代替燃料車とは、ガソリン、軽油、液化石油ガス(オートガス)などの従来の石油系化石燃料ではなく、代替燃料で走行する自動車です。この用語は通常、バイオ燃料(エタノール燃料、バイオディーゼル、バイオガソリン)、水素燃料、いわゆる「エレクトロフューエル」などの合成再生可能燃料を利用する内燃機関車または燃料電池車を指します。また、この用語は電気自動車(特にバッテリー電気自動車やソーラー自動車)にも使用されます。電気自動車は、実際には自動車燃料ではなく電気で駆動するため、「代替エネルギー自動車」または「新エネルギー自動車」と呼ぶ方が適切です。
ガソリンを燃料とする自動車エンジンは1860年代から1870年代にかけて登場しました。蒸気(18世紀)、ガス(19世紀初頭)、電気(1830年代頃)といった従来の「代替」エンジンを完全に凌駕したのは1930年代になってからでした。気候変動や大気汚染といった環境と健康への懸念、高油価、ピークオイルの可能性といった様々な要因が重なり、近年、よりクリーンな代替燃料と先進的な自動車用動力システムの開発は、世界中の多くの政府や自動車メーカーにとって最優先事項となっています。
トヨタ・プリウスなどのハイブリッド電気自動車は、ガソリンなどの従来の燃料を使用しているため、実際には代替燃料車ではありませんが、電気バッテリー/スーパーキャパシターおよびモータージェネレーターの技術の進歩により、従来の内燃機関車よりも全体的に優れた燃費を実現しています。[ 2 ]代替エネルギーに関するその他の研究開発努力は、プラグイン電気自動車、レンジエクステンダー、燃料電池自動車、さらには圧縮空気自動車の開発に重点を置いています。
様々な車両燃料の影響に関する環境分析は、特に技術が広く普及した場合、単に運転効率や排出量だけにとどまりません。車両のライフサイクルアセスメントには、製造段階と使用後の段階も考慮されます。一般的に、バッテリー電気自動車のライフサイクルにおける温室効果ガス排出量は、水素自動車、プラグインハイブリッド車、ハイブリッド車、圧縮天然ガス車、ガソリン車、ディーゼル車よりも低いです。[ 3 ]
2019年時点で、世界の道路には14億9000万台以上の自動車が走行している。 [ 4 ]一方、2022年末時点で世界中で販売または改造された代替燃料車と先進技術車は約1億5900万台で、その内訳は以下のとおりである。


フレックス燃料車(FFV)またはデュアル燃料車(DFF)は、複数の燃料を使用できる多燃料エンジンを搭載した代替燃料自動車または小型トラックです。通常、複数の燃料を同じタンクで混合し、燃焼室で同時に燃焼させます。これらの車両は、口語的にフレックス燃料、またはヨーロッパではフレキシ燃料、ブラジルでは単にフレックスと呼ばれます。FFVは、2種類の燃料が別々のタンクに貯蔵されるバイフューエル車とは区別されます。世界市場で最も一般的に市販されているFFVは、エタノールフレックス燃料車であり、主要市場は米国、ブラジル、スウェーデン、その他のヨーロッパ諸国に集中しています。
エタノール・フレックス燃料車は、標準ガソリンエンジンを搭載しており、エタノールとガソリンを同じタンクで混合して走行することができます。これらの混合燃料には、混合燃料中のエタノールの割合を表す「E」番号が付けられています。例えば、E85はエタノール85%、ガソリン15%です。(詳細は、一般的なエタノール混合燃料の項をご覧ください。)エタノールFFVはE100までの混合燃料で走行できる技術が存在しますが、 [ 18 ] [ 19 ]米国および欧州では、フレックス燃料車はE85で走行するように最適化されています。この制限は、極寒時の始動不良を回避するために設定されています。
2021年末までにフレックス燃料の自動車、オートバイ、小型トラックは6,500万台を超え、ブラジルの3,830万台[ 5 ]、米国2,700万台[ 6 ]がトップとなる。その他の市場は、カナダ(2014年までに160万台)[ 20 ]、スウェーデン(2014年12月までに243,100台)[21]であった。[ 22 ] [ 23 ]ブラジルのフレックス燃料車両群には、2009年から2015年3月までに生産された400万台を超えるフレックス燃料オートバイが含まれる。[ 24 ]ブラジルでは、2009年にはフレックス燃料車所有者の65%がエタノール燃料を定期的に使用していたが、[ 25 ]アメリカで実施された調査によると、アメリカのフレックス燃料車所有者の68%がE85フレックス燃料車を所有していることに気づいていなかった。[ 18 ]
アメリカの自動車メーカーがフレックス燃料車の製造に意欲的なのは、企業平均燃費基準(CAFE)の抜け穴のためだという主張がある。この抜け穴では、自動車メーカーはフレックス燃料車を販売するたびに、実際にE85を日常的に燃料として使用しているかどうかに関わらず、「燃費クレジット」を受け取ることができる。[ 26 ]この抜け穴により、アメリカの自動車業界は、燃費の良いモデルを開発するのではなく、1台あたり100~200ドル余分に支出して一定数のフレックス燃料モデルを生産することで、CAFEの燃費目標を達成できるとされている。これにより、 SUVなどの燃費の悪い車の販売を継続でき、小型で燃費の良い車よりも高い利益率を得ることができる。[ 27 ] [ 28 ]
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バッテリー電気自動車(BEV)は、オール電気自動車(AEV)とも呼ばれ、主なエネルギー貯蔵源がバッテリーの化学エネルギーである電気自動車です。BEVは、走行時に排気ガスを排出しないため、カリフォルニア州大気資源局(CARB)が定義するゼロエミッション車(ZEV)の最も一般的な形態です。BEVに搭載され、モーターを駆動する電気エネルギーは、バッテリーパックに搭載された様々な種類のバッテリーから得られます。航続距離を延長するために、発電機トレーラーやプッシャートレーラーが使用されることもあり、ハイブリッド車の一種となります。電気自動車に使用されるバッテリーには、「液式」鉛蓄電池、ガラスマット型吸収電池、ニッカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、空気亜鉛電池などがあります。
