JPWO2015045430A1 - バイオマス製造方法およびバイオマス収容装置 - Google Patents
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Abstract
バイオマス製造方法は、原料（アブラヤシ）に水蒸気を供給して原料を蒸煮することを含む工程（蒸煮工程Ｓ１１０）と、蒸煮することを含む工程を遂行することによって得られたバイオマス（空果房）を冷却することで、バイオマスに付着した微生物の芽胞の発芽に要する予め定められた条件を作り出し、維持する発芽工程（発芽用冷却工程Ｓ１４０、発芽条件維持工程Ｓ１５０）と、発芽した微生物が付着したバイオマスを加熱することで、微生物の死滅に要する予め定められた条件を作り出し、維持する工程（殺菌（滅菌）工程Ｓ１６０）と、を含む。
Description
本発明は、バイオマスを製造するバイオマス製造方法およびバイオマスを収容するバイオマス収容装置に関する。
アブラヤシ果房（ＦＦＢ：Fresh Fruit Bunch）から油（パーム油、パーム核油）を生産する際には、アブラヤシ果房を水蒸気で蒸煮して、目的とする油を含む果実部分と、空果房（ＥＦＢ：Empty Fruit Bunch）とに分離する工程が遂行されている。
近年、アブラヤシ果房から油を生産した結果生じる空果房等の草本系バイオマスや、木材、おがくず、樹皮等の木質系バイオマス等のバイオマスを直接燃焼用の燃料（即ちバイオマス燃料）に製造したり（例えば、特許文献１、２）、バイオマスからエタノールを製造したりする（例えば、特許文献３）等、バイオマスを有効利用する技術が開発されている。
ここで、バイオマスが発生する場所（例えば、油生産工場）とバイオマスを利用する場所（例えば、燃料としてバイオマスを利用する場所や、エタノールを製造する場所）とが離れている場合、バイオマス或いはバイオマス燃料を貯蔵して運搬する必要がある。
しかしながら、上記草本系バイオマスや木質系バイオマス等のバイオマスを大量に貯蔵する際に、バイオマスが自然発火するという現象が生じている。その原因の一つとして、微生物発酵が挙げられている。（木本政義、芦澤正美（2009）木質ペレット貯蔵時の自然発火性に関する調査．電力中央研究所報告 M08022．）したがって、微生物による当該自然発火を防止する技術の開発が希求されている。
本発明は、バイオマス及びそれから得られるバイオマス燃料の自然発火を防止することが可能なバイオマスの製造方法およびバイオマス収容装置の提供を目的とする。
本発明の第１の態様はバイオマス製造方法であって、バイオマスを収容容器に収容する収容工程と、前記バイオマスを冷却または放置することで、前記バイオマスに付着した芽胞状態の微生物の発芽に要する予め定められた条件を作り出し、維持する発芽工程と、発芽した前記微生物が付着した前記バイオマスを加熱することで、前記微生物の死滅に要する予め定められた条件を作り出し、維持する殺菌工程と、を含むことを要旨とする。
バイオマス製造方法は、前記バイオマスの原料に水蒸気を供給することによって前記原料を蒸煮し、前記バイオマスを得る蒸煮工程を更に含んでもよい。
前記発芽工程及び前記殺菌工程は、大気圧下の前記収容容器内で遂行されてもよい。
前記発芽工程及び前記殺菌工程は、交互に複数回繰り返されてもよい。
前記殺菌工程において、前記発芽した微生物が付着したバイオマスに水蒸気を供給することで、前記バイオマスが加熱されてもよい。
前記殺菌工程において、前記バイオマスは９０℃〜１１０℃のうち予め定められた温度で加熱されてもよい。
前記バイオマスの前記原料はアブラヤシであり、前記バイオマスは前記アブラヤシの脱果によって得られた空果房であってもよい。
バイオマス製造方法は、前記バイオマスを粉砕する粉砕工程と、前記粉砕工程によって粉砕されたバイオマスを乾燥する乾燥工程と、前記乾燥工程によって乾燥したバイオマスを粒状に成型する成型工程を更に含んでもよい。
前記発芽工程及び前記殺菌工程は、前記粉砕工程の前に行われてもよい。
前記発芽工程及び前記殺菌工程は、前記粉砕工程と前記乾燥工程の間に行われてもよい。
前記発芽工程及び前記殺菌工程は、前記成型工程の後に行われてもよい。
本発明の第２の態様はバイオマス収容装置であって、バイオマスの原料に水蒸気を供給して前記原料を蒸煮することで得られた前記バイオマスを収容する収容容器と、前記バイオマスに付着した、発芽した微生物の死滅温度以上に前記バイオマスを加熱するガスを、前記収容容器に収容された前記バイオマスに通流させる加熱ガス供給部と、芽胞状態の前記微生物の発芽に要する温度に前記バイオマスを冷却する冷却ガスを、前記収容容器に収容された前記バイオマスに通流させる冷却ガス供給部と、を備えたことを要旨とする。
本発明によれば、バイオマス及びそれから得られるバイオマス燃料の自然発火を防止することが可能なバイオマスの製造方法およびバイオマス収容装置を提供できる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
上述したように、アブラヤシから油を生産する際には、アブラヤシ果房を水蒸気で蒸煮した後、脱果工程において、油を含む果実部分と、空果房とに分離する。本願発明者らは、蒸煮といった１００℃以上の水蒸気でアブラヤシ果房を処理しているにも拘わらず、空果房には枯草菌（Bacillus subtilis）が付着していることを検出した（出典：Fukunaga, S., Kasai, H. and Inubushi, K. (2012) Microbial gas production from empty fruit bunch (EFB) of oil palm. 第28回日本微生物生態学会大会講演要旨集 PB-19）。
