JP2011223971A - 竹資源活用システム及び竹林の管理方法並びに竹年齢識別手段 - Google Patents

Abstract

【課題】 竹林の保全と、クリーンで、安全で、焼却後の廃棄が容易な発電を竹林の周辺で行なうことを可能にすること。
【解決手段】竹林において４年を経過した親竹を伐採する工程と、伐採した親竹を所望長さに切断して自然乾燥に適した縦割りする工程と、縦割りした竹材を自然乾燥及び強制乾燥する工程と、強制乾燥した竹材を竹チップに破砕または竹粒に粉砕する工程と、前記竹チップ又は竹粒を竹林の近辺に設備した火力発電機用のボイラーに発電用燃料として供給する工程と、を含み、前記強制乾燥には、前記ボイラーによる廃熱又は前記火力発電機のタービン通過後の排気熱が利用され、前記ボイラー内で燃焼させた後の残った竹灰は、竹林の土壌に還元されるシステムにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、竹を発電用燃料にするための竹資源活用システムと、そのための竹林の管理方法と、伐採する竹を目視で簡単に見分けるための竹年齢識別手段に関する。

〔ＣＯ_２削減〕
１９９７年のＣＯＰ３地球温暖化防止京都会議において、温室効果ガス削減についての京都議定書が合意されたにもかかわらず、わが国の２００６（平成１８）年度の温室効果ガスの総排出量は、京都議定書の基準年（１９９０年）よりも６．４％増の１２億６，１００万トンであった。
そこで、先般、わが国政府は、２０２０年度までにＣＯ_２の９０年度比２５％削減を宣言するに至っているが、具体的な方策は未だ示されていない。

ところで、世界のＣＯ_２総排出量（２７２億トン／２００８年）をエネルギー生産量から算出すると、石炭が４８．３％、石油が２８．６％、天然ガスが１９．８％、ウラン・水が３．３％であり、森林破壊は３５．２％のＣＯ_２排出量に相当する報告がある。
電力中央研究所が試算した電気のＣＯ_２排出量を次の「表１」に示す。

この「表１」を見ればわかるように、石炭火力発電、石油火力発電、天然ガス火力発電、すなわち化石燃料を燃焼させる発電方式は、他の方式と比較してＣＯ_２排出量が格段に高いにもかかわらず、わが国における電力供給は、現在、化石燃料を使用する火力発電、放射性廃棄物の後処理が未解決な原子力発電を主力としている。
このため、火力発電と石炭を燃料として大量に使用する大規模事業所とを合計すると、大量のＣＯ_２を発生し、これがＣＯ_２削減の大きな課題となっている。
とくに近年の石油及び石炭価格の高騰は、わが国の電力発電コストに大きな負担になっており、国内の発電量に占める石炭火力の割合は９０年度の約１０％から２００５年度は約２５％に増え、ＣＯ２全排出量に占める割合も同時期に４．８％から１５．１％へとはね上がっている（平成２０年５月８日の読売新聞朝刊より）。

〔発電の多様化〕
ＣＯ_２を排出量が格段に少ないとされる風力発電、太陽光発電、波力発電、地熱発電、バイオマス発電など、発電の多様化も提唱されており、最近では、家庭や事業所で発電した電力を電力会社が買い取る制度が整備され、とくに太陽光発電は、国及び自治体の政策及び補助事業として強力に推し進められつつある。
しかしながら、風力発電と太陽光発電は気候条件による発電安定性の面で課題があり、波力発電、地熱発電などは、地域性及び設備コストなどに課題がある。

木材を燃料にした火力発電は、木材の成長が遅いため、継続させるためには燃料不足という困難が伴う。このため、発電設備の休止・縮小が続いているのが現状である。

〔竹燃料の提唱〕
ところで、発明者は以前に竹材を工業用燃料として利用する発明をした経緯があり（特開昭５６−１０８０２１号）、この公報の第４頁目の第１４行目〜第２０行目に「竹材を…チップに切断、破砕または粉砕し、それを自然乾燥および工業廃ガスなどの廃熱を利用する強制乾燥を施し、さらにそれを…工業用燃焼炉の燃料燃焼部分に圧送供給し燃焼させる」の記載がある。
また、この公報の第５頁目の第９行目〜第１２行目に「例えば成竹は４年生以上のものを選別伐採するか、または対象となる栽培地を帯状に４分割し毎年１区画づつ全量伐採する。」の記載がある。

