JP4426272B2 - バイオ燃料の製造方法 - Google Patents
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Description
このバイオディーゼルの典型的な例は、使用済みの天ぷら油に苛性ソーダ及びメチルアルコールを作用させてメチルエステルとしたものである。
このように発明を特定することで、過剰のアルコールによる酵素の失活を防止し、脂肪酸とアルコールからのエステルへの転換率を高めることが可能となる。
本発明の方法に用いる廃白土は、脱色乃至精製用白土を油脂類の脱色乃至精製に用い、この工程で分離副生するものであり、油分を包蔵しており、これを廃棄することは環境汚染の点から許されず、その有効利用が熱望されていたものである。
これらの粘土鉱物の内でも、モンモリロナイト族粘土鉱物やその酸処理物が油脂類の脱色、精製に広く使用されているものである。
上述した粘土鉱物及びその酸処理物は、植物油を吸蔵した所謂廃白土の形で本発明に用いる。
植物油としては、天然の植物界に広く存在し、脂肪酸とグリセリンとのエステルを主成分とするものであり、例えばサフラワー油、大豆油、菜種油、パーム油、パーム核油、綿実油、ヤシ油、米糠油、ゴマ油、ヒマシ油、亜麻仁油、オリーブ油、桐油、椿油、落花生油、カポック油、カカオ油、木蝋、ヒマワリ油、コーン油などが挙げられる。この植物油は、少なくとも一部が不飽和である脂肪酸とグリセリンとのエステルを主体とするものが好ましい。
動物油としては、肝油、鯨油、牛脂、牛酪脂、馬油、豚脂、羊脂等が挙げられる。
魚油としては、鮪油、鰯油、鰊油、イカ油、秋刀魚油等が挙げられる。
本発明において、酵素としては、油脂を加水分解し、脂肪酸を生成するものであれば、何れを用いてもよく、一般にはリパーゼが用いられる。リパーゼとしては、その由来等は特に限定されず、微生物由来のリパーゼ、植物由来のリパーゼ、動物膵臓由来のリパーゼ等が使用される。また、用いるリパーゼは適切な担体に固定化されたものであってもよい。
Candida cylindracea由来のリパーゼOF(商品名、名糖産業(株))、
Candida rugosa由来のリパーゼTypeVII(商品名、シグマ(株))、
Rhizopus arrhizus由来のリパーゼType11(商品名、シグマ(株))、
Rhizopus oryzae由来のリパーゼF−AP15(商品名、天野エンザイム(株))、
Rhizopus japonicus NR400由来のリパーゼA−10FG(商品名、ナガセ(株))、
Aspergillus niger由来のSumizymeNLS(商品名、新日本化学(株))、
Phycomyces nitens NRRL 2444由来のリパーゼPN(商品名、和光純薬(株))、
Porcine pancreas由来のリパーゼTypeII(商品名、シグマ(株))、
Pseudomonas cepacia由来のリパーゼ(商品名、シグマ(株))、
Mucor javanicus由来のリパーゼ(商品名、シグマ(株))、
アルカリリパーゼ(商品名、NOVO社(株))
などを挙げることができるが、これらは説明のための例示であり、如何なる意味でもこれに限定されない。
本発明に用いるリパーゼとしては、Candida cylindracea由来のリパーゼOF(商品名、名糖産業(株))が好ましい。
本発明に用いられる軽油は、通常使用されるものを用いればよく、JIS規格で定められる特1号、1号、2号、3号、特3号のいずれを用いてもよい。通常のバイオ燃料であれば、引火点のより高い特1号、1号、2号を用いるのがよく、寒冷地で用いるバイオ燃料であれば、流動点(℃)、目詰まり点(℃)の低い3号、特3号を用いればよい。
本発明に用いられる灯油は、通常使用されるものを用いればよく、JIS規格で定められる1号(白灯油)、2号(茶灯油)のいずれを用いてもよい。1号は、主に冷暖房用、厨房用のバイオ燃料に、2号は石油発電用、機械洗浄用のバイオ燃料に用いるとよい。
