JP7327679B1 - 固形バイオマス燃料の製造方法 - Google Patents

Abstract

廃菌床の含水率が低い場合であっても好ましい成形性が得られる、固形バイオマス燃料の製造方法を提供すること。廃菌床を原料とする固形バイオマス燃料の製造方法であって、２．９ｍｍ以下の粒径を有する廃菌床が重量基準で９０％以上となるように廃菌床を粉砕する粉砕工程を備える、固形バイオマス燃料の製造方法。廃菌床は、コーンコブを含み、粉砕工程の前段に、２．９ｍｍ超の粒径を有する廃菌床を分級する第１分級工程を更に備えることが好ましい。

Description

本発明は、固形バイオマス燃料の製造方法に関する。

従来、石油、石炭、天然ガス等の化石燃料の大量消費による地球温暖化や資源枯渇といった問題に対応するため、一般廃棄物、産業廃棄物等の廃棄物をエネルギー源として再利用する技術の開発が課題となっている。

一般廃棄物として、例えばキノコの人工栽培に用いられるキノコ培地（菌床）が挙げられる。キノコ培地（菌床）としては、コーンコブ（トウモロコシの芯）等を主成分とした培地材料が用いられる。新しくキノコ栽培を行う度に新しいキノコ培地（菌床）が使用されるため、キノコ栽培後に大量の廃培地（廃菌床）が発生するという問題がある。廃培地（廃菌床）をバイオマス燃料として使用することが考えられるが、廃培地（廃菌床）は、そのままでは成形し燃料化することが困難であるという課題がある。

上記課題を解決する技術として、草木質破砕物等の有機骨材と粘結材とを混合することで可燃性の混合物を得る混合工程と、前記混合物について含まれる水成分を利用して練ることで成形性の生じた混練物を得る混練工程と、前記混練物に圧力を加えることで成形物を得る成形工程と、前記成形物を乾燥する乾燥工程とを有する固形燃料の製造方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８－２３９９４３号公報

特許文献１に開示された技術は、混合物について含まれる水成分を利用して練ることで成形性の生じた混練物を得る混練工程を有する。しかし、上記技術では、廃菌床に比較的径の大きなコーンコブ等が混入している場合、廃菌床の十分な成形性が得られないという課題がある。また、廃菌床の好ましい成形性を得るためには、一定以上の含水率を有している必要があり、製造された燃料の発熱量や燃焼性が低下するという課題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、廃菌床の含水率が低い場合であっても好ましい成形性が得られる、固形バイオマス燃料の製造方法を提供することを目的とする。

（１） 本発明は、廃菌床を原料とする固形バイオマス燃料の製造方法であって、２．９ｍｍ以下の粒径を有する前記廃菌床が重量基準で９０％以上となるように前記廃菌床を粉砕する粉砕工程を備える、固形バイオマス燃料の製造方法に関する。

（２） 前記廃菌床は、コーンコブを含む、（１）に記載の固形バイオマス燃料の製造方法。

（３） 前記粉砕工程の前段に、２．９ｍｍ超の粒径を有する前記廃菌床を分級する第１分級工程を更に備える、（１）又は（２）に記載の固形バイオマス燃料の製造方法。

（４） 前記粉砕工程は、前記第１分級工程で分級された２．９ｍｍ超の粒径を有する前記廃菌床を粉砕する工程である、（３）に記載の固形バイオマス燃料の製造方法。

（５） 前記第１分級工程の前段に、５．８ｍｍ超の粒径を有する前記廃菌床を分級する第２分級工程を更に備え、前記粉砕工程は、前記第２分級工程で分級された５．８ｍｍ超の粒径を有する前記廃菌床、及び前記第１分級工程で分級された２．９ｍｍ以下の粒径を有する前記廃菌床を粉砕する工程である、（３）に記載の固形バイオマス燃料の製造方法。

