JP2003275732A

JP2003275732A - 未利用バイオマス・水産物ゼロエミッションのシステム

Info

Publication number: JP2003275732A
Application number: JP2002084630A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shishido; 弘宍戸
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2003-09-30

Abstract

(57)【要約】【課題】未利用バイオマス・水産物ゼロエミッション
のシステムを提供する。【解決手段】未利用バイオマスを飽和水蒸気で蒸煮し
た後、原料を過熱水蒸気で処理して、炭化物と気化物に
変換し、（１）抽出成分を工業原料として利用する、
（２）気化物を凝縮して凝縮物として回収する、（３）
炭化物を冷却して土壌改良剤とする、（４）炭化物をガ
ス化して生成燃料ガスとする、ことを特徴とする未利用
バイオマスの工業原料化方法、及びその装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、未利用バイオマス
・水産物ゼロエミッションのシステムに関するものであ
り、更に詳しくは、未利用バイオマス及び水産廃棄物の
原料を、過熱水蒸気で焼成処理して炭化物、気化物、液
体・油、及び固形物に変換し、これらをゼロエミッショ
ンで工業原料に変換することを可能とする未利用バイオ
マス・水産物のゼロエミッションによる再資源化方法及
びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、循環型社会に移行することの重要
性が大きく叫ばれている。しかしながら、有限な化石資
源を基盤とする限りは原理的に完全循環型の社会は不可
能であり、これを実現するためには早晩、再生可能資源
（植物などの生物体＝バイオマス）を基盤とする社会経
済システムに転換しなければならない。

【０００３】バイオマスは、生体関連物質の総称であっ
て、広義には植物、動物、微生物などすべての生き者の
体及び代謝・排泄物を意味するが、エネルギー・資源等
に関する環境問題を論じる場合には、一般的には狭義の
意味で植物体（根、葉、茎、果実、種子など）を指す。
この場合のバイオマスは、大気中の二酸化炭素を光合成
によって固定化することが可能なので、バイオマスを燃
焼させて、あるいは生物分解させて二酸化炭素を発生さ
せても再びバイオマスとなり得るので、再生可能資源と
言われる。これまでは再生可能エネルギー資源としての
利用に多くの研究例があるが、再生可能物質資源として
の利用を想定した研究はほとんど見当たらない。

【０００４】一方、水産ゼロエミッションの呼び声のも
と、水産、食料分野でも廃棄物を出さない循環型社会、
産業構造への転換が求められている。同時に、従来、畜
産物から得られていた種々の健康食品、医薬品、食品添
加物の代替として水産物にかけられる期待の声は大き
い。従来から、有価物の回収は行われてきたが、複雑な
化学プロセスや煩雑な手順を必要とした。また、処理後
の残渣の利用ははかばかしくなく、有価物の回収は新た
な廃棄物を生む結果ともなりえるものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来技術の問題点を抜本的に解決することを課題として
なされたものであって、バイオマスを常圧過熱水蒸気に
接触させ、水溶性工業原料を生成・分離回収すると同時
に、残渣の燃焼によって自らのプロセス駆動エネルギー
を得る可搬式過熱水蒸気バイオマス工業原料化プロセス
を提供することを目的とし、更に、地域で発生する未利
用バイオマスから地域に需要が見込まれる工業原料を製
造するシステムを提供することを目的とする。また、本
発明は、常圧の過熱水蒸気に水産廃棄物を暴露し、機能
物質の回収や残渣の回収・燃料化によるエネルギー回収
のプロセスを提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、以下の技術的手段から構成される。（１）未利用バイオマスを飽和水蒸気で蒸煮した後、原
料を過熱水蒸気で処理して、炭化物と気化物に変換し、
（ａ）抽出成分を工業原料として利用する、（ｂ）気化
物を凝縮して凝縮物として回収する、（ｃ）炭化物を冷
却して土壌改良剤とする、（ｄ）炭化物をガス化して生
成燃料ガスとする、ことを特徴とする未利用バイオマス
の工業原料化方法。（２）水産廃棄物を飽和水蒸気で蒸煮した後、原料を過
熱水蒸気で処理して、炭化物と気化物に変換し、（ａ）
抽出成分を工業原料として利用する、（ｂ）気化物を凝
縮して抽出物に変換する、（ｃ）液体・油を冷却して工
業原料として回収する、（ｄ）固形物を冷却してフィツ
シュミールとする、（ｅ）炭化物をガス化して生成ガス
燃料とする、ことを特徴とする水産廃棄物の工業原料化
方法。（３）ボイラー、蒸気過熱器、攪拌式焼成機、凝縮機冷
却機及びガス化炉を具備した過熱水蒸気バイオマス・水
産物反応装置であって、バイオマス・水産廃棄物の原料
を、ボイラー及び蒸気過熱器で生成させた過熱水蒸気を
通気した攪拌式焼成機に投入し、飽和水蒸気蒸煮、過熱
水蒸気反応により、原料を炭化物と気化物に変換し、気
化物を凝縮機で凝縮し、液体・油、炭化物又は固形物を
冷却し、炭化物をガス化炉でガス化して上記バイオマス
・水産廃棄物をゼロエミッションで工業原料化するよう
にしたことを特徴とする上記反応装置。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に、本発明について更に詳細に
説明する。本発明は、物質変換技術に係るものであり、
本発明の方法は、商品価値がないゆえに廃棄されている
廃棄物を有価物に変換する技術として用いられる。例え
ば、メタン発酵、エタノール発酵は、エネルギーを取り
出すための技術であるので、物質変換技術ではない。例
えば、コンポスト化は廃棄物を堆肥にする生物的物質変
換技術と言えるが、本発明は、廃棄物を工業原料にする
物理的物質変換技術と言える。

