- 37 -トンネル調査による実走行車両からの窒素酸化物排出特性

要齊藤 伸治石井 康一郎

横田 久司

秋山 薫

上野 広行

内田 悠太

旨

窒素酸化物(NOx=一酸化窒素(NO)+二酸化窒素(NO2))の主要発生源である自動車排出ガスに関して、実走行車両からの排出特性を明らかにするため、2011年12月15日から20日にかけて自動車専用トンネルで測定を行った。測定期間中の平日の交通量は6～7万台/日で、休日は5万台/日程度であった。トンネル内のNOとNO2の濃度は、平日において午前中から正午にかけてと夕方に高くなる傾向が見られた。入口側と出口側で測定した濃度差とトンネルの諸情報を用いて排出量を算
出し交通量との関係を調べたところ、大型車交通量との間に明瞭な相関が見られた。近似直線の傾きから排出係数(EF：自動車一台あたり1 km走行した時の排出量)を推定した結果、EF(NO)は2.20 g/台km、EF(NO2)は0.40 g/台kmであった。これらの値を1998年に実施された同トンネルでの調査結果と比較したところ、EF(NOx)は48%の減少が見られたがEF(NO)の減少が51％と大きく、EF(NO2)の減少は24%だった。EF(NO2)/EF(NOx)比は1998年の調査の結果では0.10であったが、本研究では0.15と増加の傾向が見られた。

キーワード：窒素酸化物(NOx)、トンネル調査、NO2/NOx 排出量比

Characteristics of nitrogen oxides from vehicle emissions:
A roadway tunnel study
SAITO Shinji, ISHII Koichiro, UENO Hiroyuki, UCHIDA Yuta
YOKOTA Hisashi, AKIYAMA Kaoru

Summary
To investigate the emission ratio of NO2/NOx from running vehicles, an in-situ field measurement was conducted in a roadwaytunnel from 15 to 20 in December 2011. The amount of traffic was about 60,000-70,000 vehicles per day in weekday (including inSaturday) and about 50,000 vehicles per day in weekend. While the concentrations of NO and NO2 in the tunnel were roughly
constant in weekend, those in the weekday were high from 8:00 to 12:00 and from 16:00 to 18:00.
Emission factors (EFs) determined from this measurement are 2.20 g/veh km for NO and 0.40 g/veh km for NO2. These EFs
were compared with those obtained by the same tunnel in 1998. The decrease of EF(NOx) around 48% was caused by mainly thedecrease of EF(NO) (51%), and the decrease of EF(NO2) (24%) was smaller than EF(NO). As a result, the emission ratio ofNO2/NOx (EF(NO2) / EF(NOx)) increased from 0.10 in 1998 to 0.15 in 2011.

Key Words：nitrogen oxides (NOx), tunnel study, NO2/NOx emission ratio

東京都環境科学研究所年報2012

- 38 １

はじめに

２窒素酸化物(NOx=一酸化窒素(NO)+二酸化窒素(NO2))

調査方法（1）トンネル概要

は環境基準が定められている NO2 の環境濃度の低減の調査は 2011 年 12 月 15 日(木曜日)から 20 日(火曜日)

みならず、揮発性有機化合物とともにオゾンの光化学生にかけて行なった。対象としたトンネルは片側 3 車線の成に関与することから、主要排出源であるディーゼル自自動車専用道路トンネルである。入口側と出口側にそれ動車等に対して数次にわたる単体規制がなされてきたぞれ換気所が設置されているが、調査期間においては、

1)。これらの削減対策の効果から、近年における大気中送風機、排風機とも稼働しておらず、トンネル内の空気の NOx 濃度は減少傾向を示している。しかし、NO2 のの流れは自動車の走行風によるものであった。トンネル減少は NO と比べて緩やかであり NO2 と NOx の濃度比

内の風速については、トンネル内の入口付近と出口付近

2)は増加傾向にある(図 1) 。の 2 ヶ所で計測されている風速計データから 1 時間平均燃焼過程で排出される NOx の大部分は NO であり、値を算出して用いた。図 2 に示すように両地点の風速はNO2 の排出は全体の数%～10%程度と報告されている 3)。

ほぼ一致していた。また、風向は一貫して入口から出口

一方、近年のシャシダイナモ試験等では、ディーゼル車方向であり、出口側における外気の流入は確認されなかに装着された酸化触媒の影響により NO2 の排出量が相った。走行量については、トンネル入口に設置された超対的に増加していることが指摘されている4)。しかし、実走行車両からの NOx 排出量は、エンジンの型式の違音波方式の計測器によって得られた車数データ(大型車と普通車の二区分)を用いた。

