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バイオディーゼル燃料関連規制

概要

 バイオディーゼル燃料をはじめとするエコ燃料は、エネルギー起源CO2 の排出を伴わない再生可能なエネルギーであるため、温暖化対策の切り札として注目を集めています。日本では、2006年3月に「バイオマス・ニッポン総合戦略」が見直され、これらのエコ燃料の利用促進にむけて、関連省庁(環境省、経済産業省、農林水産省、国土交通省、総務省など)が協力して必要な環境を整備することとなっています。また、京都市をはじめとする地方公共団体や企業においては、国に先行して地域レベル・企業レベルでの取り組みが活発化しています。

 私共の本社がある京都市では、「環境への負荷の少ない持続可能な街をつくる」ことを目的とし、使用済みの食用油を回収しバイオマスエネルギーとして有効利用するバイオディーゼル燃料化事業に取り組んでいます。
 当社は、当初からこの京都市のバイオディーゼル燃料化事業に関わり、技術検討会の協力委員として分析技術の検討を担当するなど、バイオディーゼル燃料の性状試験に関する豊富な技術と経験を有しています。
バイオディーゼル燃料の(B5は対応できません)性状試験及び品質評価は当社にお任せください。

-JIS K 2390に基づくバイオディーゼル燃料の性状試験を受託しています-

特徴・用途

1.バイオディーゼル燃料とは

バイオ由来燃料として注目されているバイオディーゼル燃料(BDF;BioDieselFuel)は、今のところ厳密に化学的な定義はなく、一般的に、パーム油、廃食用油等の油脂を化学処理して製造し、ディーゼル自動車用燃料等として使用するものを指してます。
油脂は粘度が高い等の物性的な背景から、そのままディーゼル自動車用燃料として使用することができません。
そのため、ディーゼル自動車用燃料として使用するために、メチルエステル化などの化学処理を施し、脂肪酸メチルエステル(FAME;Fatty Acid Methyl Ester)等の軽油に近い物性に変換したものがディーゼル車用燃料として使用されています。

メチルエステル化

bdf
バイオディーゼル燃料は、多様な物質の混合物であること、製造過程の違いから、製品ごとに性状が大きく異なっています。そのため、燃料品質を把握するための性状試験は欠かせません。
[ 経済産業省 総合資源エネルギー調査会第21回燃料政策小委員会 配布資料4-1より引用 ]

[ 経済産業省 総合資源エネルギー調査会第21回燃料政策小委員会 配布資料4-1より引用 ]

2.バイオディーゼル燃料の製造法

 バイオディーゼル燃料の製造は例えば次のように行います。まず回収されて夾雑物を除いた廃食油原料を加熱しながらKOHなどのアルカリ金属触媒の存在下でメタノールを反応させて、脂肪酸メチルエステルとグリセリンとに分解させます。次に、洗浄水で不要なグリセリン、メタノール、KOHを取り除き、純度の良い脂肪酸メチルエステルにする事で得られます。話を簡単にするために原料が全てトリオレイン(脂肪酸であるオレイン酸のトリグリセリド)で構成されているとする仮定しますと、次のような化学式で表せます。

bdf

法規制・規格

■FAME品質の規格

1.背景

 平成18年4月26日、総合資源エネルギー調査会石油分科会石油部会の規格検討ワーキンググループでバイオディーゼル燃料の規格案が示されました。“揮発油等の品質の確保等に関する法律”の省令に基づく強制規格として5%BDF混合軽油を位置づけ(FAME混合軽油強制規格)、100%BDFについての規格(ニート規格)はJIS化などを目指していました。

経済産業省ニート規格案 

■FAME混合軽油強制規格及びニート規格(案)

 [ 経済産業省 総合資源エネルギー調査会第21回燃料政策小委員会 配布資料4-3より引用 ]

