成果報告書詳細
管理番号20140000000529
タイトル平成24年度-平成25年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(バイオマス) バイオマスの半炭化加工と連続固形化技術による広域普及型燃料化システムの開発
公開日2014/10/29
報告書年度2012 - 2013
委託先名関西産業株式会社 国立大学法人大阪大学
プロジェクト番号P10020
部署名イノベーション推進部
和文要約件名:平成24年度-平成25年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(バイオマス) バイオマスの半炭化加工と連続固形化技術による広域普及型燃料化システムの開発

本プロジェクトは初年度、次年度の二年にわたって実施した。
木質バイオマスはボイラー燃料としては発熱量や密度が低いため、従来,積極的に利用されて来なかった。この木質バイオマスを低温(約200-300℃)で炭化し、さらに圧縮固形化することでエネルギー密度を保持したまま粉砕性の良い燃料の製造システムを開発する。これにより加工費と輸送費を抑えた安価なバイオマス燃料を生産し、供給できる体制を構築する。
本システムを広く普及させることで化石燃料代替エネルギーとして火力発電やボイラーの燃料補助、現地にあっては薪炭の代替、本邦ではな低炭素コミュニティーの形成に寄与する。
対象バイオマスは、国内の杉材間伐を想定して杉チップを、途上国に対してはふんだんに存在し廃棄されている籾殻やEFB、ソーダストを取り上げることとして、これらの半炭化と圧縮運搬のための諸条件を見出すことを目標とした。
バイオマス構成元素のなかで発熱素材として利用できない酸素を除去することが重量当たりの燃焼カロリーを維持させる有効な手段であることから、燃料として必要な炭素成分の消費を抑制し、酸素を除去できる有効な条件として、200℃-300℃域、詳しくは220℃-280℃前後における半炭化が最適であることを立証した。
結果として炭素固定率70%以上を確保することが可能であること、同時に半炭化温度域で炭化処理した木片は、加熱前の重量に対して50-60%程度にまで減少していること(炭化物収率)、従って相対的に単位重量当りの発熱量は維持されることなどを明らかにした。
これ等の事は以下の3項目の技術課題に取り組むことで達成できた。
(1)半炭化技術の開発:単位重量当たりの発熱量を維持させるための炭化技術。
(2)半炭化装置の開発:バイオマスの均一加熱を安定して実現できる連続処理炉の検討。
(3)炭化物の簡易固形化に関する技術開発:圧縮機構造の簡素化と連続固形化。
波及効果として減容およびエネルギー圧縮による輸送費の削減、大量に賦存する間伐材や籾殻などの未利用バイオマスを加工素材とすることで得られる安定供給によるボイラー熱源や火力発電補助燃料としての利活用への見通し、二国間取引としての環境問題への寄与などがあげられる。
研究は熱天秤によるサンプルの特性測定から始まり小型電気炉を用いた半炭化、実証レベルの二段スクリュー炭化に進み、また蒸気炭化の試行なども含め、大型一貫システムの開発への基礎データを取得した。
圧縮機についても20kWから50kW迄数種の機械を試作、テストした。
この間マレーシア及びタイのバイオマス賦存量を調査し、マレーシアからはEFBやウッドチップを輸入して試験を実施、籾殻は滋賀県産の籾殻と比較対象用にミャンマー産籾殻を入手した。
英文要約Title: New Energy Venture Business Technology Innovation Program / New Energy Venture Business Technology Innovation Program (biomass) / Development of fuel system for wide area diffusion by semi-carbonization processing of biomass and continuous solidification technology (FY2012-FY2013) Final Report

The wooden biomass, such as rice husk, empty fruit bunch, cedar tip from thinning, are not used effectively because of their shortage of heating value and bulky volume and dispersed accumulation. By carbonizing these wooden biomass at lower temperature like 200℃-300℃, and reinforcing them by compression process, it is possible to develop the production system of biomass having higher density and heating value.
We are planning to establish the system to disseminate the biomass fuel through above concept together with higher density and easier transportation.
Our final target is to build up the low carbon society by facilitating the usage of these biomass fuels.
To prevent the deforestration by clear cutting of fire wood for cooking, can use the compressed biomass bar as instead or to replace the usage of coal only by 1 % for fire power generation, can decrease the emission of greenhouse gas. Among the ultimate elements of biomass, to remove the oxygen in the cellulose or carboxyl radical, which does not perform important role to improve the heating value, is the effective method to enhance the heating value by avoiding the useless consumption of useful carbon.
To check the performance of semi-carbonized biomass, it is necessary to see the reaction in the transient temperature between 200℃-300℃in oxygen(air) or non-oxygen atmosphere.
By using the instruments to measure the TG and DTA, the characteristics of heat response such as heat adsorption or heat radiation during torrefaction became clear.
The main target of this project is to secure the concentration of fixed carbon more than 70% and the yield of charcoal less than 50 %-60 % compared that of original materials and expect the heating value of the biomass is relatively the same in spite of the reduction of volatile matter.
These results were achieved by examine the three items as follow.
(1) Development of the technologies of semi carbonization: Study the heating condition, yielding target, volatile components in the testing biomass and concentration of fixed carbon which is effective for increasing the heating value per unit weight.
(2) Development of the device for torrefaction (semi carbonization):
Develop the continuous processing furnace suitable for stable operation.
(double screw transfer system with drying stage and carbonizing stage).
(3) Development of technology of solidification of the biomass by compressing and molding: As it becomes easier to break semi carbonized biomass into pieces, the simple device for casting and molding of the biomass may become possible. Also the heavier tar oozed from inside or rice bran from byproducts of rice millers are effective as the binder for continuous production of biomass stick. 
As the ripple effects of the project, the reduction of transportation charge by decreasing bulky volume and stable supply of biomass as auxiliary fuel for boiler for fire power station will contribute for environmental issue like CDM or JCM.
We arranged the study as follow.: First stage is the measurement of the feature of the torrefaction by applying thermogravimetric analyzer and the second is measurement of the reduction of yielding by using small electric furnace and the third is the measurement of ultimate analysis of fix carbon from industrial analysation by using two stage screw carbonaizer.
We visited Thailand and maleysia to see the the biomass residue such as EFB1) or rice husk or woody biomass.
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