固形燃料及びその製造方法
【課題】 バイオディーゼル燃料を製造する際に発生する副産物、バイオディーゼル燃料の製造原料から油脂を搾油した後の油糧植物残渣を有効利用した固形燃料を得る。バイオマスを利用し、例えば火力発電事業等において利用することのできる高カロリーな固形燃料を得る。
【解決手段】本発明の固形燃料は、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステル少なくともいずれかをとバイオマスとを少なくとも含むものとし、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステル少なくともいずれかをとバイオマスとを混合した後、圧縮成形して得られるものとした。また、バイオディーゼル燃料を製造する際に発生する副産物であるグリセリン、グリセリンを含む脂肪酸アルキルエステル、並びにグリセリン及び油脂を含む脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかを用いることが好ましい。さらに、バイオマスとして、搾油後の油糧植物残渣を用いることが好ましい。
【解決手段】本発明の固形燃料は、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステル少なくともいずれかをとバイオマスとを少なくとも含むものとし、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステル少なくともいずれかをとバイオマスとを混合した後、圧縮成形して得られるものとした。また、バイオディーゼル燃料を製造する際に発生する副産物であるグリセリン、グリセリンを含む脂肪酸アルキルエステル、並びにグリセリン及び油脂を含む脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかを用いることが好ましい。さらに、バイオマスとして、搾油後の油糧植物残渣を用いることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固形燃料及びその製造方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、バイオマスを利用した固形燃料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素排出量の増加に伴う地球温暖化が深刻な問題となっていることから、二酸化炭素排出量の削減が重要な課題として位置づけられている。また、電気事業者による新エネルギー等の利用に関する特別措置法であるＲＰＳ法が施行されたことから、バイオマスをエネルギー源として利用するニーズが急速に高まっている。
【０００３】
多種多様なバイオマスをエネルギー源として利用する技術として、バイオマスから液体燃料であるバイオディーゼル燃料（以下、ＢＤＦと呼ぶこともある）を製造する技術が特に注目されている。ＢＤＦは植物性油脂や動物性油脂（トリグリセリド等）をエステル化させる（エステル交換反応）ことにより得られる脂肪酸アルキルエステルであり、脂肪酸メチルエステルを主体とするものが一般的である。ＢＤＦは石油代替燃料としての経済的価値が非常に高く、近年、ＢＤＦの製造技術に関する研究が各種進められている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、油脂とアルコールをアルカリ触媒存在下でエステル交換反応させることにより脂肪酸メチルエステルを生成させる工程を含むＢＤＦの製造方法が開示されている。具体的には、パーム油、パーム核油、パーム油製品及びパーム核油製品から選ばれる少なくとも一種を、全混合物に対して、０．２５〜１質量％の、水酸化ナトリウム、ナトリウムメトキシド及び水酸化カリウムから選ばれる少なくとも一種のアルカリ触媒の存在下で、４５分〜１時間、６０〜６５℃ の温度で、メタノール及びエタノールの少なくともいずれかのアルコールでエステル化することにより、ＢＤＦを製造するようにしている。
【０００５】
ここで、アルカリ触媒などを使用してエステル化反応を行うと、アルカリ触媒の最終的な除去処理が困難であり、ＢＤＦとして使用するまでには膨大なコストがかかる。そこで、特許文献２では、アルカリ触媒を用いることなく、超臨界流体技術を応用してＢＤＦを製造する方法が提案されている。具体的には、油脂にアルコール成分を混合し、加圧及び加熱して該アルコールの超臨界状態で且つ水が液体である亜臨界水状態としてエステル化反応を行い、次いで該アルコールの超臨界状態で、且つ水がドライスチーム状態となる条件で反応させることにより、ＢＤＦを製造するようにしている。
【０００６】
また、特許文献３では、アルカリ触媒を用いることなく、酵素（リパーゼ）を利用してＢＤＦを製造する方法が提案されている。具体的には、油脂とアルコールの存在下、リパーゼを用いて一段階でエステル化反応を行うことによりＢＤＦを製造するようにしている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３５９７６６号
【特許文献２】特開２００５−３５０６２８号
【特許文献３】特開２００２−２３３３９３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ＢＤＦを製造する際には、脂肪酸アルキルエステルと同時に、副産物も発生する。即ち、油脂とアルコールとを反応させてエステル化すると、脂肪酸アルキルエステルと同時に、副産物としてグリセリンが発生する。また、副産物として、低純度の脂肪酸アルキルエステル、即ち、不純物を規定量以上含むことからＢＤＦとして利用できない脂肪酸アルキルエステルも発生する。これらの副産物は用途が少なく、しかも水質汚染等の原因となることから、未処理のまま廃棄することができず、その処理に苦慮していた。
【０００９】
また、ＢＤＦの原料となる油脂を搾油した後の油糧植物残渣についても、その嵩の大きさから、ハンドリング性、貯蔵性及び輸送コストの面で問題があり、有効利用するための方法が確立されていないのが現状である。
【００１０】
さらに、二酸化炭素排出量を削減すべく、バイオマスの利用の拡大を図る上では、化石燃料をエネルギー源として利用している施設等においても、バイオマスを利用した燃料の利用を検討していく必要がある。例えば、火力発電事業等においても、化石燃料である石炭に代えて、バイオマスを利用したエネルギー源を利用することが考えられる。しかしながら、火力発電事業等において利用可能な程高カロリーなバイオマス燃料は現在のところ存在していない。
