DPF、ハイブリッド化、尿素SCR、低硫黄軽油の採用etc
商用ディーゼル車の分野で始まったクリーン化
商用大型車のほとんどがディーゼル車
トラックやバスなどの商用大型車。そのほとんどがディーゼル車だ。ディーゼル車が商用大型車に使われる理由は、ガソリン車に比べて経済的だから。ディーゼルエンジンはガソリンエンジンに比べて熱効率が高いために燃費が良く、構造上の耐久性も高い。また大型化によるエネルギーロスも少ないため、積載量の大型化で輸送効率を高めることにより、ガソリン車に比べて遙かに経済的な運行が可能だからだ。
ところがディーゼル車はそのエンジンの構造と燃料として使用する軽油の特性から、呼吸器系への健康被害が懸念される粒子状物質(PM)やスス(C＝炭素)、光化学スモッグの発生要素とも言われる窒素酸化物(NOx)などをガソリン車に比べて多く排出する。また、燃費の良さから排出が少ないとされる二酸化炭素(CO2)も、実際には三元触媒を使うことができないことからガソリン車に比べて多く排出されているのではないかと指摘されている。一般にも商用ディーゼル車からモクモクと排出される黒煙が、環境汚染のイメージとして未だに根強く残っている。仕事であちこちを走り回る商用ディーゼル車こそ、環境対策が強く求められるのだ。
商用ディーゼル車でもクリーン化が条件となってきた
しかし、いまや商用ディーゼル車の世界でも低公害・低燃費が求められるようになってきた。既存のディーゼル車のクリーン化、新しい代替燃料を利用した大型車の開発、低公害燃料の実用化などが進められている。またユーザーサイドでも、各車両の燃費診断や車両運行システムの導入などによって燃費向上への努力が図られ始めた。行政では、低公害車導入補助、ディーゼル排ガス規制の施行、大型車の燃費測定基準の策定などが進められている。商用ディーゼル車の分野で進むクリーン化への動きについて見ていこう。
ディーゼル車への規制の強化
日本における自動車の排ガス規制は、1966年に一酸化炭素(CO)規制がはじまり、その4年後の1968年に大気汚染防止法に基づく規制が実施されて以降、今日まで順次、規制対象の強化が図られてきた。ディーゼル車については、1974年からNOx規制が、1995年からはPM規制が開始されている。
そして国は昨年、2005年10月から規制対象となる排ガス基準を制定した。この「新長期規制」と言われる平成17年度排ガス基準は、トラックやバスの現状比で、PM85％減、NOx40％減、HC80％減という、世界でも最も厳しい規制値となっている。排ガス測定方法も、従来の定常走行モード(13モード)から、より実走行の評価に適した過渡走行モード(JEO5モード)に変更された。この「新長期規制」にあわせ、国内の自動車メーカーは同規制値を満たす新車を2006年10月までに開発しなければならず、次に見るようにディーゼル車の排ガスクリーン化への努力が本格化しつつある。
新車開発における排ガスクリーン化
新車開発におけるディーゼル車の排ガスクリーン化は、燃料噴射の制御や排ガスの再燃焼、後処理装置(DPF)、尿素SCRの実用化、アイドリング・ストップ、ハイブリッド化などが挙げられる。
[燃料噴射量の制御や排ガスの再燃焼]
ガソリンと空気の混合気に点火するガソリンエンジンと異なり、ディーゼルエンジンは出力に応じて燃料である軽油をエンジンのシリンダ内に噴射し空気と混合して燃焼させる。空気との混合状態や温度の低下などによって不完全燃焼が起きると、燃え残りであるPMやスス＝黒煙が排出される。そこでコンピュータを利用して燃料を噴射する圧力や時間などを制御する方法が採られている。
また、燃焼して発生した排ガスをそのまま排出するのではなく、酸素量が減った排ガスの一部を外気と一緒にシリンダー内に戻して再利用することで燃焼温度の上昇を抑え、高温で大量発生するNOxを低減するEGRというシステムもある。高温での高い燃料効率とPM低減、これに対する低温燃焼によるNOx低減のバランスをとれるようにうまく調整されることが必要だ。
