電気燃料

電気燃料（e-燃料とも呼ばれる）は、内燃機関の代替燃料として機能する合成燃料の一種である。回収した二酸化炭素または一酸化炭素と、水分解で得られた水素を使用して製造される。^[1]電気分解は、従来の化石燃料エネルギー源だけでなく、風力、太陽光、原子力などの低炭素電力源でも可能である。^{[2] : 7  [3]}

このプロセスでは製造時に二酸化炭素を使用し、燃料が燃焼すると同量の二酸化炭素が大気中に放出されるため、全体的な炭素排出量は低くなります。したがって、電気燃料は、特に長距離貨物、海上輸送、航空輸送における輸送からの温室効果ガス排出を削減するための選択肢となります。 ^{[2] : 9–13}

主なターゲットはメタノールとディーゼルですが、他のアルコールやメタン、ブタンなどの炭素含有ガスも含まれます。

電気燃料は、水素と二酸化炭素から人工的に合成された炭化水素です。二酸化炭素は、周囲の空気（直接空気回収）、発電所などの点源（炭素回収とユーティリティ）、またはバイオマスの3つの異なるソースから抽出できます。気候に優しい生産を最大化するには、バイオマスによる大気回収または直接空気回収による空気からの直接回収が推奨されます。^{[4]バイオマスを使用する場合、必要なCO} _2を 得るにはさまざまな方法があります。これは、バイオガスまたはバイオエタノールのバイオーム生産によって達成できます。これらすべてのプロセスでは、CO _2が副産物として生成され、分離および精製する必要があります。直接空気回収プロセスでは、周囲の空気が吸い込まれ、吸着剤に移され、そこで二酸化炭素が吸収剤または吸着剤と化学結合を形成し、空気から分離されます。その後、吸着剤の再生、つまり脱着中に、熱エネルギーを追加することで二酸化炭素が分離され、さらに使用または保管できるように準備されます。^[4]

水素はさまざまな方法で生産できます。CO2を排出しないe燃料には_、グリーン水素の生産が不可欠です。^[4]再生可能電力の助けを借りて、水の電気分解の一環として、水をその成分である水素と酸素に分離することができます。

e-燃料を製造するには、水素と二酸化炭素からなる合成ガスを用意し、その後の合成プロセスで炭化水素に変換して燃料として使用します。過去には、このような合成プロセスは他の炭素源と水素源を使用して行われており、使用できるプロセスにはさまざまな種類があります。例: ^[5]

•フィッシャー・トロプシュ合成

• モバイルプロセス（メタノールからガソリンへ）

したがって、e-燃料は一次エネルギー源ではなく、二次エネルギー源です。e-燃料は、電気エネルギーを使用して、エネルギー密度、貯蔵、輸送、燃焼特性の高い燃料を生産することを可能にします。これらの燃料は、その特性と汎用性により、理論的にはあらゆる用途で化石燃料を置き換えることができます。この燃料は、化学的に化石燃料と同一であり、同一の特性を持っています。化石燃料とのこの類似性により、既存の車両だけでなく、海上輸送、パイプライン、タンカー、ガソリンスタンドネットワークなどの既存のインフラストラクチャで使用することもできます。^[4]同時に、水素の取り扱いの難しさも回避されます。

電気燃料は、ジェット燃料、ディーゼル燃料、燃料油などの輸送に使用される燃料の補足および最終的な代替として広く考えられています。^[2]

2018年にAgora Verkehrswendeが発表した調査「電気ベースの合成燃料の将来コスト」によると、e-fuelなどの合成燃料が競争力のある価格を提供するには、2つの前提条件を満たす必要がある。まず、e-fuelを生産するためのプラント複合施設には非常に高い投資コストが必要であり、その結果として固定費が高くなるため、全負荷時間を長くすることが不可欠である。運転時間が長くなるごとにコストが削減される。調査によると、少なくとも年間3,000～4,000時間の全負荷時間が必要である。 ^[6]

2 番目に重要な点は、安価な電気料金です。e-燃料の合成には非常に大量の電力が必要であり、変換損失を伴います。価格をできるだけ低く抑えるには、安価な再生可能電力が不可欠です。

