JP2023131221A - 資源循環方法及び資源循環管理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】圃場で発生する大量の収穫残渣を、資源として効率的に活用できる資源循環方法を提供する。【解決手段】資源循環方法は、圃場で生じた収穫残渣を収集する収穫残渣収集工程と、前記収穫残渣収集工程で収集した前記収穫残渣をメタン発酵させる嫌気性処理工程と、前記嫌気性処理工程で生じた発酵残渣を、圃場に還元する還元工程と、を含み、圃場で収集された収穫残渣をメタン発酵させて、発生したメタンガスをエネルギーとして回収して有効活用するとともに、発酵残渣を堆肥や肥料として圃場に還元する。【選択図】図２

Description

本発明は、資源循環方法及び資源循環管理方法に関する。
従来、稲の収穫作業で生じた大量の稲わらは、有機肥料として圃場の土にすき込まれ、或いは、圃場で焼却処分されている。しかし、すき込まれた稲わらが土壌中において嫌気性雰囲気で分解されることで発生するメタンは、地球温暖化に及ぼす影響が大きな温室効果ガスであり、また圃場で稲わらを焼却処分すると発生する煤塵や煙などは大気汚染や臭気が問題となるため、大量の稲わらの処理方法が課題となっている。このような課題は、稲わらに限らず、麦わらなどを含む圃場で収穫した穀類の収穫後に生じる農業廃棄物（本明細書では「収穫残渣」と記す。）に共通する。
特許文献１には、１０ｍｍ～１００ｍｍの断片に破砕された藁を、発酵液中でメタン発酵し、バイオガスを回収すると共に、発酵後の前記藁を消化液中から回収して敷料として利用することを特徴とするメタン発酵方法が提案されている。
特許第５５６７７１８号公報
特許文献１に開示されたメタン発酵方法は、バイオマス資源の有効利用という観点で非常に好ましい技術であるが、稲わらや麦わらなどを含む圃場で発生する大量の収穫残渣を効率的に処理するという観点でさらなる工夫の余地があった。
本発明の目的は、圃場で発生する大量の収穫残渣を、資源として効率的に活用できる資源循環方法及び資源循環管理方法を提供する点にある。
上述の目的を達成するため、本発明による資源循環方法の第一の特徴構成は、圃場で生じた収穫残渣を収集する収穫残渣収集工程と、前記収穫残渣収集工程で収集した前記収穫残渣をメタン発酵させる嫌気性処理工程と、前記嫌気性処理工程で生じた発酵残渣を、圃場に還元する還元工程と、を含む点にある。
圃場で収集された収穫残渣を嫌気性処理工程でメタン発酵させて、発生したメタンガスをエネルギーとして回収して有効活用するとともに、発酵残渣を堆肥や肥料として圃場に還元するという資源の循環活用を図ることで、営農コストを低減させることができるようになる。
同第二の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、前記収穫残渣収集工程と前記嫌気性処理工程との間に、前記収穫残渣を保管する原料保管工程をさらに含み、前記原料保管工程で保管された前記収穫残渣の少なくとも一部を前記嫌気性処理工程に供給する点にある。
収穫時期が重なることで圃場から収穫残渣が大量に収集される。そのような大量の収穫残渣を原料保管工程で一時的に保管しておき、必要に応じて一部を嫌気性処理工程に供給することで、例えば収穫時期を外れた時期まで収穫残渣を効率的に活用できるようになる。
同第三の特徴構成は、上述した第二の特徴構成に加えて、前記原料保管工程は、前記収穫残渣収集工程で収集した前記収穫残渣を、複数の保管場所に分散して保管する工程である点にある。
一時に大量に収穫残渣が収集される場合であっても、収穫残渣を複数の保管場所に分散して保管することで、保管場所として広い敷地を確保する必要が無くなり、また最寄りの保管場所に保管することで運搬コストも低減できるようになる。
同第四の特徴構成は、上述した第三の特徴構成に加えて、前記原料保管工程は、前記収穫残渣収集工程で収集した前記収穫残渣を、前記保管場所に対応して異なる保管条件で保管する工程である点にある。
