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## (企業の土地・建物の所有に関する意識)

次に、企業の土地・建物の所有に関する意識について、「土地所有・利用状況に関する意向調査」によりその動向をみてみる。

「今後、土地・建物について、所有と借地・賃借ではどちらが有利になると思うか」と聞いたところ、「今後、所有が有利」と回答した企業の割合は平成5年度の66.7%から低下し、平成10年度以降は40%程度で推移してきた。平成28年度は38.7%となっている。また、「今後、借地・賃借が有利」とする企業の割合は平成14年度まで上昇傾向にあり、その後は概ね40%台で推移してきており、平成28年度においても39.9%となっている（図表1-6-7）。

図表1-6-7 今後の土地の有利性についての意識

今後、借地・賃借が有利になると考える理由については、平成28年度は「事業所の進出・撤退が柔軟に行える」が60.9％と最も高い。次いで「コスト面を考えると、賃借の方が有利」が40.5％、「初期投資が所有に比べて少なくて済む」が31.5％、「土地は必ずしも有利な資産ではない」が27.0％となっている。平成17年度以降高水準で推移していた「コスト面を考えると、賃借の方が有利」が大きく低下、その一方で「事業所の進出・撤退が柔軟に行える」が大きく増加している（図表1-6-8）。
図表1-6-8 今後、借地・賃借が有利になると考える理由

注：「初期投資が所有に比べて少なくて済む」、「需要に合った購入物件を見つけるのが困難」の選択肢は平成8年度調査より追加

また、土地の購入（又は購入検討）を行った企業に対し、その購入目的について尋ねたところ、平成28年度は「自社の事務所・店舗用地」が36.2％と最も高く、次いで「自社の工場・倉庫用地」が29.1％、「賃貸借用施設用地」が19.1％の順で高かった（図表1-6-9）。

図表1-6-9 土地の購入又は購入検討の目的

資料：国土交通省「土地所有・利用状況に関する意向調査」
また購入の理由について尋ねたところ（複数回答）、「事業拡大のため」が64.0％と最も高く、次いで「業績が改善したため」が10.2％となった。その中で最も近い理由としては、「事業拡大のため」が21.3％と最も高くなっている（図表1-6-10）。

図表1-6-10 土地の購入又は購入検討の理由

資料：国土交通省「土地所有・利用状況に関する意向調査」

## (地価に関する意識)

企業の地価に関する意識についてみると、現在の地価水準の判断に関したDI（「高い」と回答した企業の割合から「低い」と回答した企業の割合を差し引いたもの）は、平成29年2月調査で東京23区内は53.7ポイントとなり、平成28年8月に減少したものの、平成25年2月以降の上昇傾向が続いている。大阪府内は13.3ポイント、その他の地域は1.7ポイントとなっている（図表1-6-11）。
図表1-6-11 現在の地価水準の判断に関する DI

資料：国土交通省「土地取引動向調査」

注1：D I = 「高い」 - 「低い」

注2：「高い」、「低い」の数値は、「高い」と回答した企業、「低い」と回答した企業の有効回答数に対するそれぞれの割合（%）

1 年後の地価水準の予想に関する DI（「上昇が見込まれる」と回答した企業の割合から「下落が見込まれる」と回答した企業の割合を差し引いたもの）は、平成29年2月調査で東京23区内は35.2ポイントであり、平成26年8月を境に減少傾向を示し始めている。一方、大阪府内は17.8ポイント、その他の地域は1.1ポイントとなり、ほぼ横ばいに推移している（図表1-6-12）。

図表1-6-12 1年後の地価水準の予想に関するDI

資料：国土交通省「土地取引動向調査」

注1：D I = 「上昇が見込まれる」 - 「下落が見込まれる」

注2：「上昇が見込まれる」、「下落が見込まれる」の数値は、「上昇が見込まれる」と回答した企業、「下落が見込まれる」と回答した企業の有効回答数に対するそれぞれの割合（%）
## 第7節 震災後の不動産等を巡る状況

## 1 東日本大震災の被災地における不動産市場の状況

## （東日本大震災の被災地における地価の動向）

国土交通省「地価公示」により、平成29年1月1日時点における被災3県の地価動向を県別にみると、岩手県では、住宅地は平成28年地価公示と同率の下落が継続し0.4%の下落、商業地は下落幅が拡大し1.8%の下落（平成28年地価公示では1.7%の下落）となっている。宮城県では、住宅地、商業地ともに上昇幅が拡大し、住宅地で2.4%の上昇（同1.9%の上昇）、商業地で4.7%の上昇（同3.2%の上昇）となっている。福島県では、住宅地、商業地ともに上昇幅が縮小し、住宅地で2.1%の上昇（同2.9%の上昇）、商業地で0.8%の上昇（同0.9%の上昇）となっている（図表1-7-1）。

図表1-7-1 岩手県、宮城県、福島県の地価動向

住宅地	商業地
変動率(%)	地点数	変動率(%)	地点数
平成28年	平成29年	上昇	横ばい	下落	平成28年	平成29年	上昇	横ばい	下落
岩手県	▲ 0.4	▲ 0.4	28 (31)	39 (32)	60 (62)	▲ 1.7	▲ 1.8	0 (3)	21 (21)	30 (28)
宮城県	1.9	2.4	284 (286)	53 (46)	64 (55)	3.2	4.7	95 (88)	13 (19)	29 (28)
福島県	2.9	2.1	204 (198)	43 (47)	59 (43)	0.9	0.8	57 (53)	13 (14)	25 (23)

資料：国土交通省「地価公示」

注：地点数の（）は、平成28年地価公示の地点数

沿岸市町村では、震災後、避難住民等の移転需要により、津波による浸水被害を免れた高台等を中心に高い上昇を示す地点がみられ、全体的に高い上昇率が継続していたが、移転需要の落ち着きに伴い、昨年に引き続き、今回の調査結果においても、上昇幅の縮小や下落幅の拡大となった市町村が多くみられる状況となっている。

宮城県仙台市の住宅地については、戸建住宅地・マンション素地ともに引き続き需要が堅調である。特に、平成27年12月に地下鉄東西線が開業して交通便利性が向上した駅周辺での住宅地需要が旺盛で、全体的に上昇幅が昨年より拡大している。福島県いわき市の住宅地については、福島第一原子力発電所事故に伴う避難住民の移転需要は弱まりつつあり、全体的に上昇幅が昨年より縮小している（図表1-7-2）。
図表1-7-2 被災3県の沿岸の市町村における地価動向（住宅地）

