JP2017221162A - バイオ燃料の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】藻類が産生した油脂成分から広範な用途に利用できるバイオ燃料を製造する方法の提供。【解決手段】油脂成分を合成する能力のある藻類を培養した培養液中に、アルカリ剤を添加するとともに中質油を吹き込むことによって、中質油と藻類のエマルジョンを生成させて浮上させる工程と、浮上した藻類のエマルジョンから水分を真空蒸発させることによって藻類の油脂成分・固形物及び中質油を得て、藻類の油脂成分・固形物及び中質油を濾過によって油脂成分及び中質油と固形物とに分離する工程と、分離された藻類の油脂成分及び中質油を分留し、分留成分をアルカリ剤を添加して熱分解することによって熱分解油と熱分解残渣を得て、熱分解油を熱分解ガス、軽質油、中質油及び重質油に分留する工程と、分留された中質油から溶剤抽出によって不純物を除去してバイオディーゼル燃料油を得る工程と、を備えたバイオ燃料の製造方法。【選択図】図１
Description
本発明はバイオ燃料の製造方法に関し、特に油脂成分を合成する能力を備えた藻類が産生した油脂成分から広範な用途に利用できるバイオ燃料を製造する方法に関する。
近年、化石燃料の大量使用に起因する資源の枯渇や化石燃料の燃焼に起因する環境汚染などの問題が地球規模で懸念されており、化石燃料に頼らずに安定的かつ持続的にエネルギーを供給することができる代替エネルギーの開発が急務となっている。
かかる代替エネルギーの一つとして、油脂成分を合成する能力を備えた藻類から産生されるバイオ燃料が注目されている。
例えば、藻類を培養し、培養した藻類を乾燥させ、粉砕し、溶媒を用いて油脂成分を分離又は抽出し、得られた油脂成分を精製することによってバイオ燃料を製造する方法が提案されている（特許文献１）。
しかし、藻類由来のバイオ燃料では培養した藻類を乾燥させて粉砕し、油脂成分を分離又は抽出し、精製するなど、複雑なプロセスを必要とし、化石燃料に比較して依然としてコストが高く、実用化の域に到達していないのが現状である。
これに対し、藻類が産生した油脂成分を藻類ごとエマルジョン化し、藻類の油脂成分を安価なバイオ燃料として利用できるようにした方法が提案されている（特許文献２）。
しかし、特許文献２記載の方法では藻類の固形成分がそのままバイオ燃料に含まれているので、バイオ燃料の用途が限定されてしまい、培養した藻類の油脂成分から、簡単なプロセスによって安価に、しかも広範な用途に利用できるバイオ燃料を分離又は抽出することが求められていた。
本発明はかかる点に鑑み、藻類が産生した油脂成分から広範な用途に利用できるバイオ燃料を簡単なプロセスで、しかも安価に製造できるようにしたバイオ燃料の製造方法を提供することを課題とする。
そこで、本発明に係るバイオ燃料の製造方法は、油脂成分を合成する能力のある藻類を培養した培養液中に、アルカリ剤を添加するとともに中質油を吹き込むことによって、中質油と藻類のエマルジョンを生成させて浮上させる工程と、浮上した藻類のエマルジョンから水分を真空蒸発させることによって藻類の油脂成分・固形物及び中質油を得て、藻類の油脂成分・固形物及び中質油を濾過することによって藻類の油脂成分及び中質油と固形物とに分離する工程と、分離された藻類の油脂成分及び中質油を分留し、分留成分をアルカリ剤を添加して熱分解することによって熱分解油と熱分解残渣を得て、熱分解油を熱分解ガス、軽質油、中質油及び重質油に分留する工程と、分留された中質油から溶剤抽出によって不純物を除去してバイオディーゼル燃料油を得る工程と、を備えたことを特徴とする。
本発明の特徴の１つは培養槽にアルカリ剤を添加して中質油を吹き込み、藻類と中質油のエマルジョンを生成して浮上させ、真空蒸発によって水を分離して藻類の油分及び固形物及び中質油を得るようにした点にある。
これにより、遠心分離、加圧浮上、凝集・抽出などの方法で藻類の油脂成分を分離する場合に比較して簡単なプロセスで藻類の油脂成分を分離することができる。
これにより、遠心分離、加圧浮上、凝集・抽出などの方法で藻類の油脂成分を分離する場合に比較して簡単なプロセスで藻類の油脂成分を分離することができる。
本発明の第２の特徴は藻類の油脂成分及び中質油を熱分解油と熱分解残渣に熱分解するようにした点にある。
これにより、簡単なプロセスで藻類の油脂成分を石油組成の熱分解油に転換してバイオディーゼル燃料油を製造することができ、特許文献２記載の製造方法のように、藻類の固形成分がそのままバイオ燃料に含まれることはなく、広範な用途に利用できる。
