JP2018135477A - 粉砕バイオマス燃料と粉砕バイオマス燃料製造技術 - Google Patents

Abstract

【課題】 雑草、樹木の枝葉、灌木、竹、篠、笹、蔦、等、自然界に植生する樹木の原木を除く全ての植物とバイオマス燃料の原料を目的に栽培する栽培作物等、ソフトバイオマスと呼ばれる植物を焙煎し、半炭化して得るバイオマス燃料は、利用範囲が限定的であるため改良の必要がある。
【解決手段】雑草、樹木の枝葉、灌木、竹、篠、笹、蔦、等、自然界に植生する樹木の原木を除く全ての植物とバイオマス燃料の原料を目的に栽培する栽培作物及び農産物残渣及び植物に由来する食品残渣等の産業廃棄物を原料バイオマスとし、前記原料バイオマスを乾燥粉砕して得る粉状の多用途目的の粉砕バイオマス及び、前記原料バイオマスを半炭化処理した後粉砕して得る、粉状の粉砕バイオマス燃料。
【選択図】図４

Description

バイオマス燃料とバイオマス燃料の製造に関する。

特願２０１１−２９０７３０（特許５４３８０９０）の、雑草や樹木の枝葉などの植物を、原料バイオマスとして、一部が炭化するまで加熱乾燥することによって、生産されるバイオマス燃料と、そのバイオマス燃料の加工技術及び製造装置。

特開２０１３−８２８６９号公報 特開２０１３−８２８７１号公報

特願２０１１−２９０７３０（特許５４３８０９０）のバイオマス燃料は、雑草、樹木の枝葉、灌木、竹、篠、笹、蔦、栽培作物、等、不特定多種類の植物を、原料バイオマスとして一律に採集、任意の寸法に裁断した後、一部が炭化するまで加熱乾燥することによって、製造するバイオマス燃料（以後、バイオマス燃料と言う）である。

その加工技術（以後、加工技術と言う）によって生産するバイオマス燃料は、雑草や樹木の枝葉などを始めとする前記の植物（以後、ソフトバイオマスと言う）を、未利用エネルギ−資源（以後エネルーギ―資源と言う）として活用するものであって、農業及び工業の分野での、化石燃料の重油の代替え燃料としての使用を目的に開発した、直接燃焼を目的とする、直接燃焼型のバイオマス燃料である。

然し、このバイオマス燃料の形状は、裁断された樹木の枝葉や草の茎が原型を止める、焚火の燃え残りのようなものであって、農業及び商工業分野での利用には、貯蔵、運搬、燃焼後の後処理等、取り扱い上の制約が多く、化石燃料の重油の代替え燃料としての本格的な普及を計るには、改良の必要がある、言わば未完成品と言ってよいものである。

現時点で、このバイオマス燃料の大きな需要が見込めるものの一つに、農業分野での農業温室暖房の燃料があるが、社会構造に起因する農業の衰退と共に、農作物の温室栽培も年々激減している。この傾向は当分の間進行が止まらず、将来にわたり改善される見通しがないので、農業分野でのバイオマス燃料の大きな需要は望めない。

商工業分野の需要も、日本経済を社会構造の観点から見ると、前述の様に利用形態上余り使い勝手の良いものとは言えず、普及は極めて困難と思われる。

この様に長期的な展望で需要を分析すると，このバイオマス燃料自体の改良と、農業及び工業分野での直接燃焼以外の、効果的な新しい利用技術の開発が課題となる。

バイオマス燃料は、雑草や樹木の枝葉を始めとする不特定多種類の植物、ソフトバイオマスを無差別に採集裁断し、加熱乾燥して製造するもので、焚火の燃え残りのごみ様な形状を特徴とし、単位重量当たりの体積＝嵩張りが比較的大きく、更に体積減量の改善の必要があるが、安定した大量生産が可能なバイオマス燃料である。

