最近ニュースを読んだり見たりしたことがあるなら、おそらく石油と石油価格に関連する記事、抜粋、またはサウンドバイトに出くわしたことでしょう。日常生活の中でも、誰かがそれについて言及する可能性は十分にあります。それは中だかどうかautomotivesが、経済学、歴史、地理や政治、オイルは、私たちの日常生活のほぼすべての側面にフィルターに管理しています。これは、消費者が毎日頼っている最も議論されている（そして物議を醸している）商品の1つです。
石油についてのこの話はすべて、ガソリンの代替品への関心を継続させています。以下のようなもの、電気自動車や水素燃料電池は、油に実現可能な代替案として語られています。技術が進歩するにつれて、これらの概念は現実になる可能性があります。しかし、今はどうですか？
混合物で失われるのは、化石燃料の代わりに生物学的成分から作られた燃料であるバイオ燃料です。これらの出発原料は、製造される燃料の種類と製造方法に応じて、トウモロコシから大豆、動物性脂肪までさまざまです。
この記事では、主要なバイオ燃料の1つであるバイオディーゼルについて詳しく見ていきます。手始めに、車のエンジンがどのように機能するか、ディーゼルエンジンがどのように機能するかを確認して、背景を理解することをお勧めします。その後、戻って、バイオディーゼルの事実をフィクションから分離します。
一般的に言えば、バイオディーゼルは、石油（または原油）の代わりに生物学的成分から作られる標準的なディーゼル燃料の代替または添加剤です。バイオディーゼルは通常、一連の化学反応によって植物油または動物性脂肪から作られます。それは無毒で再生可能です。バイオディーゼルは本質的に植物や動物に由来するため、農業やリサイクルを通じて供給源を補充することができます。
バイオディーゼルは安全であり、ほとんどまたはまったく変更を加えることなくディーゼルエンジンで使用できます。バイオディーゼルは純粋な形で使用できますが、通常は標準のディーゼル燃料と混合されます。ブレンドは略語Bxxで示されます。ここで、xxは混合物中のバイオディーゼルのパーセンテージです。たとえば、最も一般的なブレンドはB20、つまり20パーセントのバイオディーゼルから80パーセントの標準です。したがって、B100は純粋なバイオディーゼルを指します。
写真提供 ：トウモロコシから作られたエタノールや大豆から作られたバイオディーゼルなどの米国エネルギー省の
バイオ燃料は、アメリカの農業を支援しています。
ただし、バイオディーゼルは単なる包括的な用語ではありません。業界標準の提供を担当する組織であるASTMインターナショナル（以前は米国材料試験協会として知られていました）によって認識されている正式な技術的定義もあります。National Biodiesel Board（NBB）によると、バイオディーゼルの技術的定義は次のとおりです。
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植物油または動物性脂肪に由来する長鎖脂肪酸のモノアルキルエステルで構成され、B100と指定され、ASTM D6751の要件を満たす燃料。
それはちょっとラフに聞こえますが、あなたが思っているよりもずっと馴染みがあります-あなたは毎日これらの脂肪酸に遭遇します。これらについては、次のセクションで詳しく説明します。
- 脂肪とバイオディーゼル
- バイオ燃料の歴史
- 長所
- 短所
脂肪とバイオディーゼル
写真提供： National BiodieselBoard 大豆はバイオディーゼルに することができます。 |
バイオディーゼルを非常に魅力的で興味深いものにしている理由の1つは、多くの天然資源から製造できることです。動物性脂肪を使用することもできますが、植物油はバイオディーゼルの最大の供給源です。あなたはおそらく台所でこれらのいくつかを使用したことがあります。科学者やエンジニアは、大豆、菜種、カノーラ、ヤシ、綿実、ヒマワリ、ピーナッツなどの身近な作物の油を使用してバイオディーゼルを生産できます。バイオディーゼルは、リサイクルされた調理用グリースからも作ることができます！
すべてのバイオディーゼル源に共通する共通点は、それらすべてに何らかの形で脂肪が含まれているということです。油は、室温で液体である単なる脂肪です。これらの脂肪、またはトリアシルグリセロール（トリグリセリドと呼ばれることもあります）は、炭素、水素、および酸素原子が結合して特定のパターンに配置されたもので構成されています。これらのトリアシルグリセロールはかなり普及しています。家庭用植物油に加えて、バターやラードなどの一般的なものもあります。あなたが医者に行って、そしていくらかの血液検査をしたならば、あなたはリストされたトリグリセリド数を見たかもしれません。