竹林の多くは、伐採に適した平地にあり、竹を燃焼させるとＣＯ_２を発生するが、新しい竹が成長するとこれに相当する量のＣＯ_２を吸収するため、ＣＯ_２による地球温暖化等問題は生じない。
そして、わが国では、平成１２年時点で、約１５万ヘクタールの竹林栽培面積があることが報告されている。この栽培面積は、乾燥ベースで年７５０万トンの収穫量があり、熱量換算で重油３７５万トンの燃料に相当する。

特開昭５６−１０８０２１号公報

特許文献１による竹林の工業用燃料としての利用方法は、発電用設備を何処に設置するのか、発電用設備の規模について触れられておらず、竹林の永久的な保全についての記載が不十分であった。

本発明は、竹林の保全と、クリーンで、安全で、焼却後の廃棄が容易な発電を竹林の周辺で行なうことを可能にする、竹林に隣接して設置運営する規模の竹資源活用システム及び竹林の管理方法並びに竹年齢識別手段を提供することを課題する。

請求項１に係る竹資源活用システムは、
竹林において毎年地上に生え出てから４年を経過した親竹を伐採する工程と、
伐採した親竹を所望長さに切断して自然乾燥に適した縦割りする工程と、
縦割りした竹材を屋外で自然乾燥する工程と、
自然乾燥した竹材を強制乾燥する工程と、
強制乾燥した竹材を竹チップに破砕または竹粒に粉砕する工程と、
前記竹チップ又は竹粒を竹林の近辺に設備した火力発電機用のボイラーに発電用燃料として供給する工程と、を含み、
前記強制乾燥には、前記ボイラーによる廃熱又は前記火力発電機のタービン通過後の排気熱が利用され、
前記ボイラー内で燃焼させた後の残った竹灰は、竹林の土壌に還元されるシステムであるところに特徴がある。

請求項１の竹資源活用システムによれば、４年生になった親竹は全て伐採される。その理由は、「竹は成長が早く２〜３ヶ月で親竹になる。」「１〜３年生の親竹は、筍（たけのこ）に養分を送る役割があるために切ってはならないが、４年生以降は土中の養分を消費するだけであるため、良い竹林を維持するために切り取るのが良い。」「竹林の荒れは、４年生を過ぎた親竹を間伐すると防止できる。」とする、京都大学名誉教授で竹博士として著名でおられた故上田弘一郎教授の言葉にある。

生竹は、水分含有率が５０〜７０％とかなり高く、水分を除去しないと発熱が有効に利用されない。このため請求項１の竹資源活用システムでは、水分含有率が１４〜１５％程度になるまで自然乾燥させる工程を採る。竹林及びその周辺の景観を保護し、乾燥用建築物の設置を不要にするため、自然乾燥は竹林内若しくはその周辺等の屋外で行なわれる。前記縦割りには２分割又は４分割が挙げられる。自然乾燥は竹林又はその近辺の屋外で行われるため、雨で竹が濡れることがあるが、雨が止むと直ぐに乾燥する。尚、上記の数値は地域及び季節性並びに竹の種類等によって若干の違いがあるため、好適な数値と理解されたい。

この竹資源活用システムでは、自然乾燥後、水分含有率が１０％程度若しくは其れ以下になるまで強制乾燥させる工程を採る。前記ボイラーによる廃熱を利用した強制乾燥においては、例えば、該ボイラー、煙突、灰だめ等の廃熱をヒートパイプ又はダクトを利用して乾燥室内に導入する方法が挙げられる。前記火力発電機のタービン通過後の排気熱を利用した強制乾燥の場合も同様である。

