NOx、CO、粒子状物質とは何か、なぜ私たちに害を与えるのか?

排出と環境
著者: Deniz Erkan
作成: 18 10月 2026

街の排気ガスの煙は、肺と血管の両方を同時に襲う三つの有毒な敵の、静かな侵入の序章にすぎません.

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NOx、COおよび粒子状物質は、内燃機関車両の排気から排出される三大汚染物質・物質群です.窒素酸化物は高い燃焼温度下で空気中の窒素と酸素が反応して生じ、一酸化炭素は酸素不足による不完全燃焼の産物であり、粒子状物質は特にディーゼルエンジンで見られる微細な煤粒子から構成されます.この3つはいずれも呼吸器系と循環器系に害を及ぼすため、排出ガス規制の主な標的となっています.

ハイライト

NOxは一酸化窒素(NO)と二酸化窒素(NO2)のガスを包含する総称であり、温室効果ガスである亜酸化窒素(N2O)と混同してはいけません.
運輸部門は、一部の国におけるNOx排出インベントリの約 45%を 占めています.
SCRシステムは、尿素ベースのAdBlueによりNOxを 最大90% 削減できます.
Euro 6規格は、ディーゼルおよび筒内直接噴射ガソリンエンジンにおいて粒子数にも上限を設けました.
PM2.5のような微粒子は肺や循環系の深部まで侵入できるため、最も高い健康リスクをもたらします.

NOxとは何か、エンジンはどうやって発生させるのか?

NOxは窒素酸化物の総称です.最も一般的な2つの成分は一酸化窒素(NO、窒素1原子と酸素1原子)と二酸化窒素(NO2、窒素1原子と酸素2原子)です.NOは大気中で反応によってNO2に変化することがあり、大気質レポートではNO2がNOxグループ全体の指標として用いられます.よくある混同をここで訂正しておきます.温室効果ガスとして気候に影響を与える亜酸化窒素(N2O)は、NOxとは異なる汚染物質です.

発生メカニズムは単純な化学の問題です.エンジンシリンダー内の温度は、空気中の窒素(N2)と酸素(O2)の分子が互いに反応するのに十分です.これは燃焼の望ましい目標ではなく、高温の避けられない副産物です.温度と圧力が高いほど、NOxは多く発生します.

だからこそディーゼルエンジンが前面に現れます.ディーゼルは余分な空気、つまり酸素が豊富な「リーン」燃焼で作動し、単位燃料あたりの酸素量やシリンダーの温度・圧力の値により、NOxの発生がガソリンエンジンより多くかつ強くなります.このためNOx制御の中心は常にディーゼル側にあり、車両からのNOx排出も1960年代から規制されています.

一酸化炭素:無臭・無色の有毒ガス

一酸化炭素は炭素が完全燃焼しないことで生じる、無臭で無色の有毒ガスです.その危険性の背後にある生理学は明快です.COが血液に入ると酸素の運搬が阻害されます.その結果、脳への酸素供給不足により疲労、頭痛、めまい、注意力散漫が起こります.初期症状としては頭痛、眠気、吐き気が挙げられ、重度の曝露では嘔吐や意識消失にまで至ります.無臭であるため、深刻な曝露が気づかれないまま致命的なレベルに達することがあります.

長期暴露の表も軽視できるものではありません.慢性CO暴露は、記憶・注意力・集中力の欠如、そしてパーキンソン型の運動障害と最も頻繁に関連付けられています.排気ガスへの定期的な暴露が、気管支炎、喘息、肺がんなどの呼吸器疾患の基盤を作ることも知られています.

技術的には良いニュースもあります.COは触媒コンバーターで無害な二酸化炭素に変換できる汚染物質なのです.リスクは、コンバーターに到達できなかったガスに残ります.排気系に漏れがあれば、COは処理されないまま外に漏れ出す可能性があります.だからこそ、排気系の完全性は単なる騒音の問題ではなく、安全上の問題なのです.

粒子状物質はなぜPM2.5ほど危険なのか?