（６） 前記粉砕工程は、前記第１分級工程で分級された２．９ｍｍ超～５．８ｍｍ以下の粒径を有する前記廃菌床を粉砕せず、２．９ｍｍ超～５．８ｍｍ以下の粒径を有する前記廃菌床を乾燥させる乾燥工程を有する、（５）に記載の固形バイオマス燃料の製造方法。

本発明は、廃菌床の含水率が低い場合であっても好ましい成形性が得られる、固形バイオマス燃料の製造方法を提供できる。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に制限されず、適宜変更が可能である。

＜固形バイオマス燃料の製造方法＞
《第１実施形態》
本実施形態に係る固形バイオマス燃料の製造方法は、主原料として廃菌床を用いる。廃菌床は、シイタケ、ヒラタケ、マイタケ、エリンギ、シメジ等のキノコを人工栽培する際に廃棄物として発生するものである。廃菌床は、コーンコブ（トウモロコシの芯）を含み、上記以外に、米ぬか、破砕木材、オガクズ、キノコ等が含まれる場合がある。上記廃菌床は多くの水分を含んだ状態、例えば含水率が５０％～７０％程度の状態で排出される。

本実施形態に係る固形バイオマス燃料の製造方法は、２．９ｍｍ以下の粒径を有する廃菌床が重量基準で９０％以上となるように廃菌床を粉砕する粉砕工程を備える。固形バイオマス燃料の製造方法は、上記以外に、成形工程と、乾燥工程と、を有していてもよい。

（粉砕工程）
粉砕工程によって、廃菌床の成形性を阻害する２．９ｍｍ超の粒径を有するコーンコブの大部分（例えば、重量基準で９０％以上）が粉砕される。廃菌床に含まれるコーンコブは、容積比で廃菌床の多くを占め、含水率がほぼ飽和した状態にあることから他の材料との親和性が低下した状態にあり、特に粒径が２．９ｍｍ以上の大粒径のコーンコブは、成形性を低下させる一因となっていた。例えば、廃菌床の成形時に、廃菌床の非水溶性粘性成分によって廃菌床全体が圧密状態になり弾性が小さくなる。その外周側に大粒径のコーンコブが隣接すると、一体化し難くなり、大粒径のコーンコブは乾燥によって容易に脱離し、製品の均一性も損なわれる恐れがある。粉砕工程によって、大粒径のコーンコブを粉砕することで廃菌床の成形性・均一性を向上させることができる。また、粉砕工程によって、廃菌床に含まれる粘性成分が放出されるため、原料となる廃菌床の含水率が低い場合であっても、成形性を向上させることができる。このため、廃菌床を成形する成形工程の前段に乾燥工程を設け、上記乾燥工程において例えばドラム式の乾燥装置を用いることができるので、廃菌床の含水率を効率的に目標値（例えば、含水率４０～６０％程度）に調整することができる。上記含水率の目標値は、例えば、後述する分級工程が行いやすく、かつ好ましい成形性が得られる含水率の値として設定できる。

粉砕工程における具体的な粉砕手段としては、廃菌床の粒径を細かくすることができるものであれば特に限定されず、回転刃を備えるミキサー装置や、対象物を圧壊するミル装置、クラッシャー装置等を用いることができる。廃菌床の詰まりが発生し難いことから、回転刃を備えるミキサー装置を用いることが好ましい。

（成形工程）
成形工程は、上記粉砕工程を経た廃菌床を加圧してペレット状に成形する工程である。成形工程の具体的な成形手段としては、例えば、所定の大きさ及び形状を有する平型等の型枠に廃菌床を充填して加圧する手段が挙げられる。廃菌床の含水率や粘性にもよるが、成形工程は、上記以外に、造粒装置を用いて廃菌床を粒状に成形する工程であってもよい。

（乾燥工程）
乾燥工程は、廃菌床を乾燥させる工程である。乾燥工程により、廃菌床の表面が乾燥し、得られる固形バイオマス燃料の耐久性を向上させることができる。本実施形態に係る固形バイオマス燃料の製造方法は、粉砕工程により含水率がほぼ飽和した状態にある大粒径のコーンコブが粉砕された廃菌床を用いるため、乾燥工程における乾燥時間を低減させることができる。乾燥工程は、上記成形工程の前段に設けてもよく、後段に設けてもよく、上記成形工程の前段と後段との両方に設けてもよい。

