技術資料

バイオディーゼル燃料の除雪車等適応性検討
平伴斉＊

国島 英樹＊＊

長瀬禎＊＊＊

り流動性低下などの原因となるグリセリンを取除き、

１．はじめに油 脂 を 脂 肪 酸 メ チ ル エ ス テ ル（Fatty Acid Methyl
2009年９月ニューヨークにて開かれた国連気候変動

Ester の頭文字を取って FAME= 以下 FAME）と呼ばサミットにおいて、当時の鳩山総理が「2020年までにれる燃料に変換することで、ディーゼル機関用の燃料温室効果ガスを1990年比で25％削減する。」旨を表明として使用可能となる。

された。また、この目標に向け、政府は、「あらゆるFAME には、以下に示す長所・短所がある。

政策を総動員して実現を目指す。
」意向であるが、更に地球温暖化抑制や低炭素化社会実現に向けた技術革新が必要である。

２．１

FAME の長所① FAME 燃料の主原料は、菜種、大豆、オリーブ

こうした背景により、CO2排出量を抑制する手段と等の植物油や動物油脂の廃油であるため、生育過程

して化石燃料を使用しないバイオディーゼル燃料が世にて CO2を吸収していることになる。よって、これ界的に注目されている。

らを燃焼し CO2を排出しても、元は植物が吸収した

しかし、バイオディーゼル燃料の基本特性や出力特CO2であることからカーボンニュートラルであり、性、積雪寒冷地などにおける適応性について、未知なCO2の排出量にカウントされない。

部分が多いため普及促進に至っていない。

②元々廃棄物を原料としているため、リサイクル促

このことから、積雪寒冷地での普及を図るためのマ進につながり循環型社会の形成に寄与できる。

ニュアル整備を目的として、バイオディーゼル燃料使③毒性が少なく、生分解性を有しているため、環境用時における除雪車等の出力特性や、冬期間使用におに調和することが可能である。

ける影響について調査検討を行った。

④大部分のディーゼル機関に改造を加えず使用可能である。１）

２．バイオディーゼル燃料の基本特性について⑤軽油に比べ、含酸素燃料であるため着火性に優れ、完全燃焼しやすい。

国内のバイオディーゼル燃料は、植物油・動物油な⑥軽油よりも硫黄分が少なく、喘息や酸性雨の原因

どの廃油を主な原料として精製されている。精製は、物質である硫黄酸化物（SOx）を削減できる。１）

図－１に示す「アルカリ触媒法」によって軽油に近い⑦エステル化した FAME は、潤滑油として使用さ性状に精製する方法が、最も普及している。

れる程潤滑性が良く、その特性は、軽油より高い潤

アルカリ触媒法とは、メタノールなどのアルコール類を触媒として反応させることによって、原料油脂よ滑性を示す。
⑧販売価格は、軽油と同程度又は、若干安く販売されている。

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図－１20

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アルカリ触媒法（油脂のエステル反応）

２．２

FAME の短所① FAME は、改正揮発油品確法（以下：品確法）、
道路運送車両法、オフロード法、地方税法などの適用を受ける。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無い）②軽油に FAME 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料ホースの膨張による
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漏れなどが起きる可能性がある。
③ DPR 触媒を有する車両は、目詰まりを起こすため使用できない可能性が高い。
（DPR= ディーゼル・パティキュレート・フィルター）の試験結果を図－３、４に示す。
なお、試験結果は各車両及び各燃料毎に３回計測し、その平均値である。
除 雪 ド ー ザ の70m 地 点 速 度 は、 軽 油 使 用 時 約④主原料が廃食油であるため、一定の品質確保や安21.4km/h に対し、FAME ３種の地点速度が約１～３定した原材料の確保が難しい。

km/h 上昇していることが確認された。

⑤主原料が植物油・動物油であるため、酸化しやす一方、除雪トラックでは、軽油使用時48.2km/h にい。

対し、FAME は、３種ともに軽油使用時とほぼ同等⑥低温時には、流動性が悪く、最悪の場合にはエンであった。

ジン始動不能となる。

また、各走行時における加速度を式（1）により算出⑦低温時における始動性や機関出力などの機械特性した。結果を図－５に示す。図－５より、上記同様除が異なる。

雪 ト ラ ッ ク で は 変 わ ら な い が、 除 雪 ド ー ザ で のFAME を用いた加速度が軽油よりも若干上回ってい

３．除雪車等における出力特性ることが確認された。
よって、FAME 使用時における加速性能は、軽油除雪車等における FAME 使用時は、低温下では、と比較し、同等以上であると判断される。

