JP2011153257A - 固体燃料 - Google Patents

Abstract

【課題】有用な種子、穀類または球根を採取した後の残渣を利用して火力発電用に適した固体燃料を提供する。
【解決手段】 ダンチク、ギンネム、サトウキビ、キャッサバ、わら、海藻、海草または藻の乾燥物を、乾燥重量として７０重量％以上含有する組成物よりなり、かつ加熱圧縮成型されていることを特徴とする固体燃料。
【選択図】なし

Description

本発明は固体燃料に関する。さらに詳しくは、比較的大量に栽培される自然界に生息している植物から、有用な種子、穀類や球根などを採取した後の残渣を有効に利用した固体燃料に関する。
より具体的には、特定の植物からの前記した残渣を効果的に利用するとともに、燃焼後有害なガスや残渣が可及的に少なく、発熱量が大きくしかも二酸化炭素発生抑制につながる固体燃料、殊に火力発電用燃料に適した固体燃料に関する。

世界的な環境問題のひとつでもある地球温暖化の原因に空気中に存在する二酸化炭素量の増加が挙げられる。昨今、二酸化炭素の発生抑制を行おうとの地球規模で様々な手法により取り組まれている。その手法の中の一つに石炭やガソリンといった化石燃料の代替として、バイオ燃料を造り、自動車や発電ボイラーへの利用が押し進められているが、バイオ燃料の原料として用いられているトウモロコシなどの食物を使用することにより、生態系および経済バランスが崩れつつあり、最善の手法とはいえない。このように従来、人間が生きていくうえで不可欠なバランスである衣・食・住への影響を最小限に抑えるべく、かつ同時に地球環境も考慮していく必要があるが、非常に困難な問題であるために、様々な研究がなされてはいるが、未だ、解決されていない。そこで、プラスチックを用いた固体燃料が発電用ボイラーで、石油や石炭の代替として利用されているが、二酸化炭素の発生抑制効果は、未だ十分とはいえない。

そこで本発明者は、有用な種子、穀類や球根などを採取した後の残渣や自然界に生息する他の植物であって比較的大量に発生する植物もしくはその残渣の有効利用、殊に二酸化炭素の発生抑制となる新しいエネルギー源として使用しうる固体燃料の開発を目的として鋭意研究を進めた。その結果、或る種の植物もしくはその残渣を固体化することにより、固体燃料として有効に利用できることが判った。殊に発電用の固体燃料として利用でき、新しいエネルギー源として残渣を活用できることが判った。

すなわち、特定植物から有用種子、穀類や球根を採取した後の残渣を特定条件で加熱圧縮し成形すると、結合剤（例えばプラスチック）や形態保持剤（例えばゴムや粘着剤）などを意図的に可成りの量を配合しないでも、硬い成形物に成形し得ること、得られた成形物は、固体燃料として充分な発熱量を有すること、さらに驚くべきことには、成形物は、残渣が主成分であるにも拘わらず充分な硬度と強靭性を有していること、すなわち優れた形態保持安定性を有していることが判った。この形態保持安定性は、固体燃料として、殊に火力発電用燃料として極めて価値ある特性の1つである。固体燃料はその製造後（成形後）、貯蔵、輸送および積み卸しなどの工程が繰り返されて使用に供される。その間砕片化が起こり、小砕化が顕著になると工業用の固体燃料として不適切なものとなる。

本発明による固体燃料は、成形後からユーザーが使用するまでの工程において、破片化や粉砕化が殆ど起らず、成形した適切な大きさで工業用燃料、殊に火力発電用燃料として長期間形状を保持しうるものであることが判明した。

本発明は、前記知見に基づいて到達されたものであって本発明によれば、ダンチク、ギンネム、サトウキビ、キャッサバ、わら、海藻、海草または藻の乾燥物を、乾燥重量として７０重量％以上含有する組成物よりなり、かつ加熱圧縮成型されていることを特徴とする固体燃料が提供される。
また本発明の好ましい態様によれば、下記固体燃料が提供される。
（１）該組成物は、ダンチク、ギンネム、サトウキビ、キャッサバ、わら、海藻、海草または藻の乾燥物を乾燥重量で８０重量％以上含有する前記記載の固体燃料。
（２）該組成物は、ダンチク、ギンネム、サトウキビ、キャッサバ、わら、海藻、海草または藻の乾燥物を乾燥重量で８５重量％以上含有する前記記載の固体燃料。
（３）該組成物を、８０〜１５０℃の温度で圧縮成型することにより得られた前記記載の固体燃料。
（４）該組成物は、ダンチクを乾燥重量で８０重量％以上含有する前記記載の固体燃料。
（５）該組成物は、ギンネムを乾燥重量で８０重量％以上含有する前記記載の固体燃料。
（６）該組成物は、サトウキビを乾燥重量で８０重量％以上含有する前記記載の固体燃料。
（７）該組成物は、キャッサバを乾燥重量で８０重量％以上含有する前記記載の固体燃料。
（８）該組成物は、わらを乾燥重量で８０重量％以上含有する前記記載の固体燃料。
（９）該組成物は、海藻を乾燥重量で８０重量％以上含有する前記記載の固体燃料。
（１０）該組成物は、海草を乾燥重量で８０重量％以上含有する前記記載の固体燃料。
（１１）該組成物は、藻を乾燥重量で８０重量％以上含有する前記記載の固体燃料。
（１２）発熱量が１５〜３０Ｍｊ／ｋｇである固体燃料。
（１３）1個当たりの大きさが平均１５〜３５００ｃｍ³である固体燃料。
（１４）見掛け比重が０．３〜０．６ｇ／ｃｍ³である固体燃料。
（１５）形態保持安定性の試験の結果、砕片化の割合が５重量％以下である固体燃料。
（１６）発電用として使用するための固体燃料。
（１７）前記記載の固体燃料の発電の燃料として使用。