粒子状物質とは、大気中の微細な固体・液体粒子の混合物のことで、日常的な言葉で言えば「すす」や「煤煙」と呼ばれるものです.危険性の規模は粒子のサイズに直接関係しています.直径2.5ミクロン未満のPM2.5粒子は、その小ささゆえに呼吸器系と循環器系の奥深くまで侵入します.ディーゼルのすす汚染の 80-95%を 占める超微細粒子は、肺の細胞に入り込めるほど小さいのです.

PMは、ディーゼル排気への暴露に関連する健康への悪影響の主な要因と見なされています.保健当局が挙げている影響は以下の通りです:

心臓病や肺の病気を持つ人における早期死亡
致死的ではない心臓発作と不整脈
喘息の悪化、呼吸器の炎症、呼吸困難
短期間の暴露の増加において、心血管疾患や既存の呼吸器疾患を持つ人々における急性死亡リスクの上昇

その影響は健康だけにとどまりません.粒子状物質汚染は視界を悪化させ、気候や生態系に悪影響を及ぼし、材料の劣化を引き起こします.つまり、排気から出るすすは、呼吸器の問題であると同時に、環境工学の問題でもあるのです.

未燃炭化水素(HC):どこから来るのか?

排出ガスの表ではNOxほど頻繁には名前が登場しないものの、同じ表に存在するもう一つの汚染物質があります.それが未燃炭化水素です.その発生源は聞き覚えのあるものです.クランクケースから漏れて燃焼室に戻るブローバイガス、ピストンリング溝の隙間に閉じ込められた燃料と空気の混合気、吸気マニホールド内の液体燃料、シリンダー壁の油膜などが主要なものです.高負荷運転時には、ピストンリング溝の隙間がHC排出の主な発生源となります.

さらに、燃焼室の外側に残る発生源もあります.それが燃料の蒸発です.排気から出る排出物には、燃料がタンクや配管から蒸発することで生じる損失も加わります.例えば、低濃度のエタノール混合燃料はガソリンの蒸発を容易にし、蒸発排出を増加させる可能性があります.不完全燃焼、酸素不足、あるいは悪い燃焼条件は、HCを直接増加させる燃焼側の要因です.

どの排出ガス規制がどのガスをなぜ対象とするのか?

Euro排出基準とは、車両が法的に排出できる汚染物質の最大量を定める一連の規則であり、1992年に触媒コンバーターの義務化とともに導入されました.その論理はシンプルです.各汚染物質によって人体への害のメカニズムが異なるため、それぞれに個別の上限が設けられています.COは酸素の運搬を、NO2は気道を、PMは心臓と肺を標的とするため、基準ではこの3つがそれぞれ個別に測定されます.

汚染物質	発生原因	主な影響
NOx (NO/NO2)	高温での窒素と酸素の反応	気道刺激、ぜんそく、スモッグ、酸性雨
CO	酸素不足による不完全燃焼	酸素の運搬を妨げて中毒を引き起こす
PM(煤)	特にディーゼルでの不完全燃焼	肺と心臓の疾患
HC	未燃焼の燃料やオイルの漏れ	スモッグの発生要因、大気中の有毒物質

基準の歴史もこの区別の論理を示しています.Euro 2段階以降、ヨーロッパではディーゼル車とガソリン車に異なる上限値を設定してきました.ディーゼル車はより厳しいCO制限の対象となりますが、NOxについてはより高い値が許容されています.一方、ガソリン車はEuro 4まで粒子状物質の基準から免除されていました. Euro 6は2014年9月に 施行され、ディーゼル車のNOxおよびPMの上限値を大幅に厳格化するとともに、ディーゼルエンジンと直噴ガソリンエンジン(GDI)の双方において、質量ではなく微粒子の個数も制限する義務を導入しました.ディーゼル側では、この義務によってディーゼル微粒子フィルター(DPF)の広範な採用が求められました.

