バイオマスからバイオガスを製造する方法及びそのプラント
【課題】本発明は、家庭や、農業、林業、工業及び商業の各分野からの様々な有機性廃棄物（生体有機物残渣）から、バイオガスを製造するプラント及び方法に関する。本発明の目的は、特に、製造コスト及びエネルギーコストを実質的に削減し、それにより難分解性生体有機物残渣を処理し、大量の物質を、エネルギー源として利用されるメタン含有ガスに変換するための人件費をも削減することにある。
【解決手段】本発明による方法は、少なくとも２つのほぼ水平な地下洞穴を消化タンクとして利用することを含んで構成される。この洞穴は、以前は炭鉱として利用されていたもので、所定のガス排出穿孔によって１又は複数の点で全ての鉱坑洞穴が接続されており、全ての穿孔が鉱坑の最頂部に設けられたガス収集コンテナに連通するように構成されている。消化タンクには大量の非還元性生体有機物残渣が導入され、汚泥消化は、５〜７０℃の温度範囲で付加的な加熱を行わずに長期的な反応で行われる。
【解決手段】本発明による方法は、少なくとも２つのほぼ水平な地下洞穴を消化タンクとして利用することを含んで構成される。この洞穴は、以前は炭鉱として利用されていたもので、所定のガス排出穿孔によって１又は複数の点で全ての鉱坑洞穴が接続されており、全ての穿孔が鉱坑の最頂部に設けられたガス収集コンテナに連通するように構成されている。消化タンクには大量の非還元性生体有機物残渣が導入され、汚泥消化は、５〜７０℃の温度範囲で付加的な加熱を行わずに長期的な反応で行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオガスを、家庭、農業、林業、工業及び商業の各分野からの様々なバイオマス（バイオマス）から、様々な菌株のメタン菌によって嫌気性アルカリ性汚泥消化により製造するプラントであって、バイオマスの消化装置及び供給管を含んで構成されるプラントに関する。
【０００２】
また、本発明は、バイオガスをバイオマスから製造する方法であって、様々なバイオマスを、自然の中に存在する少なくとも１つの消化装置に導入し、様々な菌株のメタン菌によって嫌気性アルカリ性汚泥消化の原理によりメタンを含有するバイオガスに変換する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
メタン含有ガスは、例えば、硬炭抗における掘削によっても生成される（坑内ガス）。坑内ガスもまた、バイオガス同様、２つの主要な成分（メタン及び二酸化炭素）を含む。坑内ガスは、硬炭抗内で層（炭層）にかかる圧力が開放されるか又は減少すると、これに伴ってこの層から流れ出る。独国特許出願１７５８６２８号公報の導入部分に記載されるように、十分な量の坑内ガスを製造すると同時に、潜在的に起こりうるガスと空気との爆発性の混合を避けるために、坑内ガスは採鉱時に穿孔を通して層から直接採取される。採鉱硬炭抗の立坑内には空気が含まれるため、生成されるガスはメタンと空気との混合物となる。メタン成分はその混合物の８０％を占めており、これは、技術的な利用目的に照らせば十分に高い割合であるといえる。一方、使用されていない坑道を密閉してその場に含まれる坑内ガスを採取する場合には、この混合物には大量の空気が含まれることになる。
【０００４】
独国特許出願３５３８１８３号公報により、立坑を廃水プラントとして利用することが知られている。しかしながら、ここでは立坑を廃水処理に使用するのみであり、バイオガスの製造は伴わない。
【０００５】
長い間、従来技術の一部では、大都市下水プラントの沈殿設備からの下水汚泥を、第１の消化段階として、メタン菌により密閉型消化設備にて２８〜４２℃（中温範囲）で１０〜２１日で分解し、生体有機物質の一部をバイオガスに変換してきた。稀に、この生物学的処理は４２〜６０℃（高温範囲）でも行われる。第１の消化段階に続いては、第２の消化段階が行われ、この第２の消化段階では、開放型無加温第２消化リザーバにて最大１００日の滞留時間で、生体有機物質を更に分解する。しかしながら、この公知の方法の問題点は、生体有機物質を加熱して所定の消化温度に到達させるために大量のエネルギーが必要とされることにある。更に、この公知の方法は、二酸化炭素の大量放出も伴ってしまう。最近、解決手段として、家畜飼育による液肥、及び、家庭や工業分野からの他の生体有機物残渣、の少なくとも一方を、下水汚泥に添加することが提案されてきている。これらの物質から製造されたバイオガスは、主にボイラープラントで燃やされ、得られた蒸気は、密閉型消化プラント内の供給物質を加熱するために利用される。余剰のバイオガスは、暖候期には、主にブロック火力発電所での発電に利用される。一方冬期には、下水プラントからの下水汚泥及び添加された生体有機物質を平均５℃から約３３℃に加熱しなければならないため、この工程にて、製造されたバイオガスのほぼ全てが使用される。
【０００６】
乾燥された新鮮な下水汚泥及び消化汚泥の少なくとも一方で構成される生体有機物質は、他の生体有機物残渣と混合され、堆肥化される。その後、農業や、荒廃した土地の再耕作に利用される。ＤＥ−ＯＳ４００３４８７号には、消化装置に導入された汚泥を安定化する方法が記載されている。この方法では、予備段階の間に好気性／嫌気性処理が行われる。この方法の問題点は、好気性予備処理では、バイオガスは製造されずに二酸化炭素のみが製造されてしまうことにある。独国特許出願１７５８６２８号公報には、既に部分的に採鉱された地中硬質炭鉱床において、入口立坑を閉じ、坑内ガスを採掘地点から地表に導いて、坑内ガスを製造する方法が記載されている。オーストリア特許３６１０１５号には、バイオガスを製造する方法とそのプラントが記載されている。このプラントは、好気的に前処理された生体有機廃棄物のための地上発酵及び沈殿ボイラーが複数個配列されたものである。欧州特許出願１４８８８５５号公報には、生体有機物残渣からバイオガスを製造する方法及びそのプラントが記載されている。ここでは、生体有機物残渣は、部分的に生物学的に分解される前に、粉砕、圧縮されて、水分除去が行われる。ここで、圧縮は、水分除去によって生体有機物残渣が少なくとも５０％減量されるように行われる必要がある。これら公知の解決手段はどれも、技術的に多大な努力が必要であり、加えて運転コストが極めて高く、製造ガスの利用可能性には制限が付いてしまう。従来技術による方法及びプラントの完全な要約が、H. Roediger、M. Roediger及びH. Kappによる参考書「Anaerobe alkalische Schlammfaulung（嫌気性アルカリ性汚泥消化）」、Oldenbourg-Verlag Munich Vienna出版（第４版、１９９０年版）に記載されている。また、家庭残渣や工業残渣は、前処理を経ずに埋立処分地に廃棄されることが知られている。これら残渣物の生体有機物質の大部分は、大気酸素に占められている。この大気酸素は、プロセス加熱により環境にとって有害な二酸化炭素に好気的に変換される。このため堆肥化が行われることとなった。更に大量の残渣を積重ねると、大気酸素のアクセスが制限されるため、好気性微生物は死滅する。その後、メタン菌がより多くの生体有機物質の分解を引き継いで埋立地ガスを生成する。少量の埋立地ガスやメタン成分を少量含むガスは焼却される。多量に存在する場合にのみ、ブロック火力発電所での発電に利用される。
【０００７】
