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| タイトル： | 公開特許公報(A)_バイオマス燃料の製造方法 |
| 出願番号： | 2006262707 |
| 年次： | 2008 |
| IPC分類： | C10L 1/02,C10L 1/00,C10L 3/06,B09B 3/00,C12P 7/10,C12P 7/16 |
特許情報キャッシュ
三浦 由成 古永 剛治 安藤 滋 JP 2008081593 公開特許公報(A) 20080410 2006262707 20060927 バイオマス燃料の製造方法 株式会社安全技術研究所 506326198 新日本エコ・システム株式会社 503367701 土橋 博司 100080654 三浦 由成 古永 剛治 安藤 滋 C10L 1/02 20060101AFI20080314BHJP C10L 1/00 20060101ALI20080314BHJP C10L 3/06 20060101ALI20080314BHJP B09B 3/00 20060101ALI20080314BHJP C12P 7/10 20060101ALI20080314BHJP C12P 7/16 20060101ALI20080314BHJP JPC10L1/02C10L1/00C10L3/00 AB09B3/00 AC12P7/10C12P7/16 13 1 ＯＬ 11 4B064 4D004 4H013 4B064AC03 4B064AC04 4B064CA06 4B064CD24 4B064DA20 4D004AA03 4D004AA04 4D004AA12 4D004AC04 4D004BA03 4D004CA18 4D004CB21 4D004CC07 4D004DA02 4D004DA06 4H013AA01 4H013AA05 4H013BA01 4H013BA02この発明は、バイオマス燃料の製造方法に関するものであり、石油依存度の低下および地球温暖化対策、ＣＯ2の排出削減、大気汚染防止に高い効果を発揮するとともに、農林水産資源の余剰品を原料とする事も可能な、燃料食料の自給率向上に貢献する技術である。また、この発明は、バイオマス資源に限らず、石油由来のエタノールの改質方法、グリセリンおよび有機酸の改質をも可能としている。この発明は、バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、従来は廃棄されていたフーゼル油および残渣を燃料化することにより、原料から燃料への収率を高めるものである。フーゼル油とは、発酵法により作られたエタノールを分留して精製する際に高沸点の揮発性成分として得られる留分のことである。主成分は (S)-2-メチル-1-ブタノール、3-メチル-1-ブタノールといった炭素数5のアルコールであり、その他にプロパノール、ブタノール、2-メチル-1-プロパノール、1-ヘキサノールなどのアルコール、酢酸イソアミルのような酢酸エステル、ヘキサン酸エチル、オクタン酸エチル、デカン酸エチルといった中鎖脂肪酸のエチルエステルなどを含む。また、発酵に使用された原料によっては遊離の脂肪酸やフルフラールの誘導体やピラジン類などを含むことがある。残渣とは、バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際に発生する残渣のみならず、次のような残渣を含む。１）食品残渣 ａ．清酒製造時の精米時に搗精（磨き）により除去されたもの ｂ．ワイン製造時の絞りかす ｃ．大豆、菜種等の絞りかす ｄ．弁当屋、食堂などの調理かす ｅ．食品類の食べ残し（残飯） ｆ．畦草、土手草、間伐材など２）発酵残渣 焼酎・清酒・酢などを製造する際の発酵後に残ったかす（もろみ）以上の残渣の主成分はセルロースである。上記フーゼル油や残渣が今まで利用されてこなかった理由としては、次のような理由が挙げられる。ア． 美味しい食品（そのためのエタノール）を作ることしか研究されていない。イ． 企業は美味しい食品（そのためのエタノール）を作るためのコストしかかけない。ウ． 食品としての価値がないために、フーゼル油や残渣には誰も目を向けてこなかった。またこの発明は、従来のバイオマス燃料の課題であった、低オクタン価と吸湿性を解決するものである。