CN109153050B - 生物质材料的超低温碳化处理方法和碳化物的制造方法 - Google Patents

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Abstract

[课题]提供：在极低温下将包含大量水分的生物质材料碳化的新的碳化处理方法、和碳化物的制造方法。[解决方案]将包含水分的生物质材料保持为含氧气氛和温度范围为70℃以上且低于100℃的处理条件，而不经过以强制性地去除或降低水分为目的的干燥工序，将前述生物质材料进行碳化。此时，将生物质材料保持为前述处理条件而开始碳化时刻的生物质材料的含水率(百分率)优选为40％以上且80％以下的范围内，前述保持优选2周以上。另外，作为生物质材料，可以应用选自食品废弃物、家畜排泄物、农产品废弃物、水产品废弃物、林产品废弃物等废弃物系生物质材料和植物(栽培作物)系生物质材料中的1种或2种以上。

Description

生物质材料的超低温碳化处理方法和碳化物的制造方法
技术领域
本发明涉及能在极低温下将废弃物系、植物(栽培作物)系的生物质材料碳化的方法、和制造碳化物的方法。
背景技术
近年来，对于大量有机性废弃物进行堆肥化处理或碳化处理，作为资源进行了土壤还原。其中，最期待资源化的家畜粪、厨房垃圾等(以下，统称它们时称为“家畜粪等”)大多在产生时刻为高水分而成为所谓泥泞状。特别是对家畜粪等进行碳化处理而作为农业用资源、工业用资源运用的情况下，该大量的水分成为问题，需要减少水分的处理。然而，以往的碳化处理装置中，将包含大量的水分的废弃物进行加热从而使其干燥一定程度后进行碳化处理，因此，存在大量消耗加热用的燃料、大量释放包含有害物质的燃烧气体而污染大气等问题。
专利文献1中，作为降低碳化处理所需的燃料消耗的碳化处理装置，提出了一种装置，其具备：干燥部，其将废弃物加热使含水率降低；碳化部，其将结束了干燥的废弃物干蒸并碳化；和，干馏气体加热供给部，其将碳化部中产生的干馏气体加热并向干燥部和碳化筒加热室供给；等。
专利文献2中，作为减少处理对象物的碳化处理所需的燃料消耗的装置，也提出了一种装置，其具备：干燥炉，其将牲畜粪便加热并进行干燥处理；料斗，其用于将牲畜粪便供给至干燥部内；碳化炉，其与干燥部连通，将在干燥部中实施了干燥处理的牲畜粪便利用电加热器进行加热并进行碳化处理；干馏气体加热室，其一体地设置于焚烧处理废弃物的焚烧发热炉，利用废弃物的燃烧热而将在碳化炉中产生的干馏气体加热，产生用于在干燥炉中进行干燥处理的热气体；热气体供给路，其将干馏气体加热室与干燥炉连接，将来自干馏气体加热室的热气体导入至干燥炉；和，干馏气体路，其将碳化炉与干馏气体加热室连接，将碳化炉中产生的干馏气体导入至干馏气体加热室。
专利文献1、2中提出的碳化处理装置中，为了减少碳化处理时所需的燃料的消耗量而运用在处理工序的中途产生的干馏气体。另一方面，专利文献3的背景技术栏中，作为降低包含大量水分的家畜粪等的含水率的手段，记载了：对家畜粪等提供热能、送风等而降低含水率的方法；将锯屑、稻草、糠等农业副产物与有机性废弃物混合而降低水分的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11-323346号公报
专利文献2：日本特开2007-105605号公报
专利文献3：日本特开2011-98330公报
发明内容
发明要解决的问题
上述各专利文献中，提出了用于减少降低水分所需的燃烧成本的手段，包含大量水分的家畜粪等的碳化处理通过在首先降低其水分的基础上进行加热而进行。
