アンモニアをジェットエンジンの燃料に
アンモニアをジェットエンジンの燃料に / Pixabay

 現在、アンモニアをジェットエンジンの燃料として使う研究が進められている。アンモニアとはそう、人体においては、尿素に含まれるツーンとする匂いのあのアンモニアである。

 イギリスの航空宇宙企業「リアクション・エンジンズ社」と「科学技術施設研究会議(STFC)」が目指すのは、最先端の熱交換技術と触媒を組み合わせて実現する化石燃料を使用しない、カーボンフリーな空の旅だ。
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飛行機の排出する二酸化炭素を軽減する取り組み


 飛行機に搭載されるジェットエンジンは、石油の分留成分の1つ「ケロシン」を主成分とする燃料を利用して、音速を超えるスピードや乗客/荷物の空輸を可能にする。

 しかし、ジェット燃料は化石燃料であり、二酸化炭素が大量に排出されるために、航空産業や政府には2050年までの抜本的な対策が求められている。

 ジェット燃料に代わる新たなエネルギー源が求められているのはそれゆえだ。しかし、そうした代替物のほとんどは、従来の燃料に比べてエネルギーの密度が低いといった欠点がある。

 たとえば、現在のバッテリーの性能では、かなり小型の飛行機を、ほとんど何も積載しないまま短い距離を飛行させることしかできない。

 液体水素ならエネルギー密度の点はクリアできそうなものの、実際に利用するには飛行機の設計を刷新し、新しいインフラまで整えなければならない。

ジェットエンジン
iStock

アンモニア燃料は二酸化炭素を排出しない


 アンモニアを航空機の燃料として使うという発想自体は、かなり以前からある。

 エネルギー密度は軽油の3分の1しかないが、液化して保存するのが容易で、1950、60年代には高高度極超音速実験機X-15に使われた実績もある。そして、何より二酸化炭素を排出しない。

 問題があるとすれば、それをコスト面で実用可能なものにすることだった。

 そこでリアクション・エンジンズ社は、同社の空気吸入式エンジン「SABRE」(関連記事)に採用されている熱交換技術とSTFCの先端触媒を組み合わせて、新型の推進システムを開発している。

5
熱交換技術(青色)を搭載した「SABRE」エンジン image by:reactionengines

 新型システムでは、ちょうど現行のケロシンと同じように、アンモニアを冷却・加圧して液化した状態で翼の部分に保存。

 タンクからアンモニアを汲み出すには、熱交換器によってエンジンから取り出した熱を利用する。温められたアンモニアは化学反応器に送られ、ここで触媒によって一部が水素に分解される。

 ジェットエンジンは、このアンモニア・水素の混合気を燃焼し、動力を得る。排出されるのは主に窒素と水蒸気だけだ。


既存の機体とエンジンを流用可能


 リアクション・エンジンズ社によると、アンモニアのエネルギー密度は十分に高いため、機体の設計を大幅に変える必要はなく、エンジンの改良も短時間でできるという。現時点では地上での実験が行われており、数年内にはテストフライトも実施される見込みだ。

 「リアクション・エンジンズ社の熱交換技術とSTFCの触媒が合わさることで、ゲームチェンジャーと言うべき、環境に優しいアンモニアベースの航空推進システムを開発することが可能になります。」(主任技術者、ジェームズ・バース博士)

 機体もエンジンも既存のものを流用可能なおかげで、カーボンフリーな空の旅への移行が速やかに進むと期待できるとのこと。2050年よりずっと前に最初の就航が実現したとしてもおかしくはないそうだ。

References:reactionengines / newatlas/ written by hiroching / edited by parumo
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コメント

1

1. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 09:16
  • ID:8qcc8WyK0 #

アンモニアを生成する際にはコストはかからないの?

