Loading article…
代替燃料（非従来型燃料および先進燃料とも呼ばれる） [ 1 ]は、石油以外の供給源から得られる燃料である。[ 2 ]代替燃料には、プロパン、天然ガス、メタン、アンモニアなどの気体化石燃料、バイオディーゼル、バイオアルコール、廃棄物由来燃料などのバイオ燃料、水素や電気などのその他の再生可能燃料が含まれる。[ 3 ]
これらの燃料は、輸送におけるガソリンやディーゼルなどの炭素集約型エネルギー源の代替として使用されることを意図しており、脱炭素化と汚染の削減に貢献することができます。[ 2 ] [ 4 ] [ 5 ]また、代替燃料は、排気ガス中の二酸化窒素や二酸化窒素、二酸化硫黄、その他の有害ガスなどの非炭素排出量を削減することも示されています。これは、有毒ガスが蓄積しやすい鉱業などの産業では特に重要です。
欧州連合では、代替燃料は、 2014年10月22日の欧州議会及び理事会指令2014/94/EU（代替燃料インフラの展開に関する指令）によって定義されている。
「代替燃料」とは、輸送部門へのエネルギー供給において、少なくとも部分的に化石石油資源の代替として機能し、輸送部門の脱炭素化に貢献し、輸送部門の環境性能を向上させる可能性のある燃料または動力源を意味する。これには、とりわけ以下のものが含まれる。
— 2014年10月22日の欧州議会及び理事会指令2014/94/EU（代替燃料インフラの展開に関する指令）。
米国では、EPAは代替燃料を次のように定義している。
代替燃料には、水素、天然ガス、プロパンなどの気体燃料、エタノール、メタノール、ブタノールなどのアルコール類、植物油や廃棄物由来の油、そして電気が含まれます。これらの燃料は、単一燃料を燃焼させる専用システム、あるいはハイブリッド電気自動車やフレキシブル燃料車のように、従来のガソリンやディーゼルなどの他の燃料と混合するシステムで使用できます。
— EPA [ 6 ]
カナダでは、1996年以降、代替燃料規制SOR/96-453代替燃料法により、代替燃料が以下のように定義されています。
本法第2条(1)項における代替燃料の定義の目的上、自動車の直接推進エネルギーの唯一の供給源として使用される以下のものは、代替燃料として規定される。
—代替燃料規制 (SOR/96-453) [ 7 ]
中国では、代替燃料車は、代替燃料車の現地生産に関する技術ガイドラインに準拠する必要があります。すなわち、 10万キロメートル（6万2000マイル）以上の耐用年数を持ち、完全充電には7時間未満でなければなりません。充電開始から30分以内に最大80%の充電が可能でなければなりません。さらに、純粋な電気自動車は、0.16 kWh/km未満の電力消費量でなければなりません。[ 8 ]
バイオ燃料も再生可能エネルギー源とみなされています。再生可能エネルギーは主に発電に利用されますが、代替燃料の製造にも何らかの形で、あるいは一定割合の再生可能エネルギーが利用されていると一般的に考えられています。より適したバイオ燃料作物の発見と、これらの作物の油収率向上に関する研究が現在も続けられています。現在の収率では、化石燃料の使用を完全に代替するのに十分な量の油を生産するには、膨大な耕作地と淡水が必要となるでしょう。
エネルギー生産業界におけるバイオマスとは、燃料または工業生産に利用できる、生きている、あるいは最近死んだ生物材料のことです。既存の発電設備やインフラを無駄にすることなく再生可能エネルギー発電に転換するために、石炭火力発電所が石炭からバイオマスに切り替えていることから、バイオマスは石炭火力発電所で人気が高まっています。バイオマスは、食用や飼料に利用されない植物または植物由来の材料を指すことが多く、特にニトロセルロースバイオマスと呼ばれます。エネルギー源としてのバイオマスは、燃焼によって直接熱を発生させるか、さまざまな形態のバイオ燃料に変換してから間接的に利用することができます。