さらに、主として生体有機物残渣の処分に利用されるこれら公知の解決手段では、生体有機物残渣を既定の消化温度まで加熱するために必要な、また、熱放射による不可避な損失を補うために必要なエネルギーの消費量が極めて大きくなってしまうと共に、バイオガスや化石燃料の燃焼により多大な量の二酸化炭素が生成されてしまう。家庭や工業分野からの生体有機物残渣物を都市下水汚泥又は家畜飼育による液肥に添加し、この混合物を消化プラント内にて嫌気性アルカリ性汚泥消化に供する場合、細菌性分解を短い消化時間内で行うために、また、汚泥ポンプにより物質の採取を行うために、例えばＥＰ１４８８８５５Ａ１に記載されるような、機械による分解が必要となる。更に、添加される生体有機物の分解処理に先立ち、プラントの破損を防止するために、費用の嵩む工程、即ち、混入物（石、ガラス、金属及びプラスチック）の選別と処分が必要となる。これらの工程には、金銭的にも技術的にも大変なコストがかかってしまう。一方、開放型第２消化リザーバで生産される高メタン含有バイオガスは、利用されずに大気中に放出され、温室効果を促進する。都市下水処理場からの選別ゴミは、主に汚れた紙ごみ及び布類で構成され、埋立処分地に廃棄されるか焼却される。このため、現在のところ利用可能となっていない。生体有機物残渣の堆肥化の主な問題点は、分解された生体有機物質の１００％が二酸化炭素に変換されるため、この温室効果ガスによって重度の環境汚染につながってしまうことにある。加えて、技術的及び生態学的な問題点として、生体有機物残渣物の前処理を行う公知の方法では、相当なコストがかかってしまうことが挙げられる。
【０００８】
生体有機物を製造する方法について、独国特許出願１００６２０３０号公報には、複雑で非腐食性の生産設備を建造せずに大量の生体有機物を生成できるように、密閉型又は開放型発酵タンクに代えて、使われなくなった岩塩坑内にて塩分を含んだ壁を有する廃洞穴を発酵に利用することが記載されている。しかしながら、好塩性生物を変換に利用する工程しか用いることができない。換言すれば、この生物の培養生育には多量の塩が必要であり、この生物はこのような条件下であるときにのみ活動する。したがって、現行の方法にはバイオガスの生成は含まれていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、バイオマスからバイオガスを製造するプラント及び方法であって、製造コスト及びエネルギーコストを大幅に削減し、更には、大量の物質をエネルギー源として有用なメタン含有ガスに変換するために難分解性生体有機物残渣の前処理を行うための人件費を大幅に削減するプラント及び方法を提供することにある。更に、地球の気候保護の要求を満たし、メタン含有燃料や化石燃料を慣習的に燃焼することにより発生する二酸化炭素の温室効果を回避することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的は、請求項１に記載の特徴を有するプラントと、請求項１０に記載の方法により達成される。プラントや方法の設計は、従属項に記載する。
【００１１】
このような、生体有機物残渣からのバイオガスの製造では、即ち、様々な菌株のメタン菌による嫌気性アルカリ性汚泥消化の原理により長期的な反応によって行われるバイオガスの製造では、使用されていない硬炭抗の利用がとりわけ適切である。これは、廃硬炭抗を利用することにより密閉型消化設備を建造する投資費用が抑えられるためである。そのために、本発明による解決手段には、横坑、坑道及び沿層坑道など、鉱坑内に存在する洞穴を含む必要がある。
【００１２】
本発明による特に好ましい効果は、メタン菌の理想的な生存条件及び反応条件を提供する所定の温度レベルをもたらすためのエネルギー源として、付加的に加熱を行わなくても、地熱を利用できる点である。
【００１３】
メタン菌は極めて順応性が高く、また様々な菌株が存在するため、５℃〜７０℃の温度範囲、即ち、好冷性菌の適応範囲（１０℃未満）、中間的な温暖な範囲（１０℃〜２８℃）、中温性菌の適応範囲（２８℃〜４２℃）及び好熱性菌の適応範囲（４２℃〜７０℃）、にあるバイオマスを、バイオガスに変換することができる。即ち、メタン菌は、７０℃を超える温度でのみ死滅する。したがって、この温度範囲内の温度が長期の反応を通して、生体有機物残渣の自己発熱をも考慮に入れた上で、維持される洞穴が、消化装置として有用である。
【００１４】
本発明によるプラント及び方法は、再生可能なエネルギーを以下のように三重にも利用することができる。
ａ）蓄積した少量の坑内ガスからエネルギーを回収。これにより温室効果を回避できる。
ｂ）導入された生体有機物残渣を地熱で加熱。これにより、加熱にかかるコストを大幅に抑えることができ、また、二酸化炭素を含む温室効果ガスが環境中に排出されることを防ぐことができる。
ｃ）メタン菌による最長２０年の長期的な反応によりバイオガスを製造。これにより、例えば生垣や木の刈り落としなどの残留物質であっても、ほぼ完全に分解できる。現在知られている１０〜２１日の滞留時間を伴う方法では、これらのセルロース残渣は元の状態のまま残留してしまう。
【００１５】
製造されたバイオガスは、ブロック火力発電所や発電用の高温燃料電池などの、公知のガス利用設備に供給される。更に、このような、環境に害を及ぼさずに機能するプラントを、公知の坑内ガス製造と組み合わせることができ、また、製造したガスを経済的に利用する設備、特に発電設備に、接続することができる。
【００１６】
更に、既に坑内ガスが採取されてエネルギーの回収に利用された後の、坑内ガスが不十分となったためにもはや効果的に役割を果たせない硬炭抗を、本発明によるプラントに改造することで、極めて有利な相乗効果を得ることができる。本発明の特に好ましい効果として、使用されていない地下鉱坑において坑内ガス製造とバイオガス製造とを組み合わせることができる。この鉱坑は、既に坑内ガスの製造に利用されていて、このため全ての洞穴が換気システムを介して接続されているため、横坑、立坑及び盲立坑の間に更に穿孔を設ける必要がない。
【００１７】
既存のプラント部分及び坑内ガスを利用するための設備、例えばアスピレータ及びブロック火力発電所などを、再び稼動して、最小限の改造努力で本発明によるバイオガスの製造に利用することができる。坑内ガス製造及びバイオガス製造を組み合わせることで、ガスの生産量をより多くすることができる。坑内ガスの残量が少ないとしても、製造したバイオガスと共に経済的に利用することができるため、坑内ガスが大気中に放出されることがない。したがって、未採掘層におけるガス製造を、本発明によるプラント及び方法に組み込むことで、エネルギーの回収に利用可能なバイオガスの製造にも有利となる。
【００１８】
更に、本発明は、最大限のエネルギー回収効率が得られるように、将来的に坑内ガスの利用が計画された地下鉱坑や最初から組み合わせによる利用が計画された地下鉱坑を、バイオガス製造と組み合わせることを提案する。
【００１９】
当然ながら、本発明によれば、大量の坑内ガスを有し採取及び利用が既に行われた鉱坑において、引き続き嫌気性アルカリ性汚泥消化との組み合わせを利用することもまた可能である。
【００２０】
