Optimal design of a green ammonia export supply chain from Saudi Arabia under demand, price and route uncertainty: a two-stage stochastic programming approach
本論文は、2段階確率計画モデルを用いることで、サウジアラビアから欧州および東アジアへの最適なグリーンアンモニア輸出サプライチェーンは、年間180万トンの能力を持つNEOMサイトのみに集約されるべきであることを示しており、それが決定論的な設計に対して顕著な経済的優位性をもたらすと同時に、需要およびルートの不確実性下における市場価格や資本コストに対して非常に敏感であることを証明している。
原論文は CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 これは以下の論文のAI生成解説です。著者が執筆または承認したものではありません。技術的な正確性については原論文を参照してください。 免責事項の全文を読む
世界は化石燃料を燃やすことなく未来の電力を賄う方法を模索しており、その中で最も有望な解決策の一つは、太陽光と風を利用して「グリーンアンモニア」と呼ばれるクリーンな燃料へと変換することです。しかし、水素は極めて低い温度に保つか、あるいは膨大な圧力の下に置かなければならないため、海を越えて輸送することが困難です。この問題を解決するために、技術者たちは多くの場合、水素をアンモニアという化学物質に変換します。アンモニアは、水素よりも輸送や貯蔵がはるかに容易だからです。サウジアラビアは、広大な砂漠と強力な沿岸の風を備えており、このグリーンアンモニアの主要な輸出拠点となる独自の地位を築いています。しかし、巨大な工場や港を建設することは一種のギャンブルです。投資家は、世界が正確にどれだけの燃料を買い、いくらの価格を支払うのか、あるいは自分たちが頼りにする航路が引き続き開かれているのかが判明する何年も前に、どこに建設し、それらのプラントをどの程度の規模にするかを決定しなければなりません。
ジェッダ大学のアブドゥルカデール・ハンバザザによる新しい研究は、高度なコンピュータモデルを作成することで、この不確実性に対処しています。この研究は、単一の未来を推測するのではなく、需要の高低、価格の変動、そして紛争による航路封鎖のリスクを組み合わせた50通りの異なる可能性のある世界をシミュレーションしました。彼らは、どのソーラーパネル、風力タービン、および化学プラントの組み合わせが、最悪のシナリオを生き残りつつ利益を生み出せるかを確認するため、サウジアラビアの5つの潜在的な沿岸地点（紅海沿いに3か所、アラビア湾沿いに2か所）をテストしました。目標は、単にアンモニアを作る最も安価な方法を見つけることではなく、世界の市場や地政学的な予測不可能性に耐えうるサプライチェーンを設計することでした。
モデルの結果、最初の主要な輸出ハブの所在地として、NEOM（サウジアラビア北西部の角に建設中の新都市）が明確な勝者として選ばれました。アラビア湾沿いの港は日本や韓国のようなアジア市場に近いにもかかわらず、本研究では、NEOMの風力資源が非常に優れているため、そこでの生産コストが他のどの場所よりも1トンあたり約130ドル安くなると判明しました。この価格優位性は非常に大きく、たとえ紅海の航路が封鎖され、アフリカ経由でより長い道のりを辿らざるを得なくなったとしても、燃料をより安く作ることで得られる節約分が、追加の輸送コストを上回ります。その結果、モデルは、当面の間、湾岸沿いに輸出施設を建設することを排除しました。なぜなら、航路の安全性がどれほど高くとも、彼らの高い生産コストを回収することはできないからです。
プラントの規模を決定する際、研究者たちは、平均的な未来に合わせて計画を立てるという最も一般的な手法が、実は財務的な災難をもたらすことを発見しました。もし企業が平均的な期待需要に合わせて施設を建設した場合、需要が平均を下回るたびにプラントが稼働停止状態となり、毎年約1億4,000万ドルの損失を出すことになります。代わりに、最適な戦略は、90パーセントの確率で達成または超過されるであろう需要レベルに合わせて、より小さなプラントを建設することです。この「リスクを考慮した」設計は、年間180万トンのアンモニア生産に焦点を当てており、未使用容量による重いコストを回避します。この小規模なプラントは、あらゆる可能な販売機会を逃す可能性はありますが、平均して年間約1億6,000万ドルの安定した利益を確保できます。一方で、より大規模な平均サイズ級のプラントは、起こりうるシナリオの半分において赤字となります。
また、本研究は、価格の急落やスエズ運河の完全封鎖といった最悪のシナリオに対して、投資家がどの程度懸念すべきかについても調査しました。政府による保証がない場合、非常に慎重な投資家は、不運な年が自分たちの蓄えを使い果たしてしまうことを恐れて、何も建設しないという選択をします。しかし、研究者たちは、単純なセーフティネット、すなわちアンモニアの最低保証価格を1トンあたり750ドルと設定することが、状況を劇的に変えることを発見しました。この価格の下限が設けられていれば、たとえ最も慎重な投資家であっても、最悪の結果が損失にならないため、プラント建設に意欲的になれるのです。これは、ヨーロッパや日本ですでに導入されている仕組みと同様の、最低価格を約束する国際的な契約が、これら巨大なグリーンエネルギープロジェクトに必要な資本を引き出す鍵であることを示唆しています。
結局のところ、本研究は、サウジアラビアのグリーンアンモニア輸出の未来は、完璧な航路を見つけることよりも、不確実性の中で適切な場所と規模を選択できるかどうかにかかっていることを示しています。最も風の強い場所を選び、最大化を目指すのではなく、回復力のあるプラントを建設することで、世界が予測不能な状況にあっても、産業は収益性の高い未来を確保することができます。本研究は、このような慎重なシナリオベースの計画を用いる価値は計り知れないと結論付けています。それは推測と比較して数億ドルの節約を実現しており、ハイステークスなグリーンエネルギーの世界において、最も賢明な投資とは、予期せぬ事態に備えることであることを証明しています。
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