何故エタノールは自動車燃料として使えるのでしょうか？

何故エタノールは自動車燃料として使えるのでしょうか？


　Phoenix001と申します。
　早速質問に入らせて頂きます。

　エタノールバスやエタノールを燃料として使う自動車などありますが、そもそも何故エタノールをガソリンの代用(もしくはガソリンとの混合燃料)として使えるのでしょうか？
　4ストローク(サイクル)エンジンのピストンを動かせる、高温で燃焼するガスなどなら何でもいいのでしょうか？もしくはエタノールのオクタン価が高いことに関係があるのでしょうか？

　回答、よろしくお願い致します。

No.2 ベストアンサー 回答者： toshj_obaka3_ 回答日時： 2010/08/13 07:40

Ｑ、何故引火点が低い必要があるのか？

　　低くないとスパークプラグで着火しないから


Ｑ、何故オクタン価が高い必要があるのか？

　　高くないと好き勝手に自己発火してしまうから


Ｑ、何故着火の燃焼性が良い必要があるのか？

　　よくないと燃料として使えないから


Ｑ、本当に上記の条件を満たすのなら何でもいいのか？

　　なんでもよい・・・

　　が、エンジンに悪影響を及ぼすものはダメ　　　　当たり前だ

この回答へのお礼

　toshi_obaka3_さん、回答ありがとうございます。

　質問に簡潔に答えてくださって嬉しいです。大変参考になりました。


　答えてくださったことで更に疑問が湧いたのですが、

Ｑ、何故引火点が低くないとスパークプラグで着火しないのでしょうか？

想像するに、火花の温度はそれほど高くないということでしょうか？もしくは、引火点が低いということは気化しやすいということなので、それぐらいでないと火花で発火させることはできないということでしょうか？


　余力があればまた回答してくださると嬉しいです。
　重ねてになりますが回答ありがとうございます。

お礼日時：2010/08/13 11:26

No.6 回答者： fxq11011 回答日時： 2010/08/13 20:40

発火点が、圧縮時の高温よりも高く、容易に気化して空気と混合可能なら何でもOK（理屈の上では）。

メタン系炭化水素＝ガソリン、プロパン、ブタン・・。
ベンゼン系＝ベンゼン、トルエン
アルコール＝エチル・メチル、プロピル
その他　MTB、ETB
ベンゼン系は、ガソリンと同じ量なら発熱量大でオクタン価（発火点）が高い
アルコールの発熱量はガソリンの約半分（大きい順＝プロピル、エチル、メチル）
メタン系の発熱量、（大きい順、オクタン、ヘプタン、ヘキサン、ペンタン、ブタン、プロパン、エタン、メタン）
傾向として、分子が大きくなれば、発熱量大、発火点低くなる。
温暖化問題によりアルコールがクローズアップしているだけで、出力、馬力を優先すれば、ベンゼンやトルエンが有力ですが発がん性等の問題あり、タクシーではプロパン車がありますがガソリンに比べて非力。

この回答へのお礼

　fxq11011さん、回答ありがとうございました。

>発火点が、圧縮時の高温よりも高く、容易に気化して空気と混合可能なら何でもOK（理屈の上では）。

　やはり、そうなのですね。

>メタン系炭化水素＝ガソリン、プロパン、ブタン・・。
>ベンゼン系＝ベンゼン、トルエン
>アルコール＝エチル・メチル、プロピル
>その他　MTB、ETB
>ベンゼン系は、ガソリンと同じ量なら発熱量大でオクタン価（発火点）が高い
>アルコールの発熱量はガソリンの約半分（大きい順＝プロピル、エチル、メチル）
>メタン系の発熱量、（大きい順、オクタン、ヘプタン、ヘキサン、ペンタン、ブタン、プロパン、エタン、メタン）
>傾向として、分子が大きくなれば、発熱量大、発火点低くなる。
>温暖化問題によりアルコールがクローズアップしているだけで、出力、馬力を優先すれば、ベンゼンやトルエンが有力ですが発がん性等の問題あり、タクシーではプロパン車がありますがガソリンに比べて非力。