本发明的目的在于，提供：在极低温下将包含大量水分的废弃物系、植物(栽培作物)系的生物质材料进行碳化的新的碳化处理方法、和碳化物的制造方法。
用于解决问题的方案
本发明人在对废弃物系、植物(栽培作物)系的生物质材料的碳化处理方法进行研究的过程中，偶然发现：对包含大量水分的家畜粪进行处理时，无意间在未达到100℃的温度下保持时会不知不觉地进行了碳化。本发明是基于这样的见解而完成的。
(1)本发明的生物质材料的超低温碳化处理方法的特征在于，将包含水分的生物质材料保持为含氧气氛和温度范围为70℃以上且低于100℃的处理条件，而不经过以强制性地去除或降低水分为目的的干燥工序，将前述生物质材料进行碳化。
根据本发明，仅凭借将包含水分的生物质材料保持为上述处理条件就可以将生物质材料碳化，无需经过如以往那样以强制性地去除或降低水分为目的的干燥工序。可知，保持为这样的处理条件而引起的碳化是通过在氧与生物质材料之间产生的氧化反应而进行，生物质材料中所含的水分促进该碳化反应。该碳化处理方法无需干燥所需的大型设备，且也不消耗大的电能，可以以低成本进行生物质材料的碳化。
本发明的生物质材料的超低温碳化处理方法中，优选的是，将前述生物质材料保持为前述处理条件而开始碳化的时刻的该生物质材料的含水率(百分率)为40％以上且80％以下的范围内。根据本发明，为了在超低温下保持并进行碳化，优选碳化处理的开始时刻的生物质材料的含水率为上述范围内。
本发明的生物质材料的超低温碳化处理方法中，优选前述保持为2周以上。根据本发明，通过保持2周以上，可以使生物质材料的碳化稳定地进行。
本发明的生物质材料的超低温碳化处理方法中，前述生物质材料为选自食品废弃物、家畜排泄物、农产品废弃物、水产品废弃物、林产品废弃物等废弃物系生物质材料和植物(栽培作物)系生物质材料中的1种或2种以上。根据本发明，可以将本发明的超低温碳化处理方法用于这些各种生物质材料。
本发明的生物质材料的超低温碳化处理方法中，优选将前述生物质材料收纳于容器，所述容器具有：用于保持为前述处理条件的大气开放口和温度调节器。根据本发明，将生物质材料收纳于具有大气开放口和温度调节器的容器，因此，可以实现含氧气氛和温度条件，可以稳定地开始进行生物质材料的碳化。
(2)本发明的碳化物的制造方法的特征在于，其为利用上述本发明的生物质材料的超低温碳化处理方法进行的碳化物的制造方法，所述制造方法具备如下工序：准备包含水分的生物质材料的工序；和，对准备好的前述生物质材料在含氧气氛和温度范围为70℃以上且低于100℃的处理条件下进行处理而不经过以强制性地去除或降低水分为目的的干燥工序的工序。
发明的效果
根据本发明，可以提供：在极低温下将包含大量水分的废弃物系、植物(栽培作物)系的生物质材料进行碳化的新的碳化处理方法、和碳化物的制造方法。
附图说明
图1为示出本发明的生物质材料的超低温碳化处理方法的一例的说明图。
图2为处理前的牛粪的照片(A)和实验2～4的处理后的牛粪的照片(B～D)。
图3为实验1的处理后的牛粪的照片(A)和实验3的处理后的牛粪的照片(B)。
图4为示出实验1、3中的碳化处理中的生物质材料的减量结果的图。
图5为示出实验1中的碳化处理中的生物质材料的每单位质量的二氧化碳生成速度与耗氧速度的图。
图6为示出实验3中的碳化处理中的生物质材料的每单位质量的二氧化碳生成速度与耗氧速度的图。
图7为关于实验6、7、9的处理后的试样的照片。
具体实施方式
对本发明的生物质材料的超低温碳化处理方法和碳化物的制造方法，参照附图并进行详细说明。需要说明的是，以下的实施方式为本发明的优选例，并不限定性解释其实施方式。
