ココナッツオイル由来ジェット燃料、エンジンテストでケロシンと同等の効率を達成

（クレジット：ShutterstockのYuriy Ivanovskiyo氏による写真）要点：ココナッツオイル由来のバイオ燃料を標準ジェット燃料と混合したものが、エンジンテストで純粋なジェット燃料に匹敵する熱効率を達成しました。バイオ燃料の混合比率が高いほど、未燃焼炭化水素の排出量が減少し、研究者らはバイオ燃料に従来のケロシンに含まれる芳香族化合物が含まれていないことがその一因であると関連付けています。テストされた全ての混合比率において、排気ガス中の二酸化炭素濃度は純粋なケロシンと同レベルを維持しました。 ココナッツオイルは古くからキッチンや美容製品に利用されてきましたが、研究者たちは現在、ジェットエンジンへの利用を真剣に検討しています。新しい研究によると、ココナッツオイルから作られた航空用バイオ燃料は、従来のジェット燃料とほぼ同等の効率で小型ジェットエンジンを稼働させることができ、未燃焼炭化水素の排出量は少ないものの、混合燃料はより多くの燃料を燃焼させ、一酸化炭素の排出量をわずかに増加させます。 航空産業は世界の二酸化炭素排出量のかなりの部分を占めており、近年、よりクリーンな燃料オプションを見つけるための業界への圧力は高まっています。国際民間航空機関は、持続可能な航空燃料（SAF）を、航空の炭素排出量を削減するための最も効果的な単一戦略として特定しています。しかし、SAFを生産する現在の多くの方法は、それ自体がエネルギーを大量に消費しコストもかかるため、環境的な利点を損なっています。新しい研究は、ジャーナル「Fuel」に掲載されており、そもそも燃料を作るのに必要なエネルギーがはるかに少ない生産アプローチに焦点を当てることで、その問題を回避するように設計されています。 大阪府立大学の研究者たちは、「共溶媒法」と呼ばれる技術を用いてココナッツオイルから作られたバイオ燃料をテストしました。このプロセスは、アセトンをアルコールとココナッツオイルに混合することで、従来の生産方法で必要とされる激しい熱や圧力を必要とせずに高純度のバイオ燃料を生産します。生産にとどまらず、チームは次のステップとして、小型ジェットエンジンで燃料を燃焼させ、エンジンの性能と排気ガスの排出量を測定しました。 ココナッツオイルジェット燃料をよりグリーンに作る方法 ほとんどのSAF生産ルートには、単一のフライトが行われる前に燃料のライフサイクルからエネルギーを奪う高温精製ステップを含む、激しい工業プロセスが関わっています。共溶媒法は異なる方法で機能します。アセトンをアルコールとココナッツオイルの混合物に加えることで、通常は互換性のない液体が均一に混合し、比較的低温で完全に反応し、97%を超える純度のバイオ燃料を生成します。 ココナッツ自体も、原料として実用的な利点を提供します。ココナッツの約30%は、加工中に内部の水分を抽出した後に廃棄されます。この研究では、研究者たちが廃棄され食用に適さないと説明している、大きな種子や残った果肉を含む材料から得られた油を使用しているため、燃料はそうでなければ無駄になる作物の部分を利用しています。このプロセスでは、車両や船舶に適したバイオディーゼル、および副産物として高品質のグリセリンも生成されます。 メタノールを使用したものとエタノールを使用したものの2種類のバイオ燃料が生産・テストされました。どちらもディーゼルエンジンで一般的に研究されている植物由来の燃料ですが、この研究では、ジェットエンジンでの挙動を調査しました。これは、比較的科学的な注目度が低い問題です。 エンジン内部：ココナッツオイルジェット燃料は実際にどのように機能するか 研究者たちは、毎分130,000回転まで達することができる小型商用ジェットエンジンで燃料をテストしました。バイオ燃料を従来のケロシンと、体積比でバイオ燃料10%、30%、50%の比率で混合し、様々な回転速度でエンジンを稼働させました。測定には、燃料消費量、エンジンの効率、および4つの汚染物質（未燃焼炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物）の排気濃度が含まれました。 燃料効率の点では、バイオ燃料混合物は同じ量の推力を生成するためにより多くの燃料を必要としました。