実用的な最新のバッテリー駆動電気自動車を製造する試みは、そのコンセプトが1890年から市場に出回っていたにもかかわらず、最初の最新の(トランジスタ制御の)電気自動車であるヘニー キロワットの導入とともに、1950年代に始まりました。初期のバッテリー駆動車の売上は芳しくなかったものの、ゼネラルモーターズのEV1やトヨタのRAV4 EVなどのモデルを通じて、さまざまなバッテリー駆動車の開発が1990年代半ばまで継続されました。

バッテリー駆動の自動車は、主に鉛蓄電池とニッケル水素電池を使用していました。鉛蓄電池は、定期的に75%を超えて放電すると充電容量が大幅に低下するため、理想的なソリューションとは言えません。ニッケル水素電池はより良い選択肢ですが、鉛蓄電池よりもかなり高価です。ベンチュリー・フェティッシュやテスラ・ロードスターなどのリチウムイオン電池駆動の自動車は、近年優れた性能と航続距離を示しており、2010年12月以降に発売されたほとんどの量産モデルに採用されています。
今日の電気自動車で主に使用されている従来のリチウムイオン電池を拡張し、炭素繊維構造(この場合は車体またはシャーシ)を構造用電池として利用する道を切り開く新たな科学が生まれています。スウェーデンのチャルマース工科大学で行われている実験では、リチウムイオン挿入機構と組み合わせることで、強化された炭素繊維構造が電気機械特性を持つ可能性があることが示されています。これは、炭素繊維構造自体が推進用のバッテリー/電源として機能することを意味します。これにより、従来の重いバッテリーバンクが不要になり、重量が軽減され、燃費が向上します。[ 30 ]
2015 年 12 月現在、テスラ ロードスター、GEM 車、バディ、三菱 i MiEV とそのリバッジ版プジョー iOn およびシトロエン C-Zero、チェリー QQ3 EV、JAC J3 EV、日産リーフ、スマート ED、ミア エレクトリック、BYD e6、ルノー カングー ZE、ボロレ ブルーカー、ルノー フルエンス ZE、フォード フォーカス エレクトリック、BMW ActiveE、ルノー ツイジー、テスラ モデル S 、ホンダフィットEV 、第2世代RAV4 EV、ルノーゾエ、三菱ミニキャブMiEV、栄威E50、シボレースパークEV、フィアット500e 、BMW i3、フォルクスワーゲンe - Up !など、近隣電気自動車、都市電気自動車、量産型の高速道路対応電気自動車およびユーティリティ バンが小売販売されています。 、日産e-NV200、フォルクスワーゲンe-ゴルフ、メルセデス・ベンツBクラスエレクトリックドライブ、起亜ソウルEV、BYD e5、テスラモデルXなど。[ 31 ]世界で最も売れている高速道路合法電気自動車は、 2010年12月に発売された日産リーフで、2016年12月までに世界で25万台以上を販売しました。[ 32 ]テスラモデルSは、2012年6月に発売され、2016年12月時点で世界で158,000台以上を納入し、第2位にランクされています。[ 32 ]ルノーカングーZEユーティリティバンは、2016年12月までに世界で25,205台を販売し、軽量全電気セグメントのリーダーです。[ 33 ]

プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)は、バッテリーを電気モーターに供給するとともに、ガソリンやディーゼルなどの燃料を内燃機関やその他の推進源に供給します。PHEVは、充電装置と回生ブレーキによってバッテリーを充電できます。電力網からの電力を車両の走行時間の一部または全部に使用することで、従来の車両に比べて運用コストと燃料消費量を削減できます。[ 35 ]
2010年まで、米国の路上を走っていたほとんどのプラグインハイブリッド車は、従来のハイブリッド電気自動車を改造したものであり、 [ 36 ]最も有名なPHEVは、2004年以降に発売されたトヨタ プリウスを改造したもので、プラグイン充電とバッテリーの追加が行われ、電気のみでの走行距離が延長されていました。[ 37 ]中国の電池製造業者兼自動車メーカーであるBYD Autoは、 2008年12月に中国のフリート市場向けにF3DMを発売し、 [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] 2010年3月に深センで一般販売を開始しました。[ 41 ] [ 42 ]ゼネラルモーターズは、2010年12月に米国でシボレー ボルトの納車を開始し ました。[ 43 ]
2012 年には、トヨタ プリウス プラグイン ハイブリッド、フォード C-Max Energi、ボルボ V60 プラグイン ハイブリッドが発売されました。 2013 年と 2015 年に発売されたモデルは、ホンダ アコード プラグイン ハイブリッド、三菱アウトランダー P-HEV、フォード フュージョン エナジー、マクラーレン P1 (限定版)、ポルシェ パナメーラ S E-ハイブリッド、BYD Qin、キャデラック ELR、BMW i3 REx、BMW i8、ポルシェ 918 スパイダー(限定生産)、フォルクスワーゲン XL1 (限定生産)、アウディ A3 スポーツバック e-tron、フォルクスワーゲン ゴルフ GTE、メルセデス ベンツ S 500 e、ポルシェ カイエン S E-ハイブリッド、メルセデス ベンツ C 350 e、BYD Tang、フォルクスワーゲン パサート GTE、ボルボ XC90 T8、BMW X5 xDrive40e、ヒュンダイ ソナタ PHEV、ボルボ S60L PHEVです。