[生物质材料的超低温碳化处理方法]
本发明的生物质材料的超低温碳化处理方法为将包含大量水分的生物质材料在极低温下进行碳化的新的方法，有如下特征：将包含水分的生物质材料保持为含氧气氛和温度范围为70℃以上且低于100℃的处理条件，而不经过以强制性地去除或降低水分为目的的干燥工序，将前述生物质材料进行碳化。
该方法基于如下见解：在对生物质材料的碳化处理方法进行研究的过程中，对包含大量水分的家畜粪进行处理时偶然发现，无意间在未达到100℃的温度(为作为碳化处理温度的令人难以置信的低温，本申请中称为“超低温”)下保持的物质会不知不觉地进行了碳化。根据本发明，仅凭借将包含水分的生物质材料保持为上述处理条件就可以将生物质材料碳化，因此，无需经过如以往那样以强制性地去除或降低水分为目的的干燥工序。可知，保持为这样的处理条件而引起的碳化是通过在氧与生物质材料之间产生的氧化反应进行，生物质材料中所含的水分促进该碳化反应。其结果，本发明的碳化处理方法(称为“超低温碳化处理方法”)无需干燥所需的大型设备、且也不消耗大的电能，可以以低成本进行生物质材料的碳化。
以下，对生物质材料的超低温碳化处理方法的各构成要素进行说明。需要说明的是，以下中只要没有特别说明，含水率(百分率)的“％”就为“重量％(质量％)”。
(生物质材料)
生物质材料只要为包含大量水分的生物质材料、例如废弃物系生物质材料、植物(栽培作物)系生物质材料即可。例如可以举出选自食品废弃物、家畜排泄物、农产品废弃物、水产品废弃物、林产品废弃物等废弃物系生物质材料和植物(栽培作物)系生物质材料中的1种材料或2种以上的混合材料。作为废弃物系生物质材料，具体而言，可以举出厨房垃圾等食品废弃物(食品残渣)、牛、猪、马等家畜排泄物(粪尿)、剩余生产品、挑选排除品、加工副产物(米糠等)等农产品废弃物、过剩渔获品、加工垃圾等水产品废弃物、木屑、木材碎片、加工垃圾等林产品废弃物等。另外，作为植物(栽培作物)系生物质材料，可以举出：将甘蔗、油菜籽等植物转化利用为燃料用酒精等的材料等。这些废弃物系生物质材料、植物(栽培作物)系生物质材料可以分别为单独，也可以为混合了多种而得到的材料。
废弃物系生物质材料只要源自生物即可，也可以为经堆肥化的材料等。需要说明的是，术语“废弃物”当然包括现场废弃的物质，但也包括即使在该时刻废弃也能用于其他用途的物质。例如，将废弃物经堆肥化等而得到的物质也包括如下情况：即使堆肥化等之前为废弃物，经堆肥化等后具有有用性，也不能说是废弃物，但本发明中，它们也包括在内用“废弃物”这样的术语表示。
需要说明的是，一般“生物质”是表示生物资源(bio)的量(mass)的用语，是指“源自能再生的生物的有机性资源(除矿石燃料之外)”。另外，废弃物系生物质是指，制纸业等的过程中排出的产业废弃物(黑液、碎片废料)、农林·畜产业的过程中排出的废弃物、副产物(冷杉壳、牛粪等)、一般废弃物(垃圾、废食油等)等有机性资源，另一方面，植物(栽培作物)系生物质是指，将甘蔗、油菜籽等植物转化为燃料用酒精等并利用的有机性资源。本发明中使用的“生物质材料”为源自能再生的生物的有机性资源(除矿石燃料之外)，包含废弃物系生物质和植物(栽培作物)系生物质这两者。
生物质材料中包含大量水分。作为水分量，以将生物质材料保持为碳化处理条件而开始碳化的时刻(供至碳化处理的时刻。以下相同。)的生物质材料的含水率(百分率)计，优选为40％以上且80％以下的范围内。通过在该含水率的范围内保持为碳化处理条件，从而可以开始生物质材料的碳化、并且其后进行生物质材料的碳化。生物质材料的含水率的测定可以以所采集的生物质材料的干燥前后的质量测定评价。
