研究内容
持続可能社会に相応しい人工物システムのデザインとマネジメント
小林英樹
1.背景と概要
本研究室では、「持続可能社会に相応しい人工物システムのデザインとマネジメント」のための学術体系の構築を目指して研究活動を行っている。近年、持続可能性（サステナビリティ）という言葉は、国連の持続可能な開発目標（SDGs: Sustainable Development Goals）によって広く世の中で知られるようになった。持続可能性の概念は広く、曖昧な点もあるものの、例えば二酸化炭素の排出削減や資源循環に貢献する要素技術が次々に提案されており、これらは本来の効果を発揮できるように現実世界で矛盾なくシステム化される必要がある。この「システム化」を強調した学術領域を持続可能システムデザイン学と呼ぶ。持続可能システムデザイン学は設計工学、ライフサイクル工学、環境学を中核としつつ、様々な領域によって構成された学際領域である（図1）。
図1：持続可能システムデザイン学の関連学術と応用分野[1]
研究の関心は、少ない資源消費ですべての人の基本ニーズを充たす状態（目標）と、そこに至る移行プロセスにある。設計対象の現状に応じて、研究テーマを大きく二つに分類している（図2）。一つは過剰な資源消費（鉱物資源だけでなくエネルギー資源や水資源の消費も含む）によって人間の基本ニーズがほぼ満たされている状況におけるテーマである。この状況は主に先進国にあてはまり、資源効率をさらに大きく改善することが望まれる。もう一つは、資源消費量はそれほど多くないものの、基本ニーズが十分に満たされていない状況におけるテーマである。こうした状況は経済発展が遅れている途上国全般の人々にあてはまるが、日本でも個人やローカルレベルで基本ニーズが十分に満たされていない人々がいる。こうした人々に注目する場合は、人間の基本ニーズ充足という観点からテーマが設定される。
図2：研究テーマの分類を示す概念図[1]
どのようなテーマであっても、人工物システムの生産から廃棄に至るライフサイクル全体で物事を判断するライフサイクル思考とそれに基づく「ライフサイクルのシステム化」は中核となる（図3）。ライフサイクル思考に基づく環境負荷評価はライフサイクルアセスメント（LCA）として知られており、本研究室でも将来の燃料として期待されている合成燃料を用いた乗用車のシナリオベースド・カーボンフットプリント（ライフサイクルCO2）評価[2]などを実施している。本研究室ではこれに、「産業のシステム化」および「消費のシステム化」を追加し、さらにシステム化された各々の関係性、すなわち超システム（SoS: System of Systems）を念頭に置いて研究を進めている。
図3：製品使用段階の前後もすべて考慮するライフサイクル思考
2.研究紹介
2.1 カーボンニュートラルとサーキュラーエコノミーを総合したシステム評価
本研究室では、新しい技術や製品、サービスの時間的、空間的広がりの環境的、社会的な影響を科学的に数値化したり、その副作用を分析したりするための学術研究を進めている。持続可能性分野で大きくな注目を集めているのがカーボンニュートラルとサーキュラーエコノミーである。前者は社会全体における正味CO2排出量をゼロにするというスローガンであり、パリ協定で目標化されている。後者は、技術的には90年代に日本から発信したインバースマニュファクチャリングを焼き直した感があるが、欧州の競争優位性確立を意図して再構築された経済政策パッケージである。
人工物システムは個別に複雑化しながら社会実装されているが、その結果、現実世界ではそれまで無関係と思われた個別システム間に何らかの依存関係や相互作用が生じることがある。例えば、自動車業界におけるCASE（コネクテッド、自動運転、シェアリング、電動化）の技術革新が他の交通手段のみならずエネルギー、通信分野も巻き込んだ「産業のシステム化」を引き起こしつつある。こうした複雑システムは固定化されないで常に部分的に変化しており、いわゆる超システムと見なすことができる。環境側面からは二酸化炭素排出と資源消費が気懸かりである。本研究室では、人工物ライフサイクルシステムが結合して形成される超システム（＝結合型ライフサイクルシステムズCoLSys：Connected Lifecycle Systems（図4））に注目し、超システム内の製品、部品フローを離散事象として扱うライフサイクルシミュレーション方法論（LCS4SoS）を開発した[3,4]。物質フローを基軸にして付随するエネルギーフローも計算することで、カーボンニュートラルとサーキュラーエコノミーの両方の観点からシステムを総合評価する。応用例として、電気自動車に搭載された2次電池の他用途へのリユース（グローバルリユース、またはリパーパスと呼ばれる）までを含むライフサイクルシミュレーション[5]や、業界全体の二酸化炭素排出量推移と他社動向の両方を見ながら意思決定を行うモデルを内包したライフサイクルシミュレーション（図5）[6]、などがある。
図4：結合型ライフサイクルシステムズの概念
図5：意思決定モデルを内包した結合型ライフサイクルシステムズのシミュレーションの概念[6]
