JP6403347B2 - 木質系バイオマスを用いた燃料製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、木質系バイオマスを用いた燃料製造方法に関する。
本願は、２０１４年１０月１０日に、日本に出願された特願２０１４−２０８７９７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

周知のように、パーム油はオイルパーム（oil palm、和名：アブラヤシ）の果実から採取される植物油である。このようなパーム油は、東南アジアが主産地であり、大規模農園であるプランテーションで製造されている。例えば下記特許文献１及び引用文献２には、上記オイルパームの幹（トランク）をバイオマス（生物由来の資源）として捉え、この幹（トランク）から採取した樹液を原料としてアルコール発酵（エタノール発酵）させることによりバイオエタノール（液体燃料）を製造することが記載されている。

日本国特許第４６６５２５７号公報 日本国特許第４４１８８７１号公報

しかしながら、上記特許文献１や特許文献２の技術は、アルコール発酵（エタノール発酵）を中核とする技術であるが故に、バイオエタノール（液体燃料）の製造におけるエネルギー効率が悪い。例えば、アルコール発酵の発酵効率を上げるため、またオイルパームの樹液（糖液）の腐敗防止のために、アルコール発酵の前工程で樹液（糖液）の濃縮処理を行う必要があり、この濃縮処理に多大なエネルギーを必要とする。また、アルコール発酵の後工程としてバイオエタノールを単体分離するための蒸留処理が必要であり、この蒸留処理にも多大なエネルギーを必要とする。さらに、蒸留処理によって分離された蒸留粕を飼料等として再利用する場合には、蒸留粕が多量の水を含んだ固液混合液なので、乾燥させるために多大なエネルギーを必要とする。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、各種の木質系バイオマスを原料として燃料を製造する際に外部から投入するエネルギー量を従来よりも低減することを目的とする。

本発明の木質系バイオマスを用いた固体燃料製造方法に係る第１の態様は、糖液を樹液として含む木質系バイオマスを原料とする燃料製造方法であって、木質系バイオマスから糖液を搾汁する搾汁工程と、前記搾汁工程によって得られた糖液を発酵原料としてメタン発酵処理するメタン発酵工程と、前記メタン発酵工程によって得られたバイオガスを用いることにより、上記搾汁工程で得られた搾り滓を固体燃料化する搾り滓燃料化工程とを有する。

本発明の木質系バイオマスを用いた固体燃料製造方法に係る第２の態様は、上記第１の態様において、上記搾汁工程は、上記木質系バイオマスをチップ化するチップ化工程と、前記チップ化工程によって得られた原料チップを破砕処理する破砕工程と、前記破砕工程によって得られた破砕物から上記樹液を含む混合水を搾汁液として分離する分離工程とを有する。

本発明の木質系バイオマスを用いた固体燃料製造方法に係る第３の態様は、上記第２の態様において、上記破砕工程を２回行う。

本発明の木質系バイオマスを用いた固体燃料製造方法に係る第４の態様は、上記第１の態様において、上記搾汁工程は、上記木質系バイオマスをチップ化するチップ化工程と、前記チップ化工程によって得られた原料チップに加水して放置する放置工程と、前記放置工程によって得られた放置済み物から上記樹液を含む混合水を搾汁液として分離する分離工程とを有する。

本発明の木質系バイオマスを用いた固体燃料製造方法に係る第５の態様は、上記第１〜第４のいずれかの態様において、上記搾り滓燃料化工程は、上記バイオガスを燃料として水蒸気を発生させる蒸気発生工程と、上記搾汁工程によって得られた搾り滓を上記蒸気発生工程によって得られた水蒸気を用いて乾燥させる乾燥工程と、前記乾燥工程によって得られた乾燥物を所定形状の固体燃料に成形する成型工程とを有する。

本発明の木質系バイオマスを用いた固体燃料製造方法に係る第６の態様は、上記第１〜第５のいずれかの態様において、上記搾汁工程によって得られた搾り滓を糖化処理する糖化工程をさらに有し、上記メタン発酵工程では、上記糖化工程によって得られる糖化液をも発酵原料とする。

本発明の木質系バイオマスを用いた固体燃料製造方法に係る第７の態様は、上記第１〜第６のいずれかの態様において、上記木質系バイオマスは、オイルパームの幹あるいは／及び前記オイルパームからパーム油の製油工場で発生するパームオイル廃液である。

本発明によれば、木質系バイオマスから固体燃料を製造する際のエネルギー効率を従来よりも向上させることが可能である。すなわち、バイオエタノールを製造する従来の製造プロセスでは、オイルパームの樹液（糖液）の濃縮処理、バイオエタノールを単体分離するための蒸留処理、また蒸留粕の乾燥処理に多大なエネルギーを必要とするが、本発明によれば、木質系バイオマスから得られた樹液（糖液）をメタン発酵処理して得られるバイオガスを用いて搾り滓を固体燃料化するので、外部から投入するエネルギー量を従来よりも低減することが可能である。