本発明に用いられるガスタービン燃料は、JIS規格で定められる1号、2号、3号のいずれを用いてもよい。1号は長距離航空機用バイオ燃料に、2号は短・中距離航空機用バイオ燃料に、3号は一般航空機用バイオ燃料に用いるとよい。
本発明に用いられる脂肪酸エステルは、炭素数が10から20のアシル基を有するものを用いればよく、それらの混合物でもよい。中でも植物油脂から変換された脂肪酸メチルエステルが好適に用いられる。
本発明において、脂肪酸のエステル化に用いる低級アルコールとしては、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、イソブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、n-アミルアルコール、イソアミルアルコール、ヘキシルアルコール、へプチルアルコール、オクチルアルコール等の炭素数8以下のアルコールを挙げることができるが、特に炭素数7以下が好ましく、中でも反応性及びコストの点でメタノールが好ましく、得られるバイオ燃料の性能の点ではブタノ−ルが好ましい。
低級アルコールは、脂肪酸に対して当量以上の量で用いるのがよく、特に脂肪酸:アルコール(モル比)が1:1乃至1:2、好ましくは1:1乃至1:1.33の量がよい。
本発明のバイオ燃料の製造方法は、廃白土中の油脂を酵素により脂肪酸に分解する第1の工程と、生成した脂肪酸に低級アルコールを反応させてエステルとする第2の工程からなり、少なくとも第2の工程の脂肪酸と低級アルコールのエステル化反応は軽油、灯油、ガスタービン燃料、又は脂肪酸エステル(以下、軽油等と記載することがある)の存在下で行うものである。第1の工程は、軽油等の存在下で行ってもよく、廃白土と酵素を機械的に混ぜてもよい。油脂の酵素反応はそれ自体公知の条件下で行うことができる。
酵素反応の時間は、特に限定されず、所望の分解率が達成される時間でよく、例えば0.1乃至10時間程度でよい。
油脂の脂肪酸への分解に際して、軽油等の溶媒が上記範囲よりも少ない場合には、反応混合物の流動性が悪くなり、また多い場合には1バッチ当たりの収量が低下し、経済性を損なう。
一方、廃白土そのものに酵素を作用させ、使用済み白土と油脂との共存下に酵素反応を行う場合には、廃白土と酵素を混合すればよく、油脂と酵素の接触効率を高めるため、ミキサーなどで粒子を小さくしてもよい。
エステル化に際して使用する軽油等の溶媒の量は、廃白土中の油脂100重量部当たり、50乃至500重量部の範囲がよい。特に、100乃至200重量部の量で使用することが一層好適である。
脂肪酸のエステル化に際して、軽油等の溶媒の量が上記範囲よりも少ない場合には、反応混合物の流動性が悪くなり、また多い場合には1バッチ当たりの収量が低下し、経済性を損なう。
即ち、ワンポット反応では、反応系に、廃白土、酵素、軽油等及び低級アルコールを仕込み、反応系から生成するエステルを回収する。
また、第1の工程(酵素反応)と第2の工程(エステル化反応)とを二段反応で実施することもできる。二段反応では、反応系に、廃白土と酵素、軽油等を仕込み、次いで反応系に低級アルコールを仕込んで、エステル化反応を行い、反応系から生成するエステルを回収する。
バイオ燃料を分離した後の廃白土残渣には酵素が残留する。残留酵素を再利用するため、酵素を含む廃白土残渣を前記バイオ燃料の製造工程に循環させることができる。
また、油脂含有廃白土に更に油脂又は廃食用油を加え、それに酵素を作用させて脂肪酸に分解させ、生成した脂肪酸と低級アルコールとを反応させてエステルとすることもできるし、更には、廃白土中の油脂に、油脂を脂肪酸に分解させる酵素を生成させる菌を作用させて脂肪酸に分解させ、生成した脂肪酸と低級アルコールを反応させてエステルとすることも可能である。
