JP2006111480A - 籾がら燃焼灰の高溶解性ケイ酸質肥料化法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 多量に産出されるカーボンニュートラルのバイオマスである籾がらを熱エネルギー源として利用する際に、その燃焼により生じる籾がら灰を、工業原料として価値の高い物質にすることにより、籾がらの有効利用を実現する。
【解決手段】 籾がらを焼成炉で燃焼させるに際し、炉内の雰囲気温度を４５０〜８００℃に調整するとともに、空気量、灰の温度等の焼成条件を調整して、局所高温で生じるクリンカー粒が混在せず、しかも籾がら固有の微細構造を保った多孔質の活性ケイ酸質灰を得ることを特徴とする籾がら燃焼灰の高溶解性ケイ酸質肥料化法。
【選択図】 図１
【解決手段】 籾がらを焼成炉で燃焼させるに際し、炉内の雰囲気温度を４５０〜８００℃に調整するとともに、空気量、灰の温度等の焼成条件を調整して、局所高温で生じるクリンカー粒が混在せず、しかも籾がら固有の微細構造を保った多孔質の活性ケイ酸質灰を得ることを特徴とする籾がら燃焼灰の高溶解性ケイ酸質肥料化法。
【選択図】 図１
Description
本発明は、現状では大方が未利用資源となっている籾がらを熱エネルギー源として利用しようとする際に、その燃焼に伴って生じる籾がら重量の２０％程度もの副産物である「籾がら灰」を、水稲生産等に有効なケイ酸質肥料化する方法に関するものである。
籾がらは、国内で年間２００万トンも産出され、乾燥された状態で集中して多量に得られるカーボンニュートラルのバイオマスという有利な特性を持っているが、有効利用はなされていない。
籾がらを熱エネルギーとして利用する場合には、その燃焼に伴って、籾がら重量の２０％にも達する大量の籾がら灰が生じ、現在のところ、この籾がら灰に有効利用の道がなく、廃棄処分も困難であることが、籾がらエネルギーの有効利用を妨げる要因の一つとなっている。
本発明は、前記段落番号〔０００２〕に記載したような籾がら灰の持つ特性を活用し、工業原料として価値の高い物質にすることにより、籾がらの有効利用を実現しようとするものである。
ケイ酸は水稲生育にとって有効な成分であり、ケイ酸を含む資材は、肥料として広く施用されている。表１に示すように、完全燃焼させた籾がら灰の９０％以上はケイ酸が占める上、ケイ酸の他に若干のリン酸やカリ等の作物にとって有効な成分を含み、しかも、重金属などの有害なあるいは不要な成分をほとんど含まない。このように籾がら灰は、元素組成としては肥料として望ましい性質を持っている。
しかし、従来慣用のボイラー等で籾がらを燃焼させた場合には、炉内の局所過熱によって籾がら灰粒子と粒子が融着と焼結現象を起こし、これがクリンカー粒となって完全燃焼の阻害要因となるので、未燃焼炭素量８〜３５％を残す。しかも、排出される籾がら灰は不均質で溶解性が低いので、水等に溶解して初めて有効化するケイ酸質肥料原料としての価値は失われている。
図１は燃焼条件の異なる籾がら灰のＸ線回折分析結果を示すものであるが、同図ａ）に示すように、従来慣用のボイラー等で籾がらを燃焼させた場合は、局所高温によりクリンカー化と結晶化（結晶化度を示す強度が約６０００ｃｐｓと高い）が生じて未燃焼物と混在し、不均質で溶解性や多孔性の低いシリカが主体であり、ケイ酸質資材としての価値が乏しい。
本発明は、籾がらを構成している７１〜８７％の有機質と１３〜２９％の無機質（その９５％はシリカ〔ＳｉＯ2 〕）を、工業原料として高度に利用することを目的とするものある。
即ち、上記課題は下記の要旨の手段により達成される。
籾がらを焼成炉で燃焼させるに際し、炉内の雰囲気温度を４５０〜８００℃に調整するとともに、空気量、灰の温度等の焼成条件を調整して、局所高温で生じるクリンカー粒が混在せず、しかも籾がら固有の微細構造を保った多孔質の活性ケイ酸質灰を得ることを特徴とする籾がら燃焼灰の高溶解性ケイ酸質肥料化法。
籾がらを焼成炉で燃焼させるに際し、炉内の雰囲気温度を４５０〜８００℃に調整するとともに、空気量、灰の温度等の焼成条件を調整して、局所高温で生じるクリンカー粒が混在せず、しかも籾がら固有の微細構造を保った多孔質の活性ケイ酸質灰を得ることを特徴とする籾がら燃焼灰の高溶解性ケイ酸質肥料化法。
本発明によれば、籾がらの有機質分は焼成炉において熱源として完全燃焼され、経済性の高い熱エネルギーとして回収される。また、籾がらの無機質分については、炉内雰囲気温度を４５０〜８００℃の低温で酸化的な条件に規定した焼成炉に籾がらを供給することによって、局所高温による融着やクリンカー粒を生じさせることなく、均質でかつ溶解性が高く、結晶化度が低い多孔質の活性シリカを主成分とする籾がら灰とすることができる。
