JP2017197706A

JP2017197706A - バイオマス微粒子燃料

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Publication number: JP2017197706A
Application number: JP2016132024A
Authority: JP
Inventors: 荒城慶作; Keisaku Arashiro
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2017-11-02

Abstract

【課題】化石燃料に代わる再生可能で循環のバイオマス固形燃料は、まずガス成分の炎の燃焼になり、次に炭素による炭火燃焼の２段階燃焼で長く燃える。従って、ストーブや物を焼いたり煮たりする燃料には適するが、ガス成分と炭素の同時燃焼で高いエネルギーを必要とする燃料には適さない。【解決手段】固形のバイオマスを乾式微粉砕または湿式微粉砕で微粒子化すると、ガス成分と炭素が酸素と接触して同時に爆発的な燃焼で高いエネルギーが得られるバイオマス微粒子燃料とする。この事は、石炭粉塵爆発や小麦粉爆発等が実際に起きていることにより証明されている。【選択図】図３

Description

本発明は、バイオマス微粒子燃料及びその燃焼方法に関し、より詳言すれば、気体燃料、液体燃料、固体燃料の代替の第４の燃料としてバイオマスを微粒子化した微粒子燃料とその燃焼方法に関するものである。

現在、南太平洋の島国（例えばツバル）が沈みつつあり、また北極圏や南極大陸の氷河も急速に減少しており、日本に於いても台風の大型化、竜巻の頻繁発生、ゲリラ豪雨など地球環境の悪化による現象が表面化してきている。この原因として化石燃料によるＣＯ_２の発生による地球温暖化が挙げられ、国連環境計画（ＵＮＥＰ）は、国連気候変動枠組条約第３回締約国会議（ＣＯＰ３）において採択された京都議定書による温室効果ガスの削減等で国際的に取り組まれているものの、より一層深刻な状態になってきており、地球温暖化によって引き起こされる洪水や干ばつ、海面上昇といった被害を抑える適応策の費用（温暖化対策費）として2050年には最大６０兆円必要になる可能性があるとペルーで開催のＣＯＰ２０（2014.12）で発表された。また、パリで開催されたＣＯＰ２１（2015.11〜12）に於いては、日本は2030年度までに13年度比で26％減のＣＯ₂削減目標値を掲げている。

地球温暖化と将来的に予測されている化石燃料の枯渇も見据えてエネルギーの確保を考えた場合、ＣＯ_２を出さない原子力発電は東日本大震災後、一時、全て稼働停止になったように、火山と地震が多い島国で国土の狭い日本に於いては安全上問題がある。従って、宇宙の中にある地球は、宇宙から降り注ぐエネルギーを自然法則に沿って使うことが望ましく、最も身近な星である太陽エネルギーを有効に使うことにより、エネルギー問題を解決することができる。
しかし、太陽エネルギーの活用には、再生可能でクリーン・エネルギーとして国家的に目指して進められている太陽光発電、風力発電、波力発電、小型水力発電等の直接的な太陽エネルギーの活用があるが、気象条件に非常に大きく左右されて電力の安定供給が難しいと共に、水力発電の揚水式以外は電気的エネルギーを蓄えて置くことも難しい。

そこで近年、気象条件に左右されなく安定供給できる火力発電が電力の自由化（2016.4.1から）もあり、増えて来ており、安価から化石燃料である石炭の使用が多くなって来ているため、ＣＯＰ２１の目標達成が難しいことが予想されている。従って、上記の「化石燃料によるＣＯ_２の温暖化」の打開策として、化石燃料に変わり再生可能で安定的にエネルギーが確保できるバイオマスを燃料に用いて、そのカーボンニュートラルにより、温室効果ガスを増やさないで、逆に削減することが出来る事に注目されると共に、使用が切望されて来ている。

バイオマスである植物は光合成で空気中のＣＯ2（その他水等）を使って酸素を放出して太陽エネルギーを植物体として自ら置き換えて貯えている。従って、光合成の逆作用で植物体に酸素を供給してＣＯ2（その他水等）を放出させることにより貯えていた太陽エネルギーを取り出すことが出来るため、バイオマスは燃料として何時でも何処でも間接的に太陽エネルギーを再生して使うことができる。これは、太陽をエネルギー源とした「光合成と燃焼の循環」の再生可能なエネルギーであり、ＣＯ2は増やさない正にカーボンニュートラルである。即ち、植物は太陽エネルギーの貯蔵庫であり、燃やせば何時でも何処でもエネルギーが使える。