収穫残渣を複数の保管場所に保管する際に、保管場所に応じて収穫残渣の保管条件を異ならせることで、大量の収穫残渣であっても、その後に想定される資源の需要に合わせて柔軟に処理することができる。保管条件として、例えば収穫残渣の切断長さや保管量などが想定される。例えば早期に嫌気性処理を進める必要がある場合には、切断長さの短い収穫残渣を用いることで原料滞留時間（ＨＲＴ）を短くすることができ、その結果、嫌気性処理できる処理量を増やすことができる。このように保管量や収穫残渣の切断長さを調整して異なる保管場所に保管することで、嫌気性処理を進める時期及び処理量の変化に対応することができる。
同第五の特徴構成は、上述した第四の特徴構成に加えて、前記原料保管工程で前記収穫残渣を保管する前記保管場所と前記保管条件を含む保管情報を管理し、前記保管情報に基づいて前記収穫残渣の少なくとも一部を前記嫌気性処理工程に供給する時期及び／または量を管理する管理工程をさらに含む点にある。
嫌気性処理が必要となる時期及びその時期に必要となる処理量に応じて異なる保管条件で異なる保管場所に保管することで、その後の嫌気性処理の時期と処理量の管理を容易に行えるようになる。
同第六の特徴構成は、上述した第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記嫌気性処理工程と前記還元工程との間に、前記嫌気性処理工程で生じた発酵残渣を保管する発酵残渣保管工程を備え、前記発酵残渣保管工程で保管した発酵残渣の少なくとも一部を圃場に還元する点にある。
嫌気性処理工程で生じた発酵残渣を保管することで、必要な時期に必要な圃場に堆肥または肥料として還元することができるようになる。
本発明による資源循環管理方法の第一の特徴構成は、圃場で生じた収穫残渣を収集する収穫残渣収集工程と、前記収穫残渣収集工程で収集した前記収穫残渣をメタン発酵させる嫌気性処理工程と、前記嫌気性処理工程で生じた発酵残渣の少なくとも一部を圃場に還元する還元工程と、前記収穫残渣収集工程で得られる前記収穫残渣の量及び時期と、前記還元工程で必要となる還元量と、に基づいて、前記嫌気性処理工程における処理量を調整する資源循環管理工程と、を含む点にある。
同第二の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、前記収穫残渣を保管する原料保管工程をさらに含み、資源循環管理工程は、前記収穫残渣収集工程で得られる収穫残渣の量及び時期と、前記還元工程で必要となる還元量と、に基づいて、前記原料保管工程における原料の保管場所及び保管条件を調整する点にある。
以上説明した通り、本発明によれば、圃場で発生する大量の収穫残渣を、資源として効率的に活用できる資源循環方法及び資源循環管理方法を提供することができるようになった。
圃場で生じる収穫残渣の処理方法を示す説明図 圃場で生じる収穫残渣を対象とする資源循環方法の説明図 収穫残渣（稲わら）の長さＬと、原料滞留時間（ＨＲＴ）及び処理量との相関関係を示す特性図
以下に、圃場で発生した稲の収穫残渣である稲わらを例に、本発明の嫌気性処理方法、嫌気性処理方法を組込んだ資源循環方法、及び、資源循環管理方法を説明する。
［資源循環システム］
図１には、本発明の資源循環方法が実行される資源循環システム１が例示されている。
資源循環システム１は、集落営農ごとに、或いは、近隣の複数の集落営農ごとに構築され、収穫残渣３である稲わらが生じる複数の圃場２と、収穫残渣３を保管する複数の保管場所５と、主に収穫残渣３を対象にメタン発酵処理するメタン発酵装置６と、収穫残渣３を対象に合成ガスを生成するガス化装置９を備えている。図１には、単一のメタン発酵装置６とガス化装置９を示しているが、実際には収穫残渣３の受け入れ規模に応じて、複数系列のメタン発酵装置６および／または複数系列のガス化装置９を分散して或いは一か所にまとめて設置してもよい。
また、メタン発酵装置６で生成されたメタンガス（バイオガス）を燃料として発電するバイオガス発電装置８を備えており、バイオガス発電装置８による発電電力はその地域の電力エネルギーとして消費され、バイオガス発電装置８で生じた燃焼廃熱はメタン発酵装置６の熱源や温室の熱源などに利用される。また、バイオガス発電装置８で生じた二酸化炭素は光合成の原料ガスとして温室に供給される。
