Compressed Natural Gas (CNG)

基本概念

CNG（Compressed Natural Gas、圧縮天然ガス）は、その名の通り天然ガスを高圧で圧縮したもので、主に自動車の燃料として使われています。通常の大気圧では気体として存在する天然ガスを、200から250気圧という高圧まで圧縮することで、体積を約200分の1にまで減らし、車両に搭載可能な量のエネルギーを蓄えることができるようにしたものです。

液化天然ガス（LNG）と混同されることがありますが、CNGは常温で圧縮しているだけで、液体にはなっていません。LNGのようにマイナス162度という極低温にする必要がないため、設備がシンプルで取り扱いも比較的容易です。ただし、同じ体積で比較すると、液体であるLNGの方が約3倍のエネルギーを貯蔵できるため、長距離輸送にはLNG、地域内での利用にはCNGという使い分けがされています。

CNGの主成分はメタンで、都市ガスとほぼ同じ組成です。実際、多くの国では都市ガスのパイプラインから直接天然ガスを取り出し、圧縮してCNGを製造しています。このため、都市ガスインフラが整備されている地域では、CNGステーションの設置が比較的容易で、普及の大きな要因となっています。

自動車燃料としての特徴

CNGを自動車燃料として使う最大のメリットは、環境性能の高さです。ディーゼル車と比較すると、窒素酸化物（NOx）の排出量が約80%少なく、粒子状物質（PM）はほとんど排出しません。ガソリン車と比べても、二酸化炭素の排出量が約25%少ないという特徴があります。このため、大気汚染が深刻な都市部では、バスやタクシーなどの公共交通機関をCNG車に切り替える動きが世界中で進んでいます。

経済性の面でも、多くの国でCNGは魅力的な選択肢となっています。天然ガスの価格は原油価格より安定しており、多くの国でガソリンやディーゼルより安い価格で供給されています。例えば、インドやパキスタンでは、CNGの価格がガソリンの半分以下という地域もあり、個人の乗用車でもCNG車が広く普及しています。

安全性についても、CNGには優れた特性があります。天然ガスは空気より軽いため、万が一漏れても上方に拡散し、滞留しにくいという特徴があります。また、発火点が約650度とガソリンの約300度より高く、自然発火のリスクが低いのも利点です。CNG容器は厳格な安全基準に基づいて製造され、定期的な検査も義務付けられているため、適切に管理されていれば非常に安全な燃料といえます。

世界での普及状況

CNG車の普及は地域によって大きな差があります。最も普及が進んでいるのは、中国、イラン、インド、パキスタン、アルゼンチンなどで、これらの国では数百万台規模のCNG車が走っています。特に都市部の路線バスやタクシー、配送用トラックなどの商用車での採用が進んでおり、大気汚染対策と燃料費削減の両立を図っています。

中国では、2023年時点で約800万台のCNG車が運行されており、世界最大のCNG車保有国となっています。北京、上海、重慶などの大都市では、路線バスの大半がCNG車に置き換わっており、タクシーも順次CNG化が進んでいます。政府の強力な環境政策と補助金制度が、この急速な普及を支えています。

ヨーロッパでは、イタリアが古くからCNG車の普及に力を入れており、一般の乗用車でも広く使われています。イタリアには約1500か所のCNGステーションがあり、100万台以上のCNG車が走っています。ドイツも約900か所のステーションを持ち、フォルクスワーゲン、メルセデスベンツ、アウディなどがCNG車を製造販売しています。これらの国では、バイオメタン（生物由来のメタン）も混合して使用し始めており、下水処理場や農業廃棄物から作られるバイオメタンにより、さらに環境負荷を低減しています。

インフラ整備と技術

CNGインフラの中心は充填ステーションです。CNG充填ステーションには、大きく分けて二つのタイプがあります。一つは、パイプラインから供給される天然ガスを、その場で圧縮して車両に充填する「母店方式」です。もう一つは、別の場所で圧縮したCNGをトレーラーで運んできて、ステーションの貯蔵容器に移してから車両に充填する「子店方式」です。

