Fuel - Nenryo (English spelling) fuel

Japanese: 燃料 - ねんりょう（英語表記）fuel

Generally, it refers to raw materials or substances that utilize the energy generated by combustion. However, the word "fuel" is also used in cases such as uranium, where the energy generated by nuclear fission rather than combustion reaction is utilized, and these are called nuclear fuel or nuclear fusion fuel.

Fuels can be divided into solid fuels, liquid fuels, and gaseous fuels based on their physical form.

[Ouchi's Earl, Toshihiro Aramaki]

History of fuel

Human civilization began when humans used fire, so the history of fuel goes hand in hand with the history of civilization. In the earliest times, firewood was burned for the purposes of keeping warm, cooking things, and boiling water. The use of oil and coal can also be seen in the Old Testament and the Nihon Shoki. Coal mining had already begun in England in the 5th century, and it was used for various purposes. During the Han dynasty in China, it is said that copper coins were minted using coal as a reducing agent. In the 9th century, coal mining began in Saxony, Germany, and in the 12th and 13th centuries, full-scale coal mining began in England and Germany to make up for the serious shortage of wood, which was used as fuel for various industries such as blacksmithing, dyeing, pottery, glass, and bricks. In 1590, John Thornborough (1551-1641) even patented a method for refining coal so that it would not emit an unpleasant odor. At that time in England, it was said that 24 cubic feet of wood was used to smelt one ton of iron. Around 1600, coal production in England began in earnest. In 1610, the blast furnace method of ironmaking using charcoal was invented in Germany, and in 1620, D. Dudley of England used raw coal instead of charcoal. Eventually, in 1735, A. Darby created the prototype of today's ironmaking method using coke, and iron production increased dramatically thereafter. This led to a rapid increase in demand for coal, and in England, annual production rose from 17,000 tons in 1720 to 250,000 tons in 1806 and 2.7 million tons in 1850, becoming the driving force behind the Industrial Revolution and completing England's domination of the world.

The improvement of the coal-powered steam engine by J. Watt of England in 1765 was revolutionary, and coal became the mainstream fuel, and the spread of gas lamps made from coal carbonization gas from the end of the 18th century helped to foster a romantic atmosphere in London, Paris, and other cities. The full-scale use of coal carbonization gas also began in the same era, and it spread as city gas. However, with the invention of the incandescent light bulb by T. Edison of the United States in 1879, its use for lighting rapidly declined, and with the development of motors, it gradually began to be replaced as a power source, but it was not until World War II that it was replaced by electricity and oil.

After World War II, the world's fuel quickly shifted to oil, due to the abundant and cheap supply of oil resulting from the newly discovered large oil fields in the Middle East. At the same time, nuclear power generation began, and coal rapidly went into decline. It was also during this period that the use of natural gas began on a large scale. However, the rise in oil prices caused by the unity of OPEC (Organization of the Petroleum Exporting Countries) in 1973 once again awakened a reexamination of fuel types, paving the way for the re-emergence of coal. Since then, research and development has been conducted to utilize natural and renewable energy sources such as solar, geothermal, marine, and wind power as fuel in a broad sense, in addition to the existing coal, oil, natural gas, and nuclear power.

In resource-poor Japan, fuel (resources/energy) must be cheap, have a stable supply, and be safe, so diversifying energy sources will be essential in the future.

[Ouchi's Earl, Toshihiro Aramaki]

Solid Fuel

This refers to fuels that are solid at room temperature. Examples include charcoal, coal, char and coke. Solid fuels are generally burned as follows: As the fuel is heated before combustion, volatile combustibles are generated by pyrolysis, which ignite and start combustion. This is the flame (volatile combustion). The remaining part gradually loses volatile content and carbon becomes concentrated. This part reacts with oxygen on the solid surface to become carbon dioxide and carbon monoxide, which generates heat but does not produce a flame (char combustion). Charcoal, char and coke, which have been heated in this way and have had their volatiles removed, burn without producing a flame. However, near the solid surface, carbon monoxide is generated because combustion occurs in an oxygen-deficient state, and then oxygen from the air is supplied to the outer periphery, resulting in a pale carbon monoxide flame (carbon monoxide combustion).

[Ouchi's Earl, Toshihiro Aramaki]

Ignition temperature

When solid fuel is heated, it starts to burn like this, but there is a temperature at which it continues to burn even when external heating is stopped. This temperature is called the ignition temperature. The ignition temperature of volatile components is generally lower than that of the solid portion from which the volatiles have been removed, so the more volatile the component, the lower the ignition temperature. For example, the more coal is carbonized and the less volatile it is, the higher the ignition temperature. Similarly, with charcoal, char, and coke, the higher the carbonization temperature, the lower the volatile content, the lower the reactivity with oxygen, and the higher the ignition temperature. Graphite is the extreme example. A higher ignition temperature means, in other words, a lower reactivity with oxygen, so it is difficult to light but burns well as a fuel.

