成果報告書詳細
管理番号20090000001097
タイトル平成18年度-平成20年度成果報告書 新エネルギー技術研究開発/バイオマスエネルギー等高効率転換技術開発(転換要素技術開発)/植物性油脂の精製に用いた廃白土に残留する植物油からのバイオディーゼル燃料製造技術の開発
公開日2009/12/21
報告書年度2006 - 2008
委託先名水澤化学工業株式会社
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー技術開発部 バイオマスグループ
和文要約件名:平成18年度-20年度成果報告書 新エネルギー技術研究開発 バイオマスエネルギー高効率転換技術開発(転換要素技術開発) 「植物油脂の精製に用いた廃白土に残留する植物油からのバイオディーゼル燃料製造技術の開発」 1.事業概要:食用油脂の精製工程で使用される活性白土は使用後、廃白土として油脂を30-40%含んだまま廃棄物として処分されている。 油脂をBDFとして利用する場合にはアルカリ触媒法が一般に用いられている。しかし、廃白土中の油脂には遊離脂肪酸が多く含まれるためにアルカリ触媒法ではセッケンが生成し収率が低下する。さらに、アルカリ触媒法では生成BDFの精製工程や廃水処理が必要である。それに対して廃白土中の油脂をリパーゼ酵素によってBDF化した場合には副生するグリセリン等の不純物を廃白土が吸着するために精製が不要である。反応温度は常温でありエネルギー使用量が少ないプロセスである。本事業では食用油脂の精製工程から排出される廃白土に含まれる植物性油脂からリパーゼを用いてBDFを低コストに製造する技術の研究開発を行った。  2.酵素利用効率向上技術の開発:反応速度とBDF転換率を高める手法の検討・実験をおこなった結果、塩基性物質の添加により、反応時間を大幅に短縮し、転換率が向上することを見いだした。その技術により、酵素添加量0.05%でも、反応時間168時間以内でBDF転換率95%以上の結果を得た。ラボスケール実験の成果を受けて50Lパイロット反応槽によるBDF生成実験を実施した。その結果、パイロットスケールにおいてもBDF転換率は168時間以内で95%を再現し、目標を達成した。  3.廃白土からのバイオディーゼル燃料分離抽出技術の開発: ラボスケール実験でBDF生成後のスラリーを濾過した後、ケーキをヘキサンによって洗浄・抽出することにより、生成したBDFを90%以上回収できることが確認できた。50Lパイロット反応槽でのBDF生成後スラリーを20LパイロットBDF回収装置にて濾過した後、ケーキをヘキサンによって洗浄・抽出することにより、生成したBDFを90%以上回収できることを確認した。また、その際のその物質収支を把握した。  4.廃白土の物理化学的性質の影響の解明:モデル活性白土として各種シリカ粒子を用い、比表面積・粒子径・疎水性度などの物理化学的性質が本反応にどのような影響を与えるのか調べ、次の結果を得た。 ・粒子の親水性度が大きいほどBDF転換率は低下する。 ・比表面積が100-300m2/gの範囲では初期反応速度の変化はなかった。比表面積300m2/g以上では初期反応速度が約50%程度低下した。 ・初期反応速度は粒子径が大きくなるにつれ徐々に低下した。一方、最大反応速度は2.2-40μmの間では大きく低下するが、40μ以上ではほぼ一定の値を示した。  5.酵素活性阻害メカニズムの解明:・メタノール濃度とメチルエステル生成初期速度の関係を求め、最適メタノール濃度を明らかにした。 ・活性白土は油脂の精製工程で着色物質や不純物の吸着剤として用いられているために種々の不純物を含んでいると考えられる。廃白土中の不純物として含まれるクロロフィルが酵素反応への拮抗阻害を示すことを明らかにした。
英文要約Title : New Energy Technology Development Project. High Efficiency Bioenergy Conversion Project (Development of Elemental Technologies for Bioenergy Conversion). Development of Biodiesel Production Technology from Plants Oil Residue included in Spent Bleaching Clays Used in Plant Oil Refining Process. 1. Outline; Activated bleaching clays (ABC) after used in the step of refining edible oils are disposed of as spent bleaching clays (SBC) still containing oils in amounts of 30 to 40%. Since the oils in the SBC contain free fatty acid in large amounts, soaps are formed in case common alkaline catalytic method is employed and the yield decreases. Moreover, when the oils in the SBC are converted into the BDF by using lipase enzyme, no refining is necessary since the SBC adsorb impurities such as the by-produced glycerin and the like. Research and development were forwarded concerning the technology for producing, by using lipase and at a low cost, the BDF from the plant oils contained in the spent bleaching clays. 2. Development of technology for efficiently utilizing enzymes; Upon studying the method of enhancing the reaction rate and the BDF conversion ratio and upon conducting experiment, it was found that the reaction time could be greatly shortened by adding a basic substance and the conversion ratio could be improved. Based on this technology, the BDF conversion ratio of not lower than 95% could be attained despite the enzyme was added in an amount of 0.05%. Based on the achievement of the laboratory-scale experiment, pilot scale experiments were conducted for forming BDF by using the 50-liter pilot reaction vessel. In this experiment, too, the object was achieved realizing the BDF conversion ratio of 95% in less than 168 hours. 3. Development of technology for separating and extracting BDF from SBC; After BDF has been formed in the 50-liter pilot vessel, the slurry containing the BDF was filtered in a 20-liter pilot BDF recovering apparatus, and the cake thereof was washed and extracted with hexane to confirm that not less than 90% of the formed BDF could be recovered. The material balance was also grasped. 4. Clarifying effect of physicochemical property of SBC; Various kinds of silica were used as model ABC to examine how the reaction was affected by their physicochemical properties such as specific surface areas, particle sizes and degrees of hydrophobic property, and the following results were obtained. The BDF conversion ratio decreased with an increase in the degree of hydrophilic property of the particles. There was no change in the initial reaction rate when the specific surface area was in a range of 100 to 300 m2/g. When the specific surface area was not smaller than 300 m2/g, the initial reaction rate decreased by about 50%. The initial reaction rate gradually decreased with an increase in the particle size. 5. Clarifying enzymatic activity inhibition mechanism; A relationship was found between the methanol concentration and the initial rate of forming BDF. It was clarified that the chlorophyll contained as an impurity in the SBC exhibited competitive inhibition against the enzymatic reaction.
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