項目 軽油強制規格(案) ニート規格(案)
規格値 試験法 規格値 試験法
脂肪酸メチルエステル含有量 質量% 5.0以下 告示 96.5以上 EN 14103
密度 g/ml - - 0.86 - 0.90 JIS K 2249
動粘度 mm2/s - - 3.5 - 5.0 JIS K 2283
引火点 (PMCC) - - 120以上 JIS K 2265
硫黄分 ppm 50以下 JIS K 2541-1,-2, -6
または-7
10以下 JIS K 2541-1,-2, -6
または-7
残留炭素分(10%残油) 質量% - - 0.3以下 JIS K 2270
セタン指数   45以上 JIS K 2280 51以上 JIS K 2280
セタン価   - - - -
蒸留性状 90% 留出温度 360以下 JIS K 2254 - -
硫酸灰分 質量% - - 0.02以下 JIS K 2272
水分 ppm - - 500以下 JIS K 2275
固形不純物 ppm - - 24以下 EN 12662
銅板腐食, 3hrs@50℃   - - 1以下 JIS K 2513
酸価 mgKOH/g 0.13以下 JIS K 2501 0.5以下 JIS K 2501JIS K 0070
ギ酸、酢酸、プロピオン酸
含有量
質量% 計0.003以下 告示 - -
酸化安定度   - - 当事者間の合意による
(参考として酸化安定度『ランシマット法』のご紹介へ)
酸化安定性, 16hrs×115℃ 酸価増加量mgKOH/g 0.12以下 告示 -
ヨウ素価 gI/100g - - 120以下 JIS K 0070
リノレン酸ME 質量% - - 12.0以下 EN 14103
多不飽和脂肪酸ME 質量% - - 1以下  
メタノール 質量% 0.01以下 告示 0.20以下 JIS K 2536EN 14110
モノグリセライド 質量% - - 0.80以下 EN 14105
ジグリセライド 質量% - - 0.20以下 EN 14105
トリグリセライド 質量% 0.01以下 告示 0.20以下 EN 14105
遊離グリセリン 質量% - - 0.02以下 EN 14105EN 14106
全グリセリン 質量% - - 0.25以下 EN 14105
金属 (Na + K) ppm - - 5以下 EN 14108EN 14109
金属 (Ca + Mg) ppm - - 5以下 prEN 14538
リン ppm - - 10以下 EN 14107
流動点 - - 当事者間の合意による
目詰まり点(CFPP) - -

 その後、平成18年10月、100%BDFについての規格がJASO(社団法人自動車技術会)により規格化(JASO M 360)されました。
この規格は、FAMEを軽油(B0)に質量分率5%以下の割合で混合した燃料(B5)を既販車も含めたディーゼル車に適用した場合に、安全性、排出ガス性能などの悪化を招くことなく、従来の軽油(B0)と同様に使用できるようにするために、燃料への混合用FAME品質規定のために制定されました。

JASO M 360

■JASO規格

 社団法人自動車技術会において、自動車規格「自動車燃料-混合用脂肪酸メチルエステル(FAME)」 (JASO M 360)が2006年10月に制定されました。
本規格は、軽油に対して質量分率で5%を超えない範囲で混合して用いる脂肪酸メチルエステル(FAME) を対象としています。
JASO M 360で定められた規格項目,品質(規格値)及び項目毎に定められた試験方法は以下の通りです。

FAMEの品質

項 目 単 位 品 質 試験方法
エステル分 質量分率 % 96.5以上 EN14103
密度(15℃) g/cm3 0.860以上 0.900以下 JIS K 2249
動粘度(40℃) mm2/s 3.50以上 5.00以下 JIS K 2283
引火点 120以上 JIS K 2265
硫黄分 質量分率 % 0.0010以下 JIS K 2541-1,-2, -6 または-7
10 %残油の残留炭素分 質量分率 % 0.3以下 JIS K 2270
セタン価   51.0以上 JIS K 2280
硫酸灰分 質量分率 % 0.02以下 JIS K 2272
水分 mg/kg 500以下 JIS K 2275
固形不純物 mg/kg 24以下 EN 12662
銅板腐食 (50℃、3h)   1以下 JIS K 2513
酸化安定性   受渡当事者間の合意による a)  
酸価 mgKOH/g 0.50以下 JIS K 2501又はJIS K 0070
ヨウ素価   120以下 JIS K 0070
リノレン酸メチル 質量分率 % 12.0以下 EN 14103
メタノール 質量分率 % 0.20以下 EN 14110
モノグリセライド 質量分率 % 0.80以下 EN 14105
ジグリセライド 質量分率 % 0.20以下 EN 14105
トリグリセライド 質量分率 % 0.20以下 EN 14105
遊離グリセリン 質量分率 % 0.02以下 EN 14105又はEN 14106
全グリセリン 質量分率 % 0.25以下 EN 14105
金属 (Na+K) mg/kg 5.0以下 EN 14108及びEN 14109
金属 (Ca+Mg) mg/kg 5.0以下 EN 14538
りん mg/kg 10.0以下 EN 14107
低温性能   受渡当事者間の合意による b)  

