環境にやさしいエマルジョン燃料

理工学新書
エマルジョン燃料

水と油の混合燃料

  • 著者:山本 寛
  • 新書:114ページ
  • ISBN-13:978-4903859149
  • 発売日:2008/6/15
  • 定価:1,050円

 

水と油、火と水は相性の悪さの双璧であるが、燃焼学の権威、ウイスコンシン大学名誉教授のO.ウエハラは、水と油の混合燃料(エマルジョン燃料)を過熱状態で燃やすと、空気の供給なしで燃えて、しかも現代の燃焼理論では説明できないエネルギーが出ると報告している。エマルジョン燃料は煙、窒素酸化物が少なくクリーンであり、今日では世界の大手の石油会社も関心を示している。本書ではエマルジョン燃料の作り方、エマルジョン燃料の実用化の進展状況、エマルジョン燃料からの新しいエネルギー発現メカニズムについて紹介する。

著者について

山本 寛

1940年岐阜県生まれ 1963年名古屋大学工学部航空科卒業 1965年名古屋大学大学院工学研究科 航空科修士課程修了 1966年ヤマハ発動機(株)に入社。ヤマハモーターUSA技術部長、モーターサイクル事業部技術部長、品質管理室長、CCS推進本部副本部長などを歴任する。 2000年同社定年退職 静岡大学、静岡理工科大学非常勤講師を歴任 現在技術ジャーナリスト 2007年より静岡理工科大学非常勤講師 「個体内核反応研究会」(Japan CF Research Society)発足当初からのメンバーとして、毎回の研究会に異常な発熱現象をミルズ博士のブラックライト・プロセスで説明する論文を発表。エンジンの燃料に関するSAE(アメリカ自動車技術会)論文5編他、朝日新聞、日本経済新聞当、新聞雑誌への燃料電池に関する解説記事多数。

本の中身を少し紹介

第1章 火と水と油の不思議な関係

1 なぜ油火災に水をかけてはいけないのか

 火に水を掛ければ、火は消える。水と油は、「水と油の関係」と形容されるように相容れない典型である。一方、「火に油を注ぐ」とのたとえのように、油は火のエネルギー源である。
日常使う燃料は炭素(C)と水素(H)の化合物である。いろいろな燃料の炭素と水素の割合を図1-1に示す。
 エマルジョン燃料は、油に水を混ぜた燃料を作り、それを燃やしてエネルギーを取出そうとするものである。火に水を掛けて消火する立場に立てば大変矛盾した考えである。しかし、「油火災には水を掛けるな」との教えがあるように、油火災に水をかけると、かえって火勢が増すことがある。
 この燃焼反応の基本的なメカニズムは次のように考えることが出来る。
石油 + 水(水蒸気) + 熱 → 水素(H2) + 一酸化炭素(CO)
 この反応は水蒸気改質反応と呼ばれ、化学式で表現すると
 CnHm + H2O → H2 + CO     ―――― (1)
 (1)式で注目されるのは、水がいわば触媒*の役割をして、燃えやすい一酸化炭素と水素を作っていることである。
 通常の火災で水が消火に役立つのは、水の気化熱**で燃焼部材の温度を発火点以下に下げることが出来るからである。
水の量が少なくて、発火点以下に下げることが出来ない場合は、例えば、赤熱した木炭に少しの水を掛けると、一酸化炭素と水素が発生する。この反応式を下に示す。
木炭(C) + 水(H2O) → CO + H2  ―――― (2)
(2)式は水性ガス反応と呼ばれている。
(1)、(2) 式を見ると水があたかも燃料のCO、H2に化けたように見える。しかし、この反応を起こすためには外部からのエネルギー供給が必要であり、水が外部からのエネルギーなしに燃料になったわけではない。

2 第二次世界大戦の戦闘機に使われた水・メタノール噴射

第二次世界大戦末期の軍用機では、離陸時または空中戦での出力増強の手段として、水・メタノール噴射が行われた。
 エンジンの最大出力はエンジンのシリンダーの中に取り込まれた酸素の量で決まる。酸素の量が多ければ、燃料の量を増やすことができ、それだけ出力が増加する。
この酸素は通常は空気から取り込まれるので、酸素の量を増やすには
・ 過給機を取り付けて、空気を押し込む
・ 吸入空気の温度を下げて、空気の密度を上げる
この吸入空気の温度を下げる手段として、沸点が64.7℃のメタノールの気化熱が着目された。
 水の気化熱は大きいが、沸点が高く、吸入空気の温度を下げる点ではあまり効果が期待できない。それではなぜメタノールと水の混合液が噴射されたのであろうか。
 筆者は学生時代航空工学を学んだ。小生が所属した教室の技官は旧日本軍の航空整備兵であった。その人は飛行機が雲の中に入ると出力が増加するといっていた。水噴射の始まりは、「メタノールを噴射するなら、同時に水も噴射してくれ」とパイロットが要求したことから始まったように筆者は推測している。
 この水・メタノール噴射はエンジンの行程と圧力の観点(P-V線図)のから見ると、図1-2に示すように、圧縮行程の負荷が軽減され、圧縮終了時点では高いエネルギーを持つ水素と一酸化炭素が生成されているという夢のような現象が実現することになり、大幅な熱効率の向上が期待できる。
 これはガソリンエンジンについていえることであり、ディーゼルエンジンでは、燃料が圧縮終了直前で噴射されるためその効果は限定的である。