メチルtert-ブチルエーテル(MTBE )は、 tert-ブチルメチルエーテルとも呼ばれ、構造式(CH 3 ) 3 COCH 3の有機化合物です。MTBEは揮発性、可燃性、無色の液体で、水にわずかに溶けます。[ 1 ]主に燃料添加剤として使用され、MTBEはガソリンに混合され、オクタン価とノック耐性を向上させ、不要な排気ガスを低減します。[ 2 ] [ 3 ]
MTBEはメタノールとイソブチレンの化学反応によって製造されます。メタノールは主に天然ガスから得られます[ 4 ]。天然ガス中のさまざまな軽質炭化水素(主にメタン)を水蒸気改質によって一酸化炭素と水素に変換します[ 5 ] 。生成されたガスは、触媒の存在下でさらに反応してメタノールを生成します[ 6 ] 。イソブチレンはさまざまな方法で製造できます。n-ブタンはイソブタンに異性化され、イソブタンは脱水素化されてイソブチレンになります[ 7 ] 。ハルコンプロセスでは、イソブタンの酸素化によって得られたt-ブチルヒドロペルオキシドをプロピレンで処理して、プロピレンオキシドとt-ブタノールを生成します。t-ブタノールは脱水されてイソブチレンになります。
MTBEはエンジン性能にプラスの影響を与えるため、世界中で安定して生産されています。[ 8 ]世界的な需要は主に成長を続けるアジア市場によって牽引されています。[ 9 ]中国の生産能力は2017年の約1800万トンから2023年には約2200万トンに増加し、実際の生産量は同年約1600万トンとなっています。[ 11 ]
米国におけるMTBEの生産量は1999年に日量26万バレルでピークに達したが[ 12 ]、環境や健康への懸念、バイオエタノールロビーからの圧力により[ 8 ]日量約5万バレルまで減少し、その後は横ばい状態を維持している[ 13 ] 。主に輸出市場向けである。SABICの買収後[14 ] [ 15 ]、石油大手サウジアラムコは現在、世界最大の生産者とみなされており[ 16 ]、推定生産能力は年間237万トン(mt/yr)である[ 17 ] 。 2018年のMTBEの世界生産能力は3500万トンと推定されている[ 18 ] 。
MTBEはガソリンエンジンの燃料成分として使用されます。ガソリンの酸素含有量を高めるため、一般的に酸素添加剤と呼ばれる化学物質群の一つです。
米国では、1979年以来、MTBEはガソリンに低濃度で使用されており、エンジンのノッキングを防ぐアンチノック(オクタン価)添加剤としてテトラエチル鉛(TEL)に取って代わっている。[ 19 ]酸素添加剤はガソリンの燃焼をより完全にし、排気ガス排出量を削減する。酸素添加剤は、芳香族化合物(ベンゼンなど)などのガソリン成分を希釈または置換する。他の酸素添加剤やオクタン価向上剤が導入される前は、製油所は混合特性と低コストを理由にMTBEを選択していた。
ガソリン添加剤としては、エタノールやETBEなどのエーテル類といった他の酸素化合物も利用可能である。
エタノールは、米国とヨーロッパの農業団体をはじめとする様々な利益団体によって、安全な代替燃料として宣伝されてきた。2003年、カリフォルニア州は米国で初めてMTBEをエタノールに置き換え始めた州となった。
エタノールの代替品として、エタノールとイソブテンから製造されるETBEがある。添加剤としての性能はMTBEと類似しているが、メタノールに比べてエタノールの価格が高いため、ETBEの方が高価である。
より高品質のガソリンも代替手段であり、MTBEなどの添加剤は不要です。イソオクタン自体が使用されます。MTBEプラントは、イソブチレンからイソオクタンを生産するように改造できます。[ 20 ] [ 21 ]
MTBEは溶媒として使用されることがあるが、[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]ジエチルエーテルほど一般的ではない。エーテルではあるが、MTBEは(立体障害のため)ルイス塩基としては弱く、グリニャール試薬の生成には適さない。強酸や臭素とは危険な反応を起こす。[ 25 ]
MTBEは水(52.6 ℃、MTBE 96.5%)[ 26 ]およびメタノール(51.3 ℃、MTBE 68.6%)[ 27 ]と共沸混合物を形成する。MTBEへの水の溶解度は23 ℃で1.5g/100gと報告されている。 [ 26 ]
接触溶解療法と呼ばれる治験段階の医療処置では、MTBEを胆嚢に直接注入してコレステロール胆石を溶解します。MTBEの毒性や、溶媒が十二指腸に流れ込んだ場合の深刻な副作用の可能性、腹腔鏡手術技術の出現により、この処置は時代遅れとみなされています。[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]
