船舶の脱炭素はなぜ難しいのか、水素エンジン開発と船舶設計の2軸から見る現実解：船も「CASE」（3/3 ページ）

海上技術安全研究所が開催した「第25回講演会 海事産業における脱炭素とGXの最新動向」では、船舶の脱炭素に向けて、水素エンジンの最前線に立つ開発現場の視点と、燃料が未確定な時代を前提にした船舶設計の考え方という2つの軸から現実的な解が提示された。

[長浜和也，MONOist]

　内航船では、外航船以上にこの判断がシビアになる。例えば内航フェリーを例にすると、メタノール燃料では同一航続距離を確保するためにタンクサイズが約2倍以上となり、貨物スペースとのトレードオフが顕在化する。これは単なる機関配置の問題ではなく、運航形態やビジネスモデルまで含めた設計判断を迫るほどのインパクトを運航する船会社に及ぼす。

　外航分野では、既にメタノールやアンモニアを視野に入れたReady船が実装段階に入り、船級協会の認証制度も整いつつある。しかし内航船では、同じ解をそのまま当てはめることはできない。だからこそ小坂氏は、「どの燃料を選ぶか」ではなく、燃料が変わること自体を前提に、変化を受け止められる設計思想をいかに構築するかを訴えている。燃料が変わる時代における船の設計とは、最適解を先取りすることではない。不確実性を前提に、「決めないこと」を設計する。それが、内航船GX時代における現実的な答えといえるだろう。

代替燃料の変更で大きく影響を受けるのが燃料タンクの容量だ。この影響は船内容積に制約がある内航船でより大きくなる［クリックで拡大］ 出所：海技研

舶用実機スケールの燃焼過程を再現可能な可視化定容容器を用いた研究

　代替燃料を前提とした船舶設計が難しい理由は、単に燃料タンクや機関配置の問題にとどまらない。より本質的には、「その燃料が、実機条件下でどのように燃え、どのような排出特性を示すのか」を定量的に把握すること自体が、これまで困難だった点にある。

　この課題に対し、海技研 環境・動力系主任研究員の川内智詞氏から、舶用実機スケールの燃焼過程を再現可能な可視化定容容器を用いた研究が今回の第25回講演会で紹介されている。

　直径350mmという実機同等サイズの燃焼場に、高温／高圧条件とスワール流を与え、実際の2ストローク舶用エンジンに近い燃焼環境を実験室内で再現する点が特徴だ。高速度カメラと光学系を組み合わせることで、従来はブラックボックスだった燃焼挙動を可視化し、着火位置、火炎の成長、混合状態を詳細に捉えることが可能となっている。

海技研実験棟に設置されている燃焼試験装置の実物。左に立っているのが海技研 環境・動力系主任研究員の川内智詞氏［クリックで拡大］ 出所：海技研

　特に水素燃焼では、極めて少量のパイロット燃料でも安定着火が成立する条件が確認されており、CO₂排出源となるパイロット燃料の最小化に向けた具体的な知見が蓄積されつつある。これは「燃料が変わる時代の船」を構想する上で、机上の仮定ではなく、実機に裏付けられた設計判断を可能にする基盤データといえる。

燃焼試験装置の観察窓で燃焼状況を把握することで、各種次世代燃料ごとに異なる燃焼状態と排気成分を把握してより適切な燃料噴射条件を検討できるようになる［クリックで拡大］ 出所：海技研

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