2

2. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 09:17
  • ID:dKKsELO90 #

窒素は窒素で、増えたら温暖化の原因になるような……

3

3. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 09:20
  • ID:VcvuCxSY0 #

そしてNOxの大量生産になったりして・・・・

4

4. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 09:29
  • ID:SJqBlVY50 #

アンモニア燃やしたら窒素酸化物が大量にでるやん。CO2憎しで、NOX大量に出すとか遂に頭がおかしくなったようだ。

ジェットエンジンはただでさえ圧縮比が高いせいで窒素酸化物が大量に出るのに、燃料で窒素化合物をさらに追加投入するとか狂気の沙汰。

5

5. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 09:32
  • ID:EQJB3ktT0 #

ガスタービンで動くもの全般を、これに置き換えることも可能ということかな?

日本のような石油輸入国には、石油の依存比率を下げることができるテクノロジーになるか……?

6

6. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 09:34
  • ID:cCY.YAPb0 #

アンモニアを作るのに大量に二酸化炭素を消費するということだったりして。
そもその二酸化炭素宇の増加は温暖化の結果であって原因じゃないんだよな。

7

7. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 09:37
  • ID:ms8.xT7M0 #

※2
もともと空気中にある窒素を利用するだけなので増えないのでは?

8

8. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 09:38
  • ID:iVdvUrzC0 #

機長「エンジンで燃焼異常が起こってるぞ ! 」
副機長「臭いっす」
機長「エンジンが停止した ! 」
副機長「臭いっすねぇ」
機長「ロストコントロール ! 」
副機長「ほんと臭いっす」

9

9. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 09:41
  • ID:5GrkKpcB0 #

尿素にアンモニアは含まれない。尿素とアンモニアは別物だよ

10

10. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 09:44
  • ID:XWIYcEIw0 #

※3
アンモニア燃料でガスタービンを動かす研究は日本でも行われていますが、実際LNGなどに比べればNOxの排出量は増えるようです
乗物に使う場合は無視できない要素になるでしょうね

11

11. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 10:13
  • ID:poyCi8u70 #

NOXが出そうだよねぇ

12

12. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 10:24
  • ID:wycjwvI90 #

アンモニアの冷凍機を扱ってます、航空機の燃料としての性能は正直わかりませんが、いざ運用する段階でのご忠告は申し上げられます。
覚悟なさってください「たまらなくオシッコ臭いです」以上です。

13

13. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 10:52
  • ID:7bKlfs1L0 #

くさそう

14

14. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 11:02
  • ID:HKAB3.7d0 #

タービンエンジンは大量の空気を圧縮、そこに燃料を噴射して燃焼させ大量の膨張ガスを得る
この構造上、空気過多な状態です
つまり酸素のOが余った状態で燃焼するために、高温下で窒素Nと沢山のOが反応してくっつきNOxが発生します

と必要ない方も多いようですが基本の説明です

15

15. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 11:11
  • ID:QB9oaJ2J0 #

アンモニア生成にはハーバーボッシュ法で
大量のエネルギーを使うから
そこで二酸化炭素大量発生するんだけどなあ
それに既存のターボフェンエンジンでは水素は
燃やせないから燃料システムを全交換しないと
 
つまりは、メタンから単離した水素と空気中の
窒素からハーバーボッシュ法でアンモニアを作り
それを燃焼前に触媒で水素と窒素に分離して
水素エンジンを動かそうという、二度手間、三度手間
壮大な環境詐欺じゃないかな?
しかもアンモニアにして機載する分効率が悪いでしょ
最初からメタンを燃やせばいいじゃないw

原子力なら二酸化炭素は出ませんと同じ
技術的ペテン臭しかしないよ
(実際には採掘精製、プラント建造、維持管理、廃棄物の保管までのトータル環境負荷で考えると、火力の方がずっと二酸化炭素排出量が少ない)

16

16. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 11:25
  • ID:5spQn4C20 #

窒素増えるってアタオカだろ
現代は様々な用途で空気中の窒素が減りまくってるぞ

17

17. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 11:26
  • ID:zehPiFl50 #

はい?
アンモニア再生に必要な水素は、化石燃料の天然ガスを燃焼して取り出してるでしょ?
アンモニア再生自体にも高熱が必要だけどそのエネルギーはどこから持ってくるの?
カーボンフリーってなんの話かな?

