JP2005232336A

JP2005232336A - ポリ乳酸系生分解性プラスチックの可溶化方法

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Publication number: JP2005232336A
Application number: JP2004043905A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kono; 孝志河野; Katsushi Wada; 克士和田; Kenichi Shishida; 健一宍田
Original assignee: Takuma Co Ltd
Current assignee: Takuma Co Ltd
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2005-09-02
Anticipated expiration: 2024-02-20
Also published as: JP4231801B2

Abstract

【課題】ポリ乳酸系生分解性プラスチックを可溶化する方法を提供すること。
【解決手段】本発明のポリ乳酸系生分解性プラスチックの可溶化方法は、ポリ乳酸系生分解性プラスチックとメタン発酵後の排水とを混合する工程を含む。ここで用いられるメタン発酵後の排水は、ポリ乳酸系生分解性プラスチックの嫌気発酵後の排水であってもよい。さらに本発明は、ポリ乳酸系生分解性プラスチックからのエネルギー回収方法を提供し、この方法は、上記の可溶化方法によりポリ乳酸系生分解性プラスチックを可溶化して、ポリ乳酸系生分解性プラスチック溶解液を得る工程；および該溶解液を、５０℃から６０℃の温度および嫌気状態でメタン発酵させて、発生したバイオガスを回収する工程を含む。ポリ乳酸系生分解性プラスチック溶解液は、有機性廃棄物と混合してメタン発酵に供してもよい。
【選択図】なし

Description

本発明は、ポリ乳酸系生分解性プラスチックを可溶化する方法に関する。より詳細には、ポリ乳酸系生分解性プラスチックを可溶化し、エネルギーとしてメタンを含むバイオガスを回収する方法に関する。

生分解性プラスチックは、地球環境にやさしい素材として、世界的に注目されている。生分解性プラスチックとは、微生物による分解が可能なプラスチックであり、例えばＪＩＳやＩＳＯなどの試験法によって、分解することが確認されたものをいう。現在、生分解性プラスチックは、約10％が生ごみ回収袋などの包装資材向けとして製造されていると推定される。そのため、生ごみなどと一緒にコンポスト化またはバイオガス化することが可能であるという特性を利用して、食品リサイクル法に基づく食品廃棄物の再資源化にあたり、食品容器や包装資材としての需要が期待されている。

生分解性プラスチックを処理する方法は、種々検討されている。例えば、生分解性プラスチック袋で収集された生ごみと生分解性プラスチック袋とを分別し、分別後の生分解性プラスチック袋を主体とする原料を好気性発酵処理して堆肥化する方法が報告されている（特許文献１）。また、生分解性プラスチックと有機性廃棄物とを混合して好気性発酵を行い、コンポスト化する方法も報告されている（特許文献２および３）。

生分解性プラスチックは化石燃料を使用しないバイオ資源であるため、生分解性プラスチックを生ごみなどと一緒にコンポスト化する場合、地表上の二酸化炭素を増加させないとカウントされている。しかし、その分解過程で空気を必要とし、空気を供給するために電力も必要とする。したがって、地球のサイクルの中では必要な電力分の二酸化炭素を増加させることになる。

生分解性プラスチックを生ごみなどと一緒にバイオガス化するシステムは、現在一般的ではない。それは、バイオガス化プラントでは、プラスチックなどを異物として除去処理するためである。例えば、固形有機性廃棄物中のプラスチック類などをスクリーンによって予め除去して、有機性廃棄物のみをメタン発酵させる方法が報告されている（特許文献４）。このように、生分解性プラスチックから微生物によりエネルギーを回収するシステムは、ほとんど実用化されていない。

