バイオ用天然粘土上でのジャトロファ油の接触水素化分解

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13419 (2023) この記事を引用

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現在、バイオディーゼルやバイオジェット燃料などの高価値のバイオ燃料を生産するためのバイオマスの変換に大きな関心が寄せられていますが、石油燃料の部分的な代替としてさまざまな比率で使用する場合、石油埋蔵量の枯渇と環境の問題から有望な解決策となります。目的。 非食用のジャトロファ油は、高圧バッチ反応器内で触媒として活性天然粘土を使用し、水素圧で水素化分解を受けるとバイオ燃料に変換できます。 生成物の種類とその品質と量は、反応時間、温度、触媒の種類、形状、量などのプロセス条件によって異なります。 現在の研究は、さまざまな操作条件でのジャトロファ油の水素化分解プロセスを研究することを目的としています。 触媒は、SEM、FTIR、XRF、および XRD を使用して特性評価されます。 プロセス条件の変動の影響は研究され、議論されています。 結果は、温度 350 °C、H2 圧力 4 bar、反応時間 18 分で 40% のバイオジェット燃料の最高収率が達成されることを示しました。 バイオジェット燃料製品はテストされ、その仕様は、凝固点 (-56 °C)、引火点 (53 °C)、および存在するガム含有量 (5.9 mg/100 ml) など、ASTM D1655 仕様に準拠していました。

世界のエネルギー需要と供給には、いくつかの課題が直面しています。 世界的な石油燃料消費量の増加は、化石燃料埋蔵量に影響を与えます。 2022 年には世界の石油総消費量は 1 日あたり 9,956 万バレルに達します。推定石油埋蔵量は、現在の年間 2.7% の消費率では 50 年以内に枯渇すると予想されます 1,2。 また、化石燃料の燃焼から排出される排出物は、地球温暖化と環境汚染の大きな原因となっています3、4、5。 環境意識、化石燃料の枯渇、エネルギー消費量と価格の上昇は、化石燃料に代わる代替エネルギー資源の探索につながる主な要因です4、6、7、8。

再生可能エネルギー源は温室効果ガスの影響を軽減し、SOx、CO、CO2 排出量の削減という点で化石燃料よりも優れています9。 代表的な再生可能エネルギー源技術には、燃料電池、水力発電、太陽光発電、地熱エネルギー、風力発電、バイオ燃料、水素製造などがあります10、11。

バイオジェット燃料は、混合比率を高めて、近い将来徐々に化石燃料に取って代わると予想される最も重要な再生可能グリーンエネルギー源の 1 つです。 2020 年には 25%、2030 年には 30%、2050 年には 50% に達すると予想されています12、13、14、15。 バイオ燃料は、必要な最終製品と原料に応じて、さまざまな製造方法を通じて、いくつかの農業原料から製造できます16。 これらは主に植物油ベースとバイオマスです。 植物油ベースの原料には、食用油および非食用油、廃食用油、ジャトロファ油、ホホバ油、菜種油、ヒマシ油、微細藻類油が含まれます。 バイオマス原料には、廃棄物、水生バイオマス、エネルギー作物、林産物が含まれます 9、10、14、17。

ジャトロファ・クルカスは、非食用作物原料や農林廃棄物から作られる燃料である第二世代バイオ燃料の生産に使用するのに最適な植物であると思われる18。 J. curcas は、非生産的な地域や限界地域でも栽培できます。 J. curcas は劣化した土壌で生育し、非食品原料として農業生産と競合しないため、バイオディーゼル生産のための栽培は土地利用の変化をもたらさない。 砂漠や農家の畑の境界線に沿って植えることができ、植林の費用は主に初年度に発生し、植栽材料の改良により収量に大きな違いが生じ、ジャトロファ植物の育成とその維持により雇用が生まれます。 エジプトにおけるジャトロファ種子の年間生産量は、一次処理された都市廃水 6000 m3/飼料/年で灌漑され、1 年目は約 1.36 トン/飼料、3 年目は 3.4 トン/飼料であった19。 種子粕などの油抽出の副産物は、堆肥化して有機肥料を作成し、有機肥料として利用できます20。 これにより、窒素を含む肥料によってもたらされる N2O 排出量を削減できる可能性があります。 最後に重要なことですが、J. curcas は発展途上国にバイオ燃料の需要の高まりから利益を得る機会を提供する可能性があります21。 植物 Jatropha curcas L. は丈夫で害虫や乾燥に強く、動物には食べられません。 主に熱帯諸国で牛、羊、ヤギから農業を守る生け垣として栽培されています。