18

18. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 11:34
  • ID:cd63.mR.0 #

※11
原文読んでないけどその懸念について記述されてなければ片手落ちだよね

19

19. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 11:46
  • ID:CQ59ZdSo0 #

そのアンモニアはどこから調達するの?

20

20. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 11:48
  • ID:JxMScqn00 #

空中にばら撒いたNO2は強酸の酸性雨となって降ってくるんだけど。
酸性雨がヨーロッパの森林を破壊したのを覚えてないのかな?

地上の大規模施設では、しっかりした脱硝装置を使える。
けど、お空で全部垂れ流すエンジンにアンモニアは向いてないと思う。

21

21. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 11:56
  • ID:mG78jbez0 #

>>3
自分も記事を読んでそう思った。
どうも多段燃焼によってNoxは排出されない仕組みを阪大が出してるみたい
ただ2016年記事だと工業炉にて行うとなっているので今どこまで小型化されているかは不明

22

22. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 11:58
  • ID:JxMScqn00 #

※2
窒素は大気の80%を占める。窒素N2自体は温暖化に寄与していない。
(こまかく見れば大気そのものに保温効果はあるけれど、N2は赤外線に対して透明なので温暖化効果があるとはみなされない)

23

23. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 12:31
  • ID:Yb6qPLgH0 #

どうせ化石燃料〜って話だが、アメリカなんかでは太陽光発電による昼間電力余ってるらしいのでそういう所から持ってくるんでしょう

24

24. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 12:56
  • ID:JLKfdsFd0 #

既に言われてるけど、化学にちょっと明るい人なら「あれ、NOxは?」ってなるんだけど、それはもちろん開発者だってわかってるだろうし、燃焼過程でNOxをあまり出さずにほとんどN2にする技術研究が進んだってことだろうか。

25

25. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 13:05
  • ID:rk0ciiiy0 #

そもそもアンモニア自体ケロシンなどと比較にならんほど毒性強いやろがい
そんなもんを固定施設ならともかく事故の可能性が高い移動体の燃料にするなや

26

26. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 13:09
  • ID:xZ3MQZHJ0 #

※19
おそらく大気ですね。
ナチスドイツが戦争をおっぱじめたころ、英国などでは、「ドイツは空気から火薬を作っている」という噂がありました。それはハーバーボッシュ法という方法で窒素を固定する方法が発明されたからですね。今はこの方法ではない方法で窒素固定をしていますが、肥料を作るなど凄い発明であったことは間違いありません。この窒素はまわりまわって、私らの身体の構成物質の一つタンパク質へとつながります。
ちなみにちゃんと排泄しないと痛風になったりするのねんw

27

27. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 13:13
  • ID:ieRef8jG0 #

※6
アンモニアは水素と窒素を高温で高圧して製造するので大量のCO2を排出するんだって。CO2を出さない水と窒素から生成する新しい製造法が開発されたらしいけど大量生産には向かないらしい。

28

28. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 13:54
  • ID:kWdFI3l30 #

>>12
物凄く重要な報告をありがとうございました。

29

29. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 13:56
  • ID:XIvahB440 #

大変だ!燃料が無くなった
「えーお客様にお願いがございます。
お客様の中でおしっこを提供してくださる方はいらっしゃいますでしょうか?」

30

30. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 14:41
  • ID:O.5lebvP0 #

だから地球温暖化の原因は二酸化炭素じゃなく「水」だって言ってるだろ?
水を大気中から地表か地中か海中に引き摺り墜とせばいいんだよ。
間違っても宇宙に放出はするなよ?、取り戻せなくなるからな?

