WiDE: 脱炭素化する世界におけるディーゼルの寿命延長

輸送は、全世界のCO2排出量の約5分の1を占めており、道路輸送だけでこれらの排出量の4分の3を占めています。

これらの道路輸送排出量の大部分は、乗用車やバスなどの乗用車両から来ており、次いで貨物トラックが続きます。軽自動車の燃料としてはガソリンが最も一般的ですが、トラックやバスなどの商用車の主要燃料はディーゼルです。

これは、原油の蒸留によって得られる炭化水素の混合物が、エンジン効率が高いためです。

ディーゼルは実際に25％から35％の燃費向上をガソリンよりも実現し、商用車にとって最適な選択肢となります。燃費が向上するだけでなく、ディーゼルエンジンは加速性や牽引・荷揚げ性能が優れ、メンテナンスが少なく、耐久性も高いです。

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）などの汚染物質の主要な排出源でもあります。

ディーゼルエンジンは二酸化炭素（CO2）も排出します。CO2は他のガスほど直接的に有毒ではありませんが、重要な温室効果ガスです。データによると、ディーゼル燃料消費は2022年の米国輸送部門全体 CO2排出量の約25％を占めました。

ディーゼル燃料が健康と環境にもたらす負の影響を軽減するため、ナイジェリアの連邦工科大学オウェリ（FTO）の研究者はWater-in-Diesel Emulsion（WiDE）技術に注目し、ディーゼルエンジンの汚染削減に有望な戦略¹として特定しました。

Diesel Emissions: Why They Remain a Major Pollution Challenge

有害排出物の主要な発生源として、ディーゼルエンジンは呼吸器系の問題や心血管系の障害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影響を緩和するため、最新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）、ディーゼル粒子フィルター（DPF）など、さまざまな排出制御技術を使用しています。

これらの技術は排出削減に寄与しますが、完全に解決するわけではなく、エンジンのコストと複雑さを増大させます。

例えば、DOCはCOとHCを効果的に削減しますが、粒子状物質とNOxへの効果は限定的です。一方、DPFは粒子状物質の削減に有効ですがCOやNOxには対処できません。EGRはコスト効果が高くCOやNOxを削減できますが、粒子状物質が若干増加する可能性があります。

他にもバイオディーゼルといった代替手段があります。バイオディーゼルはバイオマス由来で、PM、CO、HCの大幅な削減に成功していますが、NOx排出が増加することがあります。

FTOの研究者が指摘したように、NOxとPMの生成は温度依存であり、逆相関の関係にあるため、片方を減らすともう片方が増える傾向があります。

この問題への解決策として、燃焼室に水を導入する方法があります。これによりNOxとPMの両方が大幅に削減されます。水をディーゼルエンジンに導入する方法はいくつかあり、吸気マニホールドへ水を噴霧する（FWIM）や直接水噴射（DWI）などがありますが、これらはNOxとPMを削減する一方でHCとCOの排出が増加する可能性があります。

さらに簡単で効果的な方法として、Water-in-Diesel Emulsion（WiDE）があります。

WiDE: Extending the Lifespan of Diesel in a Decarbonizing World

界面活性剤で促進された水とディーゼルの混合は、排出削減、エンジン性能、燃焼効率にプラスの効果を示します。この手法は、NOxと粒子状物質の排出を60％以上削減しながら、性能を維持、場合によってはエンジン効率を向上させることができます。

燃焼温度を下げ、燃焼時間を短縮し、ジェットの勢いを増し、燃費を向上させるこのクリーンな選択肢は、エンジン改造なしで既存のディーゼルエンジンで使用可能です。

WiDE Technology: How Water-in-Diesel Reduces Emissions and Improves Performance

混合が不完全な場合、ディーゼルは水よりも軽いため上部に浮きやすくなります。一方、エマルジョン燃料は、完全に混ざり合わない2つの不混和液体が互いに分散したものです。そのため、エマルジョンは高エネルギー技術と界面活性剤の助けを借りて作られます。

ディーゼルエンジンがエマルジョン燃料で動作するためには、WiDEの安定時間が重要です。エンジン稼働中にエマルジョンの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ります。

界面活性剤と呼ばれる特殊な化学物質は、ディーゼルと水を均一に混合させる上で重要な役割を果たします。これらは両者間の表面張力を低減し、安定したエマルジョンを形成します。

WiDE技術では、非常に小さな水滴がディーゼル燃料に混入され、界面活性剤が加えられて均一にブレンドされます。このエマルジョンは最大60日間安定します。この組み合わせがエンジン内で燃焼すると、水滴が急速に蒸発し、「マイクロエクスプロージョン」と呼ばれる現象を引き起こし、燃料をより細かい粒子に分解します。

これにより燃焼時の空燃比が改善され、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。完全燃焼はすすと粒子状物質の排出も減少させます。

このシンプルな技術がディーゼルエンジンの汚染を大幅に削減でき、エンジンの再設計を必要としないことから、FUTOの研究者は世界中の研究を分析し、クリーンディーゼルへの迅速な道としてその可能性を検証しました。