ポリ乳酸を素材とする生分解性プラスチックは、医療、製剤、環境などの分野で広く利用されている。ポリ乳酸はデンプンなどの農作物から作られ、好気条件下での分解過程で二酸化炭素と水とに変換される。例えば、特許文献２には、ポリ乳酸が、好気条件下で有機性廃棄物とともにコンポスト化できる生分解性プラスチック製品の原料として有効であることが記載されている。一方、ポリ乳酸は、嫌気条件下で、メタン発酵によりメタンと二酸化炭素とに変換され得るが、ＩＳＯ１５９８５による嫌気性分解試験では、他の生分解性プラスチックと比較して、嫌気性分解効率はあまりよくない（非特許文献１）。また、ポリ乳酸は、一般的には、嫌気性分解に適しているとは認識されていない（非特許文献２）。そのため、ポリ乳酸系生分解性プラスチックからエネルギーを回収するシステムは、全く検討されていない。
特開２００１−２０５２３３号公報特開２００１−２６９６５２号公報特開平９−２４９４７５号公報特開２００２−８６１１１号公報グリーンプラジャーナル，２００３年１０月１日号，２２−２４頁平成１３年度調査報告書５１４０１１５７−０，「地球温暖化対策技術開発に関する調査生分解性プラスチックの腐朽に関する調査研究」，新エネルギー・産業技術総合開発機構，平成１４年３月，７６頁

本発明の目的は、廃棄されたポリ乳酸系生分解性プラスチックを効率よく処理するための方法を提供することである。

本発明は、ポリ乳酸系生分解性プラスチックとメタン発酵後の排水とを混合する工程を含む、ポリ乳酸系生分解性プラスチックの可溶化方法を提供する。

好適な実施態様では、上記メタン発酵後の排水は、ポリ乳酸系生分解性プラスチックの嫌気発酵後の排水である。

本発明はまた、ポリ乳酸系生分解性プラスチックからのエネルギー回収方法を提供し、この方法は、
上記の可溶化方法によりポリ乳酸系生分解性プラスチックを可溶化して、ポリ乳酸系生分解性プラスチック溶解液を得る工程；および
該溶解液を、５０℃から６０℃の温度および嫌気状態でメタン発酵させて、発生したバイオガスを回収する工程；
を含む。

好適な実施態様では、上記方法は、上記メタン発酵が行われた後の残渣を固液分離し、メタン発酵後の排水を得る工程、をさらに含み、
該メタン発酵後の排水は、上記ポリ乳酸系生分解性プラスチックの可溶化方法に利用される。

本発明はまた、ポリ乳酸系生分解性プラスチックからのエネルギー回収方法を提供し、この方法は、
上記の可溶化方法によりポリ乳酸系生分解性プラスチックを可溶化して、ポリ乳酸系生分解性プラスチック溶解液を得る工程；
該溶解液と有機性廃棄物とを混合する工程；および
該混合物を、５０℃から６０℃の温度および嫌気状態でメタン発酵させて、発生したバイオガスを回収する工程；
を含む。

好適な実施態様では、上記方法は、上記メタン発酵が行われた後の残渣を固液分離し、メタン発酵後の排水を得る工程、をさらに含み、
該メタン発酵後の排水は、上記ポリ乳酸系生分解性プラスチックの可溶化方法に、または上記混合する工程における水量の調整のために利用される。

本発明はさらに、ポリ乳酸系生分解性プラスチックと不溶性のプラスチックとを分離する方法を提供し、この方法は、
上記の可溶化方法によりポリ乳酸系生分解性プラスチックを可溶化して、ポリ乳酸系生分解性プラスチック溶解液を得る工程；および
該溶解液と該不溶性のプラスチックとを分離する工程；
を含む。

本発明の方法によれば、ポリ乳酸系生分解性プラスチックを容易に可溶化することができ、得られるポリ乳酸系生分解性プラスチック溶解液（以下、単に「溶解液」という場合がある）から効率よくエネルギーを回収することが可能である。例えば、溶解液を有機性廃棄物と混合してメタン発酵させることにより、エネルギー回収効率がさらに上昇する。さらに、本発明の方法においては、ポリ乳酸系生分解性プラスチックをメタン発酵させた後の排水を用いて、再度ポリ乳酸系生分解性プラスチックを可溶化することができる。

本発明において「ポリ乳酸系生分解性プラスチック」とは、ポリ乳酸を主成分とする生分解性の樹脂および該樹脂で形成された製品をいう。ポリ乳酸系生分解性プラスチックで形成される製品の例としては、フィルム、シート、袋、紐、箱、化粧品の容器、食器類（箸、スプーン、フォーク、皿など）が挙げられる。