31

31. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 16:31
  • ID:WoQC...F0 #

プラズマジェットエンジンには少し期待してる
空気と電気でできちゃうから、これが実用的な段階まで完成すれば石油いらんくなる

32

32. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 16:55
  • ID:0TnL8sf.0 #

何もしなくてもすごい量の水が宇宙に離散してってるのはご存知でない?

33

33. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 17:40
  • ID:gzHx4hU10 #

プスゥ〜⤴・・・

「なんか臭うな?」
「きっと燃料漏れですよ」

34

34. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 18:26
  • ID:zehPiFl50 #

>>23
いやいや、アンモニアに必要な水素をどこから持ってくるのかが問題。
普通は天然ガスを二酸化炭素と水素に分離して取り出す。このエンジンはアンモニアの水素を分離して燃焼させるんだろ?
結果として天然ガスを燃やしてるのと変わらないんだよ。
いや、複数の処理も跨いでる分、エネルギー効率は悪くなってる・・・。

35

35. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 19:28
  • ID:cVGt8e8z0 #

先人がなぜ止めたのか
理解してない記事ですね‥
「主に」窒素と水蒸気 でそれ以外は何?
何が問題で実用化しなかったのか クリアになったこと教えてください

36

36. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 19:32
  • ID:nHMklFVR0 #

>>4
まあ紙を使うな!森を守れ!って言ってたのに、マイクロプラスチックが問題だと言い出したら紙のストロー、紙のパッケージ、紙袋を使えーだもんよ。
その時その時の儲け方が違うだけじゃないかな。

37

37. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 20:24
  • ID:n0Nx1Vgu0 #

汲み取り便所再登板?

38

38. 匿名処理班

  • 2020年08月31日 21:15
  • ID:TdzaI7Wp0 #

そしてまたどこかの港が爆発するのですね

39

39. 匿名処理班

  • 2020年09月01日 00:40
  • ID:TSBlky.40 #

>>30
なにか人工的な手段で降雨量を増やせと?

日々海から膨大な水蒸気が蒸発し、膨大な量の降水によって水の循環が成立している巨大な惑星システムに介入できると本気で考えてますか?

40

40. 匿名処理班

  • 2020年09月01日 09:33
  • ID:chwx6c5P0 #

※39
二酸化炭素もそうやって人類が気温に影響を及ぼすほどに排出したんじゃないの?
塵積って山となるパターンかと。

NOx の問題と効率(もともと悪いことはわかってる)が改善されるブレークスルーがあれば、前はやらなかったけど、今ならということかもしれないし、今もダメで、はるか未来かもしれない。懸念事項は当然やってる人たちだって思いついているだろうし、何かメドが経ったのかもしれない。期待して待ってもバチはあたらんと思うが?

41

41. 匿名処理班

  • 2020年09月01日 14:59
  • ID:8tvYstMd0 #

保存記事が見つけられず記憶だけの書込みになりますが、確かIHIかどこかでアンモニア稼動の火力発電所を試作していて「持ち込まず、其処でアンモニアを作って」その場で発電するところまで順調だと1年前くらいに拝見しました。IHIは10年以上前くらいから英と組んで、海洋発電とかもやっていたので特に記憶しています。TPP英加入とかいろいろあるこの時期にこういった記事が出てきたのが印象深いです。技術的なことはさっぱりですが(泣

42

42.

  • 2020年09月01日 16:59
  • ID:UUOARhEG0 #
43

43. 匿名処理班

  • 2020年09月04日 12:51
  • ID:OWNvnScu0 #

既にディーゼルエンジン車などで使われているSCR(選択触媒還元脱硝装置)はアンモニア水と触媒でNOxを処理しているので、NOxは解があります。それより問題なのは、アンモニアは燃焼速度が遅いため着火しにくく燃焼が安定しないことです。そのための一部水素化なのでしょう。

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