需要说明的是，只要供至碳化处理的时刻成为上述含水率的范围内即可，生物质材料的含水率低于40％的干燥体或大致干燥体的情况下，通过使其包含水并设为40％以上，从而可以作为供至碳化处理的生物质材料使用。另一方面，生物质材料的含水率超过80％的泥泞体的情况下，通过进行放置(自然干燥)等直至水成为80％以下，从而可以作为供至碳化处理的生物质材料使用。需要说明的是，作为自然干燥，可以举出日晒、通气、将其散开等，根据需要也可以通过送风使其干燥。
生物质材料中，在不妨碍本发明中的碳化的范围内也可以混入其他废弃物。作为其他生物质材料，例如可以举出：与来自家庭的厨房垃圾一起容易被废弃的塑料材料(バラン(放入到市售便当等中的绿色的分区用装饰)、叶兰(ヒトツバ)、瓶盖、吸管、橡皮筋、包装材料等)、纸制品、木制品(一次性筷子、牙签等)等。
(处理条件)
本发明中的碳化处理如下进行：无需经过如以往那样以强制性地去除或降低生物质材料中所含的水分的目的例如加热至500℃左右的干燥工序，将包含水分的生物质材料保持为含氧气氛和温度范围为70℃以上且低于100℃的处理条件而进行。此时的碳化是在温度范围为70℃以上且低于100℃内，通过在氧与生物质材料之间产生的氧化反应来进行，生物质材料中所含的水分促进该碳化反应而进行。
碳化处理在含氧气氛中开始并进行。如后述的实验例(图5和图6)所示那样，二氧化碳的生成速度与氧的消耗速度成比例地相关，因此，通过生物质材料和氧引起氧化反应，生成二氧化碳，推定其生成越旺盛，耗氧量变得越多，碳化越进行。含氧气氛只要为含有氧的气氛就没有特别限定，通常可以为大气开放了的空气气氛。氧需要在碳化进行的期间持续存在。含氧量只要为大气中所含的程度(大致21％)即可。至少包含在与生物质材料之间引起氧化反应、且持续的程度(几％的氧)的氧即可。另一方面，在不含有氧的气氛中，不引起生物质材料的氧化反应，无法进行碳化。
碳化处理的温度即使在上述为70℃以上且低于100℃的温度范围内存在变动，只要在该范围内即可。后述的实验例中，示出在80℃和90℃下进行的结果，但可以确认70℃以上且低于100℃的温度范围内的碳化进行。低于70℃的情况下并非不进行，但水分也有时不怎么减少，碳化变得不怎么进行，需要耗费很长时间，因此不太经济。另一方面，100℃以上时，水分会立即蒸发，生物质材料成为干燥状态，碳化反应变得不进行而会停止。因此，碳化开始的时刻，需要氧和一定程度的水分(40％以上且80％以下的含水率)和上述温度(70℃以上且低于100℃)，但是水分减少得慢而一直维持上述开始时的含水率时就不会充分进行碳化反应。优选的是，如后述，期望在2周以上的保持期间内，开始时刻的水分(40％以上且80％以下的含水率)以缓慢蒸发等减少的同时进行碳化反应，最终成为干燥(例如5％以下的含水率状态)了的碳化物。另一方面，在经过2周以上的保持期间之前水分立即蒸发等而成为干燥状态时，氧化反应变慢，变得不会引起碳化。由此，优选的是，在2周以上的保持期间内，在上述温度范围内，边水分缓慢(不急剧地)地减少，边氧化反应继续而成为碳化进行的状态。
例如将如图1所示那样收纳生物质材料的反应容器进行加温并维持上述温度。加温可以基于电加热器进行，也可以基于自锅炉等供给的蒸气进行，还可以基于来自其他发热源的热利用进行。需要说明的是，可以利用生物质材料的微生物反应中产生的热进行温度的保持。生物质材料与氧接触而引起的微生物反应由于可以产生约70℃～80℃左右的温度，因此，产生微生物反应所引起的发热后，不用电加热器等加温或仅稍加温，通过在微生物反应中产生的热保持温度，也可以继续碳化处理。
