成果報告書詳細
管理番号20100000002387
タイトル平成21年度成果報告書 平成21年度第1回採択産業技術研究助成事業 09B40009c 常温・省エネルギーで液化DMEを抽剤として循環利用する藻からの油の抽出技術の開発 平成21年度中間
公開日2011/1/18
報告書年度2009 - 2009
委託先名財団法人電力中央研究所神田英輝
プロジェクト番号P00041
部署名研究開発推進部
和文要約微細藻類は高いCO2固定化能力を有し、緑の原油と呼ばれる様々な有機物を光合成する。このため、食物と競合しないバイオ燃料源として期待されている。これまでの微細藻類からバイオ燃料を作り出す研究は、微細藻類の増殖速度の向上など、微細藻類の培養上の課題の克服が主になっていた。しかし、微細藻類は水生植物であるので多くの水分を含み、乾燥工程を要することが緑の原油を取り出す際の大きな障害となっている。また、微細藻類の細胞壁の破壊や、環境負荷のある有機溶剤による抽出とその除去といった複雑な工程が必要である。本研究開発では、水と部分混合し、油と完全混合する液化ジメチルエーテル(DME)を抽剤として用いることにより、常温・省エネルギーでかつ、簡便な工程で微細藻類からの緑の原油を抽出する技術の実証実験を行った。まず、天然のアオコ(水分91.0%)に液化DMEを接触させることにより、アオコの乾燥重量の40.1%に相当する緑の原油を抽出することに成功した。一方で、従来の乾燥・粉砕・ヘキサン抽出を組み合わせた方法では、アオコの乾燥重量の0.6%しか抽出できなかった。また、緑の原油の成分をGC-MSとGPCによる成分分析の結果、緑の原油の分子量は100-4000の間に広く分布し、油脂が多く含まれることが明らかになった。発熱量は10940cal/gであり、燃料として十分な熱量を有していることが判明した。また、脱水現象と、緑の原油の抽出現象との関連を調べるため、脱水能力を無くした液化DME(液化DMEと水との混合液)を用いて、同様の抽出試験を行った結果、アオコから緑の原油を抽出することが出来なかった。これは、アオコに共存する水分が、抽出を阻害していることを示唆している。更に、同様の比較実験を、微細藻類A を用いて行ったところ、脱水能力を無くした液化DMEは、緑の原油の抽出に要するDME量こそ増えたものの、最終的には純粋な液化DMEと同等程度の収率を確保できた。このアオコとの違いは、微細藻類Aの緑の原油が液体状の炭化水素であるのに対して、アオコの場合には油脂であることに起因しているものと考えられる。また、何れの系においても、液化DMEの量と、緑の原油の抽出量は、ほぼ比例しており、微細藻類中の緑の原油の残留量は抽出速度に影響を与えないことが判明した。DME処理前後の微細藻類の表面を電子顕微鏡で観察した結果、サブミクロンオーダでの細胞壁の構造変化は認められなかった。このことから、液化DMEは細胞壁を破壊せずに、そのまま通り抜けていることが明らかになった。
英文要約Microalgae synthesize various organic compounds useful as green crude. Present researches into microalgae are mainly focused on genetic engineering and breeding programs for improving oil production capabilities and development of more efficient methods of microalgae cultivation. However, microalgae is a kind of aquicolous organism, therefore an appropriate method that can synchronously extract green crude and remove water from microalgae is stronger desired. In this study, a low-energy and simple extraction process using dimethyl ether (DME) was examined. We successfully extracted the green crude by using liquid DME (20℃, 0.5 MPa) from natural blue-green microalgae (91.0% of water content).The extraction ratio is 40.1% of microalgae dry weight. For comparison with the existing solvent extraction, a similar microalgae sample was dried at 100℃ and then extracted with hexane under the conditions identical to the DME process. The result showed that hexane only extracted 0.6% green crude by dry weight of microalgae. This result clearly shows the high extraction capacity of DME. The resulting green crude was further analyzed by GC-MS and GPC analysis, it was clarified that the grease was predominant chemical composition in the green crude, and its molecular weight distribution ranged from 100 to 4000 (mainly approximately 300-1000). The calorific value of green crude was 10950 cal/g which almost equal to gasoline (10400cal/g).To investigate the interrelations between the properties of dewatering and oil extraction in this DME method, the water saturated DME was tested for the natural blue-green microalgae and microalgae A (a hydrocarbon enriched species). The result shows that the water saturated DME was unable to extract green crude from natural blue-green microalgae; however it is enabled for microalgae A. In the case of microalgae A, a larger amount of DME was required than that the case of using pure DME. These results imply that (i) water in DME may hinder the extraction of green crude (ii) the extraction rate vary with water content in DME and chemical compositions biosynthesized from different microalgae species. On the other hand, for each testing, the extraction ratio was proportional to amount of DME indicating the extraction rate was independent of residual green crude in microalgae.Furthermore, the cell wall of tested microalgae was scanned by electron microscope before and after DME extraction. The result showed that the structure of cell wall was not much altered, this means that liquefied DME can directly infiltrate through the cell wall and taking the green crude away.
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