これらのトリアシルグリセロールを視覚化する1つの方法は、大文字の「E」を考えることです。このEの垂直骨格を形成するのは、グリセロールとして知られる分子です。グリセロールは、石鹸、医薬品、化粧品などの製造に使用される一般的な成分です。このグリセロール骨格に結合し、Eの水平要素を形成しているのは、炭素、水素、および酸素で構成される3つの長鎖です。これらは脂肪酸と呼ばれます。
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C = OC = OC = O
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では、これらのトリアシルグリセロールはどのようにして車、トラック、またはボートに入れられるのでしょうか。バイオディーゼルは純粋な植物油ではありません。過去にディーゼルエンジンの燃料として生植物油が使用されてきましたが、通常は問題を引き起こしています。生の脂肪または油は、燃料になるために最初に一連の化学反応を経る必要があります。バイオディーゼルを製造する方法はいくつかありますが、ほとんどの製造施設では、エステル交換と呼ばれるプロセスを通じて工業用バイオディーゼルを製造しています。。このプロセスでは、脂肪または油を最初に精製し、次に水酸化カリウム（KOH）または水酸化ナトリウム（NaOH）などの触媒の存在下でアルコール（通常はメタノール（CH3OH）またはエタノール（CH3CH2OH））と反応させます。これが起こると、トリアシルグリセロールはエステルとグリセロールを形成するように変換されます。残っているエステルは、私たちがバイオディーゼルと呼んでいるものです。
これは古いニュースですか？次のセクションでは、バイオ燃料運動の背後にある歴史と動機のいくつかを調べます。
バイオ燃料の歴史
写真提供：Bob Allan 現在の米国のバイオディーゼル生産は、主にこれらのような大豆からの油、またはリサイクルされたレストランの食用油からのものです。 |
バイオ燃料の概念は驚くほど古いものです。ルドルフ・ディーゼルは、その発明に現在彼の名前が付けられており、エンジンの燃料源として植物油を想定していました。実際、彼の初期の仕事の多くはバイオ燃料の使用を中心に展開していました。たとえば、1900年にフランスのパリで開催された世界展示会で、ディーゼルはピーナッツオイルでエンジンを作動させてデモンストレーションを行いました。同様に、ヘンリーフォードは、モデルTがトウモロコシ製品であるエタノールで稼働することを期待していました。最終的に、ディーゼルとフォードの両方のケースで、石油が登場し、最も論理的な燃料源であることが証明されました。これは、とりわけ、供給、価格、効率に基づいていました。一般的ではありませんでしたが、1930年代から1940年代にかけて、ディーゼル燃料にも植物油が使用されました。
バイオ燃料を使用するという考えが米国で再検討されたのは1970年代と1980年代でした。最も重要なイベントの1つは、環境保護庁（EPA）による大気浄化法の成立とともに1970年に発生しました。これにより、EPAは、二酸化硫黄、一酸化炭素、オゾン、窒素酸化物（NOx）などの汚染物質の排出基準をより厳密に規制することができました。これにより、よりクリーンな燃焼燃料を開発するための準備が整いました。これはまた、燃料添加剤の基準を設定します。
1973-1974年のアラブ石油禁輸や1978-1979年のイラン革命などの海外での出来事は、国内の石油生産の減少と相まって、価格を押し上げるのに役立った。米国エネルギー省のエネルギー情報局によると、米国の原油輸入は禁輸期間中に30％削減され、「原油の世界価格は1979年の初めの1バレルあたり約14ドルから1バレルあたり35ドル以上に跳ね上がりました。安定する前の1981年1月。世界価格が1バレルあたり28ドルから29ドルの間で安定した1983年まで、価格はそれほど下がらなかった。」
石油価格が上昇するにつれ、研究者たちは他の場所を探し始めました。1982年8月、ノースダコタ州ファーゴで第1回植物油と植物油に関する国際会議が開催されました。この会議では、燃料費や植物油の影響から燃料添加剤や抽出方法まで、さまざまな問題が取り上げられました。
1990年に、大気浄化法が改正され、車両の排出量に対するより厳しい制限が含まれました。この改正により、ガソリンの酸素含有量の増加（一酸化炭素排出量の削減）やディーゼル燃料の硫黄含有量の削減などの規定が導入されました。
1992年、EPAはエネルギー政策法（EPACT）を可決しました。これは、外国の石油への依存を減らすために、米国政府の輸送艦隊が使用する代替燃料の量を増やすことを目的としていました。1998年のEPACTの改正には、元のEPACTで規定されているように、代替燃料車またはAFVを購入する代わりに、既存の政府のディーゼル車でバイオディーゼル燃料を使用することが含まれていました。
