JP2008200666A

JP2008200666A - バイオマスメタンガス生産システム

Info

Publication number: JP2008200666A
Application number: JP2007073592A
Authority: JP
Inventors: Masaya Nagai; 正哉永井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2008-09-04

Abstract

【課題】日本は、京都議定書によって化石燃料を思い切り使用できなくなった。化石燃料代替エネルギーがどうしても必要である。世界には石油はふんだんに眠っている。アメリカにもカナダにもフィンランドにもアルゼンチンにもルーマニアにもカンボジアにも極東シベリアにも勿論西シベリアにも。しかし、十分出ても使えないのである。太陽熱とか風力とかバイオマスなどに今のところでは転換して行かなくては成らない。
【解決手段】バイオマスでいいことを考えた。生ごみや屎尿、藁、草、柴、樹木などからメタンガスを採るのである。硬い物は小切って堆肥を作る場合のように堆積して適当に腐敗・発酵させて軟らかくしてディスポーザーして汲み取って収集して、発生槽で腐敗・発酵させてメタンガスを採るのである。ディスポーザーで処理することとその為に堆積して軟らかくすることを発明した所がポイントである。
【選択図】なし。

Description

私は、毎日生ごみの処理には困っている。生ごみを細かく砕いて下水道に流す機械である「ディスポーザー」が恋しくなる。ところが、現在は、下水処理上ディスポーザーは使用できない。ディスポーザー処理液だけ汲み取りにする以外にない。これを浄化処理していては費用が叶わない。私は、これからメタンを採取すれば宜しいと思い付いた。有機物は腐敗・発酵すると悉くメタンガスを出す。バイオマス・メタンガスである。広い意味のリサイクル燃料である。
こう考えて、戸外に出て自然を見た。野も山もバイオマスに溢れている。これからメタンを採らない法はない。草や木の葉などは直接ディスポーザーすれば宜しいし、枝や幹など大きく硬い物は、チップにしたり、押し潰して小切ったりして、堆肥を作る場合のように堆積して半腐熟・半発酵させて軟らかくして、ディスポーザーすると宜しいことに気付いた。
勿論、人畜の屎尿や廏舎の踏肥（家畜が糞尿や敷き藁を踏みつけて腐熟させた廏肥）なども収集する。この場合、踏肥はそのままディスポーザーする。屎尿はディスポーザーしなくても済もう。
また、業務上の生ごみも養豚業と競合するが、ディスポーザーして貰って収集する。また、畑作上の生ごみなどもディスポーザー付収集車で収集するようにする。また、稲藁も堆積して半腐熟・半発酵させて、これもディスポーザー付収集車で収集する。
収集したディスポーザー液はガス発生槽でメタンガスを発生させる。発生したガスは都市ガスとしても宜しいし、発電に使用しても宜しい。
では、このガスを生むバイオマス（エネルギー源として利用される生物体）は（ごみ・糞尿などの生活上・業務上の）廃棄物だけでどのくらいあろうか。廃棄物は集計しようが無いので、廃棄物を出したり廃棄物となったりする前の物を集計して、その３０％を廃棄物とすることにしてみる。
米９４６万トン
小麦６２０
大麦２４３
とうもろこし１６４８
こうりゃん１６９
その他の雑穀６２４
甘薯１０７
馬鈴薯３７９
澱粉３０１
大豆５３１
その他の豆類４６
緑黄色野菜３８７
その他の野菜１２０５
果実８７７
肉類５６４
鶏卵２６４
牛乳及び乳製品１２１７
魚介類１１１１
海藻類２１１（乾燥重量）
粗糖１６３
味噌５４
醤油９９
てんさい３８０
さとうきび１５０
牧草３０３
青刈りトウモロコシ４８７
ソルゴー１５０
稲藁１９１０２４
この食料や飼料の年間の消費量の三割が生ごみや屎尿となるのであった。それを澱粉性と繊維性と蛋白質性とに分けて、メタンガスの採取を考えてみる。
先ず、澱粉から理論的にどのくらいのメタンが採れるか見てみる。澱粉の分子式は［Ｃ_６Ｈ_１０Ｏ_５］_ｎである。これからメタンＣＨ_４が発生する反応式は、［Ｃ_６Ｈ_１０Ｏ_５］_ｎ＋［Ｈ_２Ｏ］_ｎ→［３ＣＨ_４］_ｎ＋［３ＣＯ_２］_ｎとなる。Ｃ_６Ｈ_１０Ｏ_５の分子量は１６２であり、３ＣＨ_４の分子量は４８である。従って、澱粉の１６２ｋｇからメタン４８ｋｇが採れることになる。２９．６３％にあたる。