これにより、簡単なプロセスで藻類の油脂成分を石油組成の熱分解油に転換してバイオディーゼル燃料油を製造することができ、特許文献２記載の製造方法のように、藻類の固形成分がそのままバイオ燃料に含まれることはなく、広範な用途に利用できる。
また、中質油を水素化によって精製してジェット燃料として用いることもできる。
さらに、分留された蒸留成分を熱分解するときに、廃食用油、パーム実、パーム搾り滓、ジャトロハなどを加えて熱分解することもできる。
さらに、分留された蒸留成分を熱分解するときに、廃食用油、パーム実、パーム搾り滓、ジャトロハなどを加えて熱分解することもできる。
ここで、油脂成分を合成する能力のある藻類としては、例えば、Botryococcus braunii, Chlorella sp., Cryptothecodinium cohnii, Cylidrotheca sp., Dunaliella primolecta, Isochrysis sp., Monallanthus salina, Nannochloris sp., Nannochloropsis sp., Neochloris oleoabundans., Nitzschia sp., Phaeodactylum tricornutum, Schizochytrium sp., Tetraselmis suieiaなどの藻類を挙げることができるが、油脂成分を産生する藻類であればこれら以外の藻類、すなわち既知の藻類、今後発見されるであろう藻類、遺伝子操作をして得られた新規な藻類を使用することもできる。
以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るバイオ燃料の製造方法の好ましい実施形態を模式的に示す。図において、１０は培養槽、１１は真空蒸発槽、１２は濾過機、１３は蒸留塔、１４は洗浄槽、１５は発酵槽、１６は熱分解炉、１７は分留塔、１８は溶剤抽出槽、１９は水素化処理装置である。
バイオ燃料を製造する場合、まず培養槽１０に培養液と藻類を入れ、培養液には藻類の栄養分として窒素化合物を添加し、常温で培養する。培養液には深層海水２０を用い、藻類にはドナリエラ（Dunaliella）を用いた。
このドナリエラは藻の細胞膜の中にトリグリセリド１５ｗｔ％、グリセリン１５ｗｔ％、海水６０ｗｔ％、固形物１０ｗｔ％が含まれ、培養液中に分散・浮遊している。
次に、培養槽１０の培養液にカセイソーダ（アルカリ剤）を添加するとともに、槽底から中質油２１を吹き込み、藻類と中質油のエマルジョンを生成させて浮上させ、この藻類のエマルジョンを真空蒸発槽１１に張り込み、水分を真空蒸発させると、槽底には藻類の油脂成分であるトリグリセリド、グリセリン、中質油、及び海水中の塩分に由来する塩化物を含む固形物が溜まるので、これらを濾過機１２に張り込んで塩化物を含む固形物と液体であるトリグリセリド、グリセリン及び中質油に分離し、固形物は洗浄機１４に張り込んで洗浄し、洗浄によって出てくる塩水は放流する。
藻類がドナリエラの場合、固形物にはβ−カロチン、グルタチオン及び藻残渣が含まれており、β−カロチンは水に不溶で、流動点は１８０°Ｃと高い。
また、グルタチオンは水、酸、アルカリに可溶で、６２°Ｃで分解し、流動点１７５〜１８５°Ｃと高い。そこで、固形物に水分を加え、塩分とグルタチオンを溶解し、グルタチオンを抽出した後に塩水を放流する。未溶解のβ−カロチンと藻残渣からβ−カロチンを抽出する。
また、グルタチオンは水、酸、アルカリに可溶で、６２°Ｃで分解し、流動点１７５〜１８５°Ｃと高い。そこで、固形物に水分を加え、塩分とグルタチオンを溶解し、グルタチオンを抽出した後に塩水を放流する。未溶解のβ−カロチンと藻残渣からβ−カロチンを抽出する。
トリグリセリド、グリセリン及び中質油は蒸留塔１３に張り込んでトリグリセリド及び中質油とグリセリンとに分留し、トリグリセリド及び中質油は熱分解炉１６に送って熱分解する。
グリセリンは発酵槽１５に送り、酵母を添加して発酵させることによって油脂を得て、この油脂も熱分解炉１６に送って熱分解する。
また、トリグリセリド、グリセリン及び中質油はそのまま熱分解炉１６に送って熱分解することもできる。
グリセリンは発酵槽１５に送り、酵母を添加して発酵させることによって油脂を得て、この油脂も熱分解炉１６に送って熱分解する。
また、トリグリセリド、グリセリン及び中質油はそのまま熱分解炉１６に送って熱分解することもできる。
熱分解は、常圧、３８０°Ｃ〜５５０°Ｃの温度範囲、３〜６時間の条件下で行い、Ｃａ（ＯＨ）2などのアルカリ剤を添加する。熱分解によって熱分解油と熱分解残渣が得られ、熱分解残渣は自家燃料として利用することができる。
また、熱分解するにあたり、廃食用油、パーム実、パーム搾り滓、ジャトロハを加えて熱分解することもできる。