これらの規則や規制がすべて整っているので、実行可能な石油の代替品が騒ぎを引き起こすことは理解できます。しかし、バイオディーゼルはガソリンの完全な代替品ではありません。次のセクションでは、その長所と短所を見ていきます。
長所
- バイオディーゼルは環境にやさしいです。
- それは外国の石油への依存を減らすのを助けることができます。
- エンジン自体を潤滑し、エンジンの摩耗を減らします。
- エンジンをほとんどまたはまったく変更せずに、ほとんどすべてのディーゼルで使用できます。
- 従来のディーゼルより安全です。
排出規制は、特に法律問題において、バイオディーゼルの議論の中心です。科学者、議員、および消費者の間で特に有害で懸念を引き起こす排出のいくつかの要素があります。硫黄とその関連化合物は酸性雨の形成に寄与します。一酸化炭素は広く認識されている毒素です。そして二酸化炭素は温室効果に貢献します。多環芳香族炭化水素（PAH）、特定の種類の癌の形成に関連しているリング状の化合物など、懸念を引き起こすあまり知られていない化合物もいくつかあります。粒子状物質（PM）は健康に悪影響を及ぼし、未燃炭化水素はスモッグとオゾンの形成に寄与します。
バイオディーゼルは有害排出物を削減します。現在のバイオ燃料のうち、大気浄化法に準拠した排出ガス試験を無事に完了したのはバイオディーゼルだけです。
| 従来のディーゼルと比較した平均バイオディーゼル排出量 |
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| 排出成分 | B100 | B20 |
| 未燃炭化水素の合計 | -67％ | -20％ |
| 一酸化炭素 | -48％ | -12％ |
| 粒子状物質 | -47％ | -12％ |
| NOx | + 10％ | + 2％ |
| 硫酸塩 | -100％ | -20％ |
| PAH | -80％ | -13％ |
| 出典：National Biodiesel Board |
さらに、B100はCO2排出量を78％削減し、ディーゼル燃料の発がん性を94％削減することができます（National Biodiesel Board、US DOE Office of TransportationTechnologies）。
バイオディーゼルのもう1つの特徴は、生分解性であるということです。つまり、バクテリアなどの天然物質の結果として分解する可能性があります。EPAによると、バイオディーゼルは従来のディーゼル燃料の4倍の速度で分解します。このように、流出が発生した場合、クリーンアップが容易になり、余波はそれほど恐ろしいものではなくなります。これは、バイオディーゼルブレンドにも当てはまります。
バイオディーゼルはまた、米国の輸入石油への依存度を下げ、エネルギー安全保障を高める可能性があります。米国のほとんどのバイオディーゼルは、主要な国内作物である大豆油から作られています。米国の石油需要が増加し、世界の供給が減少しているため、バイオディーゼルなどの再生可能燃料が適切に導入されれば、米国のエネルギー需要の一部を軽減できる可能性があります。
バイオディーゼルは、エンジンの潤滑性、つまり動きやすさにも貢献します。バイオディーゼルは溶剤として機能し、詰まりの原因となる可能性のあるエンジン内部からの堆積物やその他のガンクを緩めるのに役立ちます。純粋なバイオディーゼルはそれ自体の堆積物を残さないので、これはエンジン寿命の延長をもたらします。わずか1％のバイオディーゼル混合物は、燃料の潤滑性を65％も向上させる可能性があると推定されています（米国エネルギー省運輸技術局）。
バイオディーゼルもより安全です。それは無毒であり（食卓塩の約10分の1の毒性）、従来のディーゼルよりも高い引火点を持っています。高温で燃焼するため、誤って燃焼する可能性が低くなります。これにより、移動および保管に関する規制に対応しやすくなります。次に、バイオディーゼルの短所と将来について見ていきます。
短所
写真提供：Paul Roessler
微細藻類、ディーゼルのような燃料を得ることができる生物：アメリカ南西部の砂漠で培養された、NRELが開発した微細藻類は、いつの日かバイオディーゼル燃料に変換するために大量の脂質を生成する可能性があります。
もちろん、ペナルティがないものはなく、バイオディーゼルには欠点があります。燃料自体に関係するものもあれば、全体像に関係するものもあります。