い、運転条件(エンジン回転数と負荷)、整備状況の違い

8によって異なるため 5)、NOx の排出実態を明らかにする

y=1.06xR2=0.98
風速 (出口) [m/s]ことは多くの試験が必要となる。また、シャシダイナモ試験等で得られる排出係数(EF)については、NOx として報告されており、NO と NO2 の区別がなされていない。
そこで本研究では、都内にある自動車専用トンネルでNO と NO2 の測定を行なうことで、実走行車両からの排64出量の算出を試みた。トンネル内の 2 地点で測定を行ない、その濃度差を用いてバックグランド濃度を処理する
2

ことで、通行する車両由来の NOx のみを調査すること

2468

風速 (入口) [m/s]ができる 5-10)。得られたデータにトンネル走行車両の交通量、走行風データ等を併せ、EF を見積もり、過去の図2

トンネル内の入口側と出口側で測定された風速調査結果等との比較を行なった。
（2）測定手法
351

測定に用いた NOx 計は、HORIBA 社製 APNA-370 と30

Thermo Fisher Scientific 社製 Model 42i である。測定前

0.6

20151050.4
NONO2NO2/NOx

0.2

NO2/NOx ratio

Concentration [ppb]0.825に両測定器の併行運転を行ない、測定値が一致することを確認した。また、測定期間中においては、一日一回キャリブレーションを行った。測定器はトンネル内の入口側、出口側の 2 箇所に設置した。トンネル外の大気の影響を少なくするため、両地点ともトンネル内

001996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010年度

図 1 東京都における NO、NO2 濃度、NO2/NOx 濃度比の経年変化。大気汚染常時測定局測定結果報告(平成 22 年度年報)をもとに作成 2)

へ 200 m 程度入った地点とした。測定地点間の距離は約 930 m である。大気中のオゾンは NO と反応してNO2 を生成するが、両地点とも調査期間を通してオゾン濃度はほぼゼロであったことから、NO2 の生成は無

東京都環境科学研究所年報

2012

- 39 視できると考えられる。

12/16 10:00-12:00、15:00-18:00、12/19 8:00、17:00-18:00
等)。これは混雑や渋滞によって交通の流れが悪くなっ３

結果と考察たことが原因として考えられる。

（1）交通量及び走行風
測定期間中の普通車と大型車の交通量、及び大型車混（2）時間変化

入率の時間変化を図3(a)に示す。普通車と大型車を足し合ア

入口側と出口側のNOx濃度の時間変化

わせた総交通量は12/18 (日)を除く各日とも6万～7万台/トンネルの入口側と出口側で測定された NOx 濃度の日で、12/18(日)は約5万台/日であった。時間別の総交通

時間変化を図 4 に示す。NOx の入口側濃度については、量については、午前中の7:00～9:00頃にかけて (平日(土測定期間中の平均値が 0.31 ppm、最小値が 0.07 ppm、曜日を含む)：約4000 台/時、休日：約2500 台/時)と午後最大値が 1.19 ppm であった。2 章で述べたように、トの16:00～18:00にかけて(平日：約4000 台/時、休日：約3300

ンネル入口から 200 m 程度入った地点で測定している台/時)が最も多い時間帯であった。大型車混入率についてことから、大気中濃度よりも高い状態にある。また、平は、各日とも深夜3:00に高くなっており、平日が57～73％、日(平均値: 0.35 ppm)のほうが休日(0.15 ppm)よりも高濃休日が約41％だった。また、平日においては、9:00～11:00度であった。出口側濃度については、平均値が 1.49 ppm、にかけても高くなっており、35％～45％であった。トン最小値が 0.47 ppm、最大値が 5.84 ppm であった。平均

ネル内の風速(走行風)に関しては、図3(b)に示すように概値で比較すると、入口側濃度の約 5 倍である。休日におして交通量が多いほど大きくなっていたが、交通量が多いては、一日を通してほぼ一定の濃度であったが、平日いにもかかわらず風速が小さい時間帯もあった(例えば、では濃度が急上昇する時間が見られた。これらは前節で大型車混入率

100

4000

80

3000

60

2000

40

1000

2000

12/15
(b) 12:00

12/16
0:00

12/16
12:00

12/170:00

12/18
0:00

総交通量

(b) 5000
総交通量 [台/時]

12/17
12:00

12/18
12:00

12/190:00

12/19
12:00

12/200:00

風速10400083000620004100020

風速 [m/s]

交通量 [台/時]

大型車

大型車混入率 [％]普通車(a) 5000

0
12/15
12:00

12/160:00

12/16
12:00

12/170:00

12/17
12:00

12/180:00

12/18
12:00

12/190:00

12/19
12:00

12/200:00

図 3 (a) 測定期間中(2011 年 12 月 15 日(木)～20 日(火)における交通量(普通車、大型車)と大型車混入率の時間変化。
(b) 総交通量と風速の時間変化。

