Scenario Based Dynamic Material Flow Analysis of Dutch Macro Infrastructure Stocks: Assessing Future Material Demand and Circularity Potentials

技術要約：オランダのマクロ・インフラストラクチャー株式に関するシナリオベースの動的材料フロー分析

問題提起
インフラシステムにおける循環性を達成するには、将来のバージン材料への需要を相殺するために、耐用年数終了（EoL）時のストックから二次原材料を効果的に回収することが不可 memperhatikan 必要である。オランダは高度に発達したインフラストラクチャー・ストックを保有しているが、それは現在、設計上の耐用年数（主に1960年代〜1970年代に建設されたもの）の終焉に達しつつある。しかし、非建築系のマクロ・インフラストラクチャーからの将来的な二次材料の可用性を定量化する研究には、大きな空白が存在する。既存の研究は建物やモビリティといった特定のセクターに焦点を当てることが多く、水、ユーティリティ、化石燃料インフラを見落としている。さらに、理論的な回収ポテンシャルと、材料が本来の機能性と価値を維持する「クローズドループ」の循環性との間には、決定的な違いが存在する。現在、オランタにおける回収の多くはダウンサイクリング（例：コンクリート骨材を道路路盤材として使用すること）であり、これはバージン材料の需要を効果的に削減できていない。本研究は、多様な移行シナリオの下での、鉄鋼、コンクリート、およびアスファルトに関するオランダのマクロ・インフラストラクチャーにおける将来の材料需要と、クローズドループの循環性の可能性を定量化する必要性に対処するものである。

手法
本研究では、Müller (2006) のフレームワークに基づく、ストックベースの動的材料フロー分析 (dMFA) モデルを採用している。分析対象は、高速道路および鉄道、水、石油・ガス、電力、およびユーティリティの5つのカテゴリーにわたるマクロ・インフラストラクチャー（建物を除く）である。分析対象となる3つの主要材料は、これらのセクターにおける重量ベースの材料使用量の90%以上を占める鉄鋼、コンクリート、およびアスファルトである。

• データソース: 1950年から2023年までの歴史的なストックの推移、材料強度、および平均寿命は、SUBLIMEデータベースから収集された。
• 寿命モデリング: 長寿命資産に推奨される通り、インフラストラクチャーの寿命生存曲線をモデル化するために、ワイブル分布関数が使用された。
• シナリオ開発: 将来の不確実性を捉えるために、以下の3つの異なるシナリオを開発した：
  • リファレンス・シナリオ: 資産所有者の中心的な予測および現在のトレンドに沿ったもの。
  • 低需要シナリオ: 規制によるインセンティブが限定的であり、技術進歩が緩やかであることを想定したもの。
  • 高需要シナリオ: 野心的なエネルギー移行、強力な政策介入（例：回収義務）、および高度なリサイクル・インフラストラクチャーを想定したもの。
• 定量化: 将来の材料ストック ($MS$) は、ストック・フロー・サービス・ネクサスを用いて算出された：$MS = Pop \times (S/Pop) \times (M/S)$。ここで、$Pop$は人口、$S/Pop$は一人当たりのインフラ要件、$M/S$ は材料強度である。
• 循環性指標: 本研究では、「最大供給ポテンシャル（理論的な流出量）」と「実際の回収ポテンシャル（システム的な損失を考慮したもの）」を区別している。極めて重要な点として、ダウンサイクリングを明示的に除外し、材料が同じレベルの機能性を維持して再利用される割合として、クローズドループ循環性 (CLC) を算出している。

主な結果
分析では、2024年から2070年までの材料フローを3つのシナリオに基づいて予測している：

• 材料需要の傾向:

  • 鉄鋼: エネルギー・インフラ（洋上・陸上風力、太陽光発電）の拡大に主導され、年間需要は2024年比で**94〜104%**大幅に増加すると予測される。
  • コンクリート: ユーティリティ・ネットワークや再生可能エネルギーの基礎により、需要は**58〜94%**増加すると予測される。
  • アスファルト: 道路ネットワークが成熟しており、需要が拡張ではなく更新によって駆動されるため、需要は比較的安定しており、予測される増加率はわずか**1〜2%**である。

• 供給および回収ポテンシャル:

  • 鉄鋼: 理論的なEoL供給は、将来の需要の**74〜86%を満たす可能性がある。しかし、輸出依存度、汚染（例：六価クロム）、および規制上の障壁（NEN-EN 1090）により、実現されるクローズドループ循環性は31〜40%**と推定される。
  • コンクリート: 理論的な供給は、需要の**71〜83%を満たす可能性がある。しかし、低価値な道路路盤材への広範なダウンサイクリングにより、実現されるクローズドループ循環性は3〜23%**に限定される。
  • アスファルト: 理論的な供給は、需要の**92〜101%を満たす可能性がある。成熟したリサイクル枠組みと高い再生アスファルト混合物（RAP）の使用率により、実現されるクローズドループ循環性は50〜85%**と推定される。

• セクターの変化: 2070年までに、エネルギー・インフラストラクチャーが鉄鋼（50〜60%）およびコンクリート（42〜56%）のストックと流出量の大部分を占めるようになり、歴史的な高速道路やユーティリティの優位性からシフトすると予測される。

主な貢献

1. 包括的な範囲: 本研究は、材料フロー分析の範囲を建物やモビリティを超えて、水、ユーティリティ、およびエネルギー・インフラストラクチャーへと拡大し、オランダのマクロ・インフラストラクチャー・ストックの全体像を提供する。
2. 循環性の差別化: 理論的な回収とクローズドループ循環性の間のギャップを明示的に定量化し、高いリサイクル率（例：建設廃棄物の98%）が、バージン材料を代替できていない大幅なダウンサイクリングを隠蔽していることを明らかにしている。
3. シナリオの感度: 分析は、政策の野心と技術的進歩（特に「高」シナリオにおいて）が、いかに循環性の成果を大幅に改善できるかを示しており、「高」シナリオは「リファレンス」シナリオよりも最大13〜35%高い循環性を達成する。
4. ボトルネックの特定: 本研究は、構造用鋼材のための国内電気炉（EAF）容量の不足、高付加価値なコンクリート再利用を妨げる厳格な品質基準、および都市化された地域における再生アスファルトの貯蔵に関する物流上の課題など、特定のシステム的障壁を特定している。

意義と主張
著者らは、これらの知見が、オランダのマクロ・インフラストラクチャー部門における材料循環のポテンシャルに関するシステムレベルの理解を提供するものであると主張している。本研究は、理論的なポテンシャルは将来の材料需要の大部分を満たすことができるものの、現在のシステム的な非効率性が、実際のクローズドループ循環性をそのポテンシャルのわずかな一部に制限していると断じている。

本論文は、EoL材料ストックを完全に回収することで、2024年から2070年の間に年間バージン材料需要を**16〜49%**削減できると結論付けている。この削減は、オランダ政府の2050年ネットゼロ排出目標を達成するための重要な要素として提示されている。著者らは、このポテンシャルを実現するためには、以下の相乗的なアプローチが必要であると強調している：

• 技術革新: 特に、高グレードのコンクリート・アップサイクリングおよび構造用鋼材のコンポーネントレベルでの再利用。
• 政策介入: より強力な回収義務、二次材料へのインセンティブ、および更新された規制枠組み（例：NEN-EN 1090の制約を超えていくこと）。
• 設計介入: 解体設計（design-for-disassembly）、モジュール性、および材料トレーサビリティの優先。

本研究は、オランダを、同様の老朽化するインフラ課題に直面している他の初期工業化国家の代表的な事例として位置づけ、インフラの循環性への移行に向けた転用可能な洞察を提供している。