【００１１】
本発明は、ＢＤＦを製造する際に発生する副産物や、ＢＤＦの製造原料から油脂を搾油した後の油糧植物残渣を有効利用した固形燃料を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、バイオマスを利用し、例えば火力発電事業等において利用することのできる高カロリーな固形燃料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる課題を解決するため、本願発明者等が鋭意検討を行った。その結果、搾油後の油糧植物残渣に、ＢＤＦ製造時に発生する副産物であるグリセリンを混合し、圧縮成形してペレット状の固形燃料とすることで、搾油後の油糧植物残渣の嵩を小さくして、ハンドリング性、貯蔵性及び輸送コストの問題を解決できることを知見した。また、搾油後の油糧植物残渣にグリセリンを混合することによって、固形燃料のカロリー及び燃焼性が高められることを知見した。さらに、搾油後の油糧植物残渣にグリセリンを混合することによって、固形燃料中で微生物が繁殖するのを抑えて、固形燃料の品質の劣化を防止できることを知見した。また、グリセリンに代えて、油脂または脂肪酸アルキルエステルを利用した場合にも、同様の効果を奏することを知見した。これらの知見に基づき、バイオマスを利用した新たな固形燃料を提供できることを知見し、本願発明に至った。
【００１４】
かかる知見に基づく本発明の固形燃料は、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかとバイオマスとを少なくとも含むものである。
【００１５】
また、かかる知見に基づく本発明の固形燃料の製造方法は、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかとバイオマスとを混合した後、圧縮成形するようにしている。
【００１６】
さらに、かかる知見に基づく本発明の固形燃料の製造方法は、バイオマスを圧縮成形した後、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかを浸透させるようにしている。
【００１７】
したがって、本発明の固形燃料及び固形燃料の製造方法によると、バイオマスの嵩を小さくして、ハンドリング性、貯蔵性及び輸送性を良好なものとすることができる。また、グリセリン、油脂または脂肪酸アルキルエステルの作用によって、高カロリー且つ高燃焼性を有する固形燃料となる。さらに、グリセリン、油脂または脂肪酸アルキルエステルの作用によって、微生物の繁殖が抑えられ、品質が劣化し難い固形燃料となる。
【００１８】
また、本発明の固形燃料の製造方法は、バイオディーゼル燃料を製造する際に発生する副産物であるグリセリン、グリセリンを含む脂肪酸アルキルエステル、並びにグリセリン及び油脂を含む脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかとバイオマスとを混合した後、圧縮成形するようにしている。
【００１９】
さらに、本発明の固形燃料の製造方法は、バイオマスを圧縮成形した後、バイオディーゼル燃料を製造する際に発生する副産物であるグリセリン、グリセリンを含む脂肪酸アルキルエステル、並びにグリセリン及び油脂を含む脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかを浸透させるようにしている。
【００２０】
ここで、本発明の固形燃料およびその製造方法において、バイオマスとして、搾油後の油糧植物残渣を利用することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
以上、本発明によれば、バイオマスの嵩を小さくして、ハンドリング性、貯蔵性及び輸送性の良好な固形燃料とすることができる。また、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかを混合するようにしているので、高カロリー且つ高燃焼性を有する固形燃料を得ることができる。さらに、グリセリン、油脂または脂肪酸アルキルエステルの作用によって、微生物の繁殖が抑えられ、品質が劣化し難い固形燃料を得ることができる。
【００２２】
しかも、本発明によれば、ＢＤＦの製造過程において発生する副産物や、搾油後の油糧植物残渣といった従来処分に苦慮していたものを原料として有効利用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
本発明の固形燃料は、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかとバイオマスとを少なくとも含むものである。
【００２５】
そして、本発明の固形燃料は、図１に示すように、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかとバイオマスとを混合（Ｓ１）した後、圧縮成形（Ｓ２）することにより製造されるものである。
【００２６】
グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルは、工業的に製造されたものを用いてもよいし、工業的製造過程において副産物として発生する廃棄物を用いてもよい。また、生産過剰による余剰分を用いるようにしてもよい。尚、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルは、それぞれ単独で用いてもよいし、これらを混合した混合物として用いてもよい。また、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルには、製造される固形燃料のカロリー等を大幅に低下しない範囲で不純物を含むものとしてもよい。
【００２７】
ここで、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルとして、ＢＤＦを製造する際に発生するグリセリン、グリセリンを含む脂肪酸アルキルエステル、グリセリン及び油脂を含む脂肪酸アルキルエステルを用いることが好ましい。
【００２８】
