成果報告書詳細
管理番号20100000002245
タイトル平成21年度-平成22年度成果報告書 新エネルギー技術研究開発/新エネルギーベンチャー技術革新事業(バイオマス)/富山県射水市における籾殻・稲わらの固形燃料化シリカ肥料生産に関する技術開発
公開日2011/1/25
報告書年度2009 - 2010
委託先名北陸ポートサービス株式会社 富山県立大学 国立大学法人大阪大学 関西産業株式会社
プロジェクト番号P10020
部署名技術開発推進部
和文要約研究開発項目(1)「クエン酸処理した籾殻・稲わらの固形燃料化」
クエン酸洗浄処理した籾殻から形状の異なる2種類の固形燃料を作製し、燃焼挙動に関するデータを蓄積する。棒状固形燃料化用機器ファイアーファクスとペレット固形燃料化用機器乾ペレくんを用い、籾殻の固形化条件(温度・圧縮率等)の最適化を検討する。成果としては、形状が異なる固形化燃料(棒状、ペレット状)を作製することができ当初の目的を達成することができた。
研究開発項目(2)「クエン酸処理された固形燃料用燃焼機の開発」
クエン酸処理された籾殻固形燃料を、燃焼後にシリカ肥料として利用できるように、燃え残りがなく且つ熱利用可能な燃焼機(燃焼効率70%)を開発する。本事業の成果として、横型ガス化燃焼炉(400×500×1300)を試作し、実験を重ねた結果、棒状籾殻固形燃料の完全燃焼化を達成した。横型燃焼炉においては、燃焼が進行すると、燃料の収縮により上部に空間が生じることにより、その空間が発生ガスの排出経路となり、良好なガス化燃焼が維持できることが確認できた。燃焼温度は600℃程度に維持できており、籾殻が結晶化しない温度での燃焼が実現できた。また、発生ガスについては、2次空気を適正に投入することにより、完全燃焼しており、最終的な燃焼効率は75%と、当初の目標を達成した。
研究開発項目(3)「回収アモルファスシリカを用いたシリカ肥料生産に関する開発」
射水市の籾殻・稲わらを使用し、ラボスケールで純度99%以上のアモルファスシリカを作製する。この作製したアモルファスシリカを用いて、シリカ肥料の稲のポット育成試験を行う。また、シリカ肥料についての販売網に関する検討を行い、射水市でのビジネスプランを作成する。成果として、大気燃焼後の籾殻灰から回収したシリカの水溶性・可溶性に及ぼす実機規模のクエン酸洗浄処理条件の影響についてビーカー実験での結果と同じ傾向であることを確認することができた。さらに、本研究で最も重要なパラメータとなる、「可溶性ケイ酸」の測定方法について、数種ある公定法から、「塩酸法」を選択し、確実な再現性が達成できるまで、本公定法について検証した。さらに、公定法、非公定法とで数ある「可溶性ケイ酸測定法」のそれぞれの適応背景を精査することで、「可溶性シリカ測定法」の在り方について整理した。また、廃クエン酸をバーク堆肥製造に利活用し、バーク堆肥の運転状況についての考察を行った結果、クエン酸を施用したパイルの方が立ち上がりの温度が10℃ほど高く、廃クエン酸はバーク堆肥の発酵促進材としての可能性があることが分かった。
研究開発項目(4)「回収アモルファスシリカの安全性の検証」
(1)で製造された固形燃料を(3)で燃焼させ、その灰中の未燃分やDe-novo 合成による危険物質(ダイオキシン類など)生成の検証を行い、バイオシリカの安心・安全性を確認する。なお、XRF 蛍光X 線分析等によりシリカ純度を定量解析し、その結果をクエン酸洗浄条件および燃焼条件にフィードバックし、各条件の適正化を行う。成果として、籾殻焼成灰から回収したシリカがアモルファス構造であることを確認し、少量燃焼サンプルでの安全性を検証することが出来た。
研究開発項目(5)「ビジネスプラン作成」
上記の(1)-(4)の結果を踏まえて、実際にビジネスを行うためのビジネスプランを作成した。最終目標としては、勿論のこと日本全土への波及ではあるが、今回はビジネスの手始めとして、本事業の名称通り、富山県射水市内でのプランを作成した。本ビジネスプランに作成にあたって、本事業の中心となる“肥料販売”については、いみず野JA、富山県立農業試験場、高岡農林振興センター、射水市農林水産課等の意見を収集し、それらの意見を元に行った。
英文要約Production of solid fuel from rice husk treated by citric acid
Production of two types of solid fuels and evaluation of their characteristics in
combustion were pursued in this section. Fire Husk (Kansai Sangyo,Japan) and
Kan-Pere-Kun (Taiwa-Seiki, Japan) were used for production of firewood type solid fuel
and for pellet type solid fuel, respectively. As a result, the two types of solid fuels were
successfully produced. We evaluated energy potentials of those fuels for practical use.
1. Development of a combustion chamber for the solid fuel produced in the experiment
1 in terms of heat recovery
Development of designing a combustion chamber possessing following features was set
as research purpose in this section; the solid fuels produced in experiment 1 were
complete burned, incineration ash was easily collected from the bottom of the chamber,
and combustion efficacy of the chamber achieved 70%. Horizontal gasification
chamber (D.300 x L.800) developed here showed complete combustion of firewood type
solid fuel. A head space in the chamber generated by broken-down of solid fuel as
combustion had gone on became a pathway of exhaust gas to go out and then introduced
fresh and much air into the chamber to accelerate its combustion.
2. Production of a new fertilizer using the silica obtained in experiment 2
Purity of 99% of amorphous silica was pursued using rice husk generated in Imizu-city.
We confirmed that dissolved silica percentage would increase by proper remove of alkali
metals such as Na and K. Dissolved silica percentage was only 0.2 % when rice husk
was washed in 10oC citric acid and 15 minute-stirring at 200rpm, however, the
percentage increased to 7.0% with 50 oC water temperature and 24 hour-sank in 5%
citric acid without stirring. Dissolved silica measuring method was also investigated.
Three methods are now authorized: hydrochloric acid method, perchlorate method, and
potassium fluoride method. Because of its simplicity and safety, hydrochloric acid
method was chosen. Waste citric acid after rice husk washing was applied for
composting process as a substrate in terms of investigating efficacy of waste citric acid
to compost production because how to deal with the waste citric acid is one of important
keys to lead our project to success. According to the result, waste citric acid was a good
substrate for composting starting period and has no problem on compost product.
3. Risk evaluation of ash (silica) remained in combustion for use as a resource
Combustion ash should be evaluated its safety for human-being. Ashes generated
from combustion of the two type solid fuels contained only amorphous silica and did not
show production of any crystallized silica.
4. Business Planning
Paddy fields in Imizu-city, Toyama have been lack of silica. Since only two-third of the
planted acreages have currently received silica material, 2,000 ton of silica material will
be needed in near future and then more than 200 million yen of silica market may be
expected under the influential area of JA Imizuno. For a new-comer like us to open the
silica business in Imizu-city, strategies to be concerned were investigated.
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