大阪大学ＲＩＳＳデザインハウス・ワークショップ「エコプロセス」

1. 大阪大学ＲＩＳＳデザインハウス・ワークショップ「エコプロセス」大阪大学ＲＩＳＳデザインハウス・ワークショップ「エコプロセス」 バイオマス燃料化の技術交流ワークショップ－関西圏を中心として－ 『下水汚泥の高効率熱分解バイオオイル化技術』 講演資料 ２００８年８月８日（金） 大阪大学サステイナビリティ・デザイン・オンサイト研究センター 大阪大学ＲＩＳＳ　特任教授　吉田　登 （和歌山大学システム工学部　准教授）

2. 環境省の地球温暖化対策技術開発事業としてスタート環境省の地球温暖化対策技術開発事業としてスタート 『高効率熱分解ﾊﾞｲｵｵｲﾙ化技術による臨海部都市再生 産業地域での脱温暖化ｲﾆｼｱﾃｨﾌﾞ実証事業』 （2007～2009） 都市系廃棄物バイオマスから、重油等の直接燃焼用燃料に代替可能な熱分解バイオオイルの高効率生成技術を開発し、都市の環境インフラとの連携により、臨海部の産業集積地域における脱温暖化を先導的に実証する。 尼崎21世紀の森づくり構想地域 産業工場 清掃工場 下水処理場 汚泥焼却炉

3. 技術開発実施体制 熱分解バイオオイルによる 都市環境再生モデル検討会 　東大　　花木　啓祐 　東大　　横山　伸也 　国環研　大迫　政浩 　京大　　畑　　俊充 IS3 　　竹林　征雄 １．熱分解バイオオイル生成の技術システム開発 　群馬大学、荏原総合研究所 ２．熱分解バイオオイル混合油の産業燃焼炉での 　　利用技術検討 　株式会社ケイエヌラボアナリシス 　廣川電機株式会社 技術開発代表 大阪大学（RISS） 教授　　盛岡　通 事業協力 ・ひょうごエコタウン推進会議 (下水汚泥ｴﾈﾙｷﾞｰ利用研究会) ・尼崎21世紀の森づくり協議会 ３．熱分解バイオオイルの燃焼性、技術、導入シナリオ 　大阪大学、和歌山大学

4. 廃棄物バイオマスとしての下水汚泥 下水道事業 資料：日本の下水道 下水汚泥発生量 年間2,227DSt/年 （2005年度） 万t-CO2 バイオマスエネルギー としての活用・再生 （京都議定書達成計画：2012年度で下水汚泥のエネルギー利用率29％） 資料：京都議定書達成計画をもとに作成

5. 技術開発の背景は下水汚泥の熱分解ガス化から技術開発の背景は下水汚泥の熱分解ガス化から 高効率流動床熱分解ガス化技術の開発（2005-06） ○設備能力：　下水汚泥処理量　15ton/day 　　　　　　　ガスエンジン発電規模　200kW kW ○実証場所：東京都流域下水道清瀬水再生センター ○試験期間：　建設工事　‘05 年3月～ 8月末 　　　　　　　実証試験　‘05 年9月～ ’06 年12 月末 自立・活かす・優しい⇒地域へのエネルギー・資源の積極供給（資源のみち委員会） ガス化副産物のタールを有効活用できないか ポータブルな（運べる）燃料 熱分解バイオオイル化技術の開発

6. 内部循環型流動床炉（ICFG）の特徴 　仕切壁により炉内をガス化室と燃焼室とに分離 ⇒・生成ガスを高濃度のまま抽出 　・燃焼室でエネルギー回収、後段に複雑な排ガス処理設備が不要 　・亜酸化窒素の発生量を抑制できる　　などの特徴

