Optimizing hydrogen supply chain networks for climate change mitigation: a multi-objective MILP framework with carbon pricing and geographic advantages
気候変動緩和のための水素サプライチェーンネットワーク最適化：炭素価格と地理的優位性を考慮した多目的MILPフレームワーク (AI 翻訳)
Majdi Argoubi, Khaled Mili
🤖 gxceed AI 要約
日本語
本論文は、水素サプライチェーンを最適化する多期間MILPモデルを提案。サウジアラビアを対象に、4つの生産ゾーン、3つのキャリア（圧縮水素、液化水素、アンモニア）、10の需要国を考慮し、炭素価格シナリオ下でコストと排出量を同時最適化。二海岸ルートにより総コスト18.2%削減、排出量18.5%削減を達成。炭素価格はキャリア選択を多様化し、排出量31%削減を限界削減費用29.7ドル/tCO2eで実現。
English
This paper proposes a multi-period MILP model for optimizing hydrogen supply chains, applied to Saudi Arabia (2025-2045). It simultaneously optimizes four production zones, three carriers (compressed H2, liquefied H2, ammonia), and ten destination markets under carbon pricing scenarios ($0-$120/tCO2e). Dual-coastline routing reduces total costs by 18.2% and transport emissions by 18.5%. Carbon pricing drives carrier diversification, achieving 31% emission reduction at a marginal abatement cost of $29.7/tCO2e. Capital constraints are the binding limit for meeting volume and emission targets.
Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.
📝 gxceed 編集解説 — Why this matters
日本のGX文脈において
日本は水素基本戦略を掲げ、国際水素サプライチェーン構築を推進中。本モデルは、キャリア選択や炭素価格の影響を定量化し、日本の水素調達戦略（例：オーストラリア、中東からの調達）に示唆を与える。特に、距離閾値や資本制約の分析は、日本の水素インフラ投資判断に有用。
In the global GX context
This paper provides a rigorous optimization framework for hydrogen supply chains, integrating carbon pricing and geographic advantages. It offers insights for global hydrogen trade, particularly for countries like Japan that plan to import hydrogen. The findings on carrier choice thresholds and capital constraints are relevant for international hydrogen infrastructure planning and climate policy design.
👥 読者別の含意
🔬研究者:A comprehensive MILP model for hydrogen supply chain optimization with carbon pricing, applicable to other regions.
🏢実務担当者:Insights on cost-effective hydrogen carrier selection and infrastructure investment under carbon pricing.
🏛政策担当者:Evidence on how carbon pricing and capital constraints shape hydrogen supply chain emissions and costs.
📄 抄録（日本語訳）
はじめに 水素輸出インフラは、キャリア経路、生産地点、容量、市場配分に関する意思決定を必要とし、その設備寿命は20～40年に及び、数十年先の排出プロファイルを固定化する。既存モデルは輸入側ネットワークに焦点を当て、キャリアを排出等価として扱い、複数海岸線の地理的優位性を無視しており、輸出側の最適化によって改善可能なサプライチェーン排出量の75%～90%を見落としている。方法 経済的目標とライフサイクル環境目標を統合した多期間混合整数線形計画法（MILP）モデルを開発し、2025年から2045年までのサウジアラビアに適用した。本モデルは、4つの生産ゾーン、3つのキャリア（圧縮水素、液化水素、アンモニア；0.8～5.3 kg CO 2 e/kg H 2 ）、インフラの規模とタイミング、および4つの炭素価格シナリオ（0～120ドル/トンCO 2 e）の下での10の仕向国への市場配分を同時に最適化する。47,520変数の定式化は、IBM ILOG CPLEXを用いて二段階ウォームスタートにより0.5%未満の最適性ギャップで求解された。結果 二海岸線ルーティングにより、総コストは18.2%（1,070億ドル）削減され、同時に輸送排出量も18.5%削減される——これはモロッコ、エジプト、オマーン、オーストラリアに一般化可能な後悔のない介入である。炭素価格設定は経路の多様化を促進する：アンモニアのシェアは70.3%から50.4%に低下し、液化水素は24.6%から35.7%に上昇し、限界削減費用29.7ドル/トンCO 2 eで31%の排出削減を達成する——これは産業用炭素回収・貯留（25～60ドル/トン）と競争力がある。距離の閾値が明らかになる：圧縮水素は2,000海里未満、液化水素は2,000～5,500海里、アンモニアは5,500海里超であり、それぞれ60～120ドル/トンの価格設定下で1,000～1,500海里シフトする。資本制約（100億ドル/年）は、制約なしの場合の投資額の39.8%で制約なしの場合の量の69.3%を達成するが、比排出量は19.7%悪化する（17.3 → 20.7 kg CO 2 e/kg H 2 ）。考察 資本の利用可能性こそが、量と排出目標を同時に満たすための制約条件であり、技術的実現可能性ではない。本フレームワークは、投資のロックイン動態、離散的な設備規模、地理的排出制約、資本制限を共有する気候インフラに一般化可能であり、2045年までに年間16～21百万トン（累計投資2,000～2,530億ドル）に達する段階的なサウジ戦略を支援する。
AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。
📄 Abstract（原文）
Introduction Hydrogen export infrastructure requires decisions—carrier pathway, production location, capacity, and market allocation—with 20-40-year lifespans that lock in emission profiles decades ahead. Existing models focus on import-side networks, treat carriers as emission-equivalent, and ignore multi-coastline geographic advantages, collectively missing 75%-90% of supply chain emissions amenable to export-side optimization. Methods A multi-period mixed-integer linear programming (MILP) model integrating economic and life-cycle environmental objectives was developed and applied to Saudi Arabia over 2025-2045. The model simultaneously optimizes four production zones, three carriers (compressed hydrogen, liquefied hydrogen, and ammonia; 0.8-5.3 kg CO 2 e/kg H 2 ), infrastructure sizing and timing, and market allocation across ten destination countries under four carbon pricing scenarios ($0-$120/ton CO 2 e). A 47,520-variable formulation was solved using IBM ILOG CPLEX via two-phase warm-start at <0.5% optimality gap. Results Dual-coastline routing reduces total costs 18.2% ($107B) while simultaneously reducing transport emissions 18.5%—a no-regret intervention generalizable to Morocco, Egypt, Oman, and Australia. Carbon pricing drives pathway diversification: ammonia share falls from 70.3% to 50.4%, and liquefied hydrogen rises from 24.6% to 35.7%, achieving 31% emission reduction at a marginal abatement cost of $29.7/ton CO 2 e—competitive with industrial carbon capture and storage ($25–$60/ton). Distance thresholds emerge: compressed hydrogen below 2,000 nautical miles, liquefied hydrogen at 2,000–5,500 nautical miles, and ammonia above 5,500 nautical miles, each shifting 1,000–1,500 nautical miles under $60–$120/ton pricing. Capital constraints ($10B/year) achieve 69.3% of unconstrained volume with 39.8% of investment, but worsen specific emissions 19.7% (17.3 → 20.7 kg CO 2 e/kg H 2 ). Discussion Capital availability, not technical feasibility, is the binding constraint for simultaneously meeting volume and emission targets. The framework generalizes to climate infrastructure sharing investment lock-in dynamics, discrete facility sizing, geographic emission constraints, and capital limitations, supporting a phased Saudi strategy reaching 16–21 Mt/year by 2045 ($200–$253B cumulative investment).
🔗 Provenance — このレコードを発見したソース
- openalex https://doi.org/10.3389/fenvs.2026.1761756first seen 2026-05-05 19:12:31
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gxceed は公開メタデータに基づく研究支援データセットです。要約・翻訳・解説は AI 支援で生成されています。 最終的な解釈・検証は利用者が原典資料に基づいて行うことを前提とします。