例えば、横坑、坑道及び鉱坑洞穴など採掘活動により造り残された複雑な洞穴を多数の有する使用されていない地下鉱坑を含んだガス製造プラントでは、消化装置として、盲立坑や水平坑道及び坑道を少なくとも２つ利用する。これらは、ガスを誘導する所定の穿孔によって１又は複数のポイント（地点）にて接続され、このガス排出穿孔の全てが、鉱坑の最頂部に位置するガス収集リザーバに連通するように構成される。これにより、鉱坑内にて死角の生じる可能性が小さくなる。穿孔の直径は、製造するガスの量に依存する。また、穿孔の直径は、最下レベルでは地表面近くに比べて著しく小さく構成される。その一方で、入り込んだ残渣によっても閉塞しないように構成される。
【００２１】
盲立坑は、地表面との接続部を持たないため、ガス収集立坑として利用することができる。このとき、盲立坑は、ガス利用ステーションに続く補助穿孔を備えて構成される。一方、ガスの収集に利用されない盲立坑もまた、このような穿孔を備えて構成される。これは、この盲立坑内にガスを誘導し、このメタン含有ガスを盲立坑からガス利用ステーションに導くためである。最大１０００万ｍ３の空隙容量を有する複合鉱坑として複数の鉱坑が含まれる場合、坑内ガス製造及びバイオガス製造をよりよく制御するために、接続されている横坑を塞ぐ必要がある。本発明による解決手段では、洞穴のすべてが生体有機物残渣で完全に満たされたときにのみ、複合鉱坑の他の鉱坑を含んでもよい。
【００２２】
大型の鉱坑又は複合鉱坑では、大量に蓄積したガスの一時的な中間貯留槽としてガスタンクが設けられる。製造直後の利用には供されないガスは、鉱坑内のガス収集リザーバから供給管を介して２０〜５０ミリバールで加圧されてガスタンクへ導かれる。更に、本発明では、非活動状態の、既に浸水した鉱坑を使用することもできる。これは、浸水した水は、大きな技術的な努力を伴わずに洞穴から取出すことができるためである。
【００２３】
生物学的処理により製造され、ガス収集リザーバ又は中間ガス貯留槽に一時的に貯蔵されたバイオガスはそれぞれ、坑内ガス製造と組み合わせる場合には二酸化炭素除去後に採取されたメタンガスと混合されてもよく、また天然ガス網に直接供給されてもよく、またブロック火力発電所や発電用の高温燃料電池などの公知のガス利用設備に供給管を介して個別に供給されてもよい。更に、複合鉱坑においてガスが高蓄積する場合、二酸化炭素を、ガス混合物から圧力又は膜法によって分離することができ、液化して利用に供することができる。例えば、二酸化炭素は、効果的な消火剤として極めて有用である。
【００２４】
上述のような硬炭坑の改造に加え、本発明によるバイオガスの製造方法は、予備分解処理を予め行わずに生体有機物残渣を導入することを提案する。未分解生体有機物であっても、廃硬炭坑の最下レベル付近で消化装置として利用される洞穴にて、長期的な反応によってメタン含有バイオガスに変換される。
【００２５】
バイオガス製造を直ちに開始するために、本発明は、その有利な設計として、生体有機物の導入段階においてバイオマスを種汚泥に接触させることを提案する。また、メタン菌を活性化してバイオガスをより短期間で製造するために、導入した生体有機物残渣を天然ガス又はバイオガスによる加圧により消化汚泥と混合する点においても有利である。より長いスタートアッププロセスが可能であれば、種汚泥の添加は省いてもよい。蓄積した坑内ガスは利用前に採取されることが、坑内ガスの製造による経験から知られている。プラントの故障時には、急増した蓄積ガスは、ガスフレアによって燃やされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明をその実施形態を基に詳細に説明する。
【００２７】
後述する本発明によれば、利用例としては、使用されていない且つまだ浸水していない硬炭坑であって、約４００ｍの深さを有し、坑内ガスが極めて大量に蓄積し、約１００万立方メートルの鉱坑容積を有する硬炭抗が挙げられる。このように選択された鉱坑は、硬質炭の採鉱において極めて危険であると分類される。これは、坑内ガスが炭層から鉱区に連続的に流れ込むため、この坑内ガスを換気システムにより取り除く必要があるためである。本発明による方法では、鉱坑の閉鎖後も層から減少傾向ながらも流れ出続ける坑内ガスの利用を提案するものであり、ガス製造全体に完全に組み込むものである。坑内ガスの蓄積は数年にわたって減少しているため、坑内ガス及びバイオガスの混合物を製造するために、坑内ガス利用を本発明の解決手段と組み合わせる。現在まで、坑内ガスは、管理されずに大気中に放出されている。坑内ガスは、二酸化炭素よりも２０倍強力であることが知られる温室効果を引き起こす。また、鉱水が少量含まれるが、鉱水が流れ出得る箇所は、生体有機物の導入前に密封される。
【００２８】
その後、立坑１１、１２、横坑及び盲立坑１０、坑道６及び沿層坑道７のすべてにおいて、バイオガス及び坑内ガスを誘導するポイントが決定される。決定されたポイントにおいて洞穴へ続く誘導穿孔８の直径は、約２０ｃｍである。既存の換気穿孔及び換気立坑１１、１２は、ガスを誘導するためにも用いることができる。
【００２９】
鉱坑内に死角、即ち、ガスの誘導に関与しない領域、が生じないように、異なる横坑、立坑、坑道６及び／又は沿層坑道７の間に接続部が設けられている。鉱坑においてほぼ水平な坑道６及び沿層坑道７の端部には、坑道を上昇させることによりガスを誘導するための最頂部が設けられている。上記ポイントでは、ガスを確実に誘導するために、より高い階層レベルの洞穴へ繋がる所定の穿孔８が設けられている。同様の方法が、地表近くのガス収集リザーバ９へ続く全ての洞穴の接続部にも適用されている。垂直盲立坑１０の頂点からは、そこに蓄積するガスを誘導するために、隣接する洞穴へ繋がる穿孔８が設けられている。鉱坑の地表面では、ガスの採取や生体有機物残渣の導入に使用されない全ての開口部は密封されている。上記選択された鉱坑は、３つの換気立坑１１、１２を有している。代表的な実施例では、２つの換気立坑１３は密閉され、その上部には、立坑のそれぞれから隣接する坑道又は他の洞穴へ繋がる接続部が設けられている。第３の換気立坑１２は、ガスが、ガス収集リザーバ９に誘導されるように構成され、坑内ガス及びバイオガスの連続的な採取及び蓄積に利用される。
【００３０】
生体有機物残渣は、１日に約３００トンが鉱坑に導入される。これらは、家庭、農業、都市、林業、工業及び商業の各分野から供給され、例えば、都市下水汚泥、家畜飼育からの液肥、草木、芝刈り、生垣及び木の切り落とし、及び屠畜場、酪農場、醸造所から出る腐敗した食物や残渣が用いられる。これらの生体有機物残渣は、バイオガスを製造するための理想的な混合物を構成する。本発明の方法では、生体有機物の予備分解は必要とならない。これは、鉱坑内のコンディションから、長期的な反応による生体有機物質の液化が確実に行われるためである。
【００３１】
生体有機物残渣を導入するために、既存の坑口立坑の上部５〜１０ｍには混合積重容器１が備えられており、この容器１には開口部２が設けられている。この開口部２は、生体有機物残渣を鉱坑へ導入するため及び坑口立坑を閉鎖するための空気圧駆動スライドによって制御されるように構成されている。更に、混合積重容器１は、撹拌装置３を備えて構成されている。この容器は、寒冷期における設備としても使用される。このため、この容器は、地表レベル１５付近においてカバー１４を備えて構成される。本発明による鉱坑利用のための開坑準備が全て完了すると、生体有機物残渣がコンテナ積載貨物車で運び込まれ、混合積重容器１に充填され、同時に、近隣都市の都市下水処理場から得られる種汚泥が添加される。その後、容器の内容物は撹拌装置３により撹拌され、続いてスライドが開かれて、内容物が鉱坑内に導入される。
