WiDE：脱炭素化が進む世界におけるディーゼル燃料の寿命延長

輸送は、約 世界のCO2排出量の5分の1そのうち4分の3は道路輸送によるものだ。

道路輸送による排出ガスの大部分は、乗用車やバスなどの旅客車両から発生し、次いで貨物トラックが続きます。小型車両ではガソリンが最も一般的な燃料ですが、トラックやバスなどの商用車ではディーゼルが主な燃料となっています。

それは、原油の蒸留によって得られるこの炭化水素混合物の方が、エンジンの効率が高いからである。

ディーゼルは実際には 25％の35％に ガソリンよりも燃費効率に優れているため、商用車にとって最適な選択肢です。ディーゼルエンジンは燃費の良さに加え、加速性能、牽引・運搬能力にも優れ、メンテナンスの手間が少なく、耐久性も高いという特長があります。

しかし同時に、ディーゼルはすす、一酸化炭素（CO）、窒素酸化物（NOx）、硫黄酸化物（SOx）、炭化水素（HC）、粒子状物質（PM）などの汚染物質を通じて、大気汚染の最大の原因の一つとなっている。

ディーゼルエンジンは二酸化炭素（CO2）も排出するが、これは他のガスと同様に明らかに有毒であるだけでなく、重要な温室効果ガスでもある。データによると、ディーゼル燃料の消費量は、 米国運輸部門全体 CO2排出量 2022インチ

ディーゼル燃料が私たちの健康と環境に及ぼす悪影響を軽減するために、ナイジェリアのオウェリ連邦工科大学（FTO）の研究者たちは、ディーゼル燃料中の水エマルジョン（WiDE）技術に着目し、 ディーゼルエンジンからの汚染を削減するための有望な戦略¹ パフォーマンスを維持、あるいは向上させながら。

ディーゼル排気ガス：なぜ依然として深刻な汚染問題なのか

ディーゼルエンジンは有害物質の主要な発生源であり、呼吸器疾患や心血管疾患など、深刻な健康リスクをもたらします。また、スモッグ、酸性雨、地球温暖化といった環境問題にも寄与しています。

圧縮着火エンジンの環境への影響を軽減するため、現代のディーゼルエンジンは、ディーゼル酸化触媒（DOC）、選択的触媒還元（SCR）、排気ガス再循環（EGR）、ディーゼル微粒子フィルター（DPF）など、さまざまな排出ガス制御技術を採用している。

これらの技術は役立つ可能性があるが、 排出削減しかし、それらは完全にはそうではなく、さらにエンジンのコストと複雑さを増大させる。

例えば、DOCはCOとHCの排出量を効果的に削減しますが、粒子状物質とNOxの排出量への影響は最小限です。一方、DPFは粒子状物質の排出量を削減するのに効果的ですが、COやNOxには対応していません。COやNOxは費用対効果の高いEGRによって効果的に削減できますが、粒子状物質の排出量がわずかに増加する可能性があります。

バイオディーゼルなど、他の代替手段もある。バイオディーゼルはバイオマスから作られ、PM、CO、HCの排出量を大幅に削減することに成功しているが、やはりNOx排出量が増加する可能性がある。

FTOの研究者らが研究で指摘したように、NOxとPMの生成は温度に依存し、逆相関関係にある。つまり、一方を減らすと他方が増加することが多い。

この問題の解決策の一つは、燃焼室に水を導入することです。これにより、NOxとPMの排出量を大幅に削減できます。ディーゼルエンジンに水を導入する方法はいくつかあります。これには、吸気マニホールドへの水噴霧（FWIM）や水噴射（DWI）などがあり、これらはNOxとPMの排出量を削減しますが、HCとCOの排出量を増加させる可能性があります。

ディーゼルエンジンの排気ガス汚染を削減する、もう一つ簡単で効果的な方法があります。それは、水とディーゼル燃料の混合液（WiDE）です。

WiDE：脱炭素化が進む世界におけるディーゼル燃料の寿命延長

界面活性剤を用いてディーゼル燃料に水を混合すると、排出ガス削減、エンジン性能、燃焼効率に好影響が見られます。この技術は、性能を維持しながら、あるいは場合によってはエンジン効率を向上させながら、燃料とNOx排出量を60%以上削減できる可能性があります。

このよりクリーンな方式は、燃焼温度を下げ、高温燃焼時間を短縮し、噴射速度を高め、燃費を向上させるもので、既存のディーゼルエンジンに改造を加えることなく使用できます。

