立ち止まらない内燃機関、追うバッテリー。ICE vs EVはまだまだ続く
2016.09.13
昨今衝撃を受けた話題に、エンジン（内燃機関、ICE）の熱効率が60％に上がる技術があります。
Fugineの熱効率は 60％
理工・内藤教授、自動車やロケットを含む航空宇宙機の次世代エンジンへ新たな扉 - 早稲田大学このたび、この原理を用いた３つの試作エンジンの基礎実験で「燃焼室内圧力と排気温度の上昇」、つまり、燃焼が確認され、原理的に、従来エンジンの燃焼騒音レベルで、従来以上の高効率の見通しを示すデータが複数確認されました。
また、100年間の人類の夢であった「ほぼ完全な壁面での断熱化」の可能性を示唆するデータ（燃焼室壁温が大気レベルのまま）も出始めています。
断熱化により、今まで燃焼室側壁から外部に放熱していたエネルギーを動力に利用できれば、サイズによらず、エンジン単体60％超えという夢の熱効率に近づくことは言うまでもありませんが、これは、水冷装置の不要化による重量低減・余剰スペース拡大という重要な恩恵ももたらします。
（中略）
自動車・バイク用では従来の2倍レベルの熱効率・実質燃費をもたらすとともに、バッテリーに比べて低価格なこの新エンジンを搭載した自動車での自家発電も期待されます。
・単体熱効率 60％超の究極エンジン(Fugine)実現に向けて！ (pdf)
何がすごいかというと、燃費向上、出力向上のみならず、完全断熱化により冷却不要、空冷フィンも、水冷であればラジエータにウォータージャケットが不要になるという副産物も素晴らしいのです。
2013年に理論だけ発表されてましたが、今回は燃焼実験に成功、課題があるものの実用化への道筋が見えつつあります。
熱効率30から60％へ
F1 2016「メルセデスPU（パワーユニット）」強さの秘密を解き明かせ！」スプリット・ターボ編｜GOIN[ゴーイン]これまで自動車のエンジンは燃焼時の全エネルギー：100％に対して有効仕事：20〜30％で、機械的損失：5〜10％、放射損失：1〜 5％、排気損失：30〜35％、冷却損失：30〜45％と言われていて、燃焼時のエネルギーの2〜3割程度しか仕事には取り出せないとされてきました。
通常のエンジンの熱効率は30％程度と言われています。
現在市販エンジンの中で最高効率はトヨタプリウスで40％。
トヨタ トヨタの最新技術 | パワーユニット | 高効率ガソリンエンジン | トヨタ自動車WEBサイト
レース用エンジンとしてはF1で活躍しているメルセデスAMGの 45％。
900馬力以上を生み出すメルセデスのF1エンジン | Mercedes | F1ニュース | ESPN F1メルセデス製パワーユニットの熱効率は45％を越えているとカウエルは公表した。つまり、燃料内にあるポテンシャルエネルギーの45％がクランクシャフトに伝達されるということだ。さらにERSがフルパワーで稼働していれば、効率性は50％を越えるという。
これを凌駕する60％とはどれだけすごいのでしょうか？
参考） 燃費削減の科学
火力発電に匹敵する熱効率
EVはバッテリーとモーターを利用しますが、その電力のもとは発電所からの電気を利用します。火力発電所の熱効率が40％以上、最新型で60％と言われています。
火力発電の種類｜火力発電所｜東京電力フュエル&パワー株式会社
・汽力発電の※熱効率は41.6～45.2％
・コンバインドサイクル発電 47.2％
・ACC（アドバンスドコンバインドサイクル）54.1～57.2％
・MACC（モアACC）58.6％
・MACCII 61％
EVよりICE（内燃機関）の方が燃費が良くなる？
燃費の理論限界電気自動車とガソリン車はどっちが、環境性能がよいのか? これは少し考えるのが難しいのですが、考えてみましょう。
有人の電気自動車の燃費はガソリン1リットルの理論エネルギーを8776Wh(低位発熱量)として、現在、5600km/Lほどの燃費を達成できています。一方、ガソリンエンジンを搭載したエコラン車では3500km/Lや、中には4000km/Lを超える記録のものがあります。
一見すると、電気モータを使った電気自動車の方が燃費性能(=省エネルギー性能)が良いように思えます。しかし、そんなに単純な話ではありません。
化石燃料から電気エネルギーを作り出す火力発電所は、良いもので40％。最新型では50％を超え開発中のもので60％の変換効率を達成しつつあります。でも、この変換効率だと電気自動車の燃費は2200km/Lから、最高でも3300km/Lということになります。
ですので、ガソリンエコラン車が優勢ということになってしまいます。でも、電気モータの変換効率は96％もある(100％に近い)ので、ガソリンエコラン車のエンジンは、火力発電所並以上の変換効率を叩き出していることになってしまいます。
エコランのレギュレーションの違いが燃費の違いとなっているので仮説が多いのですが、もし火力発電の熱効率を凌駕する小型ICEが実在したら、結果として環境性能でEVがICEに負けることがありえます。
バッテリーの進化と価格
バッテリーの進化は色々言われていますが、実際問題なかなかブレークスルーしないのが現状。
ソニーが新型電池開発へ、エネルギー密度1000Wh/L目指す - 日経テクノロジーオンライン
現実に近づいた夢の次世代バッテリー「全固体電池」を見た！ - 価格.comマガジン
テスラは巨大な電池を搭載することでロングレンジを達成していますが、その分価格とサイズに反映されており、庶民の手の届くところにはきていません。
Model 3 | テスラジャパン車両本体価格は米ドルで35,000ドル～を予定しています。日本での販売価格は納車時期の為替レートに輸送コストその他の諸経費が加算されます。納車時の補助金は未定です。
廉価版となるModel3でもざっと500万円前後となりそうです。
そうこうしている間にICEの熱効率が上がり続けると、ピュアEVが不要ということになりかねませんね。まだまだ動向に目が離せません。