例えば、樹木の木質バイオマスは、植物細胞の細胞壁や繊維を形成するセルロース(Ｃ₆Ｈ₁₀Ｏ₅)_nと、セルロースと共に複合体を形成するヘミセルロースが６０％〜７０％、その細胞壁間にあって結合、硬化の働きをするリグニンが20％〜30％、その他の成分から形成されており、光合成によって二酸化炭素と窒素と水等を吸収、酸素を放出して太陽エネルギーを取り入れて炭素として貯えて（太陽エネルギーから出来て）いるものである。従って、逆に木質バイオマスに酸素を取り入れる（燃焼させる）と、光合成の反対で二酸化炭素と窒素と水等を放出すると共に、太陽から吸収して貯えていた太陽エネルギーも放出する事が出来るので、木質バイオマスは燃料として利用することができる植物体である。

具体的に木質バイオマスは、加熱が200度くらいまでになると樹脂成分が炭化水素系の揮発ガスとなって酸素と化合して、まず炎燃焼する。更に加熱されると植物細胞の細胞壁や繊維を形成するセルロースが分解、再結合する過程で蒸発し易い水素やメタン等のガスとなって発生して、酸素との化合で炎燃焼する。このとき水やＣＯ_２が出るが、未燃焼では煤やタールも出る。燃焼が進み発生するガス成分が無くなると炎が収まって熾き火になる。熾きは炭素が高温の状態になっているものであり、酸素があると反応して炭火になり二酸化炭素を発生しながら炭素燃焼で燃え尽きて（太陽エネルギーを出し切って）、貯えていた太陽エネルギーを全て放出すると最後は太陽エネルギーの貯えに必要がなかったものが灰として残る。

この様に木質バイオマスは、太陽エネルギーによる光合成によって自らを作り出して太陽エネルギーを貯めている植物体であって炭素を含んだエネルギー資源（燃料）である。従って、植物を起源とした生物体のバイオマス（炭素を主成分とした有機物）に貯えられている太陽エネルギーを取り出すには、光合成の反対に酸素を供給して燃やして燃料とする事が必要であり、その燃やすバイオマス燃料に於いては、
（１）木・草・農業残さ（稲わらや籾殻等）・生ゴミ（生野菜、肉など）、家畜の糞尿、下水汚泥など植物体から由来する有機物であるバイオマスは、その状態によって蓄えている太陽エネルギーの量が違い、発生する熱量にも差がある。
（２）バイオマス燃料が乾燥していないと、含有水の冷却や水分の蒸発で酸素が遮断されたり、気化熱で本来の期待した発熱量が得られない。
（３）同じ木質バイオマスに於いても燃えやすいものと燃えにくいものがある。例えば、広葉樹のナラ、ブナ、サクラ、クリ、ケヤキなどの落葉樹は木質細胞を形成する成分であるセルロースが多いので、ガス成分の水素やメタン等の割合が多く燃焼状態が良い。更に、緻密で硬く重い一般的に堅木と言われる物で木炭となる炭素が多く、良い熾きが多く残り長時間にわたり熾きの炭素燃焼が長く続く。これに対して、針葉樹は杉、松、檜などで木質は樹脂を多く含み可燃性ガスによる燃焼が多いが、広葉樹に比べ比較的細胞は荒く軽くて軟らかいので、着火性が良く燃えやすくて火力は強いが短い燃焼で良い熾き火が多く残らず、火持ちが悪い。
（４）バイオマスの形状、大きさ、密度によっても燃焼の違いや発熱量に違いがある。例えば、同じ材質の薪でも太い状態の薪は、容積に対して表面積が狭いため、表面燃焼で略一定の燃え方になり発熱量も落ち着いてその分、長く燃焼する（ガス燃焼、炭素燃焼共に）。反対に細く小割にした状態の薪は表面積が多くて広いため、一気に燃焼し、芯を残すことなく燃焼が完了する。草は、更に薪に比べて細く、平べったくバイオマス密度も低く、空気との接触面積が広いため、酸素の供給が十分で、短時間に高いエネルギーを放出して燃え尽きて灰になる。

この様に、未加工（自然）のバイオマスの燃焼には発生エネルギーにバラツキがあり、貯えられた太陽エネルギーを有効に取り出して活用できないという問題があった。

バイオマスの加工燃料としては大別して、バイオマスを直接固形燃料とする方法、バイオマスを熱処理してガス化によるガス燃料とする方法、バイオマスを発酵等による生物化学的にガスを発生させてガス燃料とする方法等があるが、直接固形燃料とする方法に於いては、バイオマスから安定したエネルギーを取り出す事と輸送効率や発熱量等の付加価値の高い燃料への転換技術の開発が行われている。例えば、加熱しながら加圧した半炭化のバイオマス固形物燃料（特許文献１参照）、オガ粉に粉炭を混合した木質ペレット燃料（特許文献２参照）、破砕されたバイオマスに廃食用油を混合したペレット燃料（特許文献３参照）、バイオマス原材料を破砕処理した後発酵処理、加熱処理、摺り潰し、練り込み、成形したバイオマスブロック燃料（特許文献４参照）等が開示されている。

