ガソリン抗爆剤の小史

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2002年10月、イギリスの『ガーディアン』は「人類最悪の発明」を選出し、その「栄誉」を受けたのがプラスチック袋だった。1年後、中国の新世界出版社も『人類最悪の発明』という本を出版しました。この本は明らかに中国人が書いたものなのに、表紙には見せかけの英訳タイトルが記されており、著者もわざと「エイコール」と「マーク」という欧風の強いペンネームを使い、これが海外から翻訳された本、あるいは少なくとも編訳された本だと思わせようとしている。この本では一気に20種類の発明が非難されており、タバコや麻薬、**だけでなく、インターネット、クローン技術、遺伝子組み換え、さらにはビデオゲーム、グルタミン酸ナトリウム、ガムまでがリストアップされている。これだけでも、この本の水準がどのようなものかがわかるだろう。 　　この20の「人類最悪の発明」の中には、当然ながら自動車も含まれている。確かに、現在の環境保護活動家たちの目には、自動車はほとんど標的と化している；一般の人々であっても、日増しに混雑する交通や、どうしても改善されない汚れた空気を前にすると、都市に増え続ける自動車に対して不満を抱かずにはいられない。しかし、たぶん嫌がるのでしょう、自動車エンジニアが自動車の性能を向上させ、より多くの環境汚染を防ぐために、どれほどの努力を注いできたかを考える人はほとんどいません！ 　　ここでは、環境保護に密接に関連するものの一つ、すなわちガソリン抗爆剤についてだけ話します。 　　車を持っている人なら誰でも知っている通り、ガソリンエンジンの動作原理とは、まずキャブレターやガソリンインジェクターによってガソリンを微細な霧状にし、空気と混ざってシリンダー内に入るというものです；そして、この混合気はピストンによって圧縮されて温度が上昇し、スパークプラグから発せられる電気火花によって点火されることで巨大なエネルギーが生じ、エンジンのクランクシャフトを回転させ、最終的に車輪を駆動する。 　　ディーゼルエンジンとは異なり、ガソリンエンジンでは混合気の自然発火に頼るのではなく、スパークプラグによる点火によって混合気を燃焼させなければならない。しかし、ガソリンにノルヘプタンのような成分が含まれていると、これらは非常に燃焼しやすいため、シリンダー内で自然発火することがあります。その結果、通常の混合気の燃焼時よりもはるかに高い温度が生じ、過度に強い衝撃波が発生してエンジンが振動したり音を立てたりします。これがデトネーション、別名爆震で、俗に「キック」と呼ばれます。 　　爆燃はエンジンを損傷させるだけでなく、ガソリンの無駄遣いも引き起こすため、ガソリンの抗爆性をどう高めるかは、自動車工学分野における重要な研究課題であり続けています。 　　エンジニアたちはまず、ガソリンの抗爆性を測定するいくつかの指標を特定しましたが、その中で最も一般的に使われるのがオクタン価です。この名前が付けられたのは、ガソリンに含まれる2,2,4-トリメチルペンタン、通称イソオクタンという成分が非常に高い抗爆性を持つことが発見されたためであり、それゆえにこれをノルマルヘプタンと共にガソリンの抗爆性能を測定する基準として用い、ノルマルヘプタンのオクタン価を0、イソオクタンのオクタン価を100と定めたのです。このような規定があるおかげで、専用の測定機を使ってガソリンのオクタン価を測定することができる。オクタン価は、研究法オクタン価（research octane number、略称：RON）とモーター法オクタン価（motor octane number、略称：MON）などに分けられ、これらは異なる条件で測定された結果です。我が国では現在、ガソリンの等級をRON値で統一的に表しています。例えば90#ガソリンとはRON値が90のガソリンであり、93#ガソリンはRON値が93のガソリンで、その抗爆性は90#ガソリンよりも優れています。 　　しかし、石油の直接蒸留によって得られる直留ガソリン（主成分は直鎖アルカン）は、そのRONが非常に低く、わずか40～60に過ぎない。