市町村	住宅地·变動率(%)
平成23	24	25	26	27	28	29(年)
岩手県	岩手県	-4.9	-4.8	-2.7	-0.9	-0.4	-0.4	-0.4
宮古市	-5.7	-5.4	5.2	8.8	4.0	1.2	0.1
大船渡市	-1.7	-4.3	6.3	9.0	4.0	2.4	0.0
久慈市	-3.6	-4.4	-3.8	-2.7	-1.5	-1.2	-1.9
陸前高田市	-5.1	-3.0	3.0	5.8	6.8	3.0	0.0
釜石市	-4.8	-0.8	2.9	3.2	6.0	2.3	0.6
大槌町	-3.9	10.5	0.0	0.0	-0.4	-0.6
山田町	-4.0	-2.8	2.2	0.4	0.4	0.0	0.0
野田村	-3.4	-5.1	1.0	1.2	0.0	-2.5	-3.8
宮城県	宮城県	-2.9	-0.7	1.4	2.5	2.3	1.9	2.4
仙台市	-2.2	-0.9	1.6	3.1	3.2	3.2	4.0
石巻市	-4.6	6.0	5.1	5.7	3.0	0.7	0.3
塩竈市	-3.6	-1.8	0.3	1.6	0.8	0.3	0.1
気仙沼市	-4.6	4.9	4.8	3.3	3.6	2.2	0.7
名取市	-2.9	-1.0	0.8	1.8	2.2	2.2	2.5
多賀城市	-2.0	0.1	1.8	1.9	1.5	0.7	1.0
岩沼市	-3.3	-1.8	0.1	1.4	1.3	1.4	2.1
東松島市	-3.2	-0.8	0.6	0.9	0.2	-0.1	-0.5
亘理町	-5.3	-1.5	6.5	5.1	3.1	0.0	-0.5
山元町	-4.5	-3.8	3.6	3.8	2.1	-1.0	-1.7
松島町	-7.9	-5.6	-1.3	-0.6	-0.5	-0.7	-0.4
七ヶ浜町	-3.5	11.2	8.2	5.4	1.9	0.8	0.1
女川町	-4.0	6.7	3.1	4.3	1.6	0.2	0.0
南三陸町	-3.8	3.1	2.8	2.2	0.3	0.0
福島県	福島県	-3.4	-6.2	-1.6	1.2	2.9	2.9	2.1
いわき市	-4.6	-6.5	0.7	4.0	7.3	6.7	4.3
相馬市	-3.6	-3.9	-2.7	0.1	4.2	2.1	1.5
南相馬市	-2.9	-7.5	-0.5	3.5	4.5	4.9	3.7
広野町	-3.2	-0.3	2.5	2.8	2.1
楢葉町	-2.8	1.1
新地町	-2.1	-6.0	-1.8	2.9	2.1	2.8	1.3

資料：国土交通省「地価公示」

注：前年よりも上昇 前年と同一 前年よりも下落
商業地については、堅調なオフィス、店舗の土地需要が続いており、マンション素地としての需要もみられる。特に仙台駅周辺では、平成28年3月に仙台駅ビル新館が開業し、同駅東西自由通路が拡幅される等繁華性の向上がみられ、全体的に上昇幅が昨年より拡大している（図表1-7-3）。

図表1-7-3 被災3県の沿岸の市町村における地価動向（商業地）

市町村	商業地・変動率(%)
平成23	24	25	26	27	28	29(年)
岩手県	岩手県	-7.6	-7.0	-4.8	-3.5	-2.2	-1.7	-1.8
宮古市	-9.3	-9.7	0.0	0.0	0.0	0.0	-0.3
大船渡市	-6.6	3.1	7.4	1.7	1.1	0.0
久慈市	-6.6	-8.3	-7.2	-6.3	-5.4	-5.5	-5.8
釜石市	-9.2	-5.2	0.0	1.3	1.0	0.6	0.0
山田町	-10.6	6.1	0.5	3.4	3.5	0.0
宮城県	宮城県	-6.5	-3.9	0.0	1.7	2.3	3.2	4.7
仙台市	-7.2	-3.2	1.3	3.4	4.2	6.2	9.0
石巻市	-4.8	-2.8	2.3	3.6	3.0	1.2	1.1
塩竈市	-4.2	-5.6	-2.6	-0.4	0.3	0.0	-0.1
気仙沼市	-9.5	-4.0	0.0	1.7	2.2	0.8
名取市	-4.4	-4.2	-2.8	0.2	1.7	1.9	2.4
多賀城市	-4.0	-3.8	-1.9	0.0	2.9	0.6	0.2
岩沼市	-3.6	-3.6	-2.8	0.0	0.7	0.7	1.4
東松島市	-2.8	-1.0	1.9	0.9	0.7	0.7	0.5
亘理町	-5.6	-4.5	0.0	0.5	0.0	-1.3	-1.3
山元町	-4.8	-4.3	-0.7	1.5	0.0	-2.2	-3.0
松島町	-6.2	-4.2	-1.2	-0.6	-0.7	-1.0	-1.1
福島県	福島県	-4.3	-7.2	-3.2	-0.5	0.8	0.9	0.8
いわき市	-4.7	-6.8	-2.0	1.4	3.3	2.8	1.9
相馬市	-4.3	-5.4	-3.5	-1.7	-1.6	-0.6	-0.3
南相馬市	-3.6	-8.2	-3.2	-0.5	-0.1	0.4	0.7

資料：国土交通省「地価公示」

注：前年よりも上昇 前年と同一 前年よりも下落

## （東日本大震災の被災地における土地取引の動向）

東日本大震災の被災地における土地取引について、売買による所有権の移転登記の件数でその動向をみると、岩手県で14,562件、宮城県で29,444件、福島県で24,588件となっており、いずれの県でも前年を下回った。(図表1-7-4)。
図表1-7-4 岩手県、宮城県、福島県における売買による土地取引件数

## （東日本大震災の被災地における住宅市場、オフィス市場の動向）

住宅市場の動向についてみると、新設住宅着工戸数は、平成24年の後半頃から、3県いずれにおいても増加がみられる（図表1-7-5）。平成28年の3県の着工戸数は、岩手県が8,226戸（前年比4.7%減）、宮城県が21,747戸（前年比8.3%減）、福島県が17,394戸（前年比11.7%増）となった。また、新築マンションの供給戸数についてみると、平成28年は前年に比べて宮城県と福島県で供給戸数が増加し、岩手県では減少した（図表1-7-6）。

図表1-7-5 岩手県、宮城県、福島県における新築住宅着工戸数の推移

資料：国土交通省「住宅着工統計調査」
図表1-7-6 岩手県、宮城県、福島県における新築マンション供給戸数の推移

中古マンションの価格については、震災以降は被災3県において概ね上昇していたものの、平成28年に入ると、宮城県においては横ばいに、岩手県と福島県では下落傾向に転じた（図表1-7-7）。

図表1-7-7 岩手県、宮城県、福島県における中古マンション価格の推移

資料：(株)東京カンテイ資料より作成

注：価格は一戸を70㎡に換算して算出したもの

次に、被災地における事務所、店舗等の非居住用の建築着工の動向をみると、岩手県と宮城県における建築着工床面積は、震災後概ね増加傾向が続いてきたが、平成26年から宮城県では横ばい、岩手県と福島県では下落傾向に転じ、平成28年は、岩手県で55.0万 $ m^{2} $ （前年比16.2%減）、宮城県で122.6万 $ m^{2} $ （前年比7.8%増）福島県で84.4万 $ m^{2} $ （前年比21.8%減）となった（図表1-7-8）。
図表1-7-8 岩手県、宮城県、福島県における建築着工床面積（非居住用）