特許第４０８８９３３号公報特開２００８−３０３３０５号公報特開２０１０−１２１０４７号公報特開２０１２−３１３６０号公報

このように従来のバイオマス加工燃料は、「特許文献１のバイオマス固形物、特許文献２と特許文献３のバイオマスペレット、特許文献４のバイオマスブロック」と含有バイオマスの種類の違いや大きさの差はあるが、何れもバイオマスを圧縮して密度を高めて定量のエネルギーが取り出せる様にした固形物燃料であった。

バイオマスを圧縮して密度を高めて加工したペレット等の固形燃料であると加熱した場合、先ずガス化する成分の可燃性ガス（水素、炭化水素やメタン等）が発生して酸素と化合してガス燃焼（炎燃焼）する。このとき周りの酸素を使うと共に、炎が空気を遮断するため、ガス化しない炭素はガス燃焼で高温に熱せられた状態で熾きとなって待機状態で残る。発生するガスが無くなって炎が無くなると高温に熱せられた炭素に空気中の酸素が直に供給されるため、熾きの炭素燃焼（無炎燃焼）となって燃え尽きて灰になる。この様に従来の固形物のバイオマス燃料は、表面の空気（酸素）と接する部分の酸化燃焼（面燃焼）のため、ガス（炎）燃焼と炭素燃焼の２段階で徐々に長く燃える燃焼となって「低燃焼エネルギーの長時間燃焼」となり「高燃焼エネルギー」が得られないと云う課題があった。従って、ペレット等の固形燃料に加工したバイオマス燃料は、長時間低エネルギーを必要とするストーブなどには適するが、短時間に高エネルギーを必要とするガスバーナーや内燃機関等の燃料には向かなかった。

また、バイオマスを同じ大きさのペレット等に加工した固形燃料で高燃焼エネルギーを必要とする場合は、如何しても燃料の燃焼面積を広くする必要があり、ペレット加工等の固形燃料を数多く必要とするため、大きな設備が必要になるという課題があった。例えば、石炭も同じであり、石炭の固形燃料を使う製鉄所の溶鉱炉などは大きな設備が必要になっている。

また、持続的に同じ量の燃料が供給される灯油、ガスなどの窯は、一定の空気量で燃焼が続く。しかし、バイオマスのペレットなど固形物燃料の窯の場合は、固形物燃料を投入した直後は燃料が多い状態になり、供給される酸素量が同じであると、如何しても酸素不足になってしまう。つまり還元状態になる。更に燃焼による可燃性ガスの膨張は炉内圧を高め、酸素流入量は減ってしまうため、さらに還元状態が強くなるという課題もある。

このように、ペレット等の固形燃料とした従来のバイオマス燃料に於いては、バイオマスは生物体の由来の有機物であるため、樹脂成分等と炭素を含有しており、ガス（炎）燃焼してから次に炭素燃焼する２段階の分散で燃焼する。従って、用途によっては樹脂成分等と炭素を別々に取り出してガス（炎）燃焼用と炭素燃焼用の2通りの燃料として使い分けることも十分できる。例えば、ガス燃焼は戦時中の木炭自動車の木炭ガス、炭素燃焼はバーベキュー等の炭火として現在も使われている。しかし、ガス（炎）燃焼と炭素燃焼を同時に合わせて行って非常に高いエネルギーが瞬間的に必要とする燃料には使用目的に十分対応した活用が出来ない未完成燃料であった。

バイオマスが化石になったと云われている化石燃料である天然ガスと石油は、動物や樹脂が多く柔らかい木、葉、草等の軟体植物が長年、高温・高圧下で化学的な分解や結合によって分子レベルまで微粒子化して気体と液体状態になったものであり、ガス・コンロや石油ストーブの様に、そのまま燃やして利用する事ができると共に、空気と容易に混合させる事が出来るため、爆発的に燃やして大きなエネルギーを瞬時に取り出す事も出来る（内燃機関等）完成燃料である。だが同じ化石燃料であっても石炭は、骨材としての炭素を多く含んだ丈夫な木や硬い木が化石になったもので、炭素は分解や結合せず樹脂等のガス成分を含んだ状態で、そのまま化石になった固体燃料であるため、石炭を燃やすとまずガス成分が発生して炎燃焼してから次にコークスとなって炭素燃焼が始まる２段階燃焼で長時間燃える燃料である。しかし、石炭も微粒化することによって空気と混合する事ができて、燃やすと天然ガスや石油のように爆発的に大きなエネルギーを出して瞬時に燃え尽きる（炭坑の粉塵爆発等）ので固体の化石燃料であっても微粒子化することによって完成燃料とすることができる。

