日本エネルギー学会誌
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93 巻 , 10 号
選択された号の論文の12件中1~12を表示しています
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特集:バイオマス(論文)
  • Megumu INABA, Kazuhisa MURATA, Isao TAKAHARA, Yanyong LIU
    93 巻 (2014) 10 号 p. 944-952
    公開日: 2014/10/31
    ジャーナル フリー
    In fast catalytic pyrolysis of eucalyptus as woody biomass, zeolites enhanced the formation of aromatic hydrocarbons with and without O-atoms, mainly. H-ZSM-5 and H-Beta zeolites were efficient for the formation of non-oxygenated aromatic compounds. High Si/Al2 ratio in H-ZSM-5 depressed the formation of non-oxygenated aromatics, while high Si/Al2 ratio in H-Beta kept high yield of non-oxygenated aromatics. H-mordenite and USY showed a moderate catalytic activity for the formation of phenolic compounds as well as non-oxygenated aromatics, due to moderate catalytic properties. Aromatic compounds may be derived from cellulose, hemicellulose and lignin. In the case of cellulose or hemicellulose as source of aromatics, oxygenated intermediates were formed by thermal decomposition of cellulose or hemicellulose, followed by reaction to form aromatic compounds. In the case of lignin source, oxygenated aromatics were formed by thermal decomposition of lignin, followed by deoxygenation to form non-oxygenated aromatics. Strong solid acidity favors deoxygenation reaction. Moderate solid acidity leads to the formation of phenolic compounds. Large micropore diameter and 3-dimensional microstructure have advantage, since intermediates can contact active sites inside the micropore. Except for SAPO-34, 4A, 13X and Ti-silicate, exhibiting significantly low yield of both of non-oxygenated aromatics and phenols, there seems to be an inversed correlation between yield of non-oxygenated aromatic compounds and that of phenolic compounds.
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  • Aki UMEMURA, Ryohei ENOMOTO, Taku KOUNOSU, Ken ORIHASHI, Yoshiaki KATO ...
    93 巻 (2014) 10 号 p. 953-957
    公開日: 2014/10/31
    ジャーナル フリー
    Along with Japanese cedar bark, fir bark and Japanese larch bark were pyrolyzed to estimate the possibility of utilizing these softwood barks as resources for fine chemicals by comparing the pyrolysis product compositions. The three softwood barks contained higher ash content and yielded lower amount of volatiles when compared with cedar heartwood. The major pyrolysis products from their barks were similar to those previously reported from softwood trunks. Levoglucosan was a major pyrolysis product formed from the three softwood barks, despite being a minor product from wood trunk pyrolysis. Therefore, softwood barks can be expected as a feedstock for production of levoglucosan. An increase in the moisture content in the cedar bark generated more pyrolysis products. This result indicates that softwood barks do not require drying prior to pyrolysis, which simplifies the pyrolysis system.