2015年12月現在、2008年12月以降、世界で販売された高速道路走行可能なプラグインハイブリッド電気自動車は約50万台で、これは軽量プラグイン電気自動車の世界累計販売台数120万台のうちの1台である。[ 44 ] 2016年12月現在、Volt/Amperaシリーズの プラグインハイブリッド車は、合計約134,500台を販売し、世界で最も売れているプラグインハイブリッド車となっている。次に多いのは、約119,500台を販売した三菱アウトランダーP-HEVと、約78,000台を販売したトヨタプリウスプラグインハイブリッドである。[ 1 ]
エタノールを燃料として使用した最初の商用車は、1908年から1927年まで製造されたフォード モデルTでした。調整可能なジェッティング付きのキャブレターが取り付けられており、ガソリン、エタノール、またはその両方の組み合わせを使用できました。[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]他の自動車メーカーもエタノール燃料用のエンジンを提供しました。[ 18 ]アメリカ合衆国では、 1919年に禁酒法によってアルコール生産が犯罪になるまで、トウモロコシアルコール蒸留器でアルコール燃料が生産されていました。アルコールを単独または他の燃料と組み合わせて内燃機関の燃料として使用することは、1970年代の石油価格ショックまで中止されました。さらに、化石燃料に比べて環境的にも長期的にも有利である可能性があるため、さらなる注目を集めました。
エタノールとメタノールはどちらも自動車燃料として使われてきた。[ 48 ] どちらも石油や天然ガスから得ることができるが、エタノールは再生可能な資源と考えられており、穀物、サトウキビ、テンサイ、さらには乳糖など作物やその他の農産物に含まれる糖やデンプンから簡単に得られるため、より注目を集めている。エタノールは、熟しすぎた果物など、たまたま糖溶液を見つけた酵母菌によって自然界に生成されるため、ほとんどの生物はエタノールに対してある程度の耐性を発達させてきたが、メタノールは有毒である。他の実験ではブタノールが使用され、これも植物の発酵によって生成される。エタノールはバイオマス燃料であるという事実から支持されているが、バイオマス燃料は気候変動や温室効果ガス排出の問題に対処できるが、これらの利点は現在、激しく議論されており、[ 18 ] [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ] 2008年の白熱した食料対燃料論争もその一つである。
現代の自動車のほとんどはガソリンで走行するように設計されており、ガソリンに10~15%のエタノールを混合した燃料(E10-E15)でも走行可能です。わずかな設計変更により、ガソリン車はエタノール濃度85%(E85)まで走行可能となります。これは、冬季の寒さを考慮し、米国や欧州で設定されている最高濃度です[ 52 ]。また、温暖な気候のブラジルでは、エタノール濃度100%( E100 )まで走行可能です。エタノールはガソリンに比べて体積当たりのエネルギーが約34%少ないため[ 53 ] [ 54 ] 、エタノール混合燃料の燃費は純粋なガソリンに比べて大幅に低くなりますが、このエネルギー含有量の低さがそのまま34%の燃費の減少につながるわけではありません。特定のエンジンにおける特定の燃料の性能に影響を与える変数は他にもたくさんあり、またエタノールは高圧縮比エンジンに有利なオクタン価が高いためでもあります。
このため、純粋または高エタノール混合燃料がユーザーにとって魅力的であるためには、燃費の悪さを相殺するために、価格がガソリンより低くなければなりません。経験則として、ブラジルの消費者は、エタノール価格がサトウキビの収穫量や季節、地域によって大きく変動するため、エタノール価格がガソリンより 30% 高いか低い場合にのみ、ガソリンよりもアルコールを多く混合するように地元メディアから頻繁にアドバイスされています。[ 55 ] [ 56 ]米国では、2006 年式E85モデルすべてに対する EPA テストに基づき、E85 車の平均燃費は無鉛ガソリンより 25.56% 低いことがわかりました。[ 18 ]現在のアメリカのフレックス燃料車の EPA 定格燃費[ 57 ]は価格比較のときに考慮することができますが、E85 のオクタン価は約 104 であり、プレミアムガソリンの代替品として使用できます。 E85の地域小売価格は米国全土で大きく異なり、トウモロコシの栽培とエタノール生産が最も盛んな中西部地域では価格がより有利となっている。2008年8月時点で、 E85とガソリンの価格差は米国平均で16.9%であったが、インディアナ州では35%、ミネソタ州とウィスコンシン州では30%、メリーランド州では19% 、カリフォルニア州では12~15%、ユタ州ではわずか3%であった。[ 58 ]車両の性能にもよるが、E85の損益分岐点は通常、ガソリンより25~30%低くなければならない。[ 18 ]
石油価格の高騰と輸入への依存度の高まりに対応して、ブラジルは1975年にプロアルコールプログラムを開始した。これは、サトウキビからエタノール燃料とエタノール駆動の自動車を製造するための政府補助金による大規模な取り組みである。これらのエタノール専用車両は1980年代に非常に人気があったが、80年代後半に石油価格が下落し、砂糖価格が上昇したため、経済的に実用的ではなくなった。2003年5月、フォルクスワーゲンは、初めて市販のエタノールフレキシブル燃料車、Gol 1.6 Total Flexを製造した。これらの車両は商業的に成功し、2009年初頭までに、シボレー、フィアット、フォード、プジョー、ルノー、ホンダ、三菱、トヨタ、シトロエン、日産の9つのブラジルメーカーがフレキシブル燃料車を生産している。[ 13 ] [ 59 ]フレックス技術の普及は急速に進み、フレックス燃料車は2008年7月の新車販売の87.6%を占めるに至った。[ 60 ] 2008年8月現在、「フレックス」自動車と軽商用車の新車販売台数は600万台に達し、[ 61 ]登録された軽自動車全体の約19%を占めている。[ 62 ]一般に「フレックス」車として知られるこの車の急速な成功は、プロアルコールプログラムの成果として、2006年までに少なくとも1つのエタノールポンプを備えた33,000のガソリンスタンドの存在によって可能になった。[ 63 ] [ 26 ]