本発明の第１実施形態に係る木質系バイオマスを用いた固体燃料製造方法を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る木質系バイオマスを用いた固体燃料製造方法を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る木質系バイオマスを用いた固体燃料製造方法を示すフローチャートである。 本発明の第４実施形態に係る木質系バイオマスを用いた固体燃料製造方法を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１〜図４に示すように、本実施形態に係る木質系バイオマスを用いた燃料製造方法は、オイルパームの幹（パーム幹Ｘ１）を原料とし、燃料ペレットを製品として製造する。すなわち、本実施形態に係る木質系バイオマスを用いた燃料製造方法は、パーム幹Ｘ１から固体燃料の一種である燃料ペレットを製造する固体燃料製造方法である。

〔第１実施形態〕
最初に、図１を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
第１実施形態の第１工程である熟成処理Ｓ１では、原料であるパーム幹Ｘ１を一定時間（熟成期間）に亘って保存することにより熟成させる。パーム幹Ｘ１は、周知のように樹液が高濃度の糖液を含むが、伐採後に保存することによって糖液の濃度が徐々に上昇し、ある期間後に糖液の濃度が最大化することが知られている。すなわち、伐採直後のパーム幹Ｘ１は、一定の熟成期間を経ることにより糖液濃度が最も高くなる。この熟成処理Ｓ１では、糖液濃度が最も高くなるようにパーム幹Ｘ１を熟成させ、熟成パーム幹Ｘ２を得る。

第２工程であるチップ化処理Ｓ２（チップ化工程）では、例えば直径３０〜６０ｃｍ、かつ、高さ１０ｍ程度の丸太状の熟成パーム幹Ｘ２を板状に裁断し、さらに板状の熟成パーム幹Ｘ２を例えば最大寸法２．０〜３．０ｍｍ程度の原料チップ（パームチップＸ３）に破砕する。熟成パーム幹Ｘ２つまりパーム幹Ｘ１は、水分を８０％近く含む高含水率の木質系バイオマスであり、よってチップ化処理Ｓ２によって得られるパームチップＸ３も高含水率のチップ材である。なお、チップ化処理Ｓ２では、熟成パーム幹Ｘ２を板状に裁断するのではなく、直接チップ状に破砕してもよい。

第３工程である湿式ミル処理Ｓ３（破砕工程）では、上記パームチップＸ３に所定量の温水Ｘ１４を添加し、さらに磨り潰すことにより摩砕する。この湿式ミル処理Ｓ３に用いる湿式ミル（摩砕機）は、例えば増幸産業（株）製スーパーマスコロイダー（型番：ＭＫＺＢ−１００Ｊ）であり、円環状の上部グラインダに一定間隔（クリアランス）を隔てて対向すると共に回転自在な下部グラインダを備えている。また、この湿式ミルでは、上記クリアランスが所定範囲かつ所定ピッチで変更自在になっている。

この湿式ミル処理Ｓ３では、湿式ミルの上方から上部グラインダの中心近傍部位にパームチップＸ３を導入すると、上部グラインダと下部グラインダとの間でパームチップＸ３が摩砕されて下部グラインダの外周方向に摩砕物（摩砕済みパームＸ４）として排出される。摩砕済みパームＸ４は、スラリー状かつ水切れが良好な固液混合物であるが、パームチップＸ３の繊維質が十分に残存する状態である。

この湿式ミル処理Ｓ３において、パームチップＸ３に対する温水Ｘ１４の加水量は、例えば重量比で１対２である。また、温水Ｘ１４の温度は、沸騰温度以下の温度であれば如何なる温度でもよいが、エネルギー効率を考慮するとあまり高い温度は好ましくない。なお、この湿式ミル処理Ｓ３では、温水Ｘ１４に代えて常温水をパームチップＸ３に添加してもよい。

また、湿式ミル処理Ｓ３は、連続式バイブロミル（ユーラステクノ株式会社）で行ってもよい。連続式バイブロミルは、粉粒体を滞留させることなく、連続投入及び排出が可能である。

第４工程である粗分離処理Ｓ４では、例えばロータリースクリーンを分離装置として用いることにより、上記摩砕済みパームＸ４から比較的小径の固形分を含む液体成分（搾汁液Ｘ５）と比較的大径の固形分（搾り滓Ｘ６）とが分離される。上記搾汁液Ｘ５は、パーム幹Ｘ１に含まれる樹液（五炭糖や六炭糖の単糖を主成分とする糖液）と水分とを主成分とする混合液であり、発酵原料として後段のメタン発酵処理Ｓ８に供給される。一方、搾り滓Ｘ６は、上記樹液を含むと共にパーム幹Ｘ１を構成する木質成分（主にセルロース、ヘミセルロース及びリグニン）を主成分とする比較的含水率の高い固形物である。