本発明の方法において、ポリ乳酸系生分解性プラスチックを可溶化する場合、製品の形状を保持したままでもよいが、予め破砕しておくことが好ましい。メタン発酵後の排水との接触面積を大きくできる点で、ポリ乳酸系生分解性プラスチックの破砕粒度は小さい方が好ましく、３０ｍｍ角以下がより好ましい。

本発明において「メタン発酵後の排水」とは、メタン発酵が行われた後の残渣について固液分離を行って得られる液体をいう。この排水は、一般的に、ｐＨが約８であり、窒素含量が比較的多く、そして有機酸含量が比較的少ないという特徴がある。固液分離は、どのような手段で行ってもよく、このような手段としては、スクリュウプレスフィルターなどによる濾過、遠心分離などが挙げられる。

ここで「メタン発酵」とは、基質およびメタン生成菌の存在下で嫌気条件にて行われる発酵である。「メタン生成菌」とは、嫌気条件下で最終的な代謝産物としてメタンを生成する微生物をいう。このような微生物としては、単離された、既知のメタン発酵能を有する微生物、あるいは、有機性廃棄物中に生息し、水素生産能力を有する微生物（混合微生物、微生物フローラ）が挙げられる。有機性廃棄物中に生息するメタン生成菌としては、メタノコッカス（Methanococcus）属、メタノバクテリウム（Methanobacterium）属、メタノサルシナ（Methanosarcina）属などに属する微生物が挙げられるが、これらに制限されない。ただし、本発明においてメタン発酵に使用され得るメタン生成菌は、５０℃以上の高温に耐性であることが好ましい。有機性廃棄物中のメタン生成菌は、馴養することにより得られる。メタン生成菌は、有機性廃棄物の種類（成分）に応じて、適宜選択することができ、組合せて使用してもよい。メタン生成菌は、例えば、嫌気性汚泥中に多く含まれるため、嫌気性汚泥自体をメタン生成菌として使用し得る。

「メタン発酵後の排水」を得るために行われる「メタン発酵」は、どのような基質に対して行われたものであってもよく、そしてメタン発酵の基質は、メタン発酵により分解可能な物質を含むものであれば特に限定されない。メタン発酵により分解可能な物質としては、例えば、ポリ乳酸系生分解性プラスチック、有機性廃棄物、これらの混合物が挙げられる。本発明においては、ポリ乳酸系生分解性プラスチック、およびポリ乳酸系生分解性プラスチックと有機性廃棄物との混合物が好ましい。ここで「有機性廃棄物」とは、炭水化物、タンパク質、および脂質を主とする有機性の廃棄物であり、微生物で分解できるものであれば特に限定されない。例えば、家庭やレストランなどから排出される厨芥類（いわゆる生ごみ）、食品加工場などから排出される加工残渣、農産廃棄物、家畜糞尿、下水汚泥などが挙げられる。

本発明のポリ乳酸系生分解性プラスチックの可溶化方法においては、ポリ乳酸系生分解性プラスチックと上記メタン発酵後の排水とを、例えば、可溶化槽内で混合する。これらの混合比は特に限定されない。ポリ乳酸系生分解性プラスチックの一部、好ましくは全体が、排水に浸漬し得る程度の量をポリ乳酸系生分解性プラスチックに加えることが好ましい。この混合物は、攪拌されることが好ましく、可溶化槽には、攪拌手段（例えば、回転翼、振盪装置など）が設けられ得る。また、可溶化する場合の温度は、特に限定されないが、通常、室温から高温（約５０〜６０℃）、好ましくは約５０〜６０℃、およびより好ましくは約５５℃以上であり得る。可溶化に要する時間は、温度などの条件によって異なる。例えば、３０ｍｍ以下の大きさに破砕したポリ乳酸系生分解性プラスチックを排水の約１〜５重量％の割合で含む混合物を、嫌気条件下で攪拌しながら約５５℃にて行う場合は、約１０日で溶解し、約１４〜２２日で完全に消滅し得る。

