成果報告書詳細
管理番号20090000001145
タイトル*平成19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2010/2/10
報告書年度2007 - 2007
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では、学校給食センターから廃棄される生ごみ約200kg/日を原料とし、小型で高効率なメタン発酵バイオリアクターを稼働させる。さらに、生ごみから発生したバイオガスに天然ガスを加えた混合ガスを、燃料電池発電システムに供給し、熱電自己併給システムの稼働を試みる。
全体のシステムは、1)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る。平成17 年度にプラント建設が完了し、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 年度からは、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9 月より、メタン発酵槽に投入する原料が廃シロップ液から生ごみに完全移行した。
・ 学校給食センター側の方針転換により、原料の搬入時間が約1時間と制限されたため、生ごみ処理(投入、破砕、摩砕)の工程を見直した。エアコンプレッサー式自動リフターの設置やごみ投入台の形状改良、さらには破砕機出口のフィルター径の最適化(大口径化)を実施した結果、約50kg/h であった処理速度を約200kg/h にまで改善・改良することができた。
・ 平成19 年8 月から10 月にかけて、メタン発酵槽が異常に高温状態になるトラブルが発生した。様々な現場検証の結果、酸発酵槽の温水ジャケットに温水が供給されていた可能性があるとして、運転マニュアルの総点検を実施した。
・ 生ごみ処理工程の改良・改善により、平成20 年1 月より原料供給量を増量させ、平成20 年3 月には希釈水を含め約320L/日(有機物負荷量ベースで事業目標値の約66%)の投入量を達成した。(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
・ 平成20 年1 月より昼間のみの運転であるがバイオガスを利用したボイラー燃焼を開始した。
・ バイオガスに含まれるガス成分について、メタンガスや二酸化炭素以外の不純ガス成分の有無をGCMS(ガスクロマトグラフ質量分析計)を使用して確認した。その結果、脱硫剤などでは取り切れない微量なガス成分が検出された。後工程のガス改質(水素製造)や燃料電池に使用している触媒に対する悪影響が懸念されるため、脱硫・脱臭塔に加え、新たに活性炭塔を設置した。
(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
・ 燃料電池発電システムにおいて、様々なトラブルを克服し、平成20 年1 月にバイオガスを利用した発電を実施し、出力約880W を確認した。
(4) 今後の目標
・ 事業目標値(生ごみ投入量は希釈水含めて約400L/日、有機物負荷量ベースで約4.2kg/m3/日)での運転を達成すること。
・ 夏場のメタン発酵槽の高温状態に対する対応について回答すること。
・ 学校給食センターの長期休暇中の運転マニュアルを作成すること。
・ ガス精製塔に使用している脱硫・脱臭剤の交換法マニュアルを作成すること。
・ ボイラーの昼夜燃焼運転を実現すること。
・ 燃料電池発電システムについて、連続定格1kW 発電を実現すること。
・ 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抽出すること。
英文要約Title:Verification Research Projects and their Feasibility Studies for Biomass and the Other Untapped Energy:Verification Research Projects for Biomass and the Other Untapped Energy:Verification Research Project on Small Size Biogas Plant and PEMFC Power System by Using Mixed Gases of Natural Gas and Biogas(FY2007-FY2008)FY2007 Annual Report
Summary
In our work, about 200 kg/day of food-waste are used as biomass energy, “biogas (methane-rich gas)”, by the methane fermentation. The facility for providing school-meal provides the waste to our equipment. The biogas is mixed with the commercial natural gas to control calorific value of the gas, and then hydrogen gas is formed continuously for the fuel cell system. The fuel cell is able to generate about 1kW of electric power and about 60℃ of hot water. The former energy is supplied to the facility that provides the waste to our system, and the latter is fed back to our fermentation tank to keep its temperature of about 37℃. The whole system can be called as self-consumed system and/or zero-emission system as well known.
Our systems had been built at the end of FY2005, and then the field examination has been operated from FY2006. The real food-waste has been supplying to our equipment from FY2007. Our works in FY2007 and future works are summarized as follows.
(1) Production process of biogas by methane fermentation
- The real food-waste from the facility of school-meal providing has been supplied to our equipment and slurry in the fermentation tank was perfectly changed from the dilute syrup to the food-waste slurry on Sept. 2007.
- We improved successfully the speed of shattering and grinding food-waste from ca. 50kg/h to ca. 200kg/h, that was owing to setting up the auto-lifter for waste bucket and changing shape of stage to hold the waste and so on.
- We had trouble that the fermentation tank had over 45℃ on summer season. The schedules and manuals of operation for the fermentation process were reconsidered well.
- Based on the improvement of shattering and grinding food-waste, ca. 320L/day of slurry including the diluted water could be supplied to the fermentation tank. It can be said that ca. 66% of our goal was achieved.
(2) Biogas refinement process and mixed process with biogas and natural gas
- Boiler has started making energy (hot water) by pure biogas in the daytime from Jan. 2007.
- Very small amount of gas components, which was except for methane and carbon dioxide gases, was detected by the GC-MS (Gas Chromatograph Mass Spectrometer). It was fear that the impurities would inferior influence on the hydrogen forming process and the fuel cell system. Therefore, new refinement tower with activated carbon was built in our site.
(3) Production process of the hydrogen from mixed gas and PEMFC cogeneration process
- The fuel cell system has started from Jan. 2008, and then it generated ca. 880W used by the mixed gas with biogas and natural gas.
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