輸送におけるエネルギー効率

輸送におけるエネルギー効率は、乗客、商品、またはあらゆる種類の荷物の有効移動距離を、輸送推進手段に投入された総エネルギーで割ったものです。エネルギー投入は、推進力の種類に応じていくつかの異なるタイプで表されますが、通常、そのようなエネルギーは液体燃料、電気エネルギー、または食品エネルギーの形で表されます。^{[1] [2]}エネルギー効率は、エネルギー強度と呼ばれることもあります。^[3]輸送におけるエネルギー効率の逆数は、輸送におけるエネルギー消費です。

輸送におけるエネルギー効率は、燃料消費量で表現されることが多く、燃料消費量は燃費の逆数です。^{[2]しかし、燃料消費量は}液体燃料を使用する推進手段と関連しているのに対し、エネルギー効率はあらゆる種類の推進手段に当てはまります。この混乱を避け、あらゆるタイプの車両のエネルギー効率を比較できるようにするために、専門家はエネルギーを国際単位系、つまりジュールで測定する傾向があります。

したがって、国際単位系では、輸送におけるエネルギー効率はメートル毎ジュール（m/J）で測定され、輸送におけるエネルギー消費はジュール毎メートル（J/m）で測定されます。乗り物の効率が高いほど、1ジュールで移動できるメートル数が多くなり（効率が高い）、1メートル移動するのに消費するジュール数が少なくなります（消費が少ない）。輸送におけるエネルギー効率は、輸送手段によって大きく異なります。輸送手段の種類によって、自転車の1キロメートル当たり数百キロジュール（kJ/km）からヘリコプターの1キロメートル当たり数十メガジュール（MJ/km）まで範囲が異なります。

使用される燃料の種類と燃料消費率により、エネルギー効率は運用コスト ($/km) や環境排出量 (例: CO ₂ /km) にも関連することがよくあります。

国際単位系では、輸送におけるエネルギー効率はメートル毎ジュール、つまりm/Jで測定されます。ただし、距離の単位とエネルギーの単位に応じて、いくつかの変換が適用されます。液体燃料の場合、通常、エネルギー入力量はリットルやガロンなどの液体の体積で測定されます。電気で動く推進力の場合、通常はkWhが使用されますが、人間が推進するあらゆる種類の乗り物の場合、エネルギー入力はカロリーで測定されます。異なる種類のエネルギーと単位の間で変換するのが一般的です。

旅客輸送の場合、エネルギー効率は通常、乗客数×単位エネルギーあたりの距離で測定され、SI単位では乗客メートル毎ジュール（pax.m/J）です。一方、貨物輸送の場合、エネルギー効率は通常、輸送された貨物の質量×単位エネルギーあたりの距離で測定され、SI単位ではキログラムメートル毎ジュール（kg.m/J）です。車両定員に対する容積効率も報告される可能性があり、例えば、ガロンあたりの乗客マイル（PMPG）^[4]は、燃料1ガロンあたりのマイル数に乗客定員または平均乗車人数を乗じて算出されます。 ^[5]個人用車両の乗車人数は通常、定員よりもかなり低いため^{[6] [7]}、定員と乗車人数に基づいて計算された値は、多くの場合、かなり異なります。

エネルギー効率は燃費で表されます: ^[2]

• 単位燃料量あたりの車両1台あたりの走行距離。例：km/Lまたはガロンあたりのマイル（米国またはヤードポンド法）。
• 単位燃料質量あたりの車両1台あたりの走行距離、例：km/kg。^[11]
• 単位エネルギーあたりの車両 1 台あたりの走行距離。例:ガロンあたりのマイル換算値(mpg-e)。

エネルギー消費量（逆効率）^[3]は燃料消費量で表される：^[2]

• 車両 1 台あたりの単位距離あたりに消費される燃料 (または総エネルギー) の量。例: l/100 km または MJ/100 km。
• 乗客1人当たりの単位距離あたりに消費される燃料（または総エネルギー）の量。例：l/(100人・km)。
• 輸送される貨物の単位質量あたり、単位距離あたりに消費される燃料（または総エネルギー）の量。例：l/100 kg·km または MJ/t·km。

電力消費量:

• 単位距離あたり車両 1 台あたりの電気エネルギー使用量 (例: kWh/100 km)。

燃料から電気を生産するには、生産される電気の量よりも はるかに多くの一次エネルギーが必要です。

エネルギー消費量:

• 1キロメートルあたりに体の代謝によって消費されるカロリー。例: Cal/km。
• 1マイルあたりに身体の代謝によって消費されるカロリー。例：Cal/miles。^[12]

次の表には、さまざまなタイプの乗用車と輸送モードのエネルギー効率とエネルギー消費量、および標準乗車率が示されています。これらの数値の出典は、次の記事の各車両の対応するセクションにあります。異なるタイプの単位間の変換は、当技術分野でよく知られています。