碳化处理的保持期间优选至少2周以上。保持期间根据处理温度而不同，通过在70℃以上且低于100℃的范围内保持至少2周，从而可以稳定地进行氧化反应和碳化。需要说明的是，该2周的保持期间并不是将生物质材料制成全部碳化了的碳化物(100％碳化物)的期间，而是碳化处理稳定地一部分碳化但不是全部碳化的期间。对于保持期间，在70℃以上且低于100℃的范围内，越接近70℃，水分的减少程度也小，碳化缓慢进行，因此，保持期间变长，越接近100℃，碳化越得到促进，因此，保持期间变短。
需要说明的是，保持期间的上限根据含水率、处理温度、保持环境(含氧量、水分减少程度、其他)而不同，因此，没有特别限定，例如如后述的实验例所示那样，如果温度低，则保持期间变长，如果温度高，则保持期间变短。作为上限，例如，实验例中，为3周(21天)～12周(84天)的范围，但如果为用于碳化程度小的一部分碳化的保持期间，则可以为2周，如果为用于增大碳化程度的期间，也可以超过12周。如果可以用长期间缓慢碳化，则例如可以为几个月或其以上(例如6个月、12个月等)。
超低温下的碳化在不含水分的生物质材料中无法进行，另外，生物质材料中的水分在短时间内急剧减少的情况或在短时间内消失的情况下也无法充分进行。另外，如果温度超过100℃，则生物质材料中的水分容易蒸发，水分会快速地消失，在大气压下无法进行不引起自然起火的160℃以下的温度环境下的碳化。因此，对于本发明中的碳化处理，在上述处理条件的范围内，直至碳化反应结束的期间水分存在，换言之，在水分的存在下碳化反应进行。
在生物质材料中包含水分的期间，上述处理条件下的碳化继续。继续所需的含水率(百分率)只要至少为5％即可。包含至少5％的含水率的水分的生物质材料在上述处理条件内进行碳化。
在碳化的最终阶段，生物质材料中的含水率成为大致5％以下，但本发明中的碳化处理中，也可以不成为生物质材料的有机成分碳化了100％的碳化物。碳化程度小的情况下，生物质材料中的含水率也可以更多，可以为10％、20％等。另一方面，碳化程度大的情况下，生物质材料中的含水率如10％、5％或其以下那样变小。为了形成碳化了100％的碳化物，优选更长期间保持，也依赖于处理温度和含水率，优选例如7周以上的长期间保持。需要说明的是，此时的上限如保持期间的栏中说明那样，受含水率、处理温度、保持环境(含氧量、水分减少程度、其他)的影响，根据碳化程度，例如可以为几个月或其以上(例如6个月、12个月等)。
另一方面，即使为未形成碳化了100％的碳化物的处理物，也有如下优点：带来生物质材料的大幅的减量化或减容化。这样的处理物通过降低含水率而一定程度干燥并减量化或减容化，输送变得容易。其结果，可以移动至其他场所、处理容器内而再次进行之后的碳化处理等。这样的优点是在以何种方案进行生物质材料的处理的整体的处理规模中考虑的，本发明的碳化处理方法可以在这样整体的处理规模中作为非常灵活和容易的方法加入。
如以上，含有水分的生物质材料的碳化可以在含氧气氛下、在低于100℃这样的超低温下长期间保持而进行。其结果，无需干燥所需的大型设备且也不消耗大的电能，可以以低成本进行生物质材料的碳化。
(处理容器、其他)
作为处理容器，可以优选举出如下反应容器1：其如图1所示那样，具有将生物质材料10保持为上述温度范围内的加温装置6和大气开放口(吸气口4、排气口5)。通过这样的反应容器1，可以稳定地进行生物质材料10的碳化。
反应容器1如图1所示那样，具有容器主体2和盖3，进而具有来自外部的空气或氧的吸气口4和排气口5。该反应容器1只要能至少将温度保持为70℃以上且低于100℃的范围内、且能输入排出空气或氧，其结构形态就不特别限定于图1所示的结构。容器主体2和盖3可以为能密闭，也可以为不能密闭。吸气口4和排气口5的大小、形状只要能向反应容器1内导入·排出空气、氧就没有特别限定。
