排気ガス

排気ガスまたは煙道ガスは、天然ガス、ガソリン、ディーゼル燃料、重油、バイオディーゼル混合物、^[1]、石炭などの燃料の燃焼の結果として排出されます。エンジンの種類に応じて、排気管、煙道ガススタック、または推進ノズルから大気中に排出されます。排気ガスは、多くの場合、排気プルームと呼ばれるパターンで風下に拡散します。

これは自動車の排出ガス（および定置型内燃機関の排出ガス）の主成分であり、クランクケースのブローバイや未使用のガソリンの蒸発も含まれる場合があります。

自動車の排気ガスは大気汚染の一般的な原因であり、一部の大都市ではスモッグ発生の主要因となっている。マサチューセッツ工科大学（MIT）による2013年の調査では、自動車の排気ガスが原因で米国だけで年間53,000人の早死にが発生していると報告されている。^[2]同じ大学の別の調査によると、英国だけでも交通排気ガスだけで毎年5,000人が死亡している。^[3]

燃焼ガスの大部分は窒素(N ₂ )、水蒸気 (H ₂ O) (純炭素燃料を除く)、二酸化炭素(CO ₂ ) (炭素を含まない燃料を除く) です。これらは有毒でも有害でもありません (ただし、水蒸気と二酸化炭素は気候変動の原因となる温室効果ガスです)。燃焼ガスの比較的小さな部分は、不完全燃焼による一酸化炭素(CO)、未燃焼燃料による炭化水素(正しくは C _x H _yと示されますが、排出ガス試験票では通常単に「HC」と示されます) 、過度の燃焼温度による窒素酸化物(NO _x )、粒子状物質(主にすす) などの望ましくない、有害または毒性のある物質です。

排気ガス温度 (EGT) は、内燃機関の触媒コンバーターの機能にとって重要です。排気ガス温度は、排気ガス温度計で測定できます。EGT は、ガスタービン エンジンのエンジン状態を測る指標でもあります (下記参照)。

数時間運転していなかった車のエンジンを始動してから最初の 2 分間は、排出量が非常に多くなることがあります。これには主に 2 つの理由があります。

• 冷えたエンジンにおける濃厚空燃比の要件: 冷えたエンジンを始動すると、燃料が完全に気化せず、炭化水素と一酸化炭素の排出量が多くなります。これは、エンジンが動作温度に達するまで減少しません。この始動段階の所要時間は、コンピューター制御の燃料噴射、吸気長の短縮、燃料および/または吸入空気の予熱など、材料と技術の進歩によって短縮されました。
• 低温状態での触媒コンバータの非効率性: 触媒コンバータは、作動温度まで暖まるまでは非常に非効率です。この時間は、コンバータを排気マニホールドに近づけ、小型ですぐに加熱できるコンバータを排気マニホールドに直接配置することで大幅に短縮されました。小型コンバータは始動時の排出ガスを処理し、大型のメインコンバータが加熱するのに十分な時間を確保します。^[4] 電気加熱、熱電池、化学反応予熱、炎加熱、超断熱など、さまざまな方法でさらに改善できます。

2000年10月に施行された 欧州排出基準EURO IIIと同等

2000 年、米国環境保護庁は、小型車両に対するより厳しい排出ガス基準の施行を開始しました。この要件は 2004 年型車両から段階的に導入され、2007 年末までにすべての新車および小型トラックは更新された基準を満たすことが義務付けられました。

火花点火エンジンでは、燃料と空気の混合気の燃焼によって生じるガスを排気ガスと呼びます。その組成はガソリン エンジンからディーゼル エンジンまでさまざまですが、おおよそ次のレベルです。

「ディーゼル」の酸素含有量が 10% というのは、エンジンがアイドリング状態、たとえばテスト装置で作動していた場合である可能性が高い。ディーゼルエンジンは常に燃料よりも空気が過剰の状態で作動するが、エンジンが負荷状態で作動している場合は酸素含有量ははるかに少なくなる。^[要出典] ガソリンエンジンの CO 含有量は、燃料噴射装置と触媒コンバーターを備えたよく調整されたエンジンでは約 15 ppm であるのに対し、小型発電機や園芸機器によく見られる、高度に調整されたキャブレターエンジンでは最大 100,000 ppm (10%) である。^[8]

