未来型自動車の本命は「燃料電池」でなく「水素」? 熱効率50%超えめざしトヨタなど開発進む

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   水素エンジン自動車で、熱効率50%超えを目標にした開発が進んでいる。熱効率はガソリンエンジンで最大30%、ディーゼルエンジンでは同40%程度。水素エンジンははるかに効率的で理想的なエンジンなのだが、日本では基礎的な技術開発への関心は薄く、国の助成も後回しになる。

燃料供給装置などのエンジン部品技術が進化

   日本で水素を燃料に使う自動車というと、誰もが「燃料電池自動車」(FCV)を思い浮かべる。

   世界標準を目指した技術開発が注目の的で、トヨタ自動車と独BMW、また日産自動車は仏ルノーとともに独ダイムラー、米フォード・モーターと共同開発を進めることが発表されている。

   日本政府も2015年以降のFCV普及を念頭にそのインフラとなる水素ステーション建設を後押しする。

   水素社会構築モデルの中心として脚光を浴びるにFCVに対して、まったく陽の目を見ないでいるのが水素エンジン自動車だ。その基になる水素エンジン開発の歴史は長く1970年代に始まる。日本では東京都市大学が、旧名の武蔵工業大学時代から開発の中心的役割を担っており、現在もその状況は変わらない。

   大きな変化は、燃料供給装置などのエンジン部品技術が進化し、熱効率50%超えという内燃機関として最高の熱効率を得ることを視野に入れた開発へとステップアップしたことだ。

吸排気損失もない理想的な内燃機関

   水素の大きな特徴は、炭素と無縁であるために自動車の二酸化炭素(CO2)フリー化が実現できること、さらに希薄燃焼が得意で着火範囲が広いといった性質から、圧縮比を高め、ポンピング(吸排気)損失もない理想的な内燃機関をつくれる。その一方で、分子量はメタンの8分の1と小さく、容積が限られたエンジン気筒内で爆発させてパワーを得るには、瞬時に大量の水素を気筒内に供給しなければ、エンジンとして成り立たない。

   そこで注目されたのはディーゼルエンジンの排出ガス低減のために登場したコモンレールなど超高圧噴射型燃料供給装置で、東京都市大では2000年ごろからコモンレールを採用し、水素燃料の高圧筒内噴射による高効率な水素エンジンの開発を進めてきた。現在では超高圧筒内直接噴射の水素エンジン開発が主流で、FCV開発とともにトヨタ自動車、ホンダ、BMWなど世界の大手自動車メーカーで水素エンジン自動車の開発が続いている。

   トヨタ自動車は2005年前後からコモンレールを採用したエンジンで正味熱効率51%を目標に研究開発を進めてきている。09年には熱効率で44%を達成し、熱効率で50%超の目途をつけたとされる。

政府の支援・助成は基礎的研究開発に関心が薄い

   また、BMWはオーストリアのグラーツ工科大学と共同で熱効率50%を目標に開発に着手している。こちらは水素をエンジン気筒内に直接噴射し、磁力を使ってノズルの弁を開閉するピエゾ噴射弁による直噴で08年には正味熱効率45%を達成したことが報告されている。

   どちらも水素ステーションなどのインフラ整備が先進国を中心に進めば水素社会の旗手になるのだが、この世界標準確立に向けた開発競争において日本の立場はぜい弱だ。

   水素社会の旗手となる可能性は秘めていても、しょせんエンジン車。日本の場合、政府の支援・助成はFCVなどの先端技術には厚いのだが、基礎的研究開発に対して関心が薄い。基礎的研究開発が立ち遅れているという指摘は、自動車エンジン燃焼の分野にも端的に表れている。

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