　詳しく書いて下さってありがとうございます。本職の方でしょうか？
　化学は面白いですね、やはり。化学式を眺めて久しぶりに楽しんでいました。
　私もこういう研究をしたいなぁ、と思ってしまいましたよ。

　いや、楽しかったです。
　回答、ありがとうございました。

お礼日時：2010/08/14 00:43

No.5 回答者： opechorse 回答日時： 2010/08/13 14:05

いや、エンジンがかぶるというのは

始動時や冷間時、ガソリン（燃料）がスパークプラグ周りで液化して
火花が飛ばなくなって始動できなくなることです

この回答へのお礼

　opechorseさん、失礼しました。

　そして合点がいきました。

　気化しやすい＝液状になりにくいのでエンジンがカブリ難くなるのですね。

　ご指摘、ありがとうございました。

お礼日時：2010/08/14 00:28

No.4 回答者： opechorse 回答日時： 2010/08/13 09:53

引火点の低さというのは、

気化のしやすさと近似するので
エンジンがかぶり難くなるという条件もあります

で、個人的な考えとして
エタノールより、メタノールのほうが燃料としての適正は高いと思っています

腐食の問題、メタノール自体の毒性の問題はあるけど
着火性、すすが発生しにくい利点があるので
こちらのほうが優位と思っています

エタノールの優位性は環境問題以外に見出していません

この回答へのお礼

　opechorseさん、再回答ありがとうございます



>エンジンがカブリ難くなる

　スパークプラグの電極にすすなどが付着することを言うのですね。こういう言葉は知りませんでした。


>引火点の低さというのは、気化のしやすさと近似するので

　そして、なるほどな、と思いました。確かに、引火点が低い物質は、気化しやすい物質ですね。
　しかし、

Ｑ、気化しやすい物質はエンジンがカブリ難くなる？

のでしょうか？

エンジンがカブル＝すすが発生している＝完全燃焼していない(酸素不足)、もしくは炭素の量が多い

だと思うので、あまり関連性が無いように思いますが？酸素と混ぜやすいということでしょうか？この疑問に答えて下さると嬉しいです。

　
>エタノールより、メタノールのほうが燃料としての適正は高いと思っています

>腐食の問題、メタノール自体の毒性の問題はあるけど
>着火性、すすが発生しにくい利点があるので
>こちらのほうが優位と思っています

>エタノールの優位性は環境問題以外に見出していません

　この後半の部分は興味深かったです。
　メタノールはエタノール以上の危険物なので、実用化した場合、どのように輸送、給油するのかなど非常に興味があります。私はどのような研究が行われているのかあまり知らないので、これから注意してみるようにしますね。


　それと、toshi_obaka3_さんへの回答のお礼でも書いたのですが、

Ｑ、何故引火点が低くないとスパークプラグで着火しないのでしょうか？

という疑問の答えを持ち合わせていたら是非教えて下さい。


　回答、ありがとうございました。
　お陰様で、もっと色々勉強しなければならないとヤル気が湧いてきました。

お礼日時：2010/08/13 12:07

No.3 回答者： wathavy 回答日時： 2010/08/13 09:01

カーボンの量が全く違いますので、空燃比を倍の濃さにしないと燃えません。

（ご存知でしょうけど）
したがって、燃料タンクに入る量は同じ距離なら倍入れないと持ちません。
航続距離が半分という言い方もできます。

あと、反応性が高いため、パイプ類は変えないと溶けることがあります。

ご存知かもしれませんが、光化学反応途中で、アセトアルデヒドが発生します。
一時期問題になっていた、シックハウス症候群の原因物質でもあります。

アルコール燃焼は、２０年以上前に研究室であらゆる角度から研究していました。私は担当が排気ガスの脈動でしたが。
他の人が光化学反応、空燃比などおやりでした。
エンジンは、何も手を加えなくても、キャブレターのニードルジェットを大きめにしてたくさん燃料が出るようにしてやれば、どんなエンジンでも動かせるので、大変便利な燃料でした。ただし、酒税を払うと一斗缶１８リットルで２万４千円も払わなければなりません。認可を受けて無税で購入できるようにしなくてはなりません。すると、１６００円くらいになるはずです。
でも、ガソリンの方が遥かに安い計算になります。

