バイオディーゼル：歴史、特性、種類、利点、欠点 - 化学 - 2025

バイオディーゼル燃料は、低分子量アルコールと反応植物油や動物性脂肪を得られる天然由来です。この反応はエステル交換と呼ばれます。つまり、新しい脂肪酸エステル（モノアルキルエステルとも呼ばれます）は元のトリグリセリドから形成されます。

「エステル交換」という言葉を使用する代わりに、バイオマスはアルコールで処理されているため、アルコール分解を受けると言われています。それらの中で、主に、メタノールとエタノール。このバイオ燃料を製造するためにメタノールを使用することは非常に一般的であるため、ほぼ同義語です。

バイオディーゼルポンプB5。出典：Pxhere。

バイオディーゼルは、ディーゼル燃料、ディーゼル、または石油ディーゼルを使用するためのグリーンな代替品です（その組成が石油炭化水素で構成されていることをさらに強調します）。ただし、ディーゼルエンジンの性能に関するそれらの特性と品質に大きな違いはないため、両方の燃料が異なる比率で混合されます。

これらのブレンドのいくつかは、バイオディーゼル（たとえば、B100）が豊富であるか、または石油ディーゼル（バイオディーゼルがわずか5〜20％）が豊富です。このように、バイオディーゼルが市場に投入されると、ディーゼルの消費が広がります。最初に一連の倫理的、生産的、経済的問題を克服しなければなりません。

簡単な見方をすると、機械を動かすために燃焼し、エネルギーを発生させることができる液体として油が得られるなら、なぜ自然起源の油ではないでしょうか？ただし、これだけでは十分ではありません。化石燃料に対抗したり、化石燃料に追いついたりしたい場合は、化学処理を受ける必要があります。

この処理が水素で行われるとき、人は植物油または動物性脂肪の精製について話します。その酸化の程度が低いか、その分子が断片化されています。バイオディーゼルでは、水素の代わりにアルコール（メタノール、エタノール、プロパノールなど）が使用されます。

歴史

エステル交換反応

バイオ燃料が直面する最初の問題への答えは過去に発見されました。1853年、E。ダフィーとJ.パトリックの2人の科学者が植物油の最初のエステル交換を達成しました。

このエステル交換プロセスでは、油脂のトリグリセリドがアルコール、主にメタノールとエタノールと反応して、脂肪酸のメチルエステルとエチルエステル、および副産物としてのグリセロールを生成します。KOHなどの塩基性触媒を使用して、反応を高速化します。

脂肪のエステル交換の最も重要な点は、80年後、G。Chavanneというベルギーの科学者がこの反応をリダイレクトして、植物油の高粘度と逆効果の粘度を低下させることです。

ルドルフ・ディーゼルと彼のエンジン

ディーゼルエンジンは、蒸気エンジンの限界に対応して、すでに19世紀の終わりに1890年に登場しました。それはあなたがエンジンに望んだすべてをまとめました：パワーと耐久性。また、あらゆる種類の燃料で機能しました。そしてルドルフ自身とフランス政府の称賛に、彼は植物油で働くことができました。

トリグリセリドのエネルギー源であるため、燃焼すると機械的仕事を発生させることができる熱とエネルギーを放出すると考えるのは論理的でした。ディーゼルはこれらの油の直接使用を支持しました、彼は農家が自分の燃料を油田から遠く離れた場所で処理できることを歓迎したからです。

ディーゼルエンジンの最初の機能モデルは、1893年8月10日、ドイツのオーガスタでのプレゼンテーションで成功しました。ルドルフディーゼルが植物油は化石燃料に匹敵する可能性があると固く信じていたため、そのエンジンはピーナッツ油で作動していました。しかし、それらが粗雑な方法で処理されたように、その後の処理はありません。

ピーナッツオイルで走ったこの同じエンジンは、1900年にパリで開催された万国博覧会で発表されました。しかし、当時の石油ははるかに利用しやすく安価な燃料であったため、あまり注目されませんでした。