[Ouchi's Earl, Toshihiro Aramaki]

Candle

Candles, made of wax solidified into a cylindrical shape around a wick of twisted paper or thread, are also a type of solid fuel. When burned, the wax melts, soaks into the wick and rises, vaporizing and burning in the burning area. Academically, wax refers to an ester of higher fatty acids and alcohol, but in the broadest sense it refers to all waxy solids and liquids, which includes not only esters but also hydrocarbons, fatty acids, and alcohols. There are natural wax and synthetic wax, the former of which can be further divided into mineral wax and animal/vegetable wax.

[Ouchi's Earl, Toshihiro Aramaki]

Liquid fuel

This refers to fuels that are liquid under normal temperature and pressure. The main liquid fuels are gasoline, kerosene, diesel, heavy oil, and alcohols such as methanol (methyl alcohol) and ethanol (ethyl alcohol), which are produced from crude oil.

[Ouchi's Earl, Toshihiro Aramaki]

Crude Oil Refining

Naphtha, kerosene, and diesel fractions, which are fractionated by the atmospheric distillation unit of crude oil, are fed to a hydrodesulfurization unit, where impurities such as sulfur and nitrogen are reduced and the quality is improved (refined) by hydrogenation, to produce commercially available gasoline, kerosene, and diesel. Meanwhile, atmospheric residual oil is either directly desulfurized to reduce sulfur and other impurities to produce commercially available heavy oil, or used as feedstock for a fluid catalytic cracking unit to produce gasoline fraction. In addition, atmospheric residual oil is fractionated into vacuum diesel and vacuum residual oil by vacuum distillation, and vacuum diesel is hydrocracking, refined, and other products such as gasoline, kerosene, and diesel. Furthermore, the residual oil, which is vacuum residual oil, is converted into useful petroleum products such as lubricating oil and petroleum coke by the heavy oil processing process, or converted into liquid fuel gas to liquids (GTL) from the synthetic gas (CO, H ₂ ) obtained by gasification.

[Toshihiro Aramaki]

naphtha

It is the lightest liquid obtained from crude oil and is sometimes called crude gasoline. More than 98% of it is used as a raw material for petrochemicals, and there are many naphtha products such as plastic products and chemical fiber products. It is also used as a gasoline base material to improve the octane number.

[Toshihiro Aramaki]

gasoline

These are products obtained by atmospheric distillation of crude oil and subsequent refining, all of which have boiling points in the range of 25 to 200°C. Straight-run gasoline is obtained by atmospheric distillation of crude oil, catalytically reformed gasoline is produced by reforming naphtha fractions using a catalyst in a high-temperature, high-pressure hydrogen stream to produce high-octane naphtha, and catalytically cracked gasoline is produced by cracking deasphalted heavy oil in the presence of a solid catalyst to produce a high-octane gasoline fraction.

It is also known as "volatile oil" because it evaporates easily at room temperature and pressure. It is originally a colorless, transparent liquid, but because it is highly flammable and dangerous, it is colored orange to make it easier to distinguish from kerosene. More than 99% of its uses are for gasoline-powered vehicles, but in addition to regular gasoline, there is also high-octane gasoline with a high octane number for high-powered engines. It is also used as fuel for small aircraft, as a solvent, for dry cleaning, and in paints.

[Ouchi's Earl, Toshihiro Aramaki]

kerosene

It is a product obtained by atmospheric distillation of crude oil and subsequent refining, and is somewhere between naphtha and diesel, with a boiling point in the range of about 150-270°C. It is a colorless, transparent liquid with a distinctive odor and a sulfur content of 80 ppm (parts per million) or less, and is mainly composed of hydrocarbons with carbon numbers of 9-15. Most of it is saturated hydrocarbons, with about 7-20% being aromatic hydrocarbons.

Since the kerosene fraction in crude oil is almost constant for each crude oil, it is not possible to produce large quantities of kerosene alone, and kerosene production accounts for only 12 to 13% of total petroleum products.

Kerosene has a flash point of over 40°C, is relatively safe, easy to handle, and inexpensive, so in Japan it has been used as fuel for home heating equipment and water heaters. It is also used for industrial purposes, such as for cleaning and as a paint solvent, and highly refined kerosene is used as fuel for aircraft jet engines (gas turbine engines).

[Ouchi's Earl, Toshihiro Aramaki]

Light oil

A product obtained by atmospheric distillation of crude oil and subsequent refining, it is somewhere between kerosene and atmospheric distillation residual oil, with a boiling point of around 200-550°C and containing around 11-22 carbon atoms. Compared to kerosene, it contains more aromatic hydrocarbons, at 30-40%. In addition to straight-run diesel, it is often mixed with cracked diesel, a by-product of the production of cracked gasoline. 95% of it is used as fuel for diesel engines.