毎分80,000回転では、メタノールベースの50%混合物は純粋なケロシンよりも約16.8%多くの燃料を消費し、エタノールベースのバージョンは約19.6%多く消費しました。これは主に、バイオ燃料がケロシンよりもキログラムあたりのエネルギー量が少ないため、同じ出力レベルを維持するためにより多くを燃焼させる必要があるからです。 重量あたりの燃料消費量が多いにもかかわらず、混合物は純粋なケロシンに匹敵する速度で熱を有用な仕事に変換しました。毎分100,000回転では、最も高いバイオ燃料混合物の熱効率は純粋なケロシンとわずかな差しかなく、推力出力は全ての混合比率で一貫していました。 StudyFindsによるインフォグラフィック 排気ガス：ココナッツオイルベースのジェット燃料は、その最も有望な結果の一部を排出ガスで示しています。バイオ燃料の割合を増やすと、未燃焼炭化水素の排出量が一貫して減少しました。50%の混合比率では、エンジン速度に応じて、排気ガス中の炭化水素濃度は純粋なケロシンと比較して約5%から40%減少しました。研究者らは、この減少は燃料組成に関連している可能性が高いと述べています。なぜなら、ココナッツ由来のバイオ燃料には、従来のジェット燃料に含まれる環状の芳香族炭化水素分子が含まれていないからです。 二酸化炭素排出量は、テストされた全ての混合比率で純粋なケロシンと同レベルを維持しました。バイオ燃料含有量が高いと総燃料消費量が増加しましたが、排気ガス中のCO2は比例して増加しませんでした。研究者らは、このパターンは未燃焼のバイオ燃料がエンジンから排出されている可能性を示唆していると述べており、これは将来の調査課題としています。 一酸化炭素排出量、すなわち不完全燃焼の生成物は、高い混合比率でわずかに増加しました。50%の混合物は、エンジン速度に応じて純粋なケロシンよりも約3%から17%多く一酸化炭素を生成しました。研究者らは、バイオ燃料がケロシンよりも着火しにくく、エネルギー量が少ないという事実に関連付けており、これらはどちらも燃焼室内で酸素が不足する燃料リッチゾーンを作り出す可能性があります。 窒素酸化物排出量、すなわち高高度でのオゾン層破壊に寄与する可能性のあるものは、バイオ燃料混合物と純粋なケロシンとの間で概ね同等でした。メタノールベースの30%混合物は、テストされた全ての運転条件下で純粋なケロシンよりも20%から30%低い窒素酸化物濃度を示しました。これは著者らが完全に説明するためにさらなる研究が必要であると述べている結果です。 ココナッツオイルジェット燃料にまだ立ちはだかる課題 このバイオ燃料が航空機で日常的に使用されるようになるまでには、いくつかの実用的な障害があります。ココナッツ由来のバイオ燃料は、保管中に大気中の水分を吸収し、時間の経過とともに徐々に酸化しやすく、金属部品にわずかな腐食を引き起こす可能性があります。メタノールベースのバージョンにさらされたステンレス鋼は、1〜2週間後に錆の兆候を示しました。著者らは、数ヶ月から数年にわたる延長されたテストが必要であり、抗酸化添加剤とより密閉された保管容器の調査に価値があることを指摘しています。 バイオ燃料中の酸素含有量も、現在の航空燃料の国際認証基準を満たしていません。これは、これらの燃料が商用航空機で飛行できるようになる前に、追加の化学処理が必要になることを意味します。水素化処理は酸素レベルを基準に適合させることができますが、研究者らはそのプロセスが燃料収率を低下させることを認めています。 ココナッツオイル由来のバイオ燃料は、まだ従来のジェット燃料の即時の代替品ではありませんが、この研究からの性能データは、このコンセプトが追求する価値があるという強力な主張をしています。生産上の利点が維持され、残りの燃料品質の問題が解決されれば、ココナッツオイルは、熱帯のナッツに根ざした、航空業界の低影響燃料の探求におけるもう一つの候補となる可能性があります。 論文の注意点：この研究では、フルサイズの商用航空機エンジンではなく、小規模なマイクロジェットエンジンが使用されたため、結果がより大きな推進システムに直接適用されない可能性があります。排気ガス測定は、エンジンノズル出口から30ミリメートル下流で行われ、研究者らは、周囲の空気がサンプリングガスを希釈した可能性を認めています。