残渣を複数回発酵させることにより、エタノール、ブタノール、オクタノール、ペンタノール等の複合アルコールを製造する。また、フーゼル油およびエタノール、ブタノール、オクタノール、ペンタノール等の複合アルコールを脱水縮合することにより、ジエチルエーテル、エチル・イソブチルエーテル、ジイソブチルエーテル等の複合エーテルを製造する。エーテル化することにより、吸湿性が無く、オクタン価の高い燃料とすることができ、これらを混合・調整することにより、任意のオクタン価の燃料が得られるようにするものである。この発明は、バイオディーゼル燃料を製造する際、これまで燃料への転換がなされていなかった副産物として生成するグリセリンを燃料化することにより、原料から燃料への収率を高めるものである。グリセリンをエタノール、プロパノール等と脱水縮合させ、トリエチルグリセリンエーテル等にエーテル化すると、燃料としての使用が可能となる。また、グリセリンを還元させることにより、プロパンガスを生成し燃料として使用することも可能となる。さらに、グリセリンを低級有機酸と脱水縮合することにより、エステル化し、燃料としての使用が可能となる。これは、発酵し過ぎた酒、ワイン、味噌などから、有機酸を回収して燃料化することを可能とする。勿論、一般的な有機酸である酢酸、リンゴ酸、コハク酸などの燃料化も可能とする。バイオエタノールを重合することにより、ジエチルエーテル等にエーテル化し、燃料として使用することが可能となる。また、エタノールを有機酸と脱水縮合することにより、エステル化し、燃料として使用することも可能となる。エーテル化、エステル化により、吸湿性が低下し取扱いが容易で、長期貯蔵が可能な燃料となり、またオクタン価が高まり、単体での使用が可能となる。さらに、沸点が高くなるので、蒸発ロスが無くなり、引火性がより低い安全性の高い燃料となる。この発明は、バイオエタノールのオクタン価を高めることにより、燃焼効率を高め燃費を向上させるとともに、混合使用だけでなく、単体で燃料として使用することを可能とし、高いＣＯ2の排出削減効果を発揮する。また吸湿性を低くすることにより、吸湿対策の設備投資を省き、従来の施設・流通体制での使用を可能とするものである。さらに、水分が分離してエンジン内部が腐食、性能が低下する恐れもなくなり、不完全燃焼も無くなるので、機関が長持ちするとともに、排気ガスもクリーンな燃料となる。上記、複合アルコール、複合エーテル、バイオディーゼル燃料、エステル燃料等を、任意に混合・調整することにより、一定のオクタン価の燃料を得ることができる。また、残渣の種類や製造場所によって、エーテル燃料、バイオディーゼル燃料およびエステル燃料のオクタン価は微妙に異なる。それらを混合し、任意のオクタン価に調整して使用することも可能とする。この発明は、バイオエタノール、バイオディーゼルなどのバイオマス資源に限らず、石油由来のエタノールの改質方法、グリセリンおよび有機酸の改質方法でもある。この発明により製造される燃料は、高オクタン価であり、単体で燃料としての使用が可能となるが、ガソリンおよびディーゼル燃料への混入使用もできる。これまでは、バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、フーゼル油および残渣は、燃料転換されずに廃棄されていた。これまで、バイオディーゼルを製造する際、副産物として生成するグリセリンは燃料転換されていなかった。また、今後バイオディーゼルの製造が増大すると見込まれている中、大量に副生されるグリセリンの活用方法が課題となっている。すなわち、現在、バイオマス燃料として注目されているバイオエタノールは、原料から燃料化する際、フーゼル油および残渣は廃棄され、収率が低い非効率な製造がされている。また、バイオエタノールは吸湿性が高いため、燃料として使用すると、水分が分離してエンジン内部が腐食、性能が低下する恐れがあり、不完全燃焼による排気ガスも噴出してしまう恐れがある。さらに、吸湿性を防止するためには専用のタンクが必要となり、流通体制（備蓄設備、輸送設備、給油設備、車両タンク等）を根本的に見直す必要が生じる。そして、オクタン価が低いため、単体での使用が出来ないだけでなく、燃費も低下してしまう。また単体での使用ができずに、既存の燃料へ混合して使用するでは、当然ＣＯ2の排出削減効果も少ないものである。他方、現在のところ、石油由来のエタノールの改質や、グリセリンの改質等もされていない。