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エマルジョン燃料(エマルジョンねんりょう)は燃料油(重油や灯油・軽油・廃油等)に水と界面活性剤を添加し、機械的に攪拌してオイル中に水を分散させた燃料である。ただし、添加剤を用いない場合でもエマルジョン燃料と呼ばれる。窒素酸化物や粒子状物質 (PM) の発生を抑え、内燃機関が排出するガスがもたらす環境負荷を低減させる効果がある。

◆ エマルジョン燃料の性状

A重油エマルジョン燃料の外見はカフェオーレ色、灯油・軽油エマルジョン燃料は乳白色の液体。本来は分離してしまう水粒子を油の膜層が界面活性剤を介在としてくるんでいる。

エマルジョン燃料の製造工程上、A重油と水を混合したエマルジョン燃料であればA重油の成分を含んだエマルジョン燃料になる。よって廃油であれば廃油の性質、C重油であればC重油の性質、灯油であれば灯油の性質、というようにエマルジョン燃料の性質は水と混合する燃料によって様々である。

◆ メカニズム

このエマルジョン燃料を内燃機関で着火させると、まず低沸点の水粒子が気化・蒸発する。その際、まわりを取り囲む油が飛散し、より細かい径の粒子となる。この油粒子は体積あたりの酸素と接する面積が大きくなり、局部的な不完全燃焼が少なくなるため燃焼効率が高まりPMの発生量が減少する。同時に、含有する水の影響で内燃機関の温度が比較的低温となることから、窒素酸化物の発生も抑えられる。水分比25%の軽油エマルジョン燃料でディーゼルエンジンを稼動させた実験では、軽油100%と比較して窒素酸化物排出量が60%減少、PMの発生量は90%まで低減された。これにより、排出ガスを浄化する装置への負荷減少にも効果がある。

◆ 燃焼効果

エマルジョン燃料は、水を包んでいる外側の油が燃え中の水が急激に沸騰して微爆発することにより微粒子化し、空気との接触面積が飛躍的に増加するために、理論空気量に近い空気で完全燃焼に近い燃焼をする。生燃料に比べ空気量を大幅に絞れるため、ボイラー内で冷たい外気を加温するために使用される無駄な熱エネルギーを削減できる。また、大きな熱エネルギーを持つ排気ガスがゆっくり排出されることになるため潜熱の損出が減る効果がある。エマルジョン燃料は大きくはこの三つの要素により燃焼効果を出している。

◆ エマルジョン燃料の現状

燃焼効率や環境負荷物質低減などに最も適した混合比率は、油分の種類や界面活性剤の選択なども条件にからんでおり、使用目的と使用環境により決定される。

また、攪拌機についても内燃機関と直結させるための工夫が進んでおり、実用化で先行している工場での発電機などの据付型から、小型にしてトラクターなどのエンジンと一体化させる研究も行われている。

最近では、エマルジョン燃料製造装置を燃料消費者が購入するのではなく、エマルジョン燃料製造プラントにより製造されたエマルジョン燃料を購入して使用するという方式も始まっている。この方式では、中小の燃料消費者は一切の設備投資を必要とせずに燃料経費が削減でき、同時にCO2の削減等環境に寄与できることから注目されている。この方式は、従来のエマルジョン燃料は時間の経過とともに油水分離を起こすので製造してすぐ使用しなければならないという低品質エマルジョン燃料から長時間分離しない高品質のエマルジョン燃料が製造できるようになったことにより実現したものである。

◆ エマルジョン燃料の技術進化と高品質エマルジョン燃料

燃料高騰とバイオエタノールの見直し議論が進む中で環境に良いエマルジョン燃料の再評価が進んでいる。従来のエマルジョン燃料の欠点は、時間の経過とともに油水分離が始まったり、二層化(上に油の多いエマルジョン燃料、下に水の多いエマルジョン燃料)してしまうことであった。しかし、技術の進歩により油水分離も二層化もしない、一層化エマルジョン燃料の製造が可能となった。一層化燃料は3ヶ月程度品質を保持するため貯蔵が可能となり燃料の配送が可能となった。

◆ エマルジョン燃料のボイラー燃焼上の品質要件

エマルジョン燃料は現状のボイラーを改造せず使用される。A重油エマルジョンはA重油ボイラーで使用され、灯油エマルジョンは灯油ボイラーで使用される。エマルジョン燃料をボイラーで良好な燃焼をさせるために要求されることは出来上がったエマルジョン燃料の粘性が低いことならびに水滴油中型(W/O)エマルジョンがしっかりとできていることの二点である。粘性が低い燃料は、ノズルからの噴霧状態がよく良好な燃焼が得られる。W/Oがしっかり出来ていないということは、本来のW/Oの逆である油滴水中型(O/W)が出来ていたり、W/OとO/Wが混在している状態であったりもしくは乳化が不完全で時間の経過とともに分離が始まるようなものであったりして良好な燃焼は得られない。エマルジョン燃料の製造方法は、製造装置の機能や界面活性剤の要不要も含め多岐にわたるが、ボイラーでの燃焼で安定して良好な燃焼が得られるエマルジョン燃料製造方法であるかが重要である。その評価方法としては、エマルジョン燃料製造後1~2週間静置して、分離して下層に水が出ないかどうか目視チェックしたり、二層化していた場合は下層部分に水が多く含まれていないか、燃焼して燃焼むらが発生したり鎮火しないかどうかチェックする方法が簡便なチェック方法である。製造直後の見た目で評価するとどれも同一に見えて誤った判断をする危険性があるので注意を要する。

◆ 主な用途

・ ボイラー用 - 温風ボイラー、温水ボイラー、蒸気ボイラー

・ ディーゼルエンジン用 - 自家発電、農業機械、船舶など

◆ 利用分野

・ 農業用 - 花卉栽培ハウス、野菜栽培ハウス、果物栽培ハウス、しいたけ乾燥ハウス

・ 水産業用 - 養鰻業、海苔製造業、水産加工業

・ 温泉、ホテル - スーパー銭湯、温泉、ホテル、旅館

・ 製造業 - 工場

◆ 大規模利用例

・ 山形県東置賜郡川西町JAおきたま花卉栽培ハウス

山形県米沢市に建設されたエマルジョン燃料製造プラントから、エマルジョン燃料を配達してもらい、アルストロメリア栽培のハウス3棟でA重油エマルジョン燃料を使用。生燃料使用の前年対比で大幅な燃料経費削減を実現。近隣のハウス栽培農家9件にエマルジョン燃料使用が拡大。

◆ 関連項目

・ エマルジョン

・ 低品質エマルジョン燃料

・ 高品質エマルジョン燃料

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