ニトロメタンを燃料とする内燃機関の排気ガスには腐食性の硝酸蒸気が含まれており、吸入すると筋肉反応を起こして呼吸が不可能になる。これにさらされる可能性のある人は防毒マスクを着用する必要がある。^[9]

• 航空機のガスタービン エンジンでは、「排気ガス温度」(EGT) がエンジンの状態を測る主な基準です。通常、EGT は「エンジン圧力比」(EPR) と呼ばれる主要なエンジン出力指標と比較されます。たとえば、フル パワー EPR では、最大許容 EGT 制限があります。エンジンが寿命の途中でこの EGT 制限に達すると、問題を修正するためにエンジンに特定のメンテナンスが必要になります。EGT が EGT 制限を下回る量は、EGT マージンと呼ばれます。エンジンの EGT マージンは、エンジンが新品の場合、またはオーバーホールされた場合に最大になります。ほとんどの航空会社では、この情報は航空会社のメンテナンス部門によってACARSによってリモートで監視されています。

ジェットエンジンやロケットエンジンでは、推進ノズルからの排気ガスは、用途によっては衝撃ダイヤモンドを呈する。^[要出典]

• 排気ガス

蒸気機関の用語では、排気される蒸気は圧力が非常に低くなり、もはや有用な働きができなくなります。

一酸化窒素NOとNO2 _（ NOx ）は、このように生成されたものでも、雷によって自然に生成されたものでも、アンモニア、水分、その他の化合物と反応して、硝酸蒸気および関連粒子を形成します。小さな粒子は敏感な肺組織に深く浸透して損傷を与え、極端な場合には早死にする可能性があります。NO種の吸入は肺がん^[17]および大腸がん^{[18 ]のリスクを高めます。また、そのような粒子を吸入すると、}肺気腫や気管支炎、心臓病などの呼吸器疾患を引き起こしたり、悪化させたりする可能性があります。^{[19] [20] [21]}

2005年の米国EPAの調査によると_、 NOxの排出量が最も多かったのは道路を走る自動車で、2番目に多かったのはガソリンスタンドやディーゼルスタンドなどの非道路設備だった。^[21]

生成された硝酸は土壌に流され、植物の成長に役立つ 硝酸塩になります。

窒素酸化物（NOx）と揮発性有機化合物（VOC）が太陽光の下で反応すると、スモッグの主成分である地上オゾンが形成される。2005年の米国環境保護庁の報告書によると、米国におけるVOCの2番目に大きな発生源は道路車両で26％、道路以外の設備が19％を占め、そのほとんどはガソリンスタンドやディーゼルスタンドである。^[22] VOC排出量の27％は、塗料やシンナーの製造やその他の用途で使用される溶剤によるものである。^[23]

オゾンは上層大気では有益であるが^[24]、地上レベルでは呼吸器系を刺激し、咳、窒息、肺活量の低下を引き起こします。^[25]また、生態系全体に多くの悪影響を及ぼします。^[26]

一酸化炭素中毒は、多くの国で最も一般的な致命的な空気中毒です。^[27] 一酸化炭素は無色、無臭、無味ですが、非常に有毒です。一酸化炭素はヘモグロビンと結合してカルボキシヘモグロビンを生成し、酸素の輸送を阻害します。1000ppmを超える濃度では、直ちに危険であると考えられており、換気の悪い空間でエンジンを動かすことによる最も直接的な健康被害です。2011年、米国の一酸化炭素排出量の52％は移動車両によって発生しました^[28]

ベンゼン（C ₆ H ₆）への慢性（長期）暴露は骨髄を損傷します。また、過度の出血を引き起こし、免疫系を抑制し、感染の可能性を高めます。ベンゼンは白血病を引き起こし、他の血液がんや血液の前がん病と関連しています。^{[29] [30]}

空気中の粒子状物質を吸入することによる健康影響は、人間と動物で広く研究されており、喘息、肺がん、心血管系の問題、早期死亡などがある。^{[31] [32] [33]} 粒子の大きさのため、肺の最も深い部分まで浸透する可能性がある。^[34] 2011年の英国の研究では、乗用車のPMによる年間死亡者数は90人と推定されている。^[35] 2006年の出版物で、米国連邦道路管理局（FHWA）は、2002年にはPM ₁₀排出量の約1％ 、PM _2.5排出量の2％が路上を走る自動車（主にディーゼルエンジン）の排気ガスによるものであったと述べている。^[36]中国、ヨーロッパ、インドの市場では、ディーゼル車とガソリン車の両方にテールパイプフィルターの設置が義務付けられているが、米国ではディーゼル車のみに義務付けられている。 2022年、英国の試験専門会社エミッションアナリティクスは、今後10年間で米国の約3億台のガソリン車が約160兆個の有害粒子を排出すると推定した。^[37]