流動性が悪く、軽油よりも低出力になる可能性がある。
こ の こ と か ら、FAME の 基 本 性 能 把 握 の た め、
FAME100%（B100）を除雪車等に使用し、軽油との比較試験を行った。
なお、各試験に使用した車両諸元を以下に示す。
表－１

各種試験車両・諸元

図－２

３．１

加速試験方法除雪トラック・ドーザによる加速試験

走行時における出力特性調査として、軽油と道内バイオディーゼル燃料製造会社３社の FAME を用いた追い越し加速試験を実施し、FAME における基本特性の検証を行った。
スタート地点より加速を開始した車両が、任意の設

図－３

除雪ドーザ加速試験結果

定速度に達した地点より70m 走行後の地点までの速度及び、時間を計測した。
試験方法を図－２に、除雪トラック及び除雪ドーザ
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11.8kW（16.1ps）に対し、FAME １、２の平均出力は、17.0kW（23.1ps）と４割程度高くなったことが確認された。
また、50km/h 台後半までは、FAME １、２が軽油よりも高い値を示すが、その後の最大出力は FA
ME １，２の平均が60.6kW（82.4ps）に対し、軽油が62.4kW（84.9ps）と３% 軽油が上回る結果となった。
出力が向上する原因として、FAME は廃食油をメチルエステル化した燃料であり、金属表面にエステル基が吸着するため、潤滑性が向上する特性がある２）と推測される。
図－４

除雪トラック加速試験結果

さらに、図－６、表－２より、FAME 特有の潤滑性によって噴射ポンプやノズルの噴射量が多くなる中回C 88Q V  㧔㧝㧕Cടㅦᐲ OU 8㧦㨙࿾ὐㅦᐲ MOJ 8Q㨙࿾ὐㅦᐲ MOJ V㧦㨙࿾ὐߦ೔㆐ߒߚᤨ㑆 U  

転域までは、軽油よりも立ち上がりが早くなるが、最大出力では発熱量の多い軽油が勝ることが考えられる。

写真－１

図－５

出力 ･ トルク計測状況

加速度３．２ 乗用車クラス車両による出力・トルク計測試験
前述に示した加速試験では、軽油よりも FAME の加速が同等以上になることが確認された。
しかし、数値による実際の機関出力が不明である。
このため、軽油と２社の FAME を用いた出力・トルク計測試験を行った。
機関出力は、道内に大型車対応シャシーダイナモメータが無かったため、乗用車クラスによる機関出力を計測した。
計測状況を写真－１、出力・トルク曲線を図－６に示す。
この結果、30km/h 時における最大出力は、軽油
22

図－６

出力・トルク曲線

表－２㗄⋡⊒ᾲ㊂㩿㫂㪺㪸㫃㪆㫂㪾㪀

燃料発熱量３）シᴤ㪈㪇㪃㪍㪇㪇
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３．３

除雪ドーザによる牽引力試験

実際の除雪作業時における最大出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 FAME を用いて牽引力試験を行った。
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、ロードセルを介して、除雪ドーザにて牽引力計測を行った。

故に FAME が軽油よりも完全燃焼している傾向がある。
しかし、一酸化窒素（NO）は、除雪トラックでは増加傾向にあるが、除雪ドーザは減少傾向となり、個体差があった。
さらに、酸性雨や光化学スモッグの原因となる粒子状物質（PM）について、どの程度影響が出るのかを調試験概要図を図－７に、結果を図－８に示す。

査するため、表－１の除雪トラック２及び、オパシメ

この結果、FAME ２、３はいずれも、軽油に対して、ータを用いて比較測定した。結果を図－13に示す。

牽引力が１～２％高い数値を示した。

光吸収係数が規定値2.76m-1に対して軽油が約20%

これは、前項にて記したように、噴射ポンプ内やノの値を示したが、FAME は約８％であり、FAME をズルの燃料ラインが、燃料によって潤滑されるため、使用した方が軽油より12% 程度クリーンな値である潤滑性が向上して燃料噴射量が増加し、わずかではあことがわかった。