【００３２】
この導入工程の間、約１００立方メートルの種汚泥が添加される。この汚泥は、都市下水処理場の密閉型消化塔から得られる前処理下水汚泥であり、消化装置内でのバイオガスの製造を開始促進する。
【００３３】
本発明で使用する鉱坑内の温度は、最下レベル４では２０℃で一定に保たれる。このため、このレベル４は、変換させる物質の自己発熱も考慮すると、バイオガスの製造方法に利用可能である。洞穴に導入される生体有機物残渣は、嫌気性生物分解による自己発熱に加えて、無限に利用可能な地熱により、エネルギーの追加供給がなくとも温度調節がなされる。
【００３４】
約１ヵ月で、坑内ガス及びバイオガスの混合物のメタン含量は４５％に上昇する。このため、この期間の後は、ブロック火力発電所５において製造ガスによるエネルギーの回収が可能になる。この鉱坑では、坑内ガスに加えて、一定量の導入物質から１日あたり約１７０００ｍ３のバイオガスを製造することができる。このバイオガスは、坑内ガスと混合され、鉱坑から採取されて、既に連結されているブロック火力発電所５にて電気エネルギーに変換される。ガスの蓄積量が大きいため、連結されたブロック火力発電所５は、他に４つのモジュールを備えている。このモジュールは、それぞれのエンジンが４００〜５００ｋＷの容量を有している。
【００３５】
この例において、回避される熱損失と、環境中への大量の二酸化炭素の放出抑制量とを、密閉加熱型消化装置において用いられる公知の方法と比較して計算すると以下のようになる。熱損失を含め、一日あたり３００ｔの生体有機物の汚泥を消化するために必要な熱は、次式で表される。
【００３６】
【数１】
【００３７】
６５％メタン含有バイオガスでは、一日あたり１２２５０ｋＷｈは１日あたり５９５２ｍ３のバイオガスに相当し、これが本発明の解決手段により抑えられていることになる。地熱を利用するため、温室効果ガスである二酸化炭素の大気中への放出を、一日あたり４１１７．６ｋｇ（一年あたり約１５０３トンに相当）抑えることができる。
【００３８】
したがって、本発明によって世界中で１００箇所の鉱坑が改造され、消化プラントに利用されるだけでも、１年あたり１５００００トンの二酸化炭素の放出を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明によるプラントの垂直断面略図を示す。
【図２】前記プラントの水平断面略図を示す。
【符号の説明】
【００４０】
1 混合積重容器
2 開口部
3 撹拌装置
4 レベル
5 ブロック火力発電所
6 坑道
7 沿層坑道
8 穿孔
9 ガス収集ポイント
10 盲立坑
11 第１及び第２換気立坑
12 第３換気立坑
13 密閉型換気立坑
14 カバー
15 地表
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオガスを、家庭、農業、林業、工業及び商業の各分野からの様々なバイオマス（バイオマス）から、様々な菌株のメタン菌によって嫌気性アルカリ性汚泥消化により製造するプラントであって、バイオマスの消化装置及び供給管を含んで構成されるプラントに関する。
【０００２】
また、本発明は、バイオガスをバイオマスから製造する方法であって、様々なバイオマスを、自然の中に存在する少なくとも１つの消化装置に導入し、様々な菌株のメタン菌によって嫌気性アルカリ性汚泥消化の原理によりメタンを含有するバイオガスに変換する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
メタン含有ガスは、例えば、硬炭抗における掘削によっても生成される（坑内ガス）。坑内ガスもまた、バイオガス同様、２つの主要な成分（メタン及び二酸化炭素）を含む。坑内ガスは、硬炭抗内で層（炭層）にかかる圧力が開放されるか又は減少すると、これに伴ってこの層から流れ出る。独国特許出願１７５８６２８号公報の導入部分に記載されるように、十分な量の坑内ガスを製造すると同時に、潜在的に起こりうるガスと空気との爆発性の混合を避けるために、坑内ガスは採鉱時に穿孔を通して層から直接採取される。採鉱硬炭抗の立坑内には空気が含まれるため、生成されるガスはメタンと空気との混合物となる。メタン成分はその混合物の８０％を占めており、これは、技術的な利用目的に照らせば十分に高い割合であるといえる。一方、使用されていない坑道を密閉してその場に含まれる坑内ガスを採取する場合には、この混合物には大量の空気が含まれることになる。
【０００４】
独国特許出願３５３８１８３号公報により、立坑を廃水プラントとして利用することが知られている。しかしながら、ここでは立坑を廃水処理に使用するのみであり、バイオガスの製造は伴わない。
【０００５】
長い間、従来技術の一部では、大都市下水プラントの沈殿設備からの下水汚泥を、第１の消化段階として、メタン菌により密閉型消化設備にて２８〜４２℃（中温範囲）で１０〜２１日で分解し、生体有機物質の一部をバイオガスに変換してきた。稀に、この生物学的処理は４２〜６０℃（高温範囲）でも行われる。第１の消化段階に続いては、第２の消化段階が行われ、この第２の消化段階では、開放型無加温第２消化リザーバにて最大１００日の滞留時間で、生体有機物質を更に分解する。しかしながら、この公知の方法の問題点は、生体有機物質を加熱して所定の消化温度に到達させるために大量のエネルギーが必要とされることにある。更に、この公知の方法は、二酸化炭素の大量放出も伴ってしまう。最近、解決手段として、家畜飼育による液肥、及び、家庭や工業分野からの他の生体有機物残渣、の少なくとも一方を、下水汚泥に添加することが提案されてきている。これらの物質から製造されたバイオガスは、主にボイラープラントで燃やされ、得られた蒸気は、密閉型消化プラント内の供給物質を加熱するために利用される。余剰のバイオガスは、暖候期には、主にブロック火力発電所での発電に利用される。一方冬期には、下水プラントからの下水汚泥及び添加された生体有機物質を平均５℃から約３３℃に加熱しなければならないため、この工程にて、製造されたバイオガスのほぼ全てが使用される。
【０００６】
乾燥された新鮮な下水汚泥及び消化汚泥の少なくとも一方で構成される生体有機物質は、他の生体有機物残渣と混合され、堆肥化される。その後、農業や、荒廃した土地の再耕作に利用される。ＤＥ−ＯＳ４００３４８７号には、消化装置に導入された汚泥を安定化する方法が記載されている。この方法では、予備段階の間に好気性／嫌気性処理が行われる。この方法の問題点は、好気性予備処理では、バイオガスは製造されずに二酸化炭素のみが製造されてしまうことにある。独国特許出願１７５８６２８号公報には、既に部分的に採鉱された地中硬質炭鉱床において、入口立坑を閉じ、坑内ガスを採掘地点から地表に導いて、坑内ガスを製造する方法が記載されている。オーストリア特許３６１０１５号には、バイオガスを製造する方法とそのプラントが記載されている。このプラントは、好気的に前処理された生体有機廃棄物のための地上発酵及び沈殿ボイラーが複数個配列されたものである。欧州特許出願１４８８８５５号公報には、生体有機物残渣からバイオガスを製造する方法及びそのプラントが記載されている。ここでは、生体有機物残渣は、部分的に生物学的に分解される前に、粉砕、圧縮されて、水分除去が行われる。