Diesel engines are highly powerful and thermally efficient, and are widely used in buses and trucks. In Japan, diesel is also taxed less than gasoline, so diesel is increasingly being used in private cars. Diesel fuel is classified into five types based on the freezing temperature, and products suited to the region and season are supplied, with "cold region specifications" diesel fuel being shipped to northern Japan and highlands. In addition, with the strengthening of environmental regulations, sulfur reduction was promoted from 5000ppm to 2000ppm in 1992 (Heisei 4), to 500ppm in 1997, to 50ppm in 2004 (Heisei 16), and further to 10ppm in 2007.

[Toshihiro Aramaki]

heavy oil

Bottom oil obtained by atmospheric distillation of crude oil, or a heavy petroleum product obtained by processing it, accounts for more than half of the petroleum products in Japan. Generally, it is divided into three types, A, B, and C, based on kinetic viscosity. A is further divided into No. 1, which has a low sulfur content (sulfur content of 0.5% or less; also known as LSA, short for Low Sulfur A Fuel Oil), No. 2, which has a high sulfur content (sulfur content of 0.5-2.0%; also known as HSA, short for High Sulfur A Fuel Oil), and C is further divided into No. 1 to No. 3, based on kinetic viscosity, in that order of increasing heaviness. Generally, heavy oil with a high residual carbon has a high viscosity.

Among heavy oils, heavy oil A has properties similar to diesel, and is used as fuel for agricultural machinery and small and medium-sized fishing vessels, as well as for boilers and heating in factories, buildings, and vinyl greenhouses. Heavy oil C is used as fuel for large diesel engines on ships, boilers in thermal power plants and large turbine ships, and heating furnaces in steelworks. Heavy oil B has almost completely stopped being produced due to the spread of automobiles and changes in the industrial structure.

[Toshihiro Aramaki]

Other liquid fuels

Crude oil is generally used as a raw material for petroleum products such as gasoline, kerosene, diesel, and heavy oil, as well as chemical products such as plastics, but crude oil with low sulfur content is sometimes used directly as boiler fuel instead of heavy oil as a measure to reduce sulfur in fuel for thermal power generation and to save fuel costs. Raw burning of crude oil has been practiced since 1962, but in consideration of the domestic supply and demand balance of petroleum products, only nine electric power companies (Hokkaido, Tohoku, Tokyo, Chubu, Hokuriku, Kansai, Chugoku, Shikoku, and Kyushu) are allowed to use a certain amount. Coal tar obtained by carbonization of coal is also used as fuel, so it can be classified as liquid fuel.

Oil sands and oil shale, which are unconventional fossil resources, can be extracted by carbonization. Because they contain a lot of heavy matter and heteroelement compounds (oxygen-, sulfur-, and nitrogen-containing compounds), they require extensive refining to be used as liquid fuel in the same way as crude oil. Oil sands is sandstone that contains pitch-like heavy oil, while oil shale is shale that contains a slightly lighter oil than oil sands.

[Toshihiro Aramaki]

Methanol, Ethanol

Methanol is synthesized not only from carbon monoxide and hydrogen obtained by steam reforming of natural gas, liquefied petroleum gas (LPG), naphtha, etc., but also from carbon monoxide and hydrogen obtained by gasification of heavy oil or coal.

Ethanol is produced by fermenting sugar, starch, cellulose, etc. Chemically, it is synthesized from ethylene.

Both methanol and ethanol are attracting attention as non-polluting fuels. They are expected to be used as fuel for power generation and boilers, and are also being researched as an automobile fuel, with methanol automobiles currently under development as an alternative to gasoline. They are also being considered as a fuel for fuel cells. Coal-methanol slurry (CMS, commonly known as Metacoal), proposed in the United States, is one of the coal fluidization technologies. Methanol, the transport medium, has a low freezing point and is therefore suitable for pipeline transport in cold regions.

[Ouchi's Earl, Toshihiro Aramaki]

Dimethyl Ether

It is an ether (dimethyl ether, or DME) consisting of two bonded _CH3- groups; it is a colorless, odorless gas at room temperature, but is easily liquefied when pressurized to 6 atmospheres. DME is produced by the "methanol dehydration method" or the "direct synthesis method," in which it is directly synthesized from hydrogen and carbon monoxide. The latter method requires only hydrogen and carbon, so it can be synthesized from natural gas, petroleum residues, organic matter such as livestock manure, and coal. It is characterized by a high cetane number (55-60) that is not found in methanol, diesel, or other gas fuels. As it contains no impurities, it is a promising alternative to diesel.

[Toshihiro Aramaki]

Gaseous fuel

This refers to fuels that are gaseous under normal temperature and pressure. Gaseous fuels include natural gas, liquefied petroleum gas (LPG), gas produced by carbonization of coal, and city gas, hydrogen, acetylene, etc., produced from these or other sources.

Other special gas fuels include coke oven gas (COG) used in steelworks, blast furnace gas (BFG), and Linz-Donawitz converter gas (LDG).

