バイオマス／廃棄物高度利用技術

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(1)プロジェクト課題. バイオマス／廃棄物高度利用技術背景・目的電気事業では、CO 2 排出量削減に向けた取り組みのひとつとして、カーボンニュートラルなバイオマスの石炭火力混焼発電を進めており、その利用は拡大の方向にある。しかし、バイオマスの大量収集には限界があり、そのポテンシャルに応じた様々な事業モデルの構築が重要となる。本課題では、電気事業のバイオマス利用拡大を念頭に、バイオマス事業計画を支援するポテンシャル評価技術と、中小の分散利用から大型混焼利用に至るバイオマス／廃棄物の高効率利用技術を開発し、循環型社会の構築に貢献する。. 主な成果 1．一般廃棄物の発電ポテンシャル評価技術電気事業による PFI 事業＊ 1 を想定した場合、導入に適した設備規模の選定が重要である。自治体の一般廃棄物処理施設への発電設備導入実績を調査し、日量数百トン以下の中小規模施設では、発電設備が殆ど未導入であることがわかった。これを踏まえ、設備容量別に導入ケース（表 1）を検討した。広域収集による大規模発電が可能な地域は限定され、発電量拡大には、中小規模の高効率発電設備の導入が効果的である（図 1）。 2．高効率利用技術（1）バイオマス貯蔵安全性評価バイオマス貯蔵時の安全管理指針の構築に向けて、廃棄物固形燃料（RDF： Refuse Derived Fuel）による貯蔵発熱加速試験を行い、自然発熱現象および発熱時の CO 発生を確認することに成功した（図 2）。（2）バイオマスの炭化ガス化技術の開発中小規模への適用が期待される炭化ガス化技術確立のためには、含有水分量やガス化によるタール生成量が多いバイオマスのガス化特性を把握する必要がある。そこで、5 トン／日炭化ガス化実験炉による松およびパーム空果房（EFB：Empty Fruit Bunch）ペレットの水分量増加試験を実施し、水分 3 0％程度迄であれば、ガス化性能を低下させずにガス化できることを確認した。また、タール生成量は、ガス化炉改質部温度に支配され（図 3）、タール生成抑制の運転指標として利用できることを明らかにした。（3）小規模次世代ガス化技術の開発小規模分散形電源向けに、ガス化と同時にガス精製が可能な溶融炭酸塩ガス化プロセスを開発している。本プロセスでは、燃料中水分（水蒸気）がガス化剤として作用するため、水素を多く含む発熱量の高い生成ガスが得られる。溶融塩温度に対するガス化性能等の基礎実験結果［M 0 8 0 2 4］に基づき、処理量 3 0 〜 1 0 0 kg ／日のプロトタイプの実験装置を設計・製作した（図 4）。今後、各種運転条件によるガス化性能の把握、長時間連続運転、発電実験等を実施し、本プロセスの実用化に向けた検討を進める。＊ 1：民間の資金、経営能力などを活用して実施する公共事業（PFI：Private Finance Initiative）。. 46.

(2) 電力安定供給技術電力安定供給技術電力安定供給技術電力安定供給技術表 1 発電設備導入ケース表 11 発電設備導入ケース 1発電設備導入ケース発電設備導入ケース表表ケースケースケース 11 1. 22 2. 33 3 44 4 55 5. 90 90 90 90 80 80 80 80 70 70 70 70. 設備更新時期での発電設備設備更新時期での発電設備設備更新時期での発電設備設置条件設置条件設置条件一般廃棄物発生量が一般廃棄物発生量が 300ｔ/ 一般廃棄物発生量が 300ｔ/ 300ｔ/ 日以上見込まれる大規模焼日以上見込まれる大規模焼日以上見込まれる大規模焼却施設を対象却施設を対象却施設を対象ケース１に加えて、更新時期ケース１に加えて、更新時期ケース１に加えて、更新時期５年以内及び距離 50km 圏５年以内及び距離 50km ５年以内及び距離 50km 圏圏内の自治体間で広域収集内の自治体間で広域収集内の自治体間で広域収集（300t/日以上）可能な施設（300t/日以上）可能な施設（300t/日以上）可能な施設を対象を対象を対象 200ｔ/日以上見込まれる大 200ｔ/日以上見込まれる大 200ｔ/日以上見込まれる大規模施設を対象規模施設を対象規模施設を対象 100ｔ/日以上見込まれる中 100ｔ/日以上見込まれる中 100ｔ/日以上見込まれる中～大規模施設を対象～大規模施設を対象～大規模施設を対象 100ｔ/日以下（10t/日以下は 100ｔ/日以下（10t/日以下は 100ｔ/日以下（10t/日以下は除く）の小規模を含めた小～除く）の小規模を含めた小～除く）の小規模を含めた小～大規模施設を対象大規模施設を対象大規模施設を対象. 