以下の表のエネルギー単位の変換では、ガソリン1リットルは34.2 MJ、1kWhは3.6 MJ、1キロカロリーは4184 Jに相当します。自動車乗車率については、自動車1台あたり1.2人^[13]という値が考慮されました。ただし、ヨーロッパではこの値はわずかに増加して1.4になります。^[14]測定単位の変換元は最初の行にのみ記載されています。

体重68kg（150ポンド）の人が時速4km（2.5mph）で歩く場合、1時間あたり約210キロカロリー（880kJ）の食物エネルギーが必要となり、これは4.55km/MJに相当します。 ^[15] 1米ガロン（3.8L）のガソリンには約114,000英熱量単位（120MJ）^[52]のエネルギーが含まれているため、これは1米ガロンあたり360マイル（0.65L/100km）に相当します。

ベロモービル（密閉式リカンベント自転車）は、前面面積が小さく空気力学的な形状のため、既知のあらゆる個人輸送手段の中で最も高いエネルギー効率を誇ります。ベロモービル製造元のWAWは、時速50km（31mph）で走行する場合、乗客を輸送するのに100kmあたり0.5kWh（1.8MJ）のエネルギーしか必要としないと主張しています（= 18J/m）。これは、同じ速度で空気力学的クラッディングのない標準的な直立型自転車を動かすのに必要な電力の約1/5（20％）であり、平均的な化石燃料車や電気自動車で消費される電力の1/50 （2％）です（ベロモービルの効率は、1米ガロンあたり4700マイル、2000km/L、または0.05L/100kmに相当します）。^[22]人間が実際に消費する食物からのエネルギーは、この4～5倍です。^[20]残念ながら、自転車に対するエネルギー効率の優位性は速度が低下するにつれて小さくなり、ベロモービルとトライアスロンバイクに必要な電力がほぼ同じになる時速10km程度で消えてしまいます。^[53]

標準的な軽量で中速の自転車は、最もエネルギー効率の良い交通手段の1つです。歩行と比較すると、体重64 kg（140ポンド）の自転車乗りが時速16 km（10 mph）で走行する場合、単位距離あたりの食料エネルギーは約半分で済みます。つまり、27 kcal/km、100 kmあたり3.1 kWh（11 MJ）、または43 kcal/miです。^[15]これは、約732 mpg _‑US（0.321 L/100 km、879 mpg _‑imp）に相当します。^[54]これは、燃料源と車のサイズにもよりますが、自転車は移動距離あたり、自家用車よりも10〜25倍少ないエネルギーを使用することを意味します。この数値は速度とライダーの体重によって異なります。速度が速いほど空気抵抗が大きくなり、体重が重いライダーほど単位距離あたりのエネルギー消費量が多くなります。さらに、自転車は非常に軽量（通常 7～15 kg）であるため、製造に必要な材料とエネルギーの量が非常に少なくなります。重量が 1,500 kg 以上の自動車と比較すると、自転車の製造に必要なエネルギーは通常自動車の 100～200 分の 1 です。さらに、自転車は駐車や運転に必要なスペースが少なく、路面へのダメージも少ないため、インフラの効率化にもつながります。

電動自転車は、人力と49 cm ³ (3.0 cu in) エンジンの補助により、160～200 mpg _‑US (1.5～1.2 L/100 km、190～240 mpg _‑imp ) の走行距離を実現します。^[要出典] 電動ペダルアシスト自転車は、 100 km あたりわずか 1.0 kWh (3.6 MJ) で走行し、^[55] 30 km/h (19 mph) を超える速度を維持します。^[要出典]これらの最良の数値は、人間が作業の 70% を行い、100 km あたり約 3.6 MJ (1.0 kWh) がモーターから得られることを前提としています。これにより、電動自転車は、モーター付きベロモービルと電動一輪車 (EUC) に次ぐ、最も効率的な電動車両の一つとなっています。

BirdやLimeのようなスクーターシェアリングシステムで使用されているような電動キックスクーターの最大走行距離は通常30km（19マイル）未満で、最高速度は25km/h（15.5mph）に制限されている。^[26]ラストマイルのニッチ市場に適合し、自転車レーンで乗ることを目的としているため、ライダーのスキルはほとんど必要ありません。軽量でモーターが小さいため、エネルギー効率が非常に高く、一般的なエネルギー効率は100kmあたり1.1kWh（4.0MJ）^[56]（1904MPGe 810km/L 0.124L/100km）で、自転車や徒歩よりも効率的です。しかし、頻繁に充電する必要があるため、夜間に自動車で回収されることが多く、この効率が多少相殺されます。電動スクーターのライフサイクルも自転車よりも著しく短く、1桁の年数にしか達しないこともよくあります。

