潤滑油がなぜ環境にとって重要なのでしょうか

地球温暖化、限りある資源、環境汚染など、世界は今、大きな環境問題に直面しています。しかし、トライボロジー(可動表面、摩擦、潤滑油の相互作用に関する科学)が、これらの問題に対処する上で重要な役割を果たす可能性があることを、誰もが知っているわけではありません。

潤滑油とは?なぜ潤滑油が必要なのでしょうか?

自動車、トラック、機関車、ポンプ、その他多くの機械では、金属部品が互いに動き、摩擦によってエネルギーが失われます。同時に、金属部品は互いに摩耗し、機械の寿命を縮めることになります。

このエネルギーの損失と無駄を減らすのが、潤滑油です。潤滑油は油性の液体が多く、金属部品同士の動きをスムーズにし、摩擦を減らす効果があります。

また、潤滑油には他の目的もあります。冷蔵庫、冷凍庫、エアコンでは、冷媒ガスを冷却し、ガス漏れを封じ込める役割を果たします。電気機器(発電所の発電機、変圧器、地下鉄車両など)では、絶縁体として働き、電気的な処理で発生する熱を取り込みます。

潤滑油は何からできているのでしょうか?

通常、潤滑油はオイルをベースにしており、表面同士がスムーズに動くようにするためのものです。また、油を化学変化から保護したり、システムに侵入した小さな粒子がオイルの中で浮遊し、より大きく邪魔な粒子を形成しないようにするなどの目的で、その他の物質を少量添加される場合もあります。

現在、潤滑油の約90%は鉱物油をベースとしています。しかし、非化石潤滑油や、非化石もしくは化石という異なる原料から化学的に製造された潤滑油のシェアが拡大しています。このような合成潤滑油は、技術的にも環境的にも望ましい特性を持つように設計することができます。

温室効果ガスの削減

将来の気候変動を抑制するためには、温室効果ガスの排出量を削減することが不可欠です。 そのためには、化石燃料によるエネルギー消費を減らすことが必要です。摩擦を少なくすることで、かなりの削減が可能です。例えば、重量物の輸送では、エネルギーの3分の2が周囲に奪われ、3分の1だけが物理的に車両の移動に使われることがわかっています。

輸送、住宅、製造、発電において、改良されたトライボロジーを導入すれば、15年間で使用エネルギーの40%を削減できる可能性があると計算されています。合計で、世界のエネルギー消費量の9%の削減が可能と試算されています。もちろん、これだけで地球温暖化の問題が解決するわけではありませんが、温室効果ガスの排出を削減する上で重要な役割を果たします。

天然資源の節約

また、限りある天然資源の使用量を減らすことも大きな関心事です。ここでトライボロジーは2つの点で貢献することができます。まず、潤滑油の改善と摩耗を抑える設計の改良により、機器の寿命が延び、その結果、生産に使用する天然資源を節約することができます。機器の故障の70%は潤滑油の機能不良と摩耗に起因しているという事実が、それを達成するためのヒントを与えてくれます。この摩耗、修理、メンテナンスは、先進国におけるGDPの約10%に相当します。

また、潤滑油自体も、希少な天然資源を節約するために、非化石系の再生可能資源やリサイクル材を使用したものを選ぶことができます。そのため、パーストープを含む多くのメーカーは、使用するすべての材料が再生可能またはリサイクル可能なものであるような生産システムを開発することを目指しています。

無害で生分解性の高い潤滑油

潤滑油の環境中への流出を避けることはほぼ不可能であり、さまざまな研究により、潤滑油の15~40%が自然界に流出していると推定されています。そのため、毒性がなく、自然界や生物界に蓄積されず、生態系で容易に分解される、環境にやさしい潤滑油の設計に関心が高まっています。

この点で、合成潤滑油と呼ばれるものは、鉱物油をベースにした潤滑油よりも優れています。鉱油は自然界では劣化が遅く、毒性があるものが多く、一方、生物などを原料とする合成潤滑油は、技術的に望ましい特性と低毒性、自然界で分解され蓄積される能力が高いという特徴を併せ持つように設計することができます。

現在、潤滑油の約90%は鉱物油から作られています。合成潤滑油のシェアは10%程度ですが、今後さらに増えていくでしょう。一般的な潤滑油の成長率が3〜5%であるのに対し、合成潤滑油の成長率は年5〜10%です。

ポリオールエステルのユニークな可能性

合成潤滑油の中でも、ポリオールエステル(POE)は、さまざまなニーズに合わせてオーダーメイドできるユニークな可能性を持っています。これは、エステルの化学と関係があります。エステルとは、アルコールと有機酸という化合物が結合してできるものです。ポリオールエステルでは、アルコールに有機酸が結合できる部位がたくさんあり(そのためポリオールと名付けられた)、有機酸にはさまざまな種類、大きさ、形があります。有機酸は、長いもの、短いもの、分岐しているもの、していないもの、分岐している場所が異なるものなど、さまざまな種類があります。

ポリオールの結合部位にさまざまな有機酸を結合させることができるため、さまざまなニーズや目的に合わせた特性の異なるポリオールエステルを設計できる可能性が大いにあります。

例えば、変圧器の油や電気スイッチの絶縁油として機能するように、誘電性能を持たせることができます。低温での流動性は、航空機用ガスタービンに適用できます。熱安定性は、コンプレッサーやチェーンオイルに応用できます。また、オゾン層を破壊しない、地球温暖化係数の低い冷媒ガスとの相性が良いので、冷凍機用として使用できます。食品と接触する可能性のある潤滑油には、毒性をより低くする設計、自然界に流出する可能性のある潤滑油には、生分解性を考慮した設計をすることができます。

パーストープは、さまざまな種類のポリオールと有機酸(およびその組み合わせ)を幅広く提供しています。このようなポートフォリオにより、冷凍機や空調、自動車、航空、誘電絶縁体としての使用など、さまざまな用途の合成潤滑油をオーダーメイドで製造して頂くことが可能になります。

まとめ

非化石資源をベースとした、より効率的で目的に応じた設計の生分解性潤滑油を開発・選択することで、産業、運輸、住宅は、温室効果ガスの排出を含む環境フットプリントを大幅に削減することが可能になります。