特にありません以上のように、石油依存度の低下および地球温暖化対策、ＣＯ2の排出削減、亜硫酸ガス等の大気汚染防止等の重要性が認知され、バイオマス燃料開発の取組みが成されているが、原料から燃料を製造する際の収率が低いのが現状である。また、バイオマス燃料の代表格であるバイオエタノールに至っては、低オクタン価、高い吸湿性等の課題があり、ＣＯ2の排出削減効果が低いだけでなく、流通体制の見直しも抜本的に行わねばならず、巨額な設備投資が必要だとされている。一方、バイオエタノールの対抗馬と目されているＥＴＢＥ（エチルターシャリー・ブチルエーテル、エタノールと石油系物質の合成燃料）は、バイオエタノールに比較すると、高オクタン価であり、吸湿性も少ないものであるが、化学物質審査で人体への危険が指摘されているものである。また、燃焼状態によっては、環境ホルモン物質を発生する恐れもある。この発明は、上記従来例の問題点を解消するため、バイオマス燃料製造における収率性を高めるとともに、オクタン価が高く、吸湿性が低く、ＣＯ2の排出削減効果が高く、排気ガスもクリーンであり、安心で環境に貢献し、持続可能なバイオマス燃料を製造する方法を提供しようとするものである。また、備蓄米、古米、余剰農林水産資源の有効な活用策となり、日本国内の食料自給率の向上、並びにエネルギー自給率の向上に貢献しようとするものである。再生可能な資源であるバイオマス燃料であるが、その製造の過程において、これまでフーゼル油、残渣、グリセリン等は、廃棄または取除かれており、原料から燃料への収率は低いものであった。この発明は、脱石化資源の効果をさらに高めるため、フーゼル油、残渣、グリセリン等を燃料化することにより、原料から燃料への収率を高めるものである。バイオマス燃料は、オクタン価が低く、単体での使用が出来ないため、ＣＯ2の排出削減効果が低いものである。ガソリン等への燃料混入使用の際にも、燃焼効率が低くなるため 燃費が悪化する。また、高い吸湿性のために燃料に混入した場合、中に含まれている水分によりエンジン内部が腐食、性能が低下する恐れがあり、不完全燃焼による排気ガスも噴出してしまう。さらに、吸湿性を防止するためには専用のタンクが必要となり、流通体制（備蓄設備、輸送設備、給油設備、車両タンク等）を根本的に見直す必要が生じ、巨額な設備投資が必要となる。このように従来のバイオマス燃料は、実際に導入するためには、解決しなければならないに多くの課題がある燃料である。この発明は、上記課題を解決するため、バイオエタノール、アルコール類、グリセリン、有機酸等をエーテル、またはエステルに改質するものである。この発明によってエーテル化、エステル化した燃料の使用により、オクタン価および燃焼効率が高まり、単体での使用が可能となって、高いＣＯ2の排出削減効果を実現することができる。さらに吸湿性が低くなるため、完全燃焼により排気ガスがクリーンなものとなり、現行設備が使用できるので吸湿対策の巨額な設備投資を省くことができる。さらに沸点が高くなるので、蒸発ロスが無くなり、引火性がより低い安全性の高い画期的な燃料を提供することができる。この発明は、日本国のエネルギー戦略の課題であるエネルギーの自給率向上、エネルギーの安定的調達、石油依存度の低減に貢献する。この発明は、バイオマス燃料のエネルギー変換効率の向上、高効率製造技術の確立に貢献する。この発明により、エタノールを、低吸湿性で、オクタン価が高い燃料に変換することが可能となる。これは、燃焼効率の向上とＣＯ2および環境排出物の削減を同時に達成する技術である。この発明は、バイオマス燃料の転換だけでなく、地域で生産される農林水産資源の余剰品、地域産業からの廃棄物（酒類の絞りカス）等を、燃焼効率の高いエネルギーに変換する技術であり、地域性の高い、地域に密着した新エネルギーの製造に貢献することが可能となる。この発明は、バイオマス資源、地域で生産される農林水産資源の余剰品、地域産業からの廃棄物（酒類の絞りカス）等を、吸湿性が無く、長期保存が可能なものとする。また、これに加え、余剰備蓄米等を都度、エネルギー転換、地域毎に備蓄しておくことにより、緊急時対応の強化に繋がり、日本国の体質強化に貢献することが可能となる。この発明により、農林水産資源の余剰品を原料とする事も可能となるので、休耕田・休耕作地の活用等、農林水産業の活性化に繋がり、食料の自給率向上にも貢献する。また、バイオマス原料の調達のため、海外から農産物の輸入が増大するため、貿易摩擦の解消にも貢献する。