そして、本願発明者らは、枯草菌が付着した空果房に、予め定められた濃度の水を加えて培養すると、枯草菌から水素が生じ、培養雰囲気中の水素濃度が４０％程度まで達することを見出した。かかる水素の発生は、枯草菌によって空果房中の有機物が水素に変換されたためと推測される。
かかる結果から、本願発明者らが鋭意検討したところ、自然発火の原因が、枯草菌等の微生物による水素の発生によるものであると推測した。
そこで、以下では、バイオマスに付着した、枯草菌等の微生物を死滅させることで、微生物による水素の発生を防止して、バイオマス及びそれから得られるバイオマス燃料の自然発火を回避するとともに、有機物を消費して水素を発生させることによるバイオマスの熱量低下を抑制することが可能なバイオマスの製造方法およびバイオマス収容装置について説明する。
図１は、バイオマス製造システム１００を説明するための図である。図１に示すように、バイオマス製造システム１００は、蒸煮装置１１０と、脱果装置１２０と、バイオマス収容装置１５０とを備える。ここでは、バイオマスの原料としてアブラヤシ果房を例に挙げて説明し、バイオマスとして空果房（ＥＦＢ）を例に挙げて説明する。
蒸煮装置１１０は、アブラヤシ果房に水蒸気を供給してアブラヤシ果房を蒸煮する。蒸煮は果実部分と、空果房との結合を弱め、後段の脱果装置１２０において果実部分と空果房との分離を容易にする。また、アブラヤシ果房に含まれるリパーゼ等の酵素を失活させて、果実部分に含まれる油の劣化を抑制する。
ここで、蒸煮装置１１０が供給する水蒸気の温度は、９０℃〜１１０℃のうち予め定められた温度である。かかる構成により、アブラヤシ果房に存在し、１００℃以上の熱をもってしても容易に殺滅できない微生物の芽胞を発芽させ栄養細胞に変換させることができる。
脱果装置１２０は、蒸煮装置１１０によって蒸煮されたアブラヤシを、果実部分と、空果房とに分離する。こうして分離された果実部分は、後段のオイル生成手段（不図示）によって搾油され、パーム油やパーム核油が生産される。一方、分離された空果房は、後段のバイオマス収容装置１５０に投入される。
図２は、バイオマス収容装置１５０を説明するための図である。バイオマス収容装置１５０は、収容容器１６０と、加熱ガス供給部１７０と、冷却ガス供給部１８０と、制御部１８５とを備える。なお、図２中、蓋部１６２ａ、１６２ｂの動きを実線の矢印で、信号の流れを破線の矢印で示す。
図２に示すように、収容容器１６０は、脱果装置１２０によって分離された空果房を収容する容器である。詳細に説明すると、収容容器１６０は、上面に投入口１６０ａが形成されており、側面に搬出口１６０ｂが形成されている。また、収容容器１６０には、投入口１６０ａを開閉する蓋部１６２ａと、搬出口１６０ｂを開閉する蓋部１６２ｂとが設けられている。
また、収容容器１６０には、複数の孔が形成された多孔板１６４が、その下方に空隙が形成される状態で水平方向に亘って設けられており、多孔板１６４の上方に空果房が収容されるようになっている。
加熱ガス供給部１７０は、蒸煮装置１１０によって加熱された後冷却されることで発芽した微生物（例えば、枯草菌）の死滅温度以上に空果房を加熱する加熱ガスを、収容容器１６０に収容された空果房に通流させる。具体的に説明すると、加熱ガス供給部１７０は、収容容器１６０の底面付近であって多孔板１６４の下方に加熱ガスを供給する。そうすると、加熱ガスは、多孔板１６４の孔から上方に向かって送出されることとなる。このようにして、加熱ガスが収容容器１６０に収容された空果房に行き渡り、空果房が加熱ガスによって加熱されることとなる。
ここで、加熱ガスは、例えば、９０℃〜１１０℃のうち予め定められた温度の水蒸気である。また、加熱ガス供給部１７０は、加熱ガスを、例えば、３０分〜９０分のうち予め定められた時間連続して、空果房に通流させる。
冷却ガス供給部１８０は、空果房に付着した、芽胞状態の微生物の発芽に要する温度に空果房を冷却する冷却ガスを、収容容器１６０に収容された空果房に通流させる。具体的に説明すると、冷却ガス供給部１８０は、収容容器１６０の底面付近であって多孔板１６４の下方に冷却ガスを供給する。そうすると、冷却ガスは、多孔板１６４の孔から上方に向かって送出されることとなる。このようにして、冷却ガスが収容容器１６０に収容された空果房に行き渡り、空果房が冷却ガスによって冷却されることとなる。
ここで、冷却ガスは、例えば、常温（２０℃〜４０℃のうち予め定められた温度）の空気である。また、冷却ガス供給部１８０は、冷却ガスを、例えば、３０分〜９０分のうち予め定められた時間連続して、空果房に通流させる。
制御部１８５は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働してバイオマス収容装置１５０全体を管理および制御する。本実施形態において、制御部１８５は、蓋部１６２ａ、１６２ｂ、加熱ガス供給部１７０、冷却ガス供給部１８０を駆動制御する。
（バイオマス製造方法）
続いて、上記バイオマス製造システム１００を用いたバイオマス製造方法について説明する。図３は、バイオマス製造方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。
続いて、上記バイオマス製造システム１００を用いたバイオマス製造方法について説明する。図３は、バイオマス製造方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。