電動一輪車（EUC）クロス電動スケートボードの派生型であるOnewheel Pintは、平均時速20kmで体重50kgの人を21.5km運ぶことができる。バッテリーは148Whを蓄える。充電段階で熱として失われるエネルギーを考慮に入れなければ、これは6.88Wh/kmまたは0.688kWh/100kmの効率に相当する。^[要出典]さらに、回生ブレーキが標準設計機能であるため、自転車などの摩擦ブレーキを備えた車両と比較して、丘陵地帯がEUCに与える影響は少なくなる。これを単輪の地面相互作用と組み合わせると、低速（25km/h未満）ではEUCが最も効率的な既知の車両となり、優れた空気力学により、ベロモービルが高速で最も効率的な車両の地位を追い抜く可能性がある。

自動車は、乗員に比べて車両の重量が比較的重いため、他の交通手段と比較すると一般的に非効率的です。パーセンテージで見ると、自動車に乗員が 1 人いる場合、使用されるエネルギー全体の約 0.5% のみが車内の人を移動させるのに使用され、残りの 99.5% (約 200 倍) は車自体を動かすのに使用されます。

乗客一人当たりの自動車のエネルギー消費量を決定する重要な要素は、車両の乗車率である。乗客数が増えると車両一台あたりの単位距離あたりの消費量も増加するが、この増加は乗客一人当たりの単位距離あたりの消費量の減少に比べればわずかである。つまり、乗車率が高いほど乗客一人当たりのエネルギー効率が高くなるということである。自動車の乗車率は地域によって異なる。例えば、サンフランシスコ湾岸地域では推定平均乗車率は一台あたり約1.3人であるが^[58] 、 2006年の英国の推定平均は1.58人である^{[59] 。}

電気モーターの効率性により、電気自動車は内燃機関の自動車よりもはるかに効率的であり、100kmあたり38メガジュール（38,000kJ）程度のエネルギーを消費するのに対し、内燃機関の自動車は100kmあたり142メガジュールしか消費しません。^[60]ただし、電気の発電方法によっては、実際の一次エネルギー使用量はこれより高くなる場合があります。

運転方法や車両を変更することで、エネルギー効率を約15％向上させることができます。^{[61] [62]}

自動車の燃費効率は、 100キロメートルあたりの燃料消費量（l/100 km）で表現されることが多いが、一部の国（米国、英国、インドなど）では、燃料消費量あたりの走行距離（km/Lまたはガロンあたりのマイル）で表現されることが多い。これは、ガソリンやディーゼルなどの燃料のエネルギー含有量が異なるため複雑になる。オークリッジ国立研究所（ORNL）によると、無鉛ガソリンのエネルギー含有量は1米ガロンあたり115,000英熱量単位（BTU）（32 MJ/L）であるのに対し、ディーゼルは1米ガロンあたり130,500 BTU（36.4 MJ/L）である。^[63]

自動車はライフサイクルを通じて、車両の走行に直接起因しない大量のエネルギーを消費します。重要な考慮事項は、自動車が使用するエネルギー形態を生産するためのエネルギーコストです。たとえば、 バイオ燃料、電気、水素は、その生産に大量のエネルギーを投入します。水素生産効率は、天然ガスから生産する場合 50～70%、電気から生産する場合は 10～15% です。^[要出典] 純効率を得るには、水素生産の効率、および水素の貯蔵と輸送に必要なエネルギーを車両効率と組み合わせる必要があります。^[64] このため、水素自動車は乗客輸送手段の中で最も効率の悪い手段の 1 つであり、通常、自動車を動かすのに使用されるエネルギーの約 50 倍のエネルギーを水素の生産に投入する必要があります。^[要出典]

もう一つの重要な要素は、道路の建設と維持に必要なエネルギーと、投資したエネルギーに対する回収エネルギー(EROEI) です。これら 2 つの要素のうち、消費された燃料のエネルギーに約 20% を追加して、使用された総エネルギーを正確に計算する必要があります。^{[引用が必要]}

最後に、自動車のエネルギー効率の計算は、自動車自体の製造にかかるエネルギー コストを考慮に入れなければ、誤解を招く恐れがあります。この初期エネルギー コストは、もちろん、自動車の耐用年数にわたって減価償却し、その有効寿命にわたる平均エネルギー効率を計算することができます。言い換えれば、製造に多くのエネルギーを要し、比較的短期間しか使用されない自動車は、そうでない自動車よりも有効寿命にわたって多くのエネルギーを必要とするため、見た目よりもはるかにエネルギー効率が低くなります。ハイブリッド車や電気自動車は、同等の石油燃料自動車よりも動作時に使用するエネルギーは少ないですが、製造にはより多くのエネルギーが使用されるため、全体的な違いはすぐにはわかりません。たとえば、特別な装備をまったく必要としない歩行と、他の国で製造され、他の国から輸送され、世界中で製造された部品から作られ、他の場所で再び採掘および加工され、限られた年数だけ使用される自動車を比較してください。フランスのエネルギー環境庁ADEMEによると、^[65]平均的な自動車のエネルギー含有量は20,800kWhで、平均的な電気自動車は34,700kWhです。電気自動車は、リチウムイオン電池や電気駆動モーターに使用される希土類金属やその他の材料の採掘と精製に大量の作業が必要となるため、生産にほぼ2倍のエネルギーが必要です。これは、自動車の耐用年数全体で使用されるエネルギーのかなりの部分を占めており（場合によっては、消費される燃料で消費されるエネルギーとほぼ同じで、自動車の走行距離あたりのエネルギー消費が実質的に2倍になります）、自動車を他の輸送手段と比較する際に無視できません。これらはフランスの自動車の平均的な数値であり、米国やカナダなど、より自動車中心の国では、はるかに大きく重い自動車が一般的であるため、大幅に大きくなる可能性があります。より魅力的な非自動車交通の選択肢とより快適な公共交通環境が開発されれば、自家用車の使用は大幅に減少し、持続可能な都市成長を促進するのに役立つ可能性がある。^[66]

