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
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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
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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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