また、繊維、セルロースは、［Ｃ_６Ｈ_７Ｏ_２（ＯＨ）_３］_ｎ＋［Ｈ_２Ｏ］_ｎ＝［３ＣＨ_４］_ｎ＋［３ＣＯ_２］_ｎから、澱粉と同じく、１６２ｋｇからメタン４８ｋｇが採れることになる。
そして、蛋白質はと言うと、蛋白質を構成している元素組成は、質量で見ると、どの蛋白質もほぼ一定で、炭素５０〜５５％、水素６〜７％、酸素２５〜３０％、窒素１２〜１９％、硫黄０〜２．５％および微量の灰分から成っている。これを元素の数に直すと、例えば炭素は、５０〜５５÷１２＝４．２〜４．６個となる。同様にして、原子量１の水素は６〜７個、１６の酸素は１．８〜１．９個、１４の窒素は０．９〜１．４個、３２の硫黄は０〜０．１個となる。従って、蛋白質の分子式は［Ｃ_{４２〜４６}Ｈ_６〜７Ｏ_{１８〜１９}Ｎ_９〜１４Ｓ_０〜１］_ｎとなる。これから、代表的な蛋白質の分子式を引き出すと、［Ｃ_４４Ｈ_６２Ｏ_１８Ｎ_１０Ｓ_１］_ｎとなる。従って、メタンガスは次のように発生する。［Ｃ_４４Ｈ_６２Ｏ_１８Ｎ_１０Ｓ_１］_ｎ＋［２８Ｈ_２Ｏ］_ｎ＝［２２ＣＨ_４］_ｎ＋［２２ＣＯ_２］_ｎ＋［１０ＮＨ_３］_ｎ＋［ＳＯ_２］_ｎ。つまり、質量１０５０ｋｇの蛋白質から３５２ｋｇのメタンが採れることになる。３３．５２％に当る。
そして、脂肪はと言うと、先ず分子式はＣ_３Ｈ_５・Ｃ００Ｒ_１・ＣＯＯＲ_２・ＣＯＯＲ_３であり、これが加水分解されて、グリセリンＣ_３Ｈ_５（ＯＨ）_３と脂肪酸Ｒ_１・Ｒ_２・Ｒ_３・（ＣＯＯＨ）_３とに分かれる。しかし、グリセリンも脂肪酸も酸化されて炭酸ガスと水になるが、メタンには成らないようである。私も油の腐ったのを見たことが無い。
そこで、上に見た食料や飼料の廃棄物から水分を除いた物を見てみると、下のようになる。
生廃棄物水分乾燥廃棄物
米２８４万トン１５．５％２４０万トン
小麦１８６１２．５１６３
大麦７３１２．５６４
とうもろこし４９５１４．５４２４
こうりゃん５１１４．５４４
その他の雑穀１８７１４．５１６０
甘薯３２６６１１
馬鈴薯１１４８０２３
澱粉９１１７７６
大豆１６０１２．５１４０
その他の豆類１４１２．５１３
緑黄色野菜１１６９３８
その他の野菜３６２９０３６
果実２６３８７３４
肉類１６９６３６３
鶏卵７９７６１９
牛乳及び乳製品３６５８７．５４６
魚介類３３４６８１０７
海藻類６４１２５７
味噌１６４５９
醤油３０６８１０
てんさい１１４９２９
さとうきび４５９１４
牧草９１９３７
青刈りトウモロコシ１４６９１１３
ソルゴー４５９２４
澱粉性・繊維性１３９６
蛋白質性３８８
稲藁１７１９２１９２１３７５３
澱粉と繊維のメタンへの転換率は、２９．６％であったから、澱粉性と繊維性の生廃棄物からの１００％乾燥廃棄物１３９６万トンから採れるメタンの量は、１３９６万トン×０．２９６＝４１３万トンと言うことになる。
また、蛋白質性の生廃棄物からの１００％乾燥廃棄物は、メタンへの転換率が３３．５％であったから、３８８万トン×０．３３５＝１３０万トン採れる。
澱粉性と繊維性と蛋白質性とから発生するメタンガスは合わせて５４３万トンに達する。これを発熱量ジュールに直すと、５４３万トン＝５．４３×１０＾１２ｇであり、メタンの発熱量は１３２６５ｃａｌ／ｇ＝５５５２０．６５７５ｊ／ｇであるから、５．４３×１０＾１２ｇ×５５５２０．６５７５ｊ／ｇ＝３０１４７４×１０＾１２ｊとなる。
我国の天然ガスの消費量は、１４年度で３１１３０００兆ジュールである。この９．７％にあたる。従って、生ごみと屎尿からだけでは、メタンガスは取り立てて騒ぐ程には採取できない。まことに残念である。
しかし、稲藁からとなると、話は違ってくる。現在、藁は殆ど飼料とされていない。その９０％はメタン用に使用できよう。どのくらい採れるかと言うと、牧草が８０万１０００ｈａで３０３０万５０００ｔ採れるので、この３倍は採れようから、稲の作付面積１６８万３０００ｈａでは１９億１０２４万ｔ採れることになる。メタン用には１７億１９２２万ｔが回る。水分を９２％と見ると、１３７５４万ｔが１００％乾燥の稲藁となる。この２９．６％がメタンとなるのであったから、４０６９万トン採れることになる。これは熱量に直すと、２２５９１６７兆ｊとなる。天然ガス消費量の７２．６％に当る。生ごみと屎尿と稲藁などで、天然ガス消費量の８２．３％のメタンガスを生産できると言うことになる。ほぼ、原子力発電に匹敵する。正確には、８２．３％に当る。