• ソーラーカーは、太陽光以外の外部からのエネルギーをほとんどまたは全く使用せず、内蔵のソーラーパネルでバッテリーを充電する電気自動車であり、通常は100マイルあたり3kWh未満（67kJ/kmまたは1.86kWh/100km）しか使用しません。これらの車のほとんどは、乗用車や商用車ではなく、競技用に設計されたレースカーです。^{[27]しかし、いくつかの企業が}一般向けのソーラーカーを設計しています。2021年12月現在、まだ発売されていません。
• 4人乗りのGEM NEVは169Wh/mi（199mpg-e; 10.5kW⋅h/100km）の電力を消費します^[28] 。これは、乗車時で時速24マイル（39km/h）であっても、1人当たり2.6kWh/100kmに相当します。
• ゼネラルモーターズのEV1は、充電効率が373Wh-AC/マイルまたは23kWh/100kmと評価されました^[67] 。これは、石油燃料車の2.6L/100km（110mpg _-imp ;90mpg _-US）にほぼ相当します。
• 完全電動モードのシボレー ボルトは 100 マイルあたり 36 キロワット時 (810 kJ/km、94 mpg‑e) を消費します。つまり、車内に 4 人以上の乗客が乗車している場合は、歩行時のエネルギー効率に近づくか、それを上回る可能性があります。ただし、環境への影響を分析すると、生成される相対的な排出量は同じ傾向に従わない可能性があります。
• ダイハツ シャレード 993cc ターボ ディーゼル (1987-1993) は、平均 2.82 L/100 km (100 mpg _‑imp ) の燃費で、イギリスを一周した最も燃費の良い車に選ばれました。この車はつい最近、燃費が約 2.77 L/100 km (102 mpg _‑imp ) の VW ルポ 3 L に抜かれました。どちらの車も一般市場ではめったに見つかりません。ダイハツは錆や構造上の安全性に大きな問題があり、それが希少性と非常に短い生産期間につながっています。
• フォルクスワーゲン ポロ 1.4 TDI ブルーモーションとセアト イビサ 1.4 TDI エコモーションは、どちらも3.8 L/100 km (74 mpg _‑imp ; 62 mpg _‑US ) (複合) の燃費で、2008年3月22日時点で英国で販売されている最も燃費の良い石油燃料車でした。^{[68] [29] [31] [更新が必要]}
• ホンダインサイト–実用条件下で60 mpg- _US（3.9 L/100 km、72 mpg _{-imp ）を達成。} ^[69]
• ホンダ シビック ハイブリッドの燃費は通常、約 45 mpg _‑US (5.2 L/100 km、54 mpg _‑imp ) です。
• 2012 キャデラック CTS-V ワゴン 6.2 L スーパーチャージ、14 mpg _‑US (17 L/100 km; 17 mpg _‑imp ) ^[34]
• 2012 ブガッティ ヴェイロン、10 mpg _‑US (24 L/100 km; 12 mpg _‑imp ) ^[34]
• 2018ホンダシビック：36 mpg _‑US（6.5 L/100 km、43 mpg _‑imp）^[70]
• 2017年三菱ミラージュ：39 mpg _‑US（6.0 L/100 km、47 mpg _‑imp）^[71]
• 2017ヒュンダイ アイオニックハイブリッド: 55 mpg _‑US (4.3 L/100 km; 66 mpg _‑imp ) ^[72]
• 2017年トヨタプリウス：56 mpg _‑US（4.2 L/100 km、67 mpg _‑imp）（エコトリム）^[36]
• 2018年日産リーフ：30kWh（110MJ）/100マイル（671kJ/km）または112MPGe ^[35]
• 2017 ヒュンダイ アイオニック EV: 25 kWh (90 MJ)/100 mi (560 kJ/km) または 136 MPGe ^[73]
• 2020年テスラモデル3：24kWh（86.4MJ）/100マイル（540kJ/km）または141MPGe ^[74]

一般的に、列車は貨物や乗客を輸送する最も効率的な手段の 1 つです。列車の利点には、鋼鉄のレール上の鋼鉄の車輪の摩擦が少ないことや、本質的に高い乗車率などがあります。鉄道路線は通常、容量利用率が最大化される都市内または都市間の輸送用途に使用されます。