メタン発酵装置６は、発酵液が収容されたメタン発酵槽と、メタン発酵槽に収穫残渣３を投入する投入装置と、収穫残渣３と発酵液とを攪拌する攪拌機構と、発酵温度を調整する加熱機構などを備えている。発電時に生じた燃焼排熱の一部が加熱機構に供給されて、高温発酵法に適した約５５℃に加熱され、有機物が嫌気性条件下で消化処理されてメタンガス、二酸化炭素などのバイオガスが生成される。
メタン発酵装置６の近傍には、メタン発酵装置６で生じた発酵残渣を貯留する発酵残渣貯留装置７が設けられ、発酵残渣貯留装置７に貯留された発酵残渣が堆肥や肥料として圃場２に還元される。
ガス化装置９は、切断された収穫残渣３が投入される反応塔を備え、反応塔の内部で収穫残渣３が高温の水蒸気と酸素ガスとともに流動攪拌されることで、水性ガス反応、水性ガスシフト反応が生起されて、水素と一酸化炭素を含む合成ガスが生成される。また合成ガスとともに排出される灰として、シリカを含む炭素分からなるバイオ炭が生成される。
水性ガス反応とは、次式に示すように、５００℃以上の高温環境下で収穫残渣３に含まれる固体炭素Ｃと水蒸気Ｈ２Ｏとから一酸化炭素ＣＯと水素Ｈ２が生成される吸熱反応をいう。
Ｃ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ＋Ｈ２
水性ガスシフト反応とは、次式に示すように、８００℃以上の高温環境下で一酸化炭素ＣＯと水蒸気Ｈ２Ｏとから二酸化炭素ＣＯ２と水素Ｈ２が生成される発熱反応をいう。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ２＋Ｈ２
ガス化装置９で生成された合成ガスは、ガス精製装置１０により精製され、合成ガスから除去された炭素分を含むバイオ炭は、堆肥または肥料として上述した発酵残渣とともに圃場２に還元される。
ガス化装置９で生成された合成ガスを燃料として用いて発電する合成ガス発電装置１１を備え、発電電力はその地域の電力エネルギーとして供給され、合成ガス発電装置１１で生じた燃焼廃熱はメタン発酵装置６の熱源や温室の熱源に利用される。また、合成ガス発電装置１１で生じた二酸化炭素は光合成の原料として温室に供給される。
合成ガス発電装置１１に代えて、一酸化炭素と水素からなる合成ガスを原料にして、触媒反応を用いて燃料となる液体炭化水素を合成するＦＴ合成装置を備えてもよい。ＦＴ合成とは、Ｆｉｓｃｈｅｒ－Ｔｒｏｐｓｃｈ合成の略で、一酸化炭素と水素から触媒反応を用いて液体炭化水素を合成する一連の合成反応プロセスをいう。
稲の収穫時期になると、収穫後の圃場２に残存する大量の稲わら、つまり収穫残渣３が、例えばロールベーラーなどにより円筒状に梱包されて収集される。このような大量の収穫残渣を一か所に集積して、一度にメタン発酵処理するのは設備費も含めて物理的に困難であり、一時的に大量のバイオガスが得られても、有効に活用できない場合もあるため、バイオガスの貯留設備が別途必要となる。
そこで、保管場所５は、集落営農を構成する営農地域に分散して複数設けられ、各圃場２で収集された収穫残渣３は、必要に応じて前処理装置４として用いられるチッパーシュレッダーなどの所定サイズに切断可能な破砕装置で切断された後に、最寄りの保管場所５に集積される。「必要に応じて」とは、後述する管理装置２０による各種の需要予測に応じて調整されるメタン発酵時の原料滞留時間（ＨＲＴ）に対応するように、との意味である。
保管場所５は屋根を備えた保管庫の形態、屋根が無く野積される保管庫の形態など様々の形態の保管庫が設けられている。そして、保管場所５の配置や数に応じて適切な数のメタン発酵装置６及び／またはガス化装置９が設けられている。
そして、集落営農ごとに或いは近隣の複数の集落営農ごとに、収穫残渣３を管理すべく、記憶装置２１を備えたクラウド上のサーバでなる管理装置２０が設けられている。なお管理装置２０では、保管場所や保管形態のほかに、保管開始時期（稲刈り時期）、切断長さ、品種、栽培者等の情報が管理される。メタン発酵装置６の管理者やガス化装置９の管理者は、管理装置２０と通信可能な端末装置を介して収穫残渣３の管理状態を把握できるように構成されている。