[Ouchi's Earl, Toshihiro Aramaki]

Natural Gas

Natural gas is a general term for combustible gases whose main components are naturally occurring hydrocarbons. It can be divided into oil field gas or associated gas, which is produced from oil wells in oil fields along with crude oil, and gas field gas, gas well gas, or structural gas, which is extracted from gas wells. The main component of gas that seeps out from coal seams during coal mining in coal fields is methane, and it is called coalbed methane. It is used to prevent gas explosions in mines, but it is also efficiently collected and used. There are also special types of water-soluble gases that are dissolved in groundwater and are separated and collected by pumping water. There are also gases that exist underground in gaseous form, but when cooled under reduced pressure above ground, they separate out light oil, and these are called condensate wells.

Generally, gas fields are mostly methane and are called dry gas, but oil field gas contains gasoline fractions of C2 _and above and is called wet gas. Liquefied natural gas (LNG) is natural gas that has been liquefied and has had hydrogen sulfide, carbon dioxide, and _C5 and above components removed.

The main uses of natural gas as a fuel are as a raw material for producing city gas, for household use, for internal combustion engines, for boilers (including for power generation), and for industrial heating.

[Ouchi's Earl, Toshihiro Aramaki]

Liquefied Petroleum Gas

Liquefied petroleum gas (LPG) is a gaseous fuel with a diverse energy source, with non-petroleum derived LPG, such as associated natural gas, accounting for roughly half of the world's total LPG. LPG is a hydrocarbon whose main components are _C3 - _C4 , and is a synonym for what is commonly known as propane. It is separated from wet gas and crude oil, and is obtained from oil refining processes such as reforming and cracking, and from petrochemical processes. Naphtha is also hydrocracking used to produce LPG, and the most representative method is the Isomax process. It is most commonly used as a fuel for household use, followed by automobile fuel, mainly for taxis. It is also used as an industrial fuel.

[Ouchi's Earl, Toshihiro Aramaki]

Hydrogen as a fuel

Currently, hydrogen is only used for oxyhydrogen flames and rocket fuel, but it is attracting attention as a fuel that is pollution-free and can be obtained from sources other than fossil fuels in the future. Currently, hydrogen is produced mainly through the electrolysis of water, the thermal decomposition of naphtha, and coke oven gas, but research is being conducted to use water as a raw material, such as using semiconductors to split water with sunlight and thermochemical water splitting. In addition to general fuel, hydrogen is also being considered for use as automobile and aircraft fuel, and in fuel cells. There are many technical issues that need to be resolved, such as reducing the cost of hydrogen production and efficiently utilizing the energy contained in hydrogen, but hydrogen is the fuel resource that is attracting the most attention today, when there is a growing awareness of limited resources.

[Ouchi's Earl, Toshihiro Aramaki]

acetylene

Acetylene was once used to light night stalls, but is now used industrially as an oxy-acetylene flame when high temperatures are required. The high temperatures of oxy-acetylene flames are used in shipbuilding and the automobile industry, as well as for welding steel materials in civil engineering and construction.

[Ouchi's Earl, Toshihiro Aramaki]

Attempts at efficient fuel utilization

The energy problems caused by the two oil crises in the 1970s prompted the development of technologies to use conventional fossil fuels more conveniently and efficiently. COM (coal oil mixture) is a mixture (slurry) of fine coal powder and heavy oil in a weight ratio of 1:1 or more. There are coarse COM using relatively coarse particles, fine COM using fine particles, and ultrafine COM using ultrafine particles, and it was formerly called colloidal fuel. The primary purpose of these is to eliminate the inconvenience of transportation, which is the biggest drawback of solid coal, by transporting it through pipes. In other words, by fluidizing coal, it has the advantage of being able to be handled as a liquid fuel in the same way as petroleum. Similarly, CWM (high-concentration coal water mixture), which is mixed with water, has also been put into practical use as an important means of transportation. When pulverized coal is pyrolyzed in the furnace, the water reacts to generate water gas rich in hydrogen and carbon monoxide, so technology has also been developed to burn high-concentration coal slurry (about 70% by weight of coal) as it is. There are various coal fluidization technologies, and their establishment is contributing to the realization of more efficient utilization of coal, which has far greater reserves than oil.

[Ouchi's Earl, Toshihiro Aramaki]

"The Latest Fuel Handbook, revised edition, edited by the Fuel Association (1984, Corona Publishing)" " Energy Conservation Handbook, edited and published by the Energy Conservation Center, various annual editions"

Standard calorific values of various fuels
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Standard calorific values of various fuels

Effect and target value of high concentration coal slurry
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Effect and target value of high concentration coal slurry

Comparison of heavy oil, coal and COM
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Comparison of heavy oil, coal and COM

COM Production and Consumption
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COM Production and Consumption

Coal Fluidization Technology
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Coal Fluidization Technology

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

一般には燃焼により発生するエネルギーを利用する原物質・原材料をいう。しかしウランのように燃焼反応ではなく、核分裂により発生するエネルギーを利用する場合でも燃料ということばが用いられ、核燃料、核融合燃料などとよばれる。