強制乾燥の次の工程では、竹材が竹チップに破砕または竹粒に粉砕される。
竹チップに破砕または竹粒に粉砕した後は、火力発電機用のボイラーで燃焼させる発電用燃料として、ホッパーやコンベアなどを通じて、このボイラー内に投入される。

乾燥竹を燃焼させると、次の「表１」に示すように、バイオマス燃料として知られている乾燥木材よりも高い発熱量が得られ、発電効率に優れることが解る。
乾燥竹は、燃料用石炭の発熱量よりも低く、重油の発熱量の半分程度であるが、石炭や重油などの輸入に頼る有限な化石燃料とは違い、竹林管理が行き届くと、全量が国内で賄える永久資源である。

そして、前記ボイラー内で燃焼させた後の残った竹灰は僅かであるが、竹林の土壌に還元されて、竹林の成育に好適な土壌成分になる。

請求項１の竹資源活用システムは、竹林の維持とバイオマス燃料を永久に確保する、竹林単位で運営される規模の燃料資源活用システムであり、竹林周辺地域に電力を供給し、余剰電力は電力供給会社に売電するために運営される。このために１箇所の発電設備は小型でよい。しかしながら、比較的小面積の竹林が近隣に複数ある場合には、複数の竹林を１単位とした中規模程度までの発電設備が設置される。
国内の多くの竹林がこの竹資源活用システムにより管理運営されると、「表２」に示すように大規模な発電量が安定して確保され、現在、国内の化石燃料を用いた火力発電に置き換えることが可能になる。

本発明では、請求項２において、前記強制乾燥した竹材を竹チップに破砕または竹粒に粉砕する工程の後、更にペレットに成型する工程が更に含まれる竹資源活用システムも併せて提案する。

本発明では、請求項３において、竹林から毎年地上に生え出た１年生未満の若竹に毎年異なる種類の竹年齢識別手段を取り付けて、各年の伐採時に、毎年地上に生え出てから４年を経過した伐採用の親竹を目視により識別可能にする竹林の管理方法も提案する。

また、本発明では竹年齢識別手段も提案しており、請求項４においては、竹に巻きつけ或いは掛け回して取り付けられる止めバンド又は帯状体が、４年を１サイクルとする年ごとの違いが色違い表示されており、請求項５においては、４年を１サイクルとする年ごとの違いが数字または文字表示されている。

また、本発明では、請求項６において、これらいずれかに記載の竹年齢識別手段を生分解性プラスチックを素材とすることも可能としている。

請求項１に係る竹資源活用システムは、竹林を維持させ、竹を燃料としたバイオマス発電を可能にするシステムであり、これには次のような効果が挙げられる。

第１に、エネルギーの安全保障が挙げられる。乾燥竹を焼却すると４，６００〜５，４００ｋｃａｌ／ｋｇの発熱量がある。この発熱量は木材の４，０００ｋｃａｌ／ｋｇに比べて２０％も高く、燃料用石炭及び原料用石炭と比べると８０％程度の発熱量があり、重油の半分位の発熱量がある。わが国は石炭及び石油の殆どを輸入に頼っており、しかも、石炭及び石油は無尽蔵にある訳ではなく、価格も需給により大きく変動する。これに対して、竹を燃料にすると、石炭や重油のような公害がなく、代替熱源として適している。例えば、発電効率を３５％とした場合、１ｋＷ／／ｈ当たり２，５００ｋｃａｌ弱となり、乾燥させた竹材５０トン（竹林１ヘクタールの年生産分）で１０万ｋＷ／ｈの発電が可能になる。

第２に、バイオマスにおける竹の優位性が挙げられる。すなわち、バイオマスエネルギー源となる大豆、とうもろこしは、平坦で日当たりが良いグレードの高い栽培農地を必要とするが、竹は、山林や雑種地でも栽培でき、毎年植付けや種蒔きの必要がなく、栽培の手間が掛からない。

