交通・輸送
内燃機関から電動モーターへの移行を支える技術とは？
Securities.io を Google の優先ソースに追加
電動モーターを使う車両は、交通の転換で重要性を増しています。エネルギー源にはバッテリー、水素燃料電池などがあります。ただし、内燃機関（ICE）が置き換わる速さは用途、費用、政策、インフラによって異なります。
変化は一度には起こりません。多くの国はガソリンや軽油の供給網を築いてきました。一方、材料科学や工学によって内燃機関をさらに改善する余地もあり、用途によって電動技術と併存する可能性があります。
この記事が公開された2023年当時に利用できた市場調査では成長が予測されていました。調査対象市場は2020年の約551.8億ドルから2028年に約738.4億ドルへ拡大し、年平均成長率は約3.7%とされていました。これは市場予測であり、投資収益の保証ではありません。
以下では、交通の電動化が進む間に内燃機関の改善に役立つ可能性のある技術を紹介します。
メーカーと開発企業
ポルシェとテスラは、異なる技術的アプローチの例です。以下の企業情報は背景説明であり、投資成果を約束するものではありません。
Porsche (P911)
ポルシェは車両の性能や効率を改善する技術を開発し、合成燃料の開発も支援しています。
Porsche AGの本社はドイツのシュトゥットガルトです。2022年度の売上高は約376億ユーロでした。決算数値の通貨は米ドルではなくユーロです。
Tesla (TSLA)
Tesla (TSLA ) は外部から電池セルを調達するとともに、自社のセル製造を開発し、電池パックの製造・組み立ても行っています。電気自動車の技術革新を担う企業の一つですが、他のメーカー、供給企業、研究者も貢献しています。
この記事は、テスラ株が下落した2022年の後、2023年に公開されました。初版にあった年初来55.48%上昇という数値は執筆時点の記録であり、現在の収益率ではありません。2022年のテスラの売上高は約814.6億ドルでした。
テスラの本社は米国テキサス州にあります。
人工知能
人工知能（AI）を使う運転支援や制御は、内燃機関車を含む車両の運用効率を改善する可能性があります。効果はシステムの能力や使用条件によって変わります。
滑らかな速度制御は、繰り返しの加速や制動を減らせます。車車間通信や交通管理も渋滞の緩和に役立つ可能性があります。ただしAIが誤りを自動的になくすわけではなく、すべての自動運転システムに車車間通信が備わるわけでもありません。
これらは一定の条件でエネルギー消費や排出量を減らす可能性があります。電気自動車にも同じ改善手法を適用できます。
合成燃料
従来の内燃機関車は化石燃料に依存し、燃焼時に温室効果ガスや大気汚染物質を排出します。採掘や精製にも環境負荷があります。
合成燃料（e-fuel）は内燃機関向けの選択肢として開発されています。欧州連合は2023年3月、新車の乗用車・バンのCO2排出削減規則を採択するとともに、2035年以降にカーボンニュートラル燃料だけを使う車両の登録を認める別の提案に言及しました。すべての内燃機関車に無条件の例外がすでに適用されたという意味ではありません。
e-fuelは電力と水、二酸化炭素などを用いて製造されます。燃料とエンジンの仕様を満たせば、ガソリンの代替として使える製品もあります。製造経路の例は次のとおりです。
- 水（H2O）を電気分解して水素を得ます。水素と回収したCO2を反応させてメタノールを作り、触媒を使う追加工程で合成ガソリンに転換します。
- 別の経路では、CO2とH2から得た合成ガスを通じて炭化水素を製造します。
e-fuelの製造には多くのエネルギーが必要で、燃焼時には排気管からの排出も残ります。適切な供給源のCO2と低排出のエネルギーを使えば、ライフサイクル全体の気候影響を減らせる可能性があります。ただし、炭素回収や再生可能エネルギーだけで、製造・輸送・燃焼の全工程が自動的に無排出になるわけではありません。
ポルシェが使用中の内燃機関車向けにこの技術を支援する一方、HIFなどの企業が製造設備や工程を開発しています。
摩擦の役割と損失
タイヤと路面の摩擦は、力の伝達、制動、旋回に必要です。一方、エンジンや駆動系の内部摩擦は、機械エネルギーの一部を車両の推進に使われない熱へ変えます。
その損失を抑える方法として、適切な表面加工と合成潤滑剤があります。
表面加工に関する研究では、シリンダー壁などの溝や微小なくぼみが潤滑と摩擦に与える影響を調べています。結果は形状、荷重、速度、潤滑条件によって異なり、どの加工も必ず優れるわけではありません。
合成潤滑剤は長く使われてきました。配合や添加剤によって、潤滑、耐摩耗性、温度変化に対する安定性を改善できます。研究は、潤滑剤を個々のエンジンの条件により適したものにすることにつながります。一種類の油がすべての車両に最適とは限りません。
表面加工や潤滑剤は摩擦損失の一部を減らせます。しかし、内燃機関では燃焼熱や排気によるエネルギー損失も大きくなります。電動モーター単体の効率を内燃機関車のエネルギー経路全体と直接比べるべきではありません。そのため、損失5%と約50%という数値は、すべての車両について同じ条件で比較したものではありません。
内燃機関の再設計
制御、燃料、潤滑に加え、エンジンの機構そのものを変える研究もあります。Avadi MA-250の試作機はその一例です。
Avadi EnginesはStartEngineを通じた資金調達を提案していました。一般的な説明は資金調達ガイドを参照してください。初版では21万ドル超を調達したと報じられていました。これは過去の報告であり、現在募集中の案件やエンジン販売による売上ではありません。Avadiは可動部品を減らし、軽量・小型で高トルクのエンジンを実現すると説明していましたが、開発企業の主張として評価する必要があります。
Avadiの設計は回転するピストンと二本のコンロッドを使います。回転機構によって吸排気経路を開閉し、カムシャフトで駆動する従来の動弁機構を不要にします。単にシリンダーヘッドへ通常のバルブを追加する仕組みではありません。同社は内部試験の資料で次のように述べていました。
「内部試験によると、当社のAvadi MA-250は最も近い競合エンジンの約半分の重量で、トルクと出力は二倍、燃料消費は約30%少なくなっています。」
初版では試作機について約15 hp、トルク22 lb-ft、重量26 lbと記載していました。これは当時の開発企業の数値であり、独立した認証や量産製品の保証された仕様ではありません。
Avadiは用途に応じて設計の大きさを変更できる可能性も説明していました。内燃機関は園芸用トラクター、全地形対応車、木材チッパー、発電機などで使われます。新たな用途にはそれぞれ開発と試験が必要です。
移行の見通し
電気自動車の開発が進む一方、特定用途の内燃機関にも改善の余地があります。すべての国や機械に共通する単一の置き換え時期はありません。
技術選択はインフラ、費用、規則、信頼性、エネルギー需要によって決まります。新燃料、潤滑剤、新設計は事業機会を生む可能性がありますが、市場拡大や試作機の成功が投資家の利益を保証するわけではありません。
自動制御、新しいエンジン、e-fuel、潤滑剤、表面加工を組み合わせる車両は開発の可能性の一つです。効率と実用性は試験や実際の使用で確かめる必要があります。