るが、出力が向上したものと考えられる。

よって、FAME 使用時における排出ガス成分は、含酸素燃料であることから軽油よりも完全燃焼するため、CO2の排出量は増加するが、FAME が動植物の廃油を原料としていることからカーボンニュートラルである。
また、粒子状物質（PM）も減少することからクリーンな燃料であることが実証できた。

図－７

図－８３．４牽引力試験概要図

図－９

排出ガス CO 計測結果

図－10

排出ガス CO2計測結果

牽引力試験結果

排出ガス計測試験

除雪トラック及び、除雪ドーザの排出ガスが環境に対する影響や機関燃焼状況を確認するため、FAME及び軽油を用いた排出ガスの成分分析を行った。結果
を 図 － ９ ～ 12に 示 す。 な お、FAME の デ ー タ はFAME １～３の平均値である。
除雪ドーザ、除雪トラックともに一酸化炭素（CO）は減少し、二酸化炭素（CO2）は若干増加傾向にある。
また、酸素（O2）は若干減少傾向である。
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るため、以下の試験を行った。
１．機関始動性試験
２．長期使用時における燃料消費量計測試験
３．気温及び燃料温度計測試験
４．１機関始動性試験
低温下における始動性を確認するため、ストップウォッチ手動計測による始動性試験を３回計測し平均値を算出した。結果を表－３に示す。
図－11

排出ガス O2計測結果

除雪ドーザでは、ほぼ同程度の計測結果であったが、除雪トラック１では、気温条件が違うものの、FAME２の方が軽油に比較して４秒程度始動が遅れる結果となった。
また、表－１の除雪トラック２に FAME ２を給油し、試験前に機関を始動した結果、平成22年２月４日
外気温－14.7℃時に一度始動不可能となった。
この時、燃料及び燃料フィルターの確認を行った結果を写真－２、３に示す。
燃料フィルターは、ヘドロ状の白いグリセリンが溝に付着し、目詰まりとなっている。

図－12

排出ガス NO 計測結果

さらに、燃料タンク内の燃料（写真－３左）を抽出し、常温にて保存していた同燃料（写真－３右）と比較した
結果、透明度が失われていた。
この時のタンク内燃料温度は－10℃であり、FAME２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。
結果として、FAME ２が燃料フィルターなどで目詰まりを起こし、エンジン内まで到達出来なくなるため、機関始動不可能となることがある。これらの対策法として、車両を車庫にて保管するなど何らかの対策が必要である。

図－13

オパシメータによる排出ガス計測結果

４．積雪寒冷地における適応性試験について
FAME は、低温下における使用について、軽油と比較して劣る点がある。

表－３

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始動性試験

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一つは、低温流動性が悪いことで、もう一つは、機関始動性が劣る点である。
特に燃料温度の低下とともに流動性の低下が顕著となるため、低温下での使用にあたっては、燃料フィルターの目詰まりなどの不具合が考えられる。
そこで、FAME を低温下で長期的に使用した場合における機械的影響、温度特性、燃料消費量を測定す
24

写真－２

始動不能時の燃料フィルター及び燃料 (FAME ２) の状態
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４．３

燃料温度計測試験

積雪寒冷地にて FAME を使用する際には、機関始動後であっても、冷気に曝されているため、燃料が結ૐ᷷ᤨᏱ᷷ᤨ晶化し、エンジンストールを発生する可能性がある。
そこで、実作業時における外気温及び、燃料温度計測試験を行った。図－14に結果を示す。

写真－３

温度による燃料 (FAME ２) の状態変化

気温がほぼ一定であるのに対して、燃料温度は、時間の経過とともに上昇していることが確認された。

４．２

曇り点確認試験

燃料は、タンクよりエンジンへ送られ使用されなか前述にて、FAME ２を使用した除雪トラックの燃った余剰燃料がタンク内へ戻る構造のため、エンジン料温度が－10℃にてエンジン始動不可能であることが熱を吸収した余剰燃料により、タンク内の燃料温度が解った。

上昇する。

しかし、燃料タンク内のために実際の曇り点が不明である。そこで、この燃料（FAME ２）を採取し、冷よって、機関始動後は、外気温に対する影響がほとんどないことが確認された。