乾燥工程における乾燥方法としては特に限定されないが、例えば、ファン等を用いた送風乾燥、ヒーター等を用いた加熱乾燥、上記の組み合わせが挙げられる。上記成形工程の前段に乾燥工程を設ける場合、乾燥工程として、例えばドラム式の乾燥装置等を用いて、廃菌床を撹拌しながら効率よく乾燥を行うことができる。上記成形工程の前段に乾燥工程を設ける場合、乾燥工程を経た廃菌床の含水率は、例えば、３５～５０％とすることができる。乾燥工程を経た廃菌床の含水率は、上記に限定されず、例えば２０％以下としてもよい。

本実施形に係る固形バイオマス燃料の製造方法は、本発明の効果を阻害しない範囲内で、上記以外の工程を備えていてもよい。また、本実施形に係る固形バイオマス燃料の製造方法は、廃菌床を混練する工程を有さないものである。廃菌床を混練する工程を有さないことで、混練による成形体の表面積の低下を抑制でき、製造される固形バイオマス燃料の乾燥性・燃焼性を好ましいものとすることができる。また、混練にかかる設備費用や手間を低減することができる。

以下、本発明の他の実施形態に係る固形バイオマス燃料の製造方法について説明する。上記第１実施形態と同様の構成については、説明を省略する場合がある。

《第２実施形態》
本実施形態に係る固形バイオマス燃料の製造方法は、上記第１実施形態に係る各工程に加えて、２．９ｍｍ超の粒径を有する廃菌床を分級する第１分級工程を更に備える。そして、粉砕工程は、上記第１分級工程で分離された２．９ｍｍ超の粒径を有する廃菌床を粉砕する工程として設けられる。

（第１分級工程）
第１分級工程は、２．９ｍｍ超の粒径を有する廃菌床を分級する工程である。第１分級工程によって、２．９ｍｍ超の粒径を有する廃菌床として含まれる、大粒径のコーンコブが廃菌床から分級されることで、廃菌床の成形性を向上させることができる。また、以下の粉砕工程において、第１分級工程で分級された２．９ｍｍ超の粒径を有する廃菌床のみを粉砕することで、２．９ｍｍ超の粒径を有する廃菌床を燃料として使用できると共に、第１実施形態と比較して粉砕工程を省力化することができる。

第１分級工程における分級方法としては、篩を用いた篩分け分級や、重力、慣性力、遠心力等を用いた乾式又は湿式分級を用いることができる。これらの中でも、分級を容易に行えることから、篩分け分級を用いることが好ましい。

（粉砕工程）
本実施形態に係る粉砕工程は、上記第１分級工程によって分離された２．９ｍｍ超の粒径を有する廃菌床のみを粉砕すること以外は、上記第１実施形態に係る粉砕工程と同様の構成を適用できる。

（成形工程、乾燥工程）
成形工程、及び乾燥工程は、上記第１分級工程によって分離された２．９ｍｍ以下の粒径を有する廃菌床と、上記第１分級工程によって分離された２．９ｍｍ超の粒径を有する廃菌床であり、上記粉砕工程を経た廃菌床との混合物を、それぞれ成形又は乾燥する工程であること以外は、上記第１実施形態に係る粉砕工程と同様の構成を適用できる。なお、粉砕工程は、上記混合物において２．９ｍｍ以下の粒径を有する廃菌床が重量基準で９０％以上となるように、上記２．９ｍｍ超の粒径を有する廃菌床を粉砕する工程であればよい。