管理装置２０により、翌年の収穫までの間の年間の需要予測に基づいて、収穫残渣３の保管計画及び活用計画が作成され、当該計画に基づいて複数の保管場所５に収穫残渣３が異なる破砕状態で分散して保管され、活用されるように構成されている。破砕されない収穫残渣３は、円筒状に梱包された状態で積み上げられ、所定サイズに破砕された収穫残渣３は、フレキシブルコンテナバックなどに収容した状態で保管される。
管理装置２０による活用計画及び活用計画に基づく保管場所５への収穫残渣３の分散収容情報が、端末装置を介して管理者を含む作業者に報知され、活用計画に基づいて管理者を含む作業者が適切に収穫残渣３を処理できるように構成されている。
需要予測として、バイオガス発電装置８または合成ガス発電装置１１による所定期間毎の必要発電量の予測値、バイオガス発電装置８または合成ガス発電装置１１に備えた燃焼器から発生する燃焼廃熱を利用する場合の所定期間の必用熱量の予測値、メタン発酵装置６による発酵残渣を堆肥または肥料として用いる場合の所定期間の必要量の予測値などが含まれる。
例えば、バイオガス発電装置８または合成ガス発電装置１１に備えた燃焼器から発生する燃焼廃熱を温室の熱源に供する場合に、必要熱量と必要時期の予測値が記憶装置２１に格納される。また例えば、予め分析した発酵残渣中の肥料成分量に基づいて、発酵残渣を肥料として圃場に還元する場合には、元肥として施肥する時期と必要な肥料成分量と発酵残渣の還元量の予測値、追肥として施肥する時期と必要な肥料成分量と発酵残渣の還元量の予測値が記憶装置２１に格納される。稲作の場合、主に４月から５月の代掻き時に元肥を与え、主に７月頃に追肥を与える必要がある。そのような時期に過不足なく施肥するための必要量が需要量の予測値として記憶装置２１に格納される。
［資源循環方法］
図２に示すように、資源循環システム１で運用される資源循環方法は、圃場２で生じた収穫残渣３を収集する収穫残渣収集工程と（ＳＡ１）、収穫残渣を用いた再生資源の年間需要を予測する需要予測工程と（ＳＡ２）、需要予測に基づいて収穫残渣３を複数の保管場所５に分散して保管する原料保管工程と（ＳＡ３）、需要状況に基づいて（ＳＡ４）、保管された一部の収穫残渣３をメタン発酵装置６に供給してメタン発酵させる嫌気性処理工程と（ＳＡ５）、嫌気性処理工程で生じた発酵残渣を、堆肥または肥料として圃場２に還元する還元工程（ＳＡ８）等を実行するように構成されている。
嫌気性処理工程でメタン発酵させて（ＳＡ５）、発生したメタンガスを回収してバイオガス発電の燃料に供することで（ＳＡ６）、収穫残渣３から回収したエネルギーを有効活用し、さらに、発酵残渣を回収して（ＳＡ７）、堆肥または肥料として圃場２に還元する（ＳＡ８）という資源の循環活用を図ることで、営農コストを低減させることができるようになる。
また、収穫時期が重なることで圃場２から収穫残渣３が大量に収集される場合に、収穫残渣３をステップＳＡ３の原料保管工程で一時的に保管庫に保管しておき、必要に応じて（ＳＡ４）、収穫残渣３の一部をステップＳＡ５の嫌気性処理工程に供給することで、例えば収穫時期を外れた時期まで収穫残渣３を効率的に活用できるようになる。なお、圃場２で収集された収穫残渣３を、保管場所５に備えた保管庫を介さずに直接にステップＳＡ５の嫌気性処理工程に供給してもよい。
ステップＳＡ３の原料保管工程は、ステップＳＡ１の収穫残渣収集工程で収集した収穫残渣３を、保管場所５に対応して異なる保管条件で保管するように構成することが好ましい。収穫残渣３を複数の保管場所５に分散して保管する際に、保管場所５に応じて収穫残渣３の保管条件を異ならせることで、大量の収穫残渣３であっても、その後に想定される資源の需要に合わせて柔軟に処理することができるからである。
保管条件として、例えば収穫残渣３の切断長さや保管量などが想定される。例えば早期に嫌気性処理を進める必要がある場合には、切断長さの短い収穫残渣を用いることでＨＲＴを短くすることができ、その結果、嫌気性処理できる処理量を増やすことができる。このように前処理として、保管量や収穫残渣の切断長さを調整して異なる保管場所に保管することで、嫌気性処理を進める時期及び処理量の変化に対応することができる。長期に亘って保管する場合には、収穫残渣３を切断することなく長い状態で保管することで、保管期間を利用してメタン発酵が容易になるように嫌気条件下で適切に腐熟させることもできる。