効率は乗客数や、発電と供給（電化システムの場合）で発生する損失によって大きく異なります。^{[75] [76]}また、重要なのは、駅が旅の出発地と最終目的地ではないエンドツーエンドの配送です。ほとんどの旅客列車で使用されている電動モーターは内燃機関よりも効率的ですが、^[77]火力発電所での発電は（よくても）カルノー効率に制限され、 ^[78]発電所から列車までの途中で送電損失が発生します。 ^[79]スイスは、事実上すべての鉄道網を電化しており（ダンプバーン・フルカ・ベルクシュトレッケのような歴史的鉄道は注目すべき例外です）、列車が使用する電力の多くを揚水発電を含む水力発電から得ています。^[80]揚水発電タービンの機械効率は比較的高いが、エネルギー損失を伴い、生産過剰時にエネルギーを消費し（スポット価格の低下またはマイナスにつながる）、需要が高まった時にエネルギーを再び放出することができるため、費用対効果が高い。^{[81] [82] [83] [84]}一部の情報源では、最大87％の効率を主張している。^[85]

実際の消費量は、勾配、最高速度、積載および停止パターンによって異なります。欧州の MEET プロジェクト (大気汚染物質排出量の推定方法) 用に作成されたデータは、複数の線路セクションでのさまざまな消費パターンを示しています。結果によると、ドイツのICE 高速列車の消費量は、約 19～33 kW⋅h/km (68～119 MJ/km、31～53 kW⋅h/mi) の範囲でした。シーメンス Velaro D タイプ ICE 列車は、全長 200 メートル版で 460 席 (うち 16 席はレストラン車) を収容し、2 両を連結することができます。^[86]ドイツ鉄道の計算によると、100座席キロあたりのエネルギー消費量は、ガソリン0.33リットル（12 imp fl oz）に相当する（100キロあたり0.33リットル（860 mpg _‑imp ; 710 mpg _‑US））。^{[87] [88]}このデータには、乗客1人あたりの列車の重量も反映されている。たとえば、TGVの2階建てDuplex列車では軽量素材が使用され、車軸荷重が抑えられ、線路へのダメージが減り、エネルギーも節約される。^[89] TGVは主にフランスの核分裂発電所で稼働しているが、これもすべての火力発電所と同様にカルノー効率に制限されている。核再処理が標準的な運転手順であるため、フランスでは、例えばワンススルー燃料サイクルを採用している米国よりも、元のウランに含まれるエネルギーのより高い割合が使用されている。^[90]

世界中の鉄道の特定のエネルギー消費量は、最終エネルギー換算で約 150 kJ/pkm（キロジュール/旅客キロメートル）および 150 kJ/tkm（キロジュール/トンキロメートル）（約 4.2 kWh/100 pkm および 4.2 kWh/100 tkm）である。鉄道システムによる旅客輸送は、自動車や飛行機よりもエネルギー消費量が少ない（都市部で自動車で人を移動させるのに必要なエネルギーの 7 分の 1、^[45]）。これが、2015 年に世界の旅客輸送活動（pkm で表示）の 9% を占めているにもかかわらず、鉄道旅客サービスが旅客輸送における最終エネルギー需要のわずか 1% を占めている理由である。^{[91] [92]}

鉄道貨物輸送のエネルギー消費量の推定値は大きく異なり、その多くは関係者によって提供されています。その一部を以下に示します。

乗客を乗せた重い列車を停車するたびに加速したり減速したりするのは非効率的です。そのため、現代の電車はブレーキをかけた時に電流を架線に戻す回生ブレーキを使用しています。国際鉄道連合は[ ^{107] 、全駅停車の通勤電車は回生ブレーキを使用することで排出量を8～14%削減し、非常に密度の高い郊外路線の電車では約30%削減すると述べています。N700}系新幹線のような高速電車は回生ブレーキを使用していますが、速度が速いため、UICは回生ブレーキによる排出量の削減は4.5%にとどまると見積もっています 。

• 2005年7月、英国のバスの平均乗車定員は1台あたり9人であると発表されました。^[43]
• 1994/95 年にカナダのバンクーバーでBC Transitが運行していた1982 年製の 40 フィート (12 m) のニューフライヤー トロリーバス244 台は、12,966,285 車両 km で 35,454,170 kWh、つまり 9.84 MJ/車両 km を消費しました。トロリーバスの正確な乗客数は不明ですが、34 席すべてが埋まった場合、これは 0.32 MJ/乗客 km に相当します。バンクーバーのトロリーバスで立っている人を見かけるのはごく普通です。これは 1 km あたりの停車回数が多いサービスであり、効率の理由の 1 つは回生ブレーキの使用です。
• 米国カリフォルニア州サンタバーバラの通勤バスでは、ディーゼルバスの平均燃費が6.0 mpg _‑US（39 L/100 km、7.2 mpg _‑imp）（MCI 102DL3バスを使用）であることがわかった。55席すべてが埋まった場合、これは330乗客mpgに相当し、70％が埋まった場合は231乗客mpgとなる。^[42]
• 2011年、リスボン市内の752台のバスの平均速度は時速14.4km、平均乗車人数は1台あたり20.1人であった。^[109]
• バッテリー式電気バスは、トロリーバスの電気動力、バッテリー製造の欠点、重量、寿命と、車載電源を備えたバスのルート柔軟性を兼ね備えています。主なメーカーには、BYD や Proterra などがあります。

