デスティネーションゼロを達成するための、商業輸送排出量の削減

After decades of debate, last year’s COP26 Conference in Glasgow united the world in one truth: climate change is the existential crisis of our time. And we are at a critical moment in this fight; with data clearly illustrating a ceiling of 900 giga tons of CO2 to keep global warming below 2o Celsius1. Meanwhile, the transportation sector continues to be at center stage, becoming the biggest contributor to greenhouse gas (GHG) emissions in the United States, surpassing even electricity generation. But just as history has always been punctuated by innovation, we have the necessary solutions to reverse our path if we are brave enough to face the problem head on and act with decisive purpose.
炭素は宇宙で最も豊富な元素の一つであり、気候危機の震源地であり、4分の3のGHGを構成しています。科学的コミュニティでは、人工炭素排出量が人類を帰還不可能な地点に押し上げつづけているのは間違いありませんが、これらの排出源は依然としてかなりの指差しの対象となっています。明確なレンズを通して私たちの変化する世界を見ようとすると、根本的な概念が浮かび上がり、気候変動の源地で対処するならば、無視できない:経済的繁栄の高まりは、二酸化炭素排出量の増加のインパクトのある原動力となります。

世界経済が成長するにつれて、私たちは2018億人以上の人々を極端な貧困から引き出し、中産階級を拡大しました。例えば、ブルッキングス研究所は、世界の人口の半分以上が中産階級と豊かな家庭に住んでいた最初の年として10年を迎えます。この経済成長は貿易、インフラ開発、産業活動を刺激し、残念ながら二酸化炭素排出量の増加を促進しました。この繁栄と二酸化炭素排出量の本質的なつながりは、健全な経済成長と健全な地球の共存について疑問を投げかけています。はい、脱炭素化への投資は、当社の世代にとって最も有望な成長機会の一つです。その進展により、私たちの社会はより豊かになり、同時に地球の健康を高めることができます。
カミンズの二酸化炭素排出削減への取り組みを強調する「Destination Zero」への旅は、電気電池や燃料電池などのゼロエミッション技術、低炭素からゼロの燃料、移行技術としての燃料に依存しないパワートレインプラットフォームの3つの主要コンポーネントを備えた、輸送とモビリティに関する包括的な技術ロードマップに根ざしています。
No.1:バッテリー電気や燃料電池電気などのゼロエミッション技術
現在、バッテリー電気および燃料電池の電気ソリューションは、一部の商用輸送の使用事例に経済的かつ運用上実行可能です。これらのゼロカーボン技術は、タンクからホイールの観点からカーボンを排出しないという点で、すでに地域の排出ガスと大気質の問題に役立っています。さらに、バッテリー電気バスに使用される再生可能な電気など、エネルギー源が緑色の場合、これらの技術は、ウェルツーホイールの観点からゼロカーボンエミッションを実現することができます。すでにスクールバスや乗合バスメーカーと提携してフル電動化を実現しており、商用運転には燃料電池電気技術を搭載した旅客列車もあります。