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  • 林 順一, 大隈 修, 福田 祥子, 影浦 直樹
    93 巻 (2014) 10 号 p. 958-963
    公開日: 2014/10/31
    ジャーナル フリー
    牛糞堆肥を400 ~ 1000℃の温度範囲で炭化を行い,得られた炭化物に対する水蒸気吸着特性を調べた。その結果,相対圧0.8 近傍から吸着量の大きな増加が見られた。しかし,1000℃の炭化物ではこの吸着量の増加は見られなかった。この吸着量の増加は,炭化物に含まれる塩化カリウムの影響であることが明らかとなった。牛糞堆肥炭化物の調湿能について検討すると,湿度の繰り返し変化に対して安定した水蒸気の吸脱着挙動を示した。ここで検討した湿度領域(相対圧0.5付近から1.0 付近)において牛糞堆肥炭化物の調湿能は市販の床下調湿用木炭よりもかなり優れていた。
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  • 黒澤 美幸, 古久保 美樹, 五十嵐 圭日子, 鮫島 正浩
    93 巻 (2014) 10 号 p. 964-972
    公開日: 2014/10/31
    ジャーナル フリー
    セルロース系バイオマスからのバイオエタノール生産の実用化に向けた酵素コスト削減のためには,(1)酵素生産コストの低減,(2)酵素反応時間24 時間で糖収量500 g- 生成糖/kg- バイオマス以上を得ることが可能な酵素カクテルの最適化,および(3)酵素回収の3つの技術の相乗的な改善が重要である。本研究では,以上の概念に基づき,酵素糖化技術の評価手法を考案し,その手法に基づいてセルロース系バイオマスであるエリアンサスをアンモニア処理した試料に対して市販酵素の性能を評価し,それに基づき酵素コスト削減のための実際的な目標を検討した。その結果,アンモニア処理エリアンサスからエタノール1 L を生産するための酵素コストとして10 円以下を達成するためには,酵素生産コストは1,000 円/kg酵素タンパク質以下,酵素添加量は酵素タンパク質/バイオマス重量比で1/100 以下,酵素の回収率は酵素タンパク質量基準で75 % 以上を目標とすることが現実的な指針であるとの結論を得た。
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  • Efri MARDAWATI, Anett WERNER, Thomas BLEY, KRESNOWATI MTAP, Tjandra SE ...
    93 巻 (2014) 10 号 p. 973-978
    公開日: 2014/10/31
    ジャーナル フリー
    Empty fruit bunches (EFB) of oil palm are the lignocellulosic waste from crude palm oil production. The current practice to deal with the waste is either to burn EFB for energy production or to spread them back on the field as a fertilizer. Both options offer a limited additional value to the industry compared to the use of EFB as a renewable resource for chemicals production. To be used as the raw materials for chemicals production, EFB needs to be hydrolysed first to its sugar-monomer content. This manuscript presents the study of enzymatic hydrolysis of EFB by xylanolytic enzyme. The study covers the evaluation of commercial xylanolytic enzyme in hydrolysing EFB, the effect of temperature, pH, substrate concentration and potential inhibitors in the EFB hydrolysis process, and the influences of thermal pretreatment for enhancing the yield of hydrolysis. The results of this study lead to an increase in the enzymatic hydrolysis process of EFB. The maximum hydrolysis yield was obtained at temperature of 60 ℃ and pH of 5. Both inhibitors, xylose and glucose, affected the hydrolysis process. The results showed that the thermal pretreatment of EFB enhanced the enzymatic hydrolysis yield. Enzymatic hydrolysis was shown to follow Michaelis Menten kinetic model, and the kinetic parameters were obtained to be Km = 22.16 g/L and Vm = 0.17 g/L/min.
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  • 高橋 伸英, 西澤 裕道, 嶋田 五百里, 福長 博, 高塚 透
    93 巻 (2014) 10 号 p. 979-985
    公開日: 2014/10/31
    ジャーナル フリー
    多種多様な廃棄物を含み高含水率の一般廃棄物を亜臨界状態で水熱処理することにより形状や性質の均一化を図り,その残渣をさらに熱分解ガス化することにより,高効率に合成ガスへと変換するプロセスを提案する。食品加工残渣,木くず,紙くず,稲わら,プラスチックから成る廃棄物試料を175℃,1.0 MPa の条件で水熱処理し,その水熱処理残渣をγ-Al2O3 粒子を触媒とし, 850℃で水蒸気ガス化した。試料の含水率を0,30,59%(質量基準)に変えてガス化を行った結果,含水率が高くなるほどガス化率は高くなり,最高で63%(炭素基準)となった。これより,高含水率の水熱処理残渣をそのままガス化に供給することにより,ガス化を促進できることが明らかとなった。また,一般廃棄物を構成する主な材料として,木くずの代表としてスギのおがくずを用い,廃プラスチックの代表としてポリエチレンビーズとポリスチレンを主成分とする食品トレーを用い,水熱処理がその後のガス化挙動に及ぼす影響を調査した。その結果,スギの場合は水熱処理により軽質な成分が一部分解し,その結果,ガス化時に難分解化し,ガス化率が低下することが示唆された。一方,水熱処理はプラスチック材料にはほとんど影響を及ぼさないことが明らかとなった。
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  • Huamei YANG, Srinivas APPARI, Shinji KUDO, Jun-ichiro HAYASHI, Satoshi ...
