商用車の保有車両を管理している場合、水素エンジンや水素燃料電池について読んだり聞いたりしたことがあると思います。燃料電池は長年にわたって長い道のりを歩み、明るい未来を持っています。水素エンジンと水素燃料電池はそれぞれ、今日と数十年先の商業輸送部門の脱炭素化に果たす役割を担っています。水素エンジンに関しては、信頼性と耐久性に加えて、保有車両が考慮すべき重要な洞察が他にもあります。

水素エンジンは身近な技術

水素エンジンを搭載した車両の動力は、通常の内燃機関に水素を送り込むのと同じくらい身近です。

よく、ほぼ定期的に。

水素エンジンは、安全かつ効率的に動作するためには、いくつかの変更が必要です。例えば、点火システムは、点火前やエンジンのノックなどの問題を回避するために、水素専用に設計する必要があります。しかし、エンジン全体とドライブトレインのアーキテクチャ、そして水素エンジンの仕組みはそのままディーゼルとほぼ同じです。1つの例外は燃料システムです。水素は、非常に高圧に耐えるように特別に設計されたガスシリンダーに貯蔵されます。メンテナンス中に安全な水素処理方法を学ぶトレーニングをお勧めします。

水素内燃機関(ICEs)は、他のゼロカーボン燃料ソリューションと比較して、非常に効率的で、総運用コストが非常に高くなります。カミンズの火花点火技術と燃料に依存しないエンジンプラットフォームにより、今日の天然ガスエンジン効率を上回るブレーキ熱効率(BTE)を達成することができます。さらに改良を加え、ディーゼルのような効率も達成可能かもしれません。ハイブリッドパワートレインに水素ICEを組み合わせ、カミンズのADEPTシステムなどの高度な機能を使用することで、効率をさらに高めることができます。

水素エンジンは、排出ガスを削減し、脱炭素化する効果的な方法です。

重要なのは、水素エンジン車両は、潤滑剤の燃焼に起因する微量以外にCO2を放出しません。緑色の水素で走る限り、その運転は二酸化炭素の排出ガスを十分に引き起こしません。

しかし、ニアゼロエミッション車の運用には価格が伴います。これは、すべての低炭素技術に当てはまります。しかし、特定の用途では、高負荷トラックなど、水素エンジンの例がより普及している可能性が高くなります。

水素エンジン車は、いつビジネスに適していますか?

それでは、あなたのビジネスが温室効果ガスの排出量を削減する必要があるとします。水素エンジン車両が適切なソリューションとなるのはいつですか?

まず、燃料戦略が必要です。車両が毎晩中央の倉庫に「家に帰る」フリートは、良い候補者です。水素燃料ポイントは中央デポに設置可能です。このタイプの給油戦略は、多くのCNG車両オペレーターに馴染み深いことでしょう。

車両が数百マイル以内にある配送センターを行き来する傾向がある場合は、同様の給油システムが機能します。

長距離トラックを固定ルートで運行している場合、水素燃料ポイントがルートに沿って設置されている限り、水素エンジンも意味があります。この目的のために、いくつかの企業や政府機関が水素の回廊を構築しています。

1日に2,300マイル以上走行するミディアムデューティーとヘビーデューティーの車両は、現在のバッテリー電気技術よりも水素エンジンの方が優れています。トラックは多くの電力を使っているため、電気トラックには大きなバッテリーが必要です。理論上、より大きなバッテリーは電気トラックの範囲を広げる可能性があります。しかし、これは、貨物スペースの紛失、充電ダウンタイムの増加、資本コストの増加という点で価格が高くなります。一方、水素エンジン車両は、航続距離のペイロード容量を取引することなく、数分で燃料を補給し、ディーゼル車と同様の範囲を達成することができます。

カミンズは、6.7および15リットルのエンジンを含む一連の水素エンジンの開発を進めています。これらのエンジンが完全にテストされ、検証されれば、車両メーカーに提供される予定です。カミンズは、運輸・物流の大手企業であるウェルナー・エンタープライズと協力して、新しい15リットルの天然ガスと水素エンジンの検証を行っています。水素エンジンは、従来のエンジンとほぼ同じ代替品であるため、お気に入りのトラックの水素エンジンバージョンが、今後数年のうちに発売される可能性があります。