ところで、用材に一本切るとその半分は廃棄物であろう。昭和６０年には、３２９４万ｍ^３の用材を生産した。これと同量の廃物が出るとすると、密度を６８と見た場合、２２４０万ｔとなる。これから採れるメタンの量は、６６３万ｔであり、天然ガス消費量の１１．８％に当る。林産廃棄物だけでは満足の行く量のメタンガスは採れない。しかし、生活上と業務上の廃棄物と稲藁とにあわせると、天然ガス消費量の９４．１％に達する。また、原子力発電を１０．３％上回る。しかし、これで、一次エネルギー供給量の１３．２％二しか過ぎず、ここは、間伐材や雑木などに頼る必要が出る。
我国の森林資源は、総面積２５１２万ｈａ、蓄積量４０億４０００万ｍ^３である。年に１億ｍ^３伐採すると、そのバイオマスは２億ｍ^３になる。この１００％乾燥バイオマスは、１億３６００万ｔである。メタンガスにして、４０２６万ｔである。熱量にして２２３５２６２兆ジュールであり、天然ガス消費量３１１３０００兆ジュールの７１．８％に当る。稲藁に匹敵している。もっと採れると宜しいのであるが、まあ、こんなところであろう。
以上述べたバイオマス・メタンガスを整理して見ると、
メタンガス発熱量
生ごみと屎尿５６６万トン３０１４７４兆ジュール
稲藁４０６９２２５９１０７
用材屑６６３３６８１１１
小計５２７５２９２８６９２
間伐材・雑木４０２６２２３５２６２
計９３０１５１６３９５４
一次エネルギー供給量２２２８５０００
石炭４３４００００
原油９２５３０００
天然ガス３１１３０００
水力発電７４１０００
原子力発電２６５６０００
これから判るように、バイオマス・メタンガスは化石燃料に代替できない。残念なことである。しかし、一次エネルギーの２３．２％くらいは代替できる。石油の５５．８％くらいは代替できる。京都議定書は十分にクリアするだけは代替できる。捨てた物ではない。
今日、ガソリン代替燃料として喧伝されているバイオマス・エタノールよりは遙に成算がある。
稲藁からエタノールを採る研究には、政府は助成をしているらしい。今、稲藁のセルロースからどれだけのエタノールが採れるかと言うと、［Ｃ_６Ｈ_７Ｏ_２（ＯＨ）_３］_ｎ＋［Ｈ_２Ｏ］_ｎ→［２Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ］_ｎ＋［２ＣＯ_２］_ｎから、質量１６２のセルロースから質量４６のエタノールが２モル採れる。そして、エタノールの発熱量は７０９０ｃａｌ／ｇであるから、４６ｇ×２×７０９０ｃａｌ／ｇ＝６５２２８０ｃａｌとなる。他方、メタンは、１６ｇ×３×１３２６５＝６３６７２０ｃａｌである。メタンが９８％と僅かに劣る。一単位のセルロースから採れるカロリーには殆ど差は無い。要は、どちらが採取し易いかである。
稲藁からエタノールを採るには、稲藁を奇麗なセルロースに即ち奇麗なパルプにしなくてはならない。ここに、膨大な費用が掛かる。私のメタンを採る方法では、堆肥を作る場合のように堆積して半腐熟にしてディスポーザーすれば宜しいだけである。装置が簡単で工程費用が掛からない。格段に安くつく。政府はエタノールを採る研究に助成するのなら、本発明のメタンガスを採る方法にも助成をしてほしい。
そこで、藁を見る為に、主要国の穀類の生産量を見てみると、
中国４０２００万トン
アメリカ合衆国２９８７５
インド２１３５９
ロシア８４７３
フランス６９１６
インドネシア６０８８
ブラジル５０４４
ドイツ４３３９
バングラデシュ３９８１
ウクライナ３７９７
ベトナム３６３８
カナダ３５４４
アルゼンチン３２０２
トルコ３１９４
日本１２１８
米のみ
タイ２５９５
ミャンマー２１９０
フィリピン１３２７