資料：国土交通省「建築着工統計調査」

続いて、被災地のオフィス市場についてみる。仙台市では、平成20年から平成22年までの間における新規オフィスビル大量供給により、震災直前は空室率が20%前後と高い水準にあったが、震災後は復興関連企業のオフィス需要等を背景として低下傾向が続いており、平成28年10-12月期は8.7％となっている。また、震災前は低下傾向にあった賃料については、震災以降は概ね横ばいが続いている。盛岡市と郡山市においても、震災を機とした復興関連需要等により、仙台市と同様に空室率の低下傾向がみられていたが、郡山市においては、平成28年に入り空室率の上昇がみられた（図表1-7-9）。

図表1-7-9 盛岡市、仙台市、福島市のオフィスビル賃料及び空室率の推移

資料：三鬼商事(株)資料より作成

注：盛岡市と郡山市については、Ⅰ～Ⅳ期のデータとして、それぞれ3、6、9、12月（平成23年Ⅰ期に限り4月）のデータを用いている
## 2 土地利用に関する復旧・復興の進捗状況

「東日本大震災からの復興の基本方針」において、復興需要が高まる平成27年度までの5年間を「集中復興期間」と位置付け、被災地の復旧・復興に向けて取り組んできた。平成28年3月に、「「復興・創生期間」における東日本大震災からの復興の基本方針」を新たに策定し、平成28年度からの5年間（「復興・創生期間」）において、被災地の「自立」につながり、地方創生のモデルとなることを目指して取組を進めている。

ここでは、震災後の復旧・復興の状況のうち、主に土地利用に関するものをみる。

住宅の再建については、高台移転が計画地区のほぼ全てで着工済、災害公営住宅が計画戸数の91％で着工済となっている。

また、公共インフラについては、復興の事業計画に基づき、着実に復旧・復興を推進しているところである（図表1-7-10）。

図表1-7-10 公共インフラ等の本格復旧・復興の進掛状況
## (災害公営住宅・復興まちづくり関係)

## 復旧・復興の状況 /被害の状況

## 高台移転

## 防災集團移転促進事業

岩手県宮古市田老地区

■復興まちづくり（土地区画整理事業）

季業書措置の地区数

造成工事の着工数

造成工事の完了数の割合

宫城県女川町大石原浜地区

造成完了した地区数、工事に着手した地区数、事業認可した地区数の割合

対策工事に着工した地区数対策工事が完了した地区数の割合

保典交付全配分可能通吃党地区のうち、対策工事が必要な地区数

災害復旧補助金を活用して復旧整備をした医療施設の割合

(医療機能の回復)

被災三県において被災した病院のうち、受入制限又は受入不可から回復した病院の割合

災害公営住宅の状況

(農林水產業関係)

資料：国土交通省資料、農林水産省資料、厚生労働省資料より作成

注 $ ^{1} $ ：平成29年1月末時点

注2：各指標の母数については、事業の進捗に応じ変更されているものもある
## 3 熊本地震の被災地における不動産市場の状況

## (熊本地震による被害)

「平成28年（2016年）熊本地震」では、4月14日のマグニチュード6.5の地震と、その28時間後に発生した16日のマグニチュード7.3の地震により、益城町では震度7の揺れに2回見舞われるなどし、死者については228名、住家被害については全壊・半壊を合わせて42,734棟を計上し、甚大な被害が発生した（平成29年4月13日現在、消防庁情報）。さらに、4月14日の地震後約半年の間に震度1以上を観測した地震が4,000回を超えるなどした。

その結果、855か所に開設された避難所への避難者の数は、最大18万人にも及んだほか、九州新幹線の運休や九州自動車道の通行止めに加え、東西の幹線道路や鉄道が分断され、熊本県のみならず九州全域にわたって地域経済へ大きな影響を及ぼした。

被災地では避難所がすべて解消し、計画された4,000戸を超える仮設住宅もすべて完成したところであるが、これからも引き続き本格的な復興に向けて着実な歩みを進めているところである。

## (熊本地震の被災地における地価の動向)

熊本地震が被災地の地価動向に与えた影響を平成29年地価公示からみていく。

被害を受けた熊本県及び大分県の地価動向を県別にみると、熊本県では、住宅地は平成28年地価公示で0.1%の上昇であったが、今期0.1%の下落に転じて上昇地点は減少している。商業地も引き続き下落傾向であるが、下落幅が縮小して0.1%の下落（平成28年地価公示で0.2%の下落）となっている。

大分県では住宅地、商業地ともに下落幅が縮小し、住宅地は0.3%の下落（同0.7%の下落）、商業地は0.5%の下落（同0.8%の下落）となっている。住宅地、商業地ともに上昇地点は増加し、熊本県に比べると地価への影響を考慮するには至らなかった。

熊本県内で特に震災の影響が大きかったのは益城町で、その他熊本市（特に東区・南区）、阿蘇市、嘉島町などでは一部の地域で影響を受けた。

益城町では、震災による被害が大きく、被害が広域にわたったことから住宅地は生活利便施設の機能低下などにより下落に転じ、商業地は繁華性や集客力の低下などにより下落となっている（図表1-7-11）。

図表1-7-11 熊本県、大分県の地価動向

住宅地	商業地
平均変動率(%)	平成29年地点数	平均変動率(%)	平成29年地点数
平成28年	平成29年	上昇	横ばい	下落	平成28年	平成29年	上昇	横ばい	下落
熊本県	0.1	▲0.1	51(67)	58(34)	53(55)	▲0.2	▲0.1	31(30)	9(8)	31(31)
益城町	0.6	▲4.5	0(2)	0(1)	3(1)	※	▲6.2	0(—)	0(—)	1(—)
大分県	▲0.7	▲0.3	34(10)	32(34)	78(96)	▲0.8	▲0.5	11(8)	20(7)	42(55)

資料：国土交通省「平成29年地価公示」

注1：変動率は継続地点のみにより計算している

注2：地点数の（）内は平成28年地価公示の地点数

注3：※益城町の商業地は1地点。平成28年に場所変更をしたため、対前年比は算出不可

注 $ ^{4} $ ：☐上昇 ☐下落
## (熊本地震の被災地における土地取引の動向)

熊本地震の被災地における土地取引について、売買による所有権の移転登記の件数でその動向をみると、平成28年において、熊本県では震災のあった4月以降に前年を大きく下回る月がみられたが、12月は前年を上回っている。一方、大分県では顕著な取引件数の増減はみられなかった（図表1-7-12）。

