バイオ燃料を利用したガスからの脱却
24 Aug 2020
環境 KPI の向上と燃料需要の増加は、バイオ燃料分野の主要な推進要因です。バイオ燃料分野は、栽培者のためにフィードストック市場を確保するために、地域の騎手として発展しています。GEA テクノロジーは、処理業者がこれら高度なバイオ燃料生産のための次世代フィードストック産品などの貴重なリソースを最大限に活用できるようにします。
経済協力開発機構（ Ｏ Ｅ Ｃ Ｄ ）の FAO 農業見通しによると、2019年から、今後のバイオ燃料需要は、国や地域の政策によって、国々が化石燃料からの脱却に向けた独自の戦略を追求しつつ、栽培者が農産物フィードストック産品の市場を確保することで、一層強く形成される。しかし、米国と EU はバイオ燃料の生産で高い評価を得ているが、今後のこの分野での大きな成長は、これらの地域以外の国々から牽引されると予想される。
私たちは、 再生可能エネルギーアプリケーションマネージャー、バーバラ・ハーテン（Barbara Harten）と、蒸留物プロダクトマネージャーのエカード・マエデバック（ Eckard Maebdebach ）、共にGEAの社員を相手に、 この進化する業界と、 GEA 社が効率的な機械的および熱的ソリューションを用いた処理業者の支援の状況についてじっくり話を伺いました。
バイオ燃料とは何でしょうか、また、その原料は何なのでしょうか
BH:バイオ燃料は、植物由来の物質または動物性脂肪の一部でまたは全部で製造されています。これらの「フィードストック」は再生可能であるということから、一般的に再生可能な資源として分類されることになります。ほとんどのバイオ燃料は、化石燃料ベースのガソリンまたはディーゼル（燃料）にある割合で混合され、既存のエンジンに対応します。従来のバイオ燃料や第一世代のバイオ燃料は、油分や脂肪などの新鮮な フィードストックや食用フィードストックから作られており、 30 年以上前から使用されています。第 2 世代または高度なバイオ燃料は、動物性脂肪、使用済み調理油、砂糖を含む廃棄物などの非食用フィードストックから作られています。ここでは、人間の栄養に利用できるフィードストックの使用を最小限に抑えることを目標としています。
普通のバイオ燃料には次のものがあります。
- バイオエタノール
- バイオディーゼル
- バイオガス
- バイオブタノール
バイオエタノールは植物主成分の砂糖および でんぷんの発酵に依存しており、ガソリンの代用品となっています。OECD － FAO 農業見通しによると、2019年から、バイオエタノールの約 60 ％はトウモロコシから、25 ％はサトウキビから、 7 ％は糖蜜から、4 ％は小麦から、残りはその他の穀物、キャサバまたは、砂糖ビートから生産されています。逆に、バイオディーゼル燃料の約 77% は脂質（植物または動物）とアルコールの化学反応に依存するディーゼル代替燃料であって、以下の植物油が主成分となっています。大豆油由来３０％、パーム油由来２５％、菜種（キャノーラ）油由来１８％、および廃棄調理油由来２２％。
バイオガスは、嫌気性消化と呼ばれる酸素が存在しない場合の有機物質の発酵によって生成されます。このプロセスで使用される潜在的な有機物質の例としては、紙、木材、一部のプラスチック、乾燥した群葉、堆肥、および地方自治体の廃棄物が挙げられます。バイオガスは、多くの汚染を発生させることなく簡単に燃焼し、グリーン電力の生産に使用できます。圧縮されている場合は、車両の動力としても使用できます。バイオブタノール は何ら手直しすることなくガソリンの代わりとして直接使用可能です。これは細菌や藻類の発酵から派生したものですが、生産コストが高いため、より広範囲に使用する際の障壁となっています。
再生可能な資源から来ることに加えて、バイオ燃料は化石燃料に勝る他にどんな利点があるのでしょうか。
EM:低生産の CO2 フットプリントを Well-To-Wheel 「油田から車輪まで」十分に維持すれば、バイオ燃料は CO2 排出量を低減して、そのエネルギー密度は化石燃料に近づきます。また、種類によっては、バイオ燃料に含まれる硫黄化合物の数が少なくなるか、まったく含まなくなります。バイオ燃料は再生可能素材から作られているので、温室効果ガス排出量の削減目標にカウントされることが多いことから、より容易に助成金を受けることができ、輸送業界での集約的使用の増加や、航空および海運業界での使用の増加に貢献します。バイオディーゼル燃料は、クリーン燃焼型ディーゼル燃料の代替品と考えられ、ディーゼルエンジンのブレンドとして改造することなく使用できます。エンジンの改造すれば、バイオディーゼル燃料を 100% 使用できます。脱水エタノールとしてバイオエタノール (99.8% vol.) はエンジンの改造をしなくても通常 10 か 15% までは、一定割合で混合可能であるが、無水アルコール (95-96% vol.)としてのバイオエタノールはブラジルで共通であるフレックス燃料エンジンであれば 0～85%の一定割合でガソリンの代替が可能です。