ＢＤＦは、油脂（トリグリセリド）とアルコール（例えばメタノール）とをエステル交換反応させることで得られる脂肪酸アルキルエステル（主成分を脂肪酸メチルエステルとする脂肪酸アルキルエステル）である。一般に、ＢＤＦを製造する際に生成される反応液は、三層に分離し、最上層が高純度の脂肪酸アルキルエステル、最下層がグリセリン、最上層と最下層との間の境界層が低品質油となる。つまり、ＢＤＦを製造すると、副産物としてグリセリンと低品質油が発生する。
【００２９】
副産物として発生するグリセリンは用途が少なく、しかも水質汚染の原因となることから、未処理のままでは廃棄することができない。
【００３０】
また、副産物として発生する低品質油は、脂肪酸アルキルエステル（エステル交換反応を行う際のアルコールとしてメタノールを用いた場合には、脂肪酸メチルエステルが主体となる）を主成分としているものの、グリセリンが含まれており、場合によっては未反応の油脂や、アルカリ等が含まれていることから、ＢＤＦとしては使用することはできない。また、他の用途も殆ど無く、グリセリンと同様、水質汚染の原因となることから、未処理のままでは廃棄することができない。
【００３１】
本発明では、ＢＤＦの製造過程において発生するこれらの副産物を固形燃料の原料として用いることによって、処分に苦慮していたこれら副産物の有効利用を図ることが可能になる。
【００３２】
ここで、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルのカロリーはバイオマスのカロリーよりも高い。したがって、グリセリン、油脂または脂肪酸アルキルエステルを固形燃料に混合することによって、バイオマスのみで製造した固形燃料と比較してカロリーを向上させることができ、燃焼性も高めることができる。また、固形燃料中での微生物の繁殖を抑えて、品質の劣化を防ぐことができる。即ち、微生物の作用による発酵に起因する固形燃料のカロリー低下が抑えられる。
【００３３】
次に、本発明において用いられるバイオマスとしては、搾油後の油糧植物残渣を用いることが好ましい。搾油後の油糧植物残渣は、その嵩の大きさから、ハンドリング性、貯蔵性及び輸送コストの面で問題があり、その有効利用方法が確立されていなかったものである。本発明の固形燃料及びその製造方法によれば、搾油後の油糧植物残渣の嵩を小さくして、ハンドリング性、貯蔵性及び輸送性を良好なものとすることができ、固形燃料の原料として有効利用を図ることができる。
【００３４】
油糧植物としては、その種子や子実から搾油してＢＤＦの製造原料に用いることのできるものが挙げられる。具体的には、アブラヤシ、オニトゲココヤシ、ペクイ、サフォウノキ、オオミテングヤシ、オイチシカ、ナンキンハゼ、ココヤシ、アボカド、ブラジルナッツノキ、マカダミアナッツ、ククイノキ、ナンヨウアブラギリ、パパスヤシ、ホホバ、ピーカンナッツ、クラブウッド、パクリ、トウゴマ、カントンアブラギリ、ホルトソウ、ブラジルゾウゲヤシ、オリーブ、セイヨウアブラナ、ケシ、ハゼノキ、ペルシャグルミ、ラッカセイ、カカオ、ヒマワリ、オクラ、シナアブラギリ、アビシニアガラシ、カラシナ、イネ、アーモンド、バッファローゴート、ベニバナ、オイスターナッツ、クランベ、ゴマ、インドセンダン、チョウセンアザミ、アマナズナ、シロガラシ、エゴマ、コリアンダー、ペオカボチャ、クロガラシ、トンカマメ、オイルシードラディッシュ、セイヨウハシバミ、ハズノキ、アマ、コーヒー、ダイズ、アブラギリ、メドウフォーム、アサ、ワタ、ルリギク、ペクイア、キバナスズシロ、キンセンカ、レスケレラ、ニガーシード、ケナフ、パラゴムノキ、ピスタチオ、キノア、シロバナルービン、コロハ、ヒユ、エンバク、ルリジサ、イノンド、ヤブツバキ、カシューナッツノキ、トウモロコシ、クズイモ、ヒヨコマメ、ウイキョウ及びアルファルファ等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３５】
但し、本発明において用いられるバイオマスは、上記のものには限定されない。例えば、未利用バイオマスである林地残材等の木質系バイオマス、稲藁や籾殻等の繊維質系バイオマスを用いるようにしてもよい。また、バイオエタノール燃料製造後のバイオマス残渣を用いるようにしてもよい。さらに、下水汚泥等を用いるようにしてもよいし、生ゴミ等の廃棄物を用いるようにしてもよい。即ち、燃料として利用可能な固体のバイオマスを各種用いることができる。
【００３６】
グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかとバイオマスとを混合する工程（Ｓ１）において、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルは室温で液体であることから、そのまま固形燃料の製造に供することができる。一方、バイオマスについては、含水率を十分に低下させ、且つ圧縮成形した際に固形燃料の密度が十分に高まるように、例えば粉砕等の加工を適宜行ってから固体燃料の製造に供することが好ましい。含水率が高いバイオマスをそのまま使用すると、固形燃料の加工性が阻害される。また、圧縮成形した際に固形燃料の密度が十分に高まるようにしないと、固体燃料の単位容積当たりのカロリーを十分に高めることができない。但し、バイオマスの含水率低下処理と、粉砕等の加工処理とは必須の工程ではない。例えば、含水率が低く、且つ圧縮成形した際に固形燃料の密度が十分に高まる形態のバイオマスであれば、そのまま用いるようにしてもよい。
【００３７】
グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルとバイオマスとの混合比は、固形燃料として必要とされるカロリーに応じて適宜決定される。即ち、固形燃料中のグリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの含有率を高める程、固形燃料のカロリーは向上する。逆に固形燃料中のグリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの含有率を低下させる程、固形燃料のカロリーは低下する。ここで、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルのバイオマスのカロリーは既知であることから、この既知のデータに基づき、固形燃料中のグリセリン及び低品質油とバイオマスとの混合比を変化させることで、必要とされるカロリーを有する固形燃料を得ることができる。
【００３８】
