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バイオディーゼルとは、バイオディーゼルフューエルの略で、生物由来油から作られるディーゼルエンジン用燃料の総称であり、バイオマスエネルギーの一つである。

諸外国においてバイオディーゼルとして規格化がなされているのは脂肪酸メチルエステルのみであるが、厳密に化学的な定義はない。

原料となる油脂からグリセリンをエステル交換により取り除き粘度を下げる等の化学処理を施し、ディーゼルエンジンに使用できるようにしている。

Bio Diesel Fuelの頭文字をとってBDFと略されることもある(BDFは登録商標)。

◆ 開発の歴史

ディーゼルエンジンは、元々は落花生油を燃料とし、圧縮熱で燃料に点火するエンジンとして19世紀末に発明されたものであり、バイオディーゼルを燃料として使用することを想定していたディーゼルエンジンの発明者であるルドルフ・ディーゼルは1900年にピーナッツ油で運転するディーゼルエンジンを発表している。燃料については当時から、エステル化によりグリセリンを除去する技術が一定程度確立していた。。しかし落花生の生産は天候に左右され供給が不安定であったこと、当時ルーマニアで油田が発見され軽油や重油などの鉱物油が本格的に入手できるようになったことなどから、ディーゼルエンジンの燃料はバイオディーゼルから化石燃料へシフトしていった。

近年、地球温暖化対策として再びバイオディーゼル燃料が注目されている。

◆ 原料

菜種油、パーム油、オリーブ油、ひまわり油、大豆油、コメ油、ヘンプ・オイル(大麻油)などの植物油、魚油や豚脂、牛脂などの獣脂及び廃食用油(いわゆる天ぷら油等)など、様々な油脂がバイオディーゼル燃料の原料となりうる。

欧州では菜種油、中国ではオウレンボク等、北米及び中南米では大豆油、東南アジアではアブラヤシやココヤシ、ナンヨウアブラギリから得られる油が利用されている。

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◆ 精製

油脂は粘度が高いなどの特徴を有しており、そのままディーゼル自動車用の燃料として使用した場合、燃料ポンプに析出物が付着してエンジンに不具合が発生することが懸念される。

このため、メチルエステル化などの化学処理を施して原料油脂からグリセリンを取り除くことで、油脂を脂肪酸メチルエステル(Fatty Acid Methyl Ester,頭文字をとってFAMEと略される。)等の軽油に近い物性に変換したものがディーゼル自動車用燃料として使用されている。

具体的には、油脂にメタノールと触媒を加えてエステル交換反応を起こし、これに酸を加えて中和させたうえで、脂肪酸メチルエステルとグリセリンに分離させる。分離した脂肪酸メチルエステルを水洗処理して触媒を取り除き、さらに蒸留処理をすることでメタノールを除去したものが、バイオディーゼル燃料となる。

比較的小型な装置でも製造を行うことができることから、一定の化学の知識があれば個人や小規模な団体でもバイオディーゼル燃料を製造することは可能である。

ただし、後述のとおり、製品の品質を安定させるためにはある程度の規模を確保する必要がある。

◇ グリセリンの処理について

メチルエステル化によって、副産物として原料油脂の10%程度のグリセリンが生成される。

通常、このグリセリンには触媒や未変換の脂肪酸などが混入しており、有効な用途がないとされる。

また、酵素法や超臨界法などにより純度の高いグリセリンを得ることはできるが、現在の日本では供給過剰状態にあること、小規模分散型の変換設備では十分な量が得ることができないことなどから、その売却、処分が非常に困難な状況にある[外部リンク]http://www.naro.affrc.go.jp/top/seika/2003/kanto/kan03007.html。

◆ 特徴

◇ 化石燃料との違い

ディーゼルエンジンの燃料として通常用いられる化石燃料である軽油に比べて、化学的特徴として次のことが指摘しうるhttp://www.meti.go.jp/committee/materials/downloadfiles/g60612b04-1j.pdf 総合資源エネルギー調査会石油分科会石油部会燃料政策小委員会(第21回)配付資料4-1「バイオディーゼル燃料混合軽油の規格案について(案)」]。

・ ゴム・樹脂を膨張・劣化させやすい。

・ 熱の影響により酸やスラッジ(固まり)を発生させ、品質が劣化しやすい。

◇ 原料による性状の差異

原料となる油脂はそれぞれ性状が異なるため、バイオディーゼル燃料自体の性状も原料により異なったものとなる。

・ 菜種油、ひまわり油、コメ油:酸化しやすい

・ パーム油、ココナッツ油、牛脂:低温で固まりやすい

・ 魚油:低温でも固まりにくいが、熱でスラッジが発生しやすい

とりわけ廃食用油は様々な油脂が含まれうるものであることから、個々の原料の性状に大きなばらつきがある。それゆえ、廃食用油を原料とする場合は特に、小規模での製造では製品の品質が極めて不安定なものとなるとから、品質を安定させるためには一定程度大規模なプラントで製造を行う必要がある。

◇ 精製状況による差異

精製方法の違いによっても、完成した製品の性状は異なりうる。

例えば、精製が不十分でグリセリンが完全に除去しきれておらず、原料油脂(トリグリセリド)が残留している場合、スラッジ(固まり)が発生してピストンリングを固着させたり、フィルターの目詰まりを発生させることがある廃食用油再生処理業者が不適切な性状のバイオディーゼル燃料油を納入していたことが原因で、船舶において航行途中にエンジントラブルが発生し航行不能となった海難事故として[外部リンク] 平成17年神審第74号平成18年3月28日裁決言渡「研修船うみのこ運航阻害事件」(海難審判庁HP)を参照のこと。。

またメタノールの除去が不十分な場合、残留メタノールが金属部材の腐食の原因となる。

不飽和結合を有する有機化合物は、飽和有機化合物よりも化学的に不安定であり、酸素存在下で自動酸化を起こしやすい。

酸化劣化の進んだ燃料はタンクを腐食させ、また重合物を生成しフィルタ詰まりを引き起こすことから、バイオディーゼル燃料を精製するにあたっては酸化防止剤を添加し、酸化安定性を向上させることが必要となる(なお、通常の軽油であれば酸化劣化は起こらないと考えられている)。

ディーゼル機関へ不完全な生成油が混入することにより、着火温度の差が発生すると、エンジンの不調や破損の原因になる。

◇ コモンレール方式エンジンとの関係について

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