二次エアロゾル形成の背後にある科学を解き明かす

都市のスカイラインに太陽光が降り注ぐ様子を想像してみてください。空気は穏やかに見えますが、目に見えない化学反応が、自動車の排気ガスを新たな、より危険な汚染物質である二次エアロゾルへと変えています。これらの微粒子は、大気質を低下させるだけでなく、人間の健康にも重大なリスクをもたらします。しかし、この「排出錬金術」は正確にどのようにして起こるのでしょうか？

画期的な研究により、二次エアロゾルの生成における光化学的変換の役割が調査されました。東フィンランド大学のILMARI燃焼研究所で行われたこの研究は、2台のユーロ6準拠の乗用車に焦点を当てました。

• 三元触媒コンバーターを搭載したガソリンエンジンSEAT Arona（Euro 6b）
• 酸化触媒、ディーゼル微粒子フィルター（DPF）、選択的触媒還元（SCR）システムを搭載したディーゼルエンジンSEAT Ateca（Euro 6d-temp）

シャーシダイナモメーター（Rototest VPA-RX3 2WD）を使用して、研究者は4つの異なる運転シナリオをシミュレートし、実際の状況を再現し、二次エアロゾル形成への影響を分析しました。

この研究では、さまざまな条件下での排出パターンを理解するために、4つの運転シナリオを注意深く再現しました。

• コールドスタートと70 km/h巡航（CSC70）： 長時間（最低12時間）の非活動後のエンジンの始動をシミュレートし、点火直後からサンプリングを開始し、15秒以内に安定した速度に達しました。
• 120 km/h高速道路走行（D120）： 典型的な高速道路走行中の排出量を評価するために、持続的な高速走行を再現しました。
• 高エンジン負荷（3000 rpm、〜40 kWホイール出力）： 丘陵走行や追い越しなどの要求の厳しい状況を模倣しました。
• 極端なエンジン負荷（5000 rpm、〜50 kWホイール出力）： 排出限界を評価するために、最大性能シナリオを表しました。

コールドスタート以外のテストでは、研究者はテストパラメータに調整する前に、5分間3000 rpmで50 Nmの負荷でエンジンを予備調整し、安定したエンジン温度と排出濃度を確保しました。

この研究では、環境への影響を評価するために、さまざまな燃料配合が組み込まれました。

• ディーゼル車： 標準的なB7バイオディーゼル（再生可能含有量7％）と、よりクリーンに燃焼する再生可能代替燃料である100％水素化植物油（HVO）でテストしました。
• ガソリン車： 市販のエタノールブレンド（E5、E10）と、約20％のアルコール含有量を含む改質ガソリン（RFG）を使用して評価しました。

すべての燃料変更は、テスト間の相互汚染を防ぐために、認定サービスセンターで徹底的なタンク洗浄を行ってから行われました。

この研究は、車両からの排出物が太陽光下でどのように変化するか、特に窒素酸化物（NOx）と揮発性有機化合物（VOC）に関して重要な洞察を提供します。これらは、オゾンと二次エアロゾルの主要な前駆物質です。その結果は次のことを示唆しています。

• 高負荷条件下では、NOxとVOCの排出量が増加し、光化学反応が加速する
• エタノールブレンドガソリンは、アルデヒド排出量を増加させ、二次エアロゾル生成を増加させる可能性がある
• 高度な後処理システム（DPF、SCR）は、動作条件によって効果が異なる

これらの結果は、より正確な大気質モデリングに役立ち、政策立案者がターゲットを絞った排出削減戦略を開発するのに役立ちます。車両技術が電化の増加とともに進化するにつれて、将来の研究では、ハイブリッド車や電気自動車が、非排気排出物やエネルギー生産経路を通じて二次エアロゾル形成にどのように影響するかを調査する可能性があります。