7. 熱分解バイオオイルとは ﾊﾞｲｵﾏｽ 生成物 水溶性留出液 H2O,ﾒﾀﾉｰﾙ,酢酸,ﾌｪﾉｰﾙなど ﾘｸﾞﾆﾝ ｾﾙﾛｰｽ ﾍﾐｾﾙﾛｰｽ ﾃﾞﾝﾌﾟﾝ ﾀﾝﾊﾟｸ質 脂質 熱分解 重質性ﾀｰﾙ（ﾊﾞｲｵｵｲﾙ） ｸﾞｱｲｱｺｰﾙ,ｸﾚｵｿﾞｰﾙなど ガス CO2,CO,H2,CH4など 炭化残渣 炭化物、ﾁｬｰ バイオマスを還元状態で熱分解して得られる黒褐色、高粘性の液状物 200℃以上の高い沸点 ベンゼン環をもつ化合物を多く含む 欧州に急速熱分解の研究ﾈｯﾄﾜｰｸ（Pyne）あり

8. さまざまな急速熱分解技術 流動床炉 流動砂を熱媒体として利用 ・Dynamotive（ｶﾅﾀﾞ） ・Pasquali-ENEL（ｲﾀﾘｱ） ・Ensyn(ｶﾅﾀﾞ） ・Red Arrow-Ensyn（米） ・Union Fenosa-Waterloo（ｽﾍﾟｲﾝ） ・VTT（ﾌｨﾝﾗﾝﾄﾞ） 遠心力型熱分解 ﾊﾞｲｵﾏｽをｶﾞｽ気流にのせて 高温壁を滑走、移動させる ・米ＮＲＥＬ式 ・オランダＢＴＧ式 ﾏｲｸﾛ波熱分解 ﾏｲｸﾛ波で木質など乾燥ﾊﾞｲｵﾏｽの分子を激しく振動させその摩擦熱で内部加熱させる ・産業総合研究所により開発 実用技術としては流動床炉が多い

9. Dynamotive社（Vancouver、ｶﾅﾀﾞ）での木質ﾊﾞｲｵｵｲﾙ生産Dynamotive社（Vancouver、ｶﾅﾀﾞ）での木質ﾊﾞｲｵｵｲﾙ生産 ﾊﾞｰﾅ 原料 貯蔵ﾀﾝｸ ｻｲｸﾛﾝ （ﾁｬｰ回収） ｸｴﾝﾁ 冷却 流動床熱分解炉 ◆West Lorne Plant, ON200t/D へ更新　CGS ◆Guelph, ON200t/D　新設 出典：http://www.dynamotive.com/index.html ◆反応温度は450-500℃ ◆原料を微粉砕（1-2mm）することでﾁｬｰをﾌﾘｰﾎﾞｰﾄﾞ外に飛散させ、ｻｲｸﾛﾝで回収 ◆生成ｶﾞｽで、ﾌﾟﾛｾｽ熱源の75％を賄う。（乾燥木質原料でも熱的自立性は劣る）

10. 技術開発の目的 １．ﾊﾞｲｵｵｲﾙ生成技術ｼｽﾃﾑ開発 ①ﾊﾞｲｵｵｲﾙ収率を最大化する条件を探索 ②ｴﾈﾙｷﾞｰ収支を把握 ③生成ｵｲﾙ特性を確認 ⇒1kg/h試験機でのオイル生成 ２．ﾊﾞｲｵｵｲﾙ混合油の産業燃焼炉での利用技術開発 ①ﾊﾞｲｵｵｲﾙの貯蔵性を評価（酸化安定性、金属腐食） ②試験ボイラでの燃焼性を評価 ⇒産業燃焼炉での燃焼実証試験 ３．ﾊﾞｲｵｵｲﾙ混合油の燃焼性、技術評価、普及シナリオ ①生成ｵｲﾙの燃焼特性を評価 ②海外調査により本技術の有効性を評価 ③ﾊﾞｲｵｵｲﾙの市場（需要）を調査 ⇒普及ｼﾅﾘｵの検討