[後処理装置(DPF)]
DPFと呼ばれる後処理装置は、エンジン本体で処理しきれない排ガス中のPMを車外へ排出する前の最終段階で除去する装置だ。DPF自体は新しいものではなく、かつてはフィルターで取り除いたPMを高温で焼却する方式が採用され、現在では触媒作用を利用したものが主流になりつつある。
これは、PMに含まれるSOFと呼ばれる未燃焼成分を触媒(主に白金)によって酸化させ、水と二酸化炭素に変換させるものだ。ただしこの方式だと、軽油中の硫黄分が触媒作用を低下させるために、低硫黄軽油の併用が必要だ。この点、2005年1月からサルファーフリー燃料の流通が開始されることが決まっており、排ガスのクリーン化に寄与しそうだ。
DPFは新車に限らず、旧式車にも後付が可能。のちに見るように2003年から始まった首都圏ディーゼル規制では、基準未達成の旧式車にDPF取付を義務づけており、後付DPFの市場が大きく拡大している。
[尿素SCR触媒システム]
高温で高い燃焼効率を求めるとPMが低減できる一方、空気中の窒素が酸化してNOxが生成される。そこで高温の排ガスに尿素を噴射、その混合気を尿素触媒に通すことでNOxを窒素と水に還元する尿素SCRと呼ばれるシステムが実用化された。
尿素SCRの実用化では、およそ3回の給油につき1回の尿素補給が必要とされる尿素の供給ライン整備が課題となっていたが、最近になってこの問題も目途がついた。日産ディーゼルは近く尿素SCRを装備したトラックの販売を予定している。
[アイドリング・ストップ]
停車中のアイドリングを止めることで排ガスの低減、燃費の向上を図る。一般にディーゼル車の始動時におけるNOx排出量は、20〜30秒程度のアイドリングに相当するとされており、これよりも長い時間停車する場合にはアイドリング・ストップを行う方が排ガスの低減ができる。始動回数が増えるために、バッテリー等の電気系統を強化した自動アイドリング・ストップ機能を装備した商用ディーゼル車が登場している。行政でも同機能の付いた車両への補助金助成などで普及を後押ししている。
日産ディーゼル「キャパシターハイブリッドトラック」
[ハイブリッド化]
乗用車の分野で発展著しいハイブリッド化も進められ、すでにトラック、バスともに車両が販売されている。電気モーターを搭載し、制動時の回生ブレーキをエネルギーとして回収することで2割程度の燃費向上が見込まれる。日産ディーゼルの開発した「キャパシターハイブリッドトラック」(4t積載車)は、蓄電装置に大容量キャパシターを使用、回生ブレーキとともに始動時のモーター発進を併用することで、従来比1.5倍の燃費向上を図った。またエンジンで発電だけを行い、リチウムイオン電池に蓄電した電気でモーターを回して走るシリーズ型ハイブリッドバスも市販されている。
代替燃料、低公害燃料の実用化
公共サービスや配送業などのもっぱら近距離の移動を行う車両については、よりクリーンな天然ガス車などの導入が進められてきた。一方で軽油を使う通常車両に向けて、低硫黄軽油の普及やDME(ジメチルエーテル)、バイオディーゼルの実用化などが図られている。
サルファーフリー軽油のロゴ
軽油に含まれる硫黄分は燃焼によって酸化することで硫黄酸化物SOxとなるが、このSOxはDPFの白金触媒の作用を低下させる。また、燃料中の水分などと結合することでPMを生成することもある。このため、DPF装備の車両ではもちろん、通常車両でも硫黄分を取り除いた低硫黄燃料の使用が望ましい。この点、2005年1月から、硫黄分を含有量0.001％(10ppm)以下まで除去した「サルファーフリー」の供給が開始される。サルファーフリーの全面供給開始は世界で初めてだ。
天然ガスやバイオガスから合成されたDME(ジメチルエーテル)は、排ガスによる汚染の原因となる硫黄や窒素、芳香炭化水素などの物質を含まない性質から、エンジンで燃焼しても排ガスがクリーンであることが特徴だ。すでにナンバーを取得して公道走行実験を行っている車種もあり、次世代のクリーンエネルギーとして各メーカーで開発が進められている。