例えば、搾油後の油糧植物残渣のカロリーは、４０００〜５０００ｋｃａｌ／ｋｇであり、グリセリンは９０００Ｋｃａｌ／ｋｇである。したがって、搾油後の油糧植物残渣とグリセリンを当量混合すると、７０００ｋｃａｌ／ｋｇ程度の固形燃料が得られ、石炭に匹敵するカロリーを有する固形燃料となる。
【００３９】
但し、固形燃料中のグリセリンの含有率を高めすぎると、固形燃料の成形性に影響を及ぼす可能性があるので、固形燃料の成形性に影響を与えない範囲でグリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの含有率を適宜決定する。
【００４０】
グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステル少なくともいずれかとバイオマスとは、例えばミキサー等により混合するようにしてもよいし、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステル少なくともいずれかに浸漬した後、バイオマスを取り出すことにより、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステル少なくともいずれかをバイオマスに含浸するようにしてもよい。
【００４１】
次に、圧縮成形する工程（Ｓ２）では、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステル少なくともいずれかをの少なくともいずれかとバイオマスとの混合物を所定の型枠に収容し、圧縮して例えばペレット状の固形燃料とする。圧縮成形することによって、固形燃料の密度が高まり、単位容積当たりのカロリーが向上して、高カロリーな固形燃料が得やすくなる。
【００４２】
以上の工程により得られる本発明の固形燃料は、ハンドリング性、貯蔵性及び輸送性が良好なものとなる。また、グリセリングリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかを混合し、圧縮成形することによって、高カロリー且つ燃焼性の高い固形燃料とすることができる。さらに、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステル少なくともいずれかを混合することによって、固形燃料中での微生物の繁殖を抑えることができる。したがって、微生物による発酵作用による固形燃料の劣化（例えばカロリー低下）を抑えることができる。
【００４３】
尚、本発明の固形燃料の製造方法は、上記の方法には限定されない。例えば、バイオマスを圧縮成形して固形化した後、これにグリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかを浸透させるようにしてもよい。グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルを浸透させる方法は、特に限定されないが、例えば、固形化したバイオマスを密閉容器に入れて真空状態とすることにより、固形燃料の空隙を真空と下した後、これにグリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかを接触させて、空隙内まで浸透させることが好ましい。
【００４４】
本発明の固形燃料は、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかが混合されてカロリー及び燃焼性が高められているので、火力発電事業における使用は勿論のこと、各種工場内の自家燃料として使用することもできる。また、家庭用のペレットストーブ用の燃料としても使用することができる。
【００４５】
また、本発明によれば、バイオマスの利用拡大を促進できるのは勿論のこと、従来処分に苦慮していたＢＤＦ製造時の副産物であるグリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステル少なくともいずれかを、さらにはＢＤＦ製造原料である油脂を搾油した後の油糧植物残渣を有効利用することができ、資源を無駄なく利用することが可能となる。
【００４６】
さらに、本発明によれば、プランテーションによるバイオマスエネルギーの生産技術と組み合わせることで、非常に優れたバイオ燃料の生産システムを構成することができる。即ち、プランテーションで栽培された油糧植物等のバイオマスから油脂を取り出し、この油脂を原料としてＢＤＦを製造する。一方、搾油後の油糧植物残渣と、ＢＤＦ製造時に発生した副産物であるグリセリン及び低品質油とを固形燃料の製造に用いる。これにより、残渣や副産物まで全て利用することのできる無駄のない燃料製造システムを構成することができる。しかも、本発明の固形燃料は、嵩が小さく、ハンドリング性、貯蔵性及び輸送性に優れることから、プランテーション作物の生産現場で固形燃料を製造したとしても、効率よく輸送することができる。さらに、本発明の固形燃料は微生物の繁殖が抑えられることから、輸送中や貯蔵中に品質が劣化し難い。このように、本発明は、プランテーションによるバイオマスエネルギーの生産技術と組み合わせることで、様々な利点を有するものである。
【００４７】
上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本発明の固形燃料は、カロリーと燃焼性を低下させない範囲で、バイオマス、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステル以外の物質を含むようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の固形燃料の製造工程概略図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は固形燃料及びその製造方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、バイオマスを利用した固形燃料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素排出量の増加に伴う地球温暖化が深刻な問題となっていることから、二酸化炭素排出量の削減が重要な課題として位置づけられている。また、電気事業者による新エネルギー等の利用に関する特別措置法であるＲＰＳ法が施行されたことから、バイオマスをエネルギー源として利用するニーズが急速に高まっている。
【０００３】