ステップＳＡ４に示すように、管理装置２０が、記憶装置２１に記憶された需要予測または実際の需要に基づいて、１か月先などの近い時期に大量の追肥が必要となる時期になると判断する場合には、切断長さの短い収穫残渣が集積された保管場所５の収穫残渣を最寄りのメタン発酵装置６に供給し、ＨＲＴを短く設定して運転することで、その結果、嫌気性処理できる処理量を調整できるので追肥に適した溶解性分の多い発酵残渣が短期間で得られるように管理すればよい。
また、管理装置２０が、記憶装置２１に記憶された需要予測または実際の需要に基づいて、数か月先など遠い時期に大量の元肥が必要となると判断する場合には、切断長さの長い収穫残渣３が集積された保管場所５の収穫残渣３を最寄りのメタン発酵装置６に、十分なＨＲＴを確保できる余裕のある時期から予め供給することで、元肥に適した有機分が多く含まれる発酵残渣が必要となる時期まで必要量確保できように管理すればよい。
収穫残渣３は、嫌気性で分解し難いリグニンなどの有機物、シリカ成分などの肥効成分が含まれているので、堆肥または肥料として圃場に戻すことにより地力を効果的に回復させることができる。なお、収穫残渣３はＣ／Ｎ比が高く、メタン発酵に必要な元素が不足しているため、安定したメタン発酵を実現できない虞がある。また、窒素成分やリン成分が少なく、堆肥または肥料として必要な栄養素に偏りが生じる。そこで、ステップＳＡ５の嫌気性処理では、メタン発酵装置６に、メタン発酵菌に必要な銅、鉄、ニッケル、コバルトなどの不足成分を補充するとともに、家畜の糞尿などにより窒素成分やリン成分を補充してメタン発酵させることにより、バランスの取れた堆肥または肥料となるように成分調整することが好ましい。
上述した通り、資源循環方法は、ステップＳＡ３の原料保管工程で収穫残渣３を保管する保管場所５と保管条件を含む保管情報を管理し、保管情報に基づいて収穫残渣の少なくとも一部をステップＳＡ５の嫌気性処理工程に供給する時期及び／または量を管理する管理工程を実行するように構成されている。
管理工程は上述した管理装置２０で実行され、嫌気性処理が必要となる時期及びその時期に必要となる処理量に応じて異なる保管条件で異なる保管場所に予め保管するように、予め管理者や作業者に報知することで、その後の嫌気性処理の時期と処理量の管理を容易に行えるようになる。
ステップＳＡ５の嫌気性処理工程で生じ、ステップＳＡ７の発酵残渣回収工程で回収された発酵残渣を発酵残渣貯留装置７で保管する発酵残渣保管工程をさらに備え、発酵残渣保管工程で保管した発酵残渣の少なくとも一部を、ステップＳＡ８の還元工程で圃場２に還元するように構成することが好ましい。
ステップＳＡ５の嫌気性処理工程で生じた余剰な発酵残渣を発酵残渣貯留装置７に保管することで、必要な時期に必要な圃場２に堆肥または肥料として還元することができるようになる。なお、固形分と液分が混ざった発酵残渣をその状態で保管してもよいし、固液分離して固形分と液分の其々を個別に保管してもよい。
さらに、資源循環方法は、ステップＳＡ１の収穫残渣収集工程で収集した収穫残渣３をガス化装置９でガス化するガス化処理工程をさらに含み（ＳＡ９）、ステップＳＡ４において発酵残渣の需要情報に基づいて、ガス化処理工程に供給する収穫残渣の量を調整するように構成されている。
ステップＳＡ４で、発酵残渣の需要情報からステップＳＡ８の還元工程で必要となる量の発酵残渣が得られるように、ステップＳＡ５の嫌気性処理工程に必要量の収穫残渣が供給され、余剰の収穫残渣３がステップＳＡ９のガス化処理工程に供給されて合成ガスが生成される。生成された合成ガスは、合成ガス発電装置１１に供給されて発電される（ＳＡ１０）。
資源循環方法は、ステップＳＡ３の原料保管工程で保管された収穫残渣３の保管情報に基づいて、ステップＳＡ９のガス化処理工程に供給する収穫残渣の量を調整するように構成されていることが好ましい。