第５工程である脱水処理Ｓ５では、所定の脱水機として用いることにより、上記搾り滓Ｘ６から液体成分（分離液Ｘ７）を脱水して脱水ケーキＸ８を生成する。上記脱水機は、例えば遠心分離機、スクリュープレスあるいはフィルタープレスである。分離液Ｘ７は、上述した樹液（糖液）を含む液体であり、発酵原料として後段のメタン発酵処理Ｓ８に供給される。一方、脱水ケーキＸ８は、上述したようにセルロース、ヘミセルロース及びリグニンを主成分とする木質成分である。
なお、上述した湿式ミル処理Ｓ３、粗分離処理Ｓ４及び脱水処理Ｓ５は、第１実施形態における搾汁工程に相当する。また、上記粗分離処理Ｓ４及び脱水処理Ｓ５は、第１実施形態における分離工程に相当する。

第６工程である乾燥処理Ｓ６では、所定の汚泥乾燥機を用いることにより、脱水ケーキＸ８を乾燥させる。上記脱水ケーキＸ８は例えば９０％程度の含水率であり、乾燥処理Ｓ６では、脱水ケーキＸ８の含水率を例えば５０％程度まで低下させた乾燥ケーキＸ９を生成する。なお、この乾燥処理Ｓ６では、乾燥ケーキＸ９を生成するために必要な熱源として後段の蒸気発生処理Ｓ１１によって得られた水蒸気Ｘ１５を用いる。

第７工程である成形処理Ｓ７では、所定の成形装置を用いることにより、乾燥ケーキＸ９を所定サイズのペレット状に成型する。すなわち、この成形処理Ｓ７では、乾燥ケーキＸ９に加圧成型処理が施されることによって、乾燥ケーキＸ９がペレット状に成形されたペレットが生成される。このペレットは、パーム幹Ｘ１の木質成分を主成分とするものであり、よって燃料として利用可能な燃料ペレットＸ１０である。

第８工程であるメタン発酵処理Ｓ８では、上記搾汁液Ｘ５及び分離液Ｘ７を発酵原料とするメタン発酵によって、メタンガス及び二酸化炭素を主成分とするバイオガスＸ１１を発生する。メタン発酵は、周知のように嫌気性の有機物分解処理、つまり嫌気性微生物であるメタン菌の作用によって有機物を分解することにより、メタンガス及び二酸化炭素を主成分とする消化ガスを発生させる反応系である。

なお、このメタン発酵処理Ｓ８では、消化液が排液として発生する。この消化液は、メタン発酵処理Ｓ８の原料つまり搾汁液Ｘ５及び分離液Ｘ７の性状によって成分が決まるが、活性汚泥処理によって処理することができる。周知のように、活性汚泥処理は、好気性微生物を用いて排水を処理する手法であり、外部からのエネルギー投入を最小限に抑えることができる排水処理手法である。

第９工程である発電処理Ｓ９では、上記メタン発酵処理Ｓ８によって得られたバイオガスＸ１１を燃料として発電する。すなわち、この発電処理Ｓ９では、バイオガスＸ１１を燃料としてガスエンジンまたはガスタービンを作動させることによって発電機を駆動し、電力Ｘ１２を得る。この電力Ｘ１２は、加熱処理Ｓ１０に電源として供給されると共に、加熱処理Ｓ１０を行う設備以外の設備、例えば湿式ミル処理Ｓ３における湿式ミル、粗分離処理Ｓ４における分離装置及び／あるいは脱水処理Ｓ５における脱水機にも設備電力として供給される。

第１０工程である加熱処理Ｓ１０では、上記発電処理Ｓ９によって発生した排熱Ｘ１３との熱交換によって温水Ｘ１４を生成する。すなわち、発電処理Ｓ９では発電機の作動によって排ガスや冷却水が排熱Ｘ１３として発生するが、この加熱処理Ｓ１０では、このような排熱Ｘ１３を熱源として利用することにより、常温の水（例えば水道水）を加熱して温水Ｘ１４を生成する。この温水Ｘ１４は、上述したように湿式ミル処理Ｓ３に供される。

第１１工程である蒸気発生処理Ｓ１１では、上記メタン発酵処理Ｓ８によって得られたバイオガスＸ１１を燃料として水蒸気Ｘ１５を発生させる。すなわち、この蒸気発生処理Ｓ１１では、バイオガスＸ１１を燃料として例えば貫流ボイラを作動させることにより水蒸気Ｘ１５を発生させて上記乾燥処理Ｓ６に供給する。

