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成果報告書詳細
管理番号20170000000769
タイトル平成25年度ー平成28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)/原料の生産・調達、ペレット燃料製造の研究開発
公開日2017/8/29
報告書年度2013 - 2016
委託先名トヨタ自動車株式会社 株式会社北川鉄工所
プロジェクト番号P10010
部署名新エネルギー部
和文要約バイオマス発電を促進するためには、エネルギー密度が高く、安定的な品質のバイオマス燃料を低コストで安定的に供給する必要がある。農業残渣等のバイオマスは、かさ密度が低く、広い範囲に分布し、発生に季節性があるため、運搬コスト、貯蔵コストの低減が大きな課題となる。本研究では、一定範囲の地域で発生する複数種類の農業残渣と、同地域内の未利用地で生産性の高い草本植物を生産することにより、安価な原料の生産・調達システムを開発すると共に、調達した複数種類の原料に対応できるペレット燃料の製造技術を開発した。
 農業生産地域では、多くの農業残渣が発生するが、含水率が高いため、ペレット成型の原料として利用するためには、乾燥が必要である。平成26年度までに、主な農業残渣を用いて小規模での乾燥試験を実施し、平成27年度ー平成28年度に大規模の乾燥試験を実施した。夜間や降雨時にビニールカバーで被覆することにより、2ー3週間で、ペレット成型が可能な含水率まで乾燥することができた。
 原料に農業残渣を用いることで、食料との競合を回避できるが、一定の地域で発生する量が少ないという欠点がある。ネピアグラス等の生育が早い草本植物を未利用地で栽培することで、調達面積を削減することが可能となるため、未利用地である樹木の林床を利用した栽培試験を実施した。栽培開始3年目までのネピアグラスの年間乾物生産量は、30ー70t/haであった。
 農業残渣の種類によっては、ペレット成型前に粗粉砕を行う必要がある。粉砕サイズが大きい場合には、ペレット成型に負荷がかかるため、粉砕サイズについて最適化を行った。粗粉砕機を現地試験の実施場所であるインドネシアに設置し、ペレット成型と合わせて試験を行った。
 複数種類の材料に対応するため、ペレット成型用のダイスについて、成型用の穴の長さ等を検討した。穴の長さによって、成型速度と負荷電流が変化することを確認した。
 ペレット製造装置については、平成27年度からインドネシアに設置し、現地で発生する残渣を用いて製造試験を実施した。ペレットのかさ密度や負荷電流は、成型用のローラーの形状により調整が可能であった。最適化された条件での製造速度は、1.2t/時間以上、消費電力は、83 kWhであった。
 ペレットの品質としては、ボイラー燃焼時の腐食や灰の付着を防止するために、不純物の低減が求められているため、目標としたパーム椰子殻(PKS)を超える不純物量がある原料については、低減技術を開発した。また、ネピアグラスのペレットについては、石炭との混合燃焼を前提として、粉砕性と燃焼性を評価し、木質系のペレットと比べて同等であることを確認した。
英文要約Supplying low cost and stable biomass fuel with a high energy density and stable quality is essential in promotion of biomass power generation. Reduction of transportation and storage costs is a priority issue since biomass is collected from wide areas, has low bulk density, and is seasonal.
In the research activities, developed law cost biomass production and supply system by using multiple types of agricultural residues that is produced on the area and by cultivating high productive herbaceous plants in unused land. Also to adopt various feedstock we obtained, developed pellet manufacturing technology which can handle various feedstock.
Although there are many agriculture residues, it is difficult to utilize them for fuel pellet directly due to high water content. Drying method for agriculture residues was developed in 2014, and the efficiency of the method was confirmed at larger scale in 2015 / 2016. Residues were dried for two or three weeks with plastic cover at the time of rain or night.
Utilizing unused agricultural residues has a merit because it does not compete with food production, but there are also disadvantages such as its limited availability of feedstock in certain areas. However, it is possible to reduce collection areas by cultivating high yield herbaceous plants, such as Napier grass, on unused lands. To test the concept, Napier grass was cultivated among the rows of wood production. The dry yield of Napier grass was 30 - 70t /ha/year for third years.
Certain kind of agricultural residues need coarse crushing before pelletizing. It is necessary to optimize the crushing size as the load on pelleting machine increases if the material crushing size is too big. A coarse crusher was introduced to the actual site of processing, and tested along with the pelletizer in 2015 / 2016.
Some types of pelletizer dice were tested to mold pellets. Relationship between the molding speed and load power (kW) was different depends on the lengths of holes in the dice.
Pelletizer with loading facility was tested to establish the production condition of pellets from several materials. Density of the pellets and stability of electric current could adjust by shape of roller grooves. Under the optimized condition, production speed was over 1.2 t / hour, and electric energy consumption was almost 83 kWh.
To prevent corrosion and attachment of ash during combustion, quantity of impurity pellets need to be almost same as palm kernel shell (PKS), therefore removed excess impurity of some materials which have more impurity than PKS. For Napier grass pellets, assuming mix combustion with coal, evaluated crushability and combustion rate then confirmed similar result with wood-based pellets.
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