成果報告書詳細
管理番号20150000000016
タイトル平成21年度-平成24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) バイオマス微粉末生成用省エネルギー型高衝撃粉砕機の技術開発
公開日2015/4/23
報告書年度2009 - 2012
委託先名中央化工機商事株式会社 公立大学法人秋田県立大学 秋田県産業技術センター
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21年度-平成24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) バイオマス微粉末生成用省エネルギー型高衝撃粉砕機の技術開発

本事業は、少ない粉砕消費動力と高い酵素糖化率の微粉末の生成を併せ持つ省エネルギー型高衝撃粉砕機の商用化並びにビジネス化を目指すものである。具体的には、粉砕消費動力を0.9MJ/kg以下、粉砕量を1t/hr以上の中・大型プラントに対応可能な技術の確立、省エネルギー型高衝撃粉砕機を利用した環境にやさしい分散型バイオエネルギー・プラント利用ビジネスモデルの構築を目的としている。 公立大学法人秋田県立大学では、バイオエタノール製造のために木質系バイオマスを微粉砕する新型の粉砕機として歯車型粉砕媒体を利用した大容量化および省エネルギー化が行える振動ミルの原理検証試験を行っている。この粉砕機を使用し、予備粉砕した杉材原料800gの微粉砕試験を行った結果、60分ほどの杉材微粉砕でホロセルロースの酵素糖化率が80%以上糖液濃度20%となる微粉砕粉末が生成されることを確認している。 本事業のFS研究ではこの粉砕機の更なる省エネルギー化、粉砕効率の向上を図るため、粉砕機構造を連続式、加振方法を水平加振式に変更し、かつメカノケミカル効果の積極活用式に変更した試作機(タンデムリングミル)を製作した。円加振から水平加振にすることによって、約35%の消費動力削減が可能であることを原理検証機により、確認した。フェーズ2(1年目)ではその原理検証機のデータをもとに実証機の設計を行い、電動機132kW x 2、粉砕容器(内径φ687mm、長さ6m)2筒でメンテナンス性を考慮した横置き構成とする連続粉砕実証機を設計製作した。タンデムリング粉砕媒体は、外径637mm、内径570mm、厚さ42mmとし、穴 角にテーパC5を設けた形状とした。タンデムリング粉砕媒体1枚当たりの質量は27kgで、粉砕容器に2筒合計で284枚、装着している。回転数1500cpmの加振で2-10mmの振幅を与えた運転で多数枚のタンデムリングの転動が可能であることを確認した。 フェーズ2(2年目)では、微粉砕の初期に原料の嵩密度が大幅に変化するのに対応した微粉砕初期の粉砕処理部の大容量化対応構造への改造を行い、微粉砕処理量1t/hrの原料供給法を確認し、また粉砕容器内に原料が滞留する方策や粉砕部への原料の循環を行う方策に関する知見が得られた。また微粉砕処理能力1t/hrの実証機で前処理における消費動力0.9MJ/kgを達成する目処を立てるため、葉枯らし乾燥等で含水率50%程度の間伐材からのチップ・枝葉等を含水率20%で平均粒径を500μm以下にする粗粉砕の消費エネルギーの採取を、衝撃式粉砕乾燥装置等を利用して行った。 また本粉砕機を前処理としたバイオエタノール製造プロセスにおいて、バイオエタノール製造コスト(目標40円/L)を達成するため、糖化・発酵に最適な粉末の生成条件を実験的に調査し、糖化・発酵に最適な酵素使用量削減、酵素回収方策の確立を行った。 その結果、地下水等を模擬した蒸留水に微粉末を濃度10wt/vol%で添加し、微粉末に対して酵素添加量0.5%を添加して行った同時糖化発酵試験では、72時間で約3.3vol%にまでのエタノール濃度に到達した。これは乾燥スギ材1kgあたりからエタノール生成量約350mLに相当し、この添加量までは現在入手可能な酵素を用いた場合においても添加量削減が可能と判断される。また粉末濃度を40wt/vol%にまで高濃度化することができ、この時のエタノール濃度は約8.3vol%まで到達した。さらに同時糖化発酵後の糖化残渣の存在する状態で、55℃でのエタノール回収を行う試験を行った。粉末濃度30wt/vol%での同時糖化発酵後の溶液で、減圧蒸留により、生成したエタノール量の約95vol%以上を回収することができた。同時糖化発酵後にエタノールを回収した残溶液をを固液分離し、分離した液分をバッファー液として再利用することにより、約50%の酵素量回収の見通しを得た。さらにバイオエタノール20万kL/年-50万kL/年生産規模プラント用に粉砕処理量3t/hr の大容量化を行うための概念設計を実施した。
英文要約Title: New Energy Technology Development Project / Renewable Energy Venture Innovation Program (Biomass) / Development of an energy conservation high-impact pulverizing mill for biomass (FY2009-FY2012) Final Report

This R&D are aimed for the commercialization of an energy conservation high-impact pulverizing mill which replaces ball medium with cog-ring medium called tandem-ring for pretreatment of ligno-cellulosic biomass to produce the bio-ethanol. Specifically, power consumption of the mill is less than 0.9MJ/kg, the quantity of pulverizing biomass is more than 1t/hr.
In the past fundamental examination, 800 g of Japan cedar powder after preliminary pulverization was pulverized for 60 minutes in tandem-ring mill. It was confirmed that the saccharification rate of the obtained powder was about 80% for holocellulose, and the sugar concentration in solution attained about 20%.
For the purpose of commercialization of this tandem-ring mill, the feasibility study was carried out. In the feasibility study, the horizontal, unidirectional shaker was developed and confirmed to reduce the required driving power. And horizontal shaking was reduced approximately 35% in comparison with the energy of circular shaking in the calculation.
In first year of phase 2, the demonstration “tandem-ring” mill (inner diameter 687mm, 6m in length, 2pods) by the horizontal unidirectional shaker was produced based on the design of the feasibility study. The tandem-ring medium is outer diameter 637mm, inner diameter 570mm. The weight per one piece of the media is 27kg, and the 142 pieces mediums are attached in one pot. On the condition of the rotation number of 1500cpm and the amplitude of 2-10mm, the rolling of the tandem ring was confirmed by trial operation test.
In second year of phase 2, the raw material supply unit was remodeled, because the apparent density of the cedar largely changed during pulverizing. As a preprocessing crusher, a fine grinder-dryer, was introduced, which is innovative system for grinding and drying (dehydrating) materials using extreme velocity impacting bars in the grinding/drying chamber. It was examined for the condition that particle size is less than 500micron, and moisture content is less than 20wt% by the fine grinder-dryer for the purpose of power consumption reduction of tandem-ring mill.
In order to attain a bio-ethanol production cost (target 40 yen /L) and clarify the feature of high-impact pulverizing mill, the examination of simultaneous saccharification and fermentation was performed.
A simultaneous saccharification and fermentation test of powder concentration 10wt/vol% was carried out, and, as a result, the ethanol concentration reached 3.3vol%. This is equivalent to ethanol production approximately 350mL from 1 kg of dry cedar. In addition, the ethanol recovery and enzyme recovery from the bio-ethanol residue after simultaneous saccharification and fermentation was examined. The result was showed that the ethanol recovery was more than 95vol%, and enzyme recovery was about 50%.
Furthermore, conceptual design of quantity of pulverization 3t/hr was carried out to support production plant in 500,000 kL/ year from 200,000 bio-ethanol kL/ year.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る