充填設備の技術も進化しています。最新の高速充填設備では、乗用車なら3-5分程度で満タンにできます。これは、複数段階の圧縮機と大容量の蓄圧容器を組み合わせることで実現されています。充填時には、ガスの圧縮による温度上昇を管理するため、冷却システムも装備されています。大型バスやトラックでは10-15分程度かかることもありますが、これでも実用上は十分な速さです。

家庭用の小型充填装置も実用化されています。これは、家庭の都市ガス配管に接続し、夜間に時間をかけて自家用車のCNGタンクを充填するもので、イタリアやアメリカの一部で使用されています。充填には6-8時間かかりますが、夜間電力を使用することで経済的であり、スタンドに行く手間も省けます。

車両技術の現状

現在のCNG車は、技術的に大きく進歩しています。初期のCNG車は、ガソリン車を改造したものが多く、出力や燃費の面で課題がありましたが、最新のCNG専用エンジンでは、天然ガスの特性を最大限に活かした設計により、ディーゼルエンジンに匹敵する熱効率を実現しています。

特に注目されているのが、天然ガスの高いオクタン価（ノッキングしにくい性質）を活かした高圧縮比エンジンです。ガソリンエンジンでは圧縮比を上げるとノッキングが起きやすくなりますが、天然ガスではその心配が少ないため、圧縮比を13-14まで高めることができ、熱効率40%以上を達成しています。また、直噴技術やターボチャージャーとの組み合わせにより、小排気量でも十分な出力を得られるようになっています。

CNG容器の技術も大きく進歩しています。従来の鋼鉄製容器（タイプ1）から、カーボンファイバーを使った複合材料容器（タイプ4）へと進化し、重量が約70%軽減されました。これにより、車両の積載量や燃費が改善され、CNGの欠点の一つだった航続距離の短さも改善されています。最新の乗用車用CNG車では、一回の充填で400-500キロメートル走行できるものも登場しています。

経済性と環境価値の実態

CNG導入の経済性は、現在の市場で実証されています。商用車での実例を見ると、年間走行距離が5万キロメートルのバスの場合、ディーゼルと比較して燃料費を年間200-300万円削減できるケースが報告されています。CNG車両の追加コスト（約500万円）を考慮しても、2-3年で投資回収が可能です。

環境価値も定量的に評価されています。世界保健機関（WHO）の調査によると、都市部でのディーゼル車からCNG車への転換により、PM2.5濃度が10-20%低下し、呼吸器疾患による入院患者数が減少したという報告があります。また、温室効果ガス削減の観点でも、ライフサイクル全体でCNG車はディーゼル車より約20%、ガソリン車より約25%少ないCO2排出量となっています。

多くの国では、これらの環境- 経済効果を認識し、CNG車への転換を政策的に支援しています。インドでは、デリーなどの大都市でCNG以外の商用車の新規登録を禁止し、中国では、CNG車購入に対して車両価格の10-20%の補助金を提供しています。これらの政策により、CNG車の普及が加速し、大気質の改善と燃料輸入依存度の低減が実現されています。

他の代替燃料との比較

現在の市場において、CNGは他の代替燃料と競合しています。電気自動車は走行時の排出がゼロですが、大型トラックや長距離バスでは、バッテリーの重量（数トン）と充電時間（数時間）が実用上の課題となっています。一方、CNGトラックは、ディーゼル車とほぼ同等の積載量と航続距離を持ち、充填時間も15分程度で済みます。

LNGトラックも長距離輸送で使われ始めていますが、極低温設備が必要なため、初期投資がCNGより高くなります。ただし、航続距離は1000キロメートル以上と長く、長距離トラック向けに適しています。実際の運用では、都市内配送にはCNG、長距離輸送にはLNGという使い分けが進んでいます。

バイオ燃料やバイオディーゼルも選択肢ですが、食料との競合や土地利用の問題があります。これに対して、廃棄物から作るバイオメタンは、これらの問題を回避でき、既存のCNGインフラでそのまま使えるという大きな利点があります。スウェーデンでは、CNG供給の約60%がバイオメタンとなっており、実質的にカーボンニュートラルな輸送を実現しています。