木質バイオマスの薪は固形物であり、石炭との違いは化石になっているかいないかである。従って、薪も燃やすとガス成分が発生して炎燃焼してから次に熾きの炭素燃焼が始まる２段階燃焼で長時間燃える燃料であり、また石炭と同じ様に微粒子化することによって空気と混合させて爆発的に瞬時に燃やして大きなエネルギーを取り出す事も出来る（小麦粉の粉塵爆発等）。

しかしながらバイオマスは、大鋸屑や籾殻等のように粒子がミリ単位くらいの大きさであると、ガス燃焼と炭素燃焼のゆっくりとした表面燃焼での低い発生熱と粒子であるためバラバラで存在して熱伝導が無く、合わせて粒子表面と粒子間の空気の冷却が大きく保温力が弱くなり、発熱と放熱の燃焼バランスが悪く隣の粒子を燃焼温度まで上げる事ができないため、燃焼の連鎖反応が起こらず燻り、ガスは煙として発生するが炎燃焼の継続、延焼は出来なく燃料には成り難い。また、紙や草等の様に薄く、燃焼密度の低いバイオマスに於いてはガス燃焼と炭素燃焼が重なり、早く燃え尽きるため、長時間燃焼や高いエネルギーが得られない。また、動物の骨材はカルシュウムであるが、木を蒸し焼きにすると形状が骨格として炭で残るように植物体の骨材は炭素であり、丈夫な木、硬い木ほど炭素量が多く、含有する炭素密度に差がある。

この様に、バイオマスの種類・形状・状態・成分密度等によって発生するエネルギーにバラツキがあるのでバイオマスから定量的にエネルギーを得る燃料とするためには、圧縮して密度を高めて形状、大きさ等を定めた固形の燃料とする必要があった。しかし、バイオマスを加工して固形燃料にすると固相燃焼になり、逆にあらゆる用途に対応して使える完成燃料にはならない。

本発明は、このように従来のバイオマス燃料の課題を鑑みて、太陽エネルギーを貯えているバイオマスを炎燃焼と炭素燃焼を別々に行って、それぞれのエネルギーを利用することが出来ると共に、炎燃焼と炭素燃焼を同時に爆発的に行って、貯えた太陽エネルギーを効率よく最大限活用できる気相燃焼、液相燃焼、固相燃焼と共に、微粒子相燃焼もできる「第四の燃料」としたバイオマス微粒子燃料をエネルギー革命の完成燃料として提供することを目的とする。

従来の固形のバイオマス燃料が未完成燃料である上記の課題を解決して目的を達成するために、
第一の発明は、有機物である木、草、野菜、農業残さ、肉、生ゴミ、紙、食品廃棄物、人間・家畜排泄物、下水汚泥のバイオマスを機械的または化学的、或いは機械的と化学的により乾式または湿式或いは乾式と湿式に於いて処理し、バイオマスの物質成分をミクロ単位またはナノ単位、或いは分子レベルまで微粒子化した事を特徴としたバイオマス微粒子燃料。

第二の発明は、空気（酸素）と混合して点火や着火または発火することにより、ガス成分の炎燃焼と炭素燃焼が略同時（瞬時）に爆発的な体積（立体）燃焼になって燃焼エネルギーが得られる事を特徴とした第一の発明のバイオマス微粒子燃料。

第三の発明は、気体燃料、液体燃料、固体粉燃料、火薬粉、金属粉を添付または、気体燃料、液体燃料、固体燃料に混合、混溶、混入して燃焼させることにより、相乗燃焼エネルギーが得られる事を特徴とした第一の発明のバイオマス微粒子燃料。

第四の発明は、空気または酸素との混合や空気中に噴出、噴射・噴霧、流し込み、積層（山積み）して気相的燃焼、液相的燃焼、固相的燃焼ができる事を特徴とした第一の発明、第三の発明のバイオマス微粒子燃料の燃焼方法。