このため、著者らは北海やバルト海などの地域の洋上風力タービンからの再生可能電力を使用する代わりに、日当たりが良く風の強い地域で生産することを推奨している。調査した地域のうち3つは条件が優れており、価格を大幅に引き下げる可能性があった。たとえば、北アフリカと中東の太陽光発電システムを利用することで、合成液体燃料の生産コストは2030年までに1キロワット時あたり11セント（€ct/kWh）にまで達する可能性があり、これは1リットルあたり0.96ユーロ、1ガロンあたり3.63ユーロに相当する（2024年5月26日の税抜き計算に基づくと1ガロンあたり3.94米ドル）。著者らによると、もう1つの注目すべき場所は、既存の地熱エネルギーを使用しているアイスランドである。^[6]

同様の調査結果は、プログノスAG、フラウンホーファー環境・安全・エネルギー技術研究所、ドイツバイオマス研究センター（DBF）による2018年の報告書でも報告されています。彼らのデータによると、2050年までにMENA地域で生産し、フィッシャー・トロプシュ法を利用した場合、金利、電気分解効率、直接空気回収コスト、電気コスト、投資および生産コストなどのさまざまなパラメータに応じて、製造コストは少なくとも0.70ユーロ/リットルから1.30ユーロ/リットル（2024年5月26日の計算に基づくと1ガロンあたり2.88米ドルから5.34米ドル）の範囲になる可能性があります（税抜き）。^[5]

輸送用液体電気燃料の研究に対する主な資金源は、エリック・トゥーンが率いるエネルギー高等研究計画局（ARPA-E ）の電気燃料プログラムであった。 ^[7] ARPA-Eは、オバマ大統領のエネルギー長官スティーブン・チューの下で2009年に創設され、国防高等研究計画局（ DARPA ）の有効性を再現しようとするエネルギー省の試みである。このプログラムの下で資金提供を受けたプロジェクトの例としては、マイケル・リンチが率いるOPXバイオテクノロジーズのバイオディーゼル開発プロジェクト^[8]や、マサチューセッツ大学アマースト校のデレク・ラヴリーによる微生物電気合成研究^[9]などがあり、この研究では、 CO2_を原料として初めて液体電気燃料が生成されたと報告されている。^{[10] [11]}

アメリカ化学工学会が主催した最初の電気燃料会議は、2011年11月にロードアイランド州プロビデンスで開催されました。 ^[12]その会議で、エリック・トゥーン所長は「プログラム開始から18か月が経ち、効果があることはわかっています。これを意味のあるものにできるかどうかを知る必要があります」と述べました。いくつかのグループは原理実証を終え、費用対効果の高い規模拡大に取り組んでいます。現在、ポルシェはこれらのプロジェクトのリーダーと考えられており、燃料1ガロンあたりの推定コストは45ドルです。^[13]

カーボンニュートラルな電気燃料が石油燃料よりも安価で、電気合成によって生産される化学原料が原油から精製されたものよりも安価であれば、電気燃料は破壊的な影響を与える可能性があります。電気燃料は、あらゆる資源からの再生可能エネルギーを液体燃料として便利に貯蔵し、削減を減らすことができるため、再生可能エネルギーの状況を変える大きな可能性を秘めています。^[3]

2014年現在、水圧破砕ブーム^{[アップデート]}の影響で、ARPA-Eの焦点は電気原料から天然ガスベースの原料に移り、電気燃料から離れました。^[14]

2021年、アウディはe-ディーゼルとe-ガソリンのプロジェクトに取り組んでいると発表した。^{[15] 2020年に元F1エンジニアの}パディ・ロウによって設立された英国企業ゼロは、持続可能な燃料を生み出すために「石油合成」と呼ぶプロセスを開発し、オックスフォード近郊のビスター・ヘリテージ・ビジネスセンターに開発工場を設立した。^[16]

ステランティス（主要ブランド：アルファロメオ、プジョー、オペル、シトロエン、クライスラー）は、2023年9月に、ヨーロッパで2,800万台の車両にエレクトロフューエルを使用することを承認すると発表した。この情報は、サウジアラムコとの協力による長いテストプロセスの後に得られたものである。2014年以降にヨーロッパに設置された24のエンジンファミリーは、排気ガス、始動性、エンジン性能、信頼性、耐久性、オイル希釈、燃料タンク、燃料ラインとフィルター、極寒と高温での燃料性能についてテストされた。ステランティスは、2050年までに最大4億トンの_{CO2を削減すると見込んでいる。} ^[17]

2023年にNATOエネルギー安全保障センター・オブ・エクセレンスが発表した研究では、e-燃料は陸、海、空の領域にわたる軍事移動のための最も有望な脱炭素化経路の1つを提供すると結論付けられました。^[18]

