CO2削減の観点に基づいた農作物生産・輸送計画

A0671204 藤巻一也
1

1 研究概要

2 背景

3 研究方法
◦ 1.1 目的及び意義
◦ 2.1 地産地消
◦ 2.2 Life Cycle Assessment
◦
◦
◦
◦

3.1
3.2
3.3
3.4
研究方法概要図
モデル・定式化
シミュレーション
結果
4 考察
2

本研究の目的
◦ 農業生産における環境負荷軽減の提言

本研究の意義
◦ 環境を定量的に捉える
◦ 地産地消の再検討
◦ 環境負荷の低い農作物の生産・購入の促進
3
農作物生産エネルギーの割合
農薬
5%
肥料
12%
生産エネルギー
輸送
20%
生産エネルギー
輸送エネルギーを減らすことが
生産その他
農作物生産の排出量を減らせるのか？
輸送エネルギー
光熱動力
43%
Ａ県産
20%輸送エネルギー
Ｂ県産
吉川直樹,天野耕二,島田幸司“野菜の生産・輸送過程における環境負荷に関する定量的評価”
,2006,http://www.ritsumei.ac.jp/se/rv/amano/pdf/2006S-yoshikawanaoki.pdf
4
新地産地消
旧地産地消
モデル化
モデル化
小規模実験
比較
小規模実験
面積
最低生産量
大規模実験
計算
大規模実験
データ作成
最低需要
生産排出量
利益
比較・分析
輸送排出量
輸送コスト
5

従来手法による地産地消

排出量軽減重視の農業体系

利益を考慮した農業体系
6
農作物生産エネルギーの割合

輸送段階排出量
◦ 排出量＝排出原単位×輸送量×輸送距離
農薬
トラック
5%

生産段階排出量
肥料
12%
輸送
20%
◦ 排出量＝（耕作E ＋加温E ＋肥料E）×生産量×排出係数
電気・軽油
生産その他
光熱動力
20%
43%
吉川直樹,天野耕二,島田幸司“野菜の生産・輸送過程における環境負荷に関する定量的評価”
,2006,http://www.ritsumei.ac.jp/se/rv/amano/pdf/2006S-yoshikawanaoki.pdf
7
3.2.2 既存モデル定式化：輸送量最小化モデル
I：生産県の集合
minimize
  yijk
(1)
iI jJ kK
j i
J：仕入県の集合
K：品目の集合
  y
djk：j地点における品目kの需要量(t)
ijk
y
ijk
 xi ,
iI jJ kK pik：ｉ地点における品目kの最低生産量(t)
j i
xik：ｉ地点における品目kの生産量(t)
i  I , k  K ,
(2)
輸出量
＝生産量
y
ijk
 d jk ,
j  J , k  K ,
subject to
jJ
iI
輸送量
yijk：ｉ地点からｊ地点への品目kの輸送量(t)
a≧i ：ｉ地点の生産可能量(t)
(3)
輸入量
需要量
pik  xik ,
i  I , k  K ,
(4)
最低生産量
≦ 生産量
x
i  I ,
(5) ≦ 生産可能量
生産量
kK
ik
 ai ,
xik  0,
i  I , k  K ,
yijk  0,
i  I , j  J , k  K . (7)
8
( 6)
単位排出量：20
需要：20
最低生産量：30
利益：30
面積：150
3.2.3 提案モデル定式化１：排出量最小化モデル
minimize
  sik xik    uij yijk
iI kK
(8)
iI jJ kK
I：生産県の集合，
J：仕入県の集合，
K：品目の集合，
　x , 
i sI ,ik
k xK,

