植物油からのバイオディーゼル製品の超音波支援調製

一般的な植物ベースの油脂から派生したバイオディーゼルは、石油への依存を軽減するための持続可能なソリューションとして浮上しています¹。この再生可能な代替品は、持続可能な資源に依存しながら、温室効果ガス、特に二酸化炭素の排出量を削減しています。さらに、バイオディーゼルは、その硫黄を含まない組成、無毒の性質、および生分解性を特徴とする石油ディーゼルよりも明確な利点を示します。従来の化石燃料の代替として、バイオディーゼルは、再生不可能な化石燃料への依存を減らし、気候変動の悪影響を軽減することにより、国連(UN)のネットゼロ政策と一致しています。バイオディーゼルは、現在のエネルギーニーズを満たすための有望な道筋を提供し、より環境に優しい未来のための強力な選択肢となっています²。

バイオディーゼル生産に使用される主な方法は、エステル交換、油脂中に見られるトリグリセリドが、^{高温条件下で触媒}の存在下でアルコール、通常はメタノールまたはエタノールと反応する化学プロセス1,2,3,4を含む。この反応により、バイオディーゼルの主成分である脂肪酸アルキルエステルが得られます。さまざまな種類の植物油がバイオディーゼル生産の主要な原料として機能し、これには食用油⁵(エクストラバージンオリーブオイルやコーン油など)と非食用油^6,7,8(ケーパーシードオイルなど)、および廃油⁹が含まれます。メタノールは比較的安価なアルコールであるため、このエステル交換プロセスに最も一般的に使用されます。さらに、硫酸、リン酸、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、またはリパーゼのような酵素などの一連の触媒を使用して、エステル交換プロセスを迅速化することができる1,2,3,4。従来、反応混合物は還流下で長時間(通常は30分以上)加熱されます。加熱は超音波ほどエネルギー効率が良くない一方で、安全上のリスクももたらします⁵。その結果、より安全で、より速く、よりエネルギー効率の高いエステル交換プロセスが求められています。

超音波照射は、主に音響キャビテーション¹⁰の現象により、熱、光、および電気などの従来のエネルギー源に対する優れた代替手段として浮上している。この現象は、気泡の形成、膨張、激しい崩壊を特徴とし、温度が約5000Kに達し、圧力が1000気圧の局所的なホットスポットを生成します。このような極端な条件は、急速な加熱および冷却速度(10¹⁰ K/s以上)と相まって、従来の手段では達成不可能と考えられていたものを含む、室温で効率的に発生する広範な化学反応に必要なエネルギーを提供する¹⁰。超音波支援合成は、さまざまな研究分野で急速に普及しています。特に、有機合成および固体材料における超音波支援合成への関心は、その環境に優しい性質、エネルギー効率、および周囲条件下での反応時間の短縮によって推進されています5,11,12,13,14,15,16 .ここでは、アルカリ性触媒を使用して植物油の安全な超音波支援エステル交換を行い、短期間で純粋なバイオディーゼル製品を生成するための迅速かつ効果的な技術を紹介します。エクストラバージンオリーブオイルは、この研究では実証媒体として機能しますが、超音波法は野菜油^5,17のスペクトルに適用性を保持していることに注意することが不可欠です。