積雪寒冷地における建設施工のバイオディーゼル燃料の適用性調査について
Research on Biodesel Fuel Adaptability to Construction in Cold Snowy Regions

平伴斉 1，山口和哉 2，片野浩司 3

Tomonari TAIRA 1 ，Kazuya YAMAGUCHI 2 ，Kouji KATANO 3
123(独)土木研究所

寒地土木研究所

Machinery Technology research Team,Civil Engineering Research Institute For Cold Region,
Public Works Research Institute

2．バイオディーゼル燃料における適用調査

1．はじめに現代社会は、18 世紀後半に始まった産業革命

2．1

バイオディーゼル燃料の基本特性

より経済発展し、物質面で豊かな生活をもたら国内のバイオディーゼル燃料は、植物油・ 動した。これは、原油などエネルギーの大量消費物油を原料とし、家庭や事業者より排出されたによって今日まで支えられてきている。

天ぷら油などの廃油を回収し、バイオディーゼ

20 世紀後半に入り、大量生産を原因とするエル燃料工場にて精製されている。精製方法は、ネルルギー需要は益々加速する一方で、大量の数多く存在するが、図-１に示す「アルカリ触媒

CO 2 な ど の 温 室 効 果 ガ ス 排 出 が 一 因 と さ れ る 地法」が、最も普及している。

球規模での環境破壊が除々に進行し、国レベルでの対処が実施されている。
また、原油・天然ガスをはじめとする化石エネルギーは、枯渇する可能性がある。
しかし、近年、化石エネルギーを大量に必要とする自動車を始めとする運輸部門の温室効果ガス排出量は、増加傾向にあるため、化石燃料を使用せず、CO 2 などの温室効果ガスを排出しないクリーンエネルギーや再生可能エネルギーの図－1活用検討が必要である。

アルカリ触媒法（油脂のエステル反応）

このような状況から、次期エネルギー候補の一つとして、バイオマスエネルギーが注目されアルカリ触媒法とは、メタノールなどのア ルている。バイオマスエネルギーは、カーボンコール類を触媒として反応させることによって、ニュートラルとされ、温室効果はゼロカウント

廃食油から流動性低下などの原因となるグリセであるが、積雪寒冷地におけるバイオディーゼ

リンを取除き、油脂を脂肪酸メチルエステル

ル燃料使用時の出力や始動性などの知見が充分(FAME)という燃 料に変換す ることで、 ディーゼではない。

ル機関用の燃料として使用可能となる。バイオ

そこで、本研究では、代替燃料としてバイオマスエネルギーであるバイオディーゼル燃料にディーゼル燃料には、以下に示す長所・短所が一般的に知られている。

着目し、1 台当たりの排気量の多い除雪トラッ
クなどの大型車両を用いて冬期適用性調査を行(1)バイオディーゼル燃料の長所い、活用効果について検証する。

・バイオディーゼル燃料の主原料は、菜種、大平伴斉（独）土木研究所寒地土木研究所

寒地機械技術チーム

る。
〒062-8602 札幌市豊平区平岸 1 条 3 丁目番 34 号

TEL011-590-4049 Fax011-590-4054 e-mail:93283@ceri.go.jp

豆、オリーブ等の植物油や動物油脂のいわ ゆる 生 物 由 来 油 で あ る た め 、 生 育 過 程 に て CO 2を吸収していることになる。よって、バイ オ度である。
・低温使用時には、始動性などの機械特性に影響が出る。

ディーゼル燃料を燃焼し CO 2 を排出しても、元は植物が吸収した CO 2 であることからカーボ

3．バイオディーゼル燃料における研究方法

ンニュートラルであり、CO 2 の排出量にカウン

3．1

トされない。（ゼロカウント）・廃棄物を原料としているため、リサイクル促進につながり循環型社会の形成に寄与できる。
・毒性が少なく、生分解性を有しているため、環境に調和することが可能である。
・大部分のディーゼル機関に改造を加えずに使用可能である。
・軽油と比較し、バイオディーゼル燃料分子が含酸素燃料であるため着火性に優れ、完全 燃焼しやすい。

研究方針

低温下でのバイオディーゼル燃料使用時には、流動性が悪化し、燃料フィルターなどの目詰まりによって、機関が始動不可能となる可能性がある。
一方、除雪作業は深夜の作業がほとんどであり、低温下の始動や低温下での高負荷作業を繰り返し行うため、バイオディーゼル燃料使用時には悪条件となる。
本研究では、これらの問題に対して実際にバイオディーゼル燃料 100%を除雪車両に用いた各・軽油よりも硫黄分が少いため、喘息や酸性雨

種測定試験を行い、「作業時における出力（牽の原因物質である硫黄酸化物(SOx)を削減で引力試験）」、「低温下における始動性」、「粒きる。

子状物質測定試験（ＰＭ値）」、「燃料消費量」

・エステル化したバイオディーゼル燃料は、潤滑油として使用される程潤滑性が良い。そのため、軽油よりも潤滑性が向上する。
・販売価格は、軽油と同程度以下にて販売されている。の評価を行った。
3．2