米国では、政府による代替燃料開発への初期の支援は、1973年の石油危機への対応でもあり、その後、大気質の改善を目標とした。また、液体燃料は、体積エネルギー密度が優れているだけでなく、既存の配送システムやエンジンとの互換性が最も高く、既存技術からの大きな逸脱を避け、車両と燃料補給インフラを活用できるため、気体燃料より好まれた。[ 48 ]カリフォルニア州は、メタノールに興味を持ち、持続可能な代替燃料の探索を主導した。[ 48 ] 1996年には、新しいFFVフォード トーラスが開発され、ガソリンに混合したメタノールまたはエタノールのどちらでも稼働できるモデルが登場した。[ 48 ] [ 64 ]このトーラスのエタノールバージョンは、E85 FFVの最初の市販モデルであった。[ 65 ] アメリカの自動車会社におけるFFV生産プログラムの勢いは続いたが、1990年代末には、今日と同様にFFV E85バージョンに重点が置かれるようになった。[ 48 ]農業コミュニティからの大きな支持があり、政府のインセンティブプログラムとトウモロコシベースのエタノール補助金のおかげで、エタノールがメタノールよりも好まれた。[ 66 ]スウェーデンもM85とE85の両方のフレキシ燃料車をテストしたが、農業政策により、最終的にはエタノールフレキシ燃料車に重点が置かれた。[ 67 ]


ディーゼル内燃機関の主な利点は、燃料燃焼効率が44%であることです。これは、最高級のガソリンエンジンのわずか25~30%と比べて大幅に低い数値です。 [ 68 ]さらに、ディーゼル燃料はガソリンよりも体積当たりのエネルギー密度がわずかに高いため、ディーゼルエンジンはガソリン車よりもはるかに優れた燃費を実現できます。
バイオディーゼル(脂肪酸メチルエステル)は、米国のほとんどの油糧種子生産州で市販されています。2005年時点では化石ディーゼルよりいくらか高価ですが、依然として比較的少量(石油製品やエタノールと比較すると)で広く生産されています。油糧種子を栽培する多くの農家は、バイオディーゼルの生産を促進し、一般の認識を高めるために、政策としてトラクターやその他の機器にバイオディーゼル混合物を使用しています。バイオディーゼルは、都市部よりも農村部で見つけやすい場合があります。バイオディーゼルは化石ディーゼル燃料よりエネルギー密度が低いため、ディーゼル噴射システムを新しい燃料用に再設定しないと、バイオディーゼル車は化石燃料のディーゼル車の燃費に追いつくことができません。ただし、バイオディーゼルの高いセタン価を考慮して噴射タイミングを変更すれば、燃費の差はごくわずかです。バイオディーゼルは軽油や植物油燃料よりも酸素を多く含むため、ディーゼルエンジンからの排出量が最も少なく、ガソリンエンジンよりも排出量が少ないという特徴があります。バイオディーゼルは鉱物油ディーゼルよりも潤滑性が高く、潤滑性と排出量削減のため、欧州のポンプ式ディーゼル燃料に添加剤として使用されています。
一部のディーゼル車は、わずかな改造で 100% 純粋な植物油で走行できます。植物油は寒冷気候下では粘度が高くなる (廃食用油の場合は固まる) 傾向があるため、ほとんどの場合、使用前に燃料を加熱するために車両の改造 (ディーゼル スタート/ストップ タンクを備えた 2 つのタンク システム) が不可欠です。エンジン冷却水の温度まで加熱すると、燃料の粘度が、噴射システム メーカーが「コモン レール」または「ユニット噴射 (VW PD)」システムより前のシステムで指定する範囲まで下がります。廃植物油は、特に長期間使用されている場合は、水素化されて酸性度が増すことがあります。これにより、燃料が濃くなり、エンジン内でガム状になり、燃料システムが酸によって損傷することがあります。バイオディーゼルにはこの問題はありません。なぜなら、pH が中性で粘度が低いように化学的に処理されているからです。欧州の業界で現在生産されている一般的な最新の低排出ガスディーゼル車 (ほとんどの場合、Euro -3 および -4 準拠) では、燃料として純粋な植物油を使用する場合、霧化のためにこれまでよりも薄い (加熱した) 鉱物性ディーゼルが設計されており、動作圧力が高いため、インジェクターシステム、ポンプ、シールなどに大幅な変更が必要になります。植物油燃料は、現在生産されている状態ではこれらの車両には適していません。そのため、植物油燃料を使用できない新車が増えるにつれて、市場が縮小します。ただし、ドイツの Elsbett 社は、数十年にわたってシングルタンク植物油燃料システムの製造に成功しており、フォルクスワーゲンの TDI エンジンに取り組んできました。これは、高効率 / 低排出ガスディーゼルエンジンで植物油を燃料として使用することが技術的に可能であることを示しています。
グリースストックは、ニューヨーク州ヨークタウンハイツで毎年開催されるイベントで、廃油をバイオ燃料として使用する車両を展示する米国最大のイベントの一つです。[ 69 ] [ 70 ] [ 71 ] [ 72 ]
圧縮バイオガスは、原料ガスを精製した後、内燃機関で使用することができます。H 2 O、H 2 S、粒子を除去することが標準的な処理であり、圧縮天然ガスと同等の品質のガスを生成します。