このような可溶化操作によって得られるポリ乳酸系生分解性プラスチック溶解液は、完全にまたはある程度まで分解された乳酸、オリゴ乳酸、またはポリ乳酸が多く含まれる。この溶解液を単独で用いてメタン発酵させることができるが、メタン生成菌の基質となり得る有機性廃棄物とともにメタン発酵させることが好ましい。このとき混合される有機性廃棄物が固形の場合、適度に破砕されていることが好ましい。ポリ乳酸系生分解性プラスチック溶解液と有機性廃棄物とは、任意の割合で混合され得る。有機性廃棄物に溶解液を加える場合、有機性廃棄物の一部、好ましくは全体が、溶解液に浸漬し得る程度の量であれば、溶解液の添加量は特に限定されない。液量の調整には、水または上記メタン発酵後の排水を添加してもよい。

液量が調整されたポリ乳酸系生分解性プラスチック溶解液と有機性廃棄物との混合物は、例えば、メタン発酵槽へ供給される。メタン発酵槽は、上記混合物を収納して嫌気状態を維持できる発酵槽であり、好ましくは５０℃から６０℃の温度を保持する手段、供給された混合物を攪拌するための手段、および発生したバイオガスを回収する手段を備える。メタン発酵槽の容積は、供給された混合物が十分に攪拌され得る容積であればよい。５０℃から６０℃の温度を保持する手段としては、発酵槽内を加温できる湯水や蒸気または伝熱ヒーターなどが挙げられる。攪拌手段は、メタン生成菌とその基質との接触面積を大きくする目的で設けられ、混合物が十分に攪拌できるものであればよい。このような手段としては、具体的には、回転モータの回転軸に攪拌翼が設けられた装置、発酵槽全体を振盪するための振盪装置などが挙げられる。

本発明の方法において、嫌気発酵は、５０℃から６０℃、好ましくは約５５℃の温度で攪拌しながら行われる。嫌気発酵を行う時間は、供給された混合物の量および混合比などによって異なるが、バッチ式で発酵を行う場合、好ましくは２５〜４０日間、より好ましくは少なくとも３０日間行われる。連続式で発酵を行う場合も、混合物の滞留時間が少なくとも３０日間となるように、混合物の供給および排出速度を調節することが好ましい。また、攪拌速度も、供給された混合物の量および混合比などによって異なり、特に限定されない。このように嫌気発酵を行うことによって、バイオガスが発生する。

本発明において「バイオガス」とは、嫌気発酵による生分解によって発生する気体をいう。本発明において、バイオガスの成分は、主としてメタンおよび二酸化炭素を含み、好適にはメタンガス濃度は５０％以上である。発生したバイオガスは、発酵槽から回収されて、そのままあるいは精製した後、エネルギーとして利用され得る。

発酵終了後、水分あるいはセルロースやリグニンなどのメタン発酵の基質として使用されにくい固形物が発酵槽内に残る。そこで、このような発酵槽内にある残渣を回収して固液分離を行う。固液分離は、好ましくは固液分離装置を用いて行われ、このような装置としては、例えば、スクリュウプレスフィルター、遠心分離機、などが挙げられる。このような分離によって、固形物からなる残渣物とメタン発酵後の排水とに分離される。固形物は、そのまま埋め立て用にまたはコンポスト化などの処理に供され得る。

メタン発酵後の排水は、上記のように、ポリ乳酸系生分解性プラスチックを可溶化するため利用され得る。メタン発酵前の液量の調整水として利用してもよく、液肥としても利用できる。あるいはそのまま廃棄してもよい。再利用する場合、排水中のアンモニア濃度がメタン発酵を阻害するような濃度（例えば、２０００〜３０００mg/L、好ましくは２５００mg/L）である場合は、一旦硝化脱窒素処理した後に可溶化に利用してもよい。メタン発酵によって生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）が低下するため、メタン発酵後の排水中のアンモニアを微生物を用いて硝化脱窒素処理するために必要なＢＯＤ値に満たない場合がある。この場合、分解した乳酸を豊富に含むポリ乳酸系生分解性プラスチック溶解液を少量添加してもよい。

このようにして、ポリ乳酸系生分解性プラスチックは、可溶化され得、単独であるいは有機性廃棄物とともに嫌気発酵によって分解され得、エネルギーとして有用なバイオガスを効率的に発生し得る。特に、ポリ乳酸系生分解性プラスチックは、ほぼ１００％が分解されてバイオガスに変換され得る。

ポリ乳酸系生分解性プラスチックが他のプラスチックやガラスなどと混在している場合、上記の可溶化工程でポリ乳酸系生分解性プラスチックのみを溶解することによって、他の不溶性のプラスチック類を分離・回収することができる。