使用車両・使用燃料

実際の低温下における大型除雪車両に 100%のFAME を使用し、始動性や排出ガスなど比較を行
うた め、 JIS 軽 油特 3 号及 び 2 種類の バイオ(2) バイオディーゼル燃料の短所ディーゼル燃料を用いた。燃料性状を表－1 に示

・バイオディーゼル燃料は、改正揮発油品確法

す。使用車両は、除雪車両として最も大型車両（以下、「品確法」という）、道路運送車両である除雪トラック及び除雪ドーザとした。諸法、オフロード法、地方税法などの適用を受

元を表－2 に示す。

ける。品確法では、軽油に対して 5％を超えての混合ができない。（但し、100％使用については規制がない）
・軽油にバイオディーゼル燃料を 5％以上混合する場合には、燃料フィルターの目詰まりや燃ホースの膨張による燃料漏れが起きる可能性がある。
・DPF(Diesel Particulate Filter) などの触媒を有する車両は、DPF の目詰まりを起こすため使用できない可能性がある。
・主原料が廃食油であり、使用頻度が異なる原材料であるため、一定の品質確保や安定した原材料の確保が難しい。
・主原料が植物油・動物油であるため、酸化しやすい燃料である。
・軽油の発熱量が 10,600kcal/kg に対し、バイオディーゼル燃料の発熱量は 9,000kcal/kg 程

表－1

燃料性状

表－2

諸元表

図－34．2牽引力試験結果粒子状物質測定試験（ＰＭ）バイオディーゼル燃料使用時における排出ガスの環境に対する影響を確認するため、除雪トラックを用いて、バイオディーゼル燃料及び軽油を用いた粒子状物質（ＰＭ）測定試験を行っ
4．バイオディーゼル燃料における牽引力試験、粒子状物質測定試験
4．1た。試験は、オパシメータを用いて各 3 回計測し、平均値を評価した。結果を図-4 に示す。

牽引力試験（出力試験）

除雪車などの大型車両にバイオディーゼル 燃料を実際に使用した場合には、燃焼カロリーが軽油よりも低いことから、出力低下の懸念がある。特に除雪作業では、高負荷が断続的に継続する作業であるため、出力低下は作業効率低下を招くことになり、作業時間の遅延に繋がる。
そこで、実際の除雪作業時における作業能力の影響について高負荷作業時を想定し、軽油及び2種のバイオディーゼル燃料を用いて牽引力図－4を評価する。

粒子状物質（ＰＭ）測定試験結果

計測方法は、地面に固定されたアンカーにワイヤーロープを掛け、ロードセルを介し、除雪軽油の光吸収係数は、0.59m -1 であり、バイオドーザにて牽引力を計測する。計測条件は、乾ディーゼル燃料を使用した方が軽油より 60%程

燥路にてホイルスピンを起こさない2速ギヤ固度減少していることがわかった。粒子状物質が定とし、アクセル全開時の計測を行った。試験低減できるクリーンエネルギーであるといえる。

概要図を図－2に、結果を図－3に示す。
図－3より、バイオディーゼル燃料2、3はいずれも、軽油と比較しほぼ同等であることがわかった。

5．低温下におけるバイオディーゼル燃料試験
5．1

機関始動性試験

低温下における始動性を確認するため、始動時間計測を行い、軽油とバイオディーゼル燃料の評価を行った。試験方法は、セルモータ始動時より計測を開始し、機関が完全始動するまでの時間を計測した。計測結果を表－3 に示す。
バイオディーゼル燃料 3 は、軽油と比較し気図－2

牽引力試験概要図

温が 5.4℃高い好条件であったが、軽油と同等の始動性であることが判断される。また、バイオ

表－4

始動性（バイオディーゼル燃料）

ディーゼル燃料 2,3 ともに、１秒を切っており、氷点下の気温でもエンジン始動には支障がないと考えられる。
表－3

機関始動時間油種

軽油

気温
１回目(s)
２回目(s)

-7.5℃
0.66
0.6

ﾊﾞｲｵﾃﾞｨｰ ﾊﾞｲｵﾃﾞｨｰ
ｾﾞﾙ燃料2 ｾﾞﾙ燃料33℃
-2.1℃
0.87
0.66
0.780.56

今回の計測試験時では、 -2.1℃以下の気温になることがなかったため、実作業時における始動性が不明である。
このため、除雪トラックにバイオディーゼル燃料 3 を用いて長期始動性試験を行った。
試験は、平成 22 年及び 23 年の 2 月～3 月の各１カ月間とし、機関始動が可能であったかを判断した。結果を表－4 に示す。
外気温は、0℃以下となる気温が続いているが、燃料温度は外気温よりも＋ 0.2～6℃高い温度となっている。
通常の外気温は、-7～0℃にて推移していたが、平成 22 年 2 月 4 日気温が-14.7℃時においてセルモータの回転は確認できたが、機関の始動は不可能であった。この時、燃料フィルターを車体より取り外し、確認を行った。結果を写真－1に示す。燃料フィルターは、ヘドロ状の白いグリセライドが表面に付着し、これが抵抗となって目詰まりを起こしたと想定される。また、燃料タンク内の燃料（写真－1 左）を抽出し、常温にて保存していた同燃料（写真－1 右）と比較し低温時
写真－1