世界には、再生可能エネルギーの潜在性が他地域よりも著しく高い地域があります。eFuel Allianceなどの情報源によると、評価では車両の効率だけでなく、エネルギーシステムによって生成されたエネルギーのうちどれだけが運動エネルギーに変換できるかも考慮する必要があります。ただし、再生可能エネルギーのこの高い潜在性は、需要がそれほど顕著ではない地域に存在することがよくあります。この電気エネルギーを液体エネルギーキャリアに変換することで、液体の輸送は電気よりも簡単なので、より実現可能な輸送が可能になります。

このような状況下で、いくつかの研究によれば、高潜在的地域におけるエネルギー施設の発電を考慮し、内燃機関車両とバッテリー電気自動車の両方のエネルギー施設の全負荷時間を比較すると、内燃機関車両の効率が大幅に向上する可能性があります。カールスルーエ工科大学によると、内燃機関の効率の悪さは、発電量の増加によって相殺できます。一部の好ましい場所では、全負荷時間が最大 3 倍になり、他の場所にある同じ容量の同じ施設の最大 3 倍の電力を生成できます。

フロンティア・エコ​​ノミクスは2020年の調査で、再生可能エネルギーの潜在性が非常に高い好立地を利用することで、内燃機関車はバッテリー電気自動車と同様の効率を達成できることを発見した。この同様の効率は、好立地での電力生産量の増加によって確保され、これは電力から燃料への変換アプリケーションを通じて活用される。この調査結果によると、効率比は5～7ではなく、むしろ管理可能な1.6である（例えば、「モビリティの総合効率」の数字）。^[19]

eFuelアライアンスは、「電気燃料の効率性の欠如という見方は誤解を招くものであり、世界のエネルギー転換にとって重要なのは、電気の最終使用の効率性ではなく、再生可能エネルギーからいかに効率的に電気を生産し、使用可能にできるかである」と述べている。^[20]

電気燃料を生産すると主張する現在のプロセスのいくつかは、再生不可能な化石燃料によって生成された電気によって駆動されています。学者は、その直感に反する性質にもかかわらず、電気燃料生産の初期段階ではこれらの方法の必要性を認めています。^[21]

欧州運輸環境連盟（擁護団体）は、2021年までに航空部門に電子灯油を導入する必要があると勧告した。これは、航空部門の気候への影響を大幅に削減できるためである^[22]。海運部門でも同様である。 ^[23]また、自動車での電気燃料の使用は、製造時に回収されるCO2のほかに_、メタン（CH4 _）と亜酸化窒素（_{N2O ）という2つの重要な}温室効果ガスを排出する。地域の大気汚染は依然として懸念されており、直接電化に比べて効率が5倍低い。^[24]

欧州では、電気燃料のクラスを「非生物起源の再生可能液体および気体輸送燃料」（RFNBO）と定義しています。化学的には一般的なe-fuelと同じですが、要件がより厳しくなっています。電力は、e-fuel施設と同じ入札ゾーンにある新しい再生可能で補助金のない発電所で生産されなければならず、電力生産とe-fuel生産は同時に行われなければならず、炭素源は特定の種類でなければなりません。^{[3] [25]}

2022年9月、フィンランドのQ Power社はP2X Solutions社に、フィンランドのハルヤヴァルタにある20MWのグリーン水素製造プラントの隣に2024年に納入される合成メタン製造ユニットを販売した。^[26 ] Ren-Gas社は、フィンランドのタンペレ、ラハティ、コトカ、ミッケリ、ポリで複数の合成メタン製造プロジェクトを展開している。^[27]

2020年末、ポルシェは風力発電から合成メタノールを製造するチリのハル・オニプロジェクトを含む電気燃料への投資を発表した。 ^[28] 2022年12月、ポルシェとチリのハイリー・イノベイティブ・フューエルズは、チリのプンタ・アレナスにハル・オニパイロットプラントを開設した。このプラントは風力発電をベースにしており、パイロット段階では年間約130 m3のeFuelを生産し、2020年代半ばまでに年間55,000 m3に拡大し^、さらに2年後には550,000 m3^に拡大し、その港から輸出される予定である。^[29] 2023年時点で、この施設は年間34,340ガロンの生産に成功しており、商業的な応用は後日予定されている。^[30]

• Lovett, Richard A. (2013 年 6 月 17 日)。「電気燃料: 帯電微生物がガソリン代替品を「排泄」する可能性」ナショナル ジオグラフィック。2013 年 6 月 20 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年7 月 23 日閲覧。(サブスクリプションが必要です)
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