世界には、我発明を待望している国は多いことが判る。特に、アジアの国々に対して本発明を早急に開発して輸出したい。ちなみに、中国の藁から採れるメタンガスの量はどのくらいになるか、簡単に推計してみよう。穀物は、日本の４０２００万ｔ／１２１８万ｔ＝３３倍採れる。日本の稲藁のメタンガス生産量４０６９万ｔ（２２５９１０７兆ｊ）の３３倍の１３億４２７７万ｔ（７４５５０５３１兆ｊ）も採れる。これは、中国にとってどのくらいのインパクトと成るかと言うと、原油消費量２１３８３万ｔ（８２７８６１６兆ｊ）の実に９倍に達する。また、発電量１兆３４７３億ｋｗｈ（４８４９５３２兆ｊ）の驚くかな１５．４倍にもなる。
序でに、インドネシアを見てみよう。穀物は、日本の６０８８万ｔ／１２１８万ｔ＝５倍採れる。日本の稲藁メタンガスの５倍の２０３４５万トン（１１２９５５３５兆ｊ）も採れることになる。電力消費量は９９５億１１００万ｋｗｈ（３５８１９２８兆ｊ）である。実にこの３．２倍にもなる。今や、農業国はエネルギー資源国なのである。
ところで、世界には、未だ薪炭を使用している国は多い。表にして見ると次のようになる。
薪炭材
インド３００５７万ｍ^３
中国１９１０８
ブラジル１３４４７
エチオピア９０２０
インドネシア８２５６
アメリカ合衆国７３０９
コンゴ６７２９
ナイジェリア６００７
ロシア４８８０
メキシコ３７９１
ミャンマー３５４０
ウガンダ３５１４
バングラデシュ２７７６
ベトナム２６５５
パキスタン２５０１
タンザニア２１１３
ガーナ２０６８
タイ２０２５
ケニア２０００
セルロースを炭として使用する場合の発熱量は、［Ｃ_６Ｈ_７Ｏ_２（ＯＨ）_３］_ｎ→［６Ｃ］_ｎ＋［５Ｈ_２Ｏ］_ｎから、１６２ｇのセルロースから７２ｇの木炭が採れるので、７２ｇ×７０００ｃａｌ／ｇ＝５０４０００ｃａｌとなる。メタンを採る場合の６３６７２０ｃａｌの７９％である。ガスの方が遙に便利であるし、熱効率も良くなるので、薪炭からの生活改善が本発明によって進むことになろう。バイオマス・メタンガス発生装置は輸出産業としても有望である。バイオマス・メタンガスの都市ガスは樹木の発育の速いアジア諸国ではエネルギー産業の花形として広く普及して行くであろう。
石油はあるのである。世界地図を開いてほしい。そして、中東地域ではなく、アメリカとかシベリアとかの砂漠でない油田地帯は湿地帯にあることに気づいて貰いたい。テキサスでも湿地か湿地の近くに油田はある。そう言う湿地は世界の各地に探し求めることができる。アメリカの北大西洋海岸、カナダのハドソン湾の東岸、アルゼンチンの中央、フィンランドの全土、広大無辺の西シベリア、ポーランドの中央から西部、極東シベリアのアムール河畔、カンボジアの中央などに未開な油田地帯が存在している。あまり大きくない規模のものは方々にある。２００年や３００年、人類は石油に困ることは無いように思える。
しかし、厄介なのが、石油を燃やすと大量にでる炭酸ガスの地球温暖化作用である。この作用の為に、先進国は今以上に石油を燃やせない。大量に見つかったので、石油は安くはなるが、景気よくは使用できない。国を挙げて自動車の大きいのに乗ろうと思えば、発電や都市ガスに太陽熱や風力や本発明のようなバイオマスを代替させなくてはならない。本発明バイオマスメタンガスは幸いにも相当な規模と成るので、本格的に実用化されれば、電力用の化石燃料に相当な規模で代替できるので、再び多くの人が中型車以上に乗ることが出来るようになろう。世界の自動車産業は、燃費の良い小型車へ小型車へとデフレしてきたが、この桎梏から解放されることになろう。
自動車は石油で、発電はバイオマスや太陽熱や風力などの新エネルギーでと住み分ける時代もそんなに遠いことではあるまい。メタンガス発電用の効率の良いガスタービンの発明をやりかけたこともあった。その開発が待たれている。航空機用は長い耐久力があるのだから、材質的には余り不自由は無いらしいので、機能的に理に叶ったものを開発したいものである。
本発明の実用化は緊急を要する。京都議定書の拘束を各先進国とも近々受けることになっているからである。国内用のみならず輸出用にも精を出すことが我身の幸福に繋がる。新エネルギー発生機器の開発に今直ぐ着手しなくてはならない。莫大な規模の産業に必ず化ける。鉄鋼業界の地力強化が待望される。もう付加価値の低い鋼材の輸出などにうつつを抜かしているときではない。大いなる付加価値を付けた輸出ができることになった。
是非、政府の助成を得て立派な物を開発したい。そして、化石燃料の出す排ガス公害を大いに緩和したい。