図３に示すように、本実施形態にかかるバイオマス製造方法は、蒸煮工程Ｓ１１０と、脱果工程Ｓ１２０と、投入工程Ｓ１３０と、発芽用冷却工程Ｓ１４０と、発芽工程Ｓ１５０と、殺菌（滅菌）工程Ｓ１６０と、最終冷却工程Ｓ１７０と、搬出工程Ｓ１８０とを含む。以下、各工程について詳述する。
（蒸煮工程Ｓ１１０）
蒸煮工程Ｓ１１０は、蒸煮装置１１０が、アブラヤシ果房に水蒸気を供給して９０℃〜１１０℃のうち予め定められた温度でアブラヤシ果房を蒸煮する工程である。蒸煮工程Ｓ１１０を遂行することにより、果実部分と、空果房との結合を弱めることができ、後段の脱果工程Ｓ１２０において果実部分と空果房との分離を容易にすることが可能となる。また、アブラヤシ果房に含まれるリパーゼ等の酵素を失活させることができ、果実部分に含まれる油の劣化を抑制することが可能となる。
蒸煮工程Ｓ１１０は、蒸煮装置１１０が、アブラヤシ果房に水蒸気を供給して９０℃〜１１０℃のうち予め定められた温度でアブラヤシ果房を蒸煮する工程である。蒸煮工程Ｓ１１０を遂行することにより、果実部分と、空果房との結合を弱めることができ、後段の脱果工程Ｓ１２０において果実部分と空果房との分離を容易にすることが可能となる。また、アブラヤシ果房に含まれるリパーゼ等の酵素を失活させることができ、果実部分に含まれる油の劣化を抑制することが可能となる。
また、９０℃〜１１０℃のうち予め定められた温度でアブラヤシ果房を蒸煮する構成により、アブラヤシ果房に存在し、１００℃以上の熱をもってしても容易に殺滅できない微生物の芽胞を発芽させ栄養細胞に変換させることができる。
（脱果工程Ｓ１２０）
脱果工程Ｓ１２０は、蒸煮工程Ｓ１１０で蒸煮されたアブラヤシ果房を、脱果装置１２０が果実部分と、空果房とに分離する工程である。
脱果工程Ｓ１２０は、蒸煮工程Ｓ１１０で蒸煮されたアブラヤシ果房を、脱果装置１２０が果実部分と、空果房とに分離する工程である。
（投入工程（収容工程）Ｓ１３０）
投入工程（収容工程）Ｓ１３０では、まず、制御部１８５による制御指令に応じて、蓋部１６２ｂを駆動して搬出口１６０ｂを閉じるとともに、蓋部１６２ａを駆動して投入口１６０ａを開放する。なお、すでに、搬出口１６０ｂが閉じられている場合には、蓋部１６２ｂの駆動を実行せず、投入口１６０ａが開放されている場合には、蓋部１６２ａの駆動を実行しない。
投入工程（収容工程）Ｓ１３０では、まず、制御部１８５による制御指令に応じて、蓋部１６２ｂを駆動して搬出口１６０ｂを閉じるとともに、蓋部１６２ａを駆動して投入口１６０ａを開放する。なお、すでに、搬出口１６０ｂが閉じられている場合には、蓋部１６２ｂの駆動を実行せず、投入口１６０ａが開放されている場合には、蓋部１６２ａの駆動を実行しない。
そして、不図示の搬入装置によって、投入口１６０ａを通じて、収容容器１６０内に空果房が投入され、空果房が収容される。
（発芽用冷却工程Ｓ１４０）
発芽工程の一部を成す発芽用冷却工程Ｓ１４０は、蒸煮工程Ｓ１１０および脱果工程Ｓ１２０を遂行することによって製造された空果房を冷却または放置することで、空果房に付着し、蒸煮処理（蒸煮工程Ｓ１１０の処理）を受けた芽胞状態の微生物の、発芽に要する予め定められた条件を作り出す。ここで、芽胞状態の微生物の発芽に要する予め定められた条件は、空果房を常温（２０℃〜４０℃のうち予め定められた温度）にすることである。
発芽工程の一部を成す発芽用冷却工程Ｓ１４０は、蒸煮工程Ｓ１１０および脱果工程Ｓ１２０を遂行することによって製造された空果房を冷却または放置することで、空果房に付着し、蒸煮処理（蒸煮工程Ｓ１１０の処理）を受けた芽胞状態の微生物の、発芽に要する予め定められた条件を作り出す。ここで、芽胞状態の微生物の発芽に要する予め定められた条件は、空果房を常温（２０℃〜４０℃のうち予め定められた温度）にすることである。
なお、発芽用冷却工程Ｓ１４０では、放冷（放置）することで空果房を冷却してもよいし、制御部１８５が冷却ガス供給部１８０を駆動して冷却ガスを、例えば、３０分〜９０分のうち予め定められた時間連続して、空果房に通流させることで空果房を冷却してもよい。
（発芽条件維持工程Ｓ１５０）
発芽工程の一部を成す発芽条件維持工程Ｓ１５０では、上記発芽用冷却工程Ｓ１４０で作り出された、芽胞状態の微生物の発芽に要する予め定められた条件を、例えば、１６時間〜３日間のうち予め定められた時間維持する。
発芽工程の一部を成す発芽条件維持工程Ｓ１５０では、上記発芽用冷却工程Ｓ１４０で作り出された、芽胞状態の微生物の発芽に要する予め定められた条件を、例えば、１６時間〜３日間のうち予め定められた時間維持する。
発芽条件維持工程Ｓ１５０を遂行することにより、空果房に付着した、芽胞状態の微生物を発芽させることが可能となる。
（殺菌（滅菌）工程Ｓ１６０）
殺菌工程Ｓ１６０は、発芽条件維持工程Ｓ１５０を遂行することによって発芽した微生物が付着した空果房を加熱することで、発芽した微生物の死滅に要する予め定められた条件を作り出し、維持する工程である。ここで、微生物の死滅に要する予め定められた条件は、空果房を例えば９０℃〜１１０℃のうち予め定められた温度にすることである。また、予め定められた条件を維持する時間は、例えば、３０分〜９０分のうち予め定められた時間である。なお、ここでいう「殺菌」とは、少なくとも自然発火の発生が抑制できる程度に微生物を死滅させる処理を意味する。即ち、この用語は、当該微生物を全滅させる処理も意味する。
