CO2を排出しないカーボンフリーエンジン開発。アンモニアを燃料とする理由

機械工学が専門の理工学部の鈴木隆教授は、燃やしてもCO₂を排出しないアンモニアを使ったカーボンフリーエンジンの研究をしています。アンモニアを燃料として使う難しさなど、数々の課題を乗り越え、研究する意味とは。

いま上智大学でも力を入れているSDGs（持続可能な開発目標）。そこで掲げられる環境負荷の低減やエネルギー政策の一助として、燃やしても二酸化炭素（CO₂）を排出しないアンモニアを燃料としたカーボンフリーエンジンを研究開発しています。理工学部のソフィスティケートエネルギー研究拠点における、化学系、材料系、精密工学系の先生方との共同研究です。

再生可能かつ二酸化炭素をあまり排出しない次世代エネルギーの注目株といえば、水素というイメージが強いかもしれません。ただ、水素にはまだまだ課題がたくさんあります。そもそも資源の少ない日本では、水素を燃料として使用するにしても、輸入に頼らなければいけませんが、水素はマイナス253度まで冷やさないと液体にならないため、運搬面で大きな課題があるのです。日本は狭いですから、「エネルギーを輸入する」ということを前提に考える必要があります。

研究のキーポイントは、「できるだけ速く燃やす」

そこで私が注目したのが、アンモニア。元素記号で考えると、水素がH₂でアンモニアはNH₃。不思議なことですが、アンモニアのほうが水素の数が多いのです。また、アンモニアは水素よりも遥かに液化しやすいことに加え、農産物の肥料などの用途で幅広く利用されており、安全に運搬するためのインフラがすでに整備されています。

火力発電所で天然ガスにアンモニアを混ぜて燃やすという実証実験が行われていることを知り、「もっと小さなものでアンモニアを燃やしてみるのはどうだろうか」と思ったことが、アンモニアエンジン開発のはじまりです。

しかし、そう簡単にいかないのが研究というもの。アンモニアは発火点が高く着火しにくい性質を持つため、燃えにくいという課題があります。実験では、「できるだけきれいに、早く燃やす」をテーマに、実際のエンジンを使って燃やしたり、特殊な容器の中でアンモニアを燃やしたりしています。少しずつですが、成果が出たときに理由を解析し、わかることが増えていくのはとても楽しいものです。

現在は、より着火しやすいディーゼルエンジンをベースに開発中ですが、アンモニア100%ではまだうまく燃焼できないため、燃料の性質が近いガソリンを混ぜて実験しています。少しずつガソリンの量を減らしながら、うまく燃える方法はないかを探っていきたい。今後は、アンモニアの燃焼不安定性や沸騰現象の不安定性を調査するために、AIを用いたディープラーニングも研究に取り入れていくつもりです。

エンジンの研究者として、社会にどう貢献できるのか

もともとは、二酸化炭素を排出するガソリンエンジンシステムの研究をしていました。しかし、年々二酸化炭素による気候変動などの環境問題は深刻になる一方です。危機感を募らせる欧米諸国と足並みをそろえる形で、日本政府も2050年までに二酸化炭素の排出量を実質ゼロにすると宣言しました。

こうした背景により、二酸化炭素を排出しない太陽光や風力といった再生可能エネルギーを導入する機運が急速に高まっています。「しかし、世界的に見てもその普及率はたったの10％。84%のエネルギーは、いまだに火力発電所で作られているのです。再生可能エネルギーには、まだまだたくさんの課題がありますが、研究者として、持続可能な社会に貢献し、将来を考えて研究することの意義を伝えていきたいです。