現在の状況では、エタノールを燃料にすることで、食品になるはずだったコーンなどが燃料になってしまい、牛肉が食べられなくなったり、他の農作物が高くなるため、効果的ではないとされています。（日経サイエンス）

何らかの方法で、他の農作物と競合しない素材を使ったエタノール生成方法が確立されない限り、このエタノールによるエネルギー代替策は、CO2問題の対策にはならないというのが今のところの見方のようです。つまり、実際実行している方々は、姿勢だけ示しているという結論も有りということになります。
（日経サイエンス）

この回答への補足

お礼を書いてから気がついたのですが、お礼に書いた、


　残念ながら、引用文最後にある「姿勢だけ示している」というのはその通りです。
　政府などは環境対策(エタノール、太陽パネル、風力発電など)を「地球環境を大事にしよう！」という崇高な目的から行っているものではありません(皆さん、勘違いしていらっしゃる)。今の環境対策は「産業対策」かつ「雇用対策」として行われています。如何に儲けられるか、如何に雇用を創出できるかが政府の関心事です。日本の場合は電力会社(太陽パネルなどの普及と発電余剰電力の買取は自分たちの優位性が崩れるので反対、炭素排出権などは二酸化炭素排出量が多い火力発電などを行っているので反対)、および日本経団連(同じく炭素排出権などすると鉄鋼業などが影響をうけるので反対)などが強いので、あまり政府全体では乗り気ではないようですが(一部だと進んだ派閥が居るのです)。
　ただ、時が来れば確実にこの状況は逆転し、環境対策派が(意図はどうであれ)多数を占めることになります。その際は日本が世界をリードしていればいいのですが…。太陽パネルの発電効率など欧州が(補助金などもあり)先行していたりするので、企業はキツイ戦いになると思っています。排出権市場に関しても国内で連携が取れていませんし。



の、


一部だと進んだ派閥が居るのです


という部分ですが、私の「一部の進んだ派閥」が意味しているのは、環境対策が「産業対策」かつ「雇用対策」であることに気が付き、これに向けた条件を整備している派閥のことを指しています。
　最初の方の文章に「残念ながら、引用文最後にある『姿勢だけ示している』というのはその通りです。」と書いたので、「一部の進んだ派閥」が「崇高に環境対策を進める派閥」と勘違いされそうな気がしたので、一応補足で書き込んでおきます。


　紛らわしくて申し訳ありません。

補足日時：2010/08/14 00:53

この回答へのお礼

　wathavyさん、回答ありがとうございます。


>カーボンの量が全く違いますので、空燃比を倍の濃さにしないと燃えません。（ご存知でしょうけど）
>したがって、燃料タンクに入る量は同じ距離なら倍入れないと持ちません。
>航続距離が半分という言い方もできます。

　空気比を倍の濃さにしないと燃えないということは知っていましたが、その理由が「カーボンの量が全く違う」ことによるものだということは知りませんでした。

Ｑ、何故カーボンの量が全く違うと燃えないのでしょうか？

　不完全燃焼が起こってしまうということでしょうか？

>ご存知かもしれませんが、光化学反応途中で、アセトアルデヒドが発生します。
>一時期問題になっていた、シックハウス症候群の原因物質でもあります。

　知りませんでした。化学反応式的に言うと、金属などと反応した場合にアセトアルデヒトが生成されるのでしょうか…ね。

>アルコール燃焼は、２０年以上前に研究室であらゆる角度から研究していました。私は担当が排気ガスの脈動でしたが。
>他の人が光化学反応、空燃比などおやりでした。
>エンジンは、何も手を加えなくても、キャブレターのニードルジェットを大きめにしてたくさん燃料が出るようにしてやれば、どんなエンジンでも動かせるので、大変便利な燃料でした。ただし、酒税を払うと一斗缶１８リットルで２万４千円も払わなければなりません。認可を受けて無税で購入できるようにしなくてはなりません。すると、１６００円くらいになるはずです。
>でも、ガソリンの方が遥かに安い計算になります。