藻類由来のバイオ燃料は、原油を原料とする輸送問題に対する万能薬としてメディアで宣伝されてきた。藻類は、1エーカーあたり年間2000ガロン以上の燃料を生産できる可能性がある。[ 9 ]藻類由来の燃料は、米海軍によって試験運用されている。[ 10 ]藻類由来のプラスチックは、廃棄物を削減する可能性があり、藻類プラスチックの1ポンドあたりのコストは、従来のプラスチックの価格よりも安くなると予想されている。[ 11 ]
バイオディーゼルは、動物性脂肪または植物油、つまりアトロフィー、大豆、ヒマワリ、トウモロコシ、オリーブ、ピーナッツ、パーム、ココナッツ、サフラワー、キャノーラ、ゴマ、綿実などの植物由来の再生可能な資源から作られます。これらの脂肪または油から炭化水素を濾過し、メタノールなどのアルコールと組み合わせると、この化学反応によってディーゼルが生成されます。これらの原料は、純粋なディーゼルと混合してさまざまな割合で使用したり、単独で使用したりできます。混合方法に関わらず、バイオディーゼルは、従来のディーゼルよりもクリーンかつ効率的に燃焼するため、汚染物質（一酸化炭素、粒子状物質、炭化水素）の排出量が少なくなります。LSD（超低硫黄ディーゼル）の開発により通常のディーゼルの硫黄含有量が削減されたとしても、バイオディーゼルは硫黄を含まないため、そのレベルを上回ります。[ 12 ]
メタノールとエタノールは主要なエネルギー源であり、エネルギーの貯蔵と輸送に便利な燃料です。これらのアルコールは、代替燃料として内燃機関で使用できます。ブタンにはもう1つの利点があります。それは、タンクローリーや鉄道貨車だけでなく、既存の石油製品パイプライン網で容易に輸送できる唯一のアルコール系自動車燃料であることです。[ 13 ]
アンモニア（NH 3）は燃料として使用できます。[ 15 ] [ 16 ]船舶におけるアンモニアの利点には、温室効果ガスの排出量削減が含まれます。[ 17 ]アンモニアを窒素ガスと水素ガスに変換する研究を通じて、窒素削減は燃料電池や燃焼エンジンの構成要素として検討されています。[ 18 ]
アンモニアは、水素を液体の形で運ぶ最も単純な分子です。炭素を含まず、再生可能エネルギーを使用して製造できます。アンモニアは、貯蔵と流通が比較的容易であるため、すぐに移行燃料になる可能性があります。[ 19 ]
乳化燃料は、燃料の燃焼特性を向上させるために作られた、油中水エマルジョンに混合された複数の成分を含んでいます。[ 20 ]ディーゼルも水と乳化させて燃料として使用できます。[ 21 ]エンジン効率の向上と排気ガス排出量の削減に役立ちます。[ 22 ]
カーボンニュートラル燃料とは、発電所の排ガスからリサイクルされた廃二酸化炭素を水素化するために使用された再生可能エネルギーまたは原子力エネルギーから製造される、あるいは海水中の石炭酸から得られる合成燃料（メタン、ガソリン、ディーゼル燃料、ジェット燃料など）のことである。[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]これらの燃料は、大気中の温室効果ガスの正味増加をもたらさないため、潜在的にカーボンニュートラルである。[ 27 ] [ 28 ]カーボンニュートラル燃料が化石燃料を置き換える場合、あるいは廃炭素または海水中の石炭酸から製造され、その燃焼が煙道または排気管での炭素回収の対象となる場合、それらは二酸化炭素の排出量をマイナスにし、大気から二酸化炭素を正味除去するため、温室効果ガス対策の一形態となる。[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]このようなカーボンニュートラルおよびカーボンネガティブ燃料は、水の電気分解によって水素を生成し、それを用いてサバティエ反応でメタンを生成することによって製造できます。生成されたメタンは、合成天然ガスとして発電所で後日燃焼するために貯蔵したり、パイプライン、トラック、またはタンカー船で輸送したり、フィッシャー・トロプシュ法などのガス液化プロセスで使用して従来の輸送用燃料や暖房用燃料を製造したりできます。[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]
