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Decarbonizing Coastal Shipping: Voyage-Level CO2 Intensity, Fuel Switching and Carbon Pricing in a Distribution-Free Causal Framework

沿岸海運の脱炭素化：航海レベルのCO2原単位、燃料転換、および分布自由な因果フレームワークにおける炭素価格 (AI 翻訳)

Murat Yıldız, Abdurrahim Akgundogdu, Güldem Elmas

Sustainability📚 査読済 / ジャーナル2026-01-10#炭素価格Origin: Global
DOI: 10.3390/su18020723
原典: https://doi.org/10.3390/su18020723

🤖 gxceed AI 要約

日本語

本研究は、IMOのCIIとEU ETSに対応するため、航海レベルのCO2原単位を予測する分布自由な因果フレームワークを開発した。ナイジェリア沿岸4航路の1440航海データを用い、物理知識に基づくLightGBMとLOROプロトコルで未観測航路を高精度予測（MAE 40.7 kg CO2/nm）。Causal Forestsにより燃料転換効果の不均一性を発見し、炭素価格が約100 USD/tCO2を超えると経済的燃料転換が可能になることを示した。

English

This study develops a distribution-free causal forecasting framework for voyage-level CO2 intensity, using 1440 real-world voyages on four Nigerian coastal routes. A physics-informed LightGBM model with leave-one-route-out protocol predicts unseen corridors (MAE 40.7 kg CO2/nm). Causal Forests reveal heterogeneous fuel-switching effects (−74 to +29 g CO2/nm), and targeted diesel use becomes viable only when carbon prices exceed ~100 USD/tCO2.

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

日本は海運大国であり、IMO CIIやEU ETSへの対応が急務。本フレームワークは、航路別の燃料戦略や炭素価格感応度分析を提供し、日本船社の脱炭素計画や政策策定に示唆を与える。

In the global GX context

This paper directly addresses IMO CII and EU ETS requirements for maritime decarbonization. It provides a causal, uncertainty-aware tool for route-specific fuel strategies and identifies carbon price thresholds, offering actionable insights for global shipping operators and regulators.

👥 読者別の含意

🔬研究者:The distribution-free causal framework combining physics-informed ML, conformal prediction, and Causal Forests advances methodology for emission forecasting and treatment effect estimation.

🏢実務担当者:Shipping operators can use the route-specific fuel strategy insights to optimize fuel switching under carbon pricing, moving beyond uniform fleet-wide policies.

🏛政策担当者:The finding that targeted fuel switching requires carbon prices ~100 USD/tCO2 provides a benchmark for designing effective carbon pricing mechanisms under IMO and EU ETS.

📄 抄録（日本語訳）

沿岸海運は、国際海事機関（IMO）の炭素強度指標（CII）および欧州連合排出量取引制度（EU ETS）に基づく海事脱炭素化目標の達成において極めて重要な役割を果たすが、現状では運航者は航路別の炭素強度を予測し、燃料転換による因果効果を評価するための堅牢なツールを欠いている。本研究は、ナイジェリアの4つの沿岸航路（2022年〜2024年）における1,440件の実海域航行からなる拡張パネルデータを用いて、航海単位の二酸化炭素（CO2）強度のための分布自由な因果予測フレームワークを開発した。我々は、厳格なleave-one-route-out（LORO）プロトコルの下で訓練された物理情報に基づく単調Light Gradient Boosting Machine（LightGBM）モデルを採用し、不確実性定量化のための分割コンフォーマル予測と、不均一な処置効果推定のためのCausal Forestsを統合した。本モデルは、完全に未見の回廊における排出強度を平均絶対誤差（MAE）40.7 kg CO2/nmで予測し、90%コンフォーマル予測区間は100%の経験的カバレッジを達成した。重油からディーゼルへの転換の全体的な平均効果は無視できる程度（≈−0.07 kg CO2/nm）であった一方、Causal Forestsは有意な不均一性を明らかにし、その効果は航路条件に応じて−74 gから+29 g CO2/nmの範囲に及んだ。経済的には、対象を絞ったディーゼル使用は、炭素価格が約100 USD/tCO2を超えた場合にのみ実行可能となる。これらの知見は、効果的な沿岸脱炭素化には、静的なベースラインを超えて、不確実性を考慮した計画と、船隊全体に一律の政策ではなく、対象を絞った航路別の燃料戦略が必要であることを示している。

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）

Coastal shipping plays a critical role in meeting maritime decarbonization targets under the International Maritime Organization’s (IMO) Carbon Intensity Indicator (CII) and the European Union Emissions Trading System (EU ETS); however, operators currently lack robust tools to forecast route-specific carbon intensity and evaluate the causal benefits of fuel switching. This study developed a distribution-free causal forecasting framework for voyage-level Carbon Dioxide (CO2) intensity using an enriched panel of 1440 real-world voyages across four Nigerian coastal routes (2022–2024). We employed a physics-informed monotonic Light Gradient Boosting Machine (LightGBM) model trained under a strict leave-one-route-out (LORO) protocol, integrated with split-conformal prediction for uncertainty quantification and Causal Forests for estimating heterogeneous treatment effects. The model predicted emission intensity on completely unseen corridors with a Mean Absolute Error (MAE) of 40.7 kg CO2/nm, while 90% conformal prediction intervals achieved 100% empirical coverage. While the global average effect of switching from heavy fuel oil to diesel was negligible (≈−0.07 kg CO2/nm), Causal Forests revealed significant heterogeneity, with effects ranging from −74 g to +29 g CO2/nm depending on route conditions. Economically, targeted diesel use becomes viable only when carbon prices exceed ~100 USD/tCO2. These findings demonstrate that effective coastal decarbonization requires moving beyond static baselines to uncertainty-aware planning and targeted, route-specific fuel strategies rather than uniform fleet-wide policies.

🔗 Provenance — このレコードを発見したソース

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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。