ik (9)  uij yijk
djk：j地点における品目kの需要量(t)，
subject to
y
ijk
y
ijk
jJ
iI
pik：ｉ地点における品目kの最低生産量(t)，
ik
iI kK
 d jk , 生産段階
j  J , k  K,
pik  xik ,
x
kK
ik
 ai ,
i  I,
i  I,
sik：ｉ地点における品目kの生産に伴うCO2
iI の単位排出量（kg/生産量1t），
jJ kK
(10)
(11)
(12)
xik  0 ,
i  I,k  K,
yijk  0 ,
i  I,j  J,k  K . (14)
9
(13)
輸送段階
xik：ｉ地点における品目kの生産量(t)，
uij：ｉ地点からｊ地点への輸送に伴うCO2の
単位排出量（kg/輸送量1t），
yijk：ｉ地点からｊ地点への品目kの輸送量(t)，
ai ：ｉ地点の生産可能量(t)，
3.2.4 提案モデル定式化2：利益最大化モデル
maximize
 ik  xik     eik    ij  wij
I：生産県の集合
(15)
J：仕入県の集合
K：品目の集合
djk：j地点における品目kの需要量(t)
subject to
y
jJ
ijk
 ik  xik    eik    ij  wij
 xik ,
i  I , k  K,
 yijk  d jk ,
j  J , k  K, (17)
iI
生産利益
排出コスト
i  I , k  K,
(18)
pik  xik ,
x
(16)
i  I,
(19)
eik  sik xik   uij yijk ,
i  I , k  K,
(20)
wij   yijk ,
i  I , j  J, (21)
kK
ik
 ai ,
jJ
kK
xik  0 ,
yijk  0,
10
i  I , k  K,
pik：ｉ地点における品目kの最低生産量(t)
sik：ｉ地点における品目kのCO2の単位排出量
（kg/生産量1t）
xik：ｉ地点における品目kの生産量(t)
輸送コスト
uij：ｉ地点からｊ地点への輸送に伴うCO2の単
位排出量（kg/輸送量1t）
yijk：ｉ地点からｊ地点への品目kの輸送量(t)
ai ：ｉ地点の生産可能量(t)
ei ：ｉ地点のCO2排出量(t)
wij ：総物流量 (t)
(22)
i  I , j  J , k  K . (23)
α ：CO2の排出量価格（円/kg）
β ik ：生産利益係数
ε ij ：輸送コスト係数

データに関して -47地点・20品目生産可能量
・その地点において生産できる最大の量
最低生産量
より現実的な
・最低限生産しなければならない量
シミュレーション
最低需要
生産排出量
・各地点が各品目に対し，最低限必要な量
・各地点，品目ごとに１ｔ生産することによるCO2排出量
排出量比較
輸送排出量
所得
・各地点間ごとに１ｔ輸送することによるCO2排出量
・各地点，品目ごとに１ｔ生産することによる所得
利益比較
輸送コスト
・各地点間ごとに１ｔ輸送することによるコスト
11

以下の三点の評価尺度についてそれぞれ考慮
◦ 輸送量
他地点輸送量，自地点消費量
◦ 排出量
生産排出量＋輸送排出量
◦ 利益
生産利益－排出コスト－輸送コスト
12
利益最大化
排出量最小化輸送量最小化
輸送量(t)
4.88・106
5.05・106
3.71・106
自地点消費(t)
2.42・106
1.74・106
3.47・106
輸送量 (t)
6.00E+06
5.00E+06
transport
輸送量
4.00E+06
自地点消費
3.00E+06
2.00E+06
1.00E+06
0.00E+00
利益
最大化
排出量
最小化
輸送量
最小化
13
CO2排出量
利益最大化
輸送量最小化
生産排出量（kg）
5.26・1010
2.77・1010
5.77・1011
輸送排出量（kg）
1.26・10 9
9.56・10 8
1.35・10 9
総排出量（kg）
5.38・1010
2.87・1010
5.78・1011
輸送量
最小化
7.00E+11
6.00E+11
emission
of
輸送排出量
5.00E+11
排出量 (kg)
排出量最小化
transport
4.00E+11
emission
of
生産排出量
production
3.00E+11
2.00E+11
1.00E+11
利益
最大化
排出量
最小化
0.00E+00
14
利益最大化
排出量最小化
輸送量最小化
生産所得（円）
1.73・1012
1.01・1010
1.11・1012
排出コスト（円）
1.08・1011
5.74・1012
1.03・1011
輸送コスト（円）
1.00・1011
7.60・1010
1.07・1011
利益（円）
1.53・1012
8.81・1011
8.96・1011
1.80E+12
1.60E+12
1.40E+12
利益（円）
1.20E+12
1.00E+12
8.00E+11
6.00E+11
4.00E+11
2.00E+11
0.00E+00
利益
最大化
排出量
最小化
輸送量
最小化
15
排出量
利益最大化
１
２０
排出量最小化
輸送量最小化
輸送量
利益
16
排出量
２５０万t
利益最大化
排出量最小化
＝５００億円
輸送量最小化
輸送量
利益
６５００億円
17

成果
◦ 大幅な排出量削減
◦ 同時に利益の確保

課題・今後の展開
◦ 一様ランダムデータの実データ化
18
19

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