二酸化炭素は温室効果ガスである。自動車のCO2_排出量は大気中のCO2濃度の増加に対する人為的寄与の一部であり、科学界の大多数によれば気候変動を引き起こしている_。 [ 38 ]^自動車 は欧州連合の人為的CO2排出量の約20％を排出していると計算されており_、乗用車は約12％を占めている。^[39] 欧州の排出基準は、_新車の乗用車と軽自動車のCO2排出量を制限している。欧州連合の新車CO2排出量の平均は、₂₀₁₀年第1四半期までの1年間で5.4％減少し、145.6 g/kmとなった。^[40]

車の排気ガスには多量の水蒸気が含まれています。

砂漠にいる軍隊が車両の排気ガスから飲料水を回収する方法が研究されている。^[41]

排出基準は、自動車の排気ガスに含まれる汚染物質の削減だけでなく、石油精製所、天然ガス処理工場、石油化学工場、化学製造工場など、さまざまな大規模産業施設の産業用排気ガススタックやその他の大気汚染排気源からの汚染物質の削減にも重点を置いています。 ^{[42] [43]ただし、これらは多くの場合、}排気ガスと呼ばれます。自動車の触媒コンバーターは、触媒を使用して排気ガスの汚染を分解することを目的としています。船舶のスクラバーは、海洋排気ガスの二酸化硫黄 (SO ₂ ) を除去することを目的としています。海洋の二酸化硫黄排出に関する規制は厳しくなっていますが、低硫黄ディーゼル燃料の使用のみに指定されている特別な地域は世界中でごくわずかです。

先進的な蒸気技術エンジンの利点の 1 つは、同じ出力のガソリン エンジンやディーゼル エンジンに比べて有毒汚染物質 (窒素酸化物など) の排出量が少ないことです。^[要出典] 燃焼効率が高いため、二酸化炭素の排出量は多くなりますが、一酸化炭素の排出量は少なくなります。

カリフォルニア大学ロサンゼルス校公衆衛生学部の研究者らは、1998年から2007年の間に生まれたカリフォルニアがん登録簿に登録された子供たちの統計調査の予備結果から、交通公害が一部のがんの発生率を5%から15%増加させる可能性があることがわかったと述べている。^[44]世界保健機関の 調査では、ディーゼル排気ガスが肺がんの増加を引き起こすことがわかった。^[45]

カリフォルニア大気資源局の調査によると、南カリフォルニアの大気汚染（スモッグ）の50％以上は自動車の排気ガスによるものである。^[要出典]燃焼エンジンから排出される汚染物質の濃度は、アイドリングや加速により信号のある交差点付近で特に高くなる可能性がある。コンピュータモデルでは、このような詳細が見逃されることが多い。^[46]

• カリフォルニア大気資源局の健康と大気汚染に関する出版物
• コーン、トレイシー (2008 年 11 月 13 日)。「カリフォルニアの大気汚染による死者は自動車事故による死者よりも多い、と研究が示す」ハフィントン ポスト。
• 「自動車排気ガス化学物質：病気を引き起こす影響」 。Alpha Online。Environmed Research Inc.。2014年7月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。
• 「自動車、トラック、大気汚染」。クリーンな車両。憂慮する科学者連合。2013 年 9 月 3 日。
• ディーゼル排気ガスについて:
  • 米国労働省労働安全衛生局: 安全と健康に関するトピック: ディーゼル排気ガス
  • ディーゼル排気ガスに関連する化学物質の一部リスト
  • ディーゼル排気粒子：人体に対する発がん性がある可能性が十分にある
  • ディーゼル排気ガスの有害影響に関する科学的研究: 健康な被験者がディーゼル排気ガスに短期間曝露した後の気道および末梢血における急性炎症反応
  • ディーゼル排気ガス：知っておくべきこと