このように本願のバイオマス微粒子燃料では、気相燃焼的な燃料として、また液相燃焼的な燃料として、更に固相燃焼的な燃料として使える完成燃料とする事ができる。

直射日光下に於いて鉄板、コンクリート、アスファルトが熱く、森林（木陰）の涼しいのは、鉄板等は熱せられるだけで太陽エネルギーを吸収できないが、木は太陽エネルギーを吸収して、成長する新物質を作るのに使っているためである。同じ様に、砂浜（砂漠）が熱く、草原（芝生）が熱くないのも草（芝）が太陽エネルギーを吸収して新しい物質を作り、成長するのに使っているためである。従って、植物は太陽エネルギーを物質に変えて貯えている事になり、植物からバイオマス微粒子燃料を作って活用する社会に於いては、荒れた森や休耕農地もエネルギー生産地になるため、森林や草原は植物体として太陽エネルギーを溜めて置く太陽エネルギーのダムと云える。特に、東日本大震災の復興として津波の避難跡地にケナフ等を植えれば、太陽エネルギー貯蔵畑とする事ができ、燃料用として藻や砂糖キビ等を新たに栽培する必要がない。

有機物は全て、水と炭素を使って太陽エネルギーから出来ており、植物は空気中のＣＯ2を使って、光合成で太陽エネルギーを植物体（炭素等）に置き換えながら生長して貯えているため、逆に植物体（炭素等）を燃やして空気中にＣＯ2を戻すと貯えていた太陽エネルギーも放出するので植物はエネルギー源として使える。従って、植物を起源とするバイオマス（炭素）と太陽エネルギーは入れ換える事ができて、持続的に再生可能な資源とエネルギーの関係がある。バイオマスをバイオマス微粒子燃料とする事により、あらゆる燃焼に使える完成燃料になると共に、バイオマスは有機物のため、燃やしてＣＯ2を排出しても光合成の時に吸収した熱とＣＯ2を空気中に戻すだけで、カーボンニュートラル効果により、ＣＯ2は増加させない温暖化防止対策の燃料になる。

天然ガスはガス成分の燃料でガソリンもガス成分の燃料が常温で液化したものであり、両方ともバイオマスのガス成分の化石で炎燃焼のみであるが、空気と混合させると爆発的な高いエネルギーが得られる。しかし、石炭は、バイオマスのガス成分と炭素そのものが化石になった固体燃料であり、ガス成分が炎燃焼してから炭素燃焼の２段階燃焼で長時間燃えて両方の燃焼エネルギーが得られる。バイオマスを固形燃料にするとバイオマスは有機物でガス成分と炭素を含んでいるため、石炭と同様に２段階の表面燃焼で長時間燃えるがガス成分のように爆発的な高いエネルギーは得られない。だが、バイオマスをバイオマス微粒子燃料にすると、バイオマスの微粒子が、空気と混合してガス成分と炭素の２段階燃焼時間の短縮または同時の爆発的な体積燃焼になり、相乗効果で燃焼効率を高めて、高いエネルギーが得られる効果がある。また、空気中に噴射燃焼、噴霧燃焼する事ができる様になり、気体燃料や液体燃料と同じように、気相燃焼、液相燃焼させる事ができて、エネルギー変換効率も高められるので、内燃機関や外燃機関に広く使える完成燃料となる。なお、石炭もバイオマスが化石になったものであるので、石炭微粒子燃料も本願に含まれる。

植物は、光合成で太陽エネルギーと大気中の二酸化炭素を取り入れて有機物を合成して生長しているので、太陽エネルギーを貯えている。その太陽エネルギーが貯えられている植物を稙食性動物が食べ、更に肉食性動物が稙食性動物を食べて、それぞれ太陽エネルギーを継承して貯えている。この様に宇宙に熱として放出しない限り、貯められた太陽エネルギーは有機物として地球上の生物（動植物）に引き継がれて保存されているが、木の廃材、農業残さ、生ゴミ、糞などの様に、最後は堆肥や薪のように使われるもの以外は、必ずバイオマスの可燃廃棄物（ゴミ）となり、燃料を使って焼却処分されているのが現状である。しかし、この燃やせるゴミとは、燃えるゴミであり、燃えると云うことは、まだ太陽エネルギーを貯えている有機物であるので、逆にバイオマス廃棄物を微粒子化して乾燥するとバイオマスのゴミがエネルギー（燃料）資源になるため、バイオマス微粒子燃料は、エネルギー問題とゴミ問題を同時に解決する事が出来る。

