成果報告書詳細
管理番号20120000001200
タイトル平成21年度-平成24年度成果報告 新エネルギー技術研究開発 バイオマスエネルギー等高効率転換技術開発(転換要素技術開発) 草本系バイオマスの運搬と在庫及びエネルギー転換時の前処理工程を改善する可搬式ペレット化技術の開発
公開日2013/11/12
報告書年度2009 - 2012
委託先名株式会社北川鉄工所 三菱化学株式会社
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約[研究開発の内容、及び成果]
本プロジェクトでは、ストロー状で嵩高い草本系バイオマスについて、バイオマス収穫現場での乾燥・在庫と輸送コストの削減、及びバイオ燃料製造工場の設備投資規模に影響する在庫スペ-スの大幅な低減、更には、バイオ燃料変換時における前処理工程(乾燥・破砕工程)の簡略化を目的に、特殊な透湿防水シートを用いた草本系バイオマスの簡易乾燥技術、及び草本系バイオマスのペレット化技術を機軸とした研究開発を実施した。
[原料バイオマスの効率的回収と破砕、及び乾燥・在庫方法の研究開発]
(1)草本系バイオマスの効率的回収と乾燥・在庫方法の研究/
気候の異なる北海道、新潟、及び福岡の圃場において、地域別の稲わら回収適期とシートによる最適在庫期間の検討を行った。まず、予備乾燥である天日乾燥期間による乾燥度合いの差を確認した。各圃場において稲わらを収穫、圃場での天日乾燥期間は0日、1日、2日、3日と条件を変えたのちロールベールに加工し、21年度に選抜した透湿防水シートで覆い、在庫・乾燥試験を実施した。
これらの試験により、稲わらのペレット加工に適した含水率を20%以下にするためには、回収・シート在庫時の含水率が35%以下(天日乾燥期間の目安として2-3日)の稲わらであれば、選抜したシートによる在庫・乾燥に有効である結果が得られた。また、最適な在庫・乾燥期間は1ヶ月以上である。
(2)稲わらロール在庫試験前後における透湿防水シートの物性評価/
在庫・乾燥試験に供するシートについて、在庫試験前後(屋外使用)の物性(引張、引裂、突刺強度、透湿度、耐水圧)を測定した。その結果、特に乾燥に影響が大きい透湿度や耐水圧(耐降雨)試験の結果では三菱樹脂社製透湿防水シートが平均して高い値が得られた。2年間使用後においても顕著な物性劣化が認められず、2年間の耐久性が証明された。
(3)バイオマスの大きい植物の栽培とガス化/
バイオマス量が期待出来る植物としてネピアグラスを圃場で栽培した。草丈が3m以上となりバイオマス量は期待通り30t/ha(乾物として)程度収穫出来たが、茎が大き過ぎて圃場での乾燥が充分に進まず、在庫中の腐敗現象も発生し、ペレット加工には不向きであった。ネピアグラスを950℃前後でガス化した結果、目標であるH2とCOの比率が2:1のガス組成が得られたが、燃焼灰の融点が低く炉内でクリンカ発生の原因となる懸念が見出された。
[草本系バイオマスの可搬式ペレット化技術の研究開発]
(1)可搬式ペレット化システムの性能評価/
平成22年度までに、草本系バイオマスの収穫現場近くの休耕地に設置可能な可搬式ペレット化システムを開発した。開発したペレット化システムは、稲わらロールベールを解体、搬送するロールカッターユニット、及び搬送された稲わらを粉砕しながらペレット化する成形ユニットから構成され、製造能力の最大値は1.2t/hとなった。稲わらをペレット化する際の動力特性を評価するため、成形ユニットにおける負荷動力について、木質チップ(2mm-5mm)を材料にした場合と比較した結果、製造能力1t/時間における負荷動力が木質チップの約80kWに対して稲わらは約70kWと、木質チップに比べ低い負荷動力となった。製造された稲わらペレットの嵩比重は0.6弱とやや低いが、成形ユニットに投入される稲わらの長さが5cm-20cmと大きいことを考慮すると、効率良くペレット化出来ていると考えられた。
(2)各種草本系バイオマスへの適応性の評価/
開発した可搬式ペレット化システムの稲わら以外の草本系バイオマスへの適応性を評価するため、資源作物として期待されるネピアグラス、及びソルガムのロールベールを材料にペレット化試験を行った結果、何れもロールカッターユニット内で材料が閉塞し易いことが判った。一方、成形ユニットでは、材料の水分が10%-20%の範囲にあればネピアグラス、及びソルガムについてもペレット化が可能であった。今回課題が見られたロールカッターは稲わら専用機であり、可搬式ペレット化システムを幅広い草本系バイオマスに適応させるためには、ロールベールを解体、搬送するロールカッターユニットを草本系バイオマスの種類に応じた仕様に変更する必要がある。
(3)稲わらペレットのバイオエタノール原料への適応性の評価 /
ペレット化は、稲わらのバイオ燃料の製造段階における変換工程への定量供給、粉砕工程の省略などの効果が期待出来る手段でもある。稲わらの粉砕品を比較対象として、1Lジャーファーメンターを用いた同時糖化発酵、アルカリ処理同時糖化発酵によるバイオエタノール原料への適応性を検討した。その結果、アルカリ処理無しの場合、及び有りの場合ともに、稲わらペレットの方がバイオエタノールの製造量が高い値を示した。粉砕品に比べて稲わらペレットの方が溶液での吸水、分散性が良いと考えられる。
英文要約[Research & development for efficient collection, cutting, drying and storage of biomass as the raw materials]
(1) Research for efficient collection, drying and storage of herbaceous biomass
In 3 regions of different climates (Hokkaido, Niigata, Fukuoka), the drying test of rice straw roll veils were carried out by covering them by water proof sheet penetrating vapor (abbreviated to WPV sheet) in each region.
The result of 15-17% moisture was obtained against target value of 20% in all regions.