凍庫にて１℃づつ冷却を行った結果、曇り点が－6.5℃、完全に曇りが消滅する燃料温度が＋0.5℃であった。変状があった温度を写真－４、５に示す。
曇り点確認試験マイナス方向の０℃では、透明であるが、温度低下とともに白濁し、－6.5℃では、完全に曇っていることが確認された。
また、曇り点確認試験プラス方向では、燃料温度上昇とともに上層から透明になっており、完全に戻る温度は、+0.5℃であった。
よって、燃料の性状にもよるが、燃料温度が－５℃以下になる時には充分な対策が必要である。
さらに、写真－４、５より、一度曇り点に到達した
FAME は、マイナス方向よりも流動性が戻りにくい

図－14

外気温と燃料温度の比較ことが確認された。
４．４

長期使用時における燃料消費量計測試験

FAME は、軽油よりも発熱量が低いため、燃料消費量が増す可能性がある。

ᦅࠅそこで、実際の除雪作業時における軽油及び FAME

͠   ͠  ͠ ͠  ͠
写真－４

曇り点確認試験（マイナス方向）を使用した場合の燃料消費量について調査を行った。
試験では、表－１の除雪トラック２に流量計を設置し、冬期積雪期間 FAME を約２ヶ月間及び軽油を約１ヶ月間使用した燃費（km/ ℓ）を比較した。燃料消費✢ߪ‫ߩࠅᦅޔ‬Ⴚ⇇✢

量の比較を表－４に流量計を写真－６に示す。
１日当たりの降雪量や作業内容などの違いがある
が、FAME における平均燃費（km/ ℓ）は、28% 悪化していることが確認された。濁る
また、FAME を含む油脂類は、温度上昇によって流動性が向上する。

͠写真－５
寒地土木研究所月報͠  ͠   ͠機関始動後、エンジン熱を吸収した FAME は、作曇り点確認試験（プラス方向）

業時間とともに流動性が向上し、FAME 特有の潤滑№692

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性向上効果によって、エンジン筒内に軽油よりも多量年間に排出する CO2量が約３t ３）とされていることかの燃料が供給されることが想定される。

ら、その約1.4倍の削減量に相当するものである。

このことも、燃料消費量が悪化する要因となっていることが考えられる。

６．まとめ
今回の試験結果より、除雪車等に FAME を使用した場合における車両動力性能は、軽油に比べ遜色が無いことがわかった。
さらに、二酸化炭素排出量削減効果と合わせ、粒子写真－６状物質（PM）を大幅に削減可能な燃料であることが確流量計認された。
表－４

しかし、冬期使用時における低温流動性などの問題

燃料消費量

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や燃料消費量悪化など、FAME にはいくつかの問題点がある。
今後は更にデータ数を増やし、FAME の適応性と温室効果ガス削減効果の検証を行う。
最終的にこれらの調査試験結果を通じ、運用面、技術的な課題を抽出し、北海道など積雪寒冷地における５．ＣＯ２削減効果について運用マニュアルを作成する予定である。
FAME は、本来カーボンニュートラルとされており、二酸化炭素排出量を削減できる燃料である。
表－４より、除雪トラック２について、FAME を

これにより、クリーンエネルギーが年間を通じて地産地消することが可能となり、結果として、世界的な温室効果ガス削減に寄与できるものと考えている。

１シーズン通して使用することを想定した、トータルの二酸化炭素削減量は、以下のとおりとなる。

参考文献
１）池上

① FAME を軽油に置き換えた場合の換算値

ブック
２）坂

665.2÷0.89=747ℓ②１シーズン通しての CO2換算値

詢：改訂版

日報出版（株）pp.7－8

志朗：バイオディーゼルのすべて

アイピーシー

軽油の使用量 =832ℓ、軽油 CO2排出係数2.6kg CO2 /ℓ=（832+747）ℓ×2.6kg CO2 /ℓ=4105kg

バイオディーゼル・ハンド

pp.218３）環境省新地方公共団体実行計画策定マニュアル等
改訂第２回検討会、室田委員資料、pp.13

上記の削減量4105kg は、北海道民１人当たりの１平

伴斉＊

Tomonari TAIRA
寒地土木研究所
技術開発調整監付寒地機械技術チーム
研究員

26

国島英樹＊＊

長瀬禎＊＊＊

Hideki KUNISHIMA

Tadashi NAGASE寒地土木研究所
技術開発調整監付寒地機械技術チーム
主任研究員

寒地土木研究所
技術開発調整監付寒地機械技術チーム
研究員

寒地土木研究所月報№692

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