MTBEは、有機化学において、ジエチルエーテルに匹敵する性質を持ちながら、沸点が高く水への溶解度が低い、比較的安価な溶媒として用いられています。溶媒としてのMTBEは、ほとんどのエーテル類に比べて、爆発性の有機過酸化物を生成する傾向がはるかに低いという明確な利点があります。安全面や規制上の理由から、ジエチルエーテルなどのエーテル類の取り扱いがはるかに困難で費用がかかる産業界では、MTBEは広く溶媒として使用されています。また、石油精製業界では、ワックス状石油留分の脱ろう法としてMTBEが用いられています。
MTBEは、30 μg/L未満(30 ppb未満)という非常に低い濃度でも水に不快な味を与えます。 [ 31 ] MTBEは、ガソリンスタンドの地下貯蔵タンク(UST)からの漏洩やガソリンの流出によって、水源帯水層に流入することがよくあります。MTBEは水溶性が高く残留性も高いため、帯水層に放出されると、ガソリンの他の多くの成分よりも速く遠くまで移動します。[ 32 ]
MTBEは細菌の作用によって生分解されます。流動床バイオリアクターなどの適切なタイプのバイオリアクターでは、MTBEは水から迅速かつ経済的に除去され、検出限界以下になります。ココナッツの殻から製造され、MTBE吸着に最適化された活性炭は、MTBEを検出限界以下まで低減する可能性がありますが[ 33 ]、このレベルの低減は最も理想的な状況下でのみ起こる可能性が高いです。現在、帯水層の土壌マトリックス内で汚染物質濃度をベースライン(開発前)の状態まで低減できる原位置処理方法の既知の発表事例はありません。
世界保健機関の傘下にある国際がん研究機関(IARC)によると、MTBEは動物実験で味覚閾値をはるかに超える量で発がん性がある可能性が示唆されているため、2025年にグループ2B(ヒトに対して発がん性がある可能性のある物質)に再分類される。自動車用ガソリン自体は、明確な証拠があるためグループ1(ヒトに対して発がん性がある物質)に分類されている。[ 34 ]
IARCモノグラフの以前のバージョンで提示された曝露データによると、MTBEへの人間の曝露は、化学物質の輸送とガソリンへの混合を担当する作業員に最も多く発生しています。大気中および環境中の濃度は、ガソリンスタンドで給油する顧客であっても、職業曝露よりも桁違いに低い値です。動物実験では、MTBEを食品に混ぜても癌発生率の増加は認められませんでしたが、吸入によってラットの癌発生率が増加することが確認されました。このバージョンでは、動物データが不十分であるため、MTBEはグループ3(ヒトに対する発がん性物質として分類できない)に分類されています。[ 35 ]
米国下院で承認された2005年エネルギー政策法には、MTBE製造業者を水質汚染訴訟から保護する条項は含まれていませんでした。この条項は2003年に初めて提案され、当時エネルギー・商業委員会の委員長であったトム・ディレイ議員とジョー・バートン議員の優先事項であると考えられていました。 [ 36 ]この法案には、 MTBEが今後9年間かけて段階的に廃止される間、大手石油会社を含むMTBE製造業者に20億ドルの移行支援を与える条項が含まれていました。 [ 37 ]上院の反対により、[ 38 ]協議報告書ではMTBEに関するすべての条項が削除されました。最終的な法案はジョージ・W・ブッシュ大統領によって署名され、法律となりました。[ 39 ] MTBEの責任保護がないことから、ガソリン添加剤としてエタノールの使用に切り替えが進んでいます。
米国における地下水および土壌汚染からのMTBE除去には、帯水層や市営水道からの化合物の除去、漏洩している地下石油タンクの交換を含め、 10億ドル[ 40 ]から300億ドル[ 41 ]の費用がかかると推定されている。あるケースでは、カリフォルニア州サンタモニカ市の所有する井戸のMTBEを浄化するために石油会社が負担した費用は2億ドルを超えると推定されている[ 42 ] 。別のケースでは、ニューヨーク市は2009年にクイーンズ区の単一の井戸群の浄化に2億5000万ドルの費用がかかると推定している[ 43 ]。 2013年には、陪審はニューハンプシャー州に対し、MTBEで汚染された地下水を処理するために2億3600万ドルの損害賠償を命じた[ 44 ] 。
公共および民間の飲料水供給源におけるMTBE汚染に関して、依然として多くの訴訟が係争中である。
EPAは1998年にMTBEを飲料水中の国家最大汚染物質レベル(MCL)基準策定の候補物質として初めてリストアップした。 [ 45 ] EPAは2022年にMTBEを汚染物質候補リストにリストアップしたが、MCLを策定するかどうかは発表していない。[ 46 ] EPAは公共水道システム のMCL策定に毒性データを使用している。[ 47 ]
カリフォルニア州は2000年にMTBEの州レベルのMCLを1リットルあたり13マイクログラムに設定した。[ 48 ]