エジプト産ベニバナのバイオオイルに対する化学的および機械的抽出法：再生可能燃料用途向けの性能と経済性の分析

厳しい花をクリーンな燃料に変える

地球温暖化を促す排出を削減しつつ食料作物と競合しない方法を模索する中で、痩せた土壌でも育つ頑健な植物が注目を集めています。本研究は、乾燥や乾魃に強いエジプト産ベニバナの種子から有用な油を最適に搾り出す方法を検討し、エネルギー効率が高く低コストで安全性の高いバイオディーゼル用油を供給できる手法をいくつか比較しています。

将来のエネルギーにおけるベニバナの重要性

ベニバナは一般的な食用作物ではありませんが、種子には油が豊富に含まれ、暑く乾燥し塩分の多い土壌でも育つため、多くの作物が生育できない場所での生産に向いています。これにより、食料用の農地に余計な圧力をかけずに燃料を生産できる魅力があります。種子に含まれる脂肪成分は食用油に似た組成を持ち、バイオディーゼルに転換可能で、通常のディーゼルよりも燃焼時の汚染が少ない燃料となります。非食用で耐性のあるベニバナは、温室効果ガス排出を削減し人々の食卓と直接競合しない再生可能燃料探索に適しています。

種子から油を取り出すさまざまな方法

研究者らは大きく分けて二つの抽出方式を比較しました。化学的方法は、細かく挽いた種子をヘキサンやエタノールといった溶媒に浸し、混合物を加熱して油を溶媒に溶かしてから分離する手法に依存します。Soxhlet抽出器のような従来の実験室設備は高い油回収率を得られますが、多量の溶媒を消費し、長時間の加熱が必要で、エネルギーと設備コストがかかります。室温で数日間溶媒に浸すマセレーションのような簡便な化学手法はエネルギー消費が少ないものの、油収率は低く、大量の溶媒を回収・取り扱う必要がある点は変わりません。

溶かす代わりに種子を圧搾する

機械的方法は化学薬品の多くを用いず、力を利用します。油圧プレスではピストンが詰めたシリンダーをゆっくり圧縮して一部の油を押し出しますが、圧力を解くと残油がかなり残ります。一方でスクリュープレスでは回転する金属製のスクリューが加熱されたバレル内で種子を移動させ、粉砕・圧縮することで油が小さな開口部から押し出され、乾いたシードケーキが末端から排出されます。統計的な設計手法を用いてスクリュー回転数と温度を体系的に変化させ、油回収率、処理時間、エネルギー消費を測定しました。その結果、約172.5°C、毎分約1400回転の高温高回転で稼働させると、約19％の回収率を半分未満の時間で得られ、エネルギー消費も低いことがわかりました。

収率、コスト、エネルギー利用のバランス

ヘキサンを用いた化学抽出は種子重量の約3分の1に達する最高の油回収率を示しましたが、溶媒の価格、加熱のためのエネルギー、労働力を含めると一キログラム当たりのコストは最も高くなりました。エタノールも抽出は可能でしたが、より親しみやすく毒性の低い溶媒であるにもかかわらず、単位油あたりのコストはさらに高くなりました。対照的にスクリュープレスは溶媒を必要とせず、1回あたり数ワット時の電力しか使いませんでした。最高収率は最良の化学法にやや劣るものの、非常に短い処理時間と溶媒購入不要という点が相まって、試験した選択肢の中で1kg当たりの生産コストは最も低くなりました。プレスで得られた油は脂肪成分の組成や物性もバイオディーゼルへの転換に適していることが示されました。

クリーン燃料に対する発見の意味

科学がエネルギーシステムをどう変えうるかに関心のある読者にとって、主なメッセージは比較的単純な機械が頑強で非食用の作物を経済的かつ環境に優しい形で有用な燃料原料に変え得るということです。溶媒を使う方法はわずかに多くの油を取り出せますが、スクリュープレスは収率の小さな損失と引き換えに安全性、コスト、エネルギー節約で大きな利点を提供します。著者らは、特に資源が限られた地域において、ベニバナの機械的圧搾が将来のバイオディーゼル生産の有力な候補であると主張しつつ、さらなるシードロットの試験や最終燃料の完全な特性評価が必要であるとも指摘しています。

引用: Kamel, M.A., Zahran, M.K., El-Sherbiny, S. et al. Chemical and mechanical extraction for egyptian safflower bio-oil with a performance and economic analysis for renewable fuel applications. Sci Rep 16, 16292 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-54252-2

キーワード: ベニバナ油, バイオディーゼル, スクリュープレス, 油抽出, 再生可能エネルギー