多種多様なバイオマスをエネルギー源として利用する技術として、バイオマスから液体燃料であるバイオディーゼル燃料（以下、ＢＤＦと呼ぶこともある）を製造する技術が特に注目されている。ＢＤＦは植物性油脂や動物性油脂（トリグリセリド等）をエステル化させる（エステル交換反応）ことにより得られる脂肪酸アルキルエステルであり、脂肪酸メチルエステルを主体とするものが一般的である。ＢＤＦは石油代替燃料としての経済的価値が非常に高く、近年、ＢＤＦの製造技術に関する研究が各種進められている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、油脂とアルコールをアルカリ触媒存在下でエステル交換反応させることにより脂肪酸メチルエステルを生成させる工程を含むＢＤＦの製造方法が開示されている。具体的には、パーム油、パーム核油、パーム油製品及びパーム核油製品から選ばれる少なくとも一種を、全混合物に対して、０．２５〜１質量％の、水酸化ナトリウム、ナトリウムメトキシド及び水酸化カリウムから選ばれる少なくとも一種のアルカリ触媒の存在下で、４５分〜１時間、６０〜６５℃ の温度で、メタノール及びエタノールの少なくともいずれかのアルコールでエステル化することにより、ＢＤＦを製造するようにしている。
【０００５】
ここで、アルカリ触媒などを使用してエステル化反応を行うと、アルカリ触媒の最終的な除去処理が困難であり、ＢＤＦとして使用するまでには膨大なコストがかかる。そこで、特許文献２では、アルカリ触媒を用いることなく、超臨界流体技術を応用してＢＤＦを製造する方法が提案されている。具体的には、油脂にアルコール成分を混合し、加圧及び加熱して該アルコールの超臨界状態で且つ水が液体である亜臨界水状態としてエステル化反応を行い、次いで該アルコールの超臨界状態で、且つ水がドライスチーム状態となる条件で反応させることにより、ＢＤＦを製造するようにしている。
【０００６】
また、特許文献３では、アルカリ触媒を用いることなく、酵素（リパーゼ）を利用してＢＤＦを製造する方法が提案されている。具体的には、油脂とアルコールの存在下、リパーゼを用いて一段階でエステル化反応を行うことによりＢＤＦを製造するようにしている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３５９７６６号
【特許文献２】特開２００５−３５０６２８号
【特許文献３】特開２００２−２３３３９３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ＢＤＦを製造する際には、脂肪酸アルキルエステルと同時に、副産物も発生する。即ち、油脂とアルコールとを反応させてエステル化すると、脂肪酸アルキルエステルと同時に、副産物としてグリセリンが発生する。また、副産物として、低純度の脂肪酸アルキルエステル、即ち、不純物を規定量以上含むことからＢＤＦとして利用できない脂肪酸アルキルエステルも発生する。これらの副産物は用途が少なく、しかも水質汚染等の原因となることから、未処理のまま廃棄することができず、その処理に苦慮していた。
【０００９】
また、ＢＤＦの原料となる油脂を搾油した後の油糧植物残渣についても、その嵩の大きさから、ハンドリング性、貯蔵性及び輸送コストの面で問題があり、有効利用するための方法が確立されていないのが現状である。
【００１０】
さらに、二酸化炭素排出量を削減すべく、バイオマスの利用の拡大を図る上では、化石燃料をエネルギー源として利用している施設等においても、バイオマスを利用した燃料の利用を検討していく必要がある。例えば、火力発電事業等においても、化石燃料である石炭に代えて、バイオマスを利用したエネルギー源を利用することが考えられる。しかしながら、火力発電事業等において利用可能な程高カロリーなバイオマス燃料は現在のところ存在していない。
【００１１】
本発明は、ＢＤＦを製造する際に発生する副産物や、ＢＤＦの製造原料から油脂を搾油した後の油糧植物残渣を有効利用した固形燃料を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、バイオマスを利用し、例えば火力発電事業等において利用することのできる高カロリーな固形燃料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる課題を解決するため、本願発明者等が鋭意検討を行った。その結果、搾油後の油糧植物残渣に、ＢＤＦ製造時に発生する副産物であるグリセリンを混合し、圧縮成形してペレット状の固形燃料とすることで、搾油後の油糧植物残渣の嵩を小さくして、ハンドリング性、貯蔵性及び輸送コストの問題を解決できることを知見した。また、搾油後の油糧植物残渣にグリセリンを混合することによって、固形燃料のカロリー及び燃焼性が高められることを知見した。さらに、搾油後の油糧植物残渣にグリセリンを混合することによって、固形燃料中で微生物が繁殖するのを抑えて、固形燃料の品質の劣化を防止できることを知見した。また、グリセリンに代えて、油脂または脂肪酸アルキルエステルを利用した場合にも、同様の効果を奏することを知見した。これらの知見に基づき、バイオマスを利用した新たな固形燃料を提供できることを知見し、本願発明に至った。
【００１４】
かかる知見に基づく本発明の固形燃料は、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかとバイオマスとを少なくとも含むものである。
【００１５】
また、かかる知見に基づく本発明の固形燃料の製造方法は、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかとバイオマスとを混合した後、圧縮成形するようにしている。
【００１６】
さらに、かかる知見に基づく本発明の固形燃料の製造方法は、バイオマスを圧縮成形した後、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかを浸透させるようにしている。
【００１７】
したがって、本発明の固形燃料及び固形燃料の製造方法によると、バイオマスの嵩を小さくして、ハンドリング性、貯蔵性及び輸送性を良好なものとすることができる。また、グリセリン、油脂または脂肪酸アルキルエステルの作用によって、高カロリー且つ高燃焼性を有する固形燃料となる。さらに、グリセリン、油脂または脂肪酸アルキルエステルの作用によって、微生物の繁殖が抑えられ、品質が劣化し難い固形燃料となる。
【００１８】