カーボンニュートラル燃料は、再生可能エネルギーの分散型貯蔵に提案されており、風力や太陽光の断続性の問題を最小限に抑え、既存の天然ガスパイプラインを通じて風力、水力、太陽光発電を送電することを可能にします。このような再生可能燃料は、車両群の電動化や水素または他の燃料への転換を必要とせずに、輸入化石燃料のコストと依存の問題を軽減し、互換性があり手頃な価格の車両を継続して可能にすることができます。[ 32 ]ドイツは、250キロワットの合成メタンプラントを建設し、10メガワットに拡張しています。[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]アウディは、ドイツのヴェルルテにカーボンニュートラル液化天然ガス（LNG）プラントを建設しました。[ 38 ]このプラントは、 A3 Sportback g-tron自動車で使用されるLNGを相殺するための輸送燃料を生産することを目的としており、初期容量で年間2,800メトリックトンのCO2を環境から排除することができます。[ 39 ]サウスカロライナ州コロンビア、[ 40 ]カリフォルニア州カマリロ、[ 41 ]およびイングランドのダーリントンでも他の商業開発が行われている。[ 42 ]
燃料にリサイクルするための炭素の最も安価な供給源は、化石燃料燃焼からの排ガス排出物であり、1トンあたり約7.50米ドルで抽出できます。[ 25 ] [ 28 ] [ 33 ]自動車の排気ガス回収も経済的であると提案されていますが、大規模な設計変更または改造が必要になります。[ 43 ]海水中の炭酸は大気中の二酸化炭素と化学平衡状態にあるため、海水からの炭素抽出が研究されています。 [ 44 ] [ 45 ]研究者らは、海水からの炭素抽出には1トンあたり約50ドルかかると推定しています。[ 26 ]大気からの炭素回収は、1トンあたり600ドルから1000ドルとより高価であり、燃料合成や炭素隔離には非実用的であると考えられています。[ 28 ] [ 29 ]
夜間の風力発電は、燃料を合成するための最も経済的な電力形態と考えられています。これは、電力の負荷曲線が日中の最も暖かい時間帯に急激にピークを迎えるのに対し、風は日中よりも夜間にやや強く吹く傾向があるためです。したがって、夜間の風力発電の価格は、他のどの代替手段よりもはるかに安価になることがよくあります。米国の風力発電普及率の高い地域では、2009年のオフピーク時の風力発電価格は平均で1キロワット時あたり1.64セントでしたが、1日のうち最も安価な6時間ではわずか0.71セント/kWhでした。[ 32 ]通常、卸売電力は日中は1kWhあたり2～5セントです。[ 46 ]商業燃料合成会社は、原油価格が1バレルあたり55ドルを超えると、石油燃料よりも安く燃料を生産できると示唆しています。[ 47 ]米海軍は、原子力によるジェット燃料の艦上生産には1ガロンあたり約6ドルかかると推定しています。 2010年の石油燃料費の約2倍であったが、最近の傾向が続けば5年以内に市場価格よりはるかに安くなると予想される。さらに、空母打撃群への燃料の輸送には1ガロンあたり約8ドルかかるため、艦上での生産はすでにかなり安価である。[ 48 ]しかし、米国の民間原子力発電は風力発電よりもかなり高価である。[ 49 ]海軍の推定では、100メガワットで1日あたり41,000ガロンの燃料を生産できることから、風力発電による地上での生産は1ガロンあたり1ドル未満で済むことがわかる。[ 50 ]
水素は排出物のない燃料です。水素燃焼の副産物は水ですが、水素が空気と燃焼すると、一酸化窒素（NOx）が生成されます。 [ 51 ] [ 52 ]
もう一つの燃料はギ酸です。この燃料は、まずギ酸を水素に変換し、それを燃料電池で使用することによって利用されます。ギ酸は水素よりもはるかに簡単に貯蔵できます。[ 53 ] [ 54 ]