• NASAのクローラートランスポーターは、サターンVとスペースシャトルロケットを保管場所から発射台まで運ぶために使用されました。このトランスポーターはディーゼル燃料を使用し、1マイルあたり150米ガロン（350 L/km、120英ガロン/マイル）という記録上最も高い燃料消費率を誇ります。^[110]

航空機のエネルギー消費量を決定する主な要因は抗力であり、これは航空機の運動方向と逆方向に発生する必要があります。

• 抗力は飛行に必要な揚力に比例し、 ^[111]航空機の重量に等しい。誘導抗力は重量とともに増加するため、エンジン効率の向上と空気抵抗の低減による質量削減が航空機の効率向上の主な要因となっており、経験則では1%の重量削減は燃料消費量の約0.75%の削減に相当する。^[111]
• 飛行高度はエンジン効率に影響します。ジェットエンジンの効率は、大気圏界面（大気の温度最低点）までの高度で増加します。温度が低いほど、カルノー効率は高くなります。^[111]ジェットエンジンの効率は高速でも増加しますが、マッハ0.85を超えると機体の空力損失がより速く増加します。
• 圧縮性の影響:マッハ 0.85 前後の遷音速から衝撃波が発生し、抗力が増大します。
• 超音速飛行では、揚力抗力比を5 以上にすることは難しく、それに比例して燃料消費量が増加します。ただし、超音速飛行では速度が速いため、燃料消費量の増加は飛行時間の短縮によって相殺されます。

1998年の旅客機の平均燃費は、乗客1人当たり4.8リットル/100キロ（1.4メガジュール/乗客キロ）（ガロン当たり49乗客マイル）でした。 ^[要出典]平均で20％の座席が空席のままになっています。 ジェット機の効率は向上しています。1960年から2000年の間に、全体的な燃料効率は55％向上しました（DHコメット4の非効率的で限られた艦隊を除外し、ボーイング707をベースケースとした場合）。^[114]効率の改善のほとんどは、ジェット機が初めて広く商業的に使用されるようになった最初の10年間に達成されました。1950年代の先進的なピストンエンジン航空機と比較すると、現在のジェット航空機は乗客マイルあたりの効率がわずかに優れているだけです。^[115] 1971年から1998年まで、利用可能な座席キロメートルあたりの艦隊平均年間改善率は2.4％と推定されました。超音速旅客機コンコルドは英ガロンあたり約17人マイルの燃費を達成した。これはビジネスジェット機と同程度だが、亜音速ターボファン機よりはるかに悪い。エアバスはA380の燃料消費率を乗客1人あたり100kmあたり3リットル未満（米ガロンあたり78人マイル）としている。^[116]

航空機の質量は、チタン、カーボンファイバー、その他の複合プラスチックなどの軽量素材を使用することで軽減できます。質量の軽減が燃料効率の向上によって素材の価格を正当化できる場合は、高価な素材を使用することもできます。質量の軽減によって達成される燃料効率の向上により、搭載する必要がある燃料の量が減ります。これにより航空機の質量がさらに軽減され、燃料効率をさらに高めることができます。たとえば、エアバス A380 の設計には複数の軽量素材が使用されています。

エアバスは、燃料消費量を3.5パーセント削減できる翼端装置（シャークレットまたはウィングレット）を披露した。 ^{[117] [118]}エアバスA380には翼端装置が装備されている。さらに開発されたミニックスウィングレットは、燃料消費量を6パーセント削減できると言われている。^[119]航空機の翼の先端にあるウィングレットは、翼端渦を滑らかにし（航空機の翼の抗力を減らす）、あらゆる航空機に後付けすることができる。^[119]

NASAとボーイングは、500ポンド（230kg）の「ブレンデッド・ウィング」航空機のテストを行っています。この設計では、翼だけでなく機体全体が揚力を生み出すため、燃料効率が向上します。^[120]ブレンデッド・ウィング・ボディ（BWB）のコンセプトは、今日のより一般的な胴体と翼の設計よりも、構造的、空力的、および運用効率の点で優れています。これらの特徴は、より長い航続距離、燃費、信頼性、およびライフサイクルの節約、ならびにより低い製造コストにつながります。^{[121] [122]} NASAは巡航効率の高いSTOL（CESTOL）のコンセプトを作成しました。

フラウンホーファー製造工学・応用材料研究所（IFAM）は、リブレット効果によって抗力を低減するサメの皮膚を模倣した塗料を研究してきました。 ^{[123]航空機は、アルミニウム}金属フォームやサメの皮膚を模倣した塗料などのナノテクノロジーなどの新技術の主要な潜在的用途です。

