ICEの壁を打ち破る：内燃機関の未来はどうなるのか？

内燃機関（ICE）は、間違いなく20世紀最大の革新の一つであった。これにより長距離輸送が可能となり、社会や経済に劇的な変化をもたらした。今日、内燃機関は寿命の終わりに近づいており、多くの国でガソリン車およびディーゼル車の新車販売禁止措置が、この10年および次の10年の間に施行される予定である。しかし、これは内燃機関に関連する革新の終わりを意味するものではない。

内燃機関（ICE）搭載車の販売が禁止された後も、既存のICE搭載車は必然的に今後数十年にわたり市場に残り続けることになる。現在、バッテリー式電気自動車（BEV）はICE搭載車に代わる主要な選択肢となっているが、2021年の世界自動車販売台数に占める割合はわずか6％にとどまった。自動車メーカーが現在の自動車需要を満たすためにBEVの生産を拡大するには、かなりの時間を要するだろう。しかも、人口の増加や各国の発展に伴い、需要はますます高まっている。その一方で、各国政府は依然として達成すべき包括的な気候目標を抱えている。したがって、既存のICE搭載車から排出される有害な排出ガスを削減する必要がある。そのための方法の一つが、代替燃料の利用である。

代替燃料の例としては、バイオ燃料や合成燃料が挙げられます。バイオ燃料は植物原料から製造され、それ自体はカーボンニュートラルです。つまり、燃焼時に大気中に放出される炭素の量は、原料となる植物の成長過程で吸収された量と等しくなります。しかし、まだ対応が整っていない既存の内燃機関（ICE）では、バイオ燃料で稼働させるために改造が必要となります。一方、合成燃料は、改造を必要とせずに既存のICEで使用することができます。合成燃料と、私たちが知っているガソリンやディーゼル燃料の基本的な化学構造は同じです。どちらも、炭化水素を形成する水素原子と炭素原子で構成されています。従来のガソリンやディーゼル燃料のように石油からこれらの炭化水素を得るのではなく、合成燃料用の炭化水素は、水から得られる水素と大気から抽出された炭素を用いて製造されます。バイオ燃料と同様に、合成燃料は燃焼時に、その製造過程で大気から取り込まれたのと同量の炭素を放出します。また、燃料製造用の水素や炭素を生産するプロセスに再生可能エネルギーが使用されていれば、合成燃料は完全にカーボンニュートラルとなる可能性があります。

内燃機関（ICE）を搭載した既存の車両から排出される排出ガス問題に対処するもう一つの潜在的な方法は、炭素回収である。これは、内燃機関から排出される二酸化炭素が大気中に放出される前にこれを回収し、後で利用できるよう有用な製品として貯蔵するプロセスである。例えば、回収された二酸化炭素は、前述のようにプラスチック、コンクリート、あるいは合成燃料の製造に利用することができる。従来、二酸化炭素回収技術は発電所での発電過程における二酸化炭素の回収に用いられてきました。このプロセスを小型化し、車両への適用に適応させるには課題があります。しかし、この概念の実現可能性はすでに実証されており、エネルギー企業のアラムコは、大型トラック1台の1回の走行で排出される二酸化炭素の40％を回収することに成功しています。

輸送部門からの温室効果ガス排出問題への解決策として、BEVへの移行という明確な傾向が見られるにもかかわらず、内燃機関（ICE）の設計には依然として革新の余地があるとする意見もある。「内燃機関の効率と環境影響を改善する余地」（『Transportation Engineering』第1巻、2020年6月）において、Leachらは、内燃機関の燃料消費量には依然として大幅な削減の余地があり、完全に環境に優しい交通手段を実現するには、BEVの技術と製造にはまだ課題が残されていると論じている。BEVの生産に伴う排出量は、依然として一般的にICE搭載車の生産に伴う排出量よりも高く、もちろん、BEVの環境性能は、その動力源となる電力を生産する方法次第である。 Leachらは、内燃機関の燃料消費量を削減するためにさらなる開発が可能な技術として、選択的触媒還元（SCR）、排気ガス再循環（EGR）、ガソリン圧縮着火、水噴射、リーンバーン燃焼、可変圧縮比などを挙げている。 Leachらは、ガソリン車およびディーゼル車の新車販売禁止措置は時期尚早であり、BEV技術がさらに発展する時間を確保するために延期すべきであると示唆している。その間、内燃機関技術の改良によって気候目標を達成すべきであるとしている。

結論として、内燃機関分野における今後のイノベーションは、今後数十年にわたり使用され続けると思われる既存の内燃機関（ICE）搭載車両の環境への影響をいかに低減させるかに焦点が当てられる可能性が高い。これを実現するための代替燃料の開発は有望視されており、炭素回収技術もまた、さらなる研究に値する技術の一つである。個人用交通手段は現在、カーボンニュートラル化に向けた過渡期にあり、内燃機関のイノベーションもその一環となるだろう。

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