会の複雑さも減少します。