従って、大量生産が可能なバイオマス燃料の新しい需要の、安定した大量需要の開拓が必要になるが、対象として火力発電の石炭や木質チップとの混合燃焼がある。他に、固形バイオマスの熱分解による、バイオマス熱分解ガス（以後、ガスと言う）の生産利用技術があるが、何れの利用に対してもバイオマス燃料自体の改良が課題となる。

特に、このガス生産技術は、輸送用バイオマス液体燃料の生産技術の一環技術となるもので、バイオマス燃料生産の中核として有望視されているが、大量の原料バイオマスの安定した供給が課題となっている。

この様な、一連の原料バイオマスの利用は、木質チップのような固形バイオマスを、更に微細に粉砕しなければ、バイオマス燃料として利用できないとされているが、現時点では技術と経済面を含めて、実用可能な原料バイオマスの生産利用技術は開発されていないが、世界的な研究開発が進んでいることは事実である。

この様な現実の中でのバイオマス燃料は、日本国内に大量に存在するソフトバイオマスを原料バイオマスとして、大量生産が可能な図１の３に示す、粉砕バイオマスの原料バイオマスとして、微細な粉砕が容易な素材となるもので、火力発電を始めとする一連の大量需要の安定した供給が可能な、粉砕バイオマス燃料生産の素材となるものである。

然し、このバイオマス燃料をどのような手段で粉砕するかが課題であり幾つかの粉砕手段があるが、どの手段も本発明との連携が困難なもので、最終的に特願２０１６−２１０２６４バイオマス燃料製造装置の改良となったものである。

その結果、１台のバイオマス燃料製造装置、つまりバイオマス焙煎機２０（以後、焙煎機と言う）の中で、原料バイオマスの焙煎乾燥と、焙煎乾燥された粗バイオマス燃料の粉砕を、焙煎機内蔵の粉砕機が連動一貫して行い、乾燥粉砕の済んだ粉砕バイオマス燃料を生産するという技術が完成した。

従って、本発明の粉砕バイオマスとその生産利用技術は、バイオマス燃料自体の改良であると共に、バイオマス燃料の新しい利用技術となるもので、極めて汎用性が高い技術である。

この様な手段で粉砕バイオマスを製造する焙煎機２０は、構造上は特願２０１６ー２１０２６４のバイオマス燃料製造装置（以後、燃料製造装置と言う）の極一部の小さな改良に過ぎないが、機械としての性能及び仕様価値を含む実用に供する効果は格段に向上するものである。

本発明のバイオマス燃料製造装置は、現在利用が不可能とされている、未利用エネルギー資源のソフトバイオマスの利用を実現する画期的なバイオマス燃料製造装置であるが、汎用性が高く多くの分野への転用も可能なものである。

このバイオマス燃料製造装置によって生産される粉砕バイオマス燃料の原料のソフトバイオマスは、日本中の山林原野、里山、等、生活環境に溢れ、その処理対策は膨大な経費を費やしても解決できない深刻な社会問題になっている。この問題のソフトバイオマスを新しいエネルギー資源として活用することは、多くの分野に新しい技術を提供すると共に、大きな経済効果を齎すものである。

従って、粉砕バイオマスの生産利用は、膨大な量の未利用エネルギー資源であるソフトバイオマスの、無限の利用技術として、バイオマス燃料生産、ＣＯ2削減、環境整備、雇用創出、地方創生、遊休農地の活用、過疎地の再生、等を通して、大きく社会に貢献するものである。

バイオマスからのバイオマス熱分解ガスの生産利用体系を示す図 バイオマス燃料製造工程を示す図 焙煎機の概略図 粉砕機の概略図 改良した粉砕機の概略図

本発明の、粉砕バイオマス燃料の原料であるバイオマス燃料は、雑草、樹木の枝葉、灌木、竹、篠、笹、蔦、等、自然界に植生する樹木の原木を除く全ての植物と、バイオマス燃料の原料を目的に栽培する栽培作物等のソフトバイオマスを、原料バイオマスとして製造するものである。

