成果報告書詳細
管理番号20100000001979
タイトル平成20年度-平成21年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業(バイオマス)/バイオ航空機燃料の生産技術開発
公開日2011/1/25
報告書年度2008 - 2009
委託先名サンケァフューエルス株式会社
プロジェクト番号P10020
部署名研究開発推進部
和文要約航空機から排出されるCO2は京都議定書で拘束されておらず、これまで何れの国においても削減対象としてなかった。しかし、航空機のCO2排出量は予想を超える速度で増加しており、European CouncilはEU発着便に対してCO2排出枠を設けることとした。これに伴ってカーボンニュートラルの特性を有するバイオ航空機燃料の開発が進み始めた。我々は、市販のJET A1に10-20%混合した場合でも、その混合燃料がJET燃料としての品質規格を維持し得るバイオケロシンの製造を目指した。
炭素数16、18の脂肪酸で構成される植物油から、灯油の燃料特性を有するバイオケロシンを製造するためには、炭素数を8-10程度の中鎖脂肪酸に低分子化することが必要であり、不飽和二重結合を常温、常圧で酸化開裂して脂肪酸を低分子化することを着想した。二重結合の開裂によって生じる物質は主に化学的に不安定なアルデヒドである。これを安定な物質に変換する必要があり、その安定化物質の候補としてアセタールとメチルエステルとを挙げ、その優劣を検討した。炭素数9のアセタールは、析出点、真発熱量、引火点などの重要な燃料特性値がJET A1の規格値にほぼ一致している。一方、炭素数8のメチルエステルの真発熱量は適合域にあったが、析出点が- 25℃前後と高く、不適と判断された。そこで、不飽和二重結合を酸化開裂して生成するアルデヒドをアセタールに変換する反応プロセスを探索した。
不飽和二重結合の酸化開裂プロセスには、過酸化水素又はオゾンを用いる2つの異なる方法を試み、比較検討した。その結果、どちらの方法においても、アセタールを主成分とする酸化開裂反応物質を得ることが出来た。しかし、オゾンを用いる酸化開裂法は、反応段数も少なく、反応途中での反応物の分離・精製が不必要であるなど過酸化水素を用いる系に比して優位であった。
JET A1とのブレンド試験では、過酸化水素とオゾンを用いる2種類の方法で調整した酸化開裂反応物質(主成分をアセタールとする混合物)と精製したアセタールをJET A1に10%添加して、重要な燃料特性値12項目について分析した。精製したアセタールを10%混合した燃料の特性値は、熱安定度試験を含め全ての項目で品質規格を満足させるものであった。一方、酸化開裂反応物質を精製することなくJET A1に混合した系では、原料中に含まれている炭素数16,18の飽和脂肪酸メチルエステルが混在するために、析出点が悪化した。また、少量残存しているアルデヒドに起因すると考えられるが、加熱によってガム成分に変化し、実存ガムが規格外となった。これらの問題に対処する方法として、残存アルデヒドをシリカ系吸着剤で分離し、その後アセタールと長鎖脂肪酸メチルエステルとの沸点の違いを利用して減圧蒸留で精製することが考えられる。
英文要約Carbon dioxide emissions from aviation are not covered by the Kyoto Protocol and are not included in any national emissions reduction frameworks. In recent years, however, the emissions have increased much faster than what had been projected. The European Council had ruled to allocate CO2 emission allowances to all flights taking off and landing in EU countries. This strict regulation enhanced the development of bio-jet fuels with the advantage of carbon neutrality. We have also started to develop a new production process of bio-jet fuel which can be mixed with commercially available jet fuel JET A1 in a mixing ratio of 10 to 20% without any disturbance of quality regulation of aviation fuel.
The average carbon number of kerosene with the boiling range of 170 to 250oC is C10. Plant oil is a triglyceride which consists of three fatty acids with long carbon chain of C16 and C18. Therefore, in order to produce alternative fuel to kerosene from plant oil these fatty acids should be cracked into shorter carbon chain around C8 and C10 ( middle carbon chain fatty acid). Hydro-cracking established in petroleum industry is well known for this purpose. However, this process requires hydrogen gas under high pressure and high temperature. We are trying to produce bio-jet fuel under much more mild operating conditions using the characteristics of chemical construction of plant oil. Oleic acid with C18 has one carbon-carbon double bond (-CH=CH-) at 9th carbon which is an active point for chemical reaction. When this double bond is cleaved, we will get two C9 chemicals. Our most important idea is to use this double bond for selective cracking of long carbon chain of fatty acids.
The first products of oxidative cleavage of methyl oleate with hydrogen peroxide or ozone are two different aldehydes. These aldehydes are chemically unstable materials and should be converted more stable chemicals like acetal and ester. Acetal with C9 was found to have excellent fuel properties in freezing point, specific energy and flash point. While, the freezing point of methyl ester of C8 was far from the fuel standard. Therefore, we fixed acetal as our final product. Judging from the necessary number of reaction steps, we have decided to use the oxidative cleavage process with ozone.
The fuel properties of blend jet fuels prepared with 10% pure acetal or crude acetal mixture derived from methyl oleate were evaluated according to the JET A1 standard regulation. The blend JET A1 prepared with pure acetal was found to completely fit to the standard. Its thermal stability was also excellent. While, the blend JET A1 prepared with crude acetate mixture has problems about freezing point and existent gum. The high freezing point is caused by the residual saturate fatty acid methyl ester of C16 and C18 which are not cleaved. Gum must be a result of polymerization of residual aldehydes during heat treatment for analysis. We can reduce aldehydes by adsorption with silica, and also remove saturated fatty acid methyl ester by distillation.
Through the experiments mentioned above, we can evaluate that the acetal mixture with carbon chain C9 will be a promising bio-jet fuel after establishing the effective purification process of the crude mixture. Acetal is an oxygen containing fuel. Some people worry about its poor thermal stability and moisture content. However, our blend Jet A1 has not any problem at least about thermal stability. Saturate moisture content of our blend JET A1 was 250 ppm and not so high compared with JET A1’s moisture content of 120 ppm. We will continue to check if this water content will make some serious troubles as aviation fuel.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る