（実施例１：ポリ乳酸系生分解性プラスチック袋の可溶化）
ポリ乳酸系生分解性プラスチック袋の可溶化効果を確認するために、メタン発酵後、固液分離して得られる濾液の性状、プラスチック袋と濾液との投入比率、ならびに攪拌速度の影響について検討した。

使用したポリ乳酸系生分解性プラスチック袋は、ポリ乳酸を主成分とする樹脂からなり、この袋を１０ｃｍ角程度の大きさに切断した。

メタン発酵後の排水としては、生ごみの高温メタン発酵を行っているプラントから入手した嫌気発酵後に固液分離して得た濾液を、ドッグフード（商品名：ビタワンシニア期犬用、日本ペットフード社製）を基質として長期連続培養したもの（以下、嫌気性汚泥という）を用いた。この嫌気性汚泥からは、メタン濃度が約60％のバイオガスが発生することを確認した。嫌気性汚泥には、菌体、有機酸、アンモニア、酵素など、種々の成分が含まれていると考えられる。菌体および酵素の影響を排除するために、上記嫌気性汚泥をオートクレーブ処理した、滅菌嫌気性汚泥も調製した。

500mLの三角フラスコに、前記１０ｃｍ角程度に切断したポリ乳酸系生分解性プラスチック袋および嫌気性汚泥、滅菌嫌気性汚泥または水を、以下の表１に記載の割合で投入し、５５℃にて嫌気状態で120rpmまたは60rpmの速度で振盪し、三角フラスコ内の袋の形状および液体の状態の経日変化を目視によって観察した（実験１〜１０）。これらの実験結果を、表１にまとめて示す。

ポリ乳酸系生分解性プラスチック袋は、嫌気性汚泥を用いた場合、実験開始から５日目位から、袋が白色となり、７〜１２日目頃に袋の一部が崩壊を開始し、これに伴って、袋全体が崩壊を始め、バラバラとなった。攪拌強度が強いほど、崩壊時間は早くなる傾向にあった。この間、嫌気性汚泥の色は、メタン発酵特有の黒色からクリーム色へと変化した。また、菌体および酵素を失活させた滅菌嫌気性汚泥を用いた場合、滅菌しない場合とほぼ同等の速度で袋が消滅した。このことから、ポリ乳酸系生分解性プラスチック袋の溶解は、嫌気性汚泥中の菌体や酵素の関与によるものではないことがわかる。水（５５℃の温水）のみを用いた場合は、１４日目頃に袋が崩壊を開始した。また、それぞれの液で実験終了後のｐＨを測定すると、ｐＨは４．５以下の酸性であり、その液を分析すると、乳酸が主成分であることが確認できた。

（実施例２：ポリ乳酸系生分解性プラスチックの嫌気発酵特性の検討）
ポリ乳酸系生分解性プラスチックと有機性廃棄物とを混合した場合の、嫌気発酵によるバイオガスの発生量およびメタン濃度について検討した。

ポリ乳酸系生分解性プラスチックとして、ポリ乳酸を主成分とする樹脂からなるポリ乳酸ビーズ（発泡前）およびその発泡体（非成形）を用いた。メタン発酵後の排水として嫌気性汚泥を用い、そして有機性廃棄物としてドッグフードを用いた。これらは、それぞれ上記実施例１と同様のものを用いた。ドッグフードは、標準的な生ごみと比較して、固形物濃度は異なるが、その他の成分の比率が類似しており、そして嫌気発酵特性が把握されているという理由のため、微生物の基質として使用した。これらの固形分濃度、有機物濃度、Ｃ濃度、およびＳ濃度の実験開始前の分析値を、以下の表２に示す。