殺菌工程Ｓ１６０は、発芽条件維持工程Ｓ１５０を遂行することによって発芽した微生物が付着した空果房を加熱することで、発芽した微生物の死滅に要する予め定められた条件を作り出し、維持する工程である。ここで、微生物の死滅に要する予め定められた条件は、空果房を例えば９０℃〜１１０℃のうち予め定められた温度にすることである。また、予め定められた条件を維持する時間は、例えば、３０分〜９０分のうち予め定められた時間である。なお、ここでいう「殺菌」とは、少なくとも自然発火の発生が抑制できる程度に微生物を死滅させる処理を意味する。即ち、この用語は、当該微生物を全滅させる処理も意味する。
具体的に説明すると、殺菌工程Ｓ１６０では、制御部１８５が加熱ガス供給部１７０を駆動して加熱ガス（ここでは、９０℃〜１１０℃のうち予め定められた温度の水蒸気）を、収容容器１６０内に供給して、例えば、３０分〜９０分のうち予め定められた時間連続して、空果房に通流させる。
蒸煮工程Ｓ１１０における蒸煮の温度を高めることにより、芽胞状態の微生物（水素の発生要因となる微生物）を死滅させることは、問題がある。つまり、アブラヤシ果房に対して、標準的な殺菌処理（１２１℃の飽和水蒸気（２気圧程度の飽和水蒸気）下に１５分以上維持、１８０℃の雰囲気下に３０分以上維持、または、１６０℃の雰囲気下に１時間以上維持）を施せば、芽胞状態の微生物を死滅させることは理論的に可能ではあるが、熱の伝わりにくい部分も含めて全ての部分を微生物が死滅する条件に到達させるには処理時間を最低条件より長くとる、あるいは温度をより高温にする必要があり、それにより、果実部分が変性し、本来の目的である油の生産量が低下してしまうおそれがある。したがって、蒸煮工程Ｓ１１０において、果実部分を変性させずに、芽胞状態の微生物を死滅させることは困難である。
そこで、蒸煮工程Ｓ１１０、脱果工程Ｓ１２０の遂行後、空果房に対して、標準的な殺菌処理を施し、芽胞状態の微生物を死滅させることが考えられる。しかし、１２１℃の飽和水蒸気下に空果房を１５分以上維持するためには、専用の耐圧容器が必要となり、耐圧容器に要するコストが上昇してしまう。同様に、１８０℃の雰囲気下に空果房を３０分以上維持したり、１６０℃の雰囲気下に空果房を１時間以上維持したりするためには、専用の耐熱容器が必要となり、耐熱容器および加熱のためのコストが上昇してしまう。
一方、芽胞状態の微生物を発芽させると、９０℃〜１１０℃といった、標準的な殺菌処理よりも低い温度で微生物を死滅させることができる。
そこで、本実施形態では、まず、発芽用冷却工程Ｓ１４０、および、発芽条件維持工程Ｓ１５０（即ち発芽工程）を遂行して、芽胞状態の微生物を発芽させ、その後、殺菌工程Ｓ１６０を遂行して、発芽した微生物を死滅させる。かかる構成により、標準的な殺菌処理と比較して、低温で微生物を死滅させることができる。したがって、専用の耐圧容器や耐熱容器が不要となり、標準的な殺菌処理と比較して低コストで、水素の発生要因となる微生物を死滅させることが可能となる。
これにより、空果房を大量に貯蔵する際、低コストで、自然発火を防止することが可能となる。
最終冷却工程Ｓ１７０は、単に殺菌工程Ｓ１６０を遂行することによって加熱された空果房を搬出しやすいように冷却する工程である。なお、最終冷却工程Ｓ１７０では、放冷することで空果房を冷却してもよいし、制御部１８５が冷却ガス供給部１８０を駆動して冷却ガスを供給することで空果房を冷却してもよい。
搬出工程Ｓ１８０は、最終冷却工程Ｓ１７０によって、常温程度まで冷却された空果房を外部に搬出する工程である。こうして搬出された空果房は、燃料として利用されたり、エタノールの原料となったりして、有効利用されることとなる。
以上説明したように、本実施形態にかかるバイオマス製造システム１００（バイオマス収容装置１５０）および、これを用いたバイオマス製造方法によれば、バイオマス（空果房）に付着した、水素の発生要因となる微生物を殺菌することができるため、微生物による自然発火のリスクを低下させることが可能となる。また、微生物が有機物を消費することがなくなるため、バイオマスの熱量低下を抑制することができる。
なお、上述の一連の工程において、蒸煮工程Ｓ１１０及び脱果工程Ｓ１２０を省略してもよい。即ち、収容容器１６０内に投入（収容）される空果房には、予め蒸煮工程及び脱果工程を経たものを用いてもよい。
（第１変形例）
図４は、第１変形例にかかるバイオマス製造システム２００を説明するための図である。図４に示すように、第１変形例にかかるバイオマス製造システム２００は、蒸煮装置１１０と、脱果装置１２０と、２つのバイオマス収容装置１５０（図４中、１５０Ａ、１５０Ｂで示す）とを備える。つまり、上記バイオマス製造システム１００と比較して、バイオマス製造システム２００は、バイオマス収容装置１５０を２つ備える。以下、バイオマス収容装置１５０を２つ備えることによって、殺菌したバイオマスを毎日繰り返し搬出する手順について説明する。
図４は、第１変形例にかかるバイオマス製造システム２００を説明するための図である。図４に示すように、第１変形例にかかるバイオマス製造システム２００は、蒸煮装置１１０と、脱果装置１２０と、２つのバイオマス収容装置１５０（図４中、１５０Ａ、１５０Ｂで示す）とを備える。つまり、上記バイオマス製造システム１００と比較して、バイオマス製造システム２００は、バイオマス収容装置１５０を２つ備える。以下、バイオマス収容装置１５０を２つ備えることによって、殺菌したバイオマスを毎日繰り返し搬出する手順について説明する。
図５は、２つのバイオマス収容装置１５０Ａ、１５０Ｂのタイムチャートである。なお、図５中、遂行する工程を矢印で示す。図５に示すように、例えば、まず、１日目に、バイオマス収容装置１５０Ａにおいて、投入工程Ｓ１３０、発芽用冷却工程Ｓ１４０、発芽条件維持工程Ｓ１５０を遂行する。なお、１日目においては、バイオマス収容装置１５０Ｂでは処理を遂行しない。