a) FAMEとしての規定は設けないが、軽油(B0)に当該FAMEを混合したものが、“揮発油等の品質の確保等に関する法律”の省令で定めた、酸化安定性の規定を満足しなければならない。

b)FAMEとしての規定は設けないが、軽油(B0)に混合したものが、JIS K 2204の該当する種類に適合しなければならない。

2.JIS規格

 経済産業省・総合エネルギー調査会・石油部会燃料政策小委員会において、FAME導入に向けての検討がなされ、軽油(B0)に混合して既販車に用いた場合でも安全性、環境面に問題のない品質を確保する方法が議論されました。2005年の第19回燃料政策小委員会において、“品質規制のありかた”及び“安全性、環境面からの確認試験の計画”が示されました。これらの検討結果を踏まえ、2006年第21回燃料政策小委員会において、“揮発油等の品質の確保等に関する法律”の省令を改正し、FAMEを質量分率5%以下の範囲で混合した軽油(B5)の品質規定を新たに設けることが示されました。混合軽油(B5)の品質を確保する上で、混合すべきFAMEの性状を明確に規定しておく必要があることから、混合用のFAME品質のJIS規格を制定することとなり、JASO M 360を基に工業標準原案が作られ、“JIS K 2390”となりました。

 燃料政策小委員会では、バイオディーゼル燃料(以下、BDFという。)として検討が始められましたが、欧州を参考に検討し、対象をFAMEに限定してきました。BDFといった場合には、広義には、生物系の原料から作られたディーゼル機関に使用可能な燃料全般を指しますが、欧州においては、FAMEだけを対象としており、近い将来に日本において脂肪酸のエチルエステルなどが導入される可能性が低いことから、FAMEに限定したようです。従って、JIS規格においても対象をFAMEとしています。

欧州統一規格について

EN規格

 バイオディーゼル燃料の導入に早くから取り組んでいるヨーロッパにおいては、2003年にバイオディーゼル燃料に関する欧州統一規格(EN14214)が公表されました。EN14214で定められた規格項目、規格値(基準値)及び項目毎に定められた試験法は以下の通りです。