重油の裂解によって得られる裂解ガソリンは、その中に含まれる芳香族成分の量が多いため、芳香族成分のRONは一般的に直鎖アルカンよりも高くなります。そのため、そのRONは直留ガソリンよりは高いものの、依然として90未満です。もし今日の乗用車に、何の処理もされていない直留ガソリンやクラッキングガソリンをそのまま燃料として使わせたら、車は動くだけで体がバラバラになってしまうだろう。 　　ガソリンの抗爆性をどう向上させるか？簡単に思いつく方法の一つは、中に特別な化学物質を加えることです。それがガソリンの抗爆剤です。この分野で最初に顕著な貢献をしたのは、アメリカの化学者トーマス・ミッドグリー・ジュニア（Thomas Midgley, Jr., 1889－1944）である。実は彼が最初に学んだのは機械工学で、1911年にコーネル大学を卒業しました；1916年にデイトン・エンジニアリング社に入社した後、ガソリンの抗爆剤を研究するために、数年間独学で化学を学んだ。当時、化学者たちは燃焼のメカニズムをあまり理解していなかったため、ミキリが優れた耐爆剤を探す過程は、まさに「大海で針を探す」ようなものだった。今日では、彼が耐爆剤を見つける手助けとなった理論の一つが、メンデレーエフの元素周期律だったなんて、想像もしにくい 　　1918年から1920年にかけて、ミキリはベンゼンとエタノールが抗爆剤として利用できることを次々と発見し、特許を申請した。1921年、ミキリは優れた耐爆剤を「発見」した。それが後に広く使用されることになるテトラエチル鉛（tetraethyl lead, TEL）である。テトラエチル鉛は、1854年にドイツ人によって最初に発見されたもので、果物のような香りを持つ油状の液体です。ガソリンに少量加えるだけでその抗爆性を高めることができ、さらに合成が容易で安価です。1923年、自動車用の鉛入りガソリンがアメリカで発売され、すぐに世界中に広まった。 　　しかし、紀元前1世紀にはすでに、古代ギリシャ人は鉛が毒物であることを知っていた；今日の医学では、鉛は人体内に蓄積され、循環器系、神経系、消化器系に甚大な損傷を与えることがわかっています。1887年、鉛が子供たちにとってより大きな害を及ぼすことが再び発見され、1904年には鉛を含む顔料が子供の鉛中毒の主因であることが明らかになった。その5年後、フランス、ベルギー、オーストリアが先駆けて、顔料としての鉛白（化学成分は炭酸鉛）の使用を禁止した。自動車用の鉛入りガソリンが登場する1年前にも、アメリカ公衆衛生局はすでに、鉛入り燃料が高い毒性を持つとして公に警告していた；1925年、自動車用の鉛入りガソリンは一時的に販売が中止されたことがある。これらはすべて、人々がテトラエチル鉛の危険性について最初から全く無知ではなかったことを示している。ただ当時の人々はその利点と欠点を天秤にかけた結果、利点の方が大きいと考えたに過ぎないのだ。もしテトラエチル鉛を使わなかった場合、どれだけ多くのエンジンが早期に廃棄されることになっただろうか、と想像してみてほしいこれによってどれほどの無駄が生じ、環境にどれほどの害が及ぶのでしょうか？ 　　20世紀60年代になると、この利点と欠点の判断は逆転した。一方、環境学者たちはテトラエチル鉛が重要な大気汚染物質であり、大気中の鉛の主要な発生源であることを発見した；一方で、人々はますます深刻になる大気汚染に耐えられなくなっている。これにより、テトラエチル鉛が歴史の舞台から消え去る運命が定まったのである。20世紀の最後の20年間に、主要な先進国は次々とガソリンの無鉛化を実現した。我が国も2000年1月1日に自動車用の鉛入りガソリンの生産を中止しました。 　　同時に、自動車エンジニアたちもテトラエチル鉛の代替品を探している。1959年、MMTという名前の耐爆剤がアメリカで開発されました。これはテトラエチル鉛と同様に、有機金属化合物です。しかし、MMTは広く利用されることはなく、1978年にアメリカではその使用が禁止された（我が国では今でもわずかに使用されている）。20世紀70年代、酸素含有有機化合物が注目され、優れた性能を持ついくつかの抗爆剤が次々と発見されました。