在反应容器1内收纳有生物质材料10。生物质材料10可以直接收纳于反应容器1内，也可以放入如图1所示的收纳容器11内后放置于反应容器1内。反应容器1的材质、大小、形状等、收纳容器11的材质、大小、形状等没有特别限定，可以根据生物质材料10的处理量、使用方案而任意设计。需要说明的是，符号12为收纳容器11的台。
反应容器1设有能加温至上述70℃以上且低于100℃的温度的加温装置6。作为加温装置6，可以为使用电加热器的加温装置，也可以为具有用于导入自锅炉等供给的蒸气的配管的加温装置，还可以为利用来自其他发热源的热的加温装置。
本发明的碳化处理可以进行各种应用，可以任意控制碳化处理。例如，使生物质材料中包含水分后，再次设为规定温度(70℃以上且低于100℃)，从而可以再次进行碳化处理。另一方面，停止碳化处理的情况下，可以强制性地减少生物质材料中所含的水分。对于本发明的碳化处理，能控制处理条件而进行碳化的进行和停止，因此，作为处理方法，极其有自由度。作为处理条件的控制，为了停止或减慢碳化，可以以如下手段实现：使温度低于70℃；停止氧的供给；升高温度至100℃以上而使水分蒸发并去除；等。另一方面，为了再次开始碳化，可以以如下手段实现：使温度恢复至70℃以上且低于100℃；再次开始氧的供给；加入水分；等。本发明的碳化处理由于能自由控制碳化的停止和再次开始，因此，可以自由进行改变碳化时期、或改变碳化场所、或进行碳化的前阶段的减量化或减容化。
[碳化物的制造方法]
本发明的碳化物的制造方法为利用上述本发明的生物质材料的超低温碳化处理方法进行的碳化物的制造方法。而且，具备如下工序：准备包含水分的生物质材料的工序(准备工序)；和，对准备好的前述生物质材料在含氧气氛和温度范围为70℃以上且低于100℃的处理条件下进行处理而不经过以强制性地去除或降低水分为目的的干燥工序的工序(处理工序)。
这些工序如上述本发明的生物质材料的超低温碳化处理方法的说明栏中说明，因此，省略再次说明。
处理工序中处理过的处理物是生物质材料的一部分或全部被碳化而得到的。“一部分被碳化”是指，并不是所有的生物质材料完全被碳化成为炭(charcoal)。另一方面，“全部被碳化”是指，所有的生物质材料完全被碳化成为炭(charcoal)。本发明的碳化物的制造方法中，进行一部分碳化的情况和全部进行碳化的情况均包括在内，但一部分进行碳化的情况下，可以之后用其他方法使其完全碳化。作为其他方法，例如可以举出：将生物气体等可再生能源等进行热利用等而碳化的方法等。
需要说明的是，一部分进行碳化的情况下，没有成为碳化了100％的碳化物，但能实现生物质材料的大幅的减量化、减容化，从该观点出发，也有优点。减量化、减容化的处理物的输送变得容易，可以移动至其他场所、处理容器内而再次进行之后的碳化处理等。
实施例
以下示出实验例，对本发明的生物质材料的超低温碳化处理方法进一步进行详细说明。
[实验1]
作为实验试样，使用自奶牛场采集的奶牛粪(含水率60％w.b.，200g)作为试样。将试样放入图1所示的不锈钢制的收纳容器11，将该收纳容器11放置于反应容器1内，在该反应容器1上盖上盖3。该反应容器1具备空气的吸气口4和排气口5。反应容器1上设有加温装置6，可以将反应容器1内保持为一定温度。将反应容器内的温度设为80℃，在开放了空气的吸气和排气的状态下，保持69天(约10周)。
[实验2]