また、本発明の固形燃料の製造方法は、バイオディーゼル燃料を製造する際に発生する副産物であるグリセリン、グリセリンを含む脂肪酸アルキルエステル、並びにグリセリン及び油脂を含む脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかとバイオマスとを混合した後、圧縮成形するようにしている。
【００１９】
さらに、本発明の固形燃料の製造方法は、バイオマスを圧縮成形した後、バイオディーゼル燃料を製造する際に発生する副産物であるグリセリン、グリセリンを含む脂肪酸アルキルエステル、並びにグリセリン及び油脂を含む脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかを浸透させるようにしている。
【００２０】
ここで、本発明の固形燃料およびその製造方法において、バイオマスとして、搾油後の油糧植物残渣を利用することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
以上、本発明によれば、バイオマスの嵩を小さくして、ハンドリング性、貯蔵性及び輸送性の良好な固形燃料とすることができる。また、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかを混合するようにしているので、高カロリー且つ高燃焼性を有する固形燃料を得ることができる。さらに、グリセリン、油脂または脂肪酸アルキルエステルの作用によって、微生物の繁殖が抑えられ、品質が劣化し難い固形燃料を得ることができる。
【００２２】
しかも、本発明によれば、ＢＤＦの製造過程において発生する副産物や、搾油後の油糧植物残渣といった従来処分に苦慮していたものを原料として有効利用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
本発明の固形燃料は、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかとバイオマスとを少なくとも含むものである。
【００２５】
そして、本発明の固形燃料は、図１に示すように、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかとバイオマスとを混合（Ｓ１）した後、圧縮成形（Ｓ２）することにより製造されるものである。
【００２６】
グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルは、工業的に製造されたものを用いてもよいし、工業的製造過程において副産物として発生する廃棄物を用いてもよい。また、生産過剰による余剰分を用いるようにしてもよい。尚、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルは、それぞれ単独で用いてもよいし、これらを混合した混合物として用いてもよい。また、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルには、製造される固形燃料のカロリー等を大幅に低下しない範囲で不純物を含むものとしてもよい。
【００２７】
ここで、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルとして、ＢＤＦを製造する際に発生するグリセリン、グリセリンを含む脂肪酸アルキルエステル、グリセリン及び油脂を含む脂肪酸アルキルエステルを用いることが好ましい。
【００２８】
ＢＤＦは、油脂（トリグリセリド）とアルコール（例えばメタノール）とをエステル交換反応させることで得られる脂肪酸アルキルエステル（主成分を脂肪酸メチルエステルとする脂肪酸アルキルエステル）である。一般に、ＢＤＦを製造する際に生成される反応液は、三層に分離し、最上層が高純度の脂肪酸アルキルエステル、最下層がグリセリン、最上層と最下層との間の境界層が低品質油となる。つまり、ＢＤＦを製造すると、副産物としてグリセリンと低品質油が発生する。
【００２９】
副産物として発生するグリセリンは用途が少なく、しかも水質汚染の原因となることから、未処理のままでは廃棄することができない。
【００３０】
また、副産物として発生する低品質油は、脂肪酸アルキルエステル（エステル交換反応を行う際のアルコールとしてメタノールを用いた場合には、脂肪酸メチルエステルが主体となる）を主成分としているものの、グリセリンが含まれており、場合によっては未反応の油脂や、アルカリ等が含まれていることから、ＢＤＦとしては使用することはできない。また、他の用途も殆ど無く、グリセリンと同様、水質汚染の原因となることから、未処理のままでは廃棄することができない。
【００３１】
本発明では、ＢＤＦの製造過程において発生するこれらの副産物を固形燃料の原料として用いることによって、処分に苦慮していたこれら副産物の有効利用を図ることが可能になる。
【００３２】
ここで、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルのカロリーはバイオマスのカロリーよりも高い。したがって、グリセリン、油脂または脂肪酸アルキルエステルを固形燃料に混合することによって、バイオマスのみで製造した固形燃料と比較してカロリーを向上させることができ、燃焼性も高めることができる。また、固形燃料中での微生物の繁殖を抑えて、品質の劣化を防ぐことができる。即ち、微生物の作用による発酵に起因する固形燃料のカロリー低下が抑えられる。
【００３３】
次に、本発明において用いられるバイオマスとしては、搾油後の油糧植物残渣を用いることが好ましい。搾油後の油糧植物残渣は、その嵩の大きさから、ハンドリング性、貯蔵性及び輸送コストの面で問題があり、その有効利用方法が確立されていなかったものである。本発明の固形燃料及びその製造方法によれば、搾油後の油糧植物残渣の嵩を小さくして、ハンドリング性、貯蔵性及び輸送性を良好なものとすることができ、固形燃料の原料として有効利用を図ることができる。
【００３４】