図１に燃焼条件の異なる籾がら灰のＸ線回折分析結果を示す。同図ａ）に示すように、従来慣用のボイラー等で籾がらを燃焼させた場合は、局所高温によりクリンカー化と結晶化（結晶化度を示す強度が約６０００ｃｐｓと高い）が生じて未燃焼物と混在し、不均質で溶解性や多孔性の低いシリカが主体であり、ケイ酸質資材としての価値が乏しい。これに対して、同図ｂ）の本発明の方法で生産されたものは、結晶化度が低く（結晶化度を示す強度が約９８０ｃｐｓで同図ａ）の例と比較して約１／６）、均質なシリカであり、高溶解性と多孔性を備えているので、ケイ酸質資材としての価値が高い。
図２に水稲栽培中の土壌溶液のケイ酸濃度平均値を示す。図２に示すように、本発明の方法で生産された籾がら灰（ハルシリカ〔Ｈｕｌｌ Ｓｉｌｉｃａ ＝ Ｒｉｃｅ Ｈｕｌｌ Ａｓｈ Ｓｉｌｉｃａｔｅ〕）は、ケイ酸肥料を施用しない場合（対照）や市販されているケイ酸肥料（ケイカル）を施用した場合よりも、水稲栽培中の土壌溶液のケイ酸濃度をはるかに高める効果があり、溶解性の高い高機能ケイ酸肥料（シリカゲル）に匹敵する。
図３に本発明の方法で生産された籾がら灰の拡大写真を示す。同図より、本発明の方法で生産された籾がら灰は元の細胞に由来する微細構造を維持していることがわかる。
図４にケイ酸質資材を施用した水稲の籾収量を示す。同図より、本発明の方法で生産された籾がら灰（ハルシリカ）を施用して栽培した水稲は、ケイ酸肥料を施用しない場合（対照）や市販のケイ酸肥料（ケイカル）を施用した場合、あるいは溶解性の高い高価なケイ酸肥料（シリカゲル）を施用した場合よりも、籾重が大きく、水稲生産に有効であることがわかる。
従来慣用のボイラー等を用いた籾がらの燃焼方法では、生成途中の灰が高温下で融着してクリンカー粒となり、これが酸素や一酸化炭素等の拡散を妨げて燃焼の継続が阻害されるので、未燃焼炭素分が８〜３５％、シリカ分が５０〜８０％の燃焼不完全でなおかつクリストバライトや石英が混在する不均質な灰が排出される。このような灰は、溶解性も低く、高溶解性のケイ酸質肥料資材としての価値は失われている。
本発明の方法を適用することにより、これまで籾がらをバイオマスエネルギー等として有効利用する上で障害となっていた二つの点、即ち、エネルギー利用効率が低いことと大量に排出される籾がら灰の処理が、共に解決されて経済性の高い資源に生まれ変わる。殆ど完全燃焼された後に残る大量の副産物である「籾がら灰」は、もはや廃棄物ではなく、水稲生産に有効な肥料として利用されるようになり、籾がらがバイオマスエネルギー、次いで肥料として循環有効利用できるようになる。
水稲栽培地帯に設置されているカントリーエレベーターやライスセンター等に、籾がら焼成炉を併設し、本発明の方法で籾がらを燃焼させることによって、熱エネルギーから電力を得て、カントリーエレベーター等の運用に当てることができる。また、熱エネルギーは、穀物の乾燥や施設の暖房、温室への熱供給などにも利用可能である。
さらに、前段の籾がら燃焼に伴って生産される籾がら灰は、溶解性が高く、高品質のケイ酸質肥料資材であり、必要に応じて、造粒、袋詰等をした後、周辺の水田で水稲栽培のためのケイ酸肥料として循環利用することができる。
以下に本発明の実施例を示す。
精米加工工程で発生した籾がらを、本発明の焼成条件である炉内雰囲気温度（４５０〜８００℃）、空気量、灰の温度等に調整した焼成炉で燃焼させた。得られた籾がら灰は、局所高温で生じるクリンカー粒が混在せず、しかも、図３に示す如く、籾がら固有の微細構造を保った多孔質の活性ケイ酸質灰であった。
精米加工工程で発生した籾がらを、本発明の焼成条件である炉内雰囲気温度（４５０〜８００℃）、空気量、灰の温度等に調整した焼成炉で燃焼させた。得られた籾がら灰は、局所高温で生じるクリンカー粒が混在せず、しかも、図３に示す如く、籾がら固有の微細構造を保った多孔質の活性ケイ酸質灰であった。
Claims (1)
- 籾がらを焼成炉で燃焼させるに際し、炉内の雰囲気温度を４５０〜８００℃に調整するとともに、空気量、灰の温度等の焼成条件を調整して、局所高温で生じるクリンカー粒が混在せず、しかも籾がら固有の微細構造を保った多孔質の活性ケイ酸質灰を得ることを特徴とする籾がら燃焼灰の高溶解性ケイ酸質肥料化法。
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