現実世界における人工物は、社会制度や社会規範、個人の行動選択等からも大きな影響を受けることがあり、これらすべてを単一の統合モデルで実装することは必ずしも好ましくない。そこで、ライフサイクルシステムの重要な外生要因に特化したシミュレーションモデルをライフサイクルシミュレーションと連成させるハイブリッド・シミュレーションを提案している[4]。例えば、カーボンニュートラル実現のために石炭火力発電を順次廃止して再生可能エネルギー発電に更新することが望まれる。本研究室では、国内の主要火力発電所のデータをもとにした電源構成リプレースシミュレーションとライフサイクルシミュレーションを組み合わせた研究により電力セクターが乗用車セクターに与える影響を評価している（図6）[7]。
図6：火力発電所リプレースシミュレーションとLCSのハイブリッド・シミュレーション概要[7]
また、公共交通へのモーダルシフトやライドシェアリングなどの導入を考慮したマクロ交通シミュレーションとライフサイクルシミュレーションを組み合わせた研究（図7）[8]など、様々なハイブリッド・シミュレーションモデルを開発して，外生要因の変化が物質フローの挙動に与える影響を動的に分析している。
図7：マクロ交通シミュレーションとLCSのハイブリッド・シミュレーション概要[8]
2.2 ウェルビーイングのためのデザイン
持続可能性を世界全体で実現するには、先進国だけでなく途上国も考慮しなければならないし、先進国の中でも貧困や格差が進んでいることも問題である。また、近年は西側諸国の価値観で世界全体を語れないことの認識の広がりも問題として表出している。こうした問題は社会的持続可能性問題として扱われるが、ウェルビーイング（幸福と訳されることが多いが、ここではそのままカタカナ表記する）はそうした問題の切り口の一つである。
ウェルビーイングを実現する最善の方策は対象地域によって異なるため、対象地域の特性を正確に捉えなければならない。これに対して、本研究室では経済学者Max-Neefが提唱したサティスファイアの概念を設計工学の枠組に接続した生活圏アプローチを提唱している。これは、顧客要求起点で製品開発を行うこれまでの市場指向のアプローチではなく、顧客要求の背後にあるそもそもの人間ニーズとの関係性を明らかにした上で、製品機能を捉えなおすという新しいアプローチであり、消費至上主義あるいは売上至上主義から距離を置いた持続可能な消費を目指したオルタナティブな研究テーマである。図7に示すように、人間の普遍的な基本ニーズ概念と製品機能概念の間に、サティスファイヤと呼ばれる気候、歴史、文化などの特性と時代に依存する抽象概念を置いてニーズ充足性を考察する（図8）[9]。
図8：生活圏アプローチのフレームワーク[9]
本アプローチに基づいて生活圏全体の工業製品による正味の基本ニーズ充足性を評価するモデルを開発し、特定地域を対象に評価した事例がある[10]（ただし、ニーズ充足に対するサービスや非物質的な存在（例えば家族）の貢献は評価範囲外である）。図9は大阪住民を対象とした評価例であり、日常生活で使用する製品の機能によって基本ニーズはそこそこ満たされるものの、製品の機能がむしろ基本ニーズ充足を妨げる悪影響も加味した結果、参加、創造、自由という基本ニーズ対する正味充足度は大きく低下することが示された。
図9：大阪住民のニーズ充足度評価例[10]
異文化の途上国の地域特性を製品仕様に反映する地域指向デザインの研究を進めている。地域指向デザインを支援するために、製品機能と構造の対応関係に地域特性情報や製品使用実験情報をひも付けた拡張機能構造マップと呼ぶ表現形式で設計を支援するシステムを開発している（図10）[11]。これにより、異文化圏で使われている製品と自国の製品の存在意義の違いを可視化し、特徴的な機能や構造がなぜ実装されているのか納得することができる。
図10：拡張機能構造マップを用いたデザイン支援システム
参考文献
| [1] | 小林，持続可能システムデザイン学，(2022)，共立出版． |
| [2] | Yamada G., et al. Sustainability, 17-16, (2025), 7500. |
| [3] | Kobayashi, et al., AEI, 36, (2018), 101-111. |
| [4] | Kobayashi, et al., Procedia CIRP, 90 (2020), 388-392. |
| [5] | Murata, et al., IJAT, 12-6, (2018), 814-821. |
| [6] | Kawaguchi, et. al., IJAT, 16-6, (2022), 715-726. |
| [7] | Murata, et al., IJAT, 18-6, (2024), 764-773. |
| [8] | Murata, et al., Procedia CIRP, (2026), to appear. |
| [9] | Kobayashi and Fukushige, Journal of Remanufacturing, 8-3, (2018), 103-113. |
| [10] | Kobayashi, et al., Sustainability, 17-12, (2025), 5269. |
| [11] | Kobayashi, et al., Global Environmental Research, 25-1,2 (2021), 43-50. |
