高品質バイオディーゼル・バイオジェット燃料で、低炭素化社会の実現を目指す

HiBDとは

2次処理後の生成油

HiBD(High quality-Bio Diesel:ハイビーディー)とは、弊研究所代表藤元薫のもと、研究開発が進められてきた一連の接触分解油化技術により、廃食油や油脂含有バイオマスから製造された「高品質な炭化水素系バイオ燃料」のことです。
現在、バイオディーゼルの製造法として広く知られている他の技術とは異なり、生成油が石油系炭化水素油(灯油・軽油等)とほとんど同一の性質を持つため、軽油等に混合することなく100%使用も可能で、コモンレール式の最新型ディーゼルエンジンにも対応できます。また、ジェットエンジンなどタービン燃料としても優れた特性を示します。
また原料としては、植物油脂・動物油脂・ダーク油等に加え、搾油前の油脂含有バイオマスや、油脂の残留している搾油後の殻・米ぬかなど、更には今注目されている微細藻類なども対象となります。
また、この技術の実用化のため、平成22~26年度に北九州市立大学とタイ国チュラロンコン大学を中心とする研究チームで行ったJST-JICAの “地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム(SATREPS)“「新バイオディーゼル合成法の開発」では、終了時事業評価 A(当初計画目標達成)の高評価を受けました。

従来技術とHiBD油化技術
バイオディーゼルとは、植物由来の油脂を原料として得られるディーゼル燃料のことで、リニューアブル輸送燃料であり、世界的な開発競争の渦中にあります。
[従来技術]
既存のバイオディーゼル製造技術としては、脂肪酸メチルエステル(FAME)法とBHD法の2つが広く知られています。
■FAME法は油脂にメタノールを加え、アルカリ触媒を用いてエステル交換することにより脂肪酸メチルエステルを得る技術です。合成は低温常圧で実施出来ますが、副原料を使用するほか副生物としてグリセリンが生成します。また、FAMEはその特性によりそのままではコモンレール式ディーゼルエンジンには不向きであることが明らかになっています。
■BHD法は油脂に高圧下で水素を添加して水素化分解し、炭化水素であるパラフィンを生成する技術です。BHDは炭化水素を生成するため、燃料トラブルの心配はないものの、高圧下で多量の水素を使用するため設備や副原料コストが高くなり、また2次的な改質も必要です。従って、精油所など大規模な設備を必要とします。

[HiBD法]
■HiBD(High quality Bio-Diesel:ハイビーディー)法は、副原料を用いることなく比較的簡単なプロセスにより、接触分解反応によって油脂あるいは脂肪酸から炭化水素の混合物を得る技術です。生成油は様々な長さの炭化水素を含有するため、流動点が低く、寒冷地でも使用可能です。また脱炭酸反応なので、遊離の酸がほとんど含まれず酸化安定度が高いという特長もあります。石油系軽油に類似した性質を持つためコモンレールエンジンにも使用可能で、任意の比率で軽油と混合可能であるため、広く実用化が見込まれます。

*1 メタノールは化石資源由来であるが、HiBDはこうした副原料を用いないため100%バイオマス由来のバイオディーゼルである。
*2 高純度のグリセリンは化粧品などの材料に使用されるが、 純度が低く、使用したアルカリ触媒の残留等がある場合は、用途が限られ処理に問題がある。
*3 炭酸ガスは炭酸ガスはバイオマス由来原料のためカーボンニュートラルであり、炭化水素ガスは、メタン・エタン・プロパンなどであり装置の加熱用燃料として使用できる。
*4 FAME法やBHD法による生成油の流動性は、原料や触媒によって大きく異なる。  

原料の多様性

  • HiBD法は、触媒を用いて、脱炭酸反応を促す接触分解反応です。脱炭酸反応は、油脂だけでなく脂肪酸にも起きるため、油脂であるトリグリセライドだけでなく、脂肪酸が多く含まれるものを原料にしてもバイオ燃料製造を可能となります。
  • 一方、FAME法ではその反応方式から、脂肪酸が多く含まれるものを原料には出来ません。FAME法では、脂肪酸があると、触媒として用いる水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどのアルカリ触媒と、けん化反応を起こし、バイオディーゼルではなく石鹸を作るからです。
  • その他アルコール類は脱水して炭化水素となる。