　燃料はその物理的形態の違いにより固体燃料、液体燃料、気体燃料に分けられる。

［大内公耳・荒牧寿弘］

燃料の歴史

人類の文明は人類が火を用いたときから始まるので、燃料の歴史は、文明の歴史と軌を一にしている。もっとも古くは、暖をとる、ものを焼く、水を沸かすなどの目的で薪(たきぎ)を燃やしていた。石油、石炭などの利用も『旧約聖書』や『日本書紀』の記述にみられる。5世紀イギリスではすでに石炭の採掘が始められ、種々の用途に供されていた。中国では漢の時代、石炭を還元剤として銅貨を鋳造していたという。9世紀になるとドイツのザクセンでも石炭の採掘が始まり、12、13世紀にはイギリス、ドイツでは鍛冶(かじ)、染物、陶器、ガラス、れんがなどの諸産業向け燃料として重用されていた木材の深刻な不足を補うため、石炭の本格的採掘が始まった。1590年にはソーンボローJohn Thornborough（1551―1641）が、「石炭を精製し悪臭を出さない方法」という特許さえ出しているほどである。鉄の精錬には当時イギリスで1トンの鉄に対し24立方フィートの木材を使ったという。1600年ころからイギリスの石炭生産は本格的に開始された。1610年ドイツで木炭を用いる溶鉱炉方式の製鉄法が発明され、1620年にはイギリスのD・ダッドリーが木炭のかわりに生石炭を用いた。やがて1735年A・ダービーによるコークスを用いる今日の製鉄法の原形ができあがり、鉄の生産は以後飛躍的に増大した。これに伴い石炭の需要も急増することとなり、イギリスでは1720年の年産1.7万トンが1806年には25万トン、1850年には270万トンとなり、これが産業革命の原動力となってイギリスの世界制覇が完成する。

　1765年イギリスのJ・ワットによる石炭動力の蒸気機関の改良は画期的で、石炭は燃料の主流を占めるようになり、また18世紀末からの石炭乾留ガスによるガス灯の普及はロンドン、パリなどのロマンチックな雰囲気を醸成する一助ともなった。本格的な石炭乾留ガスの利用も同時代から始まり、都市ガスとして広まった。しかし1879年アメリカのT・エジソンによる白熱電球の発明から照明用としての利用は急速に衰退、モーターの発達により動力用としての利用もしだいに代替されるようになっていったが、なお電力、石油にとってかわられるようになるのは第二次世界大戦まで待たなければならなかった。

　第二次世界大戦以後は新たに発見された中東大油田を背景にした石油の豊富かつ低廉な供給により、世界の燃料はあっという間に石油にかわっていく。同時に原子力発電も始まり、石炭は急速に衰退の道をたどる。天然ガスの利用が大規模に始まったのもこの時代である。しかし1973年のOPEC(オペック)（石油輸出国機構）の結束による石油価格の高騰はふたたび燃料種の再検討を目覚めさせ、石炭の再登場に道を開いた。それ以降、既存の石炭、石油、天然ガス、原子力に加えて太陽、地熱、海洋、風力などの自然エネルギー・再生可能エネルギーも広い意味の燃料として活用するための研究・開発が進められている。

　資源の乏しい日本において、燃料（資源・エネルギー）には安価、安定供給、安全の3面からの担保が要求されるため、今後はエネルギーソースの多角化が不可欠であろう。

［大内公耳・荒牧寿弘］

固体燃料

常温で固体の燃料をいう。木炭、石炭やチャー・コークスなどが該当する。固体燃料の燃焼は一般に次のように行われる。燃焼前の段階で燃料が加熱されるにしたがって、熱分解により生成した揮発性可燃物が発生し、これに着火して燃焼が開始する。これが火炎である（揮発分燃焼）。残部はしだいに揮発分が低下しつつ炭素が濃縮する。この部分は固体表面において酸素と反応して炭酸ガス（二酸化炭素）、一酸化炭素となり、このとき発熱するが、火炎は出ない（チャー燃焼）。このように一度加熱され、揮発分が離脱した木炭、チャー・コークスなどは火炎を出さないで燃える。しかし固体表面近傍は酸素不足状態での燃焼となるため一酸化炭素が発生し、ついでその外周部では空気中の酸素が供給されるため、青白い一酸化炭素炎（一酸化炭素の燃焼）がみられる。

［大内公耳・荒牧寿弘］

着火温度

固体燃料を加熱すればこのように燃焼を開始するが、外部からの加熱を止めても燃焼を続ける温度がある。この温度を着火温度という。揮発性成分の着火温度は一般に揮発分が離脱した固体部分のそれより低いので、揮発性成分の多いものほど着火温度は低い。たとえば、石炭化が進んで揮発分が少なくなった石炭ほど着火温度は高くなる。木炭、チャー・コークスなどは同様に、炭化温度が高くなるほど揮発分が低下して、酸素との反応性が下がり、着火温度は高くなる。その極限が黒鉛（石墨）である。着火温度が高くなることは、換言すれば酸素との反応性が低くなることであり、火付きは悪いが燃料としての火もちはよくなる。