項 目 基準値 試験方法
エステル含有量 96.5 %以上 EN 14103:2003 油脂誘導体-脂肪酸メチルエステル(FAME)とリノレン酸メチルエステル含有量の試験
密度(15℃) 860~900 kg/m3 EN ISO 3675:1998 原油と液状石油製品-密度の分析試験-比重計方法(ISO 3675:1998)
EN ISO 12185:1996/2001 原油と石油製品-密度の試験-振動Uチューブ方法
動粘度(40℃) 3.50~5.00 mm2/s EN ISO 3104:1996/1999 石油製品-透明で不透明な液体-動粘度の試験と動粘度の計算
引火点 120℃以上 prEN ISO 3679:2002 引火点の試験
硫黄分 10.0 mg/kg以下 prEN ISO 20846:2002 石油製品-自動車燃料の硫黄分の試験-エネルギー分散エックス線けい光分光法(ISO/DIS 20846:2002)
prEN ISO 20884:2002 石油製品-自動車燃料の低硫黄分の試験-波長分散方式エックス線けい光分光法(ISO/DIS 20884:2002)
残留炭素分
(10 %の残油中)
0.30 %以下 EN ISO 10370:1995 石油製品-残留炭素分-ミクロ方法(ISO 10370:1993)の試験
ASTM D1160:1999 減圧下における石油製品の蒸留の試験
セタン価 51以上 EN ISO 5165:1998 石油製品-ディーゼル燃料-ディーゼル燃料の点火特性の試験
硫酸灰分 0.02 %以下 ISO 3987:1994 石油製品-潤滑油と添加物-硫酸塩灰分の試験
水分含有量 500 mg/kg以下 EN ISO 12937:2000 石油製品-水分試験-カールフィッシャー電量滴定法(ISO 12937:2000)
総コンタミネーション 24 mg/kg以下 EN 12662:1998 液状石油製品-中質留分の汚染の試験
銅板腐食
(50℃、3時間)
Class1 EN ISO 2160:1998 石油製品-銅への腐食性-銅板腐食試験(ISO2160:1998)
酸化安定性(110℃) 6.0 hr以上 EN 14112:2003 油脂誘導体-脂肪酸メチルエステル(FAME)-酸化安定性(酸化試験を加速する)の試験
(参考として酸化安定度『ランシマット法』のご紹介へ)
酸価 0.50 mg-KOH/g以下 EN 14104:2003 油脂誘導体-脂肪酸メチルエステル(FAME)-酸価の試験
ヨウ素価 120以下 EN 14111:2003 油脂誘導体-脂肪酸メチルエステル(FAME)-ヨウ素価の試験
リノレン酸メチル
エステル
12.0 %以下 EN 14103:2003 油脂誘導体-脂肪酸メチルエステル(FAME)とリノレン酸メチルエステル含有量の試験
多価不飽和(≧4二重結合)メチルエステル 1 %以下 開発中
メタノール含有量 0.20 %以下 EN 14110:2003 油脂誘導体-脂肪酸メチルエステル(FAME)-メタノール含有量の試験
モノグリセリド含有量 0.80 %以下 EN 14105:2003 油脂誘導体-脂肪酸メチルエステル(FAME)-遊離グリセリン,総グリセリン,モノ,ジおよびトリグリセリド含量の試験)(標準法)
EN 14106:2003 油脂誘導体-脂肪酸メチルエステル(FAME)-遊離グリセリン含有量の試験
ジグリセリド含有量 0.20 %以下
トリグリセリド含量 0.20 %以下
遊離グリセリン 0.02 %以下
全グリセリン量 0.25 %以下
グループⅠ金属類
(Na+K)
5.0 mg/kg以下 EN 14108:2003 油脂誘導体-脂肪酸メチルエステル(FAME)-原子吸光光度法によるナトリウム量の試験
EN 14109:2003 油脂誘導体-脂肪酸メチルエステル(FAME)-原子吸光光度法によるカリウム量の試験
グループⅡ金属類
(Ca+Mg)
5.0 mg/kg以下 prEN 14538:2002 油脂誘導体-脂肪酸メチルエステル(FAME)-誘導結合形プラズマ発光分光分析装置(ICP OES)によるカルシウムとマグネシウム含有量の試験
りん含有量 10 mg/kg以下 EN 14107:2003 油脂誘導体-脂肪酸メチルエステル(FAME)-誘導結合プラズマ発光分析法(ICP)によるりん含有量の試験

■注目すべきと考えられる性状について

 脂肪酸メチルエステル(FAME)は、軽油に比べて、ゴム・樹脂を膨張・劣化させる、また、熱の影響により酸やスラッジ(固まり)を発生し品質が劣化しやすい、等の化学的特長を有している点に留意する必要があります。
 それらの影響を把握するために注目すべき性状は以下のとおりです。

燃料性状 特有性状 燃料・エンジン特性
密度 メタノール 燃料噴射量
動粘度 遊離脂肪酸(酸価)
グリセリド類
飽和脂肪酸ME組成
燃料霧化、潤滑性
残留炭素 グリセリド類 発煙、燃焼・排出性能
引火点 メタノール 危険物類別、排気成分
流動点
曇り点
目詰まり点
飽和脂肪酸ME組成
グリセリド類
低温流動性
硫黄分 - 排出ガス組成、腐食
灰分・硫酸 金属(Na、K) 金属(Ca、Mg) 磨耗、目詰まり
  リン ガム質、目詰まり
水分 - 錆、目詰まり
  夾雑物 目詰まり
銅板腐食 遊離脂肪酸(酸価) 腐食
セタン価 飽和脂肪酸ME組成 アンチノック
酸化安定度 不飽和脂肪酸ME量(ヨウ素価)
リノレン酸ME
多価不飽和脂肪酸ME
酸化安定性、保存安定性