HiBDの燃料性状

SATREPS「新バイオディーゼル合成法の開発」 に関連し、北九州市立大学で行ったHiBDの性状分析の結果、軽油2号に類似した生成油であることがわかりました。これは、HiBDが、ガソリンや軽油などの市販の液体燃料と同じように、炭化水素が主成分であるためです。(分析はJIS,ASTMの試験法に準拠)
このことはHiBDが、既存のインフラやエンジンに変更を加えることなく、いわゆるドロップイン燃料(Drop-in Fuel)として使用できる可能性が高いことを意味します。

エンジンテスト

SATREPSの研究 に関連して、北九州市立大学では、コモンレール式最新型ディーゼルエンジンを用いて、HiBD100%によるエンジンテストを実施(独立行政法人交通安全環境研究所)しました。このテストにより、HiBD はコモンレール式エンジンに使用しても大きな不具合等は生じないことが確認されました。
排出ガス試験の結果では、軽油と比べてNMHC排出量、NOx排出量、燃料消費率が高い傾向を示したものの、その増加量はわずかで、エンジン制御の設定変更のみで十分改善できると判断されました。


http://www.mlit.go.jp/common/000032567.pdf

SATREPS 「新バイオディーゼル合成法の開発」 の成果

平成22~26年度に北九州市立大学において、JST-JICAの “地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム(SATREPS)“「新バイオディーゼル合成法の開発」をタイのチュラロンコン大学をカウンターパートとして、研究を行ってきました。
第一段階の基盤的研究・調査の目標として、廃食油あるいは現地産の油脂から、ディーゼル燃料として使用し得る燃料油を 60~70%のエネルギー収率で安定的に得る技術を確立し、パイロットプラントの運転、タイ研究員の開発・運転技術等の研修およびスキルアップを行い、実証化、工業化を目指しました。
第二段階では、現地(タイ)におけるトータルシステムの構築の目標として、日本側において触媒改良、実証化試験、生成油の解析・実用化などの研究開発を進めると同時に、タイ側において日本の協力によりプラントを自主的に設計・製作し、廃油や油脂生産残渣等の、食料生産と競合しない原料を集荷して運転するトータルシステムの構築を目指しました。
日本国内とは違う現地特有の問題や原料である廃食油の価格高騰など様々な問題が起きましたが、メンバー全員の協力のもと、終了時事業評価 A(当初計画目標達成)を受け、SATREPSを終了しました。特に、原料である廃食油の価格高騰の問題を受け、タイ側から、パーム油を製造している国にしか分からない新たな原料を提案されたことは、このSATREPSの高評価に大きく貢献しています。また、この新たな原料にHiBD技術を利用できること、パイロットプラントからも品質の良い生成油を製造できたことは、今後のHiBD技術の普及に大きく繋がりました。
未解決の課題も残ったものの、解決策は見出しており、問題解決に向けた研究が進んでいます。


2次処理後の生成油

タイのパイロットプラント

HiBDの可能性

■軽油への混合比率引き上げ
HiBD技術は、最新型のコモンレールエンジンにも対応可能であるなど、燃料性状が優れていることが分かっております。特に、コモンレールエンジンにおいて、軽油との混合でなく、HiBD100%でも使用が可能であることが立証されたことは大きな成果です。従来のバイオディーゼルは、100%での使用は難しく、多くの国では5~10%の比率で軽油に混合して使用しています(B5、B10)。この比率を大幅に引き上げようとの目標を掲げている国も多くありますが、実行しているところはまだ少数です。
HiBDは、混合比率目標を大幅に高めたい各国のニーズに応えることができるため、今後の需要の拡大が期待できます。
■対象原料の拡大
原料としては、植物油脂・動物油脂・ダーク油に加え、搾油前の油脂含有バイオマスや、油脂の残留している搾油後の殻・米ぬかなども可能です。
更には今、注目の微細藻類や、パーム油の搾油残渣であるEFB(ヤシ空房)、POME(パームオイル廃液)なども対象となり得ます。


環境省 エコ燃料利用推進会議 輸送用エコ燃料の普及拡大について (補遺版) より転載

含有した脂肪酸の量を示す酸価値。
値が大きいほうが含まれる脂肪酸の量が多い。


パーム油

EFB搾り油

常温では固まっている。

HiBD技術は、廃食油や植物油だけではなく、脂肪酸が多量に入っているダーク油、EFB搾り油などにも適応可能です。その他に、米ぬか、豚脂・牛脂などの動物性油脂などからのバイオ燃料製造も可能としています。