あらゆる燃料として使えるバイオマス微粒子燃料はエネルギーの地産地消に非常に効果的で、地域の活性化にもつなげることが可能である。例えば、地域で発生する可燃ゴミをバイオマス微粒子燃料にする場合、現在の地域のゴミ焼却処理場をバイオマスを微粒子化する工場にして、従来の焼却費用をバイオマスの微粒子化費に充てる事により、お金を掛けて捨てて（処理して）いた地域のゴミが、お金を得る地域の燃料資源に変わる。従って、バイオマス微粒子燃料の発電所を併設する事で、燃料の調達コストや輸送コストをなるべくかけずに、地域で出たゴミは地域のエネルギー資源として有効活用することができる。また、木くずや森林資源の適正保護の間伐材等をバイオマス微粒子燃料にする場合であれば、木材事業者が多く集まる地域の近くにバイオマスの微粒子化の工場と発電所を設置する。この様に「地域で必要な電力は地域で発電」によって、原子力発電所のような大規模の大企業発電ではなく、電力の自由化に合わせて小規模の安全なバイオマス微粒子燃料発電を市町村単位や事業所または個人などで行う電力の地産地消ができる様になる。また、太陽光発電、風力発電、水力発電といった自然環境に左右される不安定な再生可能エネルギーの電源と違い、地理的自由度が高く安定した再生可能なバイオマス微粒子燃料によって地域で必要な発電量が十分賄いられる。

ガソリンは炭化水素の化合物（Ｃ_mＨ_n）が複数含まれた混合物で容器に入れて液体状態で燃やすと液体の表面から赤い炎が出て長く燃える。次に、ガソリンを容器から噴霧してミスト状態で燃やすと赤い火炎になって大きなエネルギーを出して短時間に燃える。更に、ガソリンを空気中に気化させて分子レベルまで微粒化させた気体状態で燃やすと青白く爆発にエネルギーを放出して燃える。また、ものや反応には違いがあるが、原子レベルの核分裂や核融合の核反応に於いては、更に大きな核エネルギーを出す。更に素粒子レベルになると、より莫大な素粒子エネルギーを出すと考えられている。この様に微粒子になればなるほど高エネルギーが得られるが、反面、原子力発電のように費用が高額になると共に、放射能物質のような危険性が増す。
本発明のバイオマス微粒子燃料は、その中間のミクロやナノの分子レベルの分子力エネルギーで単なる分子間の化合と分解による太陽エネルギーの吸収と放出であり、原子力発電所に変わるバイオマス微粒子発電所とする事により、高額設備にならず、安全性が高い分子力発電が出来る。

太陽は、惑星の中心で水素爆弾が連続して爆発し続けているような核融合の裸の原子炉であり、地球に注がれるエネルギーは約20億分の1と云われ、地球全体のアルベド（反射率）の平均は約0.3であるため、30％が地球表面の雲や氷等により宇宙に向けて反射され、残りの70％が地球に吸収されて台風、竜巻、雷、ゲリラ豪雨等の災害をもたらしているが、水力発電、風力発電、波動発電、太陽光発電などの再生エネルギー源にもなっている。他の多くは植物が光合成で太陽エネルギーを吸収してバイオマスとして何億年も貯え続けており、過去の化石になったものを現代、燃料として短期間で使い切ろうとしている。この過去に植物が何億年も貯えた化石の太陽エネルギーを消費すると、過去の太陽エネルギーと現在の降り注いでいる太陽エネルギーがダブって温暖化が進むと共に、ＣＯ2が多く高温であった数千年前の白亜紀の頃の地球環境に戻ってしまう。そこで、現在の植物が今、貯えている太陽エネルギーを今（現時点で）使う時産時消で植物と人類が共存する事により、カーボンニュートラルで地球温暖化防止対策になる。また、再生可能で継続的に略無限に安定調達できるバイオマス微粒子燃料が得られるので、有り溢れている太陽原子炉のエネルギーを活用する事により、地球上にミニ太陽である危険な原子炉を作る必要はない。人類（動物）は、太陽が有り植物が発生した環境下で生まれて生存して来た文明であるので、太陽と植物の自然法則で全て解決できる。

この様に、太陽エネルギーとそのエネルギーを貯えることが出来る植物を活用する事により、太陽と植物が無くなれば人類は生存できないので太陽と植物は人類の生存期間中は必然的に不滅であり、バイオマスを微粒子燃料にすることにより、人類の永久的なエネルギー対策になる。特に、日本は何処ででも草木は生えるので自然にエネルギーが生産される。また、草木を植えれば、誰でもが何処ででもエネルギーを生産することが出来るため、日本はエネルギーの資源大国になる。また、化石資源の節約や緑化によるヒートアイランド対策。更に、カーボンニュートラルで温室効果ガスのＣＯ2（温暖化ガス）を現状より増やさないので、ＣＯＰ２１に於ける2030年度までに日本がＣＯ2排出量を13年度比で26％減の削減目標は達成が可能となる。なお、世界的にもバイオマス微粒子燃料は、人類のエネルギー問題に於いて地球規模で貢献できるエネルギーの革命的な発明である。