高圧圧縮天然ガス(CNG)は、主にメタンから成り、ガソリンの代わりに通常の内燃機関の燃料として使用されます。メタンの燃焼は、すべての化石燃料の中で最も少ない量のCO2を排出します。ガソリン車をCNGに改造することで、ガソリンタンクをそのままにしておくことで、バイフューエル天然ガス車(NGV)にすることができます。運転者は運転中にCNGとガソリンを切り替えることができます。天然ガス車(NGV)は、天然ガスが豊富な地域や国で人気があります。イタリアのポー川流域で広く使用され始め、その後、ニュージーランドでも1980年代までに非常に人気が高まりましたが、使用は減少しています。[ 73 ]

2017年時点で、世界の天然ガス車は2450万台あり、中国(535万台)が最も多く、次いでイラン(400万台)、インド(305万台)、パキスタン(300万台)、アルゼンチン(230万台)、ブラジル(178万台)となっている。[ 10 ]
2010年時点で、アジア太平洋地域が54%のシェアで世界市場をリードしています。[ 74 ] ヨーロッパでは、イタリア(730,000台)、ウクライナ(200,000台)、アルメニア(101,352台)、ロシア(100,000台)、ドイツ(91,500台)で人気があり、[ 74 ]様々なメーカーが工場で車、バス、バン、大型車両を生産するにつれて、CNGを燃料とするバスの人気はさらに高まっています。[ 75 ]米国では、CNGを燃料とするバスは多くの公共交通機関で好まれており、CNGバスの車両群は約130,000台と推定されています。[ 76 ] CNGを燃料とするバスが普及している他の国には、インド、オーストラリア、アルゼンチン、ドイツなどがあります。[ 73 ]
CNG車は南米で普及しており、アルゼンチンとブラジルの主要都市では主にタクシーとして利用されています。通常、標準的なガソリン車は専門店で改造され、トランクにガスシリンダーを設置し、CNG噴射システムと電子機器を取り付けます。ブラジルのGNV車両は、リオデジャネイロとサンパウロの都市に集中しています。[ 77 ]パイク・リサーチの報告によると、ラテンアメリカのNGVのほぼ90%はバイフューエルエンジンを搭載しており、ガソリンとCNGのどちらでも走行できます。[ 78 ]
デュアル燃料車とは、異なる燃料タンクを備え、同時に 2 種類の燃料 (ガス + 液体、ガス + ガス、液体 + 液体) を使用する車のことです。
ディーゼル-CNGデュアルフューエルは、ディーゼルと圧縮天然ガス(CNG)の2種類の燃料を同時に使用するシステムです。これは、ディーゼルエンジンの燃焼にCNGの着火源が必要となるためです。[ 79 ]
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ハイブリッド車は、複数の推進システムを用いて動力を得ます。最も一般的なハイブリッド車は、ガソリンと電気バッテリーを燃料として内燃機関(ICE)と電気モーターを駆動するガソリン電気ハイブリッド車です。これらのモーターは通常比較的小型で、単体では「出力不足」とみなされますが、加速時など、より大きな出力を必要とする操作時に併用することで、通常の運転感覚を維持することができます。
トヨタプリウスは1997年に日本で初めて発売され、2000年から世界中で販売されています。
2017年1月現在、世界のいくつかの市場で50を超えるモデルのハイブリッド電気自動車が販売されており、1997年の発売以来、世界中で1,200万台以上のハイブリッド電気自動車が販売されています。[ 80 ] [ 81 ]
水素自動車は、移動の主な動力源として水素を使用する自動車です。これらの自動車は、一般的に、燃焼または燃料電池への変換という2つの方法のいずれかで水素を使用します。燃焼では、従来のガソリン車と基本的に同じ方法で、水素がエンジン内で「燃焼」します。一般的な内燃機関は、通常ガソリンまたは軽油を燃料としますが、ガス状の水素で走行するように改造することができます。この場合、使用時に水が排出され、空気との燃焼時にNOxが発生する可能性があります。[ 82 ]しかし、水素を最も効率的に使用するには、従来のエンジンではなく、燃料電池と電気モーターを使用します。水素は燃料電池内で酸素と反応し、モーターを駆動するための電気を生成します。使用済みの水素から生成される唯一の副産物は水です。[ 83 ]
現在、市販されている水素燃料電池自動車は少数ですが、ヒュンダイ・ネクソ、トヨタ・ミライ、そして以前はホンダ・FCXクラリティが存在します。主要な研究分野の一つは水素貯蔵であり、水素自動車の航続距離を延ばしつつ、重量、エネルギー消費量、貯蔵システムの複雑さを軽減することを目指しています。貯蔵方法としては、主に金属水素化物と圧縮の2つが挙げられます。水素自動車は経済的に採算が取れないと考える者もおり、この技術への重点は、より効率的なバッテリー電気自動車の開発と普及から逸脱していると主張しています。[ 84 ]
軽自動車分野では、2022年末までに世界で7万200台の水素燃料電池電気自動車が販売されたのに対し、[ 85 ]、プラグイン電気自動車は2600万台であった。[ 86 ]電気自動車とそれに関連するバッテリー技術とインフラの急速な普及により、自動車における水素の役割の世界的な範囲は、以前の予想に比べて縮小している。[ 84 ] [ 87 ]
鉄道電化においては、外部電源から車両に電力を供給するのが標準です。このようなシステムでは、通常、一方の柱は線路で構成され、もう一方の柱は通常、単一の架線または地面に対して絶縁されたレールで構成されます。
道路上ではこのシステムは説明どおりには機能しません。通常の路面は電気伝導性が非常に低いためです。そのため、道路上で外部電源を供給される電気自動車には、少なくとも 2 本の架空電線が必要です。外部電源から電力を供給される最も一般的な道路車両はトロリーバスですが、この技術で駆動するトラックもいくつかあります。利点は、燃料補給や充電のために車両を中断することなく運転できることです。欠点としては、電線のインフラストラクチャが大規模であること、車両の配線が外れないようにする必要があるため運転が困難であること、車両が互いを追い越せないこと、感電の危険、および美観上の問題が挙げられます。