BH ：それらのエンジンが増えれるにつれ、当然、植物由来のフィードストックが大気中の二酸化炭素を吸収します。考慮すべきもう 1 つの要因は、バイオ燃料の生産から作成される副産物または共産物です。たとえば、バイオディーゼル燃料の生産では、グリセロールやグリセリンが発生します。いずれも、肥料や動物飼料で、また、追加の精製をすれば食品、医薬品、化粧品でも使用できます。菜種（カノーラ）を基にした場合、バイオディーゼル燃料のプロセスで なたねかす;が生成され、大豆を使用すると、高品質のミネラルとタンパク質が含まれた大豆かすが作り出され、家畜、家禽、魚の飼料に追加されます。
EM:同様に、トウモロコシと穀物を基にエタノールを製造すると、大量の蒸留物が生成されます。この蒸留物は、DDGS（トウモロコシ蒸留粕) として望ましく、動物飼料に使用できます。または、バイオマスは再生可能な燃料源として使用でき、このプロセスまたは燃料としての用途のバイオメタンへの転換のための電力および熱を製造します。
製造業者および消費者は一様に鉱物油に基づくグリセリンから脱却する方法を求めています。バイオディーゼル燃料の生産はこの需要を満たし、共産物としてグリーングリセリンを作り出します。この共産物は、そのあと今日人々が求める家庭用およびパーソナルケア製品の類を作り出すために使用されます。–バーバラ・ハートン（ GEA 社 、 再生可能エネルギー 、アプリケーション・マネージャ
–バーバラ・ハートン（ GEA 社 、 再生可能エネルギー 、アプリケーション・マネージャ
バイオ燃料の生産と処理に関して、 GEA 社は長年にわたる認証を得ています。この業界では、どのようなソリューションを提供していますか。
EM:バイオエタノールの製造, に関して、 GEA 社 はコアプロセスのすべての主要な側面をカバーするキーテクノロジーとソリューションを提供しています。これには次のものが含まれます。 原料の粉砕・すり潰し、液化、糖化、発酵、蒸留、脱水、 DDGS の分離・乾燥のためのデカンター, ドライヤ、エバポレーター、さらに廃棄物の流れを最小限に抑え、処理水を節約するための凝縮水リサイクル・研磨の考え方。GEA 社 の能力は 1 列車の 1 日あたりの 50 万リットルまでの容量に達する世界の主要なバイオエタノールプラントの建設段階に入って来ました。当社のソリューションは、関連する熱エネルギーを再利用するか、もしくは特許取得済みのヒートポンプ原理を機械的な蒸気再圧縮で使用することで、エネルギー消費を最適化します。
BH:当社バイオディーゼル燃料能力には、油分や脂肪のバイオディーゼル燃料への変換や、生のフィードストックを精製する前処理機能も含まれます。GEA 社 はまた、分離、メタノール回収、水蒸発による石鹸分離のためのソリューションを有しており、グリセロールを分離して再販またはプラントでの再利用が可能です。
植物油および動物油および脂肪の脱ガム、中和、脱蝋を行う
GEA Separator RSE および RSI により、バイオディーゼル燃料生産用の高品質オイル（ HVO などの高度なバイオ燃料を含む）を確実に生産できます。
当社の前処理プロセスラインには、世界的に有名なGEA RSE および RSI セパレータ、が含まれており、以下の方法で化学的および物理的な精製プロセスを支援します。
- ろう分を除去し、低温の温度でのバイオディーゼル燃料の安定性を高めます
- 不純物を除去してグリセリンの品質を向上させます
- サーマルグリセリンプロセス中にファウリングを起こすガムを除去します
- 遊離脂肪酸を除去し、非グリセリン有機物質の量を削減します
- 廃水中のリン酸を除去し、廃棄コストを削減します
バイオエタノール製造における蒸留廃液デカンテーション用の GEA デカンタは、乾燥物質の割合が高い（最大 35% ）ため、ファウリングを最小限に抑えながら乾燥コストを削減できます。残留廃液は酵母と結合して乾燥することで、動物飼料に使用できるタンパク質を豊富に含む共産物 DDGS を生成します。