    93 巻 (2014) 10 号 p. 986-994
    公開日: 2014/10/31
    ジャーナル フリー
    This work aims at investigating correlations between primary pyrolysis characteristics of lignin and chemical structure of lignin feedstock. Three different types of lignin samples were prepared through enzymatic hydrolysis, organosolv extraction, and Klason procedure. Analysis by FT-IR and solid state 13C-NMR revealed that the lignin samples exhibited different contents of aromatic carbons, connection carbons, methoxyl carbons, and aliphatic side chains. The three lignin samples were pyrolyzed in a two-stage-tubular reactor at 650 ℃, and pyrolysis products were analyzed with gas chromatographs on-line. More than fifty compounds including inorganic gases, light hydrocarbons (LHs), aromatic hydrocarbons (AHs), phenol derivatives and light non-phenolic oxy-compounds (NPOCs) were gaschromatographically separable and quantified. The influence of the lignin structures on the pyrolysis characteristics was studied, and the correlation of product distribution and lignin chemical structures was examined. The total carbon selectivity into char and tar was increased with increasing lignin aromaticity. Methoxyl group and aliphatic substituents likely contributed for enhancing char formation, while hydrogen in lignin enhanced tar formation. Yields of LHs and NPOCs were increased with increasing aliphatic carbons of the lignin samples. AHs were formed from gas-phase recombination of LHs such as olefins, diolefines and alkynes, rather than directly from aromatic structures in the original lignin likely because of high energy required to cleavage carbon-oxygen bond existed in major structural units such as syringols or guaiacols.
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  • Y. H. TAUFIQ-YAP, S. H. TEO
    93 巻 (2014) 10 号 p. 995-999
    公開日: 2014/10/31
    ジャーナル フリー
    The main challenges facing the commercialization of biodiesel are: profitability, feedstock availability and low cost efficient production process. Although worldwide production of vegetable oil feedstocks is sufficient enough, big area of land needed for cultivating such feedstocks is the major drawback. Algae-biomass (including macro- and microalgae) is gaining interest from many current researchers as they have potential to provide sufficient fuel for global consumption. Algae can be produced fast with high lipid content. Moreover, it can provide food avoiding future starving and allow replacing fossil fuels through carbon-neutral biofuels for combustion machines in the transport, industrial and agricultural sectors. In this study, high grade biodiesel was produced from microalgae derived lipids (Nannochloropsis oculata) via transesterification reaction with methanol using calcium methoxide catalyst. The results showed excellent performances with high yield (92 %) of biodiesel at 60 ℃ compared to the highest yield reported at 22 % with using MgZr catalyst. Interestingly, calcium methoxide catalyst could be also successively reused for five times with the maintained biodiesel yield. Biodiesel produced from microalgae oil had high content of polyunsaturated fatty acids, which made it highly suitable as winter grade biodiesel.