分析・試験項目

■当社の性状試験項目

 JIS K 2390に基づく性状分析を行っています。
 当社ではB5には対応しておりませんのでご了承ください。

NO. 試験分析項目 必要試料量(ml) 試験方法 表示単位 測定目的
1 密度(15℃) 50 JIS K2249 g/ml 性状代表値
2 動粘度(40℃) 100 JIS K2283 mm2/s 流動性
3 引火点(PMCC) 50 JIS K2265 燃料特性
4 硫黄分 50 JIS K2541 ppm 不純物量
5 10%残留炭素(減圧ミクロ) 500 JIS K2254減圧/JIS K2270 残留炭素量
6 セタン価 5000 JIS K2280 着火性の目安
7 硫酸灰分 200 JIS K2272 硫酸灰分
8 水分 10 JIS K2275 ppm 不純物量
9 夾雑物(固形不純物) 800 EN 12662 ppm 不純物量
10 銅板腐食 50 JIS K2513 (3h@50℃) 変色番号 金属腐食の目安
11 酸化安定度 20 EN 14112
(参考として酸化安定度『ランシマット法』のご紹介へ)
hr 品質性状安定性
12 酸価 50 JIS K2501 mgKOH/g 品質性状安定性
13 ヨウ素価 10 JIS K0070 gI/100g 不飽和脂肪酸量
14 FAME量(エステル量) 10 EN 14103準拠 品質性状安定性
リノレン酸ME 10 EN 14103準拠 酸化安定性の目安
脂肪酸組成(17成分) 10 GC-FID法 相対% 低温安定性及び酸化安定性の目安
飽和脂肪酸組成 10 GC-FID法 相対% 低温安定性の目安
15 メタノール 10 EN 14110準拠又は
GC-FID法
不純物量
16 モノグリセリド 10 EN 14105準拠又は
ASTM D6584準拠
不純物量
17 ジグリセリド 不純物量
18 トリグリセリド 不純物量
19 遊離グリセリン 不純物量
20 全グリセリン 不純物量
21 金属類(Na+K) 10 EN 14108、14109準拠又は
EPA method準拠
ppm 不純物量
22 金属類(Ca+Mg) 10 EN 14538準拠又はICP-AES法 ppm 不純物量
23 リン 10 EN 14107準拠又はICP-AES法 ppm  
24 流動点 100 JIS K2269 流動化最低温度
25 目詰まり点(CFPP) 100 JIS K2288 フィルター低温つまり
26 曇り点 50 JIS K2269 固形物析出最低温度
27 真発熱量 50 JIS K2279 附-2 J/g  

 ME:メチルエステル FAME:脂肪酸メチルエステル

関連情報

■酸化安定度『ランシマット法』のご紹介

1.酸化安定性について

 バイオディーゼル燃料は、軽油に比べて、熱や酸素の影響により酸やスラッジを発生し使用車両への不具合を引き起こしやすいという化学的特徴があります。従って、こうした酸化による影響(酸化安定性)を把握することは必要不可欠です。当社では、ヨーロッパの規格(EN14112)で定められているランシマット法をいち早く導入しています。

2.ランシマット法とは

 ランシマット法は、試料約3gを反応容器に入れ、110℃に加熱しながら、その中に清浄空気を送り込み、揮発性分解物を水中に捕集し、捕集水の導電率が急激に変化する折曲点までの時間(誘導時間)を測定します。すなわち、試料であるバイオディーゼル燃料の酸化により生成する分解生成物量(ギ酸や酢酸が主成分と考えられます。)の経時変化を測定することにより、誘導時間を決定します。この値は、バイオディーゼル燃料の酸化に係る他のパラメーター(過酸化物価、動粘度、酸価等)との連関性が認められており、酸化安定性を評価するのによい指標であるといえます。ヨーロッパの規格(EN14112)では、この方法による基準値は6時間以上とされています。

測定装置(Metrohm社 743 Rancimat)

図 誘導時間の測定例

温度調節可能範囲 50~220℃
流量設定範囲 7~25L/hr


測定装置(Metrohm社 743 Rancimat)

3.測定例

 以下に、測定結果例を示します。横軸が時間(h)で、縦軸が導電率(μS/cm)です。酸化による導電率変化を時間と共に測定し、赤線で示す急激に変化した点(この例では6.55h)を誘導時間とします。酸化安定性はこの誘導時間が長いほど良い結果となります。

測定装置(Metrohm社 743 Rancimat)

図 誘導時間の測定例

20150217