原料


牛脂    豚脂

ダーク油

原料 → 分解油


パーム油とその分解油

ジャトロファ油とその分解油

米ぬかとその分解油
(粉状米ぬかから直接分解)

豚脂とその分解油

HiBD関連の 著作物、学会発表、論文

著作物

「次世代パワートレイン開発と燃料技術」監修:山根浩二、㈱シーエムシー出版
「高品位バイオディーゼル燃料の製造技術-HiBDプロセス-の開発」、藤元薫、谷春樹(2013年)

総説:代替ジェット燃料最前線
「高品位バイオディーゼル燃料の製造技術-HiBDプロセスとその製品」、谷春樹、藤元薫, Journal of the Japan Institute of Energy, 93, 62-68 (2014年)

口頭発表    (国内会議  19件、国際会議  8件)
1 再生可能エネルギー2010/国際、横浜(H22年6月27日~7月2日)、○谷春樹(北九州市立大学)、”Development of direct production process for bio-diesel fuel”

2 第19回日本エネルギー学会大会、東京(H22年8月2~3日)、○谷春樹(北九州市立大学)、「油脂類の接触分解によるバイオディーゼル製造プロセス用触媒の開発」 

3 石油学会神戸大会(第40回石油・石油化学討論会)、神戸(H22年11月25~26日)、○谷春樹(北九州市立大学)、「油脂からの接触分解を用いたバイオディーゼル製造プロセスの開発」 

4 第20回日本エネルギー学会大会、大阪(H23年8月9〜10日)、○長谷川 毅、谷 春樹、藤元 薫、朝見 賢二(北九州市立大学)、「油脂類の接触分解触媒の添加物の効果」

5  The 242nd American Chemical Society National Meeting & Exposition/国際、米デンバー(H23年8月28日~9月1日)、○T.Hasegawa, H. Tani, K.Fujimoto and K. Asami (The University of Kitakyushu),”Effect of additive on the catalytic performance for the decarboxy-cracking of palm“ 

6 石油学会山口大会(第41回石油・石油化学討論会)、山口(H23年11月10〜11日)、○長谷川 毅、谷 春樹、藤元 薫、朝見 賢二(北九州市立大学)、「油脂類の接触分解触媒の添加金属の担持量効果」 

7 石油学会山口大会(第41回石油・石油化学討論会)、山口(H23年11月10〜11日)、○谷 春樹、長谷川 毅、村上 弥生、田中 文昭、朝見 賢二、藤元 薫(北九州市立大学)、「油脂の接触分解における触媒の作用」 

8 石油学会第61回研究発表会、東京(H24年5月2日)、○谷 春樹(北九州市立大学)、「油脂の接触分解における触媒担体の影響」 

9 第21回日本エネルギー学会大会、東京(H24年8月6~7日)、○谷 春樹(北九州市立大学)、「油脂の接触分解における触媒担体の影響」 

10 石油学会第42回石油・石油化学討論会、秋田(H24年10月11~12日)、○谷 春樹(北九州市立大学)、「炭素系触媒を用いた油脂の接触分解プロセスの開発」 

11 アジア学術会議、2013/5/7, Bangkok, Kaoru Fujimoto (The University of Kitakyushu), ” Next Generation Bio-Diesel (HiBD) Production Process”
12 第22回エネルギー学会大会、東京(H25年8月6日)、○谷 春樹、村上弥生、朝見 賢二、藤元 薫(北九州市立大学)、「油脂の接触分解におけるワックス生成とその低減についての検討」 

13 第22回エネルギー学会大会、東京(H25年8月6日)、○村上弥生、谷 春樹、朝見 賢二、藤元 薫(北九州市立大学)、「触媒接触分解によるバイオディーゼル製造技術における触媒開発」

14 6th AUN/SEED-Net Regional conference on Energy Engineering, Sep.6-7, 2013, Indonesia, "Effects of synthetic diesel fuels on performance and emissions of a single cylinder DI diesel engine", Kanit Wattanavichien (Chulalongkorn University), Mansour Nagib Elhemri 