HCNG （またはH2CNG）は、圧縮天然ガスとエネルギー比で4～9パーセントの水素の混合物です。[ 55 ]水素は、圧縮着火エンジンの燃焼特性を向上させるための水酸化物ガス としても使用できます。[ 56 ]水酸化物ガスは、水の電気分解によって得られます。[ 57 ]
プロパンは、複数の供給源から得られる、燃焼効率が高く高性能な燃料です。プロパン、LPG（液化プロパンガス）、LPA（液化プロパンオートガス）、オートガスなど、様々な名称で知られています。プロパンは炭化水素燃料であり、天然ガスの一種です。
自動車燃料としてのプロパンは、ガソリンと多くの物理的特性を共有しながら、排気ガス排出量と、燃料の採掘から走行までの全体的な排出量を削減します。プロパンは世界でナンバーワンの代替燃料であり、豊富な供給量、低圧での液体貯蔵、優れた安全実績、そして従来の燃料と比較して大幅なコスト削減を実現します。[ 58 ]
プロパンは、混合物のブタン/プロパン比の組成に応じて、104～112のオクタン価を示します[ 59 ] 。液体噴射形式のプロパンオートガスは、燃焼エンジンのシリンダー内で液体から気体への相変化を捉え、「インタークーラー」効果を生み出し、シリンダー温度を下げ、空気密度を高めます[ 60 ] 。その結果、点火サイクルをより進めることができ、エンジンの燃焼効率が向上します。
プロパンには添加剤、洗剤、その他の化学的な改良剤が含まれていないため、排気管からの排気量がさらに低減されます。また、燃焼がよりクリーンになることで、粒子状物質の排出量が少なくなり、シリンダー内でガスが完全に燃焼するためNOxの排出量も減少します。さらに、排気温度が高くなることで触媒の効率が向上し、エンジン内部への酸や炭素の堆積が少なくなるため、潤滑油の寿命が延びます。
プロパンオートガスは、他の天然ガスや石油製品とともに油井で生成されます。また、精製プロセスの副産物でもあり、市場へのプロパン供給量をさらに増加させます。
プロパンは、約5バール（73psi ）の圧力で液体の状態で貯蔵および輸送されます。最新の給油設備を使用すれば、車両への給油速度はガソリンとほぼ同じです。プロパン充填所は、車両燃料を移送するためのポンプのみを必要とし、通常3,000psi （210バール）以上の圧力で維持される圧縮天然ガスとは異なり、高価で時間のかかる圧縮システムを必要としません。
車両においては、プロパンオートガスはほぼすべてのエンジンに後付け可能であり、燃料費の削減と排出量の低減を実現するとともに、既存の大規模なプロパン燃料供給インフラがコンプレッサーを必要とせず、他の代替燃料の生産から走行までのライフサイクルにおける無駄も発生しないため、システム全体としてより効率的である。
圧縮天然ガス（CNG）と液化天然ガス（LNG）は、従来の液体自動車燃料に代わる、よりクリーンな燃料である。
CNG車は再生可能なCNGと再生不可能なCNGの両方を使用できる。[ 61 ]
従来のCNGは化石燃料である。水平掘削や水圧破砕などの新しい技術により、非在来型ガス資源に経済的にアクセスできるようになり、天然ガスの供給量が根本的に増加したと考えられる。[ 62 ]
再生可能天然ガスまたはバイオガスは、輸送燃料として使用できる天然ガスと同様の特性を持つメタンベースのガスです。現在のバイオガスの発生源は主に埋立地、 下水、動物/農業廃棄物です。プロセスタイプに基づいて、バイオガスは、嫌気性消化によって生成されるバイオガス、埋立地から収集され、微量汚染物質を除去するために処理された埋立地ガス、および合成天然ガス（SNG）に分類できます。[ 61 ]
CNGは世界中で500万台以上の車両に動力を供給しており、そのうち15万台強が米国にある[ 63 ]。米国での使用は劇的に増加している[ 64 ] 。
天然ガスは燃焼時に他の化石燃料よりもスモッグの原因となる汚染物質の排出量が少ないため、天然ガス車に切り替えた都市部では空気がきれいになっていることが確認されている。[ 65 ]排気管からのCO2排出量はガソリンやディーゼルに比べて15～25%削減できる。[ 66 ]削減効果が最も大きいのは、中型・大型トラック、小型トラック、ごみ収集車セグメントである。[ 66 ]
