関西化学機械製作株式会社・Bio-energy 株式会社
NHT200616T-1

BDF カラム-----酵素法によるバイオディーゼル反応装置
1．概 要
バイオマスの一つである油脂原料から安全な酵素法によりバイオディーゼル燃料及びグリセリン生産するための固定化酵素を充填したカラム式反応装置（写真 1）を開発しました。従来のプロセス（化学法）では NaOH、KOH な
どのアルカリ触媒を利用してエステル交換反応をしますが、水分があると加水分解反応で脂肪酸が遊離し、アルカリと反応して石鹸になるので、これを除去する必要があり、脱水は重要な問題です。これに対して酵素法では少し水分の存在下でも反応が進む酵素もあり、遊離脂肪酸もメタノー
ルと反応してメチルエステルになるので遊離脂肪酸の問題もなくて有利です。両法の工程の比較を図１に示します。
２．反応について下式のようにトリグリセリド（グリセリン
写真 1 カラム式 BDF 反応装置エステル）をメチルエステルにするエステル
アルカリ排水交換反応です。アルカリを触媒とする従来法
アルカリ排水アルカリ＋過剰のメタノール
アルカリ＋過剰のメタノール回収メタノール
回収メタノール
上層
上層の化学法では、表 1 のように、①水分の存在
洗浄およ
洗浄およ
洗浄およ
Bio-diesel
fuel
Bio-diesel
fuel
バイオディーゼル
び乾燥
び乾燥
び乾燥
Fat and
エステル反応エステル反応で加水分解した遊離脂肪酸は鹸化反応で石鹸
Fatoil & Oil
蒸 発
蒸発分離
蒸発分離
分離
（高温反応）（高温反応）になる、②副生成物のグリセリンは高温で反
下層
下層
蒸 留
蒸留
グリセリン
蒸留
グリセリン
グリセリン
応する上、アルカリなどが液中に残留するた+鹸化物＋副反応分
鹸化物＋副反応分 糟糟
化学法
めに再利用が困難、③反応促進のために過剰量のメタノールを加えるので、後で余剰メタ当量のメタノール当量のメタノール当量のメタノール
上層
上 層
フィルター
Bio-diesel
fuel
Bio-diesel
フィルター
フィルター
バイオディーゼル
ノールの除去が必要、④製品燃料（メチルエエステル反応
エステル反応Fat andand（室温反応）
oil& Oil（室温反応）
Fat
分 離分離分離ステル）からアルカリを洗浄・除去する必要
酵素は200200回以下層
蒸 留
グリセリンなどの問題があります。
下 層蒸留
グリセリン
蒸留
上再利用可能糟糟 糟
一方、酵素法のエステル交換反応では酵素
酵素法
酵素法の活性発現が不安定なため今まで反応率が低
図１ アルカリ法と酵素法の工程比較くかったが、当グループが開発した固定化菌

酵素

CH2OCOR1｜
CHOCOR 2 ＋｜CH2OCOR33 CH3OH

H３
R1COOCCOOCH
R2COOCH３COOCH
R3COOCH３COOCH

トリグリセリド

メタノール

メチルエステル＋CH2OH
｜
CHOH
｜
CH2OH

グリセリン

表１ 酵素法とアルカリ法の比較
体酵素もしくは固定化酵素を使用する酵素法では反応率を９５％以上まで高めることができ、その上、酵素を繰り返し利用することが可能になりました。現在主流の化学法と比べて反応速度は劣るものの、安全性や生産物・副生産物の処理が極めて容易な点で優れています。製造されるメチルエステルにはアルカリが全く存在しないので化学法と違い、除去精製工程は不要で、ろ過工程だけで使用可能状態になります。

酵素法
酵素法

化学法
化学法

プロセス
メタノール
アルカリ
安全
グリセリンの再利用

○ 簡単
○ 当量
○ 不使用
○ 良い○ 可能

× 複雑
× 過剰
× 使用
× 不安全
× 困難

排水
副反応
エネルギー消費
反応速度

○無○無
○ 少ない
△ 少し遅い× 多量
× 色々有る
色々有る。
× 多い
○ 早い

NHT200616T-2メチルエステル含有率 (wt%)