WiDEを使用したディーゼルエンジンの実験結果によると、有害排出物が劇的に削減されました。具体的には、NOx排出が67％、PMが68％低減し、標準ディーゼル燃料と比較して「ディーゼルエンジンのクリーンな代替燃料」と位置付けられました。

環境面の利点に加えて、いくつかの実験では性能向上も報告されています。具体例として、ブレーキ熱効率（BTE）の向上が挙げられます。さらに、ブレーキ出力、燃料消費率（BSFC）、トルクなどのエンジン性能指標でもWiDEは有望な結果を示しています。

したがって、WiDEエンジンはクリーンな排気を生むだけでなく、燃料の利用効率も向上させます。

「Water-in-diesel emulsions are a practical and cost-effective way to make diesel engines cleaner」と述べたリードオーサーのDr. Chukwuemeka Fortunatus Nnadozieは、「この技術はエンジンの再設計を必要としないため、開発途上国・先進国ともに排出削減への即時的な道を提供します」と語っています。

一方で、界面活性剤の重要性に関する調査では、適切な界面活性剤とその濃度の選択がエマルジョンの安定性に直結し、燃料の性能と安全性に影響を与えることが明らかになりました。

研究者は、複数の界面活性剤を組み合わせることで、燃料ブレンドの安定性とエンジン内部の燃焼品質が最も向上することを発見しました。

しかしながら、研究者は追加の研究が必要であると指摘しています。具体的には、界面活性剤の組み合わせの最適化と、エマルジョンがエンジン部品に与える長期的影響の評価が求められます。

さらに重要なのは、WiDEが現在稼働中のエンジンの汚染削減に実用的な手段を提供し、クリーン技術全体への貢献を可能にする点です。バイオディーゼルや高度な排出制御システムと組み合わせることで、チームは気候変動と大気質改善の広範な目標を支援できると述べています。

「この技術は従来のディーゼル使用とクリーンエネルギー未来の間のギャップを埋めることができます」と共著者のProfessor Emeka Emmanuel Oguzieは語ります。「適切な配合とテストが行われれば、持続可能な輸送や産業用電力システムの重要な一部となり得ます」。

Alternatives to Diesel: Low-Emission Fuels and Clean Transport Solutions

WiDE技術は、輸送部門がディーゼルの課題に対処するための多くの手段のうちの一つに過ぎません。クリーンな代替燃料の探索は、業界が長期的な脱炭素化を達成するために、さまざまな燃料と推進技術へと導いています。注目すべき道の一つは、バイオディーゼルと再生ディーゼルで、どちらもバイオマス由来です。

バイオディーゼルは、大豆油、ひまわり油、菜種油、パーム油などの植物油、食肉加工工場からの動物脂肪、レストランからのリサイクル調理油、さらには藻類といったバイオマス原料をトランスエステル化して製造されます。

再生ディーゼルはバイオディーゼルに似ていますが、石油ディーゼルと化学的に同等の炭化水素です。

水素も、水素内燃エンジン（H2ICE）や水素燃料電池（FCEV）を通じて、モータービークルの温室効果ガス排出を抑制する有力な解決策です。どちらもゼロカーボン燃料で車両を駆動できます。

H2-ICEに関しては、従来の内燃エンジンがディーゼルやガソリンの代わりに水素を使用します。

FCEVは、燃料電池と呼ばれる装置で水素と酸素を結合させて電気を生成し、その電気で電動モーターを駆動します。これは電気自動車と同様の仕組みです。

内燃エンジンは高負荷時に最も効率が良く、H2-ICEは大型トラックに最適です。一方、FCEVは低負荷時に効率が高く、牽引車やコンクリートミキサートラックに適しています。

H2-ICEとFCEVは排出プロファイルが似ていますが、前者はNOxと微量のCO2を排出し、後者は水蒸気のみを排出します。

このため、BMWグループ、トヨタ、ヒュンダイ・モータなどがFCEV計画を積極的に推進しています。最近では、アルプスが水素パワーのコンセプトスーパーカー「Alpine Alpenglow」を発表し、7,600rpmで740馬力、9,000rpmのレッドライン、最高時速205mphを実現しました。

しかしながら、水素は独自のコストとインフラ課題を抱えており、政策支援、投資、官民パートナーシップによって採用を促進する必要があります。

次に、合成燃料（e‑fuel）があります。これは、捕集した炭素とグリーン水素を利用して製造されます。この代替燃料は化学的プロセスで作られ、既存の化石燃料源（天然ガスからの燃料油、石炭液化によるディーゼル・ガソリン、最近では木材や動物廃棄物からの燃料油）を処理して生成されます。

しかし、これらのオプションは固体または隔離された炭素を使用するため、CO2が大気中に放出されます。e‑fuelは化石燃料への依存を排除し、エネルギー集約型セクターの脱炭素化を可能にします。

これらの燃料は大気からCO2を抽出して作られ、燃焼時に放出される排出が製造時に使用したCO2と同等であれば、カーボンニュートラルと見なされます。

e‑fuelを合成するには、CO2を空気捕集（液体溶媒や固体吸着剤で大気から直接CO2を吸収）または他の産業プロセスからの排出CO2を捕集し、これを水素と組み合わせて高温・高圧下で炭化水素に変換します。

