ティーツリーオイルを酸素化ディーゼルブレンド燃料として使用:化学的特性評価、液滴燃焼、性能および排出ガス分析
Tea Tree Oil as an Oxygenated Diesel Blend Fuel: Chemical Characterisation, Droplet Combustion, Performance and Emission Analysis
化石燃料の枯渇と排出ガス規制の強化を受けて、植物由来のディーゼルブレンド燃料への関心が高まっている。本研究では、ティーツリーオイル(Melaleuca alternifolia)をディーゼルに5、10、15、20体積%混合した燃料について、GC-MSによる化学的特性評価、懸垂液滴燃焼、単気筒エンジン試験を実施した。GC-MS分析では、サンプルあたり182~204個のピークが検出され、8種類のモノテルペン類が追跡された。そのうち、テルピネン-4-オールが単離油中で21.81面積%と最も大きなピークを示した。酸素化成分の割合は、TTD5からTTD20にかけて19.07面積%から20.85面積%に増加し、燃料中の酸素含有量を重量比で約0.28%から1.13%に増加させた一方、セタン価は43.2から36.6に低下した。液滴燃焼試験では、着火遅れ時間2~3秒、燃焼時間4~6秒の安定した円錐形炎が生成され、TTD10以降ではテルペンとディーゼル成分間の揮発性の違いに起因するマイクロ爆発燃焼が観察された。エンジン試験では、着火遅れ時間の延長により燃焼がサイクル後半にずれ込み、CA10(噴射基準)は軽油の8.7°に対しブレンド燃料では18.4~20.5°、正味熱放出率のピークは59.9 J/°CAから94.7 J/°CA、シリンダー内圧のピークは72 barから88.7 barに増加したが、CA10~CA90の燃焼期間は27~30 °CAで一定であった。熱効率は全負荷時に28.9%から30.1%に、部分負荷時には2.6パーセントポイント上昇した。単位制動仕事量あたりのCOおよび炭化水素排出量は30.5%および27.8%減少し、煤煙は24%減少したが、NOxは17.4%増加した。正規化された多基準評価により、TTD15が最適なブレンドであると判断された。
- ティーツリーオイルをディーゼルに5~20体積%混合した燃料(TTD5~TTD20)について、GC-MSによる化学的特性評価、懸垂液滴燃焼、単気筒エンジン試験を実施した研究成果が発表された。
- 酸素化成分の増加に伴いセタン価が43.2から36.6へ低下し、着火遅れ時間の延長で燃焼がサイクル後半にずれた。
- 全負荷時の熱効率は28.9%から30.1%に上昇し、部分負荷時は2.6ポイント改善した。
- 単位制動仕事量あたりのCOは30.5%、炭化水素は27.8%、煤煙は24%減少したが、NOxは17.4%増加した。
- 正規化された多基準評価により、TTD15が最適なブレンドであると判断された。
植物由来の代替ディーゼルブレンドに関する学術研究で、企業・規制・資本配分への直接的な影響は現時点で見えにくい。ただし、硫黄分や粒子状物質(煤煙24%減)を減らしつつNOxが17.4%増えるというトレードオフや、熱効率が全負荷で28.9%→30.1%と改善する数値は、バイオ燃料ブレンドの実用化可否を左右する材料になる。将来の燃費規制・排出規制対応の選択肢として、バイオ燃料サプライチェーンやエンジン制御技術への投資判断の参考情報として押さえておきたい。