この発明の、高効率なエネルギー転換技術、燃焼効率の高いエネルギー製造技術を世界の関係国へ技術供与することにより、地球規模によるエネルギー利用効率の向上、石油依存度の低下、環境排出物の削減に貢献する。この発明は、ＣＯ2の排出量を大幅に削減することを可能とし、京都議定書の数値目標の達成に貢献する。この発明は、バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、原料から燃料への収率を高めるため、これまで廃棄されていたフーゼル油および残渣を燃料化するために活用するものである。この発明は、バイオマス燃料、食品、酒類等を製造する際に生じていた残渣、また農林水産資源の余剰品等を、複合アルコールを製造するために活用するものである。この発明は、フーゼル油およびバイオエタノール、石油由来のエタノール、ブタノール、オクタノール、ペンタノール等の複合アルコールを脱水縮合することにより、ジエチルエーテル、エチル・イソブチルエーテル、ジイソブチルエーテル等に複合エーテル化し、燃料として使用するために活用するものである。この発明は、エタノールを有機酸と脱水縮合することにより、エステル化し、燃料として使用するために活用するものである。この発明は、国内で製造されるバイオエタノール、また海外から輸入されるバイオエタノールを、より高品質な燃料に転換するために活用するものである。この発明は、バイオディーゼル燃料を製造する際、これまで燃料への転換がなされていなかった副産物として生成するグリセリンをエーテル化、プロパンガス化、エステル化して、燃料として使用するために活用する。残渣の種類や製造場所によって、エーテル燃料、バイオディーゼル燃料およびエステル燃料のオクタン価は微妙に異なる。この発明は、それらを混合し、任意のオクタン価に調整して使用するために活用する。バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、得た高オクタン価の燃料を、単体で燃料として使用するだけでなく、ガソリンおよびディーゼル燃料への混入使用もできるようにすることもできる。バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、食品工場、酒類工場等で廃棄物として処理されてきた残渣および油脂等、また余剰品として廃棄・処分されてきた農林水産資源をも同じ工程で処理し、高効率なエネルギーに転換するようにすることもできる。以下この発明のバイオマス燃料の製造方法を図面に基いて詳細に説明する。図１は残渣からアルコールを製造する工程を説明するための図、図２は自社製バイオアルコールからエーテルを製造する化学式の一例を示し、図３はグリセリンからエーテルを製造する化学式の一例を示し、図４はグリセリンからプロパンガスを製造する化学式の一例を示し、図５は他社製バイオエタノールからエーテルを製造する化学式の一例を示し、図６はグリセリンと低級脂肪酸とが反応する際の化学式の一例を示し、図７はアルコールと脂肪酸とが反応する際の化学式の一例を示すものである。図１は請求項２に対応して、残渣からアルコールを製造する工程を説明するための図である。この工程において、アルコール発酵に際しては、サッカロミセス属とキャンディダ属とに大きく分類される酵母（イースト）中、前者の中のサッカロミセス・セレビジエが利用される。このサッカロミセス・セレビジエは、アルコール発酵をする酵母にあたり、清酒酵母やワイン酵母やビール酵母などは少しずつ異なった性質を持つが、すべてその中に含まれる。したがって、前処理によって粉砕された残渣中にドライイースト等の酵母を投入し、攪拌して所定の温度で管理することにより、セルロースを主成分とする残渣は、アルコール発酵してエタノール等を生成する。このようなアルコール発酵を経て、残渣はエタノール、フーゼル油、残渣に分解される。また残渣を上記アルコール発酵を用いて複数回発酵させることにより、エタノール、ブタノール、オクタノール、ペンタノール等の複合アルコールが製造される。図２は請求項３に対応して、自社製バイオアルコールからエーテルを製造する化学式の一例を示すもので、バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、例えばａ）・ｂ）のような化学反応が起きる。