燃料自体の問題の1つは、バイオディーゼル排出物中のNOxの増加です。多くの場合、ディーゼル燃料の製造では、排出物中の粒子状物質の量を減らすと、それに対応して窒素酸化物が増加し、スモッグの形成に寄与します。これのいくつかはエンジン自体を調整することによって対処することができますが、それは常に実行可能であるとは限りません。バイオディーゼル排出物中のNOx量を減らすために研究されている技術があります。
もう1つの問題は、溶媒としてのバイオディーゼルの挙動です。。このプロパティは便利ですが、それは一種の両刃の剣です。一部の古いディーゼル車（1992年より前に製造された車など）では、高濃度のバイオディーゼルで目詰まりが発生する場合があります。エンジンに蓄積された堆積物（古いディーゼル燃料から存在する可能性があります）を緩める能力があるため、バイオディーゼルは、燃料フィルターが新しく解放された堆積物で詰まる原因となる可能性があります。バイオディーゼルメーカーは、高濃度のバイオディーゼルブレンドに切り替えた直後に燃料ポンプを変更することを提案しています。これらの古い燃料システム内のコンポーネントも劣化する可能性があります。燃料システム内の堆積物に加えて、バイオディーゼルはゴム成分も分解します。燃料ラインや燃料ポンプシールなどの古いシステムの一部の部品は、ゴムまたはゴムのような組成のために故障する可能性があります。これは通常、そのようなコンポーネントを交換することで解決されます。多くのメーカーが保証にバイオディーゼルを含めていますが、問題が発生する可能性は依然として存在する可能性があります。バイオディーゼルと車両の保証の詳細については、チェックアウトしてくださいバイオディーゼル標準。
また、一部のエンジンでは、燃費と出力がわずかに低下する可能性があります。平均すると、電力が約10％削減されます。言い換えれば、1ガロンの標準ディーゼルに相当するのに約1.1ガロンのバイオディーゼルが必要です。
バイオディーゼルの主な欠点は、全体像、つまり市場と関連するロジスティクスに関連しています。これらの中で、最も重要なのはコストです。EPAによると、純粋なバイオディーゼル（B100）は1ガロンあたり1.95ドルから3.00ドルの費用がかかる可能性がありますが、B20ブレンドは標準のディーゼルよりも1ガロンあたり平均約30から40セント高くなります。これはすべて、使用される原料や市況などの変数に依存します。
もう1つの、おそらくもっと重要な問題は、量と可用性の問題です。バイオディーゼルは必ずしも50州すべてで生産されているわけではありませんが、すべての州で利用できるようにすることができます。バイオディーゼルを入手するには3つの主要な方法があり、それぞれの特定の方法が特定のタイプの顧客により適しています。バイオディーゼルは、供給業者、石油販売業者、または公共ポンプから直接購入できます。現在、米国には19のNBBメンバーがバイオディーゼルを製造および販売しています。バイオディーゼルの入手方法については、National BiodieselBoardにお問い合わせください。また、Alternative Fuels Data Centerには、都市または州ごとに給油所を見つけることができる検索機能があります。
米国外のバイオディーゼルステーションの場所については、最寄りのバイオ燃料代理店にお問い合わせください。
それで、私たちはいくら稼ぎますか？さまざまな生産者（つまり、連邦、民間、工業）と作物の供給源の数を考えると、きちんとした数字を付けるのは難しいです。現在、米国は年間約7500万ガロンのバイオディーゼルを生産しています（National Biodiesel Board）。この生産は柔軟性があり、必要に応じて増減できます。
それがより派手な技術によって占められているスポットライトをつかむかどうかにかかわらず、バイオディーゼルは確かに進行中の絶え間ない仕事になるでしょう。
現在、最大のバイオディーゼル市場はフリート車です。 National Biodiesel Boardによると、米国には100を超えるバイオディーゼルを使用するフリートがあります。これらには、米国郵政公社、米国空軍、米国陸軍、NASA、米国エネルギー省、デュークエナジー、フロリダパワーアンドライトなどの連邦および公的機関が含まれます。多くの公共交通機関も、石油の使用を補完するためにバイオディーゼルに注目しています。シンシナティメトロなどの市内バスもバイオディーゼルを使用しています。潜在的な将来のターゲットには、海洋および農業用途や家庭用暖房などの分野が含まれます。
国民の意識が高まるにつれ、バイオディーゼルとバイオ燃料は一般的に夕食の会話に簡単に入ることができます。政治的支援も増えており、1998年のEPACT改正などの法律を受けて、それほど遠くない将来には代替燃料源が必要になるでしょう。
バイオディーゼル、バイオ燃料、および関連トピックの詳細については、次のページのリンクを確認してください。