そして、２日目に、バイオマス収容装置１５０Ａにおいて、殺菌工程Ｓ１６０、最終冷却工程Ｓ１７０、搬出工程Ｓ１８０を遂行するとともに、バイオマス収容装置１５０Ｂにおいて、投入工程Ｓ１３０、発芽用冷却工程Ｓ１４０、発芽条件維持工程Ｓ１５０を遂行する。
さらに、３日目に、バイオマス収容装置１５０Ａにおいて、投入工程Ｓ１３０、発芽用冷却工程Ｓ１４０、発芽条件維持工程Ｓ１５０を遂行するとともに、バイオマス収容装置１５０Ｂにおいて、殺菌工程Ｓ１６０、最終冷却工程Ｓ１７０、搬出工程Ｓ１８０を遂行する。
以降、２日目の処理と、３日目の処理を繰り返す。これにより、バイオマス収容装置１５０Ａ、１５０Ｂを用いて、殺菌した空果房を毎日繰り返し搬出することが可能となる。
（第２変形例）
上述した実施形態では、発芽用冷却工程Ｓ１４０、発芽条件維持工程Ｓ１５０、殺菌工程Ｓ１６０を１回ずつ遂行することで、バイオマス（空果房）に付着した微生物を死滅させるバイオマス製造システム１００およびこれを用いたバイオマス製造方法について説明した。しかし、発芽用冷却工程Ｓ１４０および発芽条件維持工程Ｓ１５０を遂行しても発芽しなかった芽胞状態の微生物が存在する場合、多少なりとも微生物が残存してしまうおそれがある。
上述した実施形態では、発芽用冷却工程Ｓ１４０、発芽条件維持工程Ｓ１５０、殺菌工程Ｓ１６０を１回ずつ遂行することで、バイオマス（空果房）に付着した微生物を死滅させるバイオマス製造システム１００およびこれを用いたバイオマス製造方法について説明した。しかし、発芽用冷却工程Ｓ１４０および発芽条件維持工程Ｓ１５０を遂行しても発芽しなかった芽胞状態の微生物が存在する場合、多少なりとも微生物が残存してしまうおそれがある。
そこで、第２変形例では、芽胞状態の微生物を発芽させる工程（即ち、発芽工程としての発芽用冷却工程及び発芽条件維持工程）と発芽した微生物を殺菌する殺菌工程とを交互に複数回ずつ遂行することにより、より有効に微生物を殺菌することができるバイオマス製造システムおよびこれを用いたバイオマス製造方法について説明する。
図６は、第２変形例にかかるバイオマス製造システム３００を説明するための図である。図６に示すように、バイオマス製造システム３００は、蒸煮装置１１０と、脱果装置１２０と、３つのバイオマス収容装置１５０（図６中、１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃで示す）とを備える。つまり、上記バイオマス製造システム１００と比較して、バイオマス製造システム３００は、バイオマス収容装置１５０を３つ備える。
以下、バイオマス製造システム３００を用いたバイオマス製造方法について説明する。図７は、第２変形例にかかるバイオマス製造方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。図７に示すように、第２変形例にかかるバイオマス製造方法は、蒸煮工程Ｓ１１０と、脱果工程Ｓ１２０と、投入（収容）工程Ｓ１３０と、発芽用冷却工程Ｓ１４０と、発芽条件維持工程Ｓ１５０と、殺菌工程Ｓ１６０と、発芽用冷却工程Ｓ３４０と、発芽条件維持工程Ｓ３５０と、殺菌（滅菌）工程Ｓ３６０と、最終冷却工程Ｓ１７０と、搬出工程Ｓ１８０とを含む。上記実施形態において説明したバイオマス製造方法と比較して、第２変形例にかかるバイオマス製造方法では、殺菌工程Ｓ１６０を遂行した後であって、最終冷却工程Ｓ１７０を遂行する前に、発芽用冷却工程Ｓ３４０と、発芽条件維持工程Ｓ３５０と、殺菌工程Ｓ３６０とを遂行する。以下、発芽用冷却工程Ｓ３４０、発芽条件維持工程Ｓ３５０、殺菌工程Ｓ３６０について詳述する。
（発芽用冷却工程Ｓ３４０）
発芽工程の一部を成す発芽用冷却工程Ｓ３４０は、発芽用冷却工程Ｓ１４０と同様に、１回目の殺菌工程Ｓ１６０によって加熱された空果房を冷却または放置することで、殺菌工程Ｓ１６０によってもなお空果房に残存した、芽胞状態の微生物の発芽に要する予め定められた条件を作り出す。ここでも、芽胞状態の微生物の発芽に要する予め定められた条件は、空果房を常温（２０℃〜４０℃のうち予め定められた温度）にすることである。
発芽工程の一部を成す発芽用冷却工程Ｓ３４０は、発芽用冷却工程Ｓ１４０と同様に、１回目の殺菌工程Ｓ１６０によって加熱された空果房を冷却または放置することで、殺菌工程Ｓ１６０によってもなお空果房に残存した、芽胞状態の微生物の発芽に要する予め定められた条件を作り出す。ここでも、芽胞状態の微生物の発芽に要する予め定められた条件は、空果房を常温（２０℃〜４０℃のうち予め定められた温度）にすることである。
なお、発芽用冷却工程Ｓ３４０では、放冷（放置）することで空果房を冷却してもよいし、制御部１８５が冷却ガス供給部１８０を駆動して冷却ガスを、例えば、３０分〜９０分のうち予め定められた時間連続して、空果房に通流させることで空果房を冷却してもよい。
（発芽条件維持工程Ｓ３５０）
発芽工程の一部を成す発芽条件維持工程Ｓ３５０では、上記発芽用冷却工程Ｓ３４０で作り出された、芽胞状態の微生物の発芽に要する予め定められた条件を、例えば、１６時間〜３日間のうち予め定められた時間維持する。
発芽工程の一部を成す発芽条件維持工程Ｓ３５０では、上記発芽用冷却工程Ｓ３４０で作り出された、芽胞状態の微生物の発芽に要する予め定められた条件を、例えば、１６時間〜３日間のうち予め定められた時間維持する。
発芽条件維持工程Ｓ３５０を遂行することにより、１回目の殺菌工程Ｓ１６０によっても、なお、空果房に残存した、芽胞状態の微生物を発芽させることが可能となる。