【０００８】飽和水蒸気は１００℃で１気圧であるが、
常圧過熱水蒸気は、１気圧（常圧）を保ったまま外部か
ら熱を加えて５００−１０００℃に加熱した水蒸気で、
開放系で流通させるのが一般的な使い方である。これに
対して、密閉系で常に飽和蒸気圧に保ったまま温度を上
げることも可能であるが、その場合は数十気圧の耐圧容
器・配管等が必要になる。従って、設備面では使いやす
い一面を有している。通常の気体としての対流伝熱、水
の大きな蒸発潜熱を伴う凝縮伝熱、更には輻射率の高い
ことに起因する放射伝熱の全ての伝熱機構が機能するこ
とから、広く伝熱媒体として利用されている。また、還
元状態で高温までの伝熱が可能なことから、特に還元条
件下の乾燥に好まれる。本発明においては、十分に濡れ
た（組織の内部全体が水で満たされている状態）バイオ
マスに接触させることにより、乾燥状態（細孔に相対蒸
気圧に平衡な量の水が凝縮しているだけの状態）に至る
過程における液相加水分解、及び乾燥後の気相加水分解
によって糖類・フルフラール類が生成する。

【０００９】フルフラール等の工業原料バイオマスは、セルロース、ヘミセルロース、リグニン
で構成されると考えてよい。水分共存下で昇温すると、
セルロールが加水分解されてグルコースなどのＣ６糖
類、それらのオリゴ糖類、これらが脱水素されて５ヒド
ロキシメチルフルフラール（５ＨＭＦ）、更にこれが酸
化されて酢酸糖の有機酸に変換される。一方、ヘミセル
ロースは加水分解されて、ザイロースなどのＣ５糖類、
それらのオリゴ糖類、これらが脱水素されてフルフラー
ル、更にこれが酸化されて酢酸糖の有機酸に変換され
る。リグニンは一部可溶化されるもののほとんどが次項
に述べる残渣として固体のまま残る。

【００１０】これらのバイオマス起源の物質は、例え
ば、糖類から合成洗剤の機能代替品、フルフラールから
ＰＥＴの機能代替品、リグニンから合成接着剤の機能代
替品を合成することが可能であり、新しい工業原料とし
て期待される。また、残渣は、いわゆる炭と無機物が可
溶化せず固体のまま残る。これは、炭素として工業原料
化することも可能であり、また、燃焼によってエネルギ
ーに変換することも可能である。

