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非食用系植物油脂の燃料化基礎技術の研究開発

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非食用系植物油脂の燃料化基礎技術の研究開発
研究レポート
非食用系植物油脂の燃料化基礎技術の研究開発
エネルギア総合研究所 バイオマス利用技術推進担当 内山 一郎
1
まえがき
カンボジアの農村部における電化率は低く,電化の
推進は喫緊の課題であり,未電化地区で利用可能なバ
イオマス発電技術が望まれている。
我々は,非食用系バイオマス資源を活用した発電技
術をカンボジアの研究機関であるカンボジア工科大学
(ITC)と,カンボジア国鉱工業エネルギー省(MIME)
と共同で研究開発を実施した。
平成21年度に送電能力20kW級のジャトロファ油
発電の試験装置を設置して行った実証試験および国内
で実施した搾油残渣ガス化試験の結果について報告す
る。
2
概 要
(1)長時間運転評価の実施
カンボジア産ジャトロファ油を燃料としたディーゼ
ルエンジンの運転特性,環境特性に関する試験データ
を採取しながら,カンボジア産ジャトロファ油(脱リ
ン処理およびろ過処理を実施)のみを燃料とした約
300時間のディーゼルエンジンの運転を実施し安定的
な発電が可能であることを確認した(図1)
。
(2)脱リン技術(目標除去率90%以上)の開発
ジャトロファ油にはリン成分が含有しており,燃料
噴射ノズルや燃焼室内における未燃炭素堆積の原因と
なることが知られている。また,燃料噴射ノズルの詰
まりは,燃焼室内での不完全燃焼を引き起こし未燃炭
素分の堆積を助長する。油中に含まれるリン濃度は栽
培土壌のリン濃度に左右されると考えられる。
そのため,カンボジアで利用可能な簡易な脱リン処
理技術の開発(図2)を行い,処理前のジャトロファ
油中のリン濃度に関係なく,ジャトロファ油中のリン
濃度を10ppm程度まで除去できることを確認した(図
3)
。脱リン処理後のジャトロファ油は,ディーゼルエ
ンジンの運転試験で使用し,順調な運転を確認してい
る。
また,ジャトロファ油中リン濃度を測定可能な簡易
リン測定方法を開発した。
写真1 パイロット試験装置外観
600
発電出力
(kW)
500
燃料温度
(℃)
排気温度
(℃)
【熱交換前】
排気温度
(℃)
【熱交換後】
燃料流量
(L/H)
400
300
2
O(%)
200
CO
(ppm)
NOx(ppm)
100
CO(%)
2
0
0
50
100
150
運転時間(h)
200
250
300
図1 長時間運転試験
Page 4
エネルギア総研レビュー No.23
非食用系植物油脂の燃料化基礎技術の研究開発
表1 排ガス中のホルボールエステル
50.0
100
90
80
40.0
70
30.0
50
60
40
20.0
30
20
10.0
0.0
リン除去率
[%]
油中リン濃度
[ppm
(mg-p/kg-oil)
]
リン濃度
リン除去率
10
処理前
5wt%H2O処理
10wt%H2O処理 15wt%H2O処理
Phorbol esters成分の
測定結果(合計値)※1
ジャトロファ種子(ジクロロメタン抽出)
1.52mg/g
搾油後ジャトロファ油(脱リン前)
4.73mg/g
脱リン後のジャトロファ油
4.40mg/g
フィルタープレス後のジャトロファ油
3.90mg/g
エンジン排出ガス No.1(入口側)
未検出※2
※1:TPA濃度に換算
※2:検出限界未満の0.0016mg/(エンジン排出ガス)L未満である
エンジン排出ガス118㎥/時間で運転した
(Jatropha精製油6.72L/時間,
排出ガスを1L/分で50分間,
40mLのメタノールで捕集して分析した)
図2 簡易脱リン処理方法のフロー
60.0
試料名
0
図3 脱リン処理結果
(3)未燃成分低減およびホルボールエステルの分解
特性の把握
カンボジア産ジャトロファ油を燃料としたディーゼ
ルエンジンの運転特性,環境特性に関する試験データ
を採取した。また,燃焼を改善するため,燃料の加温
による低粘度化,燃料噴射圧による燃焼調整を行った。
ジャトロファ油専焼運転中でのCO濃度は,当初の
木材やもみ殻原料のブリケットのガス化に比べ,冷
ガス効率は20ポイント程度低い値となった。一方で,
ジャトロファ残渣にもみ殻を混合して作ったブリケッ
ト(ジャトロファ残渣:もみ殻=4:6)のガス化では,
木材やもみ殻原料のブリケットのガス化と同等以上の
冷ガス効率となった。その理由として,ジャトロファ
残渣ブリケットが含有する油分やその成形状態等が影
響していると考えられる。現在,カンボジアに併設し
たガス化試験装置により,もみ殻混合比のほか,エンジ
ン混焼率・負荷率等を変化させた試験を実施中である。
開発目標500ppmを下回ることを確認した。また,燃
焼調整の結果,燃料噴射圧力を機器標準圧力の16%
upとすることで燃焼状態が改善(CO濃度が低下)さ
れることを確認した。これは,燃料噴射圧力を高めた
ことで,軽油に比べて粘度の高いジャトロファ油の燃
料噴射時の霧化・拡散状態が改善されたことによると
考える。
また,ジャトロファ油にはホルボールエステルを主
とした毒性物質が含まれており,パイロット試験装置
の運転でエンジン排ガス等を測定した結果,排ガス中
のホルボールエステルは検出されなかった(表1)
。
(4)搾油残渣等のガス化特性試験
ジャトロファ種子搾油残渣で作ったブリケットを原
料に,ダウンドラフト方式ガス化試験装置を用い,そ
のガス化特性を把握する国内試験を行った(写真2)
。
その結果,ジャトロファ残渣ブリケットのガス化では,
エネルギア総研レビュー No.23
写真2 ダウンドラフト方式ガス化試験装置
3
今後の展開
今後は発電システムの実用化を進めるため,イニ
シャルコスト,ランニングコストの削減など,本研究
協力事業の研究コンソーシアムをベースに検討を進め
る必要がある。
本研究は,新エネルギー・産業技術総合開発機構助
成事業の一環として行ったものであり,ここに記して
関係各位に感謝の意を表します。
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