ここで、圧縮は、水分除去によって生体有機物残渣が少なくとも５０％減量されるように行われる必要がある。これら公知の解決手段はどれも、技術的に多大な努力が必要であり、加えて運転コストが極めて高く、製造ガスの利用可能性には制限が付いてしまう。従来技術による方法及びプラントの完全な要約が、H. Roediger、M. Roediger及びH. Kappによる参考書「Anaerobe alkalische Schlammfaulung（嫌気性アルカリ性汚泥消化）」、Oldenbourg-Verlag Munich Vienna出版（第４版、１９９０年版）に記載されている。また、家庭残渣や工業残渣は、前処理を経ずに埋立処分地に廃棄されることが知られている。これら残渣物の生体有機物質の大部分は、大気酸素に占められている。この大気酸素は、プロセス加熱により環境にとって有害な二酸化炭素に好気的に変換される。このため堆肥化が行われることとなった。更に大量の残渣を積重ねると、大気酸素のアクセスが制限されるため、好気性微生物は死滅する。その後、メタン菌がより多くの生体有機物質の分解を引き継いで埋立地ガスを生成する。少量の埋立地ガスやメタン成分を少量含むガスは焼却される。多量に存在する場合にのみ、ブロック火力発電所での発電に利用される。
【０００７】
さらに、主として生体有機物残渣の処分に利用されるこれら公知の解決手段では、生体有機物残渣を既定の消化温度まで加熱するために必要な、また、熱放射による不可避な損失を補うために必要なエネルギーの消費量が極めて大きくなってしまうと共に、バイオガスや化石燃料の燃焼により多大な量の二酸化炭素が生成されてしまう。家庭や工業分野からの生体有機物残渣物を都市下水汚泥又は家畜飼育による液肥に添加し、この混合物を消化プラント内にて嫌気性アルカリ性汚泥消化に供する場合、細菌性分解を短い消化時間内で行うために、また、汚泥ポンプにより物質の採取を行うために、例えばＥＰ１４８８８５５Ａ１に記載されるような、機械による分解が必要となる。更に、添加される生体有機物の分解処理に先立ち、プラントの破損を防止するために、費用の嵩む工程、即ち、混入物（石、ガラス、金属及びプラスチック）の選別と処分が必要となる。これらの工程には、金銭的にも技術的にも大変なコストがかかってしまう。一方、開放型第２消化リザーバで生産される高メタン含有バイオガスは、利用されずに大気中に放出され、温室効果を促進する。都市下水処理場からの選別ゴミは、主に汚れた紙ごみ及び布類で構成され、埋立処分地に廃棄されるか焼却される。このため、現在のところ利用可能となっていない。生体有機物残渣の堆肥化の主な問題点は、分解された生体有機物質の１００％が二酸化炭素に変換されるため、この温室効果ガスによって重度の環境汚染につながってしまうことにある。加えて、技術的及び生態学的な問題点として、生体有機物残渣物の前処理を行う公知の方法では、相当なコストがかかってしまうことが挙げられる。
【０００８】
生体有機物を製造する方法について、独国特許出願１００６２０３０号公報には、複雑で非腐食性の生産設備を建造せずに大量の生体有機物を生成できるように、密閉型又は開放型発酵タンクに代えて、使われなくなった岩塩坑内にて塩分を含んだ壁を有する廃洞穴を発酵に利用することが記載されている。しかしながら、好塩性生物を変換に利用する工程しか用いることができない。換言すれば、この生物の培養生育には多量の塩が必要であり、この生物はこのような条件下であるときにのみ活動する。したがって、現行の方法にはバイオガスの生成は含まれていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、バイオマスからバイオガスを製造するプラント及び方法であって、製造コスト及びエネルギーコストを大幅に削減し、更には、大量の物質をエネルギー源として有用なメタン含有ガスに変換するために難分解性生体有機物残渣の前処理を行うための人件費を大幅に削減するプラント及び方法を提供することにある。更に、地球の気候保護の要求を満たし、メタン含有燃料や化石燃料を慣習的に燃焼することにより発生する二酸化炭素の温室効果を回避することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的は、請求項１に記載の特徴を有するプラントと、請求項１０に記載の方法により達成される。プラントや方法の設計は、従属項に記載する。
【００１１】
このような、生体有機物残渣からのバイオガスの製造では、即ち、様々な菌株のメタン菌による嫌気性アルカリ性汚泥消化の原理により長期的な反応によって行われるバイオガスの製造では、使用されていない硬炭抗の利用がとりわけ適切である。これは、廃硬炭抗を利用することにより密閉型消化設備を建造する投資費用が抑えられるためである。そのために、本発明による解決手段には、横坑、坑道及び沿層坑道など、鉱坑内に存在する洞穴を含む必要がある。
【００１２】
本発明による特に好ましい効果は、メタン菌の理想的な生存条件及び反応条件を提供する所定の温度レベルをもたらすためのエネルギー源として、付加的に加熱を行わなくても、地熱を利用できる点である。
【００１３】
メタン菌は極めて順応性が高く、また様々な菌株が存在するため、５℃〜７０℃の温度範囲、即ち、好冷性菌の適応範囲（１０℃未満）、中間的な温暖な範囲（１０℃〜２８℃）、中温性菌の適応範囲（２８℃〜４２℃）及び好熱性菌の適応範囲（４２℃〜７０℃）、にあるバイオマスを、バイオガスに変換することができる。即ち、メタン菌は、７０℃を超える温度でのみ死滅する。したがって、この温度範囲内の温度が長期の反応を通して、生体有機物残渣の自己発熱をも考慮に入れた上で、維持される洞穴が、消化装置として有用である。
【００１４】
本発明によるプラント及び方法は、再生可能なエネルギーを以下のように三重にも利用することができる。
ａ）蓄積した少量の坑内ガスからエネルギーを回収。これにより温室効果を回避できる。
ｂ）導入された生体有機物残渣を地熱で加熱。これにより、加熱にかかるコストを大幅に抑えることができ、また、二酸化炭素を含む温室効果ガスが環境中に排出されることを防ぐことができる。
ｃ）メタン菌による最長２０年の長期的な反応によりバイオガスを製造。これにより、例えば生垣や木の刈り落としなどの残留物質であっても、ほぼ完全に分解できる。現在知られている１０〜２１日の滞留時間を伴う方法では、これらのセルロース残渣は元の状態のまま残留してしまう。
【００１５】
製造されたバイオガスは、ブロック火力発電所や発電用の高温燃料電池などの、公知のガス利用設備に供給される。更に、このような、環境に害を及ぼさずに機能するプラントを、公知の坑内ガス製造と組み合わせることができ、また、製造したガスを経済的に利用する設備、特に発電設備に、接続することができる。
【００１６】
更に、既に坑内ガスが採取されてエネルギーの回収に利用された後の、坑内ガスが不十分となったためにもはや効果的に役割を果たせない硬炭抗を、本発明によるプラントに改造することで、極めて有利な相乗効果を得ることができる。本発明の特に好ましい効果として、使用されていない地下鉱坑において坑内ガス製造とバイオガス製造とを組み合わせることができる。この鉱坑は、既に坑内ガスの製造に利用されていて、このため全ての洞穴が換気システムを介して接続されているため、横坑、立坑及び盲立坑の間に更に穿孔を設ける必要がない。
