成果報告書詳細
管理番号20110000001039
タイトル平成21年度成果報告書 エコイノベーション推進事業「イオン交換樹脂触媒を利用したBDF製造法のビジネス化課題探索」
公開日2011/7/2
報告書年度2009 - 2009
委託先名国立大学法人東北大学
プロジェクト番号P07026
部署名研究開発推進部
和文要約環境負荷大の現行バイオディーゼル燃料(BDF)製造法の代替となるイオン交換樹脂触媒法は、樹脂を充填した反応カラムに原料(油とアルコール)を通液するだけの簡便な操作で廃液なしに高品質BDFを合成できる環境重視・人間重視の革新的な製造技術である。以前の試算では、設備コストや人件費を除外して1L(リットル)のBDF製造コストが110円程度と見積もられており、樹脂の再生利用に要する費用が70円程度と大きな負荷となっていた。この樹脂再生費を削減する手法として、1つの装置でBDF合成反応と樹脂再生を交互に行うオンサイト方式ではなく、反応と再生を完全に分離し各々に用途特化させて装置コストを削減、樹脂再生を大型装置で一括して行うことで再生コストを削減、できるオフサイト方式のビジネスモデルを考案した。また、反応(製造)装置は、連続運転が可能な原料集積量の大きな事業所では固定型装置の設置を、集積量が小さな事業所では固定型装置の設置を求めずトラックの荷台に載せる可搬型装置で事業所を周回する方式でBDF製造を行うことを考えた。装置の小型化は製造コスト高となるが、可搬型とすることで補うことができると考える。このモデルの有効性を検証し、ビジネス化の可能性を評価するため、1)目的反応率を達成する一方で装・脱着しやすいカートリッジ式反応カラムのサイズや形状、2)カラムの集配方式やそれに要する費用の概算、3)安価で効率的な再生条件の検討、4)可搬型・固定型反応装置のBDF生産量に応じた使い分け最適値の推定、などに取り組んだ。そして、本樹脂触媒法による製造コストが現行法と匹敵する80円程度まで削減できること、精製操作なしにこれまでに類をみない高品質BDFを製造できること、を明らかにした。
英文要約Biodiesel fuel (BDF) has received much attention as a nontoxic, biodegradable and renewable energy alternative to petroleum fuels. The fuel is mainly produced by the transesterification of triglyceride, which is one of the constituents of vegetable or animal oils, with the alcohol catalyzed by a homogeneous alkali catalyst, such as NaOH or KOH. The raw oils often contain free fatty acid (FFA) formed by the triglyceride hydrolysis. The FFA reacts with the alkali catalyst to form an alkali soap, which contaminates the fuel by dispersing the micelles of the by-product, glycerine, and lowers the fuel yield by interfering with the phase separation of the fuel and glycerine. Thus, the refining process to remove the FFA in the raw oils to less than 0.5 wt% is normally required for the BDF production.
A novel simple production process of high-quality BDF from the inexpensive FFA rich oil was constructed. In the system, the expanded-bed reactor packed with a heterogeneous cation-exchange resin catalyst for esterification of the FFA and that with an anion-exchange resin catalyst for transesterification of the triglyceride were connected in series. The catalytic activity of the anion-exchange resin gradually decreased, but it can be completely recovered by the regeneration treatment and repeatedly used. In this study, the scale-up parameters in the BDF production process using the resin catalysts were determined and the optimization was performed to reduce the cost for the regeneration process. Then, the BDF production costs using the off-site or on-site regeneration process were estimated and it was found to be comparable to the production costs using the conventional homogeneous alkali catalysts, about eighty yen.
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