このような第１実施形態によれば、搾汁液Ｘ５及び分離液Ｘ７を発酵原料とするメタン発酵で得られたバイオガスＸ１１から水蒸気Ｘ１５を生成し、水蒸気Ｘ１５を用いて脱水ケーキＸ８を固体燃料化するので、外部から投入するエネルギー量をバイオエタノールを製造する従来技術よりも低減することが可能である。

〔第２実施形態〕
次に、図２を参照して本発明の第２実施形態について説明する。
この第２実施形態は、図２を図１と比較すると分かるように、第１実施形態における湿式ミル処理Ｓ３を２回の湿式ミル処理つまり１次湿式ミル処理Ｓ３１と２次湿式ミル処理Ｓ３２とすると共に、脱水処理Ｓ５を２回の脱水処理つまり１次脱水処理Ｓ５１と２次脱水処理Ｓ５２とし、さらに糖化処理Ｓ１２を追加した。以下では、重複する説明を避けるために第１実施形態と異なる工程についてのみ説明する。

１次湿式ミル処理Ｓ３１では、第１実施形態の湿式ミル処理Ｓ３と同様にパームチップＸ３の繊維質が十分に残存する状態となるようにパームチップＸ３を摩砕する。したがって、１次湿式ミル処理Ｓ３１では、第１実施形態の湿式ミル処理Ｓ３と同様な摩砕済みパームＸ４が得られる。そして、このような摩砕済みパームＸ４は、次工程である粗分離処理Ｓ４によって搾汁液Ｘ５と搾り滓Ｘ６とに分離される。

２次湿式ミル処理Ｓ３２では、上記１次湿式ミル処理Ｓ３１とは異なり、搾り滓Ｘ６に含まれる繊維質が完全に破壊される程度に搾り滓Ｘ６を摩砕する。この２次湿式ミル処理Ｓ３２によって得られる摩砕済みパームＸ４１は、摩砕済みパームＸ４よりも粒径の細かい固形分を含むスラリー（固液混合物）である。

１次脱水処理Ｓ５１では、第１実施形態の脱水処理Ｓ５と同様に脱水機を用いることにより、上記２次湿式ミル処理Ｓ３２によって得られた摩砕済みパームＸ４１から分離液Ｘ７１を脱水して脱水ケーキＸ８１を得る。分離液Ｘ７１は、第１実施形態の分離液Ｘ７と同様にパーム幹Ｘ１の樹液（糖液）を含む液体であり、発酵原料としてメタン発酵処理Ｓ８に供給される。一方、脱水ケーキＸ８１は、第１実施形態の脱水ケーキＸ８と同様に木質成分であるが、２次湿式ミル処理Ｓ３２に起因して粒径が第１実施形態の脱水ケーキＸ８よりも小さい。
なお、上述した１次湿式ミル処理Ｓ３１、粗分離処理Ｓ４、２次湿式ミル処理Ｓ３２及び１次脱水処理Ｓ５１は、第２実施形態における搾汁工程に相当する。また、上記粗分離処理Ｓ４及び１次脱水処理Ｓ５１は、第２実施形態における分離工程に相当する。

糖化処理Ｓ１２では、このような脱水ケーキＸ８１を加水分解することにより可溶化（単糖化）する。すなわち、この糖化処理Ｓ１２では、例えば酵素糖化法や微生物糖化法に基づいて脱水ケーキＸ８１を加水分解することにより、五炭糖や六炭糖の単糖を生成する。脱水ケーキＸ８１は、木質成分つまりセルロース、ヘミセルロース及びリグニンを主成分とする。この糖化処理Ｓ１２では、これら主成分のうちセルロース及びヘミセルロースを主に加水分解することにより糖化済み液Ｘ１６を得る。この糖化済み液Ｘ１６は、上記単糖が水に溶け込んだ糖化液Ｘ１７とリグニンを主成分とする固形物とからなる固液混合水である。

また、糖化処理Ｓ１２は、Clostridium thermocellumを用いた微生物糖化法でもよい。特に、本願発明者らは、Clostridium thermocellumとThermoanaerobacter brockiiの共培養系により、グルカン６２．５％、キシラン３９％の分解が得られることを見出した。そのため、Clostridium thermocellumとThermoanaerobacter brockiiの共培養系により、高い効率で糖化処理を行うことができる。