また、排ガスがクリーンで持続的な利用が可能なバイオディーゼル(バイオ・メチルエステル)の実用化もすすめられている。バイオディーゼルは、植物由来の食用油などにメタノールを加えてエステル化させることでメチルエステルを生成し、これを軽油のかわりにディーゼル燃料として利用するもの。硫黄分がないために硫黄酸化物(SOx)の排出がゼロ、一酸化炭素・炭化水素(すすや黒煙)が少ないなどの特徴がある。また植物が生育段階でCO2を吸収しているため、理論的にCO2の排出がゼロにカウントできる。製造コストと腐食性のあるアルコールを供給するインフラの整備が実用化に向けての課題となっている。
車両の運用方法を変えることでクリーン化
「みまもりくん」サービスを搭載したいすゞの大型トラック「ギガマックス」
車両の改良によってクリーン化を目指す一方で、既存車を含めたユーザー側での運用でクリーン化を目指す動きも広がりつつある。運転方法や適正整備などで、車両の運用をより環境に優しい方法に見直すことを組織的に行う事業者が増えてきている。特に燃費については直接コスト削減にもつながるため、アイドリング・ストップの励行や各車両の燃費診断、車両運行システムの構築などの導入が進んでいる。
例えば、建設業界大手の大林組では、独自の省燃費運転研修を1999年から実施、補助装置を利用するなどの工夫もあり、研修後には平均で約16％の省燃費運転を達成できたとする。大林組では関連業界も含めたアイドリングストップや適正整備、こまめな消灯などの"省エネ運転"を奨励することで低燃費、CO2排出量削減に取り組んでいる。
商用車大手のいすゞでは、大型トラック「ギガマックス」(14t積載車)に搭載された車両制御コンピュータから、ドライバーの運転操作や燃料噴射量などの情報を読み取って記録するユニットを搭載、そこに蓄積された運行データを分析して省燃費・安全運転のアドバイスを行うサービス「みまもりくん」を展開している。同サービスでは、平均燃費が10〜15％向上するなどの成果を挙げているという。
国や自治体による低公害車導入補助
民間企業が低公害車を導入する際に受けられる国による税率の優遇や補助金交付、低利の融資制度などは、DPF(後処理装置)については2001年から、車両に対しては2002年から行われている。これらは2001年に成立した自動車NOx・PM法と、「低公害車開発普及アクションプラン」を受けて始まったものだ。
低排出ガス車両については自動車取得税の軽減(数％程度)が受けられるほか、CNG車やハイブリッドバスの導入については種々の条件を満たした上で車両価格4分の1(ベース車両との価格差2分の1まで)の補助金交付、DPFについては購入費の4分の1補助金交付などの施策が実施されている。2003年からはアイドリングストップ車両の導入についてもベース車両との価格差2分の1以内の補助金交付が行われている。
また、これらの国の施策に加え、各都道府県自治体においても助成制度を整備、国の補助金と同額を交付する形で、実質的な企業の負担額を2分の1に軽減するなどの施策が実施されている。
このような施策によってDPFや低公害車の導入は順調に進んでいるようだ。低公害貨物車(普通・軽)及び同バスの導入状況は、2001年度で199,425台だったのが2002年度では421,745台と、1年間でおよそ2倍以上に増えている((社)自動車工業会調べ)。
首都圏ディーゼル車規制
2003年10月から始まった首都圏ディーゼル車規制。規制では、新車登録から7年を超えるディーゼル車(乗用車を除く)について、新車買い換えかDPF取り付けなどで排ガス基準適合を義務化した。参加自治体による公的補助制度も準備されているが、不適合車は1都3県内を走行することができないという厳しい内容だ。厳格な取締りの効果もあり、施行から2ヶ月後に東京都が行った調査では、最大でカーボンが49％減、発ガン性物質が58％減(どちらもトンネル内)という結果がでた。国でもこの規制と同様の形での新しい施策を検討中のようだ。
(2004年11月掲載)