　興味深いですね。20年以上前から行われていたのですか。それにしても酒税は高いですね…。私は酒税に関してはあまり詳しくないので(酒も飲まないですし)。

>現在の状況では、エタノールを燃料にすることで、食品になるはずだったコーンなどが燃料になってしまい、牛肉が食べられなくなったり、他の農作物が高くなるため、効果的ではないとされています。（日経サイエンス）

>何らかの方法で、他の農作物と競合しない素材を使ったエタノール生成方法が確立されない限り、このエタノールによるエネルギー代替策は、CO2問題の対策にはならないというのが今のところの見方のようです。つまり、実際実行している方々は、姿勢だけ示しているという結論も有りということになります。（日経サイエンス）

　残念ながら、引用文最後にある「姿勢だけ示している」というのはその通りです。
　政府などは環境対策(エタノール、太陽パネル、風力発電など)を「地球環境を大事にしよう！」という崇高な目的から行っているものではありません(皆さん、勘違いしていらっしゃる)。今の環境対策は「産業対策」かつ「雇用対策」として行われています。如何に儲けられるか、如何に雇用を創出できるかが政府の関心事です。日本の場合は電力会社(太陽パネルなどの普及と発電余剰電力の買取は自分たちの優位性が崩れるので反対、炭素排出権などは二酸化炭素排出量が多い火力発電などを行っているので反対)、および日本経団連(同じく炭素排出権などすると鉄鋼業などが影響をうけるので反対)などが強いので、あまり政府全体では乗り気ではないようですが(一部だと進んだ派閥が居るのです)。
　ただ、時が来れば確実にこの状況は逆転し、環境対策派が(意図はどうであれ)多数を占めることになります。その際は日本が世界をリードしていればいいのですが…。太陽パネルの発電効率など欧州が(補助金などもあり)先行していたりするので、企業はキツイ戦いになると思っています。排出権市場に関しても国内で連携が取れていませんし。

　「日経サイエンス」を購読されているのでしょうか？それともわざわざ調べてくださったのでしょうか？どちらにしてもありがとうございます。
　私も勉強のために読みましょうかね…。理系の知識は不足気味なもので…。

　他の方へのお礼に書きましたが、

Ｑ、気化しやすい物質はエンジンがカブリ難くなる？
Ｑ、何故引火点が低くないとスパークプラグで着火しないのでしょうか？
Ｑ、何故カーボンの量が全く違うと燃えないのでしょうか？

などの質問の答えをお持ちでしたら是非お教えください。


　重ねてになりますが、回答、ありがとうございました。
　実体験など非常に参考になりました。
　また機会がありましたらよろしくお願い致します。

お礼日時：2010/08/13 12:53

No.1 回答者： opechorse 回答日時： 2010/08/12 22:56

4サイクルエンジン側から見ると

十分に引火点が低くて
オクタン価が高くて
着火の燃焼性がよければ何でもいい

というのは置いておいて
エタノール、特に農作物由来の場合
地球温暖化対策としての二酸化炭素排出量が
0とみなすルールがあるので
エタノールだけ（もしくは非常に含有量が多い）ならば
温暖化対策が進んでいるとみなすことができる

なので、エタノール由来燃料が多くなってきているのです

この回答へのお礼

　opechorseさん、早速、回答ありがとうございます。


　書き方が悪かったようです。

　私は「エタノールが燃料として『使える』理由」自体を質問しているのです。「エタノールが『使われる』理由(排出権ビジネスなど)」に関しては十二分に承知しています。

　回答に書いて下さった、

「4サイクルエンジン側から見ると
・十分に引火点が低くて
・オクタン価が高くて
・着火の燃焼性がよければ何でもいい」

というのが燃料として使える物質の条件だとすると、

Ｑ、何故引火点が低い必要があるのか？
Ｑ、何故オクタン価が高い必要があるのか？
Ｑ、何故着火の燃焼性が良い必要があるのか？
Ｑ、本当に上記の条件を満たすのなら何でもいいのか？

という所をエタノールに関して詳しく聞きたいのです。


　重ねてになりますが、文章の書き方が悪くて申し訳ありませんでした。
　詳しい方のようですので、知っていることがありましたらまた回答して下さると嬉しいです。

お礼日時：2010/08/13 00:47