その中で最も広く使用されたのがメチル・テルチアルブチルエステル（Methyl Tertial-Butyl Ester、MTBE）で、1973年にイタリアで正式に量産が開始されました。MTBEの毒性は非常に低く、現在まで発がん性を示す明確な証拠はない（IARCでは第3グループに分類）。また、RON値が117と高く、分子に酸素が含まれているため、ガソリンの燃焼効率を高め、有害な排気ガスの排出を減らすことができる。このため、MTBEを添加したガソリンは「クリーンガソリン」と呼ばれている。 　　しかし1996年になると、アメリカのカリフォルニア州サンモニカ市の2つの地域では、地下水からMTBEが検出されたというだけの理由で給水設備の50％が停止され、最終的にはアメリカの複数の州が抗爆剤としてのMTBEの使用を自発的に禁止するに至った。これは、科学者たちがまたある化学物質の危険性を過小評価したかのようで、DDTの悲劇が再び繰り返されるかのような印象を与える。私はすでに、国内の一部の「環境保護活動家」たちが、アメリカでMTBEの使用が禁止された事例を、化学工場建設を攻撃する新たな手段として利用し始めていることに気づいています；また、PXに強い発がん性があるというデマを流したのと同様に、これらの人々はMTBEも「強力な発がん物質」だとデマを流し、恐喝的な言葉を使って何も知らない一般市民を扇動しているのである。 　　事実の真実はどうなのでしょうか？調査の結果、サンタモニカ市の地下水に含まれるMTBEは自動車から出たものではなく、古いガソリンスタンドからの漏れによるものであることがわかった。言うまでもなく、これは完全に偶然の出来事だ。そのため、アメリカでは全国規模でのMTBE使用禁止を求める声が高まっているものの、EUや日本は動じず、今なおMTBEの使用を続けている。もちろん、MTBEは比較的に自然分解しにくいというのも事実であるため、現在EUや日本では、より分解しやすい別の抗爆剤であるエチル・テルチアルブチルエステル（ETBE）が好まれており、その性能はMTBEと同等に優れている。 　　MTBEの別の代替品はエタノールです。前述の通り、テトラエチル鉛の優れた抗爆性が発見される以前に、ミキリはエタノールにも抗爆作用があることをすでに発見していた。当時、エタノールを用いた抗爆処理技術が発展しなかった主な理由は、エタノールが親水性の物質であり、ガソリンにわずかな水分が含まれているだけで、エタノールが大量に水側に移行し、その結果ガソリンの抗爆性が**低下してしまうからである；また、無水エタノール自体には吸湿性があり、もともと水分を含まないエタノールガソリンでも、空気中にさらされると吸湿によって層分離が起こります。当時はこの技術的な障壁を克服するのが難しく、そのためエタノール入りガソリンは発展しませんでした。今日でさえ、エタノール入りガソリンは長期保存や長距離輸送に耐えられません。エタノールの価格はガソリンよりも高く、エタノール入りガソリンを大量に使用すれば、必然的に石油価格は上昇するだろう。したがって、アメリカではエタノール入りガソリンの使用が強く求められているものの、実際の供給量は多くない——とはいえ、全体的に見ればエタノールの全面的な使用は、将来の発展傾向かもしれない。 　　ガソリン抗爆剤の発展史について話し終えて、思わずいくつか感想が浮かびました。確かに、人類の科学技術の発展史には、DDTやサリドマイドのような悲劇や、ロンドンスモッグ、水俣病のような災害があったが、これらは結局のところ極端な例に過ぎない。人々は、より多くの化学物質の危険性について、使用が始まったその日から、少なくとも一定の認識を持っていた；有害であることが明らかな化学物質が長期にわたって使用され続けているのは、しばしば利点と欠点を十分に検討した上でのやむを得ない選択によるものである。人類は自らの手によって滅びることはなく、むしろますます豊かになる科学知識のおかげで、より良い生活を送れるようになったのです。 　　そうだ、科学以外に、人類を救えるものがあるだろうか？衝動的な感情に訴えるか、無知な恐怖に頼るのでしょうか？