［大内公耳・荒牧寿弘］

ろうそく

撚(よ)った紙や糸を芯(しん)として円柱状に蝋(ろう)を固めた「ろうそく」も一種の固体燃料である。燃焼により蝋が溶け、これが芯にしみ込んで上昇し、燃焼部分で気化して燃焼する。蝋は学術的には高級脂肪酸とアルコールのエステルをいうが、広い意味で使われる際には、蝋状の固体、液体すべてをさし、このなかにはエステル以外に炭化水素、脂肪酸、アルコールなどが含まれる。天然蝋と合成蝋とがあり、前者はさらに鉱物蝋と動・植物蝋とに分けられる。

［大内公耳・荒牧寿弘］

液体燃料

常温・常圧下で液状の燃料をいう。液体燃料としては、原油から生産されるガソリン、灯油、軽油、重油、およびメタノール（メチルアルコール）、エタノール（エチルアルコール）などのアルコール類がおもなものである。

［大内公耳・荒牧寿弘］

原油の精製

原油の常圧蒸留装置により分留されたナフサ、灯油、軽油留分等は、それぞれ水素化脱硫装置に供給され、硫黄(いおう)分、窒素分等の不純物の低減と水素化による品質向上（精製）が行われ、市販のガソリン、灯油、軽油などとなる。一方、常圧残油も直接脱硫装置により硫黄分等を低減し市販の重油とするか、あるいはガソリン留分を生産するために流動接触分解装置の原料とされる。また、常圧残油は減圧蒸留により減圧軽油と減圧残油に分留され、減圧軽油は水素化分解・精製等によりガソリン、灯油、軽油などの製品となる。さらに残渣(ざんさ)油である減圧残油も重質油処理プロセスにより、潤滑油、石油コークスなど有用な石油製品に転化されるか、ガス化して得られる合成ガス（CO、H₂）から液体燃料gas to liquids（GTL）に転換される。

［荒牧寿弘］

ナフサ

原油から得られるもっとも軽質の液体で、粗製ガソリンとよばれることもある。その98％以上は石油化学の原料とされ、プラスチック製品、化学繊維製品など、数多くのナフサ製品がある。また、オクタン価を向上させるためのガソリン基材としての用途もある。

［荒牧寿弘］

ガソリン

原油の常圧蒸留およびその後の精製によって得られる製品で、いずれも沸点25～200℃の範囲にある。直留ガソリンは原油の常圧蒸留により得られるもの、接触改質ガソリンはナフサ留分を高温・高圧の水素気流中で触媒を用いて改質し、高オクタン価のナフサとしたもの、接触分解ガソリンは、固体触媒存在下、脱アスファルトされた重質油を分解し、高オクタン価のガソリン留分としたものである。

　常温常圧で蒸発しやすく「揮発油」ともいう。もともと無色透明の液体であるが、引火性が非常に高く危険であるために「オレンジ色」に着色され、容易に灯油との見分けができるようにされている。用途の99％以上はガソリン車用であるが、通常のレギュラーガソリンのほか、高出力エンジン用にオクタン価の高いハイオクガソリンがある。そのほか、小型航空機用燃料や溶剤用、ドライクリーニング用、塗料用としての用途がある。

［大内公耳・荒牧寿弘］

灯油

原油の常圧蒸留およびその後の精製によって得られる製品で、ナフサと軽油の中間に位置し、沸点150～270℃程度の範囲のものである。硫黄分80ppm（100万分の1）以下、無色透明の特有のにおいのする液体で、主成分は炭素数9～15の炭化水素である。その多くは飽和炭化水素で、芳香族系炭化水素が7～20％くらい含まれている。

　原油中の灯油留分は原油ごとにほぼ一定であるため、灯油だけを多量に生産することはできず、灯油の生産量は石油製品全体の12～13％である。

　灯油は引火点40℃以上で比較的安全で取扱いも容易であり、しかも安価であるため、日本では家庭用の暖房機器や給湯器の燃料に使われてきた。工業用、産業用として洗浄用、塗料用溶剤などに用いられるほか、精製度を高めたものは航空機用ジェットエンジン（ガスタービンエンジン）などの燃料に使われる。

［大内公耳・荒牧寿弘］

軽油

原油の常圧蒸留およびその後の精製によって得られる製品で灯油と常圧蒸留残油の中間に位置し、沸点200～550℃程度の留分であり、炭素数11～22個程度のものを含む。灯油に比べて芳香族系炭化水素が増加し30～40％含まれる。直留軽油のみならず、分解ガソリン製造の際に副生する分解軽油も一般に混合される場合が多い。その95％がディーゼル機関用燃料として使用される。