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  • 角田 雄亮, 森 健太郎, 伊藤 拓哉, 平野 勝巳
    93 巻 (2014) 10 号 p. 1000-1004
    公開日: 2014/10/31
    ジャーナル フリー
    木質バイオマスは化石代替資源として注目されている。しかしながらバイオマスは広く偏在しており,これを収集するためにはコストがかかる。従って,木質バイオマスが排出される場所の近くで軽油代替燃料を製造することが望ましい。そこで,溶媒として軽油を使用した木質バイオマスの熱分解挙動を明らかにするため,セルロースとリグニンを用いた実験を行った。また,木質バイオマスから得られた軽油混合燃料の物性および燃焼特性について検討した。その結果,軽油を溶媒として用いた場合もセルロースやリグニンの単位構造から得られた化合物が熱分解によって生成することが判明した。溶媒比を低下させると軽油混合燃料中の木材由来成分濃度が上昇した。また,保持時間を延長させるとこの濃度はさらに上昇した。軽油混合燃料の物性はJIS 規格の一部に適合することが判明した。
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特集:バイオマス(ノート)
  • 野中 寛
    93 巻 (2014) 10 号 p. 1005-1009
    公開日: 2014/10/31
    ジャーナル フリー
    木質ペレットは,木質バイオマスの貯蔵,運搬媒体として広く普及する可能性があり,有力なバイオリファイナリー原料である。木質ペレットは造粒工程において,リグニンが軟化する程度の温度や圧力負荷を受けており,構成成分の変化を把握することは不可欠である。そこで本研究では,スギ・ヒノキ間伐材から製造したペレット,および,造粒前のおが状木材を取得し,同じ粒度分布を有する木粉を調製したのち,両者の組成分析を行い比較検討した。エタノール・ベンゼンで抽出可能な成分に関しては,造粒工程において一部損失や生成があることが示唆されたが,概ね同様で,ヒノキ由来の耐腐朽成分が多く認められた。造粒後の構成糖は,マンノース,グルコース,ガラクトースがわずかに減少していたが,木材主要構成成分にほぼ変化はなかった。すなわち木質ペレットは,精油,糖質,機能性リグニン製造原料として,原料木材と同等のポテンシャルを有することが明らかとなった。
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  • 北原 文章, 吉田 貴紘, 田内 裕之, 垂水 亜紀
    93 巻 (2014) 10 号 p. 1010-1014
    公開日: 2014/10/31
    ジャーナル フリー
    近年,温暖化問題や林業情勢を受けて,木質バイオマスをはじめとする再生可能エネルギーが注目されている。本研究では,木質バイオマスを燃焼利用する際必要となる乾燥に注目し,丸太を分割した薪(スギ,コナラ,クヌギ)を長さ(30,50,90 cm)および乾燥場所(屋根有り無し)別に天然乾燥実験を行った。測定を行った全ての薪を乾燥曲線へ当てはめ,そのパラメータを比較した結果,低比重,風雨の影響が少ない,長さが短い材ほど乾燥が速く進み,要因分析の結果,乾燥速度は薪の初期質量に依存していることが明らかとなった。さらに,初期質量と乾燥速度との関係式の作成により,初期質量と初期含水率を測定することで,薪の天然乾燥時間の目安を推定することが可能となった。
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論文
  • Hiroshi ABE, Masami AONO, Satoshi KAMEOKA, An-Pan TSAI, Yukihiro YOSHI ...
    93 巻 (2014) 10 号 p. 1015-1020
    公開日: 2014/10/31
    ジャーナル フリー
    AC impedance spectroscopic approach is applied into room temperature ionic liquid (RTIL) based mixtures. The RTIL is hydrophobic 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, [C2mim][TFSI]. For higher efficient electric double layer capacitor (EDLC) as an energy storage device, Cu3Au nanoporous electrode is assembled in the [C2mim][TFSI]-propanol mixtures. Due to high cost and high viscosity of the pure [C2mim][TFSI], an additive is required in order to achieve the low cost and quick electrochemical response for rapid charge/discharge. Propanol having relative low vapor pressure among alcohols is adequate to reduce viscosity of the hydrophobic RTILs. With nanoporous metallic electrode, the EDL capacitance in the mixtures exceed that in the pure [C2mim][TFSI]. Also, the capacitance in the mixtures was large enough up to 80 mol% propanol. In addition, isomer effect of propanol was seen in the AC impedance spectra.
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