また、廃白土中の油脂を脂肪酸に分解する酵素の量を少なくすることにより、バイオ燃料の製造コストを低くすることができる。
[実施例1]
油脂含有率35重量%のパーム油廃白土500gとリパーゼ(リパーゼOF、名糖産業(株)製)50g(廃白土中の油脂100重量部当たり28.6重量部)をポリ袋に計り採り、15分間凝集物を解しながら混合した。
この混合物を撹拌機付きのステンレス製1リットルオートクレーブ(耐圧硝子工業(株)製)に移し、自動車燃料用軽油((株)ジャパンエナジー製)250mlを加え、300rpmで15分間撹拌した。
次いで、メタノール(一級試薬、和光純薬工業(株)製)14.75mlを加え、1時間撹拌した後、さらにメタノール14.75mlを加え、室温下で所定時間撹拌した。
反応終了後、反応物を濾過し、そのまま濾液を回収した。
前記実施例1における溶媒の軽油の代わりに、ヘキサンを用い、反応終了後、重量減少が見られなくなるまで減圧を続けてヘキサンを除去した後、反応物を回収した。
実施例1におけるリパーゼを5g(廃白土中の油脂100重量部当たり2.86重量部)としたものを実施例2、2.5g(廃白土中の油脂100重量部当たり1.43重量部)としたものを実施例3とした。また、比較例1におけるリパーゼを5g(廃白土中の油脂100重量部当たり2.86重量部)としたものを比較例2、2.5g(廃白土中の油脂100重量部当たり1.43重量部)としたものを比較例3とした。
実施例2において、溶媒を暖房用灯油((株)ジャパンエナジー製)としたものを実施例4とした。
実施例2において、溶媒を比較例1で得た脂肪酸エステル(脂肪酸メチルエステル)としたものを実施例5とした。
1.クロロフォルムで希釈した試料について、ガスクロマトグラフィーで脂肪酸メチルエステルのピークプロファイルを得る。
2.脂肪酸エステルの各ピーク面積を、クロロフォルムのピーク面積比(測定試料ピーク面積を基準のピーク面積で割った値)で割って補正する。
3.補正した脂肪酸エステルの各ピーク面積値を合計する。
4.化学的合成法で調整した標準試料のメチルエステル転換率を100%とし、ピーク面積比よりそれぞれの試料の溶媒を含む見かけのメチルエステル転換率を算出する。
5.廃白土中の油脂重量と加えた溶媒重量との比から油脂重量基準のメチルエステル転換率を算出する。
同様に、実施例2及び比較例2におけるメチルエステル転換率の時間変化を表4及び図3に示す。
実施例3及び比較例3におけるメチルエステル転換率の時間変化を表5及び図4に示す。
実施例4及び実施例5におけるメチルエステル転換率の時間変化を表4及び図3に示す。
Claims (4)
- 廃白土中の油脂を該廃白土から分離することなく酵素により脂肪酸に分解し、生成した脂肪酸に低級アルコールを反応させてエステルとするバイオ燃料の製造方法であって、少なくとも前記脂肪酸と前記低級アルコールとのエステル化反応を、軽油、灯油、及び炭素数が10から20であるアシル基を有する脂肪酸エステルからなる群から選ばれる1種の溶媒中で行った後、ろ過して廃白土残渣を分離することを特徴とするバイオ燃料の製造方法。
- 油脂が植物油であり、酵素がリパーゼであり、低級アルコールが炭素数8以下のものである請求項1記載のバイオ燃料の製造方法。
- 脂肪酸と低級アルコールとのエステル化反応において、低級アルコールを、廃白土と酵素を混合した、軽油、灯油、及び炭素数が10から20であるアシル基を有する脂肪酸エステルからなる群から選ばれる1種の溶媒中に、段階的に添加することを特徴とする請求項1又は2記載のバイオ燃料の製造方法。
- 前記バイオ燃料を分離した後の酵素を含む廃白土残渣を、請求項1から3のいずれか1項記載のバイオ燃料の製造工程に循環させることを特徴とするバイオ燃料の製造方法。
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