使用済み食用油が、自動車や住宅向けの革新的な素材として新たな命を吹き込まれる

使用済み食用油は、ポリウレタンフォーム、熱の吸収・貯蔵・放出が可能な相変化材料、 蓄熱・放熱が可能な相変化材料、さらには産業用油圧システム向けのバイオ潤滑油など、自動車や建設分野向けの革新的な素材へと生まれ変わることができます。

これは、イタリアの国家復興・レジリエンス計画の資金提供を受けて、MOST持続可能なモビリティ国立センター内でピサ大学が調整した研究による発見である。 同大学土木・産業工学部のマウリツィア・セッジャーニ氏が主導したこの研究は、持続可能で革新的な材料および軽量ソリューションに焦点を当てたプログラム「Spoke 11」の枠組みの中で進められた。

「基本的に、私たちはこの廃棄物――使用済み食用油――をポリオールの前駆体として使用しました」とセッジャーニ氏は『Olive Oil Times』に語った。「ポリオールは、イソシアネートと並んで、ポリウレタンフォームの2つの主要成分の1つです」。

彼女は、使用済み食用油を化学処理してポリオールを得る過程について説明した。使用済み食用油の混合物は、脂肪酸鎖に二重結合を含むトリグリセリドで構成されており、これらは不飽和である。 これにより、それらの二重結合を利用して鎖にヒドロキシル基を官能基化することが可能となり、それがイソシアネートと反応してウレタン結合を形成し、発泡体に特徴的な網目構造を与える。

触媒、界面活性剤、発泡剤などの適切な添加剤を少量添加することで、研究者たちは、ポリウレタンフォームに柔軟性を与えるオープンセル構造を作り出しました。

「この研究では、自動車産業で使用するための柔軟なフォームの開発を目指しましたが、建設業界で断熱パネルとして使用される独立気泡フォームも製造することができます」とセッジャーニ氏は述べています。

使用済み食用油は、他の用途にも再利用された。特に、そこから得られたポリオールは、従来の石油系潤滑油に代わるバイオ潤滑油として試験された。

「この研究では、ポリオールに対し、潤滑剤の有効性を検証するために用いられる標準的な試験、すなわちレオロジー分析やトライボロジー分析、 摩擦係数の測定や粘度指数の評価など、潤滑油の有効性を確認するために用いられる標準的な試験を受け、温度変化に伴う粘度の変化を評価しました」とセッジャーニ氏は述べた。 「これらのポリオールの一部は試験に合格しており、室温で行われる締め付け作業向けのバイオ潤滑剤としての可能性を示しています。 これまでのところ、これらは特にこの種の用途に向けて試験されてきた。」

この研究の別の部分では、バーリ工科大学のマリア・ミケーラ・デル・アンナ氏との共同研究により、水素化プロセスを用いた相変化材料の開発に焦点を当てた。

「これらの材料は、30～35°Cの温度範囲で、液体から固体へ、そして再び液体へと相変化を起こします」とセッジャーニ氏は述べた。 「これにより、これらの材料をポリウレタンパネルに組み込むことができ、温度変化に応じて熱を吸収、蓄積、放出する能力をパネルに与えることができます。これらのパネルは、自動車に使用したり、建物の壁に組み込んだりすることができます。 これは、エネルギー効率を向上させ、室内環境の冷暖房に必要なエネルギーを削減するための、いくつかの戦略の一つです。」

この研究で使用された廃食用油は、トスカーナを拠点とし、大手小売チェーンやケータリング施設から廃食用油を回収している Physis Srl 社から提供されたものです。 研究中に実施された分析によると、この油には重量比で約45％のオレイン酸が含まれており、バージンオリーブオイルやエクストラバージンオリーブオイルが相当量含まれていることが示された。

「私たちが使用した油はトスカーナで収集されたもので、そこでは揚げ物にもエクストラバージンオリーブオイルが広く使われています」とセッジャーニ氏は指摘した。「油の混合物の組成は、収集された地域によって異なる可能性があります。」

セッジャーニ氏によると、ポリウレタンフォーム用のポリオール製造において、大豆油やヒマシ油などのバージンオイルを使用することについては、広範な文献が存在するという。 これらの油は、官能基化に利用できる二重結合の割合を含め、組成が事前に分かっているため、より標準化された製造プロセスが可能となる。

「使用済み油の混合物を扱う場合、不飽和度の程度がロットごとに異なるため、その都度添加剤の再調整が必要となり、さらに複雑さが増します」と彼女は述べた。 「とはいえ、これはより持続可能なアプローチです。なぜなら、未使用の油脂を使用することは食料生産や土地利用と競合することになり、食用資源を工業用材料の生産に転用することはできないからです。」

セッジャーニ氏は、大規模施設向けの効果的な回収システムは存在するものの、家庭から出る廃油については、その潜在的な利点にもかかわらず、依然としてそのようなシステムが欠如していると述べた。

「私たちが廃食用油を調達した企業であるPhysis社は、大手小売チェーンや社員食堂から回収しており、安定した供給を保証できる」と彼女は語った。「イタリアおよび欧州全域において、家庭から出る廃食用油のうち回収されているのはごく一部に過ぎない。 推計によると、欧州では年間0.6～100万トンが回収されていますが、潜在量は約400万トンに上ります。現在、回収されたものの多くはバイオディーゼル生産に利用されています。 「我々の研究で実証されたように、この廃棄物の代替用途を開発することで、家庭から出る使用済み食用油の回収がより効果的に促進されることを期待している。」

セッジャーニ氏は、この研究の最大の価値は、廃棄される運命にあった廃棄物を、耐久性のある高付加価値製品へと転換し、さらなる環境上のメリットをもたらす点にあると強調した。

「エネルギーや化学原料へのアクセスが、緊張や戦略的依存の影響をますます受けやすくなっている不安定な地政学的状況において、 化石由来の石油に代わる代替エネルギーへの投資は、環境面での選択であるだけでなく、産業的・政治的な選択でもある」と彼女は述べた。 「研究は、サプライチェーンの脆弱性を軽減する補完的な解決策を開発することで、こうした変化を先取りしなければならない。 こうした文脈において、使用済み食用油のような地域の廃棄物を有効活用することは、化石資源への依存を減らすためのひとつの戦略となり得ます。 それを高付加価値の素材に変えることは、技術的自立を強化し、調達源を多様化し、将来の世界的な課題に対処できる、より強靭な生産システムを構築することを意味します。」

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