同時期に収集された大量の収穫残渣３をステップＳＡ３の原料保管工程で一時的に保管しておき、必要に応じて一部をステップＳＡ５の嫌気性処理工程に供給し、一部をステップＳＡ９のガス化処理工程に供給することで、収穫残渣３を効率的に再生資源として活用することができるようになる。
なお、ステップＳＡ９のガス化処理工程では、原料となる収穫残渣３が細かく裁断されている必要がある。そのため、管理装置２０は、ステップＳＡ３において、予めガス化処理工程に供給する収穫残渣３に対して、前処理装置４で所定サイズに切断した後に、所定の保管場所５に集積するように管理するように構成されている。
そして、ステップＳＡ９のガス化処理工程で生成され、ガス精製装置１０で分離された炭素を主成分とする副生成物であるバイオ炭を回収し（ＳＡ１１）、発酵残渣である堆肥または肥料とともに圃場２に還元するように構成することで（ＳＡ８）、資源を効率的に循環活用できる。
［資源循環管理方法］
本発明による資源循環管理方法は、圃場２で生じた収穫残渣３を収集する収穫残渣収集工程と（ＳＡ３）、収穫残渣収集工程で収集した収穫残渣をメタン発酵させる嫌気性処理工程と（ＳＡ５）、嫌気性処理工程で生じた発酵残渣の少なくとも一部を圃場に還元する還元工程と（ＳＡ８）、収穫残渣収集工程（ＳＡ１）で得られる収穫残渣３の量及び時期と、還元工程（ＳＡ８）で必要となる還元量と、に基づいて、嫌気性処理工程における処理量を調整する資源循環管理工程と（ＳＡ４）、を実行するように構成されている。
また、資源循環管理方法は、収穫残渣３を保管する原料保管工程（ＳＡ３）をさらに含み、資源循環管理工程（ＳＡ４）は、収穫残渣収集工程（ＳＡ１）で得られる収穫残渣の量及び時期と、還元工程（ＳＡ８）で必要となる還元量と、に基づいて、原料保管工程（ＳＡ３）における原料の保管場所及び保管条件を調整するように構成されている。資源循環管理工程（ＳＡ４）は、上述した管理装置２０及び記憶装置２１で実行される。
［嫌気性処理方法］
上述した資源循環方法には、本発明の嫌気性処理方法が組み込まれている。つまり、嫌気性処理方法は、圃場２で生じた収穫残渣３を含む原料をメタン発酵させ、メタン発酵で生じる発酵残渣を堆肥または肥料として利用するとともに、メタン発酵で生じるバイオガスをエネルギー源として利用するように構成され、管理装置２０で管理される堆肥等またはエネルギー源の需要情報に基づいて、メタン発酵装置６に供給する収穫残渣３の切断長さを調整するように構成されている。
既に説明したように、メタンガスや発酵残渣の需要量との整合を図るという観点でメタン発酵に要する時間が重要となる。そこで、予測されるメタンガスや発酵残渣の需要量に合わせて収穫残渣３の切断長さを調整することで、メタン発酵に要する時間であるＨＲＴを調整できるようになり、収穫残渣３という有機性資源を有効に活用できるようになる。
具体的に、堆肥等またはエネルギー源の需要が増加する場合に、メタン発酵に供給する収穫残渣３の切断長さまたは平均切断長さが短くなるように調整することが好ましい。
メタン発酵プロセスは、温度、原料滞留時間（ＨＲＴ）、有機物負荷などの運転の条件によって制御される。メタン発酵に供給する収穫残渣の切断長さまたは平均切断長さが短くなるように調整することで、ＨＲＴを短くすることができ、これにより堆肥等またはエネルギー源の需要が増加する場合でも適切に対応できるようになる。
収穫残渣３の長さとメタン発酵に必要なＨＲＴとの関係を予め把握しておけば、当該関係に基づいて、収穫残渣３の切断長さを、目標となるＨＲＴに整合した値に適切に調整することができるようになる。図３には、収穫残渣３である稲わらの長さＬと、ＨＲＴとの関係が示されている。稲わらの長さＬが短いほどＨＲＴが短くなり、稲わらの長さＬが長くなるとＨＲＴは次第に飽和する特性が見られる。例えば、稲わらの長さＬが数ｍｍであればＨＲＴは２０日程度、稲わらの長さＬが十数ｍｍであればＨＲＴは４０日程度に調整することができる。
収穫残渣３を複数の切断長さごとに分けて保管しておき、堆肥等またはエネルギー源の需要情報に基づいて、メタン発酵に供給する収穫残渣の切断長さが所定長さとなるように選択または配合するように構成されている。