《第３実施形態》
本実施形態に係る固形バイオマス燃料の製造方法は、上記第２実施形態に係る第１分級工程の前段に、第２分級工程を更に備える。そして、粉砕工程は、上記第２分級工程で分離された５．８ｍｍ超の粒径を有する廃菌床、及び上記第１分級工程で分離された２．９ｍｍ以下の粒径を有する廃菌床を粉砕する工程として設けられる。

（第２分級工程）
第２分級工程は、５．８ｍｍ超の粒径を有する廃菌床を分級する工程である。第２分級工程によって、５．８ｍｍ超の粒径を有する廃菌床として含まれる、キノコ片や菌糸塊が分離される。これらの廃菌床を分離することで、廃菌床の成形性が向上するばかりでなく、これらの廃菌床を後述する粉砕工程によって粉砕することで、粘性成分が放出されるので、廃菌床の含水率が低い場合であっても成形性を向上させることができる。

第２分級工程における分級方法としては、特に限定されず、５．８ｍｍ超の粒径を有する廃菌床を分級すること以外は、第１分級工程と同様の分級方法を適用できる。

（第１分級工程）
本実施形態に係る第１分級工程は、上記第２分級工程によって分離された５．８ｍｍ以下の粒径を有する廃菌床から、２．９ｍｍ超の粒径を有する廃菌床を分級する工程である。即ち、第１分級工程によって、２．９ｍｍ超～５．８ｍｍ以下の粒径を有する廃菌床と、２．９ｍｍ以下の粒径を有する廃菌床とが分離される。

（粉砕工程）
本実施形態に係る粉砕工程は、上記第２分級工程によって分離された５．８ｍｍ超の粒径を有する廃菌床と、上記第１分級工程によって分離された２．９ｍｍ以下の粒径を有する廃菌床と、を粉砕する工程である。上記粉砕工程によって、２．９ｍｍ以下の粒径を有する廃菌床が重量基準で９０％以上となるように廃菌床が粉砕される。上記以外の粉砕工程における具体的な粉砕方法等は、上記第１実施形態に係る粉砕工程と同様の構成を適用できる。

（成形工程）
成形工程は、上記粉砕工程によって粉砕された廃菌床を成形すること以外は、上記第１実施形態と同様の構成を適用できる。

（乾燥工程）
乾燥工程は、上記第１実施形態と同様の構成を適用できる。これ以外に、本実施形態に係る固形バイオマス燃料の製造方法は、上記第１分級工程によって分離された２．９ｍｍ超～５．８ｍｍ以下の粒径を有する廃菌床を乾燥させる乾燥工程を別に有していてもよい。上記第１分級工程によって分離された２．９ｍｍ超～５．８ｍｍ以下の粒径を有する廃菌床は、成形性を阻害する大粒径のコーンコブを主に含む。上記２．９ｍｍ超～５．８ｍｍ以下の粒径を有する廃菌床は、ある程度の大きさを有しているため、乾燥させても粉塵として飛散する恐れが少ない。従って、上記２．９ｍｍ超～５．８ｍｍ以下の粒径を有する廃菌床を乾燥させて、例えば火力発電所におけるバイオマス燃料として直接用いることができる。

以下、実施例に基づいて本発明の内容を更に詳細に説明する。本発明の内容は以下の実施例の記載に限定されない。ただし、実施例１及び実施例２は、参考例である。

（成形性試験）
廃菌床を粉砕せず、原姿のまま成形した場合（粉砕工程無し）と、ミキサー装置を用いて粉砕した後に成形した場合（粉砕工程有り）とで、それぞれ表１に示すように廃菌床の含水率を変化させて、固形バイオマス燃料を作成した。成形方法は以下の方法とした。内径が１６ｍｍ、高さ２０ｍｍの塩化ビニル管を型枠として用い、廃菌床を圧縮しない程度に充填した。次に、型枠上部から指圧により任意量の水分を排出しながら圧縮し、成形体を作製した。成形体を観察し、後述する成形性評価を行った。廃菌床の含水率は、水分計ＭＯＣ６３ｕ（島津製作所社製）を用いて測定した。