15 Postgraduate Conference and Workshop, Oct. 17-19, 2013, Bangkok, "CI engine fueled with waste cooking oil synthetic diesel", Kanit Wattanavichien, Nguyen Viet Thanh (Chulalongkorn University) 

16 石油学会第43回石油・石油化学討論会、北九州(H25年11月14~16日)、○谷 春樹、村上弥生、朝見賢二、藤元 薫(北九州市立大学)、「油脂の接触分解におけるワックス生成とその低減についての検討」 

17 石油学会第43回石油・石油化学討論会、北九州(H25年11月14~16日)、○村上 弥生、谷 春樹、朝見賢二、藤元 薫(北九州市立大学)、「接触分解によるバイオディーゼル製造技術における触媒開発」 

18 The Seventh Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT7), 2014/6/1-6, Kyoto, “Production of Hydrocarbons of Diesel Fraction from Oils and Fats through the Decarboxylation over Solid Base Catalysts”, Haruki Tani, Yayoi Murakami, Kenji Asami, Kaoru Fujimoto (The University of Kitakyushu)

19 第23回日本エネルギー学会大会、福岡(H26年7月19-20日)、○村上弥生、谷 春樹、朝見 賢二、藤元 薫(北九州市立大学)、「接触分解によるバイオディーゼル製造技術の改良」 

20 第23回日本エネルギー学会大会、福岡(H26年7月19-20日)、○八木田浩史(日本工業大学)、山下将国(エティーサ研究所)、朝見 賢二、藤元 薫(北九州市立大学)、「HiBD法によるバイオディーゼル燃料製造のLCAに基づく環境側面の評価」 

21 ATRANS Young Researcher's Forum 2014, Aug. 22, 2014, Bangkok, "Effects of pyrolyzed waste cooking synthetic diesel fuels on performance of a multi-cylinder DI diesel engine", Kanit Wattanavichien, Prasobchok Pothikul, Teerawut Rakyhao (Chulalongkorn University): Best Paper Award

22 セミナー「新世代バイオディーゼル燃料「HiBD」の実用化に向けて~SATREPS事業の取り組みとこれまでの成果~」福岡(H26年10月8日)、○八木田浩史(日本工業大学)、「HiBDのLCA解析とコスト分析による事業化への展望」

23 セミナー「新世代バイオディーゼル燃料「HiBD」の実用化に向けて~SATREPS事業の取り組みとこれまでの成果~」福岡(H26年10月8日)、○藤元薫、○谷春樹「SATREPS事業の紹介と日本での事業展開可能性について」

24 RCMME 2014, Oct. 9-10, 2014, Hanoi/Vietnam, "Effect of pyrolyzed waste cooking diesel on performance and combustion of a multi-cylinder engine"
Kanit Wattanavichien, Prasobchok Pothikul, Teerawut Rakyhao (Chulalongkorn University)

25 石油学会第44回石油・石油化学討論会、旭川(H26年10月16~17日)、○村上弥生、谷春樹、朝見賢二、藤元 薫(北九州市立大学)、R. Prasert、T. Vitidsant (Chulalongkorn Univ.)、「パイロットプラントによる新バイオディーゼル(HiBD)の製造」

26 石油学会第44回石油・石油化学討論会、旭川(H26年10月16~17日)、○久保山弘規、村上弥生、谷 春樹、朝見賢二、藤元 薫(北九州市立大学)、「吸着剤処理によるHiBD油の品質向上」

27 第10回バイオマス科学会議、つくば(H27年1月14~15日)、○久保山弘規、村上弥生、谷 春樹、朝見賢二、藤元 薫(北九州市立大学)、「新バイオディーゼル燃料(HiBD)の色調改善とその評価法の開発」

ポスター発表  (国内会議  1件、国際会議  10件)

1 日本エネルギー学会 第7回バイオマス科学会議、盛岡(H23年1月18〜19日)、○長谷川 毅、谷 春樹、朝見 賢二、藤元 薫(北九州市立大学)、「Carbon触媒を用いた油脂の接触分解」

2 7th International Symposium on Acid-Base Catalysis(ABC-7), 2013/5/12-15, Tokyo, Title: Production of Hydrocarbons of Diesel Fraction from Oils and Fats through the Decarboxylation over Solid Base Catalyst, H Tani, Y. Murakami, K. Asami, K. Fujimoto