図表1-7-12 熊本県、大分県における売買による土地取引件数

資料：法務省「登記統計月報」

## (熊本地震の被災地における地籍の状況)

今回の熊本地震で特に大きな被害を受けた熊本県は地籍調査の進捗率が高く、全国の進捗率51％を大きく上回っている状況（80%）であり、相当程度地籍が明確化されている（図表1-7-13）。地籍が明確化された地域では、地籍調査の成果である地籍図等を活用することにより、地震により不明確となった土地境界を容易に現地に復元することができ、迅速に復旧・復興事業を進めることが可能となると考えられる。しかし、熊本地震は、内陸の活断層により発生したものであり、震源周辺の広い範囲で複雑な地盤変動が発生し、地籍図等の位置情報と現地にズレが生じている（図表1-7-14）。これを踏まえ、熊本地震の震源近辺において、複雑な地盤変動により生じた地籍図等の位置情報のズレを補正することが必要であり、そのためのパラメータ作成等（被災地域境界基本調査）を実施し、市町村等による地籍図等の復旧を支援することで、被災地域の復旧・復興の迅速化を推進した（図表1-7-15）。
図表1-7-13 熊本県における地籍調査の実施状況（平成28年3月時点）

資料：国土交通省資料

市町村名	進捗率	市町村名	進捗率
人吉市	100%	芦北町	100%
水俣市	100%	氷川町	100%
上天草市	100%	宇土市	99%
宇城市	100%	荒尾市	99%
美里町	100%	玉東町	99%
南関町	100%	水上村	98%
和水町	100%	合志市	92%
大津町	100%	西原村	92%
菊陽町	100%	高森町	88%
産山村	100%	長洲町	83%
南阿蘇村	100%	多良木町	80%
甲佐町	100%	阿蘇市	65%
津奈木町	100%	菊池市	64%
錦町	100%	南小国町	64%
湯前町	100%	五木村	63%
相良村	100%	八代市	55%
山江村	100%	小国町	50%
球磨村	100%	山都町	46%
あさぎり町	100%	熊本市	41%
苓北町	100%	益城町	34%
天草市	100%	嘉島町	29%
山鹿市	100%	御船町	13%
玉名市	100%	熊本県	80%

図表1-7-14 被災地域境界基本調査の測量結果（実施地域全体の地殻変動量）

資料：国土交通省資料
図表1-7-15 被災地域境界基本調査の概要

被災地域の復旧・復興の迅速化を推進するため、熊本地震の震源近辺において、複雑な地殻変動により生じた地籍図等の位置情報のズレを補正するパラメータ作成等を国土交通省が実施し、市町村等による地籍図等の復旧を支援

資料：国土交通省資料

…地殻変動の様相が一様な地域(国土地理院)

地殻変動の様相が一様なため、国家基準点（国土地理院が設置。数km間隔）の一部を国土地理院が測量し、そのデータを基に変動補正パラメータを作成

・国土地理院が作成する変動補正パラメータを用いて、市町村等が地籍図等を復旧

新たに被災地域境界基本調査を創設

…震源近辺の地殻変動が複雑な地域(国土交通省)

複雑な地殻変動が発生しており、変動補正パラメータを作成するためには、より多くの測量（変動量）データが必要

国土交通省直轄による被災地域境界基本調査の実施

・複雑な地殻変動が発生した地域に存する地籍調査の基準点（地籍調査時に地方公共団体が設置。約500m間隔）を国土交通省が再測量し、そのデータを基に変動補正パラメータを作成

・国土交通省が作成する変動補正パラメータを用いて、市町村等が地籍図等を復旧
平成 24 年度

環境研究総合推進費補助金 研究事業

# 総合研究報告書

# 食用油製造工程で排出する遊離脂肪酸残渣油を原料とした 高品質バイオディーゼル燃料の連続製造技術の開発 に関する研究 (K2401, ) K2302, K22007

平成 25 年 3 月

東北大学 米本 年邦
補助事業名 環境研究総合推進費補助金研究事業(平成22年度～平成24年度)

所 管 環境省

国庫補助金 57,775,000 円 （複数年度の総計）

研究課題名　食用油製造工程で排出する遊離脂肪酸残渣油を原料とした高品質バイオディーゼ

ル燃料の連続製造技術の開発に関する研究

研究期間 平成22年4月1日～平成25年3月31日

研究代表者名 米本 年邦 （東北大学）

研究分担者名 木村 俊之 （(独)農業・食品産業技術総合研究機構・東北農業研究センター）

北川 尚美（東北大学）
## 目次

総合研究報告書概要 …… 1

本文

1. 研究背景と目的 …… 7

2. 研究方法 …… 13

2.1 回分系での燃料合成実験 …… 13

2.2 連続系での燃料合成実験 …… 15

2.3 残渣油の高付加価値物質濃度の分析 …… 17

2.4 流通系でのビタミン E 類回収実験 …… 17

2.5 樹脂再生条件の検討 …… 18

2.6 燃料製造コストの試算 …… 19

3. 結果と考察 …… 20

3.1 回分系での燃料合成実験結果 …… 20

3.2 バイオディーゼル連続合成実験結果 …… 24

3.3 残渣油の高付加価値物質濃度の測定結果 …… 30

3.4 ビタミン E 類の回収実験結果 …… 31

3.5 樹脂再生条件の検討結果 …… 35

3.6 燃料製造コストの試算と経済性の評価 …… 37

4. 結論 …… 39

5. 参考文献 …… 41

6. 研究発表 …… 44

6.1 論文発表 …… 44

6.2 招待講演 …… 44

6.3 学会等発表 …… 45

7. 知的財産権の取得状況 …… 47

研究概要図 …… 48

英文概要 …… 49
## 環境研究総合推進費補助金 研究事業 総合研究報告書概要

研究課題名：食用油製造工程で排出する遊離脂肪酸残渣油を原料とした高品質バイオディーゼル燃料の連続製造技術の開発に関する研究

研究番号：（K2401，）K2302，K22007

国庫補助金精算所要額：57,775,000 円 （複数年度の総計）

研究期間：平成22年4月1日～平成25年3月31日

研究代表者名：米本年邦（東北大学）

研究分担者名：木村俊之 （(独)農業・食品産業技術総合研究機構・東北農業研究センター）、北川尚美（東北大学）

## 研究目的

食用油の製造工程で排出される発生量が豊富な遊離脂肪酸残渣油を原料とし、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の触媒能と吸着能を適切に発現させることで、高品質のバイオディーゼル燃料を連続製造できる汎用性の高い技術を開発する。達成目標は、ベンチスケールの連続製造装置を作製し、1)遊離脂肪酸100%の原料油をも燃料に変換可能なエステル化条件を明らかにすること、2)本装置からの流出溶液中の残存アルコール、未反応物、グリセリンが燃料品質基準値以下となる操作条件を明らかにすること、3)残渣油に含まれるビタミンE類などの高付加価値物質を探索し、その回収条件を確立させること、4)プロセスの簡略化や溶液使用量削減を徹底し真の環境調和型製造技術を構築すること、5)上記のデータに基づき、バイオディーゼル燃料の製造コストとその際得られる高付加価値物質の利益コストを試算し、本プロセスの経済性を評価すること、である。