２次脱水処理Ｓ５２では、第１実施形態の脱水処理Ｓ５と同様に脱水機を用いることにより、上記糖化処理Ｓ１２によって得られた糖化済み液Ｘ１６から糖化液Ｘ１７を脱水して脱水ケーキＸ８２を得る。糖化液Ｘ１７は、上述したように五炭糖や六炭糖の単糖を含む糖液であり、発酵原料としてメタン発酵処理Ｓ８に供給される。一方、脱水ケーキＸ８２は、上述した１次脱水処理Ｓ５１の脱水ケーキＸ８１と同様に木質成分であり、乾燥処理Ｓ６に供給される。

このような第２実施形態によれば、搾汁液Ｘ５、分離液Ｘ７１及び糖化液Ｘ１７を発酵原料としてメタン発酵で得られたバイオガスＸ１１から水蒸気Ｘ１５を生成し、水蒸気Ｘ１５を用いて搾り滓を固体燃料化するので、上述した第１実施形態と同様にバイオエタノールを製造する従来技術よりも外部から投入するエネルギー量を低減することが可能である。

また、第２実施形態によれば、糖化処理Ｓ１２を行うので、燃料ペレットＸ１０におけるリグニンの含有率が第１実施形態よりも上昇する。この結果、燃料ペレットＸ１０の低位発熱量が第１実施形態よりも上昇するので、燃料ペレットＸ１０の固体燃料としての価値（品質）が向上する。

さらに、第２実施形態によれば、搾汁液Ｘ５及び分離液Ｘ７１に加えて糖化液Ｘ１７をも発酵原料とするので、メタン発酵におけるバイオガスＸ１１の発生量を第１実施形態よりも増大させることができる。

〔第３実施形態〕
次に、図３を参照して本発明の第３実施形態について説明する。
この第３実施形態は、図３を図１と比較すると分かるように、第１実施形態における湿式ミル処理Ｓ３に代えて浸漬処理Ｓ１３を行った後に１次粗分離処理Ｓ４１を行い、また湿式ミル処理Ｓ３を１次粗分離処理Ｓ４１の後で行うと共に湿式ミル処理Ｓ３の後で２次粗分離処理Ｓ４２を行う。以下では、重複する説明を避けるために第１実施形態と異なる工程についてのみ説明する。

浸漬処理Ｓ１３では、チップ化処理Ｓ２によって得られたパームチップＸ３に所定量の温水Ｘ１４を添加した状態で一定時間に亘って放置する。すなわち、この浸漬処理Ｓ１３では、パームチップＸ３を温水Ｘ１４に浸漬させた状態を一定時間（浸漬時間）に亘って維持する。温水Ｘ１４を添加した直後のパームチップＸ３の樹液濃度は、温水Ｘ１４中における樹液濃度（添加直後は０％）よりも当然に低いので、この樹液の濃度勾配に起因する浸透圧によってパームチップＸ３中の樹液が希釈水として機能する温水Ｘ１４中に溶出する。

このような浸漬処理Ｓ１３を経ることによって、温水Ｘ１４（希釈水）中の樹液濃度が時間の経過と共に徐々に上昇し、つまりパームチップＸ３中の樹液が時間の経過と共に徐々に分離される。なお、パームチップＸ３に対する温水Ｘ１４の加水量は、例えば重量比で１対２程度であるが、パームチップＸ３の樹液濃度が高い程、加水量を増大させることが好ましい。このように加水量を調節することによってより多くの樹液を温水Ｘ１４（希釈水）中に溶出させることができる。また、この浸漬処理Ｓ１３では、温水Ｘ１４に代えて常温水を希釈水として用いてもよい。

例えば、希釈水として常温水を用いた場合の希釈水に対する樹液の溶出状態を実験した結果、１２時間に亘ってパームチップＸ３を希釈水に浸漬させると、８０％近い樹液の溶出率が得られ、その後溶出率は時間の経過と共に若干上昇して低下傾向に移行することが確認された。なお、この実験では、希釈水のＣＯＤ_Ｃｒ濃度〔ｍｇ/ｌ〕を計測することにより、樹液の溶出率（ＣＯＤ溶出率〔％〕）を求めた。

１次粗分離処理Ｓ４１では、このような浸漬処理Ｓ１３によって得られた浸漬後パームチップＸ１８を所定の分離装置を用いることにより搾汁液Ｘ５１と搾り滓Ｘ６１とに分離する。上記搾汁液Ｘ５１は、パーム幹Ｘ１の樹液（糖液）と水分とを主成分とする混合液であり、発酵原料としてメタン発酵処理Ｓ８に供給される。一方、搾り滓Ｘ６１は、上記樹液とパーム幹Ｘ１の木質成分（主にセルロース、ヘミセルロース及びリグニン）を主成分とすると共に比較的含水率の高い固形物である。なお、上記分離装置は、第１実施形態の粗分離処理Ｓ４と同様に例えばロータリースクリーンである。

