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成果報告書詳細
管理番号20170000000086
タイトル平成28年度成果報告書 バイオマスエネルギーの地域自立システム化実証事業 地域自立システム化実証事業 竹改質による燃料化の事業性評価(FS)
公開日2017/5/9
報告書年度2016 - 2016
委託先名株式会社日立製作所
プロジェクト番号P14024
部署名新エネルギー部
和文要約 地球温暖化や資源枯渇により再生可能エネルギーの利用が求められている。バイオマスもその一つであるが、収集コストや利用上の問題から利用されていないものが多い。なかでも、竹は豊富に存在し木材に比べ成長が早いので燃料を大量に消費する発電用ボイラに利用できる可能性がある。しかし、竹はカリウム(K)と塩素(Cl)を多く含むため利用されていない。Kが多いと燃焼灰の軟化・溶融温度が低下し灰がボイラ壁に付着して運転を妨げる。また、Clは伝熱管表面の腐食を加速する。
 国内では竹の利用が減少したのと筍が安価な輸入ものに代ったことにより放置竹林が増えつつある。竹は増殖力が大きいので周囲の森林を侵食する一方で、保水力が弱いので地滑りの原因となっている。
 我々は竹のKとClを抽出しボイラでの燃焼を可能とするとともに、抜き取ったK類は再び竹林に戻し継続可能な循環システムとする技術を別途開発中で、軟化・溶融温度は木質バイオマスと同程度に改善し、塩素分は規定値以下まで低減できることを基礎試験で確認している。また、KやClを抽出した液は、31項目の有害な重金属が含まれず(検出限界以下)安全なこと、植物育成肥料として十分価値があることを確認済みである。
 本FS事業ではこの竹改質技術を用いて、管理竹林および放置竹林の竹を収集して改質し、付加価値が高いバイオマス燃料として販売する事業を検討した。また、燃料単価の大半を占める竹収集に必要な費用の低減や副生物として発生する抽出液の販売による収益向上も組み合わせることにより事業化の可能性を調査した。
* バイオマス燃料の市場価格を調査し、本FS事業で目指す改質竹燃料の目標価格として、未利用間伐材扱いの場合25円/kg、一般材・PKSとの競合を考えた場合16円/kgを設定した。
* 竹収集を機械化することでシステムを効率化すると従来の人力での竹収集コスト19.7円/kgに対し、機械化での収集では3.9円/kgまで低減できる見通しが立った。
* さらに、改質した竹チップ燃料の長期保管と輸送効率を考慮してペレット化することを検討し、ペレット化試験で可能なことを確認した。
* 自治体からの設備補助金や伐採補助等を利用し、さらに抽出液を肥料として販売することで、未利用材の目標価格25円/kgを大きくクリアし、一般材・PKSとほぼ同等の価格約17円/kgで改質竹燃料ペレットが製造出来ることが分かった。
 以上、竹を改質してボイラ燃料とし、改質時に抽出したミネラル成分を植物育成に使うことで、事業を実現するとともに持続可能な循環システムを実現できる目処がたった。
英文要約 The use of the renewable energy advances due to global warming and resources desiccation. One of the renewable energy is biomass, but it is not fully used since it has problem in collection cost and in application.
For example, bamboo exists abundantly in the world and it grows up faster than wood. It may be available as boiler fuel for electric power generation in large quantities. However, it is not used actually because of high containing potassium K and chlorine Cl. K causes softening / melting temperature of ashes and the ashes adhere to boiler wall, then it inhibits operation. Cl accelerates corrosion of heat exchanger surfaces.
Furthermore, because the use and shoot production has decreased in domestic, uncontrolled bamboo forests increase invasion of woody forest and landslide.
We have enabled bamboo to be used as boiler fuel by extracting K and Cl from bamboo while we have developed technology of sustainable circulation society by returning the extracted K to the forest. We confirmed the softening / melting temperature rise to those of wood and Cl concentration can be decreased to specified value by fundamental experiment.
In addition, it was confirmed that the extract does not contain 31 harmful heavy metals (below the detection limit) and the extract solution is harmless and valuable enough as plant fertilizer.
In this feasibility study, we have reviewed a business model to collect bamboo in controlled / uncontrolled forest and reform, and then sell the reformed bamboo as a highly value-added biomass fuel. In addition, we have investigated the feasibility of commercialization by combining reduction of cost required for bamboo collection which accounts for most of fuel price and improvement of profit by selling extract solution generated as by-product.
* Based on the market price survey of biomass fuel, we set the target price of reformed bamboo fuel to 25 yen/kg for unused thinned wood, and to 16 yen/kg in case of competition with general wood / PKS.
* To improve the system efficiency by mechanical bamboo collection, the cutting cost of bamboo, which was 19.7 yen/kg by human in conventional, could be reduced to 3.9 yen/kg.
* Considering long-term storage and transport efficiency, we have confirmed pelletizing of the reformed fuel by the test.
* The manufacturing cost of reformed bamboo fuel pellets could be much lower than the target price of unused material (25 yen/kg). In addition, it could be lowered to nearly the same level as general material / PKS (about 17 yen/kg). However, it is necessary to consider the use of subsidies of local governments such as subsidies and harvesting aid, and it is also necessary to sell the extract as fertilizer.
As a result, it was found that the bamboo fueling project can be realized by reforming, and sustainable circulation society maybe realized by utilizing the extract for plant cultivation.
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