実験室と実際の走行との差異は、ディーゼルゲート事件以降、議論の中心となりました.2017年9月以降、車両は実際の走行条件下で測定を行うRDE試験の対象となりました.その結果は測定可能なものでした.Euro規則の対象期間において、NOx排出量は2001年から2017年にかけて 84% 減少しました.厳格な上限値はまた、SCRシステムのディーゼル車への普及を必須としました.

これらのガスは排気から出る前にどのように浄化されるのか?

Egzozdan çıkan zehirli gazlar, motorun içinde verilen bilinçli mühendislik kararlarıyla daha silindirdeyken temizlenir.

現代の排気後処理システムは、各汚染物質に対して個別の解決策を設計しています.SCR(選択触媒還元)は、尿素ベースのディーゼル排気液(通称AdBlue)を排気流に注入し、触媒内でNOxを無害な窒素と水に還元します.NOxの削減率は 90%に達することもあり、同じ過程でHCとCOは50~90%、PMは30~50%減少します.DPFは煤の粒子を物理的に捕捉します.DPF + SCR + DEFの組み合わせは煤とNOxの両方を抑え、フィルター機能とSCR機能を一体化したSDPFは、同じ役割を単一ユニットで果たします.シリンダー内にも対策があります.EGR(排気ガス再循環)は排気ガスの一部をシリンダーに戻すことで酸素量と燃焼温度を下げ、温度が下がることで発生するNOxが減少します.

このおかげで、新車の排出プロファイルは明確に変化しました.新しいモデルはCO2の排出量がやや多いものの、COとNOxの排出量は以前の世代に比べて大幅に削減しています.工学的には、これは許容できるトレードオフです.気候への影響と汚染物質の影響は異なる尺度であり、2015年以前は「低排出車」の定義は低CO2のみに焦点を当てていましたが、ディーゼルゲート以降、NOxなどの汚染物質が前面に浮上しました.

ヨーロッパにおけるNOx論争の背景とは?

2015年、フォルクスワーゲンのディーゼル車が排出ガス制御システムを実験室試験を通過できるように操作していたことが明らかになり、車両は実際の道路上で届出値の 最大40倍もの 窒素酸化物を排出していました.この一件は単に一つのメーカーの問題にとどまりませんでした.その後の数年間で、ヨーロッパのほぼすべてのディーゼルメーカーがテスト基準値を下回るために合法あるいはおそらく違法な戦略を用いていたという証拠が現れました.実験室試験が実際の走行を反映していないこと、そして基準の信頼性という問題が、論争が長引いていることの説明にもなっています.

健康面の数字はこの論争の深刻さを示しています.ドイツで販売されたフォルクスワーゲン車の過剰排出は、おそらく1,200件の早期死を招くと計算されています.2015年の過剰なディーゼルNOx排出は、世界中で約38,000件の早期死と関連付けられており、その負担の大部分はヨーロッパにあります.ヨーロッパでは毎年約10,000人が、法的基準値を超えるディーゼル車の排出ガスによって早期に死亡しており、都市部におけるNO2への曝露が2012年にヨーロッパ大陸で推定75,000件の早期死に寄与したと推定されています.道路車両起源の大気汚染がEUの健康にもたらすコストは、年間670億〜800億ユーロと推定されています.

NO2への長期曝露に関する研究では、全死因による死亡率、呼吸器および心血管系の死亡率、そして小児の呼吸器症状および肺機能との間に関連性が報告されています.
英国大気汚染医学影響委員会 (COMEAP)

この傾向は一方方向ではありません.2005〜2023年の間に、EUでPM2.5に起因するとされる死亡は 57%減少した ものの、2023年には55%という削減目標が達成されました.つまり、規制、技術、監視が連携すれば、測定可能な改善は可能なのです.解決策をどこに求めるべきかについても意見が分かれています.一つのアプローチは排出ガス制御技術と基準の実施に焦点を当てる一方、別の見解では、最も速いNOx削減は最も燃料を消費する車のユーザーを電気自動車に移行させることにあると主張しています.