動物油脂原料のバイオディーゼル燃料の製造 ○永田幸治（湘南工科大学・院）榊原佑太岩本敦士川邉勇斗森棟隆昭（湘南工科大学）１．まえがき地球環境にやさしいバイオ燃料として，バイオディーゼル燃料BDF が企業や各地の自治体の関連で製造され，ニート(100%)使用や軽油との混合燃料として利用されている．平成19 年度からは，脂肪酸メチルエステルFAME の混合率5%以下およびFAME ニートの燃料規格が施行され，BDF を軽油に5%混合した燃料の市販が可能となっている．本研究では廃食用油として排出された廃植物油脂や固体状の廃動物油脂を原料とし，メタノールやエタノールをエステル交換に用いて４種類の BDF を製造して，ディーゼル機関に適用し，機関性能や排ガスの環境特性を比較・検討した．２．バイオディーゼル燃料BDF の製造と精製の方法（１）廃食用油（大豆油，常温液体）をろ過し 60℃まで加熱する．触媒を入れたメタノールもしくはエタノールを撹拌し，ろ過後の廃食用油とともに密閉瓶に入れて混合させ，60℃設定の電気炉中でエステル反応をさせる．常温固体の動物油脂の場合は約60℃に加熱し液状にした後，ろ過して同工程・反応を進める．（２）エステル反応が完了したら密閉瓶の蓋を開け 24 時間以上放置する．石鹸水とBDFの層が分離したら，BDFのみを抽出し CaCl2を混合して水抜き処理を2回行い，これより精製したBDFを製造した．触媒は，メチルエステルの場合，KOH 0.5g／メタノール30ml，エチルエステルではKOH 1.3g／エタノール27.5ml，いずれも原料の廃食用油は100mlである．水抜き剤のCaCl2の量は，従来例よりCaCl2 2.5g／BDF 100ml としている．廃食用油100ml からBDF への変換率は，廃大豆油のメチルエステル，エチルエステルはそれぞれ60, 76%，廃動物油脂のメチルエステル，エチルエステルは67, 50%であった．廃大豆油は大学食堂，廃動物油脂は外食産業から排出された廃食用油である．３．ディーゼル機関実験装置と測定方法本研究で製造したBDFの性能を求めるための実験には小型のディーゼル発電機を使用した．ディーゼルエンジン部は，４サイクル単気筒、排気量211cc，定格出力2.8kW，燃料は直接噴射式である．発電負荷により機関負荷を0～70％と変えて実験している．吸排気系，冷却系，潤滑系などは標準仕様から変更をしていない．排気管出口にて排ガス中のNOX, CO, O2, CO2の排出濃度およびスモーク濃度を測定した．検出方式は，NOXは化学発光法，CO，CO2は非分散形赤外線吸収法，スモーク濃度測定にはろ紙汚染式を採用した．燃料はJIS２号軽油あるいは自治体のごみ収集車に使用実績のある米ぬか廃油原料のメチルエステル油（Y-BDF）を基準燃料として，本研究で製造したBDFとの比較を行う．４．実験結果と考察図2，3 に実験結果例を示す．軽油，植物メタ，Y-BDF のNOx 濃度は他のBDF よりやや高く， CO 濃度は低めで燃焼は良好である，Smoke 濃度についてはBDF が含酸素燃料であるために，軽油の値よりも減少している．動物エタはNOx 濃度は低くCO が増加しておりSmoke 濃度は軽油と同レベルであり，燃焼状態は良くないと考えられる．植物エタはNOx, CO, Smoke 濃度ともに他のBDF よりも低く，排ガスの環境特性の良い燃料といえる．図1 廃動物油脂５．まとめ本研究で製造したBDF4 種類について，いずれもエンジン運転には支障はないことがわかった．とくに植物油脂原料でエチルエステル化した「植物エタ」がメタノール不使用であり，排ガス特性からも環境にやさしい優秀な燃料であることがわかった．動物油脂原料のBDF は環境特性がやや劣る．今後，BDF への変換率の向上と精製工程の簡略化について検討していく予定である． 10000 動物エタ NOx 8000 100 0 12000 軽油　NOｘ植物メタ　NOｘ軽油　CO 植物メタ　CO　-100 Y-BDF　NOｘ動物エタ　NOｘ Y-BDF　CO 動物エタ　CO 植物エタ　NOｘ動物メタ　NOｘ植物エタ　CO 動物メタ　CO 6000 動物エタ 4000 CO 動物メタ 2008.8.8 NSIK G 2000 -200 軽油植物エタ -300 0.00 0.20 Pme MPa 図 2 NOXとCO濃度の関係 0.30 Diesel engine generator YDG250A No.1 Engine L48ADGY 40 動物エタ軽油軽油　Y-BDF 植物エタ植物メタ動物エタ動物メタ 30 Smoke 動物メタ植物メタ Y-BDF 20 植物エタ 10 2008.8.8 NSIK G 0 0.10 50 Bosch smoke degree % 200 軽油植物メタ Y-BDF Diesel engine generator YDG250A No.1 Engine L48ADGY CO ppm NOx ppm 300 0 0 0.1 0.2 Pme MPa 図 3 スモーク汚染濃度 0.3