11. ﾗﾎﾞｽｹｰﾙでのﾊﾞｲｵｵｲﾙ生成試験 原料汚泥調達 （消化乾燥汚泥 20kg袋×2袋） 赤穂下水管理ｾﾝﾀｰ 粉砕・分級 荏原製作所 藤沢事業所 荏原総研 ラボ試験機(250W機)での ﾊﾞｲｵｵｲﾙ生成試験 　　　　　・流動層温度 　　　　　・ﾌﾘｰﾎﾞｰﾄﾞ温度 　　　　　・H2O/C比 　　　　　・ｶﾞｽ滞留時間 物質収支 生成物収率 燃焼性 酸化安定性 金属腐食 評価のための試料 500ml作成 収率最大化条件 ﾊﾞｲｵｵｲﾙ組成、燃料性状

12. 熱分解ﾊﾞｲｵｵｲﾙ化試験装置 • 装置フロー ※原料供給量は、60 g/h ※ガス滞留時間は、1 s程度

13. バイオオイル生成収率最大化条件の探索（試験１）バイオオイル生成収率最大化条件の探索（試験１）

14. 各RUNでのバイオオイル生成収率 400 450 300 400 450 400 450 500 500 ℃

15. 流動床温度とﾊﾞｲｵｵｲﾙ収率との関係 本試験結果 RUN8-12 RUN8-3 500℃で 収率最大 （200℃までの低沸点成分等を含まない収率） ﾊﾞｲｵｵｲﾙ 収率（％） （無水無灰基準） RUN8-2 RUN8-1 流動床温度 （℃） 文献値 出典 L.Shen,& D. Zhang (2002)

16. ガス組成

17. A重油ﾄﾗｯﾌﾟでのﾊﾞｲｵｵｲﾙ収率の計測（ﾗﾎﾞ試験2）A重油ﾄﾗｯﾌﾟでのﾊﾞｲｵｵｲﾙ収率の計測（ﾗﾎﾞ試験2） • 物質収支（重量ベース） A重油層 －　メークアップで供給したA重油にほぼ等しい量のA重油層であることを確認 －　A重油層とバイオオイル層は分離している→バイオオイルは石油系の重油基材にはほとんど溶解しない バイオオイル（＋水？）層 バイオオイル収率※（dafベース）； 51.1 wt% バイオオイル比重； 1.15 ※A重油トラップ前段のクエンチャーでの回収オイル量を含んでいない値。 実際は上記収率よりも収率は高い。 ※別途回収したクエンチャー水量とA重油層の重量とより、今回回収した サンプル中のバイオオイル濃度は 12.7 wt%となった。

18. ﾊﾞｲｵｵｲﾙの燃料特性

19. 発熱量からみた熱化学変換の評価 燃料製造に伴う発熱量減少が少ない 生物化学変換が困難な物質や残渣を変換

20. バイオオイルの組成 芳香族系多い 分子量比較的大きい 木タールへのN分調合には、 ⑪の２－ピロリドンを添加

21. バイオオイルの腐食性試験結果 □銅板腐食試験 　よく磨いた銅板を約30ｍｌの試料に浸し、3時間、100℃に保った後、これを取り出し、アルコール洗浄して銅板腐食標準と比較して、試料の腐食性を判定。 ⇒クラス１（ほとんど同じ色） □浸漬後の重量経時変化

22. ﾊﾞｲｵｵｲﾙとＡ重油との混焼試験（大気開放型直進燃焼炉）ﾊﾞｲｵｵｲﾙとＡ重油との混焼試験（大気開放型直進燃焼炉） ＜バルブ操作＞ ●Ａ重油１００％→①開、②閉、③閉、④開 ●Ａ重油９５％＋バイオオイル５％　→循環時 ： ①閉、②開、③開、④閉 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　燃焼時 ： ①閉、②開、③閉、④開 バーナ仕様 　・油圧噴霧式バーナ 　・ﾉｽﾞﾙｻｲｽ　2.50 ＧＰＨ 　・パイロット着火方式