ペトロディーゼル

1913年のディーゼルの死後、ディーゼル精製（ディーゼルまたはペトロディーゼル）は石油精製から得られました。そのため、ピーナッツオイル用に設計されたディーゼルエンジンモデルは、この新しい燃料で動作するように改造して再構築する必要があり、他の植物油やバイオマス油よりも粘度が低くなりました。

これが最も安い代替品として数十年にわたってペトロディーゼルが普及していた方法です。大きなヘクタールの植物塊を播種してそれらの油を集めるのは実際的ではありませんでしたが、最終的には非常に粘稠であり、エンジンに問題を引き起こし、ガソリンで得られたのと同じ収量にはなりませんでした。

この化石燃料の問題は、それが大気の汚染を増加させることであり、それはまた、石油活動の経済学と政治に依存していました。それに頼ることは不可能であることを考えると、一部の状況では、植物油が大型車や機械の動員に使用されました。

第二次世界大戦におけるバイオ燃料

第二次世界大戦中に紛争の結果として石油が不足し始めたとき、いくつかの国は植物油に再び頼る必要があると気づきました。しかし、設計が耐えられない粘度の違い（さらに、乳化した水の場合はさらに少ない）により、数十万のモーターの損傷に対処する必要がありました。

戦後、国家は再び植物油を忘れ、ガソリンと石油ディーゼルのみを燃やす習慣を再開しました。

バイオディーゼルの誕生

粘度の問題は、1937年にベルギーの科学者G. Chavanneによって小規模で解決されました。G。Chavanneは、エタノール処理されたパーム油から脂肪酸のエチルエステルを得る彼の方法について特許を取得しました。

したがって、バイオディーゼルは1937年に正式に生まれたと言えます。しかし、その植栽と大量生産は、1985年までオーストリアの農業大学で行われるまで待たなければなりませんでした。

これらの植物油をエステル交換にかけることにより、粘度の問題が最終的に解決され、石油ディーゼルの性能と一致し、さらにはその上にある環境に優しい代替物を表しています。

プロパティ

バイオディーゼルの特性は、バイオディーゼルが製造された原材料に全面的に依存しています。ゴールドからダークブラウンまでの色があり、製造プロセスによって物理的な外観が異なります。

一般的に言って、それは潤滑性の良い燃料であり、エンジンの騒音を減らし、寿命を延ばし、メンテナンスのための投資を少なくします。

発火点は120ºCを超えます。つまり、外気温度がこれを超えない限り、火災の危険はありません。これは、52ºCでも燃焼するディーゼルの場合には当てはまりません（たばこの火がついた場合は非常に簡単に達成できます）。

ベンゼンやトルエンなどの芳香族炭化水素を含まないため、流出または長期暴露の場合の発がんリスクはありません。

同様に、その組成には硫黄が含まれていないため、汚染ガスSO ₂またはSO ₃は生成されません。ディーゼルと混合すると、天然の硫黄化合物よりも優れた潤滑特性が得られます。実際、硫黄は望ましくない元素であり、ディーゼルを脱硫すると、潤滑油が失われ、バイオディーゼルやその他の添加剤で回収する必要があります。

入手と生産

バイオディーゼルは、エステル交換された植物油または動物性脂肪から得られます。しかし、それらのうちどれが原材料を構成するべきですか？理想的には、より小さな栽培面積からより多くの量の油または脂肪を生成するもの; より適切な言葉で言えば、それはあなたの農地が占めるヘクタールの数になるでしょう。

良いバイオディーゼルは、小さな畑から大量の油を生産する作物（穀物、種子、果物など）に由来する必要があります。そうでなければ、彼らの作物は国全体をカバーする必要があり、経済的に実行可能ではありません。

バイオマスが収集されたら、油を無限のプロセスで抽出する必要があります。それらの中で、例えば、油を運んで溶解するための超臨界流体の使用があります。油が得られたら、その粘度を下げるためにエステル交換を行います。