油糧植物としては、その種子や子実から搾油してＢＤＦの製造原料に用いることのできるものが挙げられる。具体的には、アブラヤシ、オニトゲココヤシ、ペクイ、サフォウノキ、オオミテングヤシ、オイチシカ、ナンキンハゼ、ココヤシ、アボカド、ブラジルナッツノキ、マカダミアナッツ、ククイノキ、ナンヨウアブラギリ、パパスヤシ、ホホバ、ピーカンナッツ、クラブウッド、パクリ、トウゴマ、カントンアブラギリ、ホルトソウ、ブラジルゾウゲヤシ、オリーブ、セイヨウアブラナ、ケシ、ハゼノキ、ペルシャグルミ、ラッカセイ、カカオ、ヒマワリ、オクラ、シナアブラギリ、アビシニアガラシ、カラシナ、イネ、アーモンド、バッファローゴート、ベニバナ、オイスターナッツ、クランベ、ゴマ、インドセンダン、チョウセンアザミ、アマナズナ、シロガラシ、エゴマ、コリアンダー、ペオカボチャ、クロガラシ、トンカマメ、オイルシードラディッシュ、セイヨウハシバミ、ハズノキ、アマ、コーヒー、ダイズ、アブラギリ、メドウフォーム、アサ、ワタ、ルリギク、ペクイア、キバナスズシロ、キンセンカ、レスケレラ、ニガーシード、ケナフ、パラゴムノキ、ピスタチオ、キノア、シロバナルービン、コロハ、ヒユ、エンバク、ルリジサ、イノンド、ヤブツバキ、カシューナッツノキ、トウモロコシ、クズイモ、ヒヨコマメ、ウイキョウ及びアルファルファ等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３５】
但し、本発明において用いられるバイオマスは、上記のものには限定されない。例えば、未利用バイオマスである林地残材等の木質系バイオマス、稲藁や籾殻等の繊維質系バイオマスを用いるようにしてもよい。また、バイオエタノール燃料製造後のバイオマス残渣を用いるようにしてもよい。さらに、下水汚泥等を用いるようにしてもよいし、生ゴミ等の廃棄物を用いるようにしてもよい。即ち、燃料として利用可能な固体のバイオマスを各種用いることができる。
【００３６】
グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかとバイオマスとを混合する工程（Ｓ１）において、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルは室温で液体であることから、そのまま固形燃料の製造に供することができる。一方、バイオマスについては、含水率を十分に低下させ、且つ圧縮成形した際に固形燃料の密度が十分に高まるように、例えば粉砕等の加工を適宜行ってから固体燃料の製造に供することが好ましい。含水率が高いバイオマスをそのまま使用すると、固形燃料の加工性が阻害される。また、圧縮成形した際に固形燃料の密度が十分に高まるようにしないと、固体燃料の単位容積当たりのカロリーを十分に高めることができない。但し、バイオマスの含水率低下処理と、粉砕等の加工処理とは必須の工程ではない。例えば、含水率が低く、且つ圧縮成形した際に固形燃料の密度が十分に高まる形態のバイオマスであれば、そのまま用いるようにしてもよい。
【００３７】
グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルとバイオマスとの混合比は、固形燃料として必要とされるカロリーに応じて適宜決定される。即ち、固形燃料中のグリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの含有率を高める程、固形燃料のカロリーは向上する。逆に固形燃料中のグリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの含有率を低下させる程、固形燃料のカロリーは低下する。ここで、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルのバイオマスのカロリーは既知であることから、この既知のデータに基づき、固形燃料中のグリセリン及び低品質油とバイオマスとの混合比を変化させることで、必要とされるカロリーを有する固形燃料を得ることができる。
【００３８】
例えば、搾油後の油糧植物残渣のカロリーは、４０００〜５０００ｋｃａｌ／ｋｇであり、グリセリンは９０００Ｋｃａｌ／ｋｇである。したがって、搾油後の油糧植物残渣とグリセリンを当量混合すると、７０００ｋｃａｌ／ｋｇ程度の固形燃料が得られ、石炭に匹敵するカロリーを有する固形燃料となる。
【００３９】
但し、固形燃料中のグリセリンの含有率を高めすぎると、固形燃料の成形性に影響を及ぼす可能性があるので、固形燃料の成形性に影響を与えない範囲でグリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの含有率を適宜決定する。
【００４０】
グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステル少なくともいずれかとバイオマスとは、例えばミキサー等により混合するようにしてもよいし、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステル少なくともいずれかに浸漬した後、バイオマスを取り出すことにより、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステル少なくともいずれかをバイオマスに含浸するようにしてもよい。
【００４１】
次に、圧縮成形する工程（Ｓ２）では、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステル少なくともいずれかをの少なくともいずれかとバイオマスとの混合物を所定の型枠に収容し、圧縮して例えばペレット状の固形燃料とする。圧縮成形することによって、固形燃料の密度が高まり、単位容積当たりのカロリーが向上して、高カロリーな固形燃料が得やすくなる。
【００４２】
以上の工程により得られる本発明の固形燃料は、ハンドリング性、貯蔵性及び輸送性が良好なものとなる。また、グリセリングリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかを混合し、圧縮成形することによって、高カロリー且つ燃焼性の高い固形燃料とすることができる。さらに、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステル少なくともいずれかを混合することによって、固形燃料中での微生物の繁殖を抑えることができる。したがって、微生物による発酵作用による固形燃料の劣化（例えばカロリー低下）を抑えることができる。
【００４３】
尚、本発明の固形燃料の製造方法は、上記の方法には限定されない。例えば、バイオマスを圧縮成形して固形化した後、これにグリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかを浸透させるようにしてもよい。グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルを浸透させる方法は、特に限定されないが、例えば、固形化したバイオマスを密閉容器に入れて真空状態とすることにより、固形燃料の空隙を真空と下した後、これにグリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかを接触させて、空隙内まで浸透させることが好ましい。