23. 排ｶﾞｽ分析結果 ○着火性、保炎性は良好、ポンプ圧力の変動なし、ﾉｽﾞﾙやストレーナの目詰まりなし。火炎長に大差なし（1000～1200mm） ○ﾊﾞｲｵｵｲﾙ５％混合によりNOxが増大。 CO値から完全燃焼していると判断すれば、Fuel NOxの差が顕著に生じたと考えられる。 ○ばいじん、亜酸化窒素、塩素は低濃度。

24. ﾊﾞｲｵｵｲﾙ化のｴﾈﾙｷﾞｰ収支(100ｔ/Dでの推計)ﾊﾞｲｵｵｲﾙ化のｴﾈﾙｷﾞｰ収支(100ｔ/Dでの推計) ﾊﾞｲｵｵｲﾙ　1,251（日量換算3.5kL/D） 単位：ｋW ﾊﾞｲｵｵｲﾙ　2,251 生成ｶﾞｽ・燃焼ｶﾞｽ 1,861 脱水汚泥 2,169 （水分80w%） 乾燥汚泥 4,264 （LHV） 100t/D 熱回収 1,095 原料乾燥 2,095 不足分をﾊﾞｲｵｵｲﾙで充当 1,000 エネルギー的に自立した生産は可能。汚泥乾燥の効率化が課題

25. バイオオイル化の事業性 CO2価格: 35ユーロ(5,600円）/CO2 既存汚泥焼却炉とのコスト差は、約1000円／ｔ-汚泥 CO2価格を見込むことにより、100ﾄﾝ炉でも現状の処理コストと競争力あり

26. 従来処理手法等とのLCCO2、LCC比較

27. 重油燃焼炉とバイオオイルの利用可能性

28. 産業部門での今後の重油利用動向（ｎ=144) 全国のエネルギー管理指定工場のうち、重油消費が多い産業部門（製紙、化学、石油、石灰、硝子、セメント、製鉄、非鉄、電力、産廃他）656企業へ送付 金属系は重油から他の燃料（天然ガス等）への転換を検討 セメント、化学、製紙は4～5割、電力は約7割が重油継続の意向

29. 将来（2010年頃）のバイオマス燃料の導入目標（n=138）将来（2010年頃）のバイオマス燃料の導入目標（n=138） 製紙、セメント、化学でバイオマス燃料の導入意向（特に製紙） 未だ明確な意思決定を留保する企業が多い

30. 本実証事業への協力可能性（n=32） 30社以上（合計重油消費量300万KL/年）で、実証事業への協力可能性を表明 　特に、製紙、石油・化学、 石灰・セメント・硝子での 関心が高い 汚泥処理施設（約150）とﾊﾞｲｵｵｲﾙに関心を示す産業工場（34社192工場）との距離バッファは10ｋｍ未満（76工場）、20ｋｍ未満（38工場）であり、多くが汚泥処理施設と近接

31. 将来のバイオマス燃料の導入目標 低窒素バイオオイルの生成技術開発による燃料利用の高度化が目標

32. 下水道インフラと連携した民間活用の事業化モデル下水道インフラと連携した民間活用の事業化モデル

33. バイオオイル化の将来展開イメージ 地方部のバイオマスタウン等と連携した 資源・エネルギー拠点化 珠洲市 「バイオマスエネルギー推進プラン」 海外 国内 地方部 地方の製紙、石灰等の燃焼炉 CDM/JI ﾌﾞﾗｼﾞﾙ等 燃料作物 生産地域 都市部 臨海部化学ﾌﾟﾗﾝﾄ等 燃料・化学原料利用 臨海部ｽﾗｯｼﾞｾﾝﾀｰ ﾊﾞｶﾞｽ、椰子ガラなどの残渣 消化汚泥のｵｲﾙ化 溶融処理からの代替 現地ｵｲﾙ化 ﾊﾞｲｵ燃料に併せ輸入 神戸、舞州、横浜、川崎等

34. バイオオイル化技術の応用例