無線伝送(ワイヤレス電力伝送を参照)は原理的には可能ですが、誘導結合または静電容量結合に必要なインフラ(特に配線)は大規模で高価になります。原理的には、マイクロ波やレーザーで車両にエネルギーを伝送することも可能ですが、必要な電力に対して効率が悪く、危険な場合があります。さらに、レーザーの場合は、レーザービームの直径が小さいため、電力を供給する車両を追跡するための誘導システムが必要になります。


従来の化石燃料車と代替燃料車の比較評価は、通常、使用中の環境影響や運転コスト以上のものを網羅する。資源採取の影響(例:バッテリー製造や化石燃料の採取)、「Well-to-Wheel」の効率性、地域ごとの電力の炭素強度といった問題も考慮される。 [ 7 ] : 3–9 一般的に、バッテリー電気自動車のライフサイクルにおける温室効果ガス排出量は、水素自動車、プラグインハイブリッド車、ハイブリッド車、圧縮天然ガス車、ガソリン車、ディーゼル車よりも低い。[ 3 ] BEVは、発電が比較的炭素集約的な地域、例えば電力の大部分が石炭火力発電である中国においても、内燃機関車よりも排出量が少ない。[ 7 ]
エアエンジンは、圧縮空気をエネルギー源として使用する排出物のないピストンエンジンです。最初の圧縮空気自動車は、ギー・ネグルというフランスの技術者によって発明されました。圧縮空気の膨張は、改良されたピストンエンジンのピストンを駆動するために使用することができます。常温の環境熱を使用して、通常は冷たい膨張した貯蔵タンクからの空気を温めることで、動作効率が向上します。この非断熱膨張により、機械の効率が大幅に向上する可能性があります。排出されるのは冷たい空気(-15 °C)のみで、これも自動車の空調に使用できます。空気の供給源は、加圧されたカーボンファイバータンクです。空気は、従来型の噴射システムを介してエンジンに送られます。エンジン内の独自のクランク設計により、空気充填が周囲の熱源から温められる時間が長くなり、2段階プロセスにより高い熱伝達率が可能になります。
電気はスーパーキャパシタや超伝導体にも蓄電できます。しかし、超伝導体による蓄電は極低温を必要とし、強力な磁場を生成するため、車両の推進には適していません。一方、スーパーキャパシタは車両に使用でき、架線のない区間では一部の路面電車で使用されています。乗客の乗降中に通常の停車中に充電できますが、蓄電したエネルギーで走行できるのは数キロメートル程度です。しかし、次の停車駅は通常は到達可能な距離にあるため、この場合は問題ありません。
ソーラーカーは、車体に搭載されたソーラーパネルから得られる太陽エネルギーで駆動する電気自動車です。現時点では、ソーラーパネルから直接車に十分な電力を供給することはできませんが、電気自動車の航続距離を延ばすことは可能です。2022年現在、フィスカーやライトイヤーなどから、性能の異なるソーラー電気自動車がいくつか市販され始めています。[ 90 ]
ソーラーカーは、ワールド・ソーラー・チャレンジやノース・アメリカン・ソーラー・チャレンジといった大会でレースに出場します。これらのイベントは、太陽電池や電気自動車といった代替エネルギー技術の開発促進に熱心な米国エネルギー省などの政府機関によって後援されることが多いです。こうした大会には、学生の工学技術能力向上を目的とした大学や、GMやホンダなどの自動車メーカーが参加するケースが多く見られます。
ジメチルエーテル(DME)は、ディーゼルエンジンの40~53と比較して55という高いセタン価のため、ディーゼルエンジン、[ 91 ] 、ガソリンエンジン(30% DME / 70% LPG)、ガスタービンの燃料として有望です。 [ 92 ] [ 93 ]ディーゼルエンジンをDME燃焼に改造するには、中程度の改造のみが必要です。この短炭素鎖化合物は単純なため、燃焼中に粒子状物質、NO x、COの排出量が非常に少なくなります。これらの理由と硫黄分を含まないことから、DMEはヨーロッパ(EURO5)、米国(米国2010)、日本(日本2009)の最も厳しい排出ガス規制も満たしています。[ 94 ]モービルは、メタノールからガソリンを製造するプロセスでDMEを使用しています。
DMEは、リグノセルロース系バイオマスから製造できる合成第二世代バイオ燃料(BioDME)として開発されている。[ 95 ] EUは2006年に2030年のバイオ燃料ミックスの候補にBioDMEを検討した。[ 96 ]ボルボ・グループは、欧州共同体第7次枠組み計画プロジェクトBioDMEのコーディネーターであった。 [ 97 ] [ 98 ] Chemrecの黒液ガス化に基づくBioDMEパイロットプラントは、スウェーデンのピテオで完成に近づいている。[ 99 ]


アンモニアは、気体水素と空気中の窒素を反応させることで生成されます。大規模なアンモニア生産では、水素源として天然ガスが使用されています。アンモニアは第二次世界大戦中、ベルギーのバスの燃料として、また1900年以前はエンジンや太陽エネルギーの用途にも使用されていました。液体アンモニアは、リアクション・モーターズ社製のXLR99ロケットエンジンの燃料としても使用され、このエンジンは極超音速研究機X-15の動力源となりました。他の燃料ほど強力ではありませんが、再利用可能なロケットエンジンに煤を残さず、密度は酸化剤である液体酸素の密度とほぼ一致するため、航空機の設計が簡素化されました。
アンモニアは、内燃機関における化石燃料の実用的な代替燃料として提案されている。[ 100 ]アンモニアの発熱量は22.5 MJ/kg(9690 BTU /lb)で、これはディーゼル燃料の約半分である。水蒸気が凝縮されない通常のエンジンでは、アンモニアの発熱量はこの数値より約21%低くなる。キャブレターやインジェクターにわずかな変更を加えるだけで、既存のエンジンでも使用可能である。