発電量 [GWh/年] 発電量 [GWh/年] 発電効率10％発電効率10％発電量 [GWh/年] 発電効率10％ 30,000 30,000 30,000 ｹｰｽ1:300t/d以上ｹｰｽ1:300t/d以上ｹｰｽ1:300t/d以上ｹｰｽ2:ｹｰｽ1＋広域化 25,000 25,000 ｹｰｽ2:ｹｰｽ1＋広域化 25,000 ｹｰｽ2:ｹｰｽ1＋広域化ｹｰｽ3:200t/d以上で発電ｹｰｽ3:200t/d以上で発電ｹｰｽ3:200t/d以上で発電高効率化高効率化 20,000 20,000 ｹｰｽ4:100t/d以上で発電高効率化ｹｰｽ4:100t/d以上で発電 20,000 ｹｰｽ4:100t/d以上で発電ｹｰｽ5:10t/d以上で発電ｹｰｽ5:10t/d以上で発電ｹｰｽ5:10t/d以上で発電 15,000 15,000 15,000 10,000 10,000 10,000 5,000 5,000 5,000. 00 0 20102015 20152020 20202025 20252030 20302035 2035 2010 20102015 20152020 20202025 20252030 20302035 2035 2010 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2010 2015 2020 2025 2030 2035 [年] [年] [年] [年] [年] [年]. 図図 111 ケース別の発電設備導入効果ケース別の発電設備導入効果 1 ケース別の発電設備導入効果図図ケース別の発電設備導入効果導入量の推移には、設備更新時期の違いが大きく影響している。導入量の推移には、設備更新時期の違いが大きく影響している。導入量の推移には、設備更新時期の違いが大きく影響している。一導入量の推移には、設備更新時期の違いが大きく影響している。一般廃棄物による発電量の拡大には、施設の高効率化を図るとと一般廃棄物による発電量の拡大には、施設の高効率化を図るとと一般廃棄物による発電量の拡大には、施設の高効率化を図るとと般廃棄物による発電量の拡大には、施設の高効率化を図るとともに、もに、ケースもに、ケース 55 のような中小規模焼却施設への導入が欠かせない。 5 のような中小規模焼却施設への導入が欠かせない。もに、ケースのような中小規模焼却施設への導入が欠かせない。ケース 5 のような中小規模焼却施設への導入が欠かせない。. 入口流通空気温度入口流通空気温度入口流通空気温度入口流通空気温度容器内RDF温度容器内RDF温度容器内RDF温度容器内RDF温度容器出口CO濃度容器出口CO濃度容器出口CO濃度容器出口CO濃度. 90 90 90 90 80 80 80 80 70 70 70 70. 発酵や酸化による自然発熱発酵発酵や酸化による自然発熱発酵や酸化による自然発熱発酵や酸化による自然発熱. 60 60 60 60. CO濃度[ppm] [ppm] CO濃度 CO濃度 CO濃度[ppm] [ppm]. 60 60 60 60. 発電効率30％発電効率30％発電効率30％. 温度 [℃] 温度[℃] [℃] 温度温度 [℃]. 化学吸着による化学吸着による化学吸着による化学吸着による初期自然発熱初期自然発熱初期自然発熱初期自然発熱. 5050 50 50. 50 50 50 50. 4040 40 40. 40 40 40 40. 3030 30 30. 