東京都環境科学研究所年報2012

- 40 C(NO)C(NO2)/C(NOx)
0.2

入口側
4

出口側
C(NO), C(NO2) [ppm]

5432

30.1
2NO2/NOx ratio

6NOx concentration [ppm]C(NO2)

571100
12/15
12:00

12/16
0:00

12/16
12:00

12/17
0:00

12/17
12:00

12/18
0:00

12/18
12:00

12/19
0:00

12/19
12:00

12/20
0:00

012/15
12:00

12/16
0:00

12/16
12:00

12/17
0:00

12/17
12:00

12/18
0:00

12/18
12:00

12/19
0:00

12/19
12:00

12/20
0:00

図4 トンネル内の入口側と出口側で測定されたNOx濃度の時間変化

図5 トンネル走行車両由来のNO、NO2濃度とNO2/NOx比の時間変化

述べた混雑や渋滞が発生したと思われる時間と対応しって異なることが報告されている 11)。本研究では車速ており、走行条件の違いや車両からの排出ガスの滞留にが計測されていないが、走行条件の違いが排出比率に影よって生じたものと思われる。

響を与えたと思われる。

NO、NO2 の濃度に関しても NOx と同様の傾向が見られた。NO については、入口側の平均濃度が 0.25 ppm、（3）排出量と排出係数

出口側の平均濃度が 1.30 ppm であり、NO2 については、NOとNO2の排出量(E)を次式により求めた。

入口側の平均濃度が 0.06 ppm、出口側の平均濃度が 0.19

E  C  w S Lppm であった。

(2)－

ここで、C は式(1)より求まる 2 地点間の濃度差、wは平イ

トンネル走行車両由来のNO、NO2濃度及びNO2/NOx比の時間変化
トンネル内走行車両に由来する排出ガス中の NO とNO2 の濃度を 2 測定地点間の濃度差により求めた。

C  Cex  Cin

均風速、S はトンネル断面積、L は測定地点間距離(0.93km)であり、E は一時間、1 km あたりの排出量(g/時 km)である。E と交通量との関係を調べたところ、普通車交通量とは明瞭な関係が見られなかったが、大型車交通量(1)

ここで、Cex は出口側の濃度(ppm)、Cin は入口側の濃度(ppm)である。式(1)により求めた C(NO) 、C(NO2)とC(NO2)/C(NOx)比の時間変化を図 5 に示す。休日(12/18)
については濃度変化が小さく、C(NO)の平均値は 0.33ppm (最小値: 0.27 ppm; 最大値: 0.41 ppm)、C(NO2)の平均値は 0.07 ppm (最小値: 0.06 ppm; 最大値: 0.08 ppm)であった。平日については C(NO)の平均値が 1.23 ppm (最小値 0.32 ppm、最大値 4.49 ppm)、C(NO2)の平均値が0.15 ppm (最小値 0.07 ppm、最大値 0.41 ppm)であった。
C(NO2)/C(NOx)比については、休日は 0.14～0.19 の範囲で推移していたのに対し、平日は 0.07～0.18 で推移しており、平日のほうが休日よりも低い傾向にあった。特に平日の混雑や渋滞が発生したと思われる時間帯には一段と低くなっている。NO と NO2 の排出比率は車速によとの間には良い相関が見られた(図 6)。近似直線の傾きからそれぞれの排出係数(EF)(g/台 km)を求めると、EF(NO)は 2.20 g/台 km、EF(NO2)は 0.40 g/台 km であり、EF(NOx)は 2.60 g/台 km となった。1998 年に同一のトンネルで調査した結果 6)を用いて、大型車交通量と E(NO)、E(NO2)との関係から EF を求めたところ、EF(NO) は4.49 g/台 km、EF(NO2) は 0.49 g/台 km であり、EF(NOx)は 4.98 g/台 km となった(図 7)。1998 年と比較して、EF(NOx) に つ い て は 48% の 減 少 が 見 ら れ 、 そ の 内
EF(NO)は 51%の減少であったが、EF(NO2)は 24%の減少と NO よりも小さかった。EF(NOx)に占める EF(NO2)の割合は、1998 年の調査の結果では 0.10 であったが、今回の調査では 0.15 となった。
次に通常時と混雑・渋滞時の 2 つの交通状況での解析を試みた。今回の調査では車速データが得られていないため、実測された総交通量と風速の関係(図 3)、及び、

東京都環境科学研究所年報

2012

- 41 8000

8000
○ NO2

y=2.20xR2=0.73

y=0.40xR2=0.896000
排出量 [g/km・時]

排出量 [g/km・時]