石炭を使ってアンモニアを生産する場合、排出されるCO2は隔離される可能性がある[ 100 ] [ 101 ](燃焼生成物は窒素と水)。
アンモニアを作動流体として使用するアンモニアエンジンまたはアンモニアモーターが提案され、時折使用されている。[ 102 ]その原理は無火機関車で使用されるものと似ているが、作動流体として蒸気や圧縮空気ではなくアンモニアを使用する。アンモニアエンジンは19世紀にイギリスのゴールドスワーシー・ガーニーによって実験的に使用され、ニューオーリンズの路面電車にも使用された。1981年にはカナダの企業が1981年型シボレー・インパラを改造してアンモニアを燃料として使用できるようになった。[ 103 ] [ 104 ]
アンモニアとグリーンNH3は、カナダの開発者によって効果的に利用されている。[ 105 ]これは、わずかな改造で火花点火エンジンやディーゼルエンジンで動作し、ジェットエンジンを動かす唯一のグリーン燃料でもあり、毒性があるにもかかわらず、ガソリンやLPGよりも危険ではないと考えられている。[ 106 ]再生可能な電力から生成でき、ガソリンやディーゼルの半分の密度であるため、車両に十分な量を容易に積載できる。完全燃焼すると、窒素と水蒸気以外の排出物は出ない。燃焼の化学式は4 NH 3 + 3 O 2 → 2 N 2 + 6 H 2 Oで、75%が水である。
1930年代、唐忠明は中国の自動車市場向けに、豊富な木炭資源を利用した発明をしました。木炭燃料自動車はその後、第二次世界大戦勃発後に軍隊や運送業者に広く利用され、中国で広く普及しました。
液化天然ガス(LNG)は、極低温液体になるまで冷却された天然ガスです。この液体状態の天然ガスは、高圧縮されたCNGの2倍以上の密度を持ちます。LNG燃料システムは、天然ガスを燃焼できるあらゆる車両で機能します。CNGは高圧(通常3000または3600psi)で貯蔵され、その後エンジンが許容できる低い圧力に調整されますが、LNGは低圧(50~150psi)で貯蔵され、熱交換器によって気化されてからエンジンの燃料計量装置に入ります。CNGに比べてエネルギー密度が高いため、天然ガスで長距離走行を希望する方に最適です。
米国では、LNGサプライチェーンが、この燃料源の急速な成長を阻んできた主な要因となっています。LNGサプライチェーンは、ディーゼルやガソリンのサプライチェーンと非常に似ています。まず、パイプラインで天然ガスを大量に液化します。これはガソリンやディーゼルの精製に似ています。その後、LNGはセミトレーラーで燃料スタンドに輸送され、そこでバルクタンクに貯蔵され、車両に供給されるまで保管されます。一方、CNGは、各スタンドで高圧シリンダーカスケードに充填するために、コストのかかる圧縮作業が必要となります。

LPG(液化石油ガス)は、プロパンとブタンを主成分とする低圧液化ガス混合物で、従来のガソリン燃焼エンジンで燃焼すると、ガソリンよりもCO2排出量が少なくなります。ガソリン車をLPG(別名オートガス)に改造することで、運転中にLPGとガソリンを切り替えることができるバイフューエル車にすることができます。世界中で推定1,000万台が走行しています。
2013年12月現在、世界のLPG車は2,490万台あり、トルコ( 393万台)、韓国(240万台)、ポーランド(275万台)が上位を占めています。[ 9 ]米国では、19万台の路上走行車がプロパンガスを使用しており、[ 107 ]また、45万台のフォークリフトがプロパンガスを動力源としています。しかし、パキスタンではOGRA(パキスタン天然ガス規制庁)が公共の安全を脅かすリスクがあるとみなし、プロパンガスの使用が禁止されています(2013年12月)。
ギ酸は、まず水素に変換され、それを水素燃料電池で利用します。また、ギ酸燃料電池に直接使用することもできます。ギ酸は水素よりもはるかに貯蔵しやすいです。[ 108 ] [ 109 ]
液体窒素(LN2)はエネルギー貯蔵方法の一種です。エネルギーを用いて空気を液化し、蒸発させてLN2を生成し、分配します。車内でLN2を周囲の熱にさらすことで、発生した窒素ガスをピストンエンジンまたはタービンエンジンの動力源として利用することができます。LN2から抽出できる最大エネルギー量は213ワット時/kg(W·h/kg)または1リットルあたり173 W·hで、等温膨張プロセスを利用することで最大70 W·h/kgを利用できます。350リットル(93ガロン)のタンクを搭載したこのような車両は、50リットル(13ガロン)のタンクを搭載したガソリン車と同等の航続距離を達成できます。理論上、カスケードトッピングサイクルを使用する将来のエンジンでは、準等温膨張プロセスによりこれを約110 W·h/kgまで向上させることができます。利点は、有害な排出物がゼロで、圧縮空気車両に比べてエネルギー密度が優れており、タンクを数分で補充できることです。

原理的には、原子核分裂や原子核崩壊を動力源とする車両を製造することは可能です。しかし、2つの大きな問題があります。まず、熱や放射線として発生するエネルギーを、駆動力として利用できるエネルギーに変換する必要があります。1つは原子力発電所のように蒸気タービンを使用することですが、そのような装置は場所を取りすぎます。より適切な方法は、例えば熱電素子や熱電子装置を用いて直接電力に変換することです。2つ目の問題は、原子核分裂によって高レベルの中性子とガンマ線が発生するため、過度の遮蔽が必要になり、公道での使用には車両が大きすぎることです。しかし、フォード・ニュークレオン社によってこの方法の研究が行われました。
原子力車両のためのより良い方法は、安全性と信頼性も高い放射性同位体熱電発電機の放射性崩壊のエネルギーを使用することです。これらの装置に必要な遮蔽は、使用する放射性核種によって異なります。ほぼ純粋なアルファ放射体であるプルトニウム238は、多くの遮蔽を必要としません。適切な放射性核種の価格が高く、エネルギー密度が低いため(プルトニウム238で1ワットを生成するには0.5グラム必要)、この推進方法は広く使用するには高価すぎます。また、放射性同位体熱電発電機は、高放射性物質を大量に含んでいるため、テロリストなどによる悪用の場合、極めて危険です。現在使用されている車両で、放射性同位体熱電発電機で駆動されているのは、火星探査車キュリオシティだけです。