カミンズは素晴らしい技術を駆使しています。しかし、電化への大きな障害となる商用輸送用途はまだまだたくさんあります。これらの電動化が困難なアプリケーションの主な要因は、経済的な実行可能性、ミッション達成、インフラ支援です。一つの考え方は、バッテリー電気または燃料電池の電気技術がこれらの用途に追いつくのを待つことですが、私たちが取り戻すことができない二酸化炭素排出量を毎日多く放出する余裕があるわけにはいかないのです。排出される炭素のグラムはすべて気候変動に貢献します。米国だけでも、ミディアムデューティートラックとヘビーデューティートラックは、2年に1日に100万トン以上のCO2を排出しています。商用輸送の用途を電動化するのが難しいこれらの用途では、炭素排出量を大幅に削減または完全に削減するためのオプションがあります。低炭素からゼロの燃料です。
No.2:低炭素からゼロの炭素燃料を低く抑え、ウェルツーホイールでカーボンエミッションを排除
低炭素からゼロの燃料は、電力を生産するために使用されるディーゼル燃料よりも、よく車輪ごとに少ない炭素を排出します。低炭素からゼロまでの燃料を4つのグループに分類しています。
1つ目は低炭素燃料です。これらの燃料は、燃焼時に炭素を排出しますが、ディーゼル燃料よりも少ない炭素を排出します。2つ目はカーボンニュートラル燃料です。これらの燃料はまた、燃焼時に炭素を排出しますが、二酸化炭素排出量は別の活動によって完全に相殺されます。3つ目は、ゼロカーボン燃料です。これらの燃料は、燃焼しても炭素をまったく排出しません。例えば、緑色の水素はゼロカーボン燃料です。4つ目はカーボンネガティブ燃料です。燃料の生成と消費の影響により、GHG排出量が正味に削減される燃料です。
低炭素燃料からゼロカーボン燃料まで、最も影響を与えるのが水素、天然ガス、バイオディーゼルの分野です。これら3つを超えて、合成燃料(電子燃料とも呼ばれる)は、将来支配的な要因として出現する可能性のあるエキサイティングな追加技術です。
Hydrogen is an increasingly popular energy carrier. This is primarily because it is a zero-carbon fuel when produced using renewable energy sources like solar, wind and hydropower to electrolyze water. Hydrogen can fuel vehicles through an internal combustion engine or hydrogen fuel cell and deliver impressive reductions in carbon emissions. A model year 2027 Class 8 sleeper cab semi, powered by a hydrogen engine and fueled by green hydrogen, would save 1,437 metric tons of CO2 over its life versus its diesel-powered counterpart3. These are impressive environmental gains, but hydrogen faces two primary roadblocks today: infrastructure readiness and the abundant availability of green hydrogen – a zero carbon fuel well to wheel.
水素とは対照的に、天然ガスは化石燃料ですが、ディーゼルなどの他の化石燃料ほど炭素を生成しません。また、天然ガスは、ゼロカーボン技術のインフラの発展に伴い、重要な排出ガス削減を実現しています。特定の使用事例では、再生可能天然ガス(RNG)もカーボンネガティブにすることができます。例えば、有機物の分解によって生成されるRNGは、それ以外の場合はメタン排出を残してしまうため、炭素強度がマイナスになっています。一方、二酸化炭素排出量を削減する上での天然ガスの役割について、2つの議論が続いています。第一に、天然ガスのテールパイプ排出量の増加の一部は、パイプラインを通るメタン漏れによって相殺することが広く認められている。2つ目は、RNGの負の炭素強度の計算です。すべてのRNGがマイナスの炭素強度を持っているわけではありません。また、捕捉されたメタンの発生方法とRNG輸送の効率を評価し、その後のRNGの使用がGHG排出量の正味削減につながるかどうかを判断することが重要です。
バイオディーゼルは、主に油脂や植物油から生成される再生可能な燃料です。バイオディーゼルの原料となる植物は大気から炭素を回収し、バイオディーゼルを燃やすと同じ炭素を大気に戻します。理論上、バイオディーゼルはカーボンニュートラルになります4。実際には、これらの作物を栽培し、バイオディーゼルを生産している間に発生する排出ガスも考慮する必要があります。B20は現在、すでに私たちの生活の中で、多くのエンジンを搭載しています。排出ガス削減に向けた次のステップは、B40で稼働し、B100では純バイオディーゼルで稼働できるエンジンを搭載する予定です。
合成燃料、または電子燃料は様々な形で提供されます。e-ディーゼルとe-ガソリンは、商業輸送の用途に適した2つです。これらの燃料は、CO2と緑色の水素を使用して製造することができます。そのため、カーボンニュートラルは、本来大気に戻すために使用されていた炭素を放出するためです。さらに、既存の燃料インフラを活用することもできます。現在、これらの燃料の周囲には、高いコストと限定的な入手可能性という2つの障害があります。
インフラの準備は、低炭素からゼロの一部の燃料の採用を増やす一般的な障害です。一方、商用輸送用途では、燃料ステーションやその他のインフラの広範なネットワークを必要としません。たとえば、中負荷トラックや高負荷トラックを運行するフリートは、固定ルートに沿って設置された少数の燃料ステーションを使用して、日程表を作成することができます。これにより、必要なインフラストラクチャの構築が促進されます。
現在、脱炭素化への取り組みを進める人には、低炭素からゼロのこれらの燃料が用意されています。また、その用途は、内燃機関という身近な技術の助けを借りて拡張することができますが、革新的なひねりを加えた燃料に依存しないエンジンプラットフォームを採用しています。これらのプラットフォームは、低炭素からゼロの燃料のメリットを実現するための手段です。
No.3:燃料に依存しないエンジンとパワートレインプラットフォームにより、低炭素からゼロの炭素燃料の使用を拡大
燃料に依存しないエンジンプラットフォームには、共通のベースエンジンから派生した一連のエンジンバージョンが採用されています。エンジンの下端は同じように見えますが、独自のシリンダーヘッドは、異なる低炭素またはゼロカーボン燃料に対応するように設計されています。各エンジンバージョンは、ディーゼル、プロパン、天然ガス、水素など、特定の種類の燃料を使用して動作します。これらのエンジンは、既存の技術を活用し、低炭素・ゼロ炭素燃料を使用してGHG排出量を削減することができます。現在のディーゼルエンジンでは、運転方法、車両設置、パフォーマンス特性に慣れ親しんでいます。これらの燃料に依存しないプラットフォームは、バッテリー電気および燃料電池の電気ソリューションがまだ財政的にも運用的にも実行可能でない場合に最適です。これは、燃料に依存しない内燃機関をゼロから開発した業界初の製品です。これは、ゼロエミッションの未来に向けて、適切な用途に適したエンジンを混合し適合させるための当社の取り組みです。
また、技術ロードマップ内のこれら3つのコンポーネントは、二項選択ではないことを覚えておくことも重要です。バッテリー電気ソリューションと燃料に依存しないパワートレインプラットフォームを組み合わせることで、適切な使用事例に適したハイブリッドソリューションを作成することができます。
気候変動は、私たちの時代の存在する危機であり、世界中の政府や企業が既にカーボンゼロまたはマイナスであると誓っています。これらのソリューションは、今後数十年にわたってこの旅に実行可能な道筋を提供します。しかし、エンドユーザーは、自分の旅に目に見える一歩を踏み出すのを待つべきではありません。今こそ脱炭素化です。私たちの地球は待てません。そして今、エンドユーザーには、Destination Zeroへの独自の道筋を切り開くために必要なツールやイノベーションがあります。
参照:
1気候変動に関する政府間パネル。(2021年8月)気候変動2021、物理科学基礎[PDFファイル]。https://www.ipcc.ch から取得
2米国環境保護庁。(2021年12月)米国運輸部門の温室効果ガス排出量。[PDFファイル]。https://www.epa.gov/ から取得
3米国EPAの温室効果ガス排出ガスモデル(GEM)を用いて分析を行い、中負荷および高負荷車両のコンプライアンスを実現します。年間19トンのペイロード、120,000千マイルの使用を想定しています。https://www.epa.gov/ から取得
4米国エネルギー情報局。(n.d.)。バイオ燃料について、バイオマスベースのディーゼルと環境について説明しました。[Webページ]。https://www.eia.gov/ から取得