上記搾り滓Ｘ６１は、湿式ミル処理Ｓ３によって木質成分中の繊維質が残存する程度に摩砕された後、摩砕済みパームＸ４２として２次粗分離処理Ｓ４２に供給される。この搾り滓Ｘ６１は、１次粗分離処理Ｓ４１によって搾汁液Ｘ５１が浸漬後パームチップＸ１８から分離されるが、未だ無視できない程の樹液を含んでいる。なお、湿式ミル処理Ｓ３における温水Ｘ１４の加水量は、第１実施形態と同様である。

この２次粗分離処理Ｓ４２では、分離装置を用いることにより、上記摩砕済みパームＸ４２を搾汁液Ｘ５２と搾り滓Ｘ６２とに分離する。上記搾汁液Ｘ５２は、１次粗分離処理Ｓ４１の搾汁液Ｘ５１と同様にパーム幹Ｘ１の樹液（糖液）と水分とを主成分とする混合液であり、発酵原料としてメタン発酵処理Ｓ８に供給される。一方、搾り滓Ｘ６２は、１次粗分離処理Ｓ４１の搾り滓Ｘ６１と同様にパーム幹Ｘ１の樹液と木質成分を主成分とすると共に未だ比較的含水率の高い固形物であり、脱水処理Ｓ５に提供される。
なお、上述した浸漬処理Ｓ１３、１次粗分離処理Ｓ４１、湿式ミル処理Ｓ３、２次粗分離処理Ｓ４２及び脱水処理Ｓ５は、第３実施形態における搾汁工程に相当する。また、上記１次粗分離処理Ｓ４１、２次粗分離処理Ｓ４２及び脱水処理Ｓ５は、第３実施形態における分離工程に相当する。

このような第３実施形態によれば、搾汁液Ｘ５１、搾汁液Ｘ５２及び分離液Ｘ７を発酵原料としてメタン発酵で得られたバイオガスＸ１１から水蒸気Ｘ１５を生成し、水蒸気Ｘ１５を用いて搾り滓を固体燃料化するので、バイオエタノールを製造する従来技術よりも外部から投入するエネルギー量を削減することが可能である。

また、第３実施形態における浸漬処理Ｓ１３は、温水Ｘ１４を添加して放置するだけの簡便な処理であり、設備が簡便であると共に特に動力を必要としない。したがって、第２実施形態のように湿式ミル処理を２回行う場合に比較して設備費用を抑制することができると共に動力消費を抑制することができる。

〔第４実施形態〕
最後に、図４を参照して本発明の第４実施形態について説明する。
この第４実施形態は、図３を図１及び図２と比較すると分かるように、第３実施形態における湿式ミル処理Ｓ３を第２実施形態と同様に２回の湿式ミル処理つまり１次湿式ミル処理Ｓ３１と２次湿式ミル処理Ｓ３２とすると共に、脱水処理Ｓ５を第２実施形態と同様に２回の脱水処理つまり１次脱水処理Ｓ５１と２次脱水処理Ｓ５２とし、さらに糖化処理Ｓ１２を追加した。

すなわち、この第４実施形態では、１次粗分離処理Ｓ４１によって得られた搾り滓Ｘ６１を１次湿式ミル処理Ｓ３１によって搾り滓Ｘ６１に含まれる繊維質が十分に残存する状態に摩砕することによって摩砕済みパームＸ４３を得た後、摩砕済みパームＸ４３に２次粗分離処理Ｓ４２を施すことにより搾汁液Ｘ５２と搾り滓Ｘ６２とに分離する。そして、この搾り滓Ｘ６２に２次湿式ミル処理Ｓ３２を施すことにより、搾り滓Ｘ６２に含まれる繊維質が完全に破壊される程度に摩砕する。

そして、２次湿式ミル処理Ｓ３２によって得られた摩砕済みパームＸ４４に１次脱水処理Ｓ５１を施すことにより、摩砕済みパームＸ４４から分離液Ｘ７１を脱水して脱水ケーキＸ８１を得て糖化処理Ｓ１２を施す。そして、糖化処理Ｓ１２では、脱水ケーキＸ８１を加水分解することにより、脱水ケーキＸ８１に含まれる木質成分（セルロース、ヘミセルロース及びリグニン）のうち、セルロース及びヘミセルロースを単糖（五炭糖及び六炭糖）に分解する。そして、２次脱水処理Ｓ５２では、上記糖化処理Ｓ１２によって得られた糖化済み液Ｘ１６から糖化液Ｘ１７を脱水して脱水ケーキＸ８２を得る。