また、熱分解するにあたり、廃食用油、パーム実、パーム搾り滓、ジャトロハを加えて熱分解することもできる。
熱分解油は分留塔１７に送って、熱分解ガス、軽質油（〜１５０°Ｃ）、中質油（１５０〜３００°Ｃ）、重質油（３５０°Ｃ以上）、熱分解残渣（３５０°Ｃ以上）に分留し、中質油は培養槽１０に循環させて藻類のエマルジョン化に使用する。
また、軽質油と重質油は自家燃料として利用することができる。
トリグリセリドを熱分解したときの収率は熱分解油＝８０ｗｔ％とし、蒸留塔１７での収率は分解ガス／軽質油／中重質油＝５／５／９０ｗｔ％とする。
また、軽質油と重質油は自家燃料として利用することができる。
トリグリセリドを熱分解したときの収率は熱分解油＝８０ｗｔ％とし、蒸留塔１７での収率は分解ガス／軽質油／中重質油＝５／５／９０ｗｔ％とする。
得られた中質油は溶剤抽出槽１８に張り込み、メタノールなどのアルコール系溶剤を添加して不純物（窒素分、塩素分、アロマ分）を除去すると、高品質のバイオディーゼル燃料油が得られる。
また、得られた中質油を水素化処理装置１９に送り、水素を燃料油中のアロマ分が飽和する量の水素を添加して水素化処理を行い、蒸留を行うと、煙点が改善されたジェット燃料が得られる。水素化は反応温度２００〜３７０°Ｃ、４０〜７０ｋｇ／ｃｍ2 、貴金属触媒下で行う。
なお、遠心分離、加圧浮上、凝集、抽出によってバイオ燃料を製造する方法も考えられるが、いずれも大きなエネルギーを必要とし、コスト高になってしまう。
これに対し、本例の方法では上述の方法に比較して簡単なプロセスであって、それほど大きなエネルギーを必要とせず、実用的に優れている。
これに対し、本例の方法では上述の方法に比較して簡単なプロセスであって、それほど大きなエネルギーを必要とせず、実用的に優れている。
上記では藻類に深層海水に生息するドナリエラを用いる場合について説明したが、例えば淡水に生息するアンキストロデスムス（Anistridemus）、他の藻類を用いる場合にも同様に適用できる。
淡水に生息するアンキストロデスムス（Anistridemus）を培養し、脱水し、熱分解・分留し、各留分の分析を行ったところ、下記の結果が得られた。
熱分解油（％） 軽質油（％） 中質油（％） 重質油（％）
Ｃ ７８．１２ ８０．１９ ８０．５４ ８２．２６
Ｈ １１．０５ １１．４６ １１．７０ １２．１２
Ｎ ６．２６ ５．５３ ５．７２ ４．６５
Ｏ ３．７０ １．８０ １．４０ ０．３０
全硫黄分 ０．３５ ０．１９ ０．１０ ０．０６
塩素分 ０．０１未満 ０．０２ ０．０１未満 ０．０１未満
総発熱量 ４０６７０ｋｊ／ｋｇ
熱分解油（％） 軽質油（％） 中質油（％） 重質油（％）
Ｃ ７８．１２ ８０．１９ ８０．５４ ８２．２６
Ｈ １１．０５ １１．４６ １１．７０ １２．１２
Ｎ ６．２６ ５．５３ ５．７２ ４．６５
Ｏ ３．７０ １．８０ １．４０ ０．３０
全硫黄分 ０．３５ ０．１９ ０．１０ ０．０６
塩素分 ０．０１未満 ０．０２ ０．０１未満 ０．０１未満
総発熱量 ４０６７０ｋｊ／ｋｇ
以上の分析結果から、アルカリ剤を添加して熱分解することによって、藻類の油脂成分を石油組成に転換できることが確認された。
Claims (3)
- 油脂成分を合成する能力のある藻類を培養した培養液中に、アルカリ剤を添加するとともに中質油を吹き込むことによって、中質油と藻類のエマルジョンを生成させて浮上させる工程と、
浮上した藻類のエマルジョンから水分を真空蒸発させることによって藻類の油脂成分・固形物及び中質油を得て、藻類の油脂成分・固形物及び中質油を濾過によって油脂成分及び中質油と固形物とに分離する工程と、
分離された藻類の油脂成分及び中質油を分留し、分留成分をアルカリ剤を添加して熱分解することによって熱分解油と熱分解残渣を得て、熱分解油を熱分解ガス、軽質油、中質油及び重質油に分留する工程と、
分留された中質油から溶剤抽出によって不純物を除去してバイオディーゼル燃料油を得る工程と、を備えたことを特徴とする。 - 分留によって得られた中質油に水素を添加して水素化処理を行ってジェット燃料を得るようにした請求項１記載のバイオ燃料の製造方法。
- 分留成分を熱分解油と熱分解残渣に熱分解するにあたり、廃食用油、パーム実、パーム搾り滓、ジャトロハを加えて熱分解するようにした請求項１記載のバイオ燃料の製造方法。
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|---|---|---|---|---|
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