【００１７】
既存のプラント部分及び坑内ガスを利用するための設備、例えばアスピレータ及びブロック火力発電所などを、再び稼動して、最小限の改造努力で本発明によるバイオガスの製造に利用することができる。坑内ガス製造及びバイオガス製造を組み合わせることで、ガスの生産量をより多くすることができる。坑内ガスの残量が少ないとしても、製造したバイオガスと共に経済的に利用することができるため、坑内ガスが大気中に放出されることがない。したがって、未採掘層におけるガス製造を、本発明によるプラント及び方法に組み込むことで、エネルギーの回収に利用可能なバイオガスの製造にも有利となる。
【００１８】
更に、本発明は、最大限のエネルギー回収効率が得られるように、将来的に坑内ガスの利用が計画された地下鉱坑や最初から組み合わせによる利用が計画された地下鉱坑を、バイオガス製造と組み合わせることを提案する。
【００１９】
当然ながら、本発明によれば、大量の坑内ガスを有し採取及び利用が既に行われた鉱坑において、引き続き嫌気性アルカリ性汚泥消化との組み合わせを利用することもまた可能である。
【００２０】
例えば、横坑、坑道及び鉱坑洞穴など採掘活動により造り残された複雑な洞穴を多数の有する使用されていない地下鉱坑を含んだガス製造プラントでは、消化装置として、盲立坑や水平坑道及び坑道を少なくとも２つ利用する。これらは、ガスを誘導する所定の穿孔によって１又は複数のポイント（地点）にて接続され、このガス排出穿孔の全てが、鉱坑の最頂部に位置するガス収集リザーバに連通するように構成される。これにより、鉱坑内にて死角の生じる可能性が小さくなる。穿孔の直径は、製造するガスの量に依存する。また、穿孔の直径は、最下レベルでは地表面近くに比べて著しく小さく構成される。その一方で、入り込んだ残渣によっても閉塞しないように構成される。
【００２１】
盲立坑は、地表面との接続部を持たないため、ガス収集立坑として利用することができる。このとき、盲立坑は、ガス利用ステーションに続く補助穿孔を備えて構成される。一方、ガスの収集に利用されない盲立坑もまた、このような穿孔を備えて構成される。これは、この盲立坑内にガスを誘導し、このメタン含有ガスを盲立坑からガス利用ステーションに導くためである。最大１０００万ｍ３の空隙容量を有する複合鉱坑として複数の鉱坑が含まれる場合、坑内ガス製造及びバイオガス製造をよりよく制御するために、接続されている横坑を塞ぐ必要がある。本発明による解決手段では、洞穴のすべてが生体有機物残渣で完全に満たされたときにのみ、複合鉱坑の他の鉱坑を含んでもよい。
【００２２】
大型の鉱坑又は複合鉱坑では、大量に蓄積したガスの一時的な中間貯留槽としてガスタンクが設けられる。製造直後の利用には供されないガスは、鉱坑内のガス収集リザーバから供給管を介して２０〜５０ミリバールで加圧されてガスタンクへ導かれる。更に、本発明では、非活動状態の、既に浸水した鉱坑を使用することもできる。これは、浸水した水は、大きな技術的な努力を伴わずに洞穴から取出すことができるためである。
【００２３】
生物学的処理により製造され、ガス収集リザーバ又は中間ガス貯留槽に一時的に貯蔵されたバイオガスはそれぞれ、坑内ガス製造と組み合わせる場合には二酸化炭素除去後に採取されたメタンガスと混合されてもよく、また天然ガス網に直接供給されてもよく、またブロック火力発電所や発電用の高温燃料電池などの公知のガス利用設備に供給管を介して個別に供給されてもよい。更に、複合鉱坑においてガスが高蓄積する場合、二酸化炭素を、ガス混合物から圧力又は膜法によって分離することができ、液化して利用に供することができる。例えば、二酸化炭素は、効果的な消火剤として極めて有用である。
【００２４】
上述のような硬炭坑の改造に加え、本発明によるバイオガスの製造方法は、予備分解処理を予め行わずに生体有機物残渣を導入することを提案する。未分解生体有機物であっても、廃硬炭坑の最下レベル付近で消化装置として利用される洞穴にて、長期的な反応によってメタン含有バイオガスに変換される。
【００２５】
バイオガス製造を直ちに開始するために、本発明は、その有利な設計として、生体有機物の導入段階においてバイオマスを種汚泥に接触させることを提案する。また、メタン菌を活性化してバイオガスをより短期間で製造するために、導入した生体有機物残渣を天然ガス又はバイオガスによる加圧により消化汚泥と混合する点においても有利である。より長いスタートアッププロセスが可能であれば、種汚泥の添加は省いてもよい。蓄積した坑内ガスは利用前に採取されることが、坑内ガスの製造による経験から知られている。プラントの故障時には、急増した蓄積ガスは、ガスフレアによって燃やされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明をその実施形態を基に詳細に説明する。
【００２７】
後述する本発明によれば、利用例としては、使用されていない且つまだ浸水していない硬炭坑であって、約４００ｍの深さを有し、坑内ガスが極めて大量に蓄積し、約１００万立方メートルの鉱坑容積を有する硬炭抗が挙げられる。このように選択された鉱坑は、硬質炭の採鉱において極めて危険であると分類される。これは、坑内ガスが炭層から鉱区に連続的に流れ込むため、この坑内ガスを換気システムにより取り除く必要があるためである。本発明による方法では、鉱坑の閉鎖後も層から減少傾向ながらも流れ出続ける坑内ガスの利用を提案するものであり、ガス製造全体に完全に組み込むものである。坑内ガスの蓄積は数年にわたって減少しているため、坑内ガス及びバイオガスの混合物を製造するために、坑内ガス利用を本発明の解決手段と組み合わせる。現在まで、坑内ガスは、管理されずに大気中に放出されている。坑内ガスは、二酸化炭素よりも２０倍強力であることが知られる温室効果を引き起こす。また、鉱水が少量含まれるが、鉱水が流れ出得る箇所は、生体有機物の導入前に密封される。
【００２８】
その後、立坑１１、１２、横坑及び盲立坑１０、坑道６及び沿層坑道７のすべてにおいて、バイオガス及び坑内ガスを誘導するポイントが決定される。決定されたポイントにおいて洞穴へ続く誘導穿孔８の直径は、約２０ｃｍである。既存の換気穿孔及び換気立坑１１、１２は、ガスを誘導するためにも用いることができる。
【００２９】
鉱坑内に死角、即ち、ガスの誘導に関与しない領域、が生じないように、異なる横坑、立坑、坑道６及び／又は沿層坑道７の間に接続部が設けられている。鉱坑においてほぼ水平な坑道６及び沿層坑道７の端部には、坑道を上昇させることによりガスを誘導するための最頂部が設けられている。上記ポイントでは、ガスを確実に誘導するために、より高い階層レベルの洞穴へ繋がる所定の穿孔８が設けられている。同様の方法が、地表近くのガス収集リザーバ９へ続く全ての洞穴の接続部にも適用されている。垂直盲立坑１０の頂点からは、そこに蓄積するガスを誘導するために、隣接する洞穴へ繋がる穿孔８が設けられている。鉱坑の地表面では、ガスの採取や生体有機物残渣の導入に使用されない全ての開口部は密封されている。上記選択された鉱坑は、３つの換気立坑１１、１２を有している。代表的な実施例では、２つの換気立坑１３は密閉され、その上部には、立坑のそれぞれから隣接する坑道又は他の洞穴へ繋がる接続部が設けられている。第３の換気立坑１２は、ガスが、ガス収集リザーバ９に誘導されるように構成され、坑内ガス及びバイオガスの連続的な採取及び蓄積に利用される。