ここで、上述した浸漬処理Ｓ１３、１次粗分離処理Ｓ４１、１次湿式ミル処理Ｓ３１、２次粗分離処理Ｓ４２、２次湿式ミル処理Ｓ３２及び１次脱水処理Ｓ５１は、第４実施形態における搾汁工程に相当する。また、上記１次粗分離処理Ｓ４１、２次粗分離処理Ｓ４２及び１次脱水処理Ｓ５１は、第４実施形態における分離工程に相当する。

このような第４実施形態によれば、搾汁液Ｘ５１、搾汁液Ｘ５２、分離液７１及び糖化液Ｘ１７を発酵原料としてメタン発酵で得られたバイオガスＸ１１から水蒸気Ｘ１５を生成し、水蒸気Ｘ１５を用いて搾り滓を固体燃料化するので、上述した第１実施形態と同様にバイオエタノールを製造する従来技術よりも外部から投入するエネルギー量を削減することが可能である。

また、第４実施形態によれば、搾汁液Ｘ５１、搾汁液Ｘ５２及び分離液７１に加えて、糖化液Ｘ１７をも発酵原料とするので、メタン発酵におけるバイオガスＸ１１の発生量を第３実施形態よりも増大させることができる。
さらに、第４実施形態によれば、浸漬処理Ｓ１３が温水Ｘ１４を添加して放置するだけの簡便な処理であり、設備が簡便であると共に特に動力を必要としないので、第２実施形態のように湿式ミル処理を２回行う場合に比較して設備費用及び動力消費を抑制することができる。

次に、生チップ浸漬によるＣＯＤ成分の溶出試験について説明する。
〔試験方法〕
生チップ２００ｇに水を４００ｇ加水し、室温で浸漬放置させた。浸漬後、１２時間、２４時間、４８時間、７２時間後の浸漬水中のＣＯＤ濃度を測定した。この結果を表１に示す。
〔試験結果〕
ここで、含水率７９．９７％、ＣＯＤ濃度６７０００ｐｐｍとすると、生チップ２００ｇ中のＣＯＤの理論値は、200ｇ×79.86÷100×67000÷1000÷1000＝10.7ｇとなる。
表１に示されるように、１２時間の浸漬により浸漬水中のＣＯＤ濃度は、７８．７％となった。２４時間の浸漬により浸漬水中のＣＯＤ濃度は、８３．７％となった。また、２４時間以降の浸漬においては、ＣＯＤ濃度は上昇しなかった。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記各実施形態では、木質系バイオマスの一種であるパーム幹Ｘ１を原料としたが、本発明はこれに限定されない。糖分を含む樹液を有する木質系バイオマスには、パーム幹Ｘ１の他にパーム葉柄、バナナ、サトウキビ、トウモロコシ、キャッサバ、サゴ椰子、ニッパ椰子、ヤムイモ、ソルガム、馬鈴薯、バナナ幹や葉、セルロースと樹液（またはジュース）、セルロース・でん粉・樹液（またはジュース）からなる作物等、種々の植物があるので、本発明は、糖液を含む木質系バイオマスであれば、如何なる木質系バイオマスにも適用可能である。

また、パーム油の生産過程では、パーム幹Ｘ１の他にバイオマスとして利用可能なパームオイル廃液が発生される。このパームオイル廃液は、オイルパームの果実から阻パームオイル（ＣＰＯ：Crude Palm Oil）を搾った残渣を主成分（糖分等）とする排水（ＰＯＭＥ：Palm Oil Mill Effluent）である。したがって、パーム幹Ｘ１に加えてパームオイル廃液を原料としてもよい。

（２）上記各実施形態では、チップ化処理Ｓ２（チップ化工程）の前工程として熟成処理Ｓ１を行ったが、本発明はこれに限定されない。必要に応じて熟成処理Ｓ１を割愛してもよい。パーム幹Ｘ１については熟成処理Ｓ１を行うことにより糖液の濃度が上昇するが、このような現象は、全ての木質系バイオマスに共通なものではない。したがって、糖液濃度の上昇が期待できる木質系バイオマス（原料）についてのみ熟成処理Ｓ１を行うことが好ましい。

（３）上記実施形態では、上記第１、第２実施形態では、破砕工程を湿式ミルを用いた摩砕工程としたが、本発明はこれに限定されない。湿式ミル以外の摩砕機を用いてパームチップＸ３を破砕してもよい。また、摩砕機の仕様によっては、パームチップＸ３に温水Ｘ１４を加水することなく摩砕することが可能である。また、本発明における破砕工程は、摩砕機を用いた摩砕工程に限定されない。

（４）上記各実施形態では、粗分離処理Ｓ４、１次粗分離処理Ｓ４１及び２次粗分離処理Ｓ４２にロータリースクリーンを用いたが、本発明はこれに限定されない。ロータリースクリーン以外の分離装置を用いてもよい。