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従来のディーゼルエンジンと比較して、天然ガスエンジンにはいくつかの利点があります。天然ガスエンジンの利点の一部は、大気汚染の原因が少なく、静かで、ディーゼルよりも安価で揮発性の低い燃料で稼働する点です。一方、天然ガス車両の運転には、天然ガス圧縮天然ガス(CNG)燃料ステーションが少ないため、意図的な燃料戦略が必要です。

このような特性があるため、ヘビーデューティーおよびミディアムデューティーのアプリケーションの中で、天然ガスエンジンの例をより頻繁に見つけることができます。天然ガスエンジンの代表的な用途をご紹介します。

天然ガスエンジン搭載の業務用トラック

天然ガスエンジンは、業務用トラックを運行するビジネスに最適な選択肢です。天然ガスの使用例としては、ごみ収集車、ダンプトラック、ターミナルトラクター(ヤードスポッター)などがあります。天然ガスエンジンは、ディーゼルエンジンと同様のトルクと電力定格を実現します。ロードコンクリートミキサー車やドレージトラックなど、非常に重い車両でも、問題なく天然ガスエンジンに頼ることができます。

天然ガスは、都市部で動作する業務用車両に特に適しています。サイレントゴミ収集車のようなものはありませんが、天然ガスエンジンは、ごみ収集車をより静かにし、汚染を減らすことが可能です。廃棄物収集事業では、天然ガストラック、特に早朝にゴミを回収するお客様に切り替えた結果、満足度が高まったと報告されています。

天然ガスエンジンはまた、環境上の利点を提供し、空気の質を向上させることができます。たとえば、北米で最も忙しい港の一つであるロサンゼルス港では、トラックのトラフィックが非常に集中しています。毎日、何千台もの大型トラックがコンテナを落として受け取ります。彼らの交通は、州間高速道路710沿いの近隣地域など、近隣のコミュニティの大気汚染に大きく貢献しています。カミンズがロサンゼルス港にサービスを提供する複数の運送会社と協力した理由の一つは、大気質の向上です。このコラボレーションの目的は、天然ガスエンジンがドレージオペレーションに効果的であることを示すものでした。プログラムから1年が過ぎ、20台のトラックがカミンズのISX12N天然ガスエンジンを使用して、100万マイル以上のトラブルのない運転を積み重ねました。

天然ガスエンジンを搭載した乗合バスおよびスクールバス

乗合システムは、天然ガス車両の最大のオペレーターの一つです。米国エネルギー省によると、2019年に米国で運行されている乗合バスのほぼ30%が天然ガスで運行しています。その理由は分かりやすいです。乗合バスは都市部で運行する傾向があり、一日の終わりに中央のデポに戻り、毎晩燃料を補給する傾向があります。

また、ディーゼルの価格が高い場合、乗合システムが料金を調整することが難しい場合もあります。場合によっては、乗合システムには、経済的な問題を避けるために、ルートを排除したり、サービスを減らすことが義務付けられている場合があります。ディーゼルよりも価格が低く、安定している天然ガスでは、バス事業者はこの種のリスクにさらされるリスクを回避します。天然ガスエンジンのもう一つの重要な財政的メリットです。

天然ガスバスも同様の理由で学区で人気があります。しかし、学校の周囲で子どもたちが大気汚染にさらされるのを減らすことは特に重要です。米国では、学校のシステムがバス車両をアップグレードできるよう、州や連邦の様々な助成金を提供しています。

天然ガスエンジン搭載のミディアムデューティートラック

ローカルおよびセミローカルの用途で使用されるミディアムデューティートラックも、天然ガスエンジンの優れた使用事例となっています。都市部での配送やラストマイルでの配送などが代表的な例です。どちらの場合も、車両は通常、給油なしで1日の作業を完了することができます。一日の終わりに、彼らは時間を満たすCNGディスペンサーを使用して一晩シリンダーを満たすことができる「ホームベース」に戻ります。米国では、全米有数の配送会社であるUPSが、より多くのCNG車両に投資する計画を進めています。UPSは、2020~2022年の間に6,000台以上のCNGトラックを購入すると述べた。

