低硫黄船舶燃料からの高い光吸収性粒子排出

なぜ船舶の排気は温暖化する世界で今も重要なのか

世界が船舶からの硫黄汚染に対する規制を強化するに伴い、クリーンな海洋燃料が海上交通の気候影響を大きく減らすだろうと期待する向きが多くありました。本研究は事情がより複雑であることを示しています。今日の厳しい硫黄基準を満たす燃料であっても、大気を暖める暗色粒子を放出することがあり、その暖房効果は排気が拡散・反応していっても大部分が残るのです。「よりクリーンな」燃料のこの隠れた側面を理解することは、北極航路の拡大や世界貿易が海上の大型ディーゼル機関に依存し続ける中で極めて重要です。

燃料はクリーンでも、空は必ずしもクリーンではない

国際規則は大気質と酸性雨の抑制のために現在、船舶燃料中の硫黄を厳しく制限しています。これに従い、船舶事業者は過去に使われていた高硫黄の残油に代えて、低硫黄重油や低硫黄のマリンガソリンオイル（海洋用軽油）を選ぶようになりました。硫黄の削減は可視光を散乱させ明るい雲の形成に寄与する硫酸塩粒子の排出を減らし、かつての小さな冷却効果を弱めます。しかし船舶は暗色の炭素粒子―特にブラックカーボン（すす）や一部のブラウンカーボン―も排出し、これらは太陽光を吸収して大気を暖めます。本論文が扱う主要な問題は、低硫黄燃料がこの熱を閉じ込める成分を減らすかどうか、そして排気が大気中を移動するうちにどのように変化するか、という点です。

船舶排気粒子を詳細に覗く

研究者らは中型の海洋研究用エンジンを、現行規則適合の2種類の実際の燃料――低硫黄の重油と低硫黄のマリンガソリンオイル――で運転しました。電子顕微鏡や高度な光学センサーを含む一連の機器で排気中の微小粒子を計測しました。希釈した排気の一部は、数日間の太陽光と大気化学にさらされる状況を模擬する特殊なリアクターに通され、プルームが船から離れていく際に起こる過程を再現しました。これにより、排気筒を出たばかりの“新鮮”粒子と光化学処理を受けた“エージド（経年）”粒子とを比較することができました。

暗いすすが優勢、その後は光沢のある被覆を得る

放出直後の粒子は両燃料ともブラックカーボンのすすが支配的でした。顕微鏡下では不規則でレース状の塊として見え、測定は裸のすすと同様に光を吸収することを示しました。低硫黄重油は、特に低負荷時において、同じエンジン出力当たりでマリンガソリンオイルの約3倍のブラックカーボンを生成しました。模擬エージング後、粒子はより多様になりました。多くのすす凝集体は収縮して締まり、同時に有機物や硫酸塩の被覆を獲得しました。マリンガソリンオイルでは異常な棒状や針状の粒子も現れ、一方で低硫黄重油はより球状で硫酸塩に富む粒子をより多く生みました。これらの被覆は非ブラックカーボン物質の質量を1桁以上増加させました。

エージングが日光に対する影響をどう変えるか

これらの構造変化は排気の光学的挙動を変えました。被覆されたすすは暗いコアを透明なレンズが包むような挙動を示し、外殻が余分な光をコアへ屈折させ吸収を増強します。チームはエージング後に黒色炭素1グラム当たりの光吸収が、新鮮な状態に比べて約20～60%増加することを見出しました。同時に付加された硫酸塩や有機物は散乱を増やし、粒子の挙動をわずかに反射寄りに押し戻しました。とはいえ、現実的な条件下で吸収が散乱を上回ることが続き、粒子は依然として強い吸収性を保ちました。著者らがこれらの測定を「強制効率」という単純な指標―エンジン出力当たりの暖房・冷却効果―に組み込むと、両燃料の排出は全般に純粋な暖房効果を生むことが判明し、とくに雪氷など明るい面の上で顕著でした。低硫黄重油はマリンガソリンオイルより2～3.5倍高い暖房効率を示しました。

気候と政策にとっての意味

一般の読み手への主要なメッセージは、船舶燃料の硫黄削減が健康と環境のために重要である一方で、それだけで自動的に船舶が気候に優しくなるわけではない、ということです。新しい燃料でも依然として強力な温暖化粒子を大量に放出しうるうえ、日光駆動の化学的エージングはその温暖化ポテンシャルをほとんど消し去りません。場合によっては、低硫黄重油は冷却をもたらす硫酸塩を多く失うぶん、すすを維持または増やすため、かえってかつての高硫黄燃料より気候を暖めることさえありえます。北極航路の開放や世界の船舶輸送の増加を考えると、これらの知見は将来の規制がブラックカーボンを直接扱い、真に低すすの代替策―よりクリーンなエンジン、別の燃料、そして新たな推進技術など―を促進する必要があることを示唆しています。そうして初めて、海洋における船舶の気候フットプリントを削減できるでしょう。

引用: Kokkola, T., Sipkens, T.A., Paul, A. et al. Highly light-absorbing particle emissions from low-sulfur marine fuels. npj Clim Atmos Sci 9, 108 (2026). https://doi.org/10.1038/s41612-026-01369-w

キーワード: 船舶排出物, ブラックカーボン, 船舶用燃料, エアロゾルのエージング, 北極の温暖化