予め、収穫残渣３を複数の切断長さごとに分けて保管しておけば、それらから収穫残渣の切断長さが所定長さとなるように選択または配合することで、堆肥等またはエネルギー源の需要情報に整合したＨＲＴとなるように、調整することができる。
上述した例では、ロールベーラーなどにより円筒状に梱包されて収集される収穫残渣３の一部が、予め破砕装置により破砕された状態で保管場所５に保管される例を説明したが、メタン発酵処理に供する際に破砕装置を用いて必要サイズに破砕または切断するようにしてもよい。
上述の実施形態では、収穫残渣の一部をガス化装置９に供給しているが、廃熱供給および／または電力供給および／または生成物の圃場還元が可能なものであれば他の装置であってもよく、例えば焼却炉、熱分解炉、炭化炉など、収穫残渣を加熱により処理する装置であってもよい。
収穫残渣３として稲わらを例に説明したが、圃場で収穫した穀類の収穫後に生じる農業廃棄物であればよく、稲わらに籾殻が含まれていてもよいし、麦わらやトウモロコシの茎などを対象とすることができる。
上述した様々な実施形態は、本発明の一例であり、当該記載により本発明の範囲が限定されるものではなく、各本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
１：資源循環システム
２：圃場
３：収穫残渣（稲わら）
４：前処理装置
５：保管場所
６：メタン発酵装置
７：発酵残渣貯留装置
８：バイオガス発電装置
９：ガス化装置
１０：ガス精製装置
１１：合成ガス発電装置
２０：管理装置
２１：記憶装置

Claims (8)

  1. 圃場で生じた収穫残渣を収集する収穫残渣収集工程と、
    前記収穫残渣収集工程で収集した前記収穫残渣をメタン発酵させる嫌気性処理工程と、
    前記嫌気性処理工程で生じた発酵残渣を、圃場に還元する還元工程と、
    を含む資源循環方法。
  2. 前記収穫残渣収集工程と前記嫌気性処理工程との間に、前記収穫残渣を保管する原料保管工程をさらに含み、
    前記原料保管工程で保管された前記収穫残渣の少なくとも一部を前記嫌気性処理工程に供給する請求項１記載の資源循環方法。
  3. 前記原料保管工程は、前記収穫残渣収集工程で収集した前記収穫残渣を、複数の保管場所に分散して保管する工程である請求項２記載の資源循環方法。
  4. 前記原料保管工程は、前記収穫残渣収集工程で収集した前記収穫残渣を、前記保管場所に対応して異なる保管条件で保管する工程である請求項３記載の資源循環方法。
  5. 前記原料保管工程で前記収穫残渣を保管する前記保管場所と前記保管条件を含む保管情報を管理し、前記保管情報に基づいて前記収穫残渣の少なくとも一部を前記嫌気性処理工程に供給する時期及び／または量を管理する管理工程をさらに含む請求項４記載の資源循環方法。
  6. 前記嫌気性処理工程と前記還元工程との間に、前記嫌気性処理工程で生じた発酵残渣を保管する発酵残渣保管工程を備え、前記発酵残渣保管工程で保管した発酵残渣の少なくとも一部を圃場に還元する請求項１から５の何れかに記載の資源循環方法。
  7. 圃場で生じた収穫残渣を収集する収穫残渣収集工程と、
    前記収穫残渣収集工程で収集した前記収穫残渣をメタン発酵させる嫌気性処理工程と、
    前記嫌気性処理工程で生じた発酵残渣の少なくとも一部を圃場に還元する還元工程と、
    前記収穫残渣収集工程で得られる前記収穫残渣の量及び時期と、前記還元工程で必要となる還元量と、に基づいて、前記嫌気性処理工程における処理量を調整する資源循環管理工程と、
    を含む資源循環管理方法。
  8. 前記収穫残渣を保管する原料保管工程をさらに含み、
    資源循環管理工程は、前記収穫残渣収集工程で得られる収穫残渣の量及び時期と、前記還元工程で必要となる還元量と、に基づいて、前記原料保管工程における原料の保管場所及び保管条件を調整する請求項７記載の資源循環管理方法。
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