北 海 道 大 学 大 学 院 農 学 院 修 士 論 文 発 表 会 ，2020年 2月 7日
自己発熱型半炭化法における到達温度と雰囲気圧力が 牛ふん半炭化物の燃料特性におよぼす影響
環 境 資 源 学 専 攻 生 物 生 産 工 学 講 座 循 環 農 業 シ ス テ ム 工 学 前 杢 直 宏
は じ め に
畜 産 廃 棄 物 を 持 続 的 に 管 理 す る べ く ，自 己 発 熱 型 半 炭 化 法 に 着 目 し た 。こ の 半 炭 化 法 は バ イ オ マ ス 材 料 自 身 の 酸 化 発 熱 に よ る 温 度 上 昇（ 自 己 昇 温 反 応 ）を 引 き 起 こ す た め ，乾 燥 と 分 解 に 必 要 な エ ネ ル ギ ー の 低 減 化 が 期 待 さ れ る 。本 研 究 で は 湿 潤 牛 ふ ん の 自 己 昇 温 反 応 が 誘 発 さ れ る 最 低 温 度 を 調 査 し た 。そ し て ，昇 温 到 達 温 度 等 が 牛 ふ ん 半 炭 化 物 の 燃 料 特 性 に お よ ぼ す 影 響 に つ い て 検 討 し た 。
方 法
半 炭 化 は 湿 潤 乳 牛 ふ ん （200g，60 %wet basis） を 用 い て バ ッ チ 式 で 行 っ た 。0.1
（ 大 気 圧 ）MPa 等 の 環 境 下 に 置 い た そ れ ぞ れ の 試 料 に 対 し て ， 自 己 昇 温 反 応 が 誘 発 さ れ る 最 低 予 熱 温 度 を 調 べ ， こ れ を 反 応 開 始 温 度 と し た 。 次 に 到 達 温 度 を 210- 290 °C の 範 囲 で 取 り 決 め ， 半 炭 化 物 を 作 製 し た 。 半 炭 化 物 に 関 し て は ， 水 分 ， 灰 分 お よ び 有 機 物 の 相 対 含 有 率 ， 元 素 含 有 率 お よ び 高 位 発 熱 量 を 測 定 し た 。
結 果 お よ び 考 察
1） 自 己 昇 温 反 応 の 開 始 温 度 あ る 条 件 下 で 開 始 温 度 は 低 下 す る 傾 向 に あ っ た 。 こ の 低 下 は 特 に ，開 始 温 度 が 特 定 の 条 件 下 で 顕 著 だ っ た 。こ の こ と か ら ，今 回 行 っ た 方 法 は 自 己 昇 温 反 応 を 大 き く 促 進 し た と 考 え ら れ る 。
2） 到 達 温 度 等 が 牛 ふ ん 半 炭 化 物 の 燃 料 特 性 に お よ ぼ す 影 響 到 達 温 度 が 高 く な る ほ ど 半 炭 化 物 の 炭 素 お よ び 灰 分 含 有 率 が 増 加 し た 一 方 で ，酸 素 含 有 率 ，固 形 物 収 率 お よ び 高 位 発 熱 量 が 減 少 し た 。ま た ，特 定 の 条 件 下 で 半 炭 化 物 の 灰 分 率 は 増 加 し ， 固 形 物 収 率 お よ び 高 位 発 熱 量 は 減 少 し た 。元 素 組 成 の 変 化 は 低 い 到 達 温 度 ほ ど 顕 著 で あ り ，到 達 温 度 に よ っ て 異 な る 傾 向 を 示 し た 。こ れ ら の こ と か ら ，到 達 温 度 等 が 上 昇 す る こ と で 牛 ふ ん の 分 解 が 促 進 さ れ た 結 果 ，半 炭 化 物 の 発 熱 量 は 低 下 す る こ と が わ か っ た 。し か し 元 素 組 成 に 関 し て は ，特 定 の 到 達 温 度 等 に お い て 向 上 す る 傾 向 が 見 ら れ た 。
ま と め
自 己 昇 温 に 必 要 な 予 熱 温 度 が 低 下 す る 条 件 を 見 出 し た 。そ し て ，昇 温 到 達 温 度 等 は 牛 ふ ん 半 炭 化 物 の 燃 料 特 性 に 影 響 を お よ ぼ す こ と が 明 ら か と な っ た 。し た が っ て ， こ れ ら 変 数 を 操 作 す る こ と に よ り ，半 炭 化 物 の 品 質 を 向 上 さ せ る こ と が 可 能 で あ る と 示 唆 さ れ た 。