120mLのバイアル瓶に、60mLの嫌気性汚泥を入れ、次いでドッグフードおよび／またはポリ乳酸系生分解性プラスチックを、以下の表３に記載の量で入れた。バイアル瓶内を嫌気状態にするために、気相部を窒素置換し、置換後すばやくブチルゴム栓で蓋をしてアルミキャップで密閉した。密閉したバイアル瓶を、５５℃に保持した恒温振盪機（振盪速度：80rpm）に設置し、初期の気相の膨張によるガス量への影響をなくすため、設置約３０分後に注射器にてガス抜きを行い、この時点を開始時とした。一定時間毎のガス量を測定し、そのガス濃度（ＣＨ_４、ＣＯ_２、およびＨ_２）を分析した。ガス量は、バイアル瓶にガラスシリンジ注射器を差し込み、平衡となった時点でのシリンジの目盛を読み取った。ガス濃度は、ＴＣＤガスクロマトグラフによって測定した。４８日目まで測定を行った。

実験Ａ〜Ｄにおける時間毎の累積ガス発生量および累積メタンガス発生量を示すグラフをそれぞれ図１および２に示す。ブランクとして行った実験Ａにおいても、嫌気性汚泥に由来すると思われるガスの発生が見られたため、それぞれのガス量からブランクの値を差し引いた場合の累積ガス発生量および累積メタンガス発生量を、それぞれ図３および４に示す。

比較のために行ったドッグフードのみを嫌気発酵した実験Ｂでは、約５日でガスの発生がほぼ終了した。ガスの発生量は、投入量に応じて増加しており、実験Ｂ−１およびＢ−２におけるドッグフードあたりのガス発生量は、それぞれ０．６６mL/mgおよび０．６７mL/mgであった。一般的に、生ごみの固形物濃度は２０〜２５％であり、１トンあたりのバイオガス発生量は１５０〜１８０ｍ^３といわれている。ドッグフードの固形物濃度を２０％として換算すると、ガス発生量は約１３８ｍ^３となる。ドッグフードは脂質含量が少ないため、ガス発生量はやや小さい値であるが、生ごみの代わりに実験に使用できることが確認できた。

ポリ乳酸系生分解性プラスチックのみを嫌気発酵した実験Ｃでは、実験開始直後はガス発生量が少なく、約１０日目以降にガス発生速度が大きくなり、ガス発生の終了まで約３０〜４０日かかった。また、ガス発生量は投入量に応じて増加しており、実験Ｃ−１およびＣ−２におけるプラスチック発泡体あたりのガス発生量は、それぞれ０．８９mL/mgおよび０．９０mL/mgであった。この量は、分子量および炭素量を考慮すると、他の有機酸（例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸）から発生するバイオガス量とほぼ同等の発生量である。

ポリ乳酸系生分解性プラスチックとドッグフードとの混合物を嫌気発酵させた実験Ｄでは、実験開始５日目までガス発生量が多く、その後１０日目くらいまでは、ガス発生速度が低下し、１０日目以降、再度ガス発生速度が上昇し、約３０〜４０日でガスの発生がほぼ終了した。１０日目以降のガス発生量の増加は、プラスチックの投入量が多いほど大きくなっていた。これは、５日目まではドックフードの嫌気発酵によりガス発生量が増加し、１０日目まではそれと並行してプラスチックが徐々に可溶化し、そして１０日目以降は可溶化したプラスチックが嫌気発酵してガス発生量が増加したためと考えられる。したがって、予めポリ乳酸系生分解性プラスチックを可溶化してドッグフードと混合すれば、より早くガス発生を終了させることができると予想される。

実験Ｄのうち実験Ｄ−１およびＤ−２において、プラスチックの形状の違いによる嫌気発酵について検討した。これらの実験の結果を、ブランクの実験Ａの結果とともに図５に示す。発泡体（Ｄ−１）および発泡前のビーズ（Ｄ−２）のいずれも、バイオガスの発生量および発生速度はほぼ同じであり、プラスチックの形状による違いはなかった。

次に、実験Ｄにおけるポリ乳酸系生分解性プラスチックからの正味のバイオガス発生量を、以下の式により求めた。

上記式において、ドッグフードのバイオガス発生ポテンシャルは、実験Ｂ−１およびＢ−２のドッグフードからのバイオガス発生量の平均値（０．６６５mL/mg）を用いた。実験Ｄにおける生分解性プラスチックの投入量と上記式より求めたバイオガスの発生量の関係を図６に示す。図６には、実験Ｃの結果も併せて示す。