## 研究方法

遊離脂肪酸残渣油には、食用米油製造を行っている三和油脂(株)より提供された米ぬか由来のもの(遊離脂肪酸含有量95 wt%以上、残りはトリグリセリド)を用いた。アルコールには、バイオディー
ゼル燃料の品質規格が全てメチルエステルを対象としていることから、メタノールを用いた。

主成分である遊離脂肪酸を燃料に変換する触媒には、多孔性の陽イオン交換(強酸性)樹脂Diaion PK208LHを、また、微量成分であるトリグリセリドを燃料に変換する触媒には、多孔性の陰イオン交換(強塩基性)樹脂Diaion PA306Sを用いた。どちらも三菱化学(株)より提供されたものであり、これまでの研究で最も高い触媒活性を示すことが分かっている。陽イオン交換樹脂PK208LHは、触媒活性を持つH型で工場出荷されるものの、水膨潤状態であるため、反応物である遊離脂肪酸(油分)が樹脂内に侵入しにくい。そこで、副反応物であるメタノールで膨潤化処理を行った後、実験に用いた。一方、陰イオン交換樹脂PA306Sは触媒活性を持たないCl型の水膨潤状態で工場出荷されるため、吸着活性を持つOH基への置換とメタノール膨潤化処理を行った後、実験に用いた。

本研究で作製したベンチスケールの燃料連続合成装置は、陽イオン交換樹脂を充填したカラム（直径10 cm×長さ100 cm）と陰イオン交換樹脂を充填したカラム（直径5 cm×長さ50 cm）を直列に連結したものである。攪拌機を備えた原料タンクは50 ℃の恒温槽中に設置され、各カラムと配管はヒーターで50 ℃に保持される。原料タンク内の残渣油とメタノールの混合液は、ポンプで1塔目カラム底部から上昇流で供給され、その流出溶液がそのまま2塔目カラム底部から上昇流で流れ、上部から流出する。その際、1塔目カラムでは、陽イオン交換樹脂のエステル化触媒能により残渣油の主成分遊離脂肪酸が燃料に変換、2塔目のカラムでは、陰イオン交換樹脂のエステル交換触媒能により微量成分トリグリセリドが燃料に変換される。同時に、これらの反応で副生する水やグリセリンが後段の陰イオン交換樹脂に吸着保持され、溶液中から除去される。その結果、装置から流出する製品は不純物を含まない高品質品となることが期待され、煩雑な精製工程を省略できる可能性がある。ただし、後段の陰イオン交換樹脂は、脂肪酸基とのイオン交換や副生物の吸着によって触媒活性を消失するため定期的な再生処理が必要となる。

まず、達成目標1)の前段の遊離脂肪酸のエステル化の適切な運転条件を探索するため、1塔目の陽イオン交換樹脂を充填したカラムのみを用いて連続エステル化実験を行った。ここでは、操作因子として、残渣油の脂肪酸基とメタノールのモル比や充填樹脂量、原料供給流量を変化させた。各実験では、1塔目のカラム上部からの流出溶液を所定時間毎に分取器で回収し、反応物である遊離脂肪酸やトリグリセリドの濃度をUV検出器付高速液体クロマトグラフで、副反応物であるメタノールや生成物である脂肪酸エステル濃度を水素炎イオン検出器付ガスクロマトグラフで、それぞれ分析した。

次に、達成目標2)を実現するため、前述の適切化した条件で、1塔目と2塔目の両カラムを用いて連続燃料合成実験を行った。ここでは、2塔目のカラム上部からの流出溶液を所定時間毎に分取器で回収し、反応物や生成物濃度を同様に測定した。後段の陰イオン交換樹脂の活性は徐々に低下
するため、ある時点から流出溶液の未反応物濃度が増加し始めると予想される。この未反応物濃度が増加し始めるまでの操作時間、すなわち、樹脂活性の保持時間を探索した。また、2塔目のカラム上部からの流出溶液が、バイオディーゼル燃料の品質規格を満たしているかを検討するため、品質評価の専門機関である(社)日本油料検定協会に分析を依頼した。その際、必要に応じてメタノールの蒸留除去を行った。

また、達成目標3)の残渣油に含まれる高付加価値物質を把握するため、高い抗酸化活性を示すビタミンE類や、コレステロール吸収を阻害する植物ステロール、美容効果の高いスクアレンなどの定性分析を行った。そして、残渣油からビタミンE類を回収するための流通系の分離プロセスを構築するため、実験室規模の小型カラムを用いてモデルビタミンEの吸着・脱着実験を行い、各挙動に及ぼす樹脂量やビタミンE濃度の影響を詳細に検討した。

さらに、達成目標4)を実現するため、前段の陽イオン交換樹脂のメタノール膨潤化前処理でのメタノール使用量の削減や、後段の陰イオン交換樹脂の再生処理法でのプロセスの簡略化と溶液使用量の削減を行った。

最後に、達成目標5)の本製造法による燃料製造コストの試算を行い、その際、ビタミンE類が回収されるとした利益コストも計算した。そして、本プロセスの経済性を評価した。

## 結果と考察

まず、本研究で作製したベンチスケールの燃料連続合成装置の前段である陽イオン交換樹脂塔で残渣油の主成分遊離脂肪酸(FFA)の転化率100％を達成できる条件の探索を行った。原料溶液の脂肪酸基とメタノールのモル比を化学量論比(1:1)とした条件では、FFA転化率は41％であったが、流出溶液中のメタノールは、その92%が消失していた。このことから、メタノール不足によってエステル化が十分に進行しなかったと考えられる。陽イオン交換樹脂の骨格が水溶性物質を保持し易いことから、原料溶液中のメタノールが反応に関与しない形で樹脂に保持されたと推測される。次に、メタノールを量論比の2倍1:2とした条件では、FFAの転化率が58％に上昇した。ここでは、残存するFFAが反応するのに十分なメタノールが残っていたことから、滞在時間が不十分であったと考えられる。そこで、このモル比で滞在時間を長くした条件では、流出するFFA濃度は検出限界以下となり、転化率100％を達成した。また、この条件で4倍のスケールアップを行ったところ、同様に転化率100％を達成できた。

次に、適切化した条件で、前段の陽イオン交換樹脂塔からの流出溶液を、そのまま後段の陰イオン交換樹脂塔底部から供給することで燃料連続合成実験を行った。後段カラムからの流出溶液では、生成物脂肪酸エステル(FAME)濃度が、原料供給開始と共に速やかに増加し、一定となる傾向を示
した。微量成分トリグリセリドは検出限界以下となっており、全て燃料に変換された。一方、FFA濃度は、原料溶液供給開始後110 hまで検出限界以下であった。しかし、それ以降、未反応FFAが検出され、樹脂の活性が消失したと考えられる。よって、この時点で陰イオン交換樹脂の再生処理が必要となる。得られた流出溶液のうち製品燃料となるのは、未反応FFAが流出し始めるまでの溶液であり、総生産量を算出したところ、12 dm³となった。また、得られた燃料は、僅かに残留するメタノールを蒸留除去するだけで、JIS規格21項目を全て満たす高品質品となることを外部専門機関により証明された。