これらの使用事例が自分に関連する場合は、天然ガスエンジンへの切り替え時期について考え始めることをお考えください。

天然ガスエンジン搭載の近距離トラック

CNG車は、長距離輸送にも使用できます。途中や目的地に燃料ステーションがある限り。これは、配送センター間の固定ルートを走るトラックでも同様です。

これらの例がニーズに応える場合は、天然ガスエンジンに関するよくあるご質問への回答もご確認ください。これらの回答は、天然ガスを商用保有車両に統合する際のコスト、実用性、可能性などのトピックをカバーしています。

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天然ガスエンジンは、商用車に最適な選択肢です。ディーゼルエンジンよりも静かであり、大気汚染を低減し、特に燃料に関しては、保有車両が運用コストを大幅に削減するのに役立ちます。それでは、保有車両が天然ガスエンジンに切り替わらなければいいのでは?

圧縮天然ガスまたはCNGエンジンは、フリートや商用車の幅広い用途に最適なオプションですが、すべてではありません。

天然ガスエンジンは、ビジネスやミッションのプロフィールに適していますか?天然ガスエンジンの主なメリットといくつかの欠点を紹介し、保有車両にとって天然ガスが実行可能な選択肢である場所を決めるのに役立ちます。

天然ガスエンジンへの切り替え中のミッションの概要とインフラ

現在の天然ガス燃料供給インフラの利用可能性を考えると、現在CNGで最も成功を収めている保有車両は、毎晩基地に戻る車両です。これらは、単一の燃料タンクでルートを完了し、基地に戻り、「フェンスの後ろ」に燃料を補給することができる保有車両です。

シフトの最後に、ドライバーは車を所定のスペースに駐車します。燃料ノズルを車両に接続して家に帰る。次の日、タンクは満タンです。乗合バス、ごみ収集車、都市部の配送トラック、近距離セミトラックなど、中央のデポで効果的に給油できる車両の良い例です。フェンスの給油システムの裏側は、これらの用途に適しています。

現地での給油能力の確立にはセットアップコストがかかりますが、ほとんどの天然ガス燃料サプライヤーは、前払いなしで燃料ポンプを設置するオプションを提供しています。コストは燃料契約に組み込むことができます。これは3年の期間です。これにより、契約期間にわたって安定した燃料コストが得られ、ディーゼル燃料の高コストに比べて大幅な節約になります。これははるかに揮発性です。

大型トラックや長距離トラックの場合、給油はより困難です。主要な州間高速道路沿いの公共の給油所を利用しています。現在、公共のCNGポンプの数はディーゼルポンプの数によって小さいのですが、カミンズといくつかの運送業界のパートナーは、その変化に向けて前進しています。同社は先日、Love's Travel StopsおよびTrillium社と協力して、低炭素・ゼロカーボン燃料およびパワートレインソリューションを強化する計画を発表しました。

また、カミンズは先日、クラス8長距離用に設計された15リットル天然ガスエンジン「X15N」の開発計画を発表しました。X15Nのニュースは、北米の高負荷トラック市場ですでに大きな関心と刺激を与えています。そのため、高負荷トラック(HDT)で2022年の新製品トップ20に選ばれました。

新製品や燃料補給インフラへのこれらの投資により、長距離保有車両の天然ガス車両の統合がより容易になります。

天然ガスエンジンのメンテナンスと安全性に関する考慮事項

給油のニーズを考慮するだけでなく、考慮すべき独自のメンテナンスニーズがあります。

CNGシステムには、高圧、消火、窒息の3つの主な危険があります。燃料タンクに格納されているCNGの名目上の充填圧力は3,600 psiであるため、高圧が主な関心事です。高圧の問題に対処するため、CNGシリンダー以外の高圧CNG燃料システムコンポーネントは定格圧力の4倍に耐えるように設計されており、バーストなしで少なくとも14,400 psiに耐えられます。

CNGシリンダーは、厳格な連邦基準を満たすように作られており、ガソリンやディーゼル燃料貯蔵タンクよりもはるかに頑丈な材料で構成されています。すべてのCNG燃料シリンダーは、充填圧力の2.25倍に耐えるように製造する必要があります。つまり、すべてのCNGシリンダーの最小バースト圧は8,100 psiで、CNG燃料ステーションの燃料供給圧力をはるかに上回っています。