30 30 30 30 発熱時にはCO発生発熱時にはCO発生発熱時にはCO発生発熱時にはCO発生. 2020 20 20. 20 20 2020. 1010 10 10. 10 10 1010. 0 00 0 0 00 0. 555 5. 10 10 10 10. 15 15 15 15. 20 20 20 日数日数 [日] [日] 日数 [日]. 25 25 2525. 30 30 3030. 35 35 3535. 00 00 40 40 4040. 2 RDF 発熱特性図 22 RDF 2 RDF 発熱特性発熱特性図図 RDF 発熱特性入口流通空気温度より容器内 RDF 温度が高い結果が得られ、自然発熱現象を確認できた。入口流通空気温度より容器内入口流通空気温度より容器内 RDF RDF 温度が高い結果が得られ、自然発熱現象を確認できた。温度が高い結果が得られ、自然発熱現象を確認できた。入口流通空気温度より容器内 RDF 温度が高い結果が得られ、自然発熱現象を確認できた。. 䝃䞀䝯⃨ᗐ㻃㻾㼊㻒㻱㼐㻖㼀タール濃度[g/Nm3] [g/Nm3] タール濃度タール濃度 [g/Nm3]. 2.0 2.02.0 㻕㻑㻓 1.5 1.51.5 㻔㻑㻘. 松松松 ◆レジェンド内の緑色を削除 EFB EFB ᮿ EFB 㻨㻩㻥 ◆容器出口CO濃度の線の太さ変更なし. 燃料燃料燃料供給装置供給装置供給装置. 炭化機炭化機炭化機炭化物炭化物炭化物冷却機冷却機冷却機. 溶融塩溶融塩溶融塩容器容器容器. 1.0 1.01.0 㻔㻑㻓 0.5 0.50.5 㻓㻑㻘. EFB：Empty EFB：Empty Fruit Fruit Bunch（パーム空果房） Bunch（パーム空果房） EFB：Empty Fruit Bunch（パーム空果房） 0.0 0.00.0㻨㻩㻥䠌㻨㼐㼓㼗㼜㻃㻩㼕㼘㼌㼗㻃㻥㼘㼑㼆㼋䟺䝕䞀䝤✭ᯕᡛ䟻 1000 1020 1020 1040 1040 1060 1060 1080 1080 1100 1100 㻓㻑㻓 960 960960 980 980980 1000 1000 1020 1040 1060 1080 1100 ガス化炉改質部温度 [℃] [℃] 㻜㻙㻓㻜㻛㻓㻔㻓㻓㻓ガス化炉改質部温度㻔㻓㻕㻓㻔㻓㻗㻓㻔㻓㻙㻓㻔㻓㻛㻓㻔㻔㻓㻓ガス化炉改質部温度 [℃] 䜰䜽໩⅌ᨭ㈹㒂Ὼᗐ㻃㻾䉔㼀. 補助燃料補助燃料補助燃料供給装置供給装置供給装置. 炭化物燃焼器燃焼器炭化物炭化物燃焼器供給装置供給装置供給装置. 装置寸法装置寸法（ｍｍ）：Ｗ１８００×Ｄ１０５０×Ｈ１９６０（ｍｍ）：Ｗ１８００×Ｄ１０５０×Ｈ１９６０装置寸法（ｍｍ）：Ｗ１８００×Ｄ１０５０×Ｈ１９６０. 図 33 タール生成特性とガス化炉改質部温度の関係 3タール生成特性とガス化炉改質部温度の関係タール生成特性とガス化炉改質部温度の関係図 44 溶融炭酸塩ガス化実験装置の写真 4溶融炭酸塩ガス化実験装置の写真溶融炭酸塩ガス化実験装置の写真図図図図図 3 タール生成特性とガス化炉改質部温度の関係図 4 溶融炭酸塩ガス化実験装置の写真タール濃度は改質部温度に依存し、1020℃程度に維持すればタール濃度は改質部温度に依存し、1020℃程度に維持すればガス化反応に必要な熱を、溶融炭酸塩を熱媒体ガス化反応に必要な熱を、溶融炭酸塩を熱媒体タール濃度は改質部温度に依存し、1020℃程度に維持すればガス化反応に必要な熱を、溶融炭酸塩を熱媒体 33 3 以下となる。以下となる。ガスエンジンの運転に影響のないガスエンジンの運転に影響のない 1g/Nm 1g/Nm として供給する間接加熱型ガス化技術を採用。として供給する間接加熱型ガス化技術を採用。タール濃度は改質部温度に依存し、1 0 2 0℃程度に維持溶融炭酸塩を熱媒体としてガス化反応に必要なガスエンジンの運転に影響のない 1g/Nm 以下となる。として供給する間接加熱型ガス化技術を採用。すればガスエンジンの運転に影響のない 1g ／ Nm3 以下となる。. 熱を供給する、間接加熱型ガス化技術を採用。. 22 2. 47.

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