【００１１】期待される効果として、バイオマスを基盤
とする地域完全循環型社会への移行を世界に先駆けて提
示することとなり、このことは国際的な提案に発展する
可能性がある。バイオマスから従来の石油化学工業にお
ける基幹化学物質を製造して従来の石油化学製品を提供
しようとする「原料転換」ではなく、石油化学製品で提
供されている「機能を代替」する新しい媒体を新規に合
成しようという提案であることから、新しい化学工業の
創生につながる。廃棄物処理という概念が払拭され、処
理産業の高付加価値化を生み地方に新しい産業と雇用を
創出する。本発明の成果単独でも、可搬式過熱水蒸気も
みがら・稲わら工業原料化装置等として商品化が可能で
あり、商品としての新規性・優位性がある。

【００１２】更に、様々なバイオマス（木くず、もみが
らなど）を様々な条件（バイオマスの粒径、含水率、含
水のｐＨ、過熱水蒸気の温度、流速、両者の接触時間な
ど）で反応させ、凝縮液中、排気中、残渣（炭化物）中
の生成物を分析し、工業原料となる物質の生成素反応を
提供することができる。反応データを反応速度式で記述
し装置設計に必要な数値解析等を行うことで、過熱水蒸
気−固体間の伝熱、多孔質固体内部における水分の移
動、セルロース類の液相加水分解や熱分解、揮発性ガス
の生成と移動などを理想化・簡素化を大胆に導入して数
理モデル化することができる。可搬式過熱水蒸気バイオ
マス工業原料化プロセスの設計として有用である。

【００１３】また、本発明のプロセスでは、地域から回
収された水産物を細かな分別をすることなく、常圧の過
熱水蒸気に暴露し設定温度の違いだけで回収や濃縮を行
うものである。雑ぱくに集積される廃棄物がほぼそのま
ま処理可能であることは、現場ニーズにマッチしたもの
である。また、処理物はそのまま有用な燃料となり特に
追加の加工などを必須とせず、また腐敗等二次影響がな
い点優れている。また、本発明のプロセスでは、蒸気の
溶存酸素が低く抑えられる特徴があり、回収途中での劣
化が抑えられる利点もある。装置面では、すでに水産、
食料品の加工に適用されているものであり、問題がな
い。設定温度の最適化、回収物の評価、各種廃棄物によ
る回収物の相違、生成残渣の特性の把握を適宜行うこと
ができる。

【００１４】本発明により、水産廃棄物を基盤とする地
域循環型社会の基盤となる技術を提供することができ
る。これによって、脆弱な経営基盤の多い水産現場の体
力を増し、地域社会に貢献できるものと考えられる。水
産廃棄物という観念を払拭し、高付加価値の機能食品や
医薬品への展開が望まれる。また、廃棄物からのエネル
ギー資源の生成は、地域分散型発電などの世情ニーズに
マッチしたものである。これによって、水産を機軸に、
医薬・食料、エネルギーといった、我が国の２１世紀の
基盤産業の地方でのリンケイジが可能となる。

【００１５】次に、図面に基づいて本発明を具体的に説
明する。本発明では、例えば、常圧密閉形パドル攪拌式
焼成機３に高温（２００〜３５０℃）の過熱水蒸気を通
気し、機内のバイオマスをその還元作用を利用して還元
性雰囲気下で乾燥炭化させ、その過程で気化して出てく
る気化物は過熱水蒸気と共に全て凝縮機４で回収する。
過熱水蒸気は、例えば、電気ボイラー１で発生した飽和
蒸気を上記過熱器（電気ヒーター）２で加熱し、過熱水
蒸気として焼成機３に送られる。焼成機３の攪拌羽は、
正転、逆転の切り換え、回転速度の可変により、焼成時
間を調整することができる、焼成機３は、好適には、例
えば、３室に仕切られており、ボイラー１、蒸気過熱機
２、凝縮機４を各３セット設置し、各々温度設定できる
ように設定される。次に、動作について説明する。焼
成機出口弁を開とし、機内過熱水蒸気を排出後、入口弁
を開け、原料を原料投入機５より原料移送装置６により
搬入する。原料投入後、入口弁、出口弁の順に閉じ、攪
拌機を正回転で原料を焼成機中央に移送する。焼成は、
正転、逆転を繰り返して同一場所で攪拌状態とし、焼成
時間を調節する。焼成が終了したとき、蒸気過熱器の各
スイッチをＯＦＦとし、出入口弁を開として、機内を常
圧とする。攪拌機を正回転に切り換え製品を排出する。