CNGシリンダーが火災や過加圧時に破損するのを防ぐために、圧力緩和装置(PRD)を設置し、指定された温度または圧力で開き、加圧内容物のシリンダーを緩和します。各シリンダーには、これらの必須の安全装置が少なくとも1つ装備されており、多くのシリンダーには2つ以上のPRDが付いています。

すべてのメンテナンス施設をCNG車両のメンテナンスに使用できるわけではありません。液体燃料を使用した車両をサポートする施設には、天然ガストラックのサービスに必要な安全要件とは異なるいくつかの安全機能が組み込まれています。

例えば、ディーゼルトラックにサービスを提供する屋内施設では、液体燃料の蒸気は空気よりも重いため、地上近くの燃料蒸気を捕捉するように設計されたベンチレーションシステムがあります。天然ガスのコンポーネントは空気よりも軽く、天井まで上昇します。つまり、CNGメンテナンス施設では、技術者が危険を及ぼす可能性があることを知らせるために、天井レベルのセンサーとベンチレーションシステムが必要です。また、適切な換気を行うためには消防士の認定を受ける必要があります。これは他の従来のショップと比較しても珍しいことではありません。適切な換気に加えて、CNGサービス施設にはメタン検知器が必要です。

CNG車は、メーカーが推奨するメンテナンス間隔に従って修理することが重要です。これには、営業時間に基づいたスケジュールを使用して、オイル交換が時間通りに行われることを確認する必要があります。また、適切なエンジンオイルを使用することも重要です。カミンズの天然ガスエンジンは、ディーゼルと比較して異なるオイル仕様を使用しています。2018年、カミンズは新しいオイル仕様「カミンズエンジニアリングスタンダード(CES)20092-」を発表しました。これにより、排出間隔が長くなります。

天然ガス燃料ポイントの設定や、施設での天然ガス車両のメンテナンスを考える場合は、これらの変更のコストを見積もっておくと良いでしょう。低い場合、天然ガスエンジンを搭載した車両の経済的メリットは、これらの切り替えコストを上回る可能性があります。

環境目標を達成するための天然ガスエンジンの役割

天然ガスエンジンへの切り替えは、天然ガスエンジンの他の環境サステナビリティの利点を認識することに加えて、商用車保有車両がNOx、粒子状物質、VOCの排出量を削減するための最良の方法の一つです。

しかし、排出ガスを削減することは、すべての車両に同じ大気質のメリットがあるわけではありません。人口の少ない地域で軽く走行する道路で使用されるトラックは、現地の大気質に大きな影響を与えない場合があります。また、重大な劣化を引き起こす可能性も低いです。同じトラックがロサンゼルス港とその地域の物流センターの間でドレージ作業を行っていた場合、その排出ガスが地域の大気質の懸念に貢献する可能性が高くなります。

このため、都市部で業務用車両を運転する企業は、天然ガスエンジンの使用を検討したいと考えるかもしれません。天然ガスへの切り替えは、これらのビジネスが事業を展開する地域社会に利益をもたらします。多くの場合、それらのコミュニティに属しているお客様は、空気の質の向上から最も利益を得るために立ち上がっています。

天然ガスエンジンへの切り替え時に考慮すべき規制

排出ガスを削減することは、地域社会の間で親善を生み出すための素晴らしい方法ですが、時にはコンプライアンスの問題でもあります。一部の地域では、新しい車両の販売と使用中の車両の両方に厳格な排出ガス基準が適用されます。例えばカリフォルニア州では、高負荷ディーゼル車に適用される一連の規則を施行しています。

これらの規則の結果、2023年以降、ディーゼルエンジンを使用するすべてのドレージトラックには、2010以降のエンジンが必要となります。トラックやエンジンに代わる事業がある場合は、排出ガス基準を満たし、燃料費を節約する非常に費用対効果の高い方法となり得るため、天然ガスへの切り替えを検討する必要があります。

環境保護庁(EPA)とカリフォルニア州大気資源局(CARB)の両方で、2024年と2027年にはより厳しい排出ガス規制が実施されています。カミンズX15Nは、これらの排出ガス要件を満たすだけでなく、それを上回る認定を受け、今後数年間にわたってコンプライアンスを確実に達成します。

要約すると、天然ガスエンジンは、保有車両が日々の業務やミッションの概要に大きな影響を与えることなく、総輸送排出量を削減し、運用コストを削減するのに役立ちます。さらに、天然ガスは燃料として、再生可能な未来において重要な役割を果たします。

