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成果報告書詳細
管理番号20180000000666
タイトル平成29年度成果報告書 ベンチャー企業等による新エネルギー技術革新支援事業/ベンチャー企業等による新エネルギー技術革新支援事業(バイオマス)/有機廃棄物堆肥化リサイクルにおける未利用発酵熱回収型発酵槽の開発
公開日2018/12/27
報告書年度2017 - 2017
委託先名森松工業株式会社 国立大学法人岐阜大学 株式会社マルエイ
プロジェクト番号P10020
部署名イノベーション推進部
和文要約件名:平成29年度成果報告書 ベンチャー企業等による新エネルギー技術革新支援事業/ベンチャー企業等による新エネルギー技術革新支援事業(バイオマス)/
有機廃棄物堆肥化リサイクルにおける未利用発酵熱回収型発酵槽の開発

家畜排泄物等の有機廃棄物は堆肥化時に発酵熱を発生するが、現在発生した発酵熱は回収されることなく大気中に捨てられている。堆肥化発酵熱を効率的に回収可能な熱回収システムを構築することができれば畜産農家等への販売が考えられる。そこで、本研究では熱回収システムの開発・販売を目標に1) 堆肥化および熱回収に関する文献調査および現状調査、2) 熱回収方式の決定に関する実験、3) 堆肥化プロセスの現地視察ならびに農研機構やメーカーとの面談、4) 脱臭が可能な熱回収装置の検討、5)熱回収システムのコスト試算、6) 凝縮水量とアンモニア濃度の物理収支計算を行い、以下の知見が得られた。
1) 堆肥化装置および熱回収に関する調査を実施した結果、現在堆肥化熱の回収方式には、堆肥化槽の内部で熱を回収する内部熱回収方式と堆肥より発生する高温・高湿度の排ガスから潜熱を回収する外部熱回収方式があり、外部熱回収方式は内部熱回収方式に比べて既設の堆肥化槽を利用して増設することが容易で、また堆肥原料の熱を直接奪うことによる弊害が少ないという点で優位性があることが明らかとなった。また堆肥化に必要な切り返しや通気などの堆肥化条件や堆肥化時に発生するアンモニアの回収方法についても知見が得られた。
2) 小型容器(堆肥容量約10 Lit)と大型容器(堆肥容量約150 Lit)を用い、内部熱回収方式と外部熱回収方式による牛糞堆肥化熱の熱回収実験を行った。堆肥化熱回収量の定量的把握および総括伝熱係数の算出を行い、小型容器実験、大型容器実験ともに外部熱回収方式の方がより多くの熱回収が可能であることが明らかとなった。
3) 堆肥化プロセスの現地視察および堆肥化装置メーカーのヒアリングを行った。その結果畜産業においては様々な熱利用先はあるものの、堆肥化発酵における回収熱量および利用温度の観点から、堆肥化熱の利用先として「乳牛の飲用温水の製造」が有力な候補として挙げられた。その一方で、畜産業において堆肥化時に発生するアンモニアによる悪臭が堆肥発酵熱回収装置の開発において大きな課題となることも再認識された。
4) 堆肥発酵熱回収装置の開発において、アンモニアの処理は大きな課題であることが認識されたことから、熱回収と凝縮水へのアンモニア吸収を同時に行う「濡れ壁塔式熱回収装置」について実験的検討を行い、アンモニアを吸収させながら、熱回収可能であることが明らかとなった。
5) 堆肥化熱回収システムの事業性を評価するため、熱回収システムのコスト試算を実施した。既設の堆肥化槽(乳牛80 頭規模)に外部熱回収方式の熱回収装置を設置して、乳牛の飲用温水供給を考えた場合、ボイラーで温水供給した場合の燃料代と比較して、年間46 万円のコスト削減が可能であることが分かった。ただし、本システムの初期設備の費用は約380万円であることから、設備費の回収期間は約8年となった。
6) 堆肥化熱回収装置の設計指針得るため、熱回収により発生する凝縮水量およびアンモニア濃度の算出を行った。熱回収による凝縮水量およびアンモニア濃度は想定以上に大きく、乳牛80頭規模の堆肥槽で熱回収を行った場合には、凝縮水量約2.5 ton/day 、アンモニア濃度約9,500 ppmになることが分かった。凝縮水およびアンモニアを処理するためには、別途排水処理施設の併設が必要となり、設備費の回収期間が長くなることから、堆肥化熱回収装置による熱回収・熱利用事業化の採算性はかなり低いことが明らかとなった。
英文要約Title:An Innovative Project for New Energy Venture Technologies/An Innovative Project for New Energy Venture Technologies (biomass)/Development of Fermentation Heat Recovery Equipment in Organic Waste Composting Process (FY2017) Final Report

Although fermentation heat is coming out from an organic composting process, the heat releases to the air without using. If the fermentation heat could efficiently recover, the het recovering system would be widely spread to livestock farmers. Then, following researches were conducted in this project. 1) Literature research on composting and fermentation heat recovery, 2) Experimental research on fermentation heat recovery, 3) On site research of livestock farmer and composting equipment maker, 4) Experimental study on fermentation heat recovery equipment with deodorizing, 5) Estimation of the fermentation heat recovery system cost, 6) Material balance calculation of the heat recovery equipment. The results were summarized as following; 1) There were two fermentation heat recovery methods, which were inner heat recovery method the heat recovering inside of the composting equipment and outer heat recovery method the heat recovering from the steam released from composting equipment. The outer heat recovery method has merits in the readily expansions for existing composting equipment and the less negative effect on compost itself. 2) Experimental research of fermentation heat recovery with inner and outer method using 10 L composter and 150 composter were conducted. It was clarified that the heat recovery amount with an outer heat recovery method was higher than inner method in both composters. 3) As the result of the on-site research of livestock farmer and composting equipment maker, there were several applications utilizing the composting heat in the farm. From the aspect of recovery heat amount and the recovery temperature, “production of hot water for cattle feeding” might be the optimal application of fermentation heat. 4) Since ammonia production was the biggest issue in a composting equipment, experimental research with a wet wall type heat recovery equipment recovering the heat with coinstantaneously ammonia adsorption was conducted. It was found that the heat recovery and coinstantaneously adsorption was able to be achieved. 5) The cost estimation of the heat recovery equipment was conducted. 460 thousand JPY/year could be save with using the outer heat recovery system in the case of the production of hot water for cattle feeding (80 cattle). But, it could take 8 years for the depreciation. 6) In order to estimate heat recover equipment design, the amount of condensate water and ammonia concentration from the heat recovery systems were calculated. In the case of 80 cattle, 2.5 ton/day of condensate water and 9500 ppm of ammonia concentration. For the treatment of condensate water and ammonia, separate water treatment facility might be necessary. Since water treatment facility construction might increase the depreciation years, the heat recovery business from the composting might be unprofitable.
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