成果報告書詳細
管理番号20090000001117
タイトル*平成20年度中間年報 バイオマス等未活用エネルギー実証試験事業・同事業調査/バイオマス等未活用エネルギー実証試験事業/小規模バイオガスプラントと天然ガス併用型燃料電池発電システム導入に関する実証試験事業
公開日2009/12/5
報告書年度2008 - 2008
委託先名渡辺建設株式会社 静岡ガス株式会社 株式会社IHIシバウラ 静岡県工業技術研究所 社団法人静岡県環境資源協会
プロジェクト番号P02057
部署名新エネルギー技術開発部 バイオマスグループ
和文要約本実証試験の概要は次のとおりである。 学校給食センターから廃棄される生ごみ(野菜屑と残飯)約200kg/日(平均)を原料とし、小型で高効率な中温UASB(上向流嫌気性汚泥床)式のメタン発酵によりバイオガスを発生させる。バイオガス中に混入している不純物は、乾式の脱硫・脱臭器で取り除き、天然ガスを加えてその流量と熱量をコントロールする。こうして調整されたガス約10m3/日は、燃料電池発電システムに組み込まれたガス改質器(水素製造器)に供給し、水素を製造する。生ごみから製造されたこの水素を燃料電池スタックに連続供給し、1kWの電力と40℃の温水約1.4m3にエネルギー変換している。つまり本実証試験では、生ごみを利用した熱電自己併給システムの稼働と、その可能性および将来性(市場性)について検証している。 全体のシステムは、 1)生ごみ処理システムおよびメタン発酵法を利用したバイオガス発生システム、 2)バイオガスの精製およびバイオガスと天然ガスの混合システム、 3)ガス改質(水素製造)を含めた燃料電池コージェネレーションシステム、の三部から構成されている。平成17年度にプラント建設が完了しており、平成18年度から4年間の実証試験を実施している。平成18年度は、比較的発酵させ易いシロップ廃液(糖蜜液)をメタン発酵の原料にして、メタン菌の馴養と発酵設備の安全性、操作性を確認した。また燃料電池発電システムは安定供給が簡単な天然ガスを燃料に、ガス改質器や燃料電池スタックの安定稼働を確認した。平成19年度は、給食センターの生ごみを本格投入し、本設備のスペック試験(許容能力試験)を実施するとともに、定格運転(生ごみ200kg/日処理と1kW燃料電池発電)に向けた技術的な課題点の抽出と解決策の検討を実施した。平成20年度は、前年度の課題点の克服と、定格運転に基づくデータ収集を実施した。得られた成果(達成状況)および今後の目標をまとめると以下の通りとなる。(1)メタン発酵法を利用したバイオガス発生システム ・平成19年末に、定格運転を実現するため、急激に原料負荷量を増量させた結果、メタン発酵槽内の下部に未分解固形物が大量に沈殿した。平成20年度初期にメタン発酵槽の循環液流量の増量や流路の変更、長期休暇中の原料投入量(希釈率)の調整など、各種対策を実施した結果、ほぼ解消できた。 ・平成19年度夏期にメタン発酵槽内が45℃以上の高温状態になるトラブルが発生した。これを受けて平成20年度夏期には、様々な現場検証(温水循環システムの点検、酸発酵槽内の原料の温度コントロール、日照による天井焼けへの対策など)を実施し、対策を講じた結果、完全ではないが、対策の効果は確認できた。この件については平成21年度にも引き続き検証する予定である。 ・長期休暇中の原料投入量は、0-100L/日に抑えるのではなく、希釈率を調整しながら200L/日程度に維持することで、発酵槽内下部に沈殿する固形物への対策(発酵槽内の攪拌の促進)、pH変動の抑制、夏期の温度上昇の抑制、さらには1kWの燃料電池発電に必要なバイオガス量の確保など、様々な利点があることを見出した。(2)バイオガスの精製およびバイオガスと天然ガスの混合システム ・ガス精製塔で処理したバイオガス量は1,800m3を越え、ボイラーで燃焼させたバイオガスも約721m3に達した。発生したバイオガス量に対し、ボイラーで燃焼させたバイオガス量の比率は、燃料電池が稼働している時で約46-48%、稼働していない時は78-92%となった。 ・学校給食センターの夏期休暇を利用して、ガス精製塔で使用している脱硫剤および脱臭剤の交換作業を実施した。 (3)ガス改質(水素製造)を含めた燃料電池コージェネレーションシステム ・平成20年度の発電時間および発電量はそれぞれ、約105時間、約76.4kWhであった。 ・定格運転目標である1kWの発電量を維持しながら、24時間の昼夜運転に成功した。 ・バイオガスを約18.3m3通過させた後、改質触媒(水素を製造する際に使用している触媒)を取り出し、各種分析を実施したが、触媒粒子の肥大化や、表面汚染は確認されなかった。 (4)今後の目標 ・定格運転でのデータを蓄積する。 ・夏場のメタン発酵槽の高温状態に対する対応について追加、回答する。 ・燃料電池発電システムについて、連続定格1kW発電を安定化させ、その耐久性を評価する。 ・本実証試験での経済性、環境性、省エネ性などを割り出し、今後の市場化に向けた課題点などを総合評価し報告書にまとめる。
英文要約Title:Verification Tests and Results Survey for Biomass and Other Untapped Energy/Technology Verification Test for Small Biogas Plant and Fuel-cell Power Generation System using Biogas and Natural Gas (FY2007-FY2009) FY2008 Annual Report  A food waste discharged from a food-service facility for school-going children is fed into acid and methane fermentation tanks after breaking down and grounding treatment. The upflow anaerobic sludge blanket (UASB) technique at the middle range of temperature is adopted as the methane fermentation. Biogas is continuously generated from the fermentation tank; thereafter hydrogen sulfide and ammonia gases are removed from the biogas with desulfurization and deodorization towers; thus, the refined biogas is mixed with a natural gas to make its energy and volume stable. From this mixture of gases, hydrogen gas is generated using a hydrogen processor. The hydrogen gas is fed into the proton electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) power generation system; then, electric power of 1kW is supplied to the facility to ensure the availability of light in the room and heat (hot water) generated from the fuel cell is fed back to the fermentation tank to warm it up to 35-38℃. In our field test of this energy recycling system using the food waste, it will be discussed whether our system has economical and ecological benefits from the future perspective.  We have tried and taken various measures to deal with the problems in the fiscal year 2008. Our works in the fiscal year 2008 are summarized as follows. (1) Treatment procedure of the food waste and production process of biogas by methane fermentation - Implementing countermeasure to accumulation problem of the precipitation at the lower part of the methane fermentation tank - Implementing countermeasure to overheat problem at the fermentation tank
- Test operation of optimized feeding rate during the holidays of the facility (2) Biogas refinement process and mixed process with biogas and natural gas - Achievement of over 1800 m3 biogas treatment at refinement system and appropriate operation of biogas boiler. - Successful replacement of the catalysts in the desulfurization and deodorization towers (3) Hydrogen-production process from the mixture of gases and a co-generation process using the fuel cell system - Achievement of approximately 105 hours and 76.4 kWh operation of the fuel cell  - Achievement of rated operation of the fuel cell, electricity of 1kW, for 24 consecutive hours - A detail investigation and observation of catalysts for generation the hydrogen gas from the mixture gases
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