（５）上記各実施形態における乾燥処理Ｓ６では、水蒸気Ｘ１５を熱源とする間接加熱タイプのパドル式等乾燥機を用いたが、本発明はこれに限定されない。バイオガスＸ１１を燃焼させて発生する熱風で脱水ケーキＸ８を乾燥させる直接加熱タイプの気流乾燥機を用いてもよい。また、必要に応じて自然乾燥、天日乾燥、日陰乾燥等の自然乾燥手法を利用してもよい。

（６）さらに、上記第１実施形態では粗分離処理Ｓ４に続いて脱水処理Ｓ５を連続して行い、また第３実施形態では２次粗分離処理Ｓ４２に続いて脱水処理Ｓ５を連続して行うが、本発明はこれに限定されない。例えば、粗分離処理Ｓ４と脱水処理Ｓ５とを、または／及び２次粗分離処理Ｓ４２と脱水処理Ｓ５とを１つの機械を用いることにより同時に行う、つまり単一の工程として行ってもよい。

（７）上記第４実施形態では、搾り滓Ｘ６２に２次湿式ミル処理Ｓ３２を施し、さらに２次湿式ミル処理Ｓ３２によって得られた摩砕済みパームＸ４４に１次脱水処理Ｓ５１を施して得られた脱水ケーキＸ８１を糖化処理Ｓ１２したが、本発明はこれに限定されない。例えば、２次湿式ミル処理Ｓ３２及び１次脱水処理Ｓ５１を省略し、搾り滓Ｘ６２を糖化処理Ｓ１２してもよい。

本発明によれば、各種の木質系バイオマスを原料として燃料を製造する際に外部から投入するエネルギー量を従来よりも低減することができる。

Ｘ１ パーム幹
Ｘ２ 熟成パーム幹
Ｘ３ パームチップ
Ｘ４ 摩砕済みパーム
Ｘ５ 搾汁液
Ｘ６ 搾り滓
Ｘ７ 分離液
Ｘ８ 脱水ケーキ
Ｘ９ 乾燥ケーキ
Ｘ１０ 燃料、レット
Ｘ１１ バイオガス
Ｘ１２ 電力
Ｘ１３ 排熱
Ｘ１４ 温水
Ｘ１５ 水蒸気

Claims (7)

1. 糖液を樹液として含む木質系バイオマスを原料とする燃料製造方法であって、
   木質系バイオマスから前記糖液を搾汁する搾汁工程と、
   前記搾汁工程によって得られた前記糖液を発酵原料としてメタン発酵処理するメタン発酵工程と、
   前記メタン発酵工程によって得られたバイオガスを用いることにより、前記搾汁工程で得られた搾り滓を固体燃料化する搾り滓燃料化工程とを有し、
   前記搾汁工程は、
   前記木質系バイオマスを破砕処理する破砕工程と、
   前記破砕工程によって得られた破砕物に摩砕処理を施す摩砕工程と、
   前記摩砕工程によって得られた摩砕物から前記樹液を含む混合水を搾汁液として分離する分離工程と
   を有する木質系バイオマスを用いた固体燃料製造方法。
2. 前記摩砕工程では、前記破砕物に湿式摩砕処理を施す請求項１に記載の木質系バイオマスを用いた固体燃料製造方法。
3. 前記摩砕工程を２回行う請求項１または２に記載の木質系バイオマスを用いた固体燃料製造方法。
4. 前記メタン発酵工程によって得られたバイオガスを燃料として発電する発電工程と、
   該発電工程で発生した排熱を用いて温水を生成する温水生成工程とをさらに備え、
   前記摩砕工程では、前記温水を用いて前記破砕物に湿式摩砕処理する請求項１〜３のいずれか一項に記載の木質系バイオマスを用いた固体燃料製造方法。
5. 前記搾り滓燃料化工程は、
   前記バイオガスを燃料として水蒸気を発生させる蒸気発生工程と、
   前記搾汁工程によって得られた搾り滓を前記蒸気発生工程によって得られた水蒸気を用いて乾燥させる乾燥工程と、
   前記乾燥工程によって得られた乾燥物を所定形状の固体燃料に成形する成型工程と
   を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の木質系バイオマスを用いた固体燃料製造方法。
6. 前記搾汁工程によって得られた搾り滓を糖化処理する糖化工程をさらに有し、
   前記メタン発酵工程では、前記糖化工程によって得られる糖化液をも発酵原料とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の木質系バイオマスを用いた固体燃料製造方法。
7. 前記木質系バイオマスは、オイルパームの幹あるいは／及び前記オイルパームからパーム油の製油工場で発生するパームオイル廃液である請求項１〜６のいずれか一項に記載の木質系バイオマスを用いた固体燃料製造方法。

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