第３に、クリーンで、安全で、焼却後の廃棄が容易なエネルギーである。石炭、石油などの化石燃料は、燃焼時にＣＯ_２、ＳＯ_ｘ、ＮＯ_ｘ、煤塵等を大量に発生し、原子力は放射性廃棄物の後処理に課題があるが、竹を燃料にすると焼却残灰は２％程度と僅かであり、しかも、この焼却残灰を竹林などに戻すと、植物の成育に良いとされる土壌のアルカリ化が促進される。

第４に、雇用対策及び過疎対策に寄与し得る。わが国の竹林の殆どは過疎地にあるため、竹林の管理、竹の切り出しから竹バイオマス発電に至る各工程において雇用が創出される。とくに、これらの工程は高齢者でも行なえるため、高齢者は労働に参加することの生きがいにもなる。

第５に、防災対策になる。竹林の土中に這う多数の地下茎及び根は、土面を強化する。竹林の土地緊縛力は杉、桧の約２〜３倍あるため、治山、治水を図り、地震時の土砂崩れを防止する。

第６に、竹は低コストなバイオマス発電材料であり、設備コスト及びランニングコストを抑えた発電事業が行なえる。

第７に、海外技術協力に寄与し得る。
竹林は、日本国内のみならず、中国、東南アジア、南アジア等おいてに広範囲に群生しており、とくに、資源が乏しい国の産業振興、雇用促進と、ＣＯ_２削減が期待できる。

また、請求項１に係る発明では、竹材の強制乾燥に火力発電機による廃熱を利用するシステムであるため、簡易かつ低コストで効率良く竹材を強制乾燥させ得る。
とくに、乾燥工程を経た後に竹チップにする工程を採るため、大きさの揃った高品質の竹チップが得られるため、高効率で発電させることができる。

請求項２に係る竹資源活用システムでは、更にペレットに成型する工程が含まれるシステムとした結果、燃焼効率の高い市販用のストーブ用燃料等にすることが出来る。

請求項３に係る竹林の管理方法によれば、毎年地上に生え出てから４年を経過した伐採用の親竹は、竹年齢識別手段を目視で確認して識別することが出来る。

請求項４に係る竹年齢識別手段によれば、竹に巻きつけ或いは掛け回して取り付けられる構成とされているため、竹に簡単に取り付けることができ、竹が伐採に必要な４年生であるか否かが色違いにより容易に識別出来る。

また、請求項５に係る竹年齢識別手段によれば、竹が伐採に必要な４年生であるか否かが数字または文字を見て確認することが出来る。

請求項６に係る竹年齢識別手段によれば、生分解性プラスチックを素材とした結果、竹林で使い捨てても土に戻るため、竹林の環境汚染にならない。

本発明に係る竹資源活用システムの概要を示したブロック図。 竹林内の竹に竹年齢識別手段が取り付けられた事例を示した図。

本発明を実施するための最良の形態は次の実施例により一層明確に理解させるであろう。

図１に示すように、本発明１実施形態の竹資源活用システム１は、竹を燃料にした発電のためのシステムであり、発電所は竹林から産出される竹を燃料にする程度の中規模又は小規模のものが想定され、竹林周辺に設備される。
このシステムでは、竹林において毎年地上に生え出てから４年を経過した親竹を伐採する工程（Ｓ２）、伐採した親竹を所望の長さに切断して（Ｓ３）自然乾燥に適した縦割りする工程（Ｓ４）、縦割りした竹材を自然乾燥する工程（Ｓ５）、自然乾燥した竹材を強制乾燥する工程（Ｓ６）、強制乾燥した竹材を竹チップに破砕（Ｓ７）または竹粒に粉砕する工程（Ｓ１０）、前記竹チップ又は竹粒を竹林の近辺に設備した火力発電機２の発電用燃料として供給する工程（Ｓ１１）、ボイラーで燃焼する工程（Ｓ８）、この燃焼によりタービンを駆動させて発電する工程（Ｓ９）を含む。そして、燃焼後に残った竹灰は、竹林の土壌に還元され、伐採が進んだ竹林では、適宜、植栽が行なわれる（Ｓ１）。