(2) Physical property evaluation of WPV sheet before and after each stock test of rice straw rolls
Physical property (pulling intensity, tearing intensity, vapor penetration degree and water proof pressure before and after stock test(Used out door.) was measured about sheets used for stock and drying test. In its result, WPV made by Mitsubishi plastic Ltd. averagely got high value in penetrating degree and water proof pressure (rain proof). And then two years durability is verified by observing no remarkable deterioration of physical property after two years use.
(3) Cultivation and gasification of plants for large biomass
Pennisetum Purpureum Schum which was expected high yield as a farm product of resource was cultivated, but it was unsuitable for pelletizing processing because it was too large stalk to dry in farm, and its rotting phenomenon was occurred while stocking. In case it was gasified at around 950℃, gas composition of 2:1 ratio in H2 and CO was obtained, but clinkering problem was concerned due to low melting point of its ash.

[Research & development of transportable pelletizing technology for plant derived biomass]
(1) Performance evaluation of transportable pelletizing system
Processing capacity of transportable pelletizing system, which can be installed in idle farm near to harvest cite of herbaceous biomass, reached to max 1.2t/h. The load power of pelletizing rice straws was 70kW/h and lower than wooden chip material of same size(2mm-5mm) was ca.80kW/h. The bulk density of produced rice straw pellets was a little less than 0.6 and little low, and however it can be judged to be efficiently pelletized.
(2) Evaluation of applicability to plant derived biomasses
Roll veils of Pennisetum Purpureum Schum was tested of pelletizing as material. The result showed that it was easy to block in roll cutter unit. On the other hand, according to molding unit, in case moistures of material were within range of 10%-20%, Pennisetum Purpureum Schum too was possible to pelletize. It is necessary in future to modify the roll cutter unit to the design suitable to kinds of herbaceous biomass in order to apply to wide range of herbaceous biomass.
(3) Evaluation of applying rice straws to material for bio-ethanol
The applicability to bio-ethanol as material of rice straw pellets was studied about simultaneous saccharification and fermentation, and simultaneous saccharification and fermentation after alkaline treatment. The result showed that the rice straw pellets were higher yield than crush product of rice straw. The reason is thought that rice straw pellets are better water absorbance and dispersibility in solution than crush product.
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