【００１６】次に、未利用バイオマス・水産廃棄物の工
業原料化の方法について説明する。原料を、伐採・刈取
り、破砕、膨化爆砕、空送、サイロ保管の工程を経て、
飽和水蒸気蒸煮機で水分の共存下で昇温して、成分抽出
を行う。バイオマスの成分抽出により、抽出物としてセ
ルロース、糖類、フルフラール類、リグニンを調製す
る。これらは、例えば、発泡スチロール、合成洗剤、ペ
ットボトル、合成接着剤に変換される。次いで、これを
過熱水蒸気（２００〜３５０℃）を通気した焼成機に投
入し、炭化物が気化物に変換する。気化物は、凝縮機で
凝縮して再利用される。炭化物の一部は、冷却し、土壌
改良剤とし、炭化物の一部はガス化炉でガス化し、コ・
ジェネレーション発電用の燃料として利用される（図
１）。

【００１７】一方、水産廃棄物は、例えば、大型魚廃材
（マグロ等）、小型魚（鰯・鰺等）の原料をクラッシン
グし、飽和水蒸気蒸煮機に投入し、気化物、液体・油、
固形物及び炭化物に変換し、気化物を凝縮機で凝縮して
コラーゲン等を抽出し、液体・油を冷却してステックウ
ォーター、ＥＰＡ、ＤＨＡを抽出し、固形物を冷却して
フィツシュミールを抽出し、炭化物をガス化炉でガス化
してコ・ジェネレーション発電用の燃料に変換する（図
２）。

【００１８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、未利用
バイオマス・水産廃棄物ゼロエミッション方法及びその
装置に係るものであり、本発明により、１）未利用バイ
オマスの工業原料化が実現できる、２）水産物のゼロエ
ミッションによる再資源化が可能となる、３）バイオマ
スを新しい高付加価値製品へ変換することができる、
４）水産廃棄物を、高付加価値の機能性食品や医薬品原
料として利用する技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】過熱水蒸気により未利用バイオマスの工業原料
化を示す説明図である。

【図２】水産物ゼロエミッションを示す説明図である。

【図３】装置を示す。

【符号の説明】

１ボイラー２蒸気過熱器３焼成機４凝縮機５原料投入機６原料移送装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】未利用バイオマスを飽和水蒸気で蒸煮し
た後、原料を過熱水蒸気で処理して、炭化物と気化物に
変換し、（１）抽出成分を工業原料として利用する、
（２）気化物を凝縮して凝縮物として回収する、（３）
炭化物を冷却して土壌改良剤とする、（４）炭化物をガ
ス化して生成燃料ガスとする、ことを特徴とする未利用
バイオマスの工業原料化方法。
【請求項２】水産廃棄物を飽和水蒸気で蒸煮した後、
原料を過熱水蒸気で処理して、炭化物と気化物に変換
し、（１）抽出成分を工業原料として利用する、（２）
気化物を凝縮して抽出物に変換する、（３）液体・油を
冷却して工業原料として回収する、（４）固形物を冷却
してフィツシュミールとする、（５）炭化物をガス化し
て生成ガス燃料とする、ことを特徴とする水産廃棄物の
工業原料化方法。
【請求項３】ボイラー、蒸気過熱器、攪拌式焼成機、
凝縮機冷却機及びガス化炉を具備した過熱水蒸気バイオ
マス・水産物反応装置であって、バイオマス・水産廃棄
物の原料を、ボイラー及び蒸気過熱器で生成させた過熱
水蒸気を通気した攪拌式焼成機に投入し、飽和水蒸気蒸
煮、過熱水蒸気反応により、原料を炭化物と気化物に変
換し、気化物を凝縮機で凝縮し、液体・油、炭化物又は
固形物を冷却し、炭化物をガス化炉でガス化して上記バ
イオマス・水産廃棄物をゼロエミッションで工業原料化
するようにしたことを特徴とする上記反応装置。