また、発芽用冷却工程Ｓ３４０、発芽条件維持工程Ｓ３５０を遂行する前の１回目の殺菌工程Ｓ１６０において、加熱ガス供給部１７０が、発芽した微生物が付着した空果房に水蒸気を供給することで、空果房を加熱している。このように、水蒸気を供給することにより、発芽条件維持工程Ｓ３５０において、芽胞状態の微生物を効率よく発芽させることが可能となる。
（殺菌（滅菌）工程Ｓ３６０）
殺菌工程Ｓ３６０では、殺菌工程Ｓ１６０と同様に、制御部１８５が加熱ガス供給部１７０を駆動して加熱ガス（ここでは、９０℃〜１１０℃のうち予め定められた温度の水蒸気）を、収容容器１６０内に供給して、例えば、３０分〜９０分のうち予め定められた時間連続して、空果房に通流させる。このように、２回目の発芽用冷却工程Ｓ３４０、発芽条件維持工程Ｓ３５０を遂行することによって発芽した微生物が付着した空果房を加熱することで、微生物の死滅に要する予め定められた条件を維持する。ここでも、微生物の死滅に要する予め定められた条件は、空果房を９０℃〜１１０℃のうち予め定められた温度にすることである。また、予め定められた条件を維持する時間は、例えば、３０分〜９０分のうち予め定められた時間である。なお、殺菌工程Ｓ１６０と同じく、ここでいう「殺菌」とは、少なくとも自然発火の発生が抑制できる程度に微生物を死滅させる処理を意味する。
殺菌工程Ｓ３６０では、殺菌工程Ｓ１６０と同様に、制御部１８５が加熱ガス供給部１７０を駆動して加熱ガス（ここでは、９０℃〜１１０℃のうち予め定められた温度の水蒸気）を、収容容器１６０内に供給して、例えば、３０分〜９０分のうち予め定められた時間連続して、空果房に通流させる。このように、２回目の発芽用冷却工程Ｓ３４０、発芽条件維持工程Ｓ３５０を遂行することによって発芽した微生物が付着した空果房を加熱することで、微生物の死滅に要する予め定められた条件を維持する。ここでも、微生物の死滅に要する予め定められた条件は、空果房を９０℃〜１１０℃のうち予め定められた温度にすることである。また、予め定められた条件を維持する時間は、例えば、３０分〜９０分のうち予め定められた時間である。なお、殺菌工程Ｓ１６０と同じく、ここでいう「殺菌」とは、少なくとも自然発火の発生が抑制できる程度に微生物を死滅させる処理を意味する。
以上説明したように、第２変形例にかかるバイオマス製造システム３００およびこれを用いたバイオマス製造方法によれば、少なくとも２回（蒸煮工程Ｓ１１０を含めると３回）、発芽した微生物を加熱して殺菌することができるため、バイオマス（空果房）に付着した、水素の発生要因となる微生物をより有効に殺菌することができる。
以下、バイオマス製造システム３００を用いて、複数回殺菌したバイオマスを毎日繰り返し搬出する手順について説明する。
図８は、３つのバイオマス収容装置１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃのタイムチャートである。なお、図８中、遂行する工程を矢印で示す。図８に示すように、例えば、まず、１日目に、バイオマス収容装置１５０Ａにおいて、投入工程Ｓ１３０、発芽用冷却工程Ｓ１４０、発芽条件維持工程Ｓ１５０を遂行する。なお、１日目においては、バイオマス収容装置１５０Ｂ、１５０Ｃでは処理を遂行しない。
そして、２日目に、バイオマス収容装置１５０Ａにおいて、殺菌工程Ｓ１６０、発芽用冷却工程Ｓ３４０、発芽条件維持工程Ｓ３５０を遂行するとともに、バイオマス収容装置１５０Ｂにおいて、投入工程Ｓ１３０、発芽用冷却工程Ｓ１４０、発芽条件維持工程Ｓ１５０を遂行する。なお、２日目においては、バイオマス収容装置１５０Ｃでは処理を遂行しない。
さらに、３日目に、バイオマス収容装置１５０Ａにおいて、殺菌工程Ｓ３６０、最終冷却工程Ｓ１７０、搬出工程Ｓ１８０を遂行するとともに、バイオマス収容装置１５０Ｂにおいて、殺菌工程Ｓ１６０、発芽用冷却工程Ｓ３４０、発芽条件維持工程Ｓ３５０を遂行し、バイオマス収容装置１５０Ｃにおいて、投入工程Ｓ１３０、発芽用冷却工程Ｓ１４０、発芽条件維持工程Ｓ１５０を遂行する。
そして、４日目に、バイオマス収容装置１５０Ａにおいて、投入工程Ｓ１３０、発芽用冷却工程Ｓ１４０、発芽条件維持工程Ｓ１５０を遂行するとともに、バイオマス収容装置１５０Ｂにおいて、殺菌工程Ｓ３６０、最終冷却工程Ｓ１７０、搬出工程Ｓ１８０を遂行し、バイオマス収容装置１５０Ｃにおいて、殺菌工程Ｓ１６０、発芽用冷却工程Ｓ３４０、発芽条件維持工程Ｓ３５０を遂行する。
以降、２日目の処理、３日目の処理、４日目の処理を繰り返す。これにより、バイオマス収容装置１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃを用いて、複数回殺菌した空果房を毎日繰り返し搬出することが可能となる。
（他の変形例）
上述したバイオマス製造システム１００、２００、３００は、図９に示す固形燃料化装置１９０を更に備えてもよい。この場合、バイオマス収容装置１５０は、粉砕部１９２、乾燥部１９４、成形部１９６と共に、固形燃料化装置１９０を構成する。この図に示すように、粉砕部１９２、乾燥部１９４、成形部１９６は脱果装置１２０に続く上流側から順番に設置され、バイオマス収容装置１５０は、粉砕部１９２の前段、粉砕部１９２と乾燥部１９４の間、成形部１９６の後段の何れかに設置される。なお、空果房の状態（形状、湿度など）に応じて、粉砕部１９２、乾燥部１９４、成形部１９６の何れかを省略することも可能である。また、固形燃料化装置１９０、空果房に添加物を加える手段（図示せず）をさらに備えてもよい。