すなわち、エタノール等の複合アルコールを、濃硫酸の存在下に所定温度で脱水縮合することにより、ジエチルエーテルが生成されるので、これを蒸留して高濃度のジエチルエーテルを得ることができる（図２ａ）参照）。またエタノールおよびブタノールを共存させ、濃硫酸の存在下に所定温度で脱水縮合することにより、エチルターシャリーブチルエーテル（ＥＴＢＥ）が生成される（図２ｂ）参照）。図３は請求項５に対応して、グリセリンからエーテルを製造する化学式の一例を示すものである。バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、これまで燃料への転換がなされていなかった副産物として生成するグリセリンを燃料化することにより、バイオマス原料から燃料への収率を高めるようになる。すなわち、グリセリンをエタノール、プロパノール等を共存させ、濃硫酸の存在下に所定温度で脱水縮合することにより、トリエチルグリセリンエーテル等にエーテル化し、燃料として使用するようにしたものである。図４は請求項６に対応して、グリセリンからプロパンガスを製造する化学式の一例を示すものである。バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、副産物として生成するグリセリンに、シュウ酸等の還元剤の存在下に還元反応を起させることにより、プロパンガスが生成される。得たプロパンガスを燃料として利用するものである。図５は請求項７に対応して、他社製バイオエタノールからエーテルを製造する化学式の一例を示すもので、バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、例えばａ）・ｂ）のような化学反応が起きる。すなわち、エタノール等の複合アルコールを、濃硫酸の存在下に所定温度で脱水縮合することにより、ジエチルエーテルが生成されるので、これを蒸留して高濃度のジエチルエーテルを得ることができる（図５ａ）参照）。またエタノールおよびブタノールを共存させ、濃硫酸の存在下に所定温度で脱水縮合することにより、エチルターシャリーブチルエーテル（ＥＴＢＥ）が生成される（図５ｂ）参照）。以上の反応式は基本的には図２と同様である。図６は請求項８に対応して、グリセリンと低級脂肪酸とが反応する際の化学式の一例を示すもので、グリセリンと低級脂肪酸（酢酸の場合を例示）とが反応してトリアセチルグリセリンが水とともに生成する。図７は請求項９に対応して、アルコールと脂肪酸とが反応する際の化学式の一例を示すもので、アルコール（エタノール）と脂肪酸（酢酸）とが反応してアセチルエタノールが水とともに生成する。この発明のバイオマス燃料の製造方法は、バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造するに生じるフーゼル油および残渣のみならず、食品、酒類等を製造する際に生じていた残渣、また農林水産資源の余剰品等を、複合アルコールを製造するために活用することができることはいうまでもない。残渣からアルコールを製造する工程を説明するための図である。エタノールからエーテルを製造する化学式の一例を示すものである。グリセリンからエーテルを製造する化学式の一例を示すものである。グリセリンからプロパンガスを製造する化学式の一例を示すものである。他社製バイオエタノールからエーテルを製造する化学式の一例を示すものである。グリセリンと低級脂肪酸とが反応する際の化学式の一例を示すものである。アルコールと脂肪酸とが反応する際の化学式の一例を示すものである。バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、従来は廃棄されていたフーゼル油および残渣を燃料化することにより、原料から燃料への収率を高めるようにしたことを特徴とするバイオマス燃料の製造方法。バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、残渣を複数回発酵させることにより、エタノール、ブタノール、オクタノール、ペンタノール等の複合アルコールを製造するようにしたことを特徴とするバイオマス燃料の製造方法。バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、フーゼル油およびエタノール、ブタノール、オクタノール、ペンタノール等の複合アルコールを脱水縮合することにより、ジエチルエーテル、エチル・イソブチルエーテル、ジイソブチルエーテル等の複合エーテルを製造し、燃料として使用するようにしたことを特徴とするバイオマス燃料の製造方法。バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、これまで燃料への転換がなされていなかった副産物として生成するグリセリンを燃料化することにより、バイオマス原料から燃料への収率を高めるようにしたことを特徴とするバイオマス燃料の製造方法。バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、副産物として生成するグリセリンをエタノール、プロパノール等と脱水縮合させることにより、トリエチルグリセリンエーテル等にエーテル化し、燃料として使用するようにしたことを特徴とする請求項４記載のバイオマス燃料の製造方法。バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、副産物として生成するグリセリンを還元させることにより、プロパンガスを生成し燃料として使用するようにしたことを特徴とする請求項４記載のバイオマス燃料の製造方法。バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、得たバイオエタノールを脱水縮合することにより、ジエチルエーテル等にエーテル化し、燃料として使用するようにしたことを特徴とするバイオマス燃料の製造方法。バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、副産物として生成するグリセリンを低級有機酸と脱水縮合することにより、エステル化し、燃料として使用するようにしたことを特徴とする請求項４記載のバイオマス燃料の製造方法。バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、得たエタノールを有機酸と脱水縮合することにより、エステル化し、燃料として使用するようにしたことを特徴とするバイオマス燃料の製造方法。バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、請求項２、３、４、５、７、８、９により生成されるアルコール燃料、エーテル燃料、バイオディーゼル燃料、エステル燃料を、任意に混合・調整することにより、一定のオクタン価の燃料を得るようにしたことを特徴とするバイオマス燃料の製造方法。バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、残渣の種類や製造場所によって異なるオクタン価を有するエーテル燃料、バイオディーゼル燃料およびエステル燃料を混合し、任意のオクタン価に調整して使用するようにしたことを特徴とするバイオマス燃料の製造方法。バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、得た高オクタン価の燃料を、単体で燃料として使用するだけでなく、ガソリンおよびディーゼル燃料への混入使用もできるようにしたことを特徴とするバイオマス燃料の製造方法。バイオマス原料からバイオエタノール燃料を製造する際、食品工場、酒類工場等で廃棄物として処理されてきた残渣および油脂等、また余剰品として廃棄・処分されてきた農林水産資源をも同じ工程で処理し、高効率なエネルギーに転換するようにしたことを特徴とするバイオマス燃料の製造方法。 【課題】この発明は、バイオマス燃料の製造時における収率の向上、エネルギー変換効率に関する技術であり、バイオエタノール等を、吸湿性が無く、オクタン価が高い燃料に変換し、燃焼効率の向上とエネルギー利用効率の向上、並びに石油依存度の低下、ＣＯ2および環境排出物の削減を可能とするものである。【解決手段】この発明は、脱石化資源の効果をさらに高めるため、フーゼル油、残渣、グリセリン等を燃料化することにより、原料から燃料への収率を高めるものである。この発明は、バイオエタノール、アルコール類、グリセリン、有機酸等をエーテル、エステル等に転換し、バイオマス燃料のオクタン価および燃焼効率を高め、単体での使用を可能とし、高いＣＯ2の削減効果を実現する。また、吸湿性が低くなるため、完全燃焼により排気ガスがクリーンなものとなり、吸湿対策の巨額な設備投資を省くことができる。【選択図】 図１