反応終了後、静置して得られたグリセリンから蒸留工程だけで純度の高いものが得られます。
３．開発された酵素
図２に示すリゾプスオリゼー
triglyceride 型リパーゼ
mono-, di-glyceride 型リパーゼ
酵素は 1, 3 特異性の酵素であるが、ROL : Rhizopus oryzae由来mdlB : Aspergillus oryzae由来
酵素の力が少し弱く、モノグリセラ
tri-, di-, monoglycerideに作用
mono-, di-glycerideに作用
イドとジグリセライドへの反応効率（1,3－位置特異性）
mdlB
ROLの向上が必要であったが、アスペル
ギルスオリゼー由来の mlbB を発見
CH2OCOR1 CH2OCOR1 CH2OCOR1
して、テストをした結果、図３のよ CH2OCOR1 CH2COOR1 CH2OCOR1CHOCOR2 CHOCOR2 CHOH
うにトリグリセライドには作用しな CHOCOR2 CHOCOR2 CHOH
CH2OH
CH2OCOR3 CH2OH
CH2OCOR3 CH2OH
CH2OH
いが、約 96%の変換率が得られています。モノまたはジグリセライドを
R1COOCH3 R1COOCH3
特異的にエステル化できる新しい
R1COOCH3 R1COOCH3 R1COOCH3++R2COOCH3酵素を開発できたことにより、反R3COOCH3応率や反応時間が大きく改善され
図２ ROL酵素の特性
図３ 新規開発酵素特許申請済ました。
４． 連続式テスト装置
100
１日 20 Ｌのバイオディーゼル燃料が生産で9080きるベンチプラントを神戸大学殿の統合バイオ70
リファイナリーセンターに設置し、テストして60います。その結果を基にスケールアップした
50200 Ｌ／日のパイロットプラントを社内に用意40しています。本反応装置は固定化酵素（リパー250 ml/h30ゼ）を充填したカラム型連続式反応器であり、540 ml/h
201080 ml/h
酵素の物理的損傷が少なく、長時間の運転が可10能で、さらには、バッチ式に比して反応器の単0位体積当たりならびに反応時間当たりのバイオ0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ディーゼルの生産性が大きく向上しました。
段 数
メタノールはリパーゼの活性を阻害するため、
図４ ベンチプラントでの実験結果反応液中に占めるアルコール濃度を厳密に制御する必要があります。油脂と一定量のアルコールとを第１段カラム上部より供給し、下部から流出した反応液を一旦静置して層分離させた後、脂肪酸エステルと未反応の油脂を含む上層を回収して次段のカラムへ新たな一定量のアルコールと混ぜて供給する多段方式を採用しています。実験データの一例を図 4 に示します。酵素活性が落ちない安全操作
条件（原料トリグリセリド換算で各段に 0.5 モル当量のメタノールを添加）で 9 段目あたりで反応率 90％を超えています。各段カラム下部にグリセリン分離槽を設置し、下層のグリセリンを抜き出します。
５ グリセリンの回収について回収されるグリセリン層にはメチルエステルとメタノールが混入しますが、蒸留によりメタノールを、その後、真空度を上げてメチルエステルを除去します。エステル層に関しては静置層分離だけで約６００ｐｐｍ程度のグリセリンが残りますが、必要とあれば吸着法などで除去します。
６．結 び
固定化酵素法を用いる本装置で新油や廃食油からバイオディーゼル燃料を効率よく生産できるようになりました。また、副生産物であるグリセリンの高純度品が生産でき、その有効利用の可能性が期待できるようになりました。この固定化酵素充填カラム反応器は生産物の水洗および排水処理が不要であるため環境汚染の少ない安全性の高いプロセスを提供できます。
特 許 （生産関係） 特願 2007-323381, （開発酵素関係） 特願 2007-236780