成果報告書詳細
管理番号20140000000454
タイトル平成23年度-平成24年度成果報告書 バイオマスエネルギー技術研究開発 戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発事業(次世代技術開発) 炭化水素系オイル産生微細藻類からの”Drop-in Fuel”製造技術に関する研究開発
公開日2015/3/25
報告書年度2011 - 2012
委託先名出光興産株式会社
プロジェクト番号P10010
部署名新エネルギー部
和文要約件名:平成23年度-平成24年度成果報告書 バイオマスエネルギー技術研究開発 戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発事業(次世代技術開発) 炭化水素系オイル産生微細藻類からの”Drop-in fuel”製造技術に関する研究開発

 微細藻類由来のバイオ燃料製造技術開発の一環として,炭化水素系バイオオイルを産する微細藻類(ボトリオコッカス並びにオーランチオキトリウム)に着目し,これらの藻類が作る油脂(バイオクルード)を軽質燃料(ガソリン,ジェット燃料,軽油)へ改質する研究開発を実施した。また,微細藻類油脂から作られるバイオ燃料が,既存石油精製装置並びに物流システムへ適用可能な“Drop-in fuel※”となることを目指した。(※Drop-in fuel;石油系燃料にそのまま混合可能な高品質な燃料)
 ガソリン製造の検討においては,石油会社で利用されている接触分解法の適用検討を実施した。その結果,微細藻類油から高い選択性で高オクタン価ガソリンを製造できることを確認した。また,ジェット燃料および軽油製造には,水素化分解法の適用検討を行った。微細藻類油のモデル化合物としてスクアランを水素化分解した結果,ジェット燃料と軽油を選択的に製造できる触媒を開発した。また,得られたバイオ燃料は,代表的なJIS規格を満足していた。開発触媒を使い,微細藻類油の精製工程を省略した油(粗製油;不純物・夾雑物含有)の分解評価を行った。その結果,この油をジェット燃料および軽油へと変換できることを確認した。この技術の適用により,精製工程を簡略化できる可能性を示唆できた。
 続いて,燃料製造過程でエネルギー消費の大きい藻類油の抽出工程の簡略化について検討した。抽出の前段階に必要な乾燥工程と破砕工程を省略するため,油分と水分の双方に親和性を持つDMEを溶媒の利用を試みた。抽出試験にはモデル物質として含油性の菌体を用い,様々な条件下で抽出能力を検証した。その結果,DMEは湿潤状態かつ非破砕の菌体から高い抽出率で油分を抽出できることが確認された。この試験結果を基に,抽出工程で消費されるエネルギーを算出したところ,従来溶媒の1/4以下と評価された。これらの検討結果から,DME溶媒により,抽出工程の大幅なエネルギー低減が可能であり,燃料製造のLCA改善に有効であることが明らかになった。
 最後に,微細藻類油からバイオ燃料を製造するプロセス中の抽出油精製工程を省略した場合のメリットをLCA的な観点から評価した。水素化反応の前処理として実験的に行われている溶媒抽出による不純物除去のラボ操作に基づき,これを机上でプロセス構築し,溶媒抽出プロセス(精製工程プロセス)の概略フローを作成した。精製を省略した場合のエネルギー使用量削減は生成油1Lあたり5.2MJと推定される。これは生成油の持つ熱量:36.7Jの15%に相当する。また,CO2削減量は0.33[t-CO2/t-oil]と推算された。
 これらの検討の結果,微細藻類油からDrop-in fuelを製造できる可能性を見出し,さらに開発した技術の適用により,既存技術よりも温室効果ガス排出量の低減効果も明らかにした。
英文要約Title: Bio-energy Technology Development/ Strategic Development of Next-generation Bioenergy Utilization Technology/ R&D of “Drop-in Fuel” Production from Hydrocarbon Biocrude Synthesized Using Microalgae (FY2011-FY2012) Final Report

The objective of this R&D is development of conversion technology for hydrocarbon biocurde synthesized by microalgae into “Drop-in fuel” having the same quality as that of petroleum. This study also includes simplification of the biocrude purification step and application of the existing oil refinery technologies.
In order to produce gasoline from microalgae oil, the catalytic cracking technology was investigated. It was confirmed that this technology can produce the gasoline with a high selectivity and a high octane rating from microalgae oil. For production of jet fuel and diesel from microalgae oil, the hydrocracking technology was investigated. It was found that a catalyst showed high selectivity in this reaction and the bio-oil from this reaction fit into Japanese Industrial Standards for jet fuel and diesel. And it is also confirmed that this technology can apply for non-refined microalgae oil.
To reduce the energy consumption in the fuel production process, experimental study had been conducted for simplification of the extraction process. DME solvent that dissolves both oil and water had been applied to skip the drying and fracturing process for the micro alga. The extraction test has been performed to validate the extraction ability under the various conditions with the oil-containing fungus as a model substance. The experiments showed that the DME solvent has a high ability of extraction to the wet and non-fractured fungus. Based on this result, the process analysis had been performed to compare the energy consumption between the DME extraction method and the conventional Hexane extraction method. The required energy of the DME extraction process was estimated at less than forth part of the energy consumption with the conventional solvent. Through this study, DME extraction method was found out as the effective solution to improve the value of the LCA.
Decrease of carbon dioxide emission and energy consumption caused by elimination of purification process in algae bio-fuel production was studied. Solvent extraction process, purification process, was designed basing on experiments and existing data to obtain a process flow. Maximum decrease of energy consumption by eliminating the purification process was estimated to 5.2[MJ/L-oil]. This corresponds to 15% of heat of generation of product oil, 36.7[MJ/L-oil]. Decrease of carbon dioxide emission was estimated as 0.33[CO2-t/t-oil].
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