エステル交換は、超音波、超臨界流体、機械的攪拌などのいずれかの下で、バッチ反応器でメタノールと塩基と油を混合することによって達成されます。メタノールを使用すると、脂肪酸メチルエステル（FAME、英語での頭字語：Fatty Acid Methyl Ester）が得られます。

一方、エタノールを使用すると、脂肪酸エチルエステル（FAEE）が得られます。バイオディーゼルを特徴付けるのは、これらすべてのエステルとその酸素原子です。

メタノールとグリセロール

メタノールは、バイオディーゼルの生産において主に原料として使用されるアルコールです。一方、グリセロールは、他の産業プロセスをサポートするために使用できる副産物であり、したがってバイオディーゼル生産の収益性を高めます。

グリセロールは元のトリグリセリド分子に由来し、3つのDMARDを生成するためにメタノールに置き換えられています。

バイオディーゼルの種類

さまざまな油や脂肪には独自の脂肪酸プロファイルがあります。したがって、各バイオディーゼルは、エステル交換の結果として異なるモノアルキルエステルを持っています。それでも、これらのエステルは炭素鎖の長さがほとんど変わらないため、結果として得られる燃料は、特性間で大きな振動を示しません。

したがって、バイオディーゼルの分類はありませんが、その生産のために選択された油または脂肪の供給源に応じて、効率と収益性は異なります。ただし、バイオディーゼルとペトロディーゼルの混合燃料があります。これは、両方の燃料が混合可能であり、互いに混和して、エンジンに有益な品質を提供するためです。

純粋なバイオディーゼルはB100と言われています。これは、組成が0％の石油ディーゼルに相当します。次に、他のミックスがあります：

-B20（80％ペトロディーゼル付き）。

-B5（95％ペトロディーゼル付き）。

-B2（98％ペトロディーゼル）。

1996年より前に製造された車は、溶剤作用により劣化した特定のコンポーネントを交換しなければ、エンジンでB100を使用できませんでした。ただし、今日でも、工場の保証で高濃度のバイオディーゼルを使用できない自動車モデルがあるため、B20未満の混合物の使用を推奨しています。

利点

以下は、バイオディーゼルが石油ディーゼルより優れており、グリーンで魅力的な代替品となる一連の利点の内訳です。

-再生可能な原料であり、廃棄物として失われることが多いバイオマスから得られます。

-生分解性で無毒です。したがって、誤ってこぼしても土壌や海を汚染することはありません。

-引火点が高いため、保管や輸送の際に安全です。

- 放出されるCO _2は植物が吸収するのと同じ量であるため、温室効果ガスを生成しません。これにより、京都議定書にも準拠しています。

-植物油が抽出される作物を植えるための農村活動を奨励します。

-揚げ油からも作ることができます。この点は、地下水を処分して汚染するのではなく、家庭用またはレストランからのリサイクル油を使用して、より多くのグリーン燃料を生産できるため、非常に有利です。

-長期的に石油とその誘導体から独立する方法を表します。

-燃焼時に残留物が少なくなります。

-細菌藻類は、大豆やヒマワリの種に加えて、非食用（そして多くの場合望ましくない）バイオディーゼルの有望な供給源です。

欠点

この燃料ですべてが完璧というわけではありません。バイオディーゼルには、石油ディーゼルに取って代わるには克服しなければならない制限もあります。これらの制限またはその使用の不便の一部は次のとおりです。

-凝固温度が高いため、低温ではゲルになります。

-その溶解力は、1990年以前に組み立てられた車に存在する天然ゴムとポリウレタンフォームを破壊する可能性があります。

-それは石油ディーゼルよりも高価です。

-バイオディーゼル原料として使用すると付加価値が組み込まれるため、作物や食品の価格が高くなります。

-バイオマスによっては、何ヘクタールもの栽培が必要になる場合があります。これは、この目的以外の生態系を利用することを意味し、したがって野生動物に影響を及ぼします。

-燃焼中に硫黄ガスを生成しませんが、より高濃度の窒素酸化物、NO _xを放出します。

-食糧を満腹にする代わりに大量の食品が使用され、バイオディーゼルの生産に使用されます。

参考文献

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