バイオガスを使用することで、CO2排出量を最大88%削減することが可能です。[ 67 ]
天然ガスと水素はどちらも空気より軽く、混合することができる。[ 68 ]
原子力発電とは、制御された核反応によって原子核から利用可能なエネルギーを取り出すように設計されたあらゆる原子力技術のことである。現在、唯一の制御された方法は、核分裂性燃料における核分裂を利用するものであり（その後の放射性崩壊から得られるエネルギーはごくわずかである）、制御された発電のための核融合の利用はまだ実用的ではないが、活発な研究分野である。[ 69 ]
原子力発電は一般的に、原子炉で水などの作動流体を加熱し、その蒸気圧を利用して発電や水上推進などの機械的動力に変換する。現在、世界の電力の15%以上が原子力発電によって供給されており、150隻以上の原子力艦艇が建造されている。
理論上、原子炉からの電力は宇宙での推進にも使用できるが、宇宙飛行で実証されたことはまだない。TOPAZ原子炉のような小型原子炉は、可動部品を最小限に抑え、核エネルギーをより直接的に電気に変換する方法を採用しているため、宇宙ミッションに有用だが、この電力はこれまで他の目的で使用されてきた。核分裂による電力は、無人宇宙船を含む多くの宇宙船で使用されてきた。ソ連は1988年まで、RORSAT軍事レーダー衛星に33基の原子炉を搭載し、そこで発電された電力は地球の海洋上の船舶の位置を特定するレーダー装置に電力を供給していた。米国も1965年にSNAP-10Aミッションで実験用原子炉を1基搭載した。
トリウムをベースとした原子力発電炉も、近年活発な研究分野となっています。多くの科学者や研究者がこれを支持しており、NASAゴダード宇宙研究所の元所長であるジェームズ・ハンセン教授は、「40年以上気候変動を研究してきた私には、化石燃料に代わる適切なエネルギー源を開発しない限り、世界は気候災害に向かっていることは明らかです。より安全で、よりクリーンで、より安価な原子力発電は石炭に代わることができ、解決策の不可欠な部分として切実に必要とされています」と述べていると伝えられています。[ 70 ]トリウムは自然界でウランの3～4倍多く存在し、その鉱石であるモナザイトは、水域沿いの砂によく見られます。トリウムは、ウランよりも入手しやすい可能性があるため、注目を集めています。ウラン鉱山は地下に密閉されているため、鉱夫にとって非常に危険ですが、トリウムは露天掘りで採掘されます。[ 71 ] [ 72 ]モナザイトはオーストラリア、米国、インドなどの国々に存在し、地球を数千年にわたって動かすのに十分な量があります。[ 73 ] ウラン燃料の原子炉の代替として、トリウムは核拡散を助長し、テクネチウム99（半減期20万年以上）のような深地層処分場用の放射性廃棄物を生成し、 [ 74 ]燃料サイクルが長いことが証明されています。[ 72 ]
実験段階および現在稼働中のトリウム燃料原子炉の一覧については、「トリウム燃料サイクル § トリウム燃料原子炉一覧」を参照してください。
さらに、放射性同位体は、地上と宇宙の両方で代替燃料として使用されてきました。地上での使用は、同位体の盗難の危険性や、装置を開けた場合の環境破壊の危険性から減少しています。放射性同位体の崩壊は、多くの宇宙探査機、特に太陽光が弱く低温が問題となる外惑星探査機で熱と電気の両方を生成します。放射性同位体を燃料として使用する放射熱発電機（RTG）は、核連鎖反応を維持するのではなく、放射性同位体の崩壊から電気を生成します。[ 75 ]
{{cite conference}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク){{cite web}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク){{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=（ヘルプ）