　ディーゼルエンジンは高出力で熱効率がよく、バスやトラック用として多く採用されている。また、日本ではガソリンよりも税金が安いことで、自家用車でも搭載車両が増える傾向がある。北日本や高地などには「寒冷地仕様」の軽油が出荷されるなど、凍結温度の違いによって5種類に分類され、地域と季節に適合した製品が供給されている。また環境規制の強化とともに低硫黄化は、1992年（平成4）に5000ppmから2000ppmへ、1997年からは500ppmへ、2004年（平成16）からは50ppmへ、さらに2007年から10ppmへと進められた。

［荒牧寿弘］

重油

原油を常圧蒸留した塔底油、あるいはそれを処理して得られる重質な石油製品で、日本では石油製品の半分以上を占めている。一般に動粘度によりA重油、B重油、C重油の3種に分けられ、さらにA重油は硫黄分の低い1号（硫黄分0.5％以下。Low Sulfur A Fuel Oilを略してLSA重油ともよばれる）と、硫黄分の高い2号（硫黄分0.5～2.0％。High Sulfur A Fuel Oilを略してHSA重油ともよばれる）、C重油は動粘度により1～3号に分類され、この順に重質化している。一般的に、残留炭素の多い重油は粘度が高い。

　A重油は重油のなかでも軽油に近い性状で、農耕機や漁業用の中小型船舶の燃料として使用されるほか、工場やビル、ビニルハウスのボイラーや暖房などに使用される。C重油は船舶などの大型のディーゼルエンジン用、火力発電や大型タービン船のボイラー用、製鋼所の加熱炉用の燃料などに使用される。B重油は自動車の普及や産業構造の変化に伴いほとんど生産されなくなってきた。

［荒牧寿弘］

その他の液体燃料

原油は、一般的に、ガソリン、灯油、軽油、重油などの石油製品やプラスチックなど化学製品の原料となるが、火力発電用燃料の低硫黄化対策と燃料コスト節約のために重油のかわりに硫黄分の少ない原油を直接ボイラー燃料として使用することがある。原油生だきは1962年度（昭和37）から行われているが、国内石油製品需給バランスを考慮し、9電力会社（北海道、東北、東京、中部、北陸、関西、中国、四国、九州）のみ、一定数量の使用が認められている。また、石炭乾留によって得られるコールタールも燃料として用いられるので、液体燃料の範疇(はんちゅう)に入れられよう。

　非在来型の化石資源であるオイルサンド、オイルシェールなどは、乾留によって油分を回収できる。重質分やヘテロ元素化合物（含酸素、含硫黄、含窒素化合物）を多く含むため、液体燃料として、原油と同じように用いるためには高度な精製が必要である。オイルサンドは砂岩中にピッチ状重質油の含まれたものであり、オイルシェールは頁岩(けつがん)中にオイルサンドよりやや軽質の油分の含有されたものである。

［荒牧寿弘］

メタノール、エタノール

メタノールは天然ガス、液化石油ガス（LPG）、ナフサなどの水蒸気改質法によって得られる一酸化炭素と水素からばかりではなく、重質油または石炭のガス化による一酸化炭素と水素からも合成されている。

　エタノールは糖、デンプン、セルロースなどの発酵により製造される。化学的にはエチレンを原料として合成される。

　メタノール、エタノールとも無公害燃料として注目されている。発電用、ボイラー用燃料として期待され、また、自動車用燃料としても研究され、ガソリンにかわるメタノール自動車も開発中である。そのほかにも燃料電池用燃料としても考えられている。アメリカで提案された石炭・メタノールスラリーcoal-methanol slurry（CMS。俗称メタコール）は石炭の流体化技術の一つである。搬送媒体であるメタノールは低凝固点流体であるため、寒冷地の管路輸送に適する。

［大内公耳・荒牧寿弘］

ジメチルエーテル

CH₃-が二つ結合したエーテル（ジメチルエーテルdimethyl ether＝DME）で、常温では無色無臭の気体であるが、6気圧に加圧すると容易に液化する。DMEは、「メタノール脱水法」または水素と一酸化炭素から直接合成する「直接合成法」により製造される。後者は、水素と炭素があれば合成できるので、天然ガスをはじめ石油残渣や家畜糞尿(ふんにょう)などの有機物、石炭などから合成できる。メタノールや軽油、その他ガス燃料にはない高いセタン価（55～60）が特徴である。不純物を含まないため軽油代替燃料として、十分期待できる。

［荒牧寿弘］

気体燃料

常温・常圧下でガス状の燃料をいう。気体燃料としては天然ガス、液化石油ガス（LPG）、石炭の乾留によって発生するガスおよびこれらのものまたはその他のものから製造される都市ガス、水素、アセチレンなどがある。

　このほか、特殊な気体燃料として製鉄所におけるコークス炉ガスcoke oven gas（COG）、高炉ガスblast furnace gas（BFG）や転炉ガスlinz-donawitz converter gas（LDG）などがある。