本発明によれば、大量に栽培され、食用や飼料として使用されている或る種の植物残渣を利用して、形態保持安定性の優れた固体燃料成形物を提供し得たものである。特に植物の残渣から実質的になる固形燃料として、殊に発電用の固形燃料として提供し得たものである。従って本発明の固体燃料は自然界の植物から実質的に形成されるものであり、有害なガスも発生せず、しかも二酸化炭素抑制につながるものである。

本発明の固体燃料は、ダンチク、ギンネム、サトウキビ、キャッサバ、わら、海藻、海草または藻の乾燥物を主たる原料として使用する。これらは、有用な種子、穀類や球根を採取した後の残渣（茎や葉）の乾燥物が使用される。
これら乾燥物は、若干の水分を含有しているが、或る程度の乾燥物であればよい。これら乾燥物は、そのまゝ或いは切断して使用することができる。
次に前記植物について説明する。
（ａ）ダンチク（学名 Ａｒｕｎｄｏ ｄｏｎａｘ）は暖地の海岸近くに生育するイネ科の多年草。
別名ヨシタケとも云われている。ヨシに似ているがはるかに大型で、高さは２‐４メートルになり、茎も太くて竹のようになる。地下茎は短く横に這い、大きな株立ちになる。葉は幅広い線形で、先端は細く伸びる。
（ｂ）ギンネム（学名 Ｌｅｕｃａｅｎａ ｌｅｕｃｏｃｅｐｈａｌａ）はネムノキ科の落葉低木。
なお本種が単年度あたりに生産するバイオマス量は、他の植物に比較してケタ違いであり、同様に過去に本種が移入された東南アジアの開発途上国などでは、本種の生産したバイオマスを積極的に利用している例もある。
（ｃ）サトウキビ（学名 Ｓａｃｃｈａｒｕｍ ｏｆｆｉｃｉｎａｒｕｍ）は、イネ科サトウキビ属の植物。サトウキビの絞りかすをバガス（英語 ｂａｇａｓｓｅ）という。バガスからは、製紙用パルプ、フルフラールの製造原料として工業利用がなされているほか、蝋（サトウキビロウ）を採ることができ、オクタコサノールの分離も行われている。キクラゲ類の栽培用培地の原料として使用する場合も有る。
（ｄ）キャッサバ（学名 Ｍａｎｉｈｏｔ ｅｓｃｕｌｅｎｔａ）は、トウダイグサ目トウダイグサ科イモノキ属の熱帯低木。マニオク、マンジョカとも呼ばれる。
芋はタピオカの原料であり、世界中の熱帯にて栽培される。葉は５〜１０小葉からなり、茎は垂直に立ち上がる。茎の根元にはゆるい同心円を描いて数本の芋（根）が付く。芋は両端が尖った細長い形状である。
（ｅ）わらは、稲・小麦等、イネ科植物の茎のみを乾燥させた物。今日では藁が貴重なものとして取扱われる傾向にある。最近の研究でバイオエタノールの製造実験が実施されている。
（ｆ）海藻（英：Ｓｅａｗｅｅｄ）は、肉眼的大きさ以上の海産藻類の総称である。海産の「藻類」を指し、種子植物を含まない。
（ｇ）海草（英：Ｓｅａｇｒａｓｓ）は、海域に生育する種子植物のことで、海産の水草である。藻類である海藻とは同音異義であるが、海草を「かいそう」と読むと区別しにくいので「うみくさ」と呼ぶこともある。
（ｈ）藻は、水生の光合成真核生物全般を云う。

本発明の固体燃料は前記残渣の乾燥物が乾燥重量で７０重量％以上、好ましくは８０重量％以上の組成物であればよく、実質的に１００重量％でもよい。しかし組成物当り、３０重量％未満、好ましくは２０重量％未満、特に好ましくは１５重量％未満は他の天然物由来の成分、例えばゴム、澱粉などの結合剤を含有していてもよい。