次に、本研究で原料とする米ぬか由来の遊離脂肪酸残渣油には、約0.1 wt%のビタミンE類が含まれており、そのうち抗酸化活性の高いトコトリエノール類の含有量が61％程度であることが分かった。また、コレステロール吸収を阻害する植物ステロールも含まれるものの、現装置で使用している樹脂には吸着せず、製品燃料中にJIS規格値に影響を与えないレベルで混入していることが分かった。一方、美容効果の高いスクアレンは、残渣油には含まれていなかった。そこで、残渣油からのビタミンE類回収に着目し、小型カラムを用いた流通系での吸着・脱離挙動に及ぼす充填樹脂量や原料ビタミンE濃度の影響を検討した。その結果、本手法は、樹脂量を増大させることで、高い回収率を維持したまま、吸着量と脱離量を増大できること、つまり、高い回収率を保持したままスケールアップが可能であることが示された。また、原料溶液のビタミンE濃度が低いほど回収率が高く、効率的な回収を期待できることも分かった。

また、再生処理法に関する検討では、本研究を開始する時点で、各操作の目的を充分に達成するため過剰気味に再生溶液供給を行っており、溶媒として用いる総メタノール量が樹脂1 g-wet当たり10.4 cm³、総脱イオン水量が5.2 cm³で、各溶液のリサイクル利用率は50%であった。本研究を進める際に各溶液の供給量を徐々に削減したところ、メタノールが8.6 cm³(17%減)、脱イオン水が3.0 cm³(42%減)で充分であることが分かった。ただし、各溶液のリサイクル利用率は50%で変わらなかった。これに対し、新たに検討した改良法では、メタノールが9.5 cm³と増加するものの、脱イオン水が0.3 cm³とほとんど使用しないこととなり、その結果、メタノールの回収利用が容易となり、リサイクル利用率が少なくとも80%以上と増大することが期待される。

最後に、本研究成果に基づく燃料製造のランニングコストは約33円/L(薬剤11円、樹脂2円、樹脂再生(廃棄物処理)8円、光熱12円)と推算され、京都市の均相アルカリ触媒法によるコスト約55円/Lから40％削減、本研究開始前の本法コスト96円/Lから65％削減された。一方、残渣油が含む約0.1wt%ビタミンE類を本プロセスでほぼ100％回収でき、より活性の高いトコトリエノール含有量に応じて燃料1L当たり10~76円の利益を生じる可能性があること、も明らかとなった。
## 環境政策への貢献

食用油製造工程で排出される発生量が豊富な遊離脂肪酸残渣油を原料として、JIS規格の全項目を満たす高品質バイオディーゼルを連続製造できる技術が確立した。これにより、バイオディーゼル普及の問題点である原料油不足と品質不安定さが一挙に解決される。しかし、現状では高品質品が製造できたとしても利用者がいない。B100で使うと税制でのメリットはあるが、エンジンメンテナンスが困難であり、B5では車メーカー保証はあるが、金銭的なメリットがない。JIS規格を満たしているバイオディーゼルであれば、メーカー保証の範囲をB20-B50程度まで高めること、B100でなくでも税制の優遇措置を図ることが燃料普及のためには重要である。

食用油製造工程で排出される遊離脂肪酸残渣油には、原油と同様に、高い抗酸化活性を示すビタミンE類(2-30万円/kg)や、コレステロール吸収を阻害する植物ステロール(2万円/kg)、美容効果の高いスクアレン(5万円/kg)など高付加価値物質が含まれる。そのため、まず高付加価値物質を回収し、残りをバイオディーゼル燃料(100円/kg)に変換するという多段階(カスケード)利用プロセスの構築が有効である。その際、回収物質を食品用途で利用するには、溶媒にメタノールではなく、エタノールを使用しなければならず、バイオディーゼルは脂肪酸エチルエステルとなる。エチルエステルの燃料性状はメチルエステルよりも良いとの予想もあり、その燃料品質規格を早急に策定する必要がある。

本製造技術は、従来の可食成分トリグリセリドに加え、利用できなかった非可食成分遊離脂肪酸をいずれも転化率100%でバイオディーゼル(FAME)に変換できる。ただし、製品燃料が自動車用のJIS規格を満たすには、不純物混入の少ない原料使用か、合成後のFAME蒸留回収が必要である。実際に廃食用油を原料とした場合、繰り返し加熱でトリグリセリド分解や脂肪酸重合が生じ、炭化水素系不純物が多く含まれるため、本法を用いてもFAME純度が規格値を満たせない。しかし、FAME高純度化のための原料や製品の蒸留は、コストや環境負荷が大きく望ましくない。そこで、FAME純度に応じて、≥96.5%は自動車用、≥80%,<96.5%は発電用、などと使い分けるべきである。そのためのデータ収集とバイオディーゼル発電の買取価格設定などの施策が必要である。

現在、油脂類バイオマスとして、動植物油、廃食用油、食用油製造工程での廃棄物油、藻類油、などがある。また、これらの利用技術として、脂肪酸エステルに変換するエステル化技術、バイオマス液体燃料(BTL:Biomass to Liquid)などに変換する熱分解液化技術があり、得られる製品として、軽油代替燃料やジェット燃料、化成品原料がある。そして、これらの技術は、同じバイオマス原料を取り合いつつ、研究や実用化が進められている。しかし、原料バイオマスの成分組成に応じて、例えば、トリグリセリドや遊離脂肪酸含有量がある値以上であれば脂肪酸エステルに変換、それ以下であればBTLに変換など、適切に選択することが望ましい。そのためのデータ収集と施策が必要である。
## 研究成果の実現可能性

遊離脂肪酸残渣油からの高品質バイオディーゼル製造に関する成果はすぐにでも実用化できる。協力企業では年間1,000トンの残渣油が排出され、これを全て燃料化するには日生産量2,000L規模の製造装置が必要となる。本研究で作製した装置は日生産量3Lと小さいが、共同研究者が他の研究で日生産量50Lの全自動装置を開発しているため、スケールアップに関する問題はほとんどない。ただし、装置製造費用が1億程度と見積られており、この金額をどう調達するのか、また、製造された年間1,000トンの燃料をどのように利用するのか、などが課題である。一方、ビタミンE類回収に関しては、基礎データが蓄積された段階であり、実用化のためには、残渣油を用いた実データの蓄積や吸着・脱離工程のプロセス化、など更なる研究が必要である。