その製造方法は、図２に示すように、ソフトバイオマス１７を、原料バイオマス１８として採集、裁断２９、焙煎２１、粉砕２２の工程を経て製造されるが、バイオマス燃料製造の基本技術は、山林原野の原料バイオマスの採集現場で、移動式のバイオマス焙煎機２０（以後、焙煎機と言う）と付帯設備の連携による一貫作業でバイオマス燃料を山林原野の原料バイオマスの採集現場で製造し、製造したバイオマス燃料を、バイオマス燃料貯蔵施設又は利用施設に運搬、貯蔵又は利用するものである。

そのバイオマス燃料の製造方法は、採集後裁断した原料バイオマスを、図２及び図３に示す焙煎機２０で、原料バイオマスの中の細い枝、葉や草の葉等のような、早く乾燥する部分が焦げて炭化するまで焙煎するだけで、原料バイオマスは嵩張りの大きい含水分７〜９％程度の乾燥した粗バイオマスとなる。

バイオマス燃料は、この粗バイオマスの炭化した部分のみを図３Ｂの粉砕機で粉砕し嵩張りを解消することで、減容量化を図ると共に、安定した長期保存を可能にし、燃焼効率の向上を図ったことで、利用が不可能とされていたソフトバイオマスの利用を可能にしたものである。

完成したバイオマス燃料の、標準的なものの炭化の比率は平均６０％で、形状的には炭化物から表面が焦げた程度に乾燥したものが混在する半炭化の雰囲気であり、その中の約３０％が粉炭となり、含水分は７〜９％程度の乾燥したバイオマス燃料となる。

この焙煎機２０は、図３Ａに示す燃料製造装置であって、焙煎された原料バイオマス（以後、粗バイオマス燃料と言う）の一部を粉砕する、図３Ｂに示す粉砕機を内蔵している。

本発明は、この焙煎機２０に内蔵されている図３Ｂの粉砕機を、図４に示す粉砕機に改良することで、焙煎機２０内に於いて、乾燥工程で製造された粗バイオマス燃料を同一ライン上の粉砕機により確実に粉砕することで、原料バイオマス１の乾燥２、粉砕３、の工程を焙煎機内で一貫して行い、粉砕バイオマス燃料を製造する。

焙煎機２０に内蔵されている改良前の粉砕機は、図３Ｂに示すように旧式の精米機の原理を利用したもので、本来の粉砕能力は無く、粗バイオマス燃料のスクリュー軸による搬送中に抵抗鋼板３４で抵抗を掛け、前述の炭化している細い枝葉や草の葉等のみを単純に揉み砕くだけのものであった。

図４に示す改良型粉砕機は、図３Ｂの粉砕機のスクリュー軸の先端部の抵抗鋼板３４を、図４の臼型粉砕器３６に改良したものであるが、この臼型粉砕器３６は旧式の穀物粉砕機の構造を応用するものであって、租バイオマス燃料の中の炭化している部分は、先端の臼型粉砕器３６に達するまでのスクリューで揉み砕かれ粉炭となり、残りの半炭化又は乾燥状態の部分を臼型粉砕器３６で完全粉砕する。

この様に焙煎機２０の改良は、改良焙煎機２０全体の構造上から見ればごく一部の極めて小さな改良に過ぎないが、機能の面では大転換にあたり、大改良となるものである。

従って、この改良焙煎機２０は、バイオマス燃料製造以外の分野への転用も可能な、汎用バイオマス燃料製造装置でもある。例えば、穀物の焙煎から粉砕までの作業を必要とする、食品加工などへの導入は極めて効果的なものである。