【００３０】
生体有機物残渣は、１日に約３００トンが鉱坑に導入される。これらは、家庭、農業、都市、林業、工業及び商業の各分野から供給され、例えば、都市下水汚泥、家畜飼育からの液肥、草木、芝刈り、生垣及び木の切り落とし、及び屠畜場、酪農場、醸造所から出る腐敗した食物や残渣が用いられる。これらの生体有機物残渣は、バイオガスを製造するための理想的な混合物を構成する。本発明の方法では、生体有機物の予備分解は必要とならない。これは、鉱坑内のコンディションから、長期的な反応による生体有機物質の液化が確実に行われるためである。
【００３１】
生体有機物残渣を導入するために、既存の坑口立坑の上部５〜１０ｍには混合積重容器１が備えられており、この容器１には開口部２が設けられている。この開口部２は、生体有機物残渣を鉱坑へ導入するため及び坑口立坑を閉鎖するための空気圧駆動スライドによって制御されるように構成されている。更に、混合積重容器１は、撹拌装置３を備えて構成されている。この容器は、寒冷期における設備としても使用される。このため、この容器は、地表レベル１５付近においてカバー１４を備えて構成される。本発明による鉱坑利用のための開坑準備が全て完了すると、生体有機物残渣がコンテナ積載貨物車で運び込まれ、混合積重容器１に充填され、同時に、近隣都市の都市下水処理場から得られる種汚泥が添加される。その後、容器の内容物は撹拌装置３により撹拌され、続いてスライドが開かれて、内容物が鉱坑内に導入される。
【００３２】
この導入工程の間、約１００立方メートルの種汚泥が添加される。この汚泥は、都市下水処理場の密閉型消化塔から得られる前処理下水汚泥であり、消化装置内でのバイオガスの製造を開始促進する。
【００３３】
本発明で使用する鉱坑内の温度は、最下レベル４では２０℃で一定に保たれる。このため、このレベル４は、変換させる物質の自己発熱も考慮すると、バイオガスの製造方法に利用可能である。洞穴に導入される生体有機物残渣は、嫌気性生物分解による自己発熱に加えて、無限に利用可能な地熱により、エネルギーの追加供給がなくとも温度調節がなされる。
【００３４】
約１ヵ月で、坑内ガス及びバイオガスの混合物のメタン含量は４５％に上昇する。このため、この期間の後は、ブロック火力発電所５において製造ガスによるエネルギーの回収が可能になる。この鉱坑では、坑内ガスに加えて、一定量の導入物質から１日あたり約１７０００ｍ３のバイオガスを製造することができる。このバイオガスは、坑内ガスと混合され、鉱坑から採取されて、既に連結されているブロック火力発電所５にて電気エネルギーに変換される。ガスの蓄積量が大きいため、連結されたブロック火力発電所５は、他に４つのモジュールを備えている。このモジュールは、それぞれのエンジンが４００〜５００ｋＷの容量を有している。
【００３５】
この例において、回避される熱損失と、環境中への大量の二酸化炭素の放出抑制量とを、密閉加熱型消化装置において用いられる公知の方法と比較して計算すると以下のようになる。熱損失を含め、一日あたり３００ｔの生体有機物の汚泥を消化するために必要な熱は、次式で表される。
【００３６】
【数１】
【００３７】
６５％メタン含有バイオガスでは、一日あたり１２２５０ｋＷｈは１日あたり５９５２ｍ３のバイオガスに相当し、これが本発明の解決手段により抑えられていることになる。地熱を利用するため、温室効果ガスである二酸化炭素の大気中への放出を、一日あたり４１１７．６ｋｇ（一年あたり約１５０３トンに相当）抑えることができる。
【００３８】
したがって、本発明によって世界中で１００箇所の鉱坑が改造され、消化プラントに利用されるだけでも、１年あたり１５００００トンの二酸化炭素の放出を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明によるプラントの垂直断面略図を示す。
【図２】前記プラントの水平断面略図を示す。
【符号の説明】
【００４０】
1 混合積重容器
2 開口部
3 撹拌装置
4 レベル
5 ブロック火力発電所
6 坑道
7 沿層坑道
8 穿孔
9 ガス収集ポイント
10 盲立坑
11 第１及び第２換気立坑
12 第３換気立坑
13 密閉型換気立坑
14 カバー
15 地表
【特許請求の範囲】
【請求項１】
家庭、農業、林業、工業、商業の各分野からの様々なバイオマス（生体有機物残渣）から、様々な菌株のメタン菌による嫌気性アルカリ性汚泥消化により、バイオガスを製造し、前記生体有機物残渣の消化装置及び供給管を備えるプラントであって、
前記消化装置は、過去の採掘活動により造り残され、使用されていない硬炭抗における少なくとも２つのほぼ水平な地下洞穴を含んで構成され、
前記鉱坑の前記洞穴の全ては、所定の誘導穿孔（８）により１又は複数のポイントにおいて相互に接続され、前記穿孔の全ては前記鉱坑の最頂部に位置するガス収集リザーバに連通するように構成される
ことを特徴とするバイオガス製造プラント。
【請求項２】
前記穿孔（８）の直径は、約２０ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載のバイオガス製造プラント。
【請求項３】
前記ガス収集リザーバは、前記ガスを、連結された発電用利用設備へ移送するための採取設備及び接続管を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のバイオガス製造プラント。
【請求項４】
前記使用されていない硬炭抗の坑口立坑が、前記生体有機物残渣の導入に使用されることを特徴とする請求項１〜３に記載のバイオガス製造プラント。
【請求項５】
前記坑口立坑の上部５〜１０ｍは、前記生体有機物残渣を受け入れる混合積重容器（１）として分画され、
前記容器は、撹拌装置（３）、断熱用のカバー（１４）を備え、
前記容器は、その底端部に、前記生体有機物残渣を導入するための、不連続式開口部（２）用の空気圧駆動スライドを備える
ことを特徴とする請求項１〜４に記載のバイオガス製造プラント。
【請求項６】
前記ガス収集リザーバは、供給管を介して、大量に蓄積され即時利用されないガスを一時的に貯留するガスタンクに接続されることを特徴とする請求項１〜５に記載のバイオガス製造プラント。
【請求項７】
前記消化装置内の温度は、地熱及び消化工程における自己発熱のみにより５℃〜７０℃の範囲に維持されることを特徴とする請求項１〜６に記載のバイオガス製造プラント。
【請求項８】
ガスの採取及び前記生体有機物残渣の導入に使用されない全ての立坑及び沿層坑道は、密閉及び地表面にて密封されることを特徴とする請求項１〜７に記載のバイオガス製造プラント。
【請求項９】
前記消化装置は、前記生体有機物残渣を前記鉱坑に導入する前に、空気と、天然ガス、バイオガス及びプロパンブタン混合物の少なくとも１つと、の混合物で常圧充填されることを特徴とする請求項８に記載のバイオガス製造プラント。
【請求項１０】
家庭、農業、林業、工業及び商業の各分野からの様々な有機性廃棄物を、自然の中に存在する少なくとも１つの消化装置に導入し、様々な菌株のメタン菌による嫌気性アルカリ性汚泥消化の原理によりメタン含有バイオガスに変換する、バイオガスの製造方法であって、
前記生体有機物残渣を、使用されていない硬炭抗内の少なくとも２つの地下洞穴に、予備分解処理を行わずに大量に導入し、