## 結論

食用米油製造会社で排出される米ぬか由来の遊離脂肪酸残渣油を原料とし、代表者ら独自のイオン交換樹脂法を用いてJIS規格を満たす高品質バイオディーゼルを連続製造できるベンチスケールの装置を作製、生産性が最大となる装置運転条件を明らかにした。得られた燃料は、僅かに残留するメタノールを蒸留除去するだけで、JIS規格21項目を全て満たす高品質品となることが証明された。本成果に基づく燃料製造のランニングコストは約33円／L(薬剤11円、樹脂2円、樹脂再生(廃棄物処理)8円、光熱12円)と推算され、京都市の均相アルカリ触媒法によるコスト約55円／Lから40％削減、研究開始前の本法コスト96円／Lから65％削減された。また、残渣油は約0.1wt%のビタミンE類を含み、これを本プロセスでほぼ100%回収できること、より活性の高いトコトリエノール含有量に応じて燃料1L当たり10〜76円の利益を生じる可能性があること、も明らかとなった。この利益コストが燃料製造コストに反映されれば、更なる競争優位性が得られる。
本文

### 1. 研究背景と目的

油糧作物から搾油された粗油には、可食成分であるトリグリセリドの他に、トリグリセリドが酵素や熱分解(式(1))されて生じた遊離脂肪酸(free fatty acid; FFA)が含まれる。

$$ \begin{array}{c}\mathrm{CH}_{2}-\mathrm{COOR}\\ \mathrm{CH}-\mathrm{COOR}+\mathrm{CH}_{2}-\mathrm{COOR}\\ \mathrm{CH}_{2}-\mathrm{COOR}\\ \text{triglyceride}\quad\text{water}\quad\text{FFA}\quad\text{glycerin}\end{array}\begin{array}{c}\mathrm{RCOOH}\\ \mathrm{RCOOH}\\ \mathrm{RCOOH}\\ \mathrm{CH}_{2}-\mathrm{OH}\\ \mathrm{CH}-\mathrm{OH}\\ \mathrm{CH}_{2}-\mathrm{OH}\end{array} $$

この遊離脂肪酸は非可食であるため、食用油を製造する際に脱酸工程で除去される。その発生量は大豆や菜種などでは食用油製造量の約6％ $ ^{1} $ 、酵素分解活性が高いパームや米ぬかでは10-20％である。特に、発生量が多いパームや米ぬかの食用油製造工程では、図1に示すように、遊離脂肪酸残渣油として回収されている。この油は95 wt%以上が遊離脂肪酸であり、僅かにトリグリセリドを含む。また、融点が40 ℃以上と高いため、図2(a)に示すように、常温(19 ℃)では固体で扱いにくく、図2(b)に示すように、50 ℃では液体となるが、曠食油のような濃い茶褐色を呈する。現在、ごく一部がインク原料などとして利用されているものの、大半が焼却廃棄されている。しかし、この油は、視点を変えれば、排出量が豊富で、食用油製造会社で集中的・安定的に排出する新規な廃棄物系バイオマス原料と捉えることができる。

図１ 食用油製造工程のプロセスフロー

図２ 米ぬか脂肪酸残渣油の写真
この廃棄油の有効利用法として、主成分である遊離脂肪酸(FFA)を、酸触媒を用いたアルコール（一般にメタノール）とのエステル化反応(式(2))によって、軽油代替燃料バイオディーゼルとなる脂肪酸メチルエステル(fatty acid methyl ester; FAME)に変換する手法が期待されている。

$$ \begin{array}{c}RCOOH+CH_{3}OH\rightleftharpoons RCOOCH_{3}+H_{2}O\\FFA\quad methanol\quad FAME\quad water\end{array} $$

バイオディーゼルは、バイオマス由来原料から合成されるため二酸化炭素排出量ゼロ(カーボンニュートラル)、燃焼時の排ガスが硫黄を含まず、一酸化炭素や不燃炭化水素、粒子状物質(PM2.5)の排出量も半分以下となるためクリーン、という特長を持つ環境調和型燃料 $ ^{2-5)} $ である。そのため、持続可能な循環型社会の実現を支えるバイオ燃料の一つとして注目されており $ ^{6-9)} $ 、2000年以降製造量は飛躍的に増大し、2010年の世界生産量は約1,800万トンに及ぶ。しかし、現行の製造法では、可食成分トリグリセリドを原料とし、均相アルカリ触媒を用いたメタノールとのエステル交換反応(式(3))で合成している。

$$ \begin{array}{l}\underset{\mathrm{CH}_{2}-\mathrm{COOR}}{\overset{\mathrm{CH}_{2}-\mathrm{COOR}}{\mathrm{CH}}}+3\mathrm{CH}_{3}\mathrm{OH}\underset{\mathrm{RCOOCH}_{3}}{\rightleftharpoons}\underset{\mathrm{RCOOCH}_{3}}{\overset{\mathrm{RCOOCH}_{3}}{\mathrm{RCOOCH}_{3}}}+\underset{\mathrm{CH}_{2}-\mathrm{OH}}{\overset{\mathrm{CH}_{2}-\mathrm{OH}}{\mathrm{CH}_{2}-\mathrm{OH}}}\\ \underset{\mathrm{CH}_{2}-\mathrm{COOR}}{\overset{\mathrm{CH}_{2}-\mathrm{COOR}}{\mathrm{CH}_{2}-\mathrm{COOR}}}\quad\text{triglyceride}\quad\text{methanol}\quad\text{FAME}\quad\text{glycerin}\end{array} $$

そのため、海外では原料に未利用の大豆や菜種、パームなどの食用油を用いており、食との競合や原料不足が大きな問題となっている。一方、日本では、食との競合を避けて廃食用油を原料としているものの、2010年の生産量は約0.8万トンと世界の0.05％に過ぎない $ ^{10} $ 。これは、廃食用油の回収が困難であること、また、現行製造法では、燃料品質を低下させる石鹸生成を抑制するため、使用回数の少ない廃食用油（遊離脂肪酸含有量0.5 wt％以下）しか原料利用できないこと、などが原因といわれている。

そうした中、前述の遊離脂肪酸残渣油は、食用油製造工程で排出する廃棄油であるため、食との競合がなく、工場で集約的に排出するため回収も不要といった利点を有する。また、その排出量を食用油製造量 $ ^{10} $ の10％と仮定すると、2011年の国内では約25万トン、世界では約1,600万トンと推算され、バイオディーゼル生産量の増大に極めて有効である。そこで、この油を原料とした採算性のある燃料合成法を新たに構築できれば、廃棄油をバイオマス資源として有効利用できると同時に、現在のバイオディーゼルが抱える問題の解決に繋がると考えられる。