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天然ガスは過去数十年にわたり、エネルギー供給においてますます中心的な役割を果たしてきました。先進国では、他の化石資源の使用が停滞または減少しています。2020年、経済協力開発機構(OECD)国の石油消費量は、本質的に1995年のものであり、石炭の使用はほぼ半分減少しています。一方、天然ガスの消費量は、同じ期間に20%増加しています。非OECD国では、天然ガスの使用はほぼ3倍になっています。

天然ガスの増加は、いくつかの活動分野からの需要によって推進されてきましたが、発電部門だけではありません。世界中で石炭火力発電所は、天然ガスがガスタービンや大型レシプロエンジンに電力を供給する発電所に置き換えられています。太陽光発電所や風力発電所が大量に設置されている場所では、再生可能エネルギーの断続的な性質のバランスを取るために、より多くの天然ガス焚き発電所が建設されています。そのため、天然ガスは再生可能エネルギーへの移行の中心的な役割を担っています。

天然ガスの環境上の利点

石炭や石油を天然ガスに置き換えることで、強固な発電に選ばれる燃料として選ばれるのは、いくつかの要因の結果です。まず、天然ガスははるかにクリーンな燃料です。電力プラントで石炭を使用すると、地域的にも地域的にも重大な大気汚染が発生する可能性があります。灰の池は、大きな環境災害に変わる可能性があります。天然ガス発電は灰を発生させず、すすや重金属の排出を抑え、硫黄の排出量を最小限に抑えます。小型の天然ガス発電所は、近隣のコミュニティがその存在に気付かないうちに稼働することが多い。天然ガスタービンやレシプロエンジンも、従来の石炭火力発電所よりもはるかに効率的です。つまり、天然ガスからの発電は、他の燃料からの発電に比べて炭素集約型の電力が著しく少なくなります。

輸送用途では、天然ガスエンジンの環境上のメリットとして、温室効果ガス(GHG)の削減や排出基準、有害なこぼれの防止などが挙げられます。

天然ガスの乱用

第二に、世界の多くの地域で天然ガスが豊富に存在します。石油や石炭を輸入するのではなく、国内の天然ガス資源に頼る国では、エネルギーセキュリティが強化され、コストが削減されます。米国では、天然ガスの生産は過去数十年にわたって壮大な成長を経験してきました。エジプト、マレーシア、フィリピンなどの他の国も同様に、国内の天然ガス堆積物の発見と搾取の恩恵を受けています。そのような資源に恵まれていない国にとって、天然ガスの輸入は石油輸入への依存を制限する方法であり、エネルギー安全保障の観点から同等のメリットをもたらします。

輸送用途において、この乱用は、燃料価格と価格の安定性の面で、天然ガスエンジンに関連する経済的利益をもたらします。

天然ガスの経済的メリット

最後に、天然ガスは通常、石油燃料よりも安くなります。米国では、天然ガスは国内で採掘された石炭よりもさらに手頃な価格にすることができます。実際、石炭火力発電所は、石炭ではなく天然ガスを燃焼させる燃焼システムを改造している可能性があります。

これらの利点のほとんどは、天然ガスの本質的な性質から流れます。その結果、家庭用暖房や輸送など、他の分野でも活躍しています。

現在、輸送部門のトラックやバスに搭載されている天然ガスエンジンの例はすでにたくさん見つかっています。一方、天然ガスは、清浄度、豊富さ、手頃な価格など、そのポジティブな属性をすべて活用することで、発電部門の石炭と石油に取って代わった程度の範囲で、輸送部門で石油燃料を置き換える機会がまだまだ増えています。

こうした特性から、天然ガスはCO2フリー輸送への移行の重要な部分となります。ある日、ソーラーパネル、エネルギー貯蔵、電解などの技術により、発電は完全に脱炭素化される可能性があります。同様に、ほとんどの車、トラック、飛行機、ボートは、いつか再生可能エネルギーを使用して国内で製造された水素や電子燃料などのCO2フリーの燃料で稼働することがあります。一方、天然ガスエンジンは移行に欠かせない要素です。その使用により、完全にCO2フリーの技術を導入することができ、同時に、実際の環境上の利点も即時に提供します。

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