3 7th International Symposium on Acid-Base Catalysis(ABC-7), 2013/5/12-15, Tokyo,
Title: Development of Hydrolysis catalyst for Diesel Fraction Hydrocarbon Production from Oils and Fats Using Decarboxylation Reaction, Y. Murakami, H Tani, K. Asami, K. Fujimoto

4 10th Biomass-Asia Workshop, 2013/8/5-6, Bangkok Title: Combined System for the Total Utilization of Palm Resources -Production of High Quality Diesel Fuel and Clean Home Fuel-, Kaoru Fujimoto, Tomoko Ogi, Tharapong Vitidsant

5 The 5th Research Symposium on Petrochemical and Materials Technology and The 20th PPC Symposium on Petroleum, Petrochemicals, and Polymers, 2014/4/22, Bangkok, "CONTINUOUS PYROLYSIS OF CRUDE PALM OIL TO LIQUID FUELS ON DOLOMITE CATALYST", Jaru Natakaranakul, Tharapong Vitidsant (Chulalongkorn University)

6 The 5th Research Symposium on Petrochemical and Materials Technology and The 20th PPC Symposium on Petroleum, Petrochemicals, and Polymers, 2014/4/22, Bangkok, "PYROLYSIS OF WASTE OIL FROM EMPTY FRUIT BUNCH TO LIQUID BIOFUELS ON MAGNESIUM OXIDE AND ACTIVATED CARBON", Yada Palakawong Na Ayuddhaya, Tharapong Vitidsant (Chulalongkorn University)

7 The 5th Research Symposium on Petrochemical and Materials Technology and The 20th PPC Symposium on Petroleum, Petrochemicals, and Polymers, 2014/4/22, Bangkok, "EFFECTS OF DOLOMITE CALCINATION ON USED COOKING OIL PYROLYSIS", Chatthita Oichai, Prasert Reubroycharoen, Tharapong Vitidsan (Chulalongkorn University)

8  The Seventh Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT7), 2014/6/1-6, Kyoto, “Development of Hydrolysis Catalyst for The Production of Diesel Fraction Hydrocarbon from Oils and Fats”, Yayoi Murakami, Haruki Tani, Kenji Asami, Kaoru Fujimoto (The University of Kitakyushu)

9 The Grand Renewable Energy 2014, 2014/7/27-8/1, Tokyo, “CI ENGINE FUELED WITH WASTE COOKING OIL HiBD FUEL”, Kanit Wattanavichien, Viet Thanh Nguyen, Tharapong Vitidsant (Chulalongkorn University), Kaoru Fujimoto (The University of Kitakyushu)

10  The Grand Renewable Energy 2014, 2014/7/27-8/1, Tokyo, ”DEVEROPMENT OF CATALYTIC CRACKING DECARBOXYLATION PROCESS OF WASTE COOKING OIL FOR NEW BIO-DIESEL (HiBD) PRODUCTION”, Haruki Tani, Yayoi Murakami, Kenji Asami, Kaoru Fujimoto (The University of Kitakyushu), Prasert Reabroycharoen, Kanit Wattanavichien, Tharapong Vitidsant (Chulalongkorn University)

11 2nd Asian Conference on Biomass Science, 2015/1/13, Tsukuba, “Development of heterogeneous basic catalyst supported on silica for the synthesis of HiBD from waste cooking oil”, Paweesuda Natewong, Yayoi Murakami, Haruki Tani, Kenji Asami (The University of Kitakyushu)

論文

Haruki Tani, Makoto Shimouchi, Hiroyuki Haga, Kaoru Fujimoto, Development of Direct Production Process of Diesel Fuel from Vegetable oils, Journal of the Japan Institute of Energy, 90, 466-470 (2011)

H. Tani, T. Hasegawa, M. Shimouchi, K. Asami, K. Fujimoto, Selective Catalytic Decarboxy-Cracking of Triglyceride to Middle Distillate Hydrocarbon, Catalysis Today, 164 (2011) 410-414


投稿中
Asami,, K.; Komatsu, Y.; Ono, K.; Hasegawa, T.; Murakami, Y.; Tani, H.; Fujimoto, K., J. Jpm. Petrol. Inst., submitted.

Natewong, P.; Murakami, Y.; Tani, H.; Asami, K., J.Jpan. Inst.Energy, submitted.

Murakami, Y.; Tani, H.; Asami, K.; Fujimoto, K., J.Jpan. Inst.Energy, submitted.