前述した植物のうち、ダンチク、ギンネム、サトウキビ、キャッサバまたはわらが好ましく、殊にダンチク、ギンネム、サトウキビが好ましい。

本発明の固体燃料を成形するには、前述した組成物（特に細片化した乾燥物）を８０〜１５０℃、好ましくは１００〜１３０℃の温度で圧縮成形すればよい。加熱圧縮するには一軸または二軸の加熱押出機を利用することができる。
特に二軸のスクリュー押出機の使用が望ましい。押出機より圧縮押出された組成物は、具体的に円形状のノズルから排出し、適当な長さに切断することにより、円筒状の形状した成形物となる。
この際、円形状のノズルの直径を２５〜５０ｍｍ、好ましくは３０〜４０ｍｍとすること、切断長さを２０〜７０ｍｍ、好ましくは２５〜６５ｍｍとすることにより、固体燃料として望ましい大きさのものとすることができる。

本発明の固体燃料は前記した成形方法で製造することが工業的に好ましいので、形状は円筒形乃至角柱形が望ましいが、特に円筒形が有利である。また大きさとしては、一個当たりの容積として平均で１５〜３５００ｃｍ^３、好ましくは２０〜１０００ｃｍ^３が望ましい。
また固体燃料の見掛け比重が０．３〜０．６ｇ／ｃｍ^３、好ましくは０．４〜０．５ｇ／ｃｍ^３の範囲が望ましい。

固体燃料は発熱量が安定しておりその発熱量は１５〜３０ＭＪ／ｋｇ、好ましくは２０〜２８ＭＪ／ｋｇである。従って本発明の固体燃料は発熱量も高く安定し、しかも形態保持安定性がよく、従って火力発電用の燃料として有利に使用される。

実施例により得られた固体燃料の形態保持安定試験は下記方法により実施した。
固体燃料１００ｋｇを、容量２００リットルの金属缶（ドラム缶）の中に入れ、距離１００ｍの平坦なアスファルト路地上を3分間かけて回転させ、これを同様に繰り返し５往復させる（合計１０００ｍ）。その後、金属缶の中にある固体燃料をとり出し、目開きが１０ｍｍ以下の篩いを通過した量の割合（％）とする。

（評価基準）
目開きが１０ｍｍ以下の篩いを通過した割合（重量）を算出し、下記の基準で評価する。
・０％〜５％以下：良い
・６％〜１０％以下：普通
・１１％〜１５％：悪い

[実施例１〜８]
下記表１に示した種類の植物の残渣を原料組成物（各組成物の組成は、乾燥残渣を８０重量％、天然ゴムを２０重量％とした）とし、１３０℃に加熱した二軸スクリュー押出機にて、押出し直径約５０ｍｍの円筒状の固体燃料を得た（長さ６５ｍｍ）。得られた固体燃料の見掛け比重（嵩比重）、発熱量および形態保持安定試験の結果を下記表１に示した。

Claims (18)

1. ダンチク、ギンネム、サトウキビ、キャッサバ、わら、海藻、海草または藻の乾燥物を、乾燥重量として７０重量％以上含有する組成物よりなり、かつ加熱圧縮成型されていることを特徴とする固体燃料。
2. 該組成物は、ダンチク、ギンネム、サトウキビ、キャッサバ、わら、海藻、海草または藻の乾燥物を乾燥重量で８０重量％以上含有する請求項１記載の固体燃料。
3. 該組成物は、ダンチク、ギンネム、サトウキビ、キャッサバ、わら、海藻、海草または藻の乾燥物を乾燥重量で８５重量％以上含有する請求項１記載の固体燃料。
4. 該組成物を、８０〜１５０℃の温度で圧縮成型することにより得られた請求項１記載の固体燃料。
5. 該組成物は、ダンチクを乾燥重量で８０重量％以上含有する請求項１記載の固体燃料。
6. 該組成物は、ギンネムを乾燥重量で８０重量％以上含有する請求項１記載の固体燃料。
7. 該組成物は、サトウキビを乾燥重量で８０重量％以上含有する請求項１記載の固体燃料。
8. 該組成物は、キャッサバを乾燥重量で８０重量％以上含有する請求項１記載の固体燃料。
9. 該組成物は、わらを乾燥重量で８０重量％以上含有する請求項１記載の固体燃料。
10. 該組成物は、海藻を乾燥重量で８０重量％以上含有する請求項１記載の固体燃料。
11. 該組成物は、海草を乾燥重量で８０重量％以上含有する請求項１記載の固体燃料。
12. 該組成物は、藻を乾燥重量で８０重量％以上含有する請求項１記載の固体燃料。
13. 発熱量が１５〜３０Ｍｊ／ｋｇである請求項１記載の固体燃料。
14. 1個当たりの大きさが平均１５〜３５００ｃｍ³である請求項１記載の固体燃料。
15. 見掛け比重が０．３〜０．６ｇ／ｃｍ³である請求項１記載の固体燃料。
16. 形態保持安定性の試験の結果、砕片化の割合が５重量％以下である請求項１記載の固体燃料。
17. 発電用として使用するための請求項１記載の固体燃料。
18. 請求項１記載の固体燃料の発電の燃料として使用。