上述したバイオマス製造システム１００、２００、３００は、図９に示す固形燃料化装置１９０を更に備えてもよい。この場合、バイオマス収容装置１５０は、粉砕部１９２、乾燥部１９４、成形部１９６と共に、固形燃料化装置１９０を構成する。この図に示すように、粉砕部１９２、乾燥部１９４、成形部１９６は脱果装置１２０に続く上流側から順番に設置され、バイオマス収容装置１５０は、粉砕部１９２の前段、粉砕部１９２と乾燥部１９４の間、成形部１９６の後段の何れかに設置される。なお、空果房の状態（形状、湿度など）に応じて、粉砕部１９２、乾燥部１９４、成形部１９６の何れかを省略することも可能である。また、固形燃料化装置１９０、空果房に添加物を加える手段（図示せず）をさらに備えてもよい。
粉砕部１９２は、空果房に対して、切断、破砕、圧搾などより空果房を粉砕(crush)する（粉砕工程Ｓ４００）。粉砕工程Ｓ４００で処理される前の空果房の細胞膜は、蒸煮工程Ｓ１１０によって脆弱或いは破壊されている場合がある。従って、この場合は、粉砕工程Ｓ４００を行うことによって、上述の細胞膜を更に破壊し、微生物の増殖を促進する単糖類、少糖類などの溶解性有機物や、燃焼時の阻害成分であるカリウムの溶出を促進させることができる。
粉砕部１９２による粉砕工程Ｓ４００を経た空果房、或いは、バイオマス収容装置１５０による殺菌工程Ｓ１６０（Ｓ３６０）を経た空果房には多量の水分が含まれている。そこで、乾燥部１９４は、輻射や温風などの周知の加熱手段を用いてこの空果房を乾燥する（乾燥工程Ｓ４１０）。乾燥工程Ｓ４１０を行うことによって、後述の成型工程Ｓ４２０における処理を容易にする。
成形部１９６は、乾燥部１９４によって乾燥した空果房をさらに粉末に処理し、さらに所定の金型等を用いて粒状に圧縮し、成型する（成型工程Ｓ４２０）。この成型によって所謂ペレットが得られる。成型工程Ｓ４２０を行うことによって、燃焼時の単位体積当たりの熱量を増加させることができる。
バイオマス収容装置１５０が粉砕部１９２の前段に設置される場合、収容容器１６０には、脱果装置１２０によって得られた空果房が投入される。即ち、この空果房は、蒸煮工程Ｓ１１０に加え、殺菌工程Ｓ１６０（Ｓ３６０）によって加熱される。従って、上述の溶解性有機物及びカリウムの溶出をさらに促進させることができる。
バイオマス収容装置１５０が粉砕部１９２と乾燥部１９４の間に設置される場合、収容容器１６０には、粉砕部１９２によって粉砕された空果房が投入される。空果房は粉砕部１９２によって更に粉砕されている。そのため、殺菌工程Ｓ１６０（Ｓ３６０）において、空果房はその細部まで加熱されやすくなり、短時間且つ低コストで空果房を殺菌できる。
バイオマス収容装置１５０が成形部１９６の後段に設置される場合、収容容器１６０には、粒状に成型された空果房（所謂ペレット）が投入される。従って、殺菌工程Ｓ１６０（Ｓ３６０）からペレットの出荷までの間の微生物が混入する機会を最小限に抑えることができる。
（実施例）
本願発明者らは、１日目に空果房に１００℃の水蒸気を３０分供給し、放冷し、２日目に空果房に１００℃の水蒸気を３０分供給し、放冷し、３日目に空果房に１００℃の水蒸気を３０分供給し、放冷して実施例の試料（実施例の空果房）を作製した。
本願発明者らは、１日目に空果房に１００℃の水蒸気を３０分供給し、放冷し、２日目に空果房に１００℃の水蒸気を３０分供給し、放冷し、３日目に空果房に１００℃の水蒸気を３０分供給し、放冷して実施例の試料（実施例の空果房）を作製した。
そして、当該実施例の空果房、比較例１として無処理の空果房、比較例２の標準的な殺菌処理（１２１℃の飽和水蒸気下に２０分維持）を施した空果房、それぞれを約５ｇ（湿重量）採取し、各空果房それぞれに湿重量と同重量の水を添加して、密閉容器に収容し、３０℃で１０日間保存した。
その結果、比較例１では、１０日で気相の６０％が二酸化炭素となり、気相の２０％が水素となった。比較例２では、気相の１５％が二酸化炭素となった。これに対し、実施例では、３０日経過しても二酸化炭素、水素ともにほとんど検出されなかった（二酸化炭素４％未満、水素０．１％未満）。つまり、実施例では、微生物が有効に（自然発火防止という観点では十分に）殺菌され、水素の発生もなく、有機物の消費も少ない（二酸化炭素の発生が少ない）ことが確認できた。
なお、比較例２において、二酸化炭素が発生した（有機物が消費された）理由として、１２１℃といった高温、高圧（２気圧程度）に曝すことによってバイオマスが少なからず変性したためか、２０分の殺菌処理では、空果房の奥まで熱が到達せず芽胞状態の微生物を殺菌（滅菌）しきれなかったためであると推測される。しかし、実施例では、放冷中に芽胞状態の微生物が発芽し、発芽した微生物を加熱するという工程を複数回（ここでは、３回）繰り返すことにより、有効に微生物を死滅させることができたと推測される。
また、上記バイオマス製造方法の処理を施した空果房を運搬したり、貯蔵したりする間に新たに微生物が混入される事態を想定し、実施例の空果房に湿重量と同重量の水と、土壌懸濁液（微生物含有液）を添加して、密閉容器に収容し、３０℃で１ヶ月間保存した。
その結果、気相の３０％が二酸化炭素となったものの、水素は、爆発限界の４％よりも遙かに低い、気相の０．３％未満に留まったことが確認できた。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上記実施形態および変形例において、原料としてアブラヤシを、バイオマスとして空果房を例に挙げて説明したが、原料を蒸煮することで、バイオマスを得ることができ、当該バイオマスがベルトコンベア等で搬送可能な固体であれば、限定はない。例えば、稲わら等の草本系バイオマスであってもよい。
また、上記実施形態および変形例において、加熱ガス供給部１７０は、加熱ガスとして水蒸気を供給しているが、少なくとも、発芽した微生物が付着したバイオマスを加熱して、微生物の死滅に要する予め定められた条件を維持することができれば、ガス種に限定はない。例えば、排気ガスや、空気であってもよい。