上記作成した固形バイオマス燃料を用いて、以下の基準により、固形バイオマス燃料の成形性について評価を行った。評価２を合格とした。結果を表１に示した。
２： 成形体が緻密であり、剥離が発生していない
１： 成形体の少なくとも一部に剥離が発生している

表１の結果から、廃菌床を粉砕する粉砕工程を設けることで、粉砕工程を設けない場合と比較して、廃菌床の含水率が低い場合であっても好ましい成形性が得られる結果が確認された。

（固形バイオマス燃料の製造）
＜実施例１＞
廃菌床をミキサー装置で粉砕し、粉砕した廃菌床の５ｇ程度を手指で球状に成形し、３０分間送風により乾燥させ、実施例１に係る固形バイオマス燃料を得た。

＜実施例２＞
成形後の廃菌床を乾燥させなかったこと以外は、実施例１と同様の方法により、実施例２に係る固形バイオマス燃料を得た。

＜比較例１＞
廃菌床を手指により混練し、混錬した廃菌床の５ｇ程度を手指で球状に成形し、３０分間送風により乾燥させ、比較例１に係る固形バイオマス燃料を得た。

＜比較例２＞
廃菌床を２．９ｍｍの篩を用いて分級し、分級された２．９ｍｍ以下の粒径を有する廃菌床のみをミキサーで粉砕し、分級された２．９ｍｍ超の粒径を有する廃菌床は粉砕せずに、これらを混合し、５ｇ程度を手指で球状に成形し、３０分間送風により乾燥させ、比較例２に係る固形バイオマス燃料を得た。２．９ｍｍ以下の粒径を有する廃菌床の割合は、重量基準で１０％以下であった。

＜比較例３＞
成形後の廃菌床を乾燥させなかったこと以外は、比較例１と同様の方法により、比較例３に係る固形バイオマス燃料を得た。

［耐久性評価］
上記各実施例及び比較例に係る固形バイオマス燃料を３ｍの高さから落下させ、落下後の状態を目視で観察して耐久性評価を行った。なお実施例１はｎ＝２で評価を行った。結果を表２に示した。

表２に示す結果より、各実施例に係る固形バイオマス燃料は、各比較例に係る固形バイオマス燃料と比較して、好ましい耐久性が得られる結果が確認された。

Claims (2)

1. 廃菌床を原料とする固形バイオマス燃料の製造方法であって、
   前記廃菌床は、コーンコブを含み、
   ２．９ｍｍ以下の粒径を有する前記廃菌床が重量基準で９０％以上となるように前記廃菌床を粉砕する粉砕工程を備え、
   前記粉砕工程の前段に、２．９ｍｍ超の粒径を有する前記廃菌床を分級する第１分級工程を更に備え、
   前記第１分級工程の前段に、５．８ｍｍ超の粒径を有する前記廃菌床を分級する第２分級工程を更に備え、
   前記粉砕工程は、前記第２分級工程で分級された５．８ｍｍ超の粒径を有する前記廃菌床、及び前記第１分級工程で分級された２．９ｍｍ以下の粒径を有する前記廃菌床を粉砕する工程であり、
   前記粉砕工程によって粉砕された、前記第２分級工程で分級された５．８ｍｍ超の粒径を有する前記廃菌床、及び前記第１分級工程で分級された２．９ｍｍ以下の粒径を有する前記廃菌床を成形して固形バイオマス燃料を得る成形工程を更に備える、固形バイオマス燃料の製造方法。
2. 前記粉砕工程は、前記第１分級工程で分級された２．９ｍｍ超～５．８ｍｍ以下の粒径を有する前記廃菌床を粉砕せず、
   ２．９ｍｍ超～５．８ｍｍ以下の粒径を有する前記廃菌床を乾燥させる乾燥工程を有し、
   前記乾燥工程を経た、２．９ｍｍ超～５．８ｍｍ以下の粒径を有する前記廃菌床は、固形バイオマス燃料として直接用いられる、請求項１に記載の固形バイオマス燃料の製造方法。