これらのソリューションは、ディーゼルの環境影響に対処し、よりクリーンで持続可能な輸送の未来への道を切り開く助けとなります。

Investing in Cleaner Technology

Cummins Inc (CMI ) は、特に大型トラックや産業用途向けのディーゼルおよび天然ガスエンジンの世界的リーディングメーカーです。

同社は水素エンジン、燃料電池、先進的なアフタートリートメントシステムなど、脱炭素化技術への投資を積極的に行っています。「Destination Zero」戦略の下、短期的にはディーゼルの効率と排出削減に取り組み、長期的にはゼロエミッションソリューションの拡大を目指しています。

同社は主に以下の主要セグメントで事業を展開しています。

Componentsセグメントは、アクスル、ブレーキ、ドライブライン、サスペンションシステムを設計・製造し、Power Systemsセグメントはオルタネーターとプライムパワー発電機セットに注力しています。Acceleraセグメントは、バッテリー、燃料電池、電動パワートレイン技術、さらには水素製造技術を含む電化パワーシステムを製造・サポートします。Engineセグメントは、天然ガスおよびディーゼルエンジンの幅広いラインナップを製造し、Distributionセグメントは発電システムや高出力エンジン、重・中型エンジンを支援しています。

ディーゼルイノベーションと長期エネルギー転換目標のバランスが、CMI株は年初来で6.65％、過去1年で68.78％上昇し、現在は543.42ドルで取引されています。時価総額は750億ドルで、EPS（TTM）は20.51、P/E（TTM）は26.54、配当利回りは1.47％です。

財務面では、Cumminsは2025年通年で337億ドルの売上を計上しました。DistributionとPower Systemsセグメントは、データセンターのバックアップ電源需要が堅調だったことから、昨年は記録的な売上と収益性を達成しました。GAAP純利益は28億ドルで、希薄化後EPSは20.50ドルでした。

配当は16年連続で増額され、Cumminsは配当を通じて10億ドル超を株主に還元しています。

これらの「強力な業績」は「北米トラック市場の継続的な低迷にもかかわらず」実現され、CEOのJennifer Rumseyは「2025年はCumminsにとって歴史的な年であり、主要戦略課題の進展とサイクルごとのパフォーマンス向上が顕著だった」と述べました。

2025年通年では、CumminsはAccelera部門の電解槽事業に関連して4.58億ドル、希薄化後1株当たり3.28ドルの費用を計上しました。この措置は、水素採用期待の変化への戦略的見直し、事業のスリム化、需要見通しの弱さに対応するために行われました。

2025年第4四半期では、売上は85億ドル、GAAP純利益は5.93億ドル、希薄化後EPSは4.27ドルでした。

セグメント別では、電解槽設置のタイミングによりAcceleraの売上が最も伸び、31％増の1億3100万ドルとなりました。次いでPower Systemsは11％増の19億ドルで、特に北米、中国、アジア太平洋のデータセンター市場での電力需要増が牽引しました。

Distributionセグメントはデータセンター向け製品の需要増により7％増の33億ドルとなりました。一方、Componentsセグメントは米国の中・大型トラック需要低下で7％減の24億ドルとなったものの、欧州と中国での需要は堅調でした。Engineセグメントは米国とメキシコの中・大型トラック需要低下により4％減少しました。

現在、同社は来年度の売上を3％から8％の範囲で増加させる見通しを示し、強固な営業キャッシュフローの継続的な創出と、長期的に営業キャッシュフローの50％を株主に還元する計画です。

「2026年には、北米のハイウェイトラック市場がやや好調になると予測しており、特に年後半にかけてデータセンターの電力需要が引き続き強いと見込んでいます。Cumminsは将来の成長投資に十分な体制を整え、強い財務実績を維持し、2026年に株主へキャッシュを還元し続けることができる立場にあります」

– Rumsey

Latest Cummins Inc. (CMI) Stock News and Developments

Conclusion

耐久性が高く、効率が良く、トルクが大きいため多くの産業で不可欠なディーゼルエンジンですが、NOx、PM、CO、HC、SO2といった有害排出物の主要な発生源でもあり、深刻な健康リスクをもたらし、世界的な気候・大気質目標と相容れません。

Water-in-Diesel Emulsion（WiDE）技術は、エンジンの再設計を必要とせずに有害排出物を大幅に削減できる、実用的かつコスト効果の高い解決策を提供します。

ゼロエミッション技術の永久的な代替ではありませんが、WiDEは重要な過渡期の役割を果たします。他のイノベーション、例えばバイオディーゼルブレンドや新興クリーン燃料と組み合わせることで、レガシーディーゼル依存と持続可能なエネルギー未来の間のギャップを埋める助けとなります。

References

^{1. Nnadozie, C. F., Onuoha, C. P., Oguzie, E. E., & Emereibeole, E. I. (2025). Advancements in diesel emission reduction strategies: a focus on water-in-diesel emulsion technology. Carbon Research, 4, 45. https://doi.org/10.1007/s44246-025-00210-y}