WiDEテクノロジー：ディーゼル燃料に水を添加することで排出ガスを削減し、性能を向上させる方法

ディーゼル燃料は水よりも軽いため、混合すると水の上に浮く傾向があります。一方、エマルジョン燃料は、完全に混ざり合うことができない2種類の液体が混合したもので、一方の物質がもう一方の物質中に分散しています。そのため、エマルジョンは界面活性剤を用いて高エネルギー技術によって生成されます。

ディーゼルエンジンが乳化燃料で稼働するためには、WiDEの安定時間が極めて重要である。エンジンの運転中に乳化安定性が低下すると、燃焼システムに悪影響を及ぼし、エンジンの早期故障につながるからである。

界面活性剤と呼ばれる特殊な化学物質は、ディーゼル油と水を均一に混合する上で不可欠な役割を果たします。界面活性剤は、両者の表面張力を低下させることで安定した乳化状態を作り出し、効果的に両者を結合させます。

WiDE技術では、非常に小さな水滴がディーゼル燃料に混合され、界面活性剤が添加されて均一に混ざり合うことで、エマルジョンが最長60日間安定した状態を保ちます。この混合物がエンジン内で燃焼すると、水滴が急速に蒸発し、「マイクロ爆発」と呼ばれる現象が起こり、燃料がより細かい粒子に分解されます。

これにより、燃焼時の空気と燃料の混合が改善され、燃焼ピーク温度が低下し、窒素酸化物の生成が抑制されます。また、完全燃焼により、すすやPMの排出量も削減されます。

このシンプルな技術は、エンジンの再設計を必要とせずにディーゼルエンジンの汚染を大幅に削減できる可能性を秘めていることから、FUTOの研究者たちは、世界中の研究を分析することで、この技術と、よりクリーンなディーゼル燃料の使用への迅速な道筋としてのその可能性について、より深く掘り下げた。

WiDE分析で検討された研究によると、ディーゼルエンジンをWiDEで稼働させることで、有害物質の排出量を大幅に削減できる。特に、NOx排出量は標準ディーゼル燃料と比較して67%、PM排出量は68%減少しており、「ディーゼルエンジンにとってよりクリーンな代替燃料としての地位を確立している」。

環境面での利点に加え、いくつかの実験では性能面でのメリットも報告されている。これには、燃料を有効な仕事に変換するシステムの効率性を測定するブレーキ熱効率（BTE）の向上が含まれる。さらに、ブレーキ出力、BSFC、トルクといったその他のエンジン性能特性に関する研究でも、WiDEによる有望な結果が示されている。

つまり、WiDEエンジンは排気ガスをクリーンにするだけでなく、燃料をより効率的に利用するのです。

「ディーゼル燃料に水を混合したエマルジョンは、ディーゼルエンジンをよりクリーンにするための実用的かつ費用対効果の高い方法です」と、筆頭著者のチュクウェメカ・フォルトゥナトゥス・ナドジー博士は述べています。「この技術はエンジンの設計変更を必要としないため、発展途上国と先進国の両方において、排出量削減への即効性のある道筋を提供します。」

一方、界面活性剤の重要性を調べたところ、適切な界面活性剤とその濃度を選択することが乳化安定性の鍵であり、それが燃料の性能と安全性の両方に影響を与えることが明らかになった。

研究者らは、複数の界面活性剤を使用することで最良の結果が得られ、燃料混合物の安定性とエンジン内部の燃焼品質の両方が向上することを発見した。

有望な結果が得られたにもかかわらず、研究者らは、界面活性剤の組み合わせを改良することや、エマルジョンがエンジン部品に及ぼす長期的な影響を評価することに焦点を当てた、さらなる研究の必要性を強調した。

さらに重要なのは、WiDEは既存のエンジンからの汚染を削減する実用的な方法を提供し、よりクリーンな長期的な解決策に取って代わるのではなく、他のクリーン技術に貢献できる点です。研究チームによると、この燃料アプローチをバイオディーゼルや高度な排出ガス制御システムと組み合わせることで、より広範な気候変動対策や大気質改善の目標達成を支援できるとのことです。

「この技術は、従来のディーゼル燃料の使用と、よりクリーンなエネルギーの未来との間のギャップを埋めることができる」と、共著者のエメカ・エマニュエル・オグジー教授は述べている。「適切な配合と試験を行えば、持続可能な輸送システムや産業用電力システムの重要な一部となる可能性がある。」

ディーゼル燃料の代替案：低排出ガス燃料とクリーンな輸送ソリューション

WiDE技術は、輸送部門がディーゼルの限界を克服するための数多くの方法の一つに過ぎません。よりクリーンな代替燃料の探求は、業界の長期的な脱炭素化を支援する様々な燃料および推進技術の開発につながっています。排出量削減のための有望な手段の一つは、バイオマス由来のバイオディーゼルと再生可能ディーゼルです。