将反应容器内的温度设为90℃，保持21天(3周)。除此之外，与实验1同样地操作。
[实验3]
将反应容器内的温度设为90℃，保持52天(约7.5周)。除此之外，与实验1同样地操作。
[实验4]
不盖上盖3，将反应容器内的温度设为84℃，保持83天(约12周)。除此之外，与实验1同样地操作。
[实验5]
将反应容器内的温度设为70℃，保持150天(5个月)。除此之外，与实验1同样地操作。
[实验6]
将反应容器内的温度设为90℃，以不成为含氧气氛的方式，从反应容器1的吸气口4导入氮气，从排气口5排出氮气，形成氮气气氛。除此之外，与实验1同样地操作。
[实验7]
将反应容器内的温度设为90℃，使用含水率为80％w.b.的奶牛粪。除此之外，与实验1同样地操作。
[实验8]
将反应容器内的温度设为90℃，使用含水率为42％w.b.的奶牛粪。除此之外，与实验1同样地操作。
[实验9]
将反应容器内的温度设为90℃，使用含水率为33％w.b.的奶牛粪。除此之外，与实验1同样地操作。
[测定]
(二氧化碳的生成速度)
二氧化碳的生成速度如下：利用气相色谱法分别测定进入反应容器的气体和从反应容器排出的气体的CO2浓度，乘以通气的流量F，计算生成速度[F(CO2in-CO2out)]。
(耗氧速度)
耗氧速度如下：利用原电池式氧传感器分别测定进入反应容器的气体和从反应容器排出的气体的O2浓度，乘以通气的流量F，计算消耗速度[F(O2in-O2out)]。
(减量曲线)
减量曲线由二氧化碳的产生量计算。即，由碳化处理开始时和碳化处理结束时的固体质量之差计算总固体减量TM。另外，同样地，求出总二氧化碳产生量TCO2后，算出每单位二氧化碳产生量的固体减量TM/TCO2。然后，通过ΔCO2×(TM/TCO2)，计算单位二氧化碳产生量(ΔCO2)的固体减量。需要说明的是，为了排除水分量，减量曲线由在质量测定前使试样干燥并称量的质量算出。
[结果]
图2的(A)为处理前的试样(牛粪)的照片。图2的(B)为实验4(84℃、83天、无盖)的处理后的试样的照片。图2的(C)为实验2(90℃、21天、有盖)的处理后的试样的照片。图2的(D)为实验3(90℃、52天、有盖)的处理后的试样的照片。根据其结果，实验2、3的处理后的试样变化为碳化进行了的黑色。另一方面，对于实验4的处理后的试样，无盖且水分立即蒸发并干燥，因此，碳化没有进行，与处理前的试样基本相同。另外，图3的(A)为实验1(80℃、69天、有盖)的处理后的试样，与图3的(B)的实验3(90℃、52天、有盖)的处理后的试样相比，呈现碳化进而进行了的黑色。由这些结果可知，为了在低于100℃的温度下进行碳化，必须存在水。
图4为实验1(80℃、69天)和实验3(90℃、52天)的碳化处理中的生物质材料的减量结果。任意情况下，均在天数经过的同时缓慢减量，80℃的情况下，在经过69天后，减量了约21％，90℃的情况下，在经过52天后，减量了约32％。认为，该重量减少取决于生物质材料中所含的有机物的碳化。
图5为示出实验1(80℃、69天)中的碳化处理中的每单位质量生物质材料的二氧化碳生成速度和耗氧速度(OUR：Oxygen Uptake Rate)的图。图6为示出实验3(90℃、52天)中的碳化处理中的每单位质量生物质材料的二氧化碳生成速度和耗氧速度(OUR)的图。由这些结果可知，关于氧，为比空气的组成还低浓度，关于二氧化碳，为比空气的组成还高浓度。另外可知，由生物质材料的碳化反应产生的二氧化碳生成速度与耗氧量成比例地相关，因此，引起氧化反应，生成二氧化碳，其生成越旺盛，耗氧变得越多。这样的相关表明，碳化现象在氧的存在下进行，因此表明，该碳化处理需要空气(严格地为氧)的存在。由此认为，该碳化处理中，在空气中的氧与生物质材料之间引起氧化反应，由此，生成二氧化碳。
