成果報告書詳細
管理番号20140000000027
タイトル平成22年度-平成24年度成果報告書 バイオマスエネルギー技術研究開発 戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発事業(実用化技術開発) 乾式メタン発酵技術における主要機器の低コスト化並びに効率的なバイオガス精製技術及びガス利用システムの実用化に関する研究開発
公開日2015/4/25
報告書年度2010 - 2012
委託先名栗田工業株式会社
プロジェクト番号P10010
部署名新エネルギー部
和文要約件名:平成22年度-平成24年度成果報告書 バイオマスエネルギー技術研究開発戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発事業(実用化技術開発)「乾式メタン発酵技術における主要機器の低コスト化並びに効率的なバイオガス精製技術及びガス利用システムの実用化に関する研究開発」

バイオマスエネルギーを生産するバイオガス化技術は近年研究が進み、国内でも多くのメタン発酵施設が建設され稼動している。バイオマスからのエネルギー回収の観点から見れば乾式メタン発酵法は優れた技術の一つである。
本事業では、乾式メタン発酵技術の更なる普及を進めることを目標とし、装置の低コスト化及びバイオガスの有効な利用方法の検討を実施した。
低コスト化の検討においては、メタン発酵設備の建設費及び維持管理費の中でも大きな部分を占める投入装置を中心とした投入設備を対象とし検討した。更に、ガス精製技術の低コスト化に貢献するバイオガス中のである硫化水素の事前除去技術も合わせて検討した。
バイオガスの有効利用のため、従来よりも高いメタン回収率が期待できる「ガス分離膜」による精製技術を検討した。
本研究開発においては、単に精製技術の研究開発ではなく、バイオマスの受入からメタン発酵設備、ガス精製設備を含めた開発、更には精製ガスの地域内での有効利用方法まで一貫した実用化に向けたシステムの開発を目的とした。
平成22年度から24年度までの成果の概要は次のとおりである。

(1) 投入設備においては、原料の投入時間を最大16時間に延長することにより投入設備の低コスト化を検討した。このことにより、建設費、維持管理費共に35%以上の低減が出来た。また、原料の投入時間を延長してもメタン発酵槽内の汚泥の性状も変化はなく順調な運転が出来た。
(2) バイオガス中の硫化水素を除去する脱硫コストの低減のため、硫化水素抑制剤を使用した方式を検討した。硫化水素抑制剤を一定量注入し続けると発生するバイオガス中の硫化水素濃度は70ppm以下となり一般の燃焼機器を使用する際に改めて脱硫設備の設置が不要であることが分かった。従来の脱硫剤を使用する脱硫方式と比較しても60%以上低コスト化が図れた。硫化水素抑制剤を使用してもメタン発酵槽内の汚泥に悪影響は見られず安定したメタン発酵処理が行われていた。
(3) バイオガスの有効利用のためバイオガスの発生量及びバイオガス中のメタン濃度の平準化を検討した。投入時間を16時間に延長することによりバイオガスの発生量及びバイオガス中のメタン濃度の変動幅を約15%以内に平準化することが出来た。
(4) バイオガス中に含まれるメタンと二酸化炭素を分離するガス精製技術においてガス分離膜を利用した方式の検討を実施した。ガス分離膜を複数組み合わせることによりメタン精製濃度95%、メタン回収率95%以上を達成した。膜分離式ガス精製装置の実用化の検討を行い、既存の精製技術よりも優位性のあることを示した。
(5) 精製ガスの利用方法として、都市ガスの原料とすること及び精製ガスを貯蔵しオフサイトでの有効利用を図ることを検討した。
(6) 精製ガス中に残存する微量成分も精製ガスの都市ガス原料としての利用に支障のない範囲であった。精製ガスの露点は-55℃であり水分除去設備が不要である。
(7) 精製ガスの貯蔵試験を実施し約24倍の貯蔵能力があることを確認した。
(8) 精製ガスを利用したボイラーへの供給試験、オフサイト需要家への供給試験(給湯試験)、ガスエンジン発電機への供給試験を実施し、一般の都市ガス用燃焼機器、ガスエンジンに問題なく利用可能であることを確認出来た。
(9) 精製ガスを貯蔵し、オフサイト需要家での利用の検討を実施した結果、オフサイト需要家の利用エネルギー源、バイオガス精製量、供給需要家件数にもよるが、LPG利用利用の需要家に対しては十分に利用可能であることを確認出来た。また、バイオガス精製量が多く、輸送距離が近郊であれば都市ガス需要家での利用が可能であることを確認出来た。そのため、新たなバイオガスの有効利用の形態を提案出来た。
英文要約Abstract

In recent years, research of bio-gasification technology to producing biomass energy has progressed in Japan. Dry methane fermentation is one of the superior energy recovering technologies from biomass.
We preceded a study of reduction of cost the methane fermentation system and effective use of biogas.
In consideration of the cost reduction, we examined for the dosing unit with a focus on the dosing device, which accounts for a large part among the construction costs and maintenance costs of this system.
For effective use of biogas, we examined the purification techniques using gas separation membranes.
In this project , we aimed at the development of the total system, including the methane fermentation equipment and the gas purification of biogas and effective use of purified gas in local area.
Summary of the results from FY2010 to 2012 are as follows.
(1)By the operating time was extended to 16 hours, the dosing unit’s construction costs and maintenance costs reduced more than 35%.
(2)We examined the method using the hydrogen sulfide decrease chemicals. Concentration of hydrogen sulfide in a biogas was keeping 70ppm or less, and it was found that the installation of desulfurization equipment is not required when the combustion for general equipment. It was confirmed the cost of using this method was reduced 60% or more as compared with the dry desulfurization metho.
(3) We examined the leveling of a concentration of methane in the biogas, and biogas generation volume, for the effective use of biogas. By extension of operation time, the fluctuation range of the concentration of methane in the biogas, and biogas generation volume was about within 15%.
(4) We have conducted studies of the method using the gas separation membrane. It was achieved 95% methane concentration in a purification gas, and also more than 95% methane recovery rate by combining multiple gas separation membranes.
It is shown that this system is predominant rather than existing techniques.
(5) We investigated to effective use of a purified gas as a raw material for city gas or as storage in off-site.
(6) The concentration of minor component remaining in the purified gas was not a range to impede the use of as a city gas feed. The dew point of the purified gas was -55 ℃.
(7) We studied for the capability of purified-gas storage unit, it was confirmed that there was about 24 times gas storage capacity in the tank volume.
(8) Conducted supply test to boiler and water heater and the gas engine generator, using purified gas, it was confirmed that it is available without a problem.
(9) As a result of feasibility study,it was confirmed that it is sufficiently available for LPG consumers. In addition, it was also confirmed that it is available for city-gas customers of suburbs in the case of large amount of gas consumption.
Consequently, we suggested the new forms of effective use of the biogas by this project.
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