バイオマスが燃料になる事を明示したものである。固形バイオマスの燃焼を示したものである。微粒子バイオマスの燃焼を示したものである。微粒子バイオマスを示したものである。日本はエネルギー資源大国になる事を示したものである。燃料の歴史を示したものである。

以下、本発明を図１〜図６に基づいて詳細に説明する。なお、本発明に於けるバイオマスとは、全ての有機物。微粒子とは、１００ミクロン以下の微粒子（粉末）。ガス成分とは、リグニンや樹脂等の動植物を熱するとガス化して、炭素以外の燃える物質。完成燃料とは、気相燃焼、液相燃焼、固相燃焼またはそれに相当する燃焼が得られる燃料。太陽エネルギーとは、光エネルギーと熱エネルギーである。

図１は、バイオマスＢが燃料になる事を明示したものであり、同図（イ）は植物２が太陽１からの太陽エネルギーＥ１による光合成Ｋで空気中（図示せず）からＣＯ2を吸収してＯ2を放出する事により、炭素３とガス成分４を作り植物体Ｓが成長しているため、結果的に炭素３とガス成分４によって太陽エネルギーＥ１を貯えている事になる。同図（ロ）は、逆に空気中（図示せず）からＯ2を吸収して炭素３（図示せず）とガス成分４（図示せず）からなる固形バイオマスＢを燃焼Ｎさせる事により、ＣＯ2を放出すると共に、貯えていた太陽エネルギーＥ１も燃焼エネルギーＥ2として炎Ｆ等で放出するので、植物体Ｓ（図示せず）からなるバイオマスＢは燃料となる。

図２は、固形バイオマスＢの燃焼を示したものであり、同図（イ）は、木質の固形バイオマスＢが炭素３とガス成分４から出来ている事を示したものである。同図（ロ）はガス成分の燃焼を示したものであり、木質の固形バイオマスＢを燃やすと、最初はガス成分４がガス化４１になって空気中の酸素（図示せず）と接触して炎Ｆの面燃焼Ｍになる。だが炭素３は炎Ｆによって空気中の酸素（図示せず）から遮断されるため、熱せられるが燃焼は出来ず、固形バイオマスＢの骨格のまま熾きとなって残る。同図（ハ）は炭素の燃焼を示したものであり、ガス成分４（図示せず）の燃焼が終わり、炎Ｆ（図示せず）が無くなると木質の固形バイオマスＢは炭Ｃとなって形状のまま残り、高温に熱せられた炭素３は空気中の酸素（図示せず）と直接接触して燃える事ができる様になり、炭火Ｔの面燃焼Ｍとなって燃える。同図（ニ）は灰を示したものであり、植物の成長には関係があるが、太陽エネルギー（図示せず）の貯えに関係がない鉱物等の物質が灰５となって残る。従って、灰５以外は全てエネルギーとして放出された事になる。
この様に固形バイオマスＢは、炎Ｆの面燃焼Ｍが終わってから炭火Ｔの面燃焼Ｍする２段階の固相燃焼になる未完成燃料であり、課題は炎Ｆと炭火Ｔの爆発的な同時燃焼が出来ることである。なお、木質バイオマスの燃焼に於いては、葉部は柔らかくガス成分が多いので主にガス燃焼で燃え尽きてしまう（草も同じ）。幹部は骨格としての炭素が多いので堅く、燃焼は炭火Ｔが主体であり、炭Ｃとして活用されている。

図３は、バイオマス微粒子燃料が完成燃料である事を示したものであり、同図（イ）は、炭素３とガス成分４から成る木質の固形バイオマスＢを示したものである。同図（ロ）は、固形バイオマスＢを乾式微粉砕または湿式微粉砕で微粒子化して炭素３とガス成分４が単体または小結合で存在していて空気と混合した場合、酸素が十分供給できる状態の微粒子バイオマスＡである。同図（ハ）は、微粒子バイオマスＡを空気と混合して気相燃焼した状態であり、炭素３とガス成分４が同時燃焼の爆発的な火炎Ｇの体積燃焼Ｈとなって、炭素３とガス成分４の燃焼相乗効果で高いエネルギーを放出する。なお、湿式の微粉砕で微粒子化する場合に於いては、液体にガソリンやアルコール等の液体燃料を用いることにより、そのままバイオマス微粒子燃料と液体燃料の混合燃料とする事ができるので、高エネルギーが得られると共に、化石燃料の節約が出来る。
この様に固形バイオマスＢを微粒子化したバイオマス微粒子燃料は固相燃焼、液相燃焼、気相燃焼ができる完成燃料となる。