ターボプロップやプロップファンなどのプロペラシステムは、ジェット機よりも燃料効率の良い技術です。しかし、ターボプロップの最適速度は約450mph（700km/h）未満です。^[124]この速度は、今日の大手航空会社がジェット機で使用している速度よりも低いです。現在^{[更新が必要]}ジェット燃料が高価格であり、排出量を削減するためにエンジン/機体の効率が重視されているため、ボーイング787やエアバスA350 XWBを超えて就航する可能性のあるジェット旅客機のプロップファンのコンセプトに新たな関心が集まっています。たとえば、エアバスは、後部に2つの逆回転プロップファンを搭載した航空機設計の特許を取得しています。^[125] NASAは、先進ターボプロッププロジェクト（ATP）を実施し、騒音が少なく高速を実現する可変ピッチプロップファンを研究しました。

燃料効率に関連して、航空機の排出物が気候に与える影響があります。

• モーターグライダーは、好ましい熱気流と風があれば、クロスカントリー飛行で極めて低い燃料消費量を達成できます。
• 時速160kmで走行する場合、ディーゼルエンジン搭載の2人乗りディーゼル車は1時間あたり6リットルの燃料を消費し、100人乗りkmあたり1.9リットルの燃料を消費します。^[126]
• 4人乗り、100馬力のMCR-4Sは時速220kmで1時間あたり20リットル、100人乗りkmあたり2.2リットルのガソリンを消費します。
• ピピストレル サイナスは、時速 225 km で連続的にモーター飛行する場合、1 時間の飛行につき 11 リットルの燃料を消費します。2 名を乗せた場合、100 人乗り km あたり 2.4 リットルの燃料で運航されます。
• 超軽量航空機のテクナムP92エコークラシックは、巡航速度185km/hで飛行する場合、1時間あたり17リットルの燃料を消費し、100人乗りkm（2人）あたり4.6リットルの燃料を消費します。^[127]他の現代の超軽量航空機は効率が向上しています。テクナムP2002シエラRGは巡航速度237km/hで飛行する場合、1時間あたり17リットルの燃料を消費し、100人乗りkm（2人）あたり3.6リットルの燃料を消費します。^[128]
• 旧世代のエンジンを搭載した2人乗りおよび4人乗りの航空機が時速250kmで飛行する場合、飛行時間あたり25～40リットル、100人乗りkmあたり3～5リットルの燃料を消費する可能性があります。
• シコルスキーS-76 C++ 双発タービンヘリコプターは、140 ノット (260 km/h、160 mph) で約 1.65 mpg _‑US (143 L/100 km、1.98 mpg _‑imp ) の燃費を実現し、12 個の燃料を搭載して 1 ガロンあたり約 19.8 乗客マイル (100 乗客 km あたり 11.9 L) の燃費を実現します。^{[引用が必要]}

キュナード社は、クイーン・エリザベス2号は1英ガロンのディーゼル油で49.5フィート（3.32 m/Lまたは41.2フィート/米ガロン）移動し、乗客定員は1777人であったと述べています^。[129]したがって、1777人の乗客を乗せた場合の効率は、1英ガロンあたり16.7乗客マイル（16.9 L/100 p·kmまたは13.9 p·mpg _–US）と計算できます。

MS オアシス・オブ・ザ・シーズは乗客定員6,296名、燃費は1米ガロンあたり14.4人マイルである。ボイジャー級クルーズ船は乗客定員3,114名、燃費は1米ガロンあたり12.8人マイルである。^[130]

エマ・マースクは、 163 g/kWh、13,000 kg/時の燃料を消費するWärtsilä-Sulzer RTA96-Cを使用しています。13,000個のコンテナを積載する場合、1 kgの燃料で1個のコンテナを1時間かけて45kmの距離を輸送できます。この船は、タンジュン（シンガポール）からロッテルダム（オランダ）まで18日、タンジュンからスエズまで11日、スエズからロッテルダムまで7日かかり、^[131]およそ430時間で、80MW、+30MWの電力を備えています。18日間、平均速度25ノット（46km/h）で航行すると、総距離は10,800海里（20,000km）になります。

Emma Maersk がディーゼル (より正確な燃料である燃料油ではなく) を消費すると仮定すると、1 kg のディーゼル = 1.202 リットル = 0.317 米ガロンになります。これは 46,525 kJ に相当します。標準でコンテナあたり 14 トン (TEU あたり) と仮定すると、速度 45 km/h (24 ノット) で 1 トン km あたり 74 kJ になります。

帆船はソーラーカーとよく似ていて、燃料を消費せずに移動することができます。ディンギーなどの風力のみを使用する帆船は、燃料という点での入力エネルギーを必要としません。しかし、船を操縦し、ロープを使って帆を調整するには、乗組員がいくらかの手動エネルギーが必要です。さらに、調理、暖房、照明など、推進以外の需要にもエネルギーが必要になります。1人乗りの船の燃料効率は、エンジンのサイズ、移動速度、排水量に大きく依存します。乗客が1人の場合、同等のエネルギー効率は、車、電車、飛行機よりも低くなります。^[要出典]