枝払いは自然乾燥を促進させるため、自然乾燥の後で行なう。
前記所望の長さは、例えば、１．５ｍであり、前記縦割りはこの長さで例えば２分割又は４分割にされる。縦割りによって分割された竹材は、現地で自然乾燥され、その期間は季節によっても異なるが例えば４週間である。
自然乾燥により竹材の水分含有率は１４〜１５％程度まで低下し、続く強制乾燥で水分含有率を１０％程度若しくは其れ以下まで低下させる。本発明実施形態では強制乾燥は、火力発電機２のボイラーによる廃熱が利用される。

図２に示すように、毎年地上に生え出てから１年未満の若竹３には、竹年齢識別手段の１実施形態である止めバンド５が取り付けられる。この止めバンド５は、竹に巻きつけて取り付けられる生分解性プラスチック製の幅広い形状を有し、竹に巻きつけた後、この止めバンド５の一方の先端部に設けられている矩形の開孔５ａ内に、他方の先端部５ｂを挿通させる方法で若竹に取り付ける。この止めバンド５は色違いのものが４種類あり、年ごとに色を変えて、若竹３に取り付ける。このようにすると、色の違いにより何年生の竹であるかが簡単に識別でき、伐採する４年生の竹を簡単かつ正確に把握することができる。
また、この止めバンド５には数字が記された札６が取り付けられており、この札６の数字または文字を読み取ることによって、親竹が何年生の親竹であることが一層確実に識別できるようにしてある。前記数字は、例えば、最初の年の１年生未満の竹に「１」、翌年の１年生未満の竹に「２」、次の年の１年生未満の竹に「３」、というように、毎年違った数字が記された札６を取り付けると、竹林内の親竹の年齢が一目で判り、伐採する４年生の竹を簡単かつ正確に把握することができる。

本発明の竹資源活用システム及び竹林の管理方法並びに竹年齢識別手段は、いずれも竹林の管理と、竹を燃料にしたバイオマス発電として利用可能性がある。

１ 本発明１実施形態の竹資源活用システム
２ 火力発電機
３ 若竹
５ 止めバンド
６ 札

Claims (6)

1. 竹林において毎年地上に生え出てから４年を経過した親竹を伐採する工程と、
   伐採した親竹を所望長さに切断して自然乾燥に適した縦割りする工程と、
   縦割りした竹材を屋外で自然乾燥する工程と、
   自然乾燥した竹材を強制乾燥する工程と、
   強制乾燥した竹材を竹チップに破砕または竹粒に粉砕する工程と、
   前記竹チップ又は竹粒を竹林の近辺に設備した火力発電機用のボイラーに発電用燃料として供給する工程と、を含み、
   前記強制乾燥には、前記ボイラーによる廃熱又は前記火力発電機のタービン通過後の排気熱が利用され、
   前記ボイラー内で燃焼させた後の残った竹灰は、竹林の土壌に還元されるシステムであることを特徴とする竹資源活用システム。
2. 前記強制乾燥した竹材を竹チップに破砕または竹粒に粉砕する工程の後、更にペレットに成型する工程が含まれる、請求項１に記載の竹資源活用システム。
3. 竹林から毎年地上に生え出た１年生未満の若竹に毎年異なる種類の竹年齢識別手段を取り付けて、各年の伐採時に、毎年地上に生え出てから４年を経過した伐採用の親竹を目視により識別可能にする方法であることを特徴とする竹林の管理方法。
4. 請求項３に係る竹林の管理方法に用いられる前記竹年齢識別手段であって、竹に巻きつけ或いは掛け回して取り付けられる止めバンド又は帯状体であり、４年を１サイクルとする年ごとの違いが色違い表示されていることを特徴とする竹年齢識別手段。
5. 請求項３に係る竹林の管理方法に用いられる前記竹年齢識別手段であって、竹に巻きつけ或いは掛け回して取り付けられる止めバンド又は帯状体であり、４年を１サイクルとする年ごとの違いが数字または文字表示されていることを特徴とする竹年齢識別手段。
6. 前記竹年齢識別手段は、生分解性プラスチックを素材としている、請求項４乃至６のいずれかの項に記載の竹年齢識別手段。

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