この改良焙煎機２０で、半炭化前の状態に乾燥しただけのバイオマスを粉砕したものを粉砕バイオマスとし、半炭化処理したバイオマスを粉砕したものを粉砕バイオマス燃料とし、それぞれ利用目的によって使い分けるが、粉砕バイオマスもバイオマス燃料としての利用は可能である。

この様な焙煎機２０で製造した粉砕バイオマス燃料は、本来のバイオマス燃料が工業製品のような規格化が不可能であったのに対し、粉砕バイオマス燃料は、バイオマス粒径の調節が自由になり、５０〜６０％が炭化している上に含水分量が７〜９％と乾燥度が極めて高いので、燃焼効率が高く、半永久的な長期貯蔵も可能なことで、工業的な規格化が可能になる。

この結果は、粉砕バイオマス及び粉砕バイオマス燃料は、バイオマス燃料の自体の改良であると共に、粉砕バイオマス及び粉砕バイオマス燃料の製造技術は、バイオマス燃料の新しい汎用性の高い利用技術であるといえるものである。

粉砕バイオマスの原料となるバイオマス燃料は、農業用の温室暖房燃料の重油の代替え燃料として開発したものであった。従って、粉砕バイオマス燃料も農業用温室暖房への利用は当然であるが、この温農業用温室暖房機と同様の燃焼形式の燃焼器の使用が可能な熱利用機器での仕様も可能である。

粉砕バイオマス及び粉砕バイオマス燃料はバイオマス粒径の調節が可能なことで、石炭火力発電の微粉炭燃焼の混合燃焼材としての利用が可能である。又、木質チップ火力発電燃料の高水分木質チップとの混合燃焼は、高水分木質チップの乾燥と同じ水分調整の効果があると言える。

粉砕バイオマス燃料の開発の目的は、バイオマス燃料の新しい利用方法の開発であった。その理想の利用となるのがバイオマス熱分解ガス生産の原料バイオマスとしての利用で、この粉砕バイオマスの利用の中で最も有望な需要の可能性がある。

この粉砕バイオマスの生産利用技術が普及することで、膨大な量のエネルギー資源が開発されることの、社会貢献の大きさは計り知れないものである。

１原料バイオマス、 ２乾燥、 ３粉砕、 ４火力発電、 ５ガス化炉、 ６ガス化、７精製、 ８合成ガス、 ９メタノール合成、 １０メタノール、 １１ＤＭＥ合成、１２ＤＭＥ、 １３ＦＴ合成、 １４ディーゼル油、 １５輸送用液体燃料、 １６バイオマスガス火力発電、 １７山林原野のバイオマス、 １８採集、 １９裁断、２０焙煎機、 ２１焙煎（乾燥）、 ２２粉砕、 ２３運搬、 ２４焙煎ドラム、２５スクリュー羽、 ２６煙道、 ２７原料バイオマス、 ２８原料ホッパ、 ２９スクリュー、 ３０撹拌羽、 ３１燃焼炉、 ３２粉砕機、 ３３燃料吐出し口、 ３４抵抗鋼板、 ３５スプリング、 ３６臼型粉砕器

Claims (2)

1. 雑草、樹木の枝葉、灌木、竹、篠、笹、蔦、等、自然界に植生する樹木の原木を除く全ての植物とバイオマス燃料の原料を目的に栽培する栽培作物及び農産物残渣及び植物に由来する食品残渣等の産業廃棄物を原料バイオマスとし、前記原料バイオマスを乾燥粉砕して得る粉状の多用途目的の粉砕バイオマス及び、前記原料バイオマスを半炭化処理した後粉砕して得る、粉状の粉砕バイオマス燃料。
2. 臼型粉砕機を内蔵し、請求項１の前記原料バイオマスを乾燥又は半炭化処理した後、内蔵する粉砕機により乾燥又は半炭化処理した原料バイオマスを粉砕する、請求項１の粉砕バイオマス及び、粉砕バイオマス燃料の製造を主目的とする、汎用バイオマス燃料製造装置。