Claims

家庭生活上の生ごみをディスポーザー（台所で出る生ごみを細かく砕いて流す機械）付流し台でディスポーザーしてタンクに溜めて汲み取り車で汲み取るようにする。この場合、ディスポーザーにスイッチを入れると、排水管のタンクへの弁が開いて下水への弁が閉じるようし、スイッチを切ると、排水管のタンクへの弁が閉じて下水への弁が開くようにする。勿論、弁は一体化していても宜しいし別々であっても宜しい。
トイレは簡易水洗にして屎尿を汲み取り車で汲み取るようにする。
業務上の生ごみもディスポーザー付汲み取り車でディスポーザーして汲み取るようにする。
乾燥していなくて軟らかい鶏糞や廏肥はディスポーザー付汲み取り車でディスポーザーして汲み取るようにする。
鶏糞や廏肥が乾燥して硬い場合には堆積して適当に腐敗・発酵させて軟らかくしてディスポーザー付汲み取り車でディスポーザーして汲み取るようにする。
生草や生柴はディスポーザー付汲み取り車でディスポーザーして汲み取るようにする。
生乾きの或いは乾いた藁や草や柴は堆肥を作る場合のように堆積して適当に腐敗・発酵させて軟らかくしてディスポーザー付汲み取り車でディスポーザーして汲み取るようにする。
樹木の幹や枝や葉はチップにするか或いは圧し潰して小切って堆肥を作る場合のように堆積して適当に腐敗・発酵させて軟らかくしてディスポーザー付汲み取り車でディスポーザーして汲み取るようにする。
「請求項１」から「請求項８」までの汲み取り車で汲み取った屎尿やディスポーザー液はメタンガス発生槽で腐敗・発酵させてメタンガスを採るようにする。
「請求項１」から「請求項９」までの各方法を統合したバイオマスメタンガス生産システム。