バイオディーゼルは、大豆油、ヒマワリ油、菜種油、パーム油などの植物油、食肉加工工場から出る動物性脂肪、レストランから出る再生食用油などをエステル交換反応させることで生産される。藻類もまた、有望なバイオマス原料の一つである。

再生可能ディーゼルはバイオディーゼルに似ているが、化学的には石油由来のディーゼルと同等の炭化水素である。

水素は自動車からの温室効果ガス排出量を制限するもう一つの解決策である。 水素内燃機関 (H2ICE)と 水素燃料電池 （燃料電池車）。どちらも、二酸化炭素を排出しない燃料で車両を動かすことができる。

H2-ICEとは、通常の内燃機関がディーゼルやガソリンの代わりに水素を使用する仕組みのことである。

燃料電池車（FCEV）は、燃料電池と呼ばれる装置を用いて水素から電気を生成します。この装置では、水素と酸素が反応して電気が生成され、その電気で電気モーターが駆動します。これは電気自動車の仕組みとよく似ています。

内燃機関は高負荷時に最も効率が良いため、大型トラックには水素内燃機関が最も適しているが、燃料電池車は低負荷時に効率が良いため、レッカー車やコンクリートミキサー車に最適である。

H2-ICEとFCEVはどちらも排出ガス特性が似ているが、前者はNOxと微量のCO2を排出するのに対し、後者は水蒸気のみを排出する。

その結果、BMWグループ、トヨタ、ヒュンダイモーターなど、複数の自動車メーカーが燃料電池車（FCEV）の開発計画を積極的に進めている。最近では、アルピーヌも水素燃料電池を動力源とするコンセプトスーパーカー「アルピーヌ・アルペングロー」を発表した。この車は7,600rpmで740馬力を発生し、9,000rpmのレッドラインに達し、最高速度は205mph（約330km/h）に達する。

しかし、最近共有されたように、 水素にはそれなりのコストがかかる また、普及を促進するためには、政策支援、投資、官民連携によって克服すべきインフラ面での課題も存在する。

さらに、回収した炭素とグリーン水素を用いて製造される合成燃料、いわゆるe燃料もあります。この代替燃料は化学処理によって作られます。合成燃料のほとんどは、天然ガスを燃料油に変換したり、石炭を液化してディーゼルやガソリンにしたり、近年では木材や動物の廃棄物を燃料油に変換するなど、既存の化石燃料資源を処理することによって製造されています。

しかし、これらの選択肢は固体炭素または固定炭素を利用するため、二酸化炭素を大気中に放出することになります。e-fuelsは化石燃料への依存をなくすことでこの問題を解決し、エネルギー集約型産業の脱炭素化を可能にします。

これらの燃料は、大気中から二酸化炭素を抽出することによって製造され、燃焼時に放出される排出量が、燃料の製造に使用された二酸化炭素の量と同等であれば、この方法はカーボンニュートラルであるとみなされます。

e-fuelを合成するには、CO2は空気回収によって供給され、 CO2を吸い込む 二酸化炭素は、液体溶媒や固体吸着剤を用いて大気中から直接回収するか、他の工業プロセスから排出される二酸化炭素を回収することによって得られる。回収された二酸化炭素は水素と結合され、高温高圧下で炭化水素に変換される。

これらのソリューションを組み合わせることで、ディーゼル燃料による環境への影響に対処し、よりクリーンで持続可能な輸送の未来への道を開くことができる。

クリーンテクノロジーへの投資

カミンズ株式会社 (CMI -1.24％) は、特に大型トラックや産業用途向けのディーゼルエンジンおよび天然ガスエンジンの世界有数のメーカーの一つです。

同社は、水素エンジン、燃料電池、高度な排ガス後処理システムなど、脱炭素化技術に積極的に投資している。「Destination Zero」戦略を通じて、短期的にはディーゼルエンジンの効率と排出ガスの改善に取り組みつつ、長期的にはゼロエミッションソリューションの普及を目指している。

このグローバルな電力ソリューション企業は、いくつかの主要な事業セグメントを通じて事業を展開しています。

コンポーネント部門は、車軸、ブレーキ、ドライブトレイン、サスペンションシステムを設計・製造し、パワーシステム部門はオルタネーターと主電源発電機セットに注力しています。アクセレラ部門は、バッテリー、燃料電池、電動パワートレイン技術、水素製造技術など、電動パワートレインシステムを製造・サポートしています。さらに、エンジン部門は天然ガスおよびディーゼルエンジンを幅広く製造し、配電部門は発電システム、高出力エンジン、大型・中型エンジンをサポートしています。