核融合や消滅といった他の原子力発電形態は、現在、車両の推進力として利用できません。稼働中の核融合炉は存在せず、道路車両に適したサイズの核融合炉を建設できるかどうかも疑問です。消滅は何らかの形で機能する可能性はありますが(反物質駆動を参照)、十分な量の反物質を製造・貯蔵する技術は存在しません。
超小型車両では電力需要が減少するため、人力を利用することでバッテリー寿命を大幅に延ばすことができます。このような市販車両としては、シンクレアC5、エルフ、TWIKEの3車種があります。
フライホイールは代替燃料としても利用でき、1950年代にはスイスでジャイロバスと呼ばれるバスの推進力として利用されていました。バスのフライホイールは路線の終点で電力によって充電され、フライホイールだけで最大8キロメートル走行することができました。フライホイール駆動の車両は内燃機関を搭載した車両よりも静かで、架線も不要で排気ガスも発生しませんが、フライホイール装置の重量が大きく(5kWhで1.5トン)、回転速度が速いため特別な安全対策が必要です。
ヘプタシランよりも高次のシランはガソリンのように貯蔵でき、燃料としても機能します。空気中の窒素とも燃焼できるという利点がありますが、価格が高いことと、燃焼生成物が固体であるため内燃機関で問題が発生するという大きな欠点があります。
巻き上げられたバネやねじれたゴム紐の力は、小型車両の推進力として利用できます。しかし、この方法ではエネルギーを蓄えられる量はわずかであり、人を運ぶ車両の推進力には適していません。バネ動力の車両には、ゼンマイ仕掛けのおもちゃやネズミ捕り車などがあります。

蒸気自動車は蒸気機関を搭載した自動車です。燃料として木材、石炭、エタノールなどが使用できます。燃料はボイラーで燃焼し、その熱で水が蒸気に変わります。水が蒸気に変わると膨張します。この膨張によって圧力が生じ、ピストンが前後に動きます。これにより駆動軸が回転し、車輪が回転して自動車が前進します。石炭を燃料とする蒸気機関車や蒸気船のように機能します。蒸気自動車は、独立系輸送機関の次なる論理的進化でした。
蒸気自動車は始動に時間がかかりますが、最終的には時速100マイル(161km/h)を超える速度に達するものもあります。後期型のドーブル蒸気自動車は30秒以内に走行可能となり、最高速度と加速性能も優れていましたが、購入費用は高額でした。
蒸気機関は内燃機関ではなく外燃機関を使用します。ガソリン車は25~28%程度の効率でより効率的です。理論上、燃焼物質をまずガスタービンで駆動する複合サイクル蒸気機関は50~60%の効率を達成できます。しかし、実際の蒸気機関車は5~8%程度の効率しか達成していません。
最も有名でベストセラーとなった蒸気自動車は、スタンレー・スチーマーでした。ボンネットの下に設置されたコンパクトな火管式ボイラーから、後車軸に直結されたシンプルな2ピストンエンジンを駆動していました。ヘンリー・フォードが月賦ローンを導入して大成功を収める以前は、自動車は一括払いが一般的でした。そのため、スタンレーはシンプルなデザインに抑えられ、購入価格を抑えました。
冷凍で生成された蒸気は、他の種類の車両のタービンで使用して電気を生成することもできます。この電気は、電気モーターで使用したり、バッテリーに蓄えたりできます。
蒸気動力は、標準的な石油エンジンと組み合わせることでハイブリッドエンジンを実現できます。燃料が燃焼した後、ピストンがまだ過熱状態(多くの場合1500度以上)にある状態でシリンダー内に水を噴射します。水は瞬時に蒸気へと蒸発し、本来であれば無駄になるはずだった熱を有効活用します。

風力自動車は古くからよく知られています。船で使用されている帆と同様の帆、船内に設置された風力タービン、直接車輪を駆動する風力タービン、電動モーター用の電力を生成する風力タービン、凧で牽引する風力タービンなど、様々な方法で実現できます。風力陸上車両は、特に帆や凧を使用する場合、非常に大きな高さのクリアランスが必要となり、市街地には適していません。また、操縦が難しい場合もあります。風力自動車は、ビーチなどの空き地でのレクリエーション活動にのみ使用されています。
このコンセプトの詳細については、de:Segelwagen を参照してください。

木材ガス化装置を取り付ければ、木材ガスは一般的な内燃機関を搭載した自動車の燃料として利用できます。第二次世界大戦中、戦争によって石油の入手が容易かつ安価にできなかったため、ヨーロッパやアジアの多くの国でこの燃料は非常に普及しました。
2014年現在、アイオワ州ウッドワード在住のハーブ・ハートマン氏は、薪で動くキャデラックを運転しています。彼は、キャデラックにガス化装置を取り付けた費用はわずか700ドルだと主張しています。ハートマン氏は「ホッパーを満タンにすれば、運転の仕方にもよりますが、約80キロ走行できます」と述べ、薪割りは「非常に手間がかかる。それが大きな欠点です」と付け加えました。[ 110 ]
一方、テスラの四半期報告書によると、モデル3の累計販売台数は2019年末時点で44万7980台だった。
アウトランダーPHEVは2013年の発売以来、60カ国以上で販売されており、2020年12月時点で世界累計販売台数は2,700億台に達している。
この1,000万台という新たなマイルストーンは、2016年4月末に累計販売台数が900万台に達してからわずか9か月後の達成となった。
{{cite web}}: CS1 maint: アーカイブされたコピーをタイトルとして (リンク)DMEトラックなどの環境に優しい大型車両の開発と推進に関する会議、ワシントンDC、2006年3月17日