实验5～实验9中，改变各种条件进行实验，以目视确认了碳化的有无。实验5为在70℃下放置了5个月的实验，处理后的试样呈现黑色，可以确认进行了碳化。实验6为排除了氧的实验，处理后的试样与处理前的试样同样，没有怎么发生变化，可以确认没有进行碳化。实验7为将含水率设为80％的实验，处理后的试样呈现黑色，可以确认进行了碳化。实验8为将含水率设为42％的实验，处理后的试样呈现黑色，可以确认进行了碳化。实验9为将含水率设为33％的实验，处理后的试样与处理前的试样同样，没有怎么发生变化，可以确认碳化没有充分进行。
上述实验5～9中，关于实验6、7、9，将处理后的试样的照片示于图7。图7的(B)所示的实验7的照片呈现黑色，可以确认到碳化，但图7的(A)所示的实验6的照片和图7的(C)所示的实验9的照片没有变为黑色，无法确认到碳化。
如以上说明那样，本发明的生物质材料的超低温碳化处理方法可以消除生物质材料所具有的几个缺点。即，(1)以奶牛粪等为代表的大量生物质材料的最重要的课题为去除大量包含的水分。然而，本发明中，水的存在反而对碳化是必须的，因此，无需对水分的去除施加成本、劳力。(2)一般的炭的制造方法中，加热至500℃以上的高温度进行碳化时，热分解反应进行，产生的气体中包含大量的焦油。因此，耗费需要用于去除焦油的装置等成本。然而，本发明中，基本不引起热分解反应，可以抑制焦油的产生。(3)另外，本发明中，能在低于100℃这样的超低温下进行碳化，因此，与以往的炭的制造相比，可以大幅削减来自外部的投入能量。进而，这样的低温度也可以通过生物气体等再生能源来实现。
附图标记
1 反应容器
2 容器主体
3 盖
4 吸气口
5 排气口
6 加温装置
10 生物质材料
11 收纳容器
12 台

Claims (6)

1.一种生物质材料的碳化处理方法，其特征在于，其为生物质材料的碳化处理方法、且不经过以强制性地去除或降低水分为目的的干燥工序，将包含开始碳化的时刻的该生物质材料的含水率为40％以上且80％以下的范围内的水分的生物质材料保持为含氧气氛和温度范围为70℃以上且低于100℃的处理条件，在不混入菌的情况下，使气氛中的氧与所述生物质材料之间发生氧化反应，将所述生物质材料进行碳化。
2.根据权利要求1所述的生物质材料的碳化处理方法，其中，所述保持为2周以上。
3.根据权利要求1或2所述的生物质材料的碳化处理方法，其中，所述生物质材料为选自食品废弃物、家畜排泄物、农产品废弃物、水产品废弃物、林产品废弃物等废弃物系生物质材料和植物系生物质材料中的1种或2种以上，
所述植物为栽培作物。
4.根据权利要求1或2所述的生物质材料的碳化处理方法，其中，将所述生物质材料收纳于容器，所述容器具有：用于保持为所述处理条件的大气开放口和温度调节器。
5.根据权利要求3所述的生物质材料的碳化处理方法，其中，将所述生物质材料收纳于容器，所述容器具有：用于保持为所述处理条件的大气开放口和温度调节器。
6.一种碳化物的制造方法，其特征在于，其为利用权利要求1～5中任一项所述的生物质材料的碳化处理方法进行的碳化物的制造方法，所述制造方法具备如下工序：准备包含水分的生物质材料的工序；和，对准备好的所述生物质材料在含氧气氛和温度范围为70℃以上且低于100℃的处理条件下进行处理而不经过以强制性地去除或降低水分为目的的干燥工序的工序。
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