図４は、微粒子バイオマスＡを具体的に示したものであり、同図（イ）は、ミクロンレベルの微粒子バイオマスＡ１であり、炭素３とガス成分４の結合微粒子塊で直接酸素と触れないものがあるため、ガス成分４と炭素３の燃焼は略同時であるが、２段階燃焼となる。同図（ロ）は、ナノレベルの微粒子バイオマスＡ２であり、炭素３とガス成分４の結合微粒子集団で直接酸素と触れるため、ガス成分４と炭素３の燃焼は爆発的な同時燃焼になる。同図（ハ）は、分子レベルの微粒子バイオマスＡ３であり、炭素３とガス成分４が結合していないバラバラの分散集団で直接酸素と触れるため、ガス成分４と炭素３の燃焼は爆発的な同時燃焼になる。なお、ガス成分４と炭素３を分けて別々のバイオマス微粒子燃料として燃焼させる事もでき、本願に含まれる。

図５は、バイオマス微粒子燃料で日本はエネルギー資源大国になる事を示したものである。同図（イ）は、森林６は何十年も太陽エネルギーを貯えたり貯えて置く事が出来る貯蔵庫であり、必要なとき何時でも切り出して、バイオマス微粒子燃料として使える。同図（ロ）は、雨が降れば水が溜まる様に、草原７は太陽が照れば一面に草木が生えるので、太陽エネルギーが溜まるダムになる。
この様に日本に於いては、何処にでも草木が生えるので、バイオマス微粒子燃料とする事によりエネルギー資源大国になる。また、日本列島は常に動いており安全地帯は無く、バイオマス微粒子燃料の火力発電で、東日本大震災の福島第一原子力発電所の事故の教訓が生かせる。

図６は、人類の燃料の歴史の概要を示したものであり、人類が誕生した原始時代から江戸時代の終わり頃までは、固形バイオマス燃料（薪や炭等）だけの固体燃料の時代であったが。産業革命や内燃機関等の発明により高エネルギーや爆発的なエネルギーが求められるようになって、1850年頃から化石燃料が主流の時代になった、しかし、化石燃料の枯渇と環境問題で化石燃料の時代は2050年頃に終わり、またバイオマス燃料の時代に必ず戻る。その時は、固相燃焼、液相燃焼、気相燃焼ができるバイオマス微粒子燃料が化石燃料に変わる最適燃料として未来永遠に続く。

１太陽
２植物
３炭素
４ガス成分
４１ガス成分のガス化
５灰
６森
７草原
Ａ微粒子バイオマス
Ａ１ミクロンレベルの微粒子バイオマス
Ａ２ナノレベルの微粒子バイオマス
Ａ３分子レベルの微粒子バイオマス
Ｂ固形バイオマス
Ｃ炭（すみ）
Ｅ１太陽エネルギー
Ｅ２燃焼エネルギー
Ｆ炎
Ｇ火炎
Ｈ体積燃焼（爆発的燃焼）
Ｋ光合成
Ｍ面燃焼
Ｎ燃焼
Ｓ植物体
Ｔ炭火

Claims

有機物である木、草、穀物、野菜、肉、魚介類、生ゴミ、紙、農業残さ、食品廃棄物、人間・家畜排泄物、下水汚泥のバイオマスを機械的または化学的、或いは機械的と化学的により乾式または湿式或いは乾式と湿式に於いて処理し、バイオマスの物質成分をミクロ単位またはナノ単位、或いは分子レベルまで微粒子化した事を特徴としたバイオマス微粒子燃料。
空気（酸素）と混合して点火や着火または発火することにより、ガス成分の炎燃焼と炭素燃焼が略同時（瞬時）に爆発的な体積（立体）燃焼になって燃焼エネルギーが得られる事を特徴とした請求項１のバイオマス微粒子燃料。
気体燃料、液体燃料、固体粉燃料、火薬粉、金属粉を添付または、気体燃料、液体燃料、固体燃料に混合、混溶、混入して燃焼させることにより、相乗燃焼エネルギーが得られる事を特徴とした請求項１のバイオマス微粒子燃料。
空気または酸素との混合や空気中に噴出、噴射・噴霧、流し込み、積層（山積み）して気相的燃焼、液相的燃焼、固相的燃焼ができる事を特徴とした請求項１、請求項３のバイオマス微粒子燃料の燃焼方法。