ディーゼル技術革新と長期的なエネルギー転換目標とのバランスが取れていることが、CMI株の年初来6.65%、過去1年間で68.78%の上昇を支え、現在543.42ドルで取引されている。時価総額750億ドルのカミンズのEPS（過去12ヶ月）は20.51、PER（過去12ヶ月）は26.54である。配当利回りは1.47%だ。

同社の財務状況について言えば、カミンズは2025年通期で33.7億ドルの収益を計上した。配電および電力システム部門は、データセンターのバックアップ電源に対する旺盛な需要に牽引され、昨年、過去最高の売上高と収益性を達成した。同期間におけるGAAPベースの純利益は2.8億ドル、希薄化後1株当たり利益は20.50ドルだった。

カミンズは16年連続で現金配当を増額し、配当を通じて株主に1億ドル強を還元した。

ジェニファー・ラムジーCEOは、「北米のトラック市場の低迷が続く中でも、こうした力強い業績を達成できた」と述べ、「2025年は、主要な戦略的優先事項を推進する上で大きな進歩を遂げ、業績をサイクルごとに向上させ続けたカミンズにとって歴史的な年となった」と語った。

カミンズ社は、2025年度通期において、アクセレラ社傘下の電解槽事業に関連する費用として4億5800万ドル（希薄化後1株当たり3.28ドル）を計上したと発表した。この措置は、水素導入に対する期待の変化に対応し、事業運営を効率化し、需要見通しの悪化を踏まえて継続的なコストを削減するために開始された戦略的見直しの一環として実施された。

一方、2025年第4四半期において、カミンズは売上高8.5億ドル、GAAPベースの純利益5億9300万ドル、希薄化後1株当たり利益4.27ドルを記録した。

セグメント別に見ると、電解槽の設置時期が重なったことにより、アクセレラ部門の売上高が31％増の1億3100万ドルと最も大きく増加し、次いでパワーシステム部門が11％増の1.9億ドルとなった。これは、特に北米、中国、アジア太平洋地域のデータセンター市場における発電需要の増加が要因となっている。

発電製品、特にデータセンター向け製品の需要の高まりも、流通部門の売上高を7%増の3.3億ドルに押し上げる要因となった。一方、部品部門の売上高は、米国における中型・大型トラックの需要低迷により7%減の2.4億ドルとなったが、欧州と中国では需要が堅調だった。また、米国とメキシコにおける中型・大型トラックの需要低迷により、エンジン部門の売上高は4%減少した。

同社は今年度、売上高が3％から8％増加すると予測しており、今後も堅調な営業キャッシュフローを生み出し、長期的には営業キャッシュフローの50％を株主に還元する計画である。

「2026年には、北米のオンハイウェイ・トラック市場、特に下半期において需要が若干改善すると予想しており、データセンター向け発電市場の好調も継続する見込みです。カミンズは、将来の成長への投資、堅調な業績の達成、そして2026年の株主への現金還元に向けて、引き続き有利な立場にあります。」

– ラムジー

カミンズ社（CMI）の最新株価ニュースと動向

結論

ディーゼルエンジンは、その耐久性、高効率、そして大きなトルクのおかげで多くの産業にとって不可欠な存在である一方で、NOx、PM、CO、HC、SO2といった有害物質の主要な排出源でもあり、これらは深刻な健康リスクをもたらし、地球規模の気候変動対策や大気質改善目標と相容れない。

水ディーゼルエマルジョン（WiDE）技術は、この問題に対する魅力的な解決策となる。エンジン設計の変更を必要とせずに有害物質の排出量を大幅に削減できるため、よりクリーンな燃焼を実現するための実用的かつ費用対効果の高い方法を提供する。

WiDEはゼロエミッション技術の恒久的な代替手段ではないものの、重要な過渡期における役割を果たすことができる。バイオディーゼル混合燃料や新たなクリーン燃料といった他の革新技術と組み合わせることで、従来のディーゼル燃料への依存と持続可能なエネルギーの未来との間のギャップを埋めるのに役立つ。

参考情報

^{1. Nnadozie, CF、Onuoha, CP、Oguzie, EE、Emereibeole, EI (2025)。ディーゼル排出削減戦略の進歩：ディーゼル油中水エマルジョン技術に焦点を当てて。 カーボンリサーチ、4、45。 https://doi.org/10.1007/s44246-025-00210-y}