また、上記実施形態および変形例において、冷却ガス供給部１８０は、収容容器１６０に収容されたバイオマスの下方から空気等を送風する構成について説明したが、バイオマスを冷却できれば送風方向に限定はない。
また、上記実施形態および変形例において、投入口１６０ａおよび搬出口１６０ｂの位置や構造は、投入作業および搬出作業が可能であれば、どのような形態でもよい。例えば、空果房を積載した台車を収容容器１６０に導入及び収容容器１６０から搬出できるように扉を設けてもよい。
また、上記殺菌工程Ｓ１６０、Ｓ３６０において、加熱ガス供給部１７０が水蒸気を供給することで、発芽した微生物が付着したバイオマスを加熱して、微生物の死滅に要する予め定められた条件を維持している。しかし、微生物の死滅に要する予め定められた条件を維持できれば、加熱手段に限定はなく、例えば、バイオマスをヒータで加熱したり、遠赤外線を照射したりしてもよい。
また、上記第２変形例において、発芽用冷却工程、発芽条件維持工程および殺菌工程を２回繰り返す構成について説明したが、３回以上繰り返すとしてもよい。
なお、本明細書のバイオマス製造方法の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的に処理してもよい。
本発明は、バイオマスを製造するバイオマス製造方法およびバイオマスを収容するバイオマス収容装置に利用することができる。
Ｓ１１０ 蒸煮工程
Ｓ１４０ 発芽用冷却工程（発芽工程）
Ｓ１５０ 発芽条件維持工程（発芽工程）
Ｓ１６０ 殺菌（滅菌）工程
Ｓ３４０ 発芽用冷却工程（発芽工程）
Ｓ３５０ 発芽条件維持工程（発芽工程）
Ｓ３６０ 殺菌（滅菌）工程
１５０ バイオマス収容装置
１７０ 加熱ガス供給部
１８０ 冷却ガス供給部
１９０ 固形燃料化装置
２００ バイオマス製造システム
３００ バイオマス製造システム
Ｓ１４０ 発芽用冷却工程（発芽工程）
Ｓ１５０ 発芽条件維持工程（発芽工程）
Ｓ１６０ 殺菌（滅菌）工程
Ｓ３４０ 発芽用冷却工程（発芽工程）
Ｓ３５０ 発芽条件維持工程（発芽工程）
Ｓ３６０ 殺菌（滅菌）工程
１５０ バイオマス収容装置
１７０ 加熱ガス供給部
１８０ 冷却ガス供給部
１９０ 固形燃料化装置
２００ バイオマス製造システム
３００ バイオマス製造システム
Claims (12)
- バイオマスを収容容器に収容する収容工程と、
前記バイオマスを冷却または放置することで、前記バイオマスに付着した芽胞状態の微生物の発芽に要する予め定められた条件を作り出し、維持する発芽工程と、
発芽した前記微生物が付着した前記バイオマスを加熱することで、前記微生物の死滅に要する予め定められた条件を作り出し、維持する殺菌工程と、
を含むことを特徴とするバイオマス製造方法。 - 前記バイオマスの原料に水蒸気を供給することによって前記原料を蒸煮し、前記バイオマスを得る蒸煮工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のバイオマス製造方法。
- 前記発芽工程及び前記殺菌工程は、大気圧下の前記収容容器内で遂行されることを特徴とする請求項１または２に記載のバイオマス製造方法。
- 前記発芽工程及び前記殺菌工程は、交互に複数回繰り返されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバイオマス製造方法。
- 前記殺菌工程において、前記発芽した微生物が付着したバイオマスに水蒸気を供給することで、前記バイオマスが加熱されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のバイオマス製造方法。
- 前記殺菌工程において、前記バイオマスは９０℃〜１１０℃のうち予め定められた温度で加熱されることを特徴とする請求項５に記載のバイオマス製造方法。
- 前記バイオマスの前記原料はアブラヤシであり、前記バイオマスは前記アブラヤシの脱果によって得られた空果房であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のバイオマス製造方法。
- 前記バイオマスを粉砕する粉砕工程と、前記粉砕工程によって粉砕されたバイオマスを乾燥する乾燥工程と、前記乾燥工程によって乾燥したバイオマスを粒状に成型する成型工程を更に含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のバイオマス製造方法。
- 前記発芽工程及び前記殺菌工程は、前記粉砕工程の前に行われることを特徴とする請求項８に記載のバイオマス製造方法。
- 前記発芽工程及び前記殺菌工程は、前記粉砕工程と前記乾燥工程の間に行われることを特徴とする請求項８に記載のバイオマス製造方法。
- 前記発芽工程及び前記殺菌工程は、前記成型工程の後に行われることを特徴とする請求項８に記載のバイオマス製造方法。
- バイオマスの原料に水蒸気を供給して前記原料を蒸煮することで得られた前記バイオマスを収容する収容容器と、
前記バイオマスに付着した、発芽した微生物の死滅温度以上に前記バイオマスを加熱するガスを、前記収容容器に収容された前記バイオマスに通流させる加熱ガス供給部と、
芽胞状態の前記微生物の発芽に要する温度に前記バイオマスを冷却する冷却ガスを、前記収容容器に収容された前記バイオマスに通流させる冷却ガス供給部と、
を備えたことを特徴とするバイオマス収容装置。
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