1 バイオディーゼル燃料合成から エステル化まで 理化学研究所 環境資源科学研究センター グリーンナノ触媒研究チーム チームリーダー 山田 陽一 2019年5月28日
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バイオディーゼル燃料合成からエステル化まで
理化学研究所 環境資源科学研究センター
グリーンナノ触媒研究チーム
チームリーダー
山田 陽一2019年5月28日
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第一世代型バイオディーゼル燃料合成脂肪酸メチルエステル（FAME)
第二世代型バイオディーゼル燃料合成水素化バイオ経由（BHD)
酸化に対する安定性 芳香族含有量ゼロ 高セタン価 二酸化炭素の軽減
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酸化に対する安定性 芳香族含有量ゼロ 高セタン価 二酸化炭素の軽減
第二世代型バイオディーゼル燃料合成
植物油
ヤシ 菜種
脂肪酸
第二世代型バイオディーゼル燃料
油脂
触媒反応
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パーム油
脂肪酸
パーム油は収穫後24時間以内に搾油しないと、脂肪酸が生成してしまう。
酵素による分解（＝油としての品質の低下）
（3％から45％）
パーム油
これを原料にして第二世代型
バイオディーゼル燃料
を作ろう。
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従来技術とその問題点既に報告例があるが、
高圧（20～40気圧）（10気圧以上：高圧ガス保安法）
高温反応・触媒の耐久性等の問題がある。
ステアリン酸
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シリコンナノ構造体担持触媒による
脂肪酸からの第二世代型バイオディーゼル燃料合成
豊富なバイオマス
脂肪酸
我々の触媒
少量の触媒高い再利用性
水素、マイクロ波
再生エネルギー
低エネルギー消費
第二世代型バイオディーゼル燃料
石油合成原料
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高活性高再利用性高選択性
ナノ構造体担持触媒の写真
Si Nano Forest
Tens nm
Sev
eral m
m
Silicon Wafer
脂肪酸バイオディーゼル燃料
ナノ空間
開放系金属触媒
Nanospace/field-mediated catalytic transformation system: - to downsize the reaction field/space to microscopic scale- a closed porous space- macroscopic accessibility of a large amount of substrates and
reactants under mild conditions
シリコンナノ構造体担持触媒
新技術脱明会New Technology Presentation Maatlngsl
R-[
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ステアリン酸バイオディーゼル燃料P1
石油合成原料
通常加熱 200 ℃ or 300 ℃: 反応せず
マイクロ波 (200W, 5 min, その後 40 W, 23 h 50 min)P1の収率：92%
シリコン基板触媒
ステアリン酸
バイオディーゼル燃料合成反応
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93% yield, 98.2% selectivity (from C20H40O2)
92% yield, 99.6% selectivity(from C18H36O2)
cf.RhCl3, Rh/Si，Rh/Al2O3 : 未反応
cf. 通常加熱at 200 or 300 ℃： 未反応
95% yield, 97.6% selectivity(from C17H34O2)
94% yield, 99.8% selectivity(from C16H32O2)
93% yield, 97.2% selectivity(from C15H30O2)
95% yield, 98.4% selectivity(from C14H28O2)
(0.5 mmol) 検出されない
様々な脂肪酸からの燃料合成
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98% yield97.7% selectivity, 99.5% purity
Oleic acid(0.5 mmol)
92% yield>99% selectivity, >99% purity
Octadecanedioic acid(0.5 mmol)
not detected
not detected
オレイン酸やジカルボンから
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
1stuse
2nduse
3rduse
4thuse
5thuse
6thuse
7thuse
8thuse
9thuse
10thuse
11thuse
12thuse
13thuse
14thuse
15thuse
16thuse
17thuse
18thuse
19thuse
20thuse
P1 P2 Selectivity of P1Cycle
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GC yield
(%)
‐ Leaching Test (ICP‐MS) ‐0.019 ppm Rhが漏れている
（=ほとんど漏れない）
P1 P2Stearic acid(0.5 mmol)
Selectivity of
P1
not detected
20回の触媒の再利用可能
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第一世代型バイオディーゼル燃料合成脂肪酸メチルエステル（FAME)
第二世代型バイオディーゼル燃料合成水素化バイオ経由（BHD)
フロー型エステル合成高分子酸触媒の開発
高分子酸触媒
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フロー型反応でアクリル酸メチル合成
触媒パックカラム
加熱
排圧弁
H2O
ポンプ
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Yield [%
]
フローエステル化反応で既存の高分子酸触媒より高収率
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想定される用途
•第2世代バイオディーゼル燃料合成
•第1世代バイオディーゼル燃料合成
•カルボン酸とアルコールからのダイレクトの
エステル化反応（アクリル酸エステル）
•マイクロ波合成反応技術の活用
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実用化に向けた課題
•ラボレベルから工業的応用に向けた
大規模スケール化
触媒の耐久性
•マイクロ波合成システムの日本における地位
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企業への期待
•バイオマスのエネルギー燃料化の技術を持つ、企業との共同研究を希望。
（第2世代・第1世代バイオディーゼル燃料合成とも）
•アクリル酸エステルを始めとしたエステル合成反応を求めている企業と共同研究を希望。
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本技術に関する知的財産権（前半部のみ）
•発明の名称：脂肪族炭化水素及び一酸化炭素の製造方法
•出願番号 ：PCT/JP2018/021645
•出願人 ：理化学研究所
•発明者 ：山田陽一、ベクヒヨル、魚住泰広
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お問い合わせ先
理化学研究所
イノベーション事業本部 ライセンス部
実用化コーディネーター 半田 敬信
ＴＥＬ 048-467-9729
ＦＡＸ 048-462-4718
e-mail [email protected]
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