常温時

始動不能時の燃料フィルター及び燃料の状態た結果、透明度が失われていた。その時、燃料温度は-10℃であり、バイオディ－ゼル燃料内の物質が結晶化して透明度や流動性が失われることがわかった。

5．2

長期使用時における燃料消費量計測試験

除雪作業時は、機関が高負荷運転になるこ と燃料配管は金属製であり、確認はできなかっが多く、バイオディーゼル燃料は軽油よりも発たが、バイオディーゼル燃料が燃料フィルター熱量が低いことから、燃料消費量が増加するこや燃料配管などで目詰まりを起こし、エンジンとが考えられる。

内まで到達不可能となったため、機関始動不能そこで、実際の除雪作業時において軽油及 びとなったものと考えられる。これらの対策としバイオディーゼル燃料を使用した場合の燃料消て、特に低温が見込まれる時期は車両を車庫に費量について比較を行った。て保管することや、燃料タンクの加温装置など試験では、除雪トラックに流量計を 2 個設置を用いて燃料をなるべく冷やさない対策が必要し、供給側と戻り側の差分量を消費量として比である。

較した。燃料消費量の比較を表－5 に、流量計をし か し 、 年 間 の CO 2 削 減 量 は 、 348,509 ℓ ×

写真－2 に示す。
除雪作業には、降雪量や作業条件など作業 負2.62(kg/ ℓCO 2 )=913,093kg≒913ｔとなる。

荷の違いがあるが、軽油と比較しバイオディー

このような取り組みを行うことによって地球温ゼル燃料における平均燃費(km/ℓ)は、28%悪化し暖化対策に貢献することが可能となり、地域にている。

存在する地産地消のエネルギーの有効活用とな悪化の要因は、バイオディーゼル燃料特有の潤る。

滑性向上効果によって、エンジン気筒内に軽油

表－6よりも多量の燃料が供給されたことが考えられ

A 市におけるバイオディーゼル燃料の生産モデルる。また、出力を補うためにオペレータがアクセルをより多く踏み込んだことが考えられる。
表－5

燃料消費量

走行距離(km)

消費量(ℓ)

平均燃費(km/ℓ)

軽 油

740.2

8320.89

バイオディーゼル燃料

665.2

1,0390.64

項目
A市人口 （人）A市面積 （K㎡）
A市を走る除雪車両台数（必要数）
除雪車バイオディーゼル燃料必要数 （ℓ）

プラント生産量能力 （ℓ）
実年間生産量 （ℓ）

数量350,000
747
45525,400
407,700
348,509

7．まとめ
今回の試験結果より、積雪寒冷地において 、バイオディーゼル燃料を導入した場合、以下のことが確認できた。
7．1

積雪寒冷地におけるバイオディーゼル

燃料導入について
1)牽引力（出力）は軽油と比較し、同等である。
写真－２

流量計

2)排出ガス中の粒子状物質（ＰＭ）は 60%程度減少する。

6． バイオディーゼル燃料における地域モデル
6．1

CO 2 削減のための事業

3)使用燃料性状にもよるが、気温が-10℃以上の始動には、問題がない。

持続可能であるバイオディーゼル燃料の精製

4)気温が-10℃以下になるときは、燃料タンクには、廃食油を確保することが重要である。地加温装置や車庫保管など、燃料を冷やさな い域生産モデル例として、A 市における廃食油の生処置が必要である。

産量を表－6 に示す。A 市の人口は 35 万人であ5)燃料消費量は、軽油に対し約 30%程度増加す

り、年間プラント生産能力は 407,700ℓあるが、実年間生産量は、348,509ℓと約 85%程度である。

る。
7．2

温室効果ガス削減について

理由として、廃食油の確保は、人口や飲食店な導入コストなどの問題はあるが、地球環境負どの事業者数に比例するため、プラント生産能荷が少ないクリーンな自然エネルギーやバイオ力よりも原料である廃食油量に影響を受ける。

マスエネルギーなどの再生可能エネルギーの地

バイオディーゼル燃料の精製には、このような域導入が進めば、地球温暖化防止の一因となっ問題があるが、地域におけるモデル事業として、ている温室効果ガス削減に寄与できるものと考学校・家庭・事業者と連携し、さらに廃食油回える。

収など地域モデル事業に向けた取り組みが必要となる。

参考文献

A 市の国道を除雪するには 45 台の除雪車が必

1）平伴斉、国島英樹、長瀬禎：「バイオディーゼル要であり、全台数をバイオディーゼル燃料にて燃料の除雪車等適応性検討」、寒地土木研究所月走行 するには、 524,500ℓ程度 が必要であ るが、報2011 年 1 月号

実年間生産量を上まわることや、保存期間の問

2）池上

詢：改訂版

題から全ての除雪車両に使用できない。

ブック

バイオディーゼル・ハンド

日報出版（株）pp.7-8