【００４４】
本発明の固形燃料は、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかが混合されてカロリー及び燃焼性が高められているので、火力発電事業における使用は勿論のこと、各種工場内の自家燃料として使用することもできる。また、家庭用のペレットストーブ用の燃料としても使用することができる。
【００４５】
また、本発明によれば、バイオマスの利用拡大を促進できるのは勿論のこと、従来処分に苦慮していたＢＤＦ製造時の副産物であるグリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステル少なくともいずれかを、さらにはＢＤＦ製造原料である油脂を搾油した後の油糧植物残渣を有効利用することができ、資源を無駄なく利用することが可能となる。
【００４６】
さらに、本発明によれば、プランテーションによるバイオマスエネルギーの生産技術と組み合わせることで、非常に優れたバイオ燃料の生産システムを構成することができる。即ち、プランテーションで栽培された油糧植物等のバイオマスから油脂を取り出し、この油脂を原料としてＢＤＦを製造する。一方、搾油後の油糧植物残渣と、ＢＤＦ製造時に発生した副産物であるグリセリン及び低品質油とを固形燃料の製造に用いる。これにより、残渣や副産物まで全て利用することのできる無駄のない燃料製造システムを構成することができる。しかも、本発明の固形燃料は、嵩が小さく、ハンドリング性、貯蔵性及び輸送性に優れることから、プランテーション作物の生産現場で固形燃料を製造したとしても、効率よく輸送することができる。さらに、本発明の固形燃料は微生物の繁殖が抑えられることから、輸送中や貯蔵中に品質が劣化し難い。このように、本発明は、プランテーションによるバイオマスエネルギーの生産技術と組み合わせることで、様々な利点を有するものである。
【００４７】
上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本発明の固形燃料は、カロリーと燃焼性を低下させない範囲で、バイオマス、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステル以外の物質を含むようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の固形燃料の製造工程概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかとバイオマスとを含むことを特徴とする固形燃料。
【請求項２】
前記バイオマスが搾油後の油糧植物残渣である請求項１に記載の固形燃料。
【請求項３】
グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかとバイオマスとを混合した後、圧縮成形することを特徴とする固形燃料の製造方法。
【請求項４】
バイオマスを圧縮成形した後、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかを浸透させることを特徴とする固形燃料の製造方法。
【請求項５】
バイオディーゼル燃料を製造する際に発生する副産物であるグリセリン、グリセリンを含む脂肪酸アルキルエステル、並びにグリセリン及び油脂を含む脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかとバイオマスとを混合した後、圧縮成形することを特徴とする固形燃料の製造方法。
【請求項６】
バイオマスを圧縮成形した後、バイオディーゼル燃料を製造する際に発生する副産物であるグリセリン、グリセリンを含む脂肪酸アルキルエステル、並びにグリセリン及び油脂を含む脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかを浸透させることを特徴とする固形燃料の製造方法。
【請求項７】
前記バイオマスとして、搾油後の油糧植物残渣を利用する請求項３〜６のいずれか一つに記載の固形燃料の製造方法。
【請求項１】
グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかとバイオマスとを含むことを特徴とする固形燃料。
【請求項２】
前記バイオマスが搾油後の油糧植物残渣である請求項１に記載の固形燃料。
【請求項３】
グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかとバイオマスとを混合した後、圧縮成形することを特徴とする固形燃料の製造方法。
【請求項４】
バイオマスを圧縮成形した後、グリセリン、油脂及び脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかを浸透させることを特徴とする固形燃料の製造方法。
【請求項５】
バイオディーゼル燃料を製造する際に発生する副産物であるグリセリン、グリセリンを含む脂肪酸アルキルエステル、並びにグリセリン及び油脂を含む脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかとバイオマスとを混合した後、圧縮成形することを特徴とする固形燃料の製造方法。
【請求項６】
バイオマスを圧縮成形した後、バイオディーゼル燃料を製造する際に発生する副産物であるグリセリン、グリセリンを含む脂肪酸アルキルエステル、並びにグリセリン及び油脂を含む脂肪酸アルキルエステルの少なくともいずれかを浸透させることを特徴とする固形燃料の製造方法。
【請求項７】
前記バイオマスとして、搾油後の油糧植物残渣を利用する請求項３〜６のいずれか一つに記載の固形燃料の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−６５１５４（Ｐ２０１０−６５１５４Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３３３５６（Ｐ２００８−２３３３５６）
【出願日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
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