しかし、遊離脂肪酸残渣油から合成したバイオディーゼルを実際に自動車の燃料として利用するには、日本ではJIS K 2390で規定されている品質規格 $ ^{11} $ を満たす必要がある。表1に、日本の品質規格の主要な項目とその規格値を、ヨーロッパや北アメリカの規格値と比較して示す。目的生成物である脂肪酸メチルエステル(FAME)含有量が96.5 wt%以上という純度規定に加え、遊離脂肪酸
(FFA)含有量の指標である酸価が0.50 mg-KOH/g以下(FFA含有量約0.25 wt%以下)、トリ、ジ、モノグリセリド含有量に関してもそれぞれ0.20 wt%、0.20 wt%、0.80 wt%以下と、未反応物量に関しても厳しく規定されている。また、前述のエステル化反応やエステル交換反応で副生する水やグリセリンに関しても、それぞれ500 mg/kg、0.02 wt%以下と規定されており、触媒由来の金属混入量も5.0 mg/kg以下とされている。つまり、遊離脂肪酸残渣油の主成分であるFFAと微量成分であるトリグリセリドをいずれも転化率ほぼ100％でFAMEに変換し、両反応で副生する水やグリセリン、使用した触媒などを完全に除去することが要求される。当然ながら、これらを経済的に実現可能な採算性のあるプロセスによって実現しなければならない。

これまで多くの研究者が、食用油製造工程で排出された遊離脂肪酸残渣油を原料としたバイオディーゼル合成に取り組んできた。リパーゼ酵素触媒は、FFAのエステル化とトリグリセリドのエステル交換の両活性を有するため、両反応を同時に進行させることが期待された $ ^{12} $ 。しかし、酵素反応の至適温度(30-40℃)では、遊離脂肪酸残渣油(FFA含有量>95wt%)が固体であるため、溶媒による希釈なしにそのまま原料として利用できない。これに対し、超臨界メタノールを用いた無触媒法 $ ^{13} $ は、380℃、240 barといった高温高压条件で行われるため、このような固体油も容易に溶解し均一相で反応を進行させることができる。また、気体状態で得られるFAMEを凝縮することで選択的に回収できるため、燃料品質規格も比較的容易に満足できる。しかし、反応量論比の6-42という大過剰のメタノールを添加すること $ ^{14} $ 、過酷な条件のため本来シス体であるFAMEがトランス体に異性化し

表 1 日本、ヨーロッパ、北アメリカにおけるバイオディーゼル燃料の主要品質規格

項目	単位	規格値
日本 JIS K 2390	ヨーロッパ EN14214 (2008)	北アメリカ ASTM D6751
FAME 含有量	[wt%]	≥96.5	≥96.5	-
酸価(FFA 含有量)	[mg-KOH/g]	≤0.50	≤0.50	≤0.5
モノグリセリド含有量	[wt%]	≤0.80	≤0.80	-
ジグリセリド含有量	[wt%]	≤0.20	≤0.20	-
トリグリセリド含有量	[wt%]	≤0.20	≤0.20	-
水含有量	[mg/kg]	≤500	≤500	≤500
遊離グリセリン含有量	[wt%]	≤0.02	≤0.02	≤0.02
全グリセリン含有量	[wt%]	≤0.25	≤0.25	≤0.24
金属(Na+K)	[mg/kg]	≤5.0	≤5.0	≤5.0
金属(Ca+Mg)	[mg/kg]	≤5.0	≤5.0	≤5.0
図 3 均相酸・アルカリ触媒によるエステル化・エステル交換を組み合わせた 2 段階法

低温流動性や酸化安定性が悪化すること $ ^{15} $ 、などが問題となっている。また、経済的に実現可能な採算性のあるプロセスとなるか、という点でも疑問視されている。

一方、酸触媒を用いたFFAのエステル化と、アルカリ触媒を用いたトリグリセリド(TG)のエステル交換を組み合わせた2段階法(図3)も、種々の触媒の組み合わせで検討されている $ ^{16-20} $ 。しかし、酸触媒によるエステル化で高転化率を達成するには、反応平衡を生成物FAME側にシフトさせる目的で、原料油からの徹底的な水除去と大過剰のアルコール添加が必須である。また、均相触媒を組み合わせた場合、前段の酸触媒によって後段のアルカリ触媒が中和分解されるため、アルカリ触媒を過剰に添加する必要がある。さらに、後段のアルカリ触媒によるエステル交換においても、前段のエステル化で副生した水が反応阻害を生じるため、付加的な脱水操作が必要となる。加えて、バイオディーゼルとして燃料利用するには、触媒除去や副生物除去などの煩雑な精製工程も必要となる。このように均相触媒の組み合わせでは、経済的に実現可能な採算性のあるプロセスを構築するのは困難であると認識されている。これに対し、分離が容易な固体触媒を組み合わせた2段階法が構築されれば、採算性が高まるという報告がある $ ^{21} $ 。しかし、現状で報告されている固体酸および固体アルカリ触媒に関しては、不可逆的な触媒活性の低下あるいは消失、転化率100％を実現できない、など多くの問題が未解決である。それ故、本研究で着目する遊離脂肪酸含有率95 wt%以上の脂肪酸残渣油に関しては、実験室レベルの成功例ですら皆無である。

近年、遊離脂肪酸のエステル化触媒として、分離が容易な固体酸触媒である陽イオン交換樹脂が注目されている。これまでに、遊離脂肪酸を目的燃料に変換できるものの、副反応物メタノールを化学量論比の20倍程度添加する必要があること、反応速度が数十時間と遅く、副生する水によってエステル化の進行が抑制され転化率があまり高くならないこと、などが報告されている $ ^{22-24} $ 。これに対し、研究代表者らは、架橋度の低い多孔性の陽イオン交換樹脂を用い、アルコールによる膨潤化という簡便な前処理を行うことで反応速度が飛躍的に増大し、水存在下でも90％以上の高い転化率を達成できることを見出している $ ^{25} $ 。また、架橋度の低い多孔性の陰イオン交換樹脂が、高いエステル交換触媒活性を持つ $ ^{26,27} $ と同時に、油中の遊離脂肪酸や副生物(水やグリセリン)、茶褐色色素の吸着除去能や、健康機能物質として注目されるビタミンE類の吸着回収能を併せ持つこと $ ^{28} $ 、を
見出している。

本研究では、これらの研究代表者ら独自の知見である陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の触媒能と吸着能を適切に発現させることで、有効利用法がないため現在廃棄物となっている遊離脂肪酸残渣油を原料とし、JIS規格を満たす高品質バイオディーゼルを連続製造できる汎用性の高い技術を開発することを目的とする(図4)。達成目標は、ベンチスケールの連続製造装置を作製し、1)遊離脂肪酸100％の原料油をバイオディーゼル燃料に変換可能な反応条件を明らかにすること、2)本装置で製造されるバイオディーゼル燃料中の残存アルコール、未反応物、グリセリンが品質規格値以下となる操作条件を明らかにすること、3)残渣油に含まれるビタミンE類などの高付加価值物質を探索し、その回収条件を確立させること、4)プロセスの簡略化や溶液使用量削減を徹底し真の環境調和型製造技術を構築すること、5)上記のデータに基づき、バイオディーゼル燃料の製造コストとその際得られる高付加価値物質の利益コストを試算し、本プロセスの経済性を評価すること、である。

図４ 本研究での開発技術と目標の概要