GEA 社は、バイオディーゼル燃料プロセスに先立つの前処理で使用されるアルコール中和プロセスの特許を保有しています。また、当社にはバイオディーゼル燃料生産におけるモノグリセリドを削減するとともに触媒消費量（< 0.30 ％ - wt. 触媒の節約）を削減して、処理コストを削減するという別の申請中のプロセスもあります。バイオディーゼル燃料とバイオエタノールの両方の生産における当社のポートフォリオと経験により、お客様のためにプロセスライン一式の設置を管理し、必要に応じてサードパーティと連携して効率的かつ時間通りの試運転を実現することができます。
土地用途の変化に寄与し、世界の人口の増加に資源を供給することから資源を転換する食糧グレードのフィードストックについては多くの議論があります。産業界は高度なバイオ燃料の開発にどの程度の距離を持ち、GEA 社はこの分野でどの程度まで 支えているのでしょうか？
BH:議論は進行中で、バイオ燃料のフィードストックや輸送、処理などの成長に伴い、投入量などバリューチェーン全体を考慮する必要があるのは当然です。 廃棄物（ヒトまたは動物）や植物乾燥物質から高度なバイオ燃料を開発するという観点から、これのスケールアップがいくつかの市場で成功しています。例えば、ガスや石油資源のない国であるフィンランドでは、木材ベースの製品や森林バイオマスを使用して、持続可能な高度バイオ燃料を生産しています。2030 年までには、道路輸送における高度バイオ燃料のエネルギーシェアは 10 ％に達すると考えられます。同様に、彼らはこれらの先進的な燃料を使用して、より持続可能なプラスチックや接着剤を製造し、梱包や建設資材の環境フットプリントを改善しつつあります。
GEA 社 では、特に EU と米国で顧客が急増しており、動物性脂肪から作られ、使用済調理油を使用した「再生可能ディーゼル燃料」または HVO (水素化植物油) を製造しています。HVO は、パーム油のみで製造された 2005 年に登場しました。現在では、比較的低品質のフィードストックから HVO を製造することに重点が置かれています。その結果、 HVO は高度バイオ燃料とみなされます。芳香族、酸素、硫黄が含まれていない HVO はセタン価が高く、 NOx 排出量の削減、保管安定性の向上、冷却フロー特性の向上をもたらし、ほぼすべてのディーゼルエンジンに適しています。
HVO は、フリート事業（都市バス、採掘車両など）の純粋な燃料として使用でき、航空燃料中の混合にも承認されています。例えば、産業消費者やポスト消費者、 殺場や家禽の脂肪を含め、これらの油分を再利用するための商用市場を持っていることは、管理することもまた困難、かつ高価につく私達の水およびネットワークの汚染がより少なくて済む結果に通じることにもなるため、有益でもあります。.処理業者にとって、 HVO のもう 1 つの大きな利点は、既存の精製施設を大幅に変更する必要がないことです。,
GEA セパレータは、触媒の不活性化を低減および/または防止するために金属の削減に必要となることが多い HVO の前処理に非常に人気があります。当社は現在、これらの分野で動物性脂肪を検査しています。これらの油分や脂肪の能力をテストしており、世界中の複数のお客様の効率性を調査しています。
再生可能な燃料として、 バイオジーゼル燃料は従来のディーゼル燃料と比較した場合、環境フットプリントを大幅に減らしてきました。これは硫黄含有量が低く、粒子状物質の発生量が少なく、潤滑性が高く、生分解性に優れているため、環境に適した選択肢となります。–バーバラ・ハートン（ GEA 社 、 再生可能エネルギー 、アプリケーション・マネージャ
–バーバラ・ハートン（ GEA 社 、 再生可能エネルギー 、アプリケーション・マネージャ
電気自動車（ EV ）はバイオ燃料の生産に影響を与えますか？
EM:EV車 の取り込みは 2019 年には大幅に増加しましたが、グローバルな輸送ミックスの割合はおよそ 2% にしかすぎませんでした。EV バッテリーの大きさと容量は、冷凍車や船舶、航空機などの過酷使用仕様の大型長距離輸送車にとっては依然として障害となっているため、これらの分野でのバイオ燃料の使われ方が増加しており、再生利用バイオマスリッチな原料の使用に期待する市場が増えています。少なくとも中期的には、化石燃料に負けないバイオ燃料のコストを維持することが重要ですが、.排出量を削減する明確な目標を持つ市場は、業界が供給と需要の重要な転換点に到達するまで、生産者に助成金の提供を継続するあるいは開始することになるでしょう。