図６から明らかなように、生分解性プラスチック投入量の増加とともにバイオガス生成量も増加しており、生分解性プラスチックが嫌気発酵してバイオガスが発生していることがわかる。このグラフの傾きから、生分解性プラスチックの投入量１mgあたりのバイオガス発生量は０．９２mLであり、メタンガス発生量は０．５０mLであり、そしてメタンガスの平均濃度は５４．３％であった。

次に、これらの結果をもとに、生分解性プラスチックの嫌気発酵による炭素収支について計算を行った。計算に用いる値は、次のとおりである：
投入した生分解性プラスチック
量１mg
固形物濃度９５．５％
炭素濃度４９．１％/TS
排出されたバイオガス
バイオガス量０．９２mL
メタンガス濃度５４．３％。

上記値を用いて求めた投入された炭素量の計算値は：
１[mg]×95.5[%]×49.1[%]＝０．４６９[mg]
である。

一方、排出される炭素については、メタンガスおよび二酸化炭素として排出されるとして計算した。メタンガスとしての炭素量は：
0.92[mL]×54.3[%]÷22.4[mL/mmol]×12[mg-C]＝０．２６８[mg]
であり、二酸化炭素として炭素量は：
0.92[mL]×(100−54.3)[%]÷22.4[mL/mmol]×12[mg-C]＝０．２２５[mg]
である。したがって、排出された総炭素量は０．４９３mgである。

これらの結果から、生分解性プラスチックとして投入された炭素は、バイオガスとしてほぼ１００％回収されたことがわかった。なお、同様にして求めたドッグフードからの炭素回収率は、８５．６％であった。ドッグフードには、リグニン、繊維などの分解しにくい物質が含まれているため、すべての炭素を回収することが不可能であり、回収されなかった炭素は残渣中に存在していると思われる。

（実施例３：ポリ乳酸系生分解性プラスチックを焼却する場合および嫌気発酵する場合の発電可能電力量の比較シミュレーション）
ポリ乳酸系生分解性プラスチックを生ごみと混合して焼却する場合および嫌気発酵する場合の発電可能電力量を、以下の条件設定に基づいて比較した。

(i)生ごみと生分解性プラスチック（発泡体：角状）との混合比率の最大値
生ごみ：生分解性プラスチック＝100：１（重量比）
100：100（容積比）
(ii)生ごみの発熱量 1,000または1,500 kcal/kg 設定値
(iii)生ごみの固形分濃度 20％設定値
(iv)生分解性プラスチックの発熱量 4,500 kcal/kg パンフレットより
(v)生ごみからのバイオガス量 0.665 Nm³/kg(TS96.2％時) 上記実験Ｂより
0.207 Nm³/kg(TS30％時)
(vi)生分解性プラスチックからのバイオガス量 0.92 Nm³/kg 上記実施例２より
(vii)バイオガス中のメタンガス濃度 55％設定値
(viii)嫌気発酵施設での発電効率 30％設定値
(ix)焼却施設での発電効率 13％設定値。

(i)の混合比率の最大値の設定は、次のような根拠に基づき行った：生分解性プラスチックを嫌気分解するためには、破砕された生分解性プラスチックが実プラントにおける発酵槽内の液中で汚泥と接触する必要がある。生分解性プラスチック発泡体の破砕粒度は、実プラントにおいては実施例１の実験１および２で用いた３０ｍｍ角が近いと予想され、これが液中に浸かっている条件としては、実験２の条件が適応可能である。したがって、生ごみ：生分解性プラスチック＝100：１（重量比）、すなわち、100：100（容積比）の混合比率の最大値とした。

上記条件設定において、生ごみ１００トンと種々の量の生分解性プラスチックとの混合物を焼却施設または嫌気発酵施設で処理した場合の発電可能電力量を比較した結果を図７および８に示す。図７は、生ごみの発熱量を1,000kcal/kgとした場合、そして図８は、1,500kcal/kgとした場合を示す。また、表４には、発熱量が1,000kcal/kgである生ごみ１００トンと生分解性プラスチック１トンとの混合物を、焼却施設または嫌気発酵施設で処理した場合の発電量を、代表的な例として示す。なお、メタンガスの発熱量は8,560 [kcal/Nm³]、および国際蒸気表カロリーは１[cal_IT]＝4.1868 [J]＝4.1868 [Nm]として計算した。