鉄道やバスは、一般的に「オフピーク」や地方のサービスにサービスを提供することが求められており、その性質上、市内のバス路線や都市間鉄道路線よりも乗客数が少ない。さらに、「ウォークオン」チケットのため、毎日の需要と乗客数を一致させることがはるかに困難である。その結果、英国の鉄道の全体的な乗車率は35％、つまり列車1本あたり90人である。^[132]

対照的に、航空サービスは一般的に人口の多い中心地を結ぶポイントツーポイントのネットワークで機能し、本質的に「事前予約」です。イールドマネジメントを使用すると、全体的なロードファクターを約70〜90％まで上げることができます。都市間鉄道事業者も同様の技術を使用し始めており、フランスのTGVサービスでは全体的なロードファクターは通常71％に達し、英国のヴァージンレールグループのサービスでも同様の数字に達しています。^[133]

排出量については、発電源を考慮する必要がある。^{[134] [135] [136]}

米国の運輸エネルギーデータブックには、2018年の旅客輸送に関する以下の数字が記載されている。これは、乗車率に関係なく、実際のエネルギー消費量に基づいている。電気を使用するモードでは、発電および配電中の損失が含まれる。サービスの種類、ルートなどの違いにより、値を直接比較することはできない。^[137]

米国の運輸エネルギーに関する書籍には、2010年の貨物輸送に関する次のような数字が記載されている。^{[105] [138] [139] [140]}

1960年から2010年にかけて航空貨物の効率は75%向上したが、これは主にジェットエンジンの効率化によるものである。^[141]

1ガロン（3.785_リットル、0.833ガロン_{（英ポンド）}）の燃料で、1トンの貨物をはしけで857km（462海里）、鉄道で337km（209マイル）、トラックで98km（61マイル）輸送することができる。^[142]

比較する：

• スペースシャトルは地球の反対側に貨物を輸送するために使用されました（上記参照）：1トンキロメートルあたり40メガジュール。
• 持ち上げるための正味エネルギー: 1トンキロメートルあたり10メガジュール。

カナダ天然資源省のエネルギー効率局は、カナダ全土の車両効率に関する年次統計を発表している。研究者にとって、これらの燃料消費量の推定値は、極端な天候や交通量を含む現実世界の運転条件を反映しているため、新車の燃料消費量評価よりも現実的である。この年次報告書は「エネルギー効率傾向分析」と呼ばれている。この報告書には、乗客1人当たりのエネルギーキログラム（乗客）またはトンキログラム（貨物）当たりのエネルギーで表されたエネルギー消費量の傾向を示す表が数十枚掲載されている。^[143]

フランス環境エネルギー庁（ADEME）が2005年のデータを使用して2007年に発表した環境計算機^[144]を使用すると、さまざまな輸送手段のCO2排出量（二酸化炭素換算）と一次エネルギー消費量を比較することができます_。ADEMEは、電気自動車の場合、フランスで最終エネルギーとして1 toeの電気を生産するには、2.58 toeの一次エネルギーが必要であると仮定しています （「エネルギー分野における組み込みエネルギー」を参照）。

ADEME が考案したこのコンピュータ ツールは、環境の観点から公共交通機関の重要性を示しています。このツールは、輸送による一次エネルギー消費と CO2 排出量を強調しています_。放射性廃棄物の環境への影響は化石燃料の燃焼による排出に比べて比較的低いため、このツールではこの点は考慮されていません。さらに、複合一貫輸送は、人々が汚染の少ない輸送手段を使用できるようにすることで、 持続可能な輸送の鍵となる可能性があります。

ドイツ鉄道はさまざまな交通手段のエネルギー消費量を計算しています。^[145]

輸送に使用されるすべてのエネルギーを含めるには、燃料（食料、化石燃料、電気）の生産、輸送、梱包にかかる外部エネルギーコスト、排気廃棄物の処理にかかるエネルギー、および車両製造のエネルギーコストも含める必要があります。たとえば、人間が歩くには特別な装置はほとんどまたはまったく必要ありませんが、自動車は製造に大量のエネルギーが必要であり、製品寿命が比較的短いです。

しかし、これらの外部コストは走行距離あたりのエネルギーコストとは無関係であり、車両の寿命、使用頻度、寿命中のエネルギー供給方法に応じて、特定の車両ごとに大きく異なります。したがって、この記事の数字にはこれらの外部要因は含まれていません。

• 英国の主要都市間の鉄道、道路、航空旅行に関するECCM調査
• 2007 年トラクション概要レポート – ロジャー ケンプ教授
• 輸送エネルギーデータブック（米国）
• 燃費評価
• 交通におけるエネルギー効率に関するインフォグラフィック