6000

● NO

4000

○ NO2

y=1.80xR2=0.87y=0.38xR2=0.89

4000

2000

2000

000500

1000

1500

02000

500

15002000

大型車交通量と NO、NO2 の排出量との関係
8000

8000
● NO

○ NO2

y=4.49xR2=0.79

y=0.49xR2=0.746000

排出量 [g/km・時]6000
排出量 [g/km・時]

1000

大型車交通量 [台/時]大型車交通量 [台/時]図6(a)● NO4000(b)

● NO

○ NO2

y=3.32xR2=0.91y=0.47xR2=0.93

4000

2000

2000

000500

1000

1500

02000

500

1000

1500

2000

大型車交通量 [台/時]大型車交通量 [台/時]

図 7 1998 年に測定された大型車交通量と NO、NO2 の排出量との関係。石井ら(1999)6)を元に作成

図 8 大型車交通量と NO、NO2 排出量との関係(a) 通常時、(b) 混雑・渋滞時

道路管理会社から提供を受けたトンネル区間を含む路

車速 60km/時で EF(NOx)が 2.15 g/台 km、車速 10 km/時

線に関する通行所要時間の過去の統計データに基づき、で EF(NOx)が 3.82 g/台 km と報告されている 11)。本研究

12/15 12:00、17:00-18:00、12/16 10:00-12:00、15:00-18:00、で得られた EF(NOx)は、通常時に 2.10 g/台 km、混雑・

12/17 18:00-19:00、12/19 8:00、17:00-18:00 を混雑・渋滞

渋滞時に 3.79 g/台 km であり、報告値と整合した結果との発生した時間とした。通常時の EF(NO)は図 8(a)に示なった。

すように 1.80 g/台 km、EF(NO2)は 0.38 g/台 km となり、EF(NO2)/ EF(NOx)は 0.17 であった。一方、混雑・渋滞

４

まとめ時の EF (NO)は図 8(b)に示すように 3.32 g/台 km、EF

2011年12月15日から20日にかけて自動車専用トンネ(NO2)は 0.47 g/台 km となり、EF(NO2)/ EF(NOx)は 0.12

ルで窒素酸化物(NOx)の排出量調査を行った。測定期間となった。通常時と比べ、混雑・渋滞時には EF(NO)の中の平日(土曜日を含む)の交通量は6～7万台/日で、休日増加が大きかった。シャシダイナモ試験等から算出されは約5万台/日程度であった。トンネル内のNO、NO2濃度る普通貨物車の排出係数(平成 22 年度、幹線道路)では、は、平日において午前中から正午にかけての時間帯と夕東京都環境科学研究所年報2012

- 42 方に高い傾向にあった。得られたデータから一時間ごとの１), 東京都環境科学研究所年報, pp.162-165 (2011)の排出量を算出し、交通量との関係を調べたところ、大11）東京都環境局：平成17年度及び平成22年度における型車交通量との間に明瞭な相関が見られた。近似直線の都内自動車排出ガス量算出調査委託報告書 (2007)

傾きから大型車の排出係数(EF)を推定した結果、EF(NO)は2.20 g/台km、EF(NO2)は0.40 g/台kmとなり、EF(NOx)は2.60 g/台kmとなった。1998年に同じトンネルで調査した結果と比較すると、EF(NOx)は48%の減少が見られたが、EF(NO)の減少が51%であったのに対し、EF(NO2)の減少は24％程度だった。EF(NOx)に占めるEF(NO2)の割合は、1998年の調査では0.10であったが、今回の調査では0.15となった。また、交通状況の違いに基づいてデータを選別し、排出係数(EF)を推定したところ、通常走行時のEF(NO)は1.80 g/台km、EF(NO2)は0.38 g/台kmとなったのに対し、混雑・渋滞時のEF(NO)は3.32 g/台km、EF(NO2)は0.47 g/台kmとなり、走行条件の違いを反映した排出係数が得られた。

参考文献
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成22年度年報 (2011)
3）日本熱エネルギー技術協会編：熱管理技術講義, 丸善,
pp.111-113(1975)
4）木下輝昭ら：大型ディーゼル車への酸化触媒装着によるNO2排出量比率の変化について, 東京都環境科学研究所年報, pp.29-33 (2007)
5）桜井健郎ら：高速道路トンネル交通車両からの揮発性有機化合物の排出係数, 大気環境学会誌, 37, pp. 47-74(2002)
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7）石井康一郎ら：自動車トンネルを利用した排出ガス調査（Ⅱ）－粒子状物質中の金属および炭素成分を中心として－, 東京都環境科学研究所年報, pp.15-23 (2001)8）星純也ら：自動車トンネルを利用した排出ガス調査（Ⅲ）－一般道トンネルを利用した調査結果－, 東京
都環境科学研究所年報, pp.12-19 (2002)
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10）石井康一郎ら：発生源におけるNO2/NOx比率調査(そ東京都環境科学研究所年報2012