生ごみの発熱量を1,000kcal/kgとした場合、生分解性プラスチックの燃焼カロリーが比較的低いので（ポリスチレンの約半分）、焼却施設での発電量は低く、嫌気発酵施設で処理したほうが有利であることがわかる。生ごみの発熱量を1,500kcal/kgとした場合は、生分解性プラスチックの投入量が増えるほど、嫌気発酵施設での処理が有利となる。このように、生分解性プラスチックを生ごみと混合して嫌気発酵処理することにより、生分解性プラスチックから効率よくエネルギーを回収することが可能であることが予測される。

本発明によれば、メタン発酵後の排水を利用してポリ乳酸系生分解性プラスチックを容易に可溶化することができる。また、この可溶化液を有機性廃棄物と混合して嫌気発酵させることにより、効率よくバイオガスを発生させることができる。このように、本発明の方法は、廃棄されるべき排水を再利用し、ポリ乳酸系生分解性プラスチックを分解し、しかもエネルギーを回収できるという点で、優れたエネルギー再利用方法である。

実験Ａ〜Ｄにおける時間毎の累積ガス発生量を示すグラフである。実験Ａ〜Ｄにおける時間毎の累積メタンガス発生量を示すグラフである。ブランクを差し引いた実験Ｂ〜Ｄにおける時間毎の累積ガス発生量を示すグラフである。ブランクを差し引いた実験Ｂ〜Ｄにおける時間毎の累積メタンガス発生量を示すグラフである。実験Ａ、Ｄ−１、およびＤ−２における時間毎の累積ガス発生量を示すグラフである。生分解性プラスチックの投入量とバイオガス発生量との関係を示すグラフである。生ごみの発熱量を1,000kcal/kgとした場合の、生ごみ１００トンと種々の量の生分解性プラスチックとの混合物を焼却施設または嫌気発酵施設で処理した場合における発電可能電力量を示すグラフである。生ごみの発熱量を1,500kcal/kgとした場合の、生ごみ１００トンと種々の量の生分解性プラスチックとの混合物を焼却施設または嫌気発酵施設で処理した場合における発電可能電力量を示すグラフである。

Claims

ポリ乳酸系生分解性プラスチックとメタン発酵後の排水とを混合する工程を含む、ポリ乳酸系生分解性プラスチックの可溶化方法。
前記メタン発酵後の排水が、ポリ乳酸系生分解性プラスチックの嫌気発酵後の排水である、請求項１に記載の方法。
ポリ乳酸系生分解性プラスチックからのエネルギー回収方法であって、
請求項１または２に記載の方法によりポリ乳酸系生分解性プラスチックを可溶化して、ポリ乳酸系生分解性プラスチック溶解液を得る工程；および
該溶解液を、５０℃から６０℃の温度および嫌気状態でメタン発酵させて、発生したバイオガスを回収する工程；
を含む、方法。
前記メタン発酵が行われた後の残渣を固液分離し、メタン発酵後の排水を得る工程、をさらに含み、
該メタン発酵後の排水が、請求項１または２に記載のポリ乳酸系生分解性プラスチックの可溶化方法に利用される、請求項３に記載の方法。
ポリ乳酸系生分解性プラスチックからのエネルギー回収方法であって、
請求項１または２に記載の方法によりポリ乳酸系生分解性プラスチックを可溶化して、ポリ乳酸系生分解性プラスチック溶解液を得る工程；
該溶解液と有機性廃棄物とを混合する工程；および
該混合物を、５０℃から６０℃の温度および嫌気状態でメタン発酵させて、発生したバイオガスを回収する工程；
を含む、方法。
前記メタン発酵が行われた後の残渣を固液分離し、メタン発酵後の排水を得る工程、をさらに含み、
該メタン発酵後の排水が、請求項１または２に記載のポリ乳酸系生分解性プラスチックの可溶化方法に、または前記混合する工程における水量の調整のために利用される、請求項５に記載の方法。
ポリ乳酸系生分解性プラスチックと不溶性のプラスチックとを分離する方法であって、
請求項１または２に記載の方法によりポリ乳酸系生分解性プラスチックを可溶化して、ポリ乳酸系生分解性プラスチック溶解液を得る工程；および
該溶解液と該不溶性のプラスチックとを分離する工程；
を含む、方法。