［大内公耳・荒牧寿弘］

天然ガス

天然ガスは天然に産する炭化水素類を主成分とする可燃性ガスの総称で、油田の油井から原油に随伴して産出する油田ガスまたは随伴ガスと、ガス井から採取されるガス田ガス、ガス井ガスまたは構造性ガスとに分けられる。炭田の石炭採掘に伴い炭層から湧出するガスの主成分はメタンであり、コール・ベッド・メタンと称される。坑内ガス爆発の防止対策の意味もあるが、効率的に回収し有効利用されている。このほか特殊なものに、地下水中に溶存していて水をくみ上げて分離採集される水溶性ガスもある。また、地下ではガス状で存在するが、地上で減圧冷却されることによって軽質油を分離するようなガスもあり、これはコンデンセート井とよばれる。

　一般にガス田ガスはほとんどメタンであり、このようなガスをドライガス（乾性ガス）というが、油田ガスはC₂以上のガソリン留分を含みウェットガス（湿性ガス）とよぶ。液化天然ガス（LNG）は天然ガスを液化し硫化水素、二酸化炭素、C₅以上の成分を除いたものをいう。

　天然ガスのおもな燃料としての用途は、都市ガス製造原料、家庭用、内燃機関用、ボイラー用（発電用も含む）、工業加熱用などである。

［大内公耳・荒牧寿弘］

液化石油ガス

液化石油ガスは天然ガス随伴など石油由来以外のものも世界的に約半分を占め、多様なエネルギーソースをもつ気体燃料である。LPGはC₃～C₄を主成分とする炭化水素で、一般にプロパンとよんでいるものと同義語である。ウェットガスおよび原油から分離したり、改質・分解などの石油精製過程、石油化学工程から得られる。また、LPG製造の目的でナフサの水素分解も行われ、代表的な方法としてアイソマックス法がある。燃料用途としては家庭用燃料がもっとも多く、ついで自動車用燃料としておもにタクシーなどに用いられている。そのほか工業用燃料としても用いられる。

［大内公耳・荒牧寿弘］

燃料としての水素

水素は現在は酸水素炎、ロケット燃料などとしてしか用いられていないが、将来は無公害でしかも化石資源以外からでも得られる燃料として注目を集めている。製造は水の電気分解、ナフサなどの熱分解、コークス炉ガスなどが現在の主流であるが、半導体を用い太陽光による水の分解、熱化学的水の分解など、水を原料としようとする研究が行われている。用途としても一般燃料のほか、自動車・航空機燃料、燃料電池まで考えられている。水素製造のコストの低下、水素のもつエネルギーの高効率利用など、解決しなければならない技術的課題は多いが、資源有限が叫ばれている今日、もっとも注目される燃料資源といえよう。

［大内公耳・荒牧寿弘］

アセチレン

アセチレンは、かつては夜店の照明として使用されていたが、工業的には酸素アセチレン炎として高温を必要とするときに用いられる。造船や自動車産業、あるいは土木・建築事業における鋼材類の溶接には酸素アセチレン炎の高温が利用されている。

［大内公耳・荒牧寿弘］

燃料の有効利用の試み

1970年代の2回のオイル・ショックによるエネルギー問題に端を発して、従来の化石燃料をより便利に、効率的に利用する技術開発が行われてきた。COM（石炭・石油スラリーcoal oil mixture）は石炭微粉末を重油と重量比1対1またはそれ以上に混合したもの（スラリーslurry）で、比較的粗い粒子を用いる粗粒COM、微粉を用いる微粒COM、超微粒を用いる超微粒COMなどがあり、古くはコロイド燃料といわれた。これらの第一の目的は、固体の石炭のもっとも大きな欠点である輸送の不便さを、パイプ輸送により解消するものである。すなわち、石炭を流体化させることによって、石油などと同じように液体燃料として扱える利点がある。同様に水と混合するCWM（高濃度石炭・水スラリーcoal water mixture）も重要な輸送手段として実用化されている。炉内で微粉炭が熱分解する際に水が反応して水素や一酸化炭素に富んだ水性ガスを発生することができるため、高濃度石炭スラリー（石炭70重量％程度）をそのまま燃焼する技術も開発されている。石炭流体化にはさまざまな技術があるが、その確立によって、石油よりもはるかに大きな埋蔵量をもつ石炭の、より高度な有効利用の実現に貢献している。

［大内公耳・荒牧寿弘］

『燃料協会編『最新燃料便覧』改訂版（1984・コロナ社）』▽『省エネルギーセンター編・刊『省エネルギー便覧』各年版』

[参照項目] | アセチレン | 液化石油ガス | 液化天然ガス | エジソン | エタノール | エネルギー | エネルギー資源 | オイルサンド | オイルシェール | 核燃料 | 核融合 | ガソリン | 軽油 | 原子力 | コールタール | ジェット燃料 | 重油 | 水素 | 石炭 | 石油 | ダッドリー | 天然ガス | 灯油 | 都市ガス | ナフサ | 燃料電池 | メタノール | メタン | 木炭 | ろう | ろうそく | ワット

各種燃料の標準発熱量

高濃度石炭スラリーの効果と目標値

重油、石炭、COMの比較

COMの製造と消費

石炭流体化技術

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例

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