該地下洞穴は、過去の採掘活動により造り残され、穿孔（８）により相互に接続された消化装置の役割をするように構成され、
前記汚泥消化を、５℃〜７０℃の温度範囲にて、長期的な反応により行う
ことを特徴とするバイオガス製造方法。
【請求項１１】
前記洞穴は、所定の誘導穿孔によって１又は複数のポイントにて相互に接続され、
前記穿孔の全ては、前記鉱坑の最頂部に位置するガス収集リザーバに連通するように構成される
ことを特徴とする請求項１０に記載のバイオガス製造方法。
【請求項１２】
前記バイオガスを、前記ガス収集リザーバから、採取設備及び接続管を介して、必要に応じて連結された発電用利用設備に移送することを特徴とする請求項１１に記載のバイオガス製造方法。
【請求項１３】
前記生体有機物残渣を、坑内ガスの製造と利用のために既に改造された硬炭抗内に、少なくとも１つの穿孔（８）を介し、洞穴内の最下レベル（４）まで、導入し、
このとき製造された前記バイオガスを、今尚製造されている坑内ガスと混合し、その後の利用のために採取する
ことを特徴とする請求項１０〜１２に記載のバイオガス製造方法。
【請求項１４】
前記消化装置内の前記メタン菌の生存と反応に必要な条件である５℃〜７０℃の温度範囲を、前記鉱坑内の地熱と、前記生体有機物質の前記嫌気性生物分解による自己発熱との組み合わせにより維持し、
前記生体有機物残渣の変換を、好冷性、中温性及び好熱性菌の少なくとも１つの適応温度範囲にて、又は、例えば温暖な範囲のような中間的な範囲にて行う
ことを特徴とする請求項１０〜１３に記載のバイオガス製造方法。
【請求項１５】
前記生体有機物残渣は、導入工程の間に、種汚泥と共に充填し、
得られた種生体有機物残渣を、天然ガス及びバイオガスの少なくとも一方で加圧することにより、前記消化装置内に既に含まれる消化汚泥と混合する
ことを特徴とする請求項１０〜１４に記載のバイオガス製造方法。
【請求項１６】
前記生体有機物残渣を前記鉱坑に導入する前に、ガスの採取又は生体有機物残渣の導入に使用されない全ての立坑及び沿層坑道を、密閉及び地表面にて密封し、その後、存在する空気を吸引して負圧にし、その直後に、天然ガス、バイオガス及びプロパンブタン混合物の少なくとも１つを圧力バランスがとれるまで導入することを特徴とする請求項１０〜１５に記載のバイオガス製造方法。
【請求項１】
家庭、農業、林業、工業、商業の各分野からの様々なバイオマス（生体有機物残渣）から、様々な菌株のメタン菌による嫌気性アルカリ性汚泥消化により、バイオガスを製造し、前記生体有機物残渣の消化装置及び供給管を備えるプラントであって、
前記消化装置は、過去の採掘活動により造り残され、使用されていない硬炭抗における少なくとも２つのほぼ水平な地下洞穴を含んで構成され、
前記鉱坑の前記洞穴の全ては、所定の誘導穿孔（８）により１又は複数のポイントにおいて相互に接続され、前記穿孔の全ては前記鉱坑の最頂部に位置するガス収集リザーバに連通するように構成される
ことを特徴とするバイオガス製造プラント。
【請求項２】
前記穿孔（８）の直径は、約２０ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載のバイオガス製造プラント。
【請求項３】
前記ガス収集リザーバは、前記ガスを、連結された発電用利用設備へ移送するための採取設備及び接続管を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のバイオガス製造プラント。
【請求項４】
前記使用されていない硬炭抗の坑口立坑が、前記生体有機物残渣の導入に使用されることを特徴とする請求項１〜３に記載のバイオガス製造プラント。
【請求項５】
前記坑口立坑の上部５〜１０ｍは、前記生体有機物残渣を受け入れる混合積重容器（１）として分画され、
前記容器は、撹拌装置（３）、断熱用のカバー（１４）を備え、
前記容器は、その底端部に、前記生体有機物残渣を導入するための、不連続式開口部（２）用の空気圧駆動スライドを備える
ことを特徴とする請求項１〜４に記載のバイオガス製造プラント。
【請求項６】
前記ガス収集リザーバは、供給管を介して、大量に蓄積され即時利用されないガスを一時的に貯留するガスタンクに接続されることを特徴とする請求項１〜５に記載のバイオガス製造プラント。
【請求項７】
前記消化装置内の温度は、地熱及び消化工程における自己発熱のみにより５℃〜７０℃の範囲に維持されることを特徴とする請求項１〜６に記載のバイオガス製造プラント。
【請求項８】
ガスの採取及び前記生体有機物残渣の導入に使用されない全ての立坑及び沿層坑道は、密閉及び地表面にて密封されることを特徴とする請求項１〜７に記載のバイオガス製造プラント。
【請求項９】
前記消化装置は、前記生体有機物残渣を前記鉱坑に導入する前に、空気と、天然ガス、バイオガス及びプロパンブタン混合物の少なくとも１つと、の混合物で常圧充填されることを特徴とする請求項８に記載のバイオガス製造プラント。
【請求項１０】
家庭、農業、林業、工業及び商業の各分野からの様々な有機性廃棄物を、自然の中に存在する少なくとも１つの消化装置に導入し、様々な菌株のメタン菌による嫌気性アルカリ性汚泥消化の原理によりメタン含有バイオガスに変換する、バイオガスの製造方法であって、
前記生体有機物残渣を、使用されていない硬炭抗内の少なくとも２つの地下洞穴に、予備分解処理を行わずに大量に導入し、
該地下洞穴は、過去の採掘活動により造り残され、穿孔（８）により相互に接続された消化装置の役割をするように構成され、
前記汚泥消化を、５℃〜７０℃の温度範囲にて、長期的な反応により行う
ことを特徴とするバイオガス製造方法。
【請求項１１】
前記洞穴は、所定の誘導穿孔によって１又は複数のポイントにて相互に接続され、
前記穿孔の全ては、前記鉱坑の最頂部に位置するガス収集リザーバに連通するように構成される
ことを特徴とする請求項１０に記載のバイオガス製造方法。
【請求項１２】
前記バイオガスを、前記ガス収集リザーバから、採取設備及び接続管を介して、必要に応じて連結された発電用利用設備に移送することを特徴とする請求項１１に記載のバイオガス製造方法。
【請求項１３】
前記生体有機物残渣を、坑内ガスの製造と利用のために既に改造された硬炭抗内に、少なくとも１つの穿孔（８）を介し、洞穴内の最下レベル（４）まで、導入し、
このとき製造された前記バイオガスを、今尚製造されている坑内ガスと混合し、その後の利用のために採取する
ことを特徴とする請求項１０〜１２に記載のバイオガス製造方法。
【請求項１４】
前記消化装置内の前記メタン菌の生存と反応に必要な条件である５℃〜７０℃の温度範囲を、前記鉱坑内の地熱と、前記生体有機物質の前記嫌気性生物分解による自己発熱との組み合わせにより維持し、
前記生体有機物残渣の変換を、好冷性、中温性及び好熱性菌の少なくとも１つの適応温度範囲にて、又は、例えば温暖な範囲のような中間的な範囲にて行う
ことを特徴とする請求項１０〜１３に記載のバイオガス製造方法。
【請求項１５】
前記生体有機物残渣は、導入工程の間に、種汚泥と共に充填し、
得られた種生体有機物残渣を、天然ガス及びバイオガスの少なくとも一方で加圧することにより、前記消化装置内に既に含まれる消化汚泥と混合する
ことを特徴とする請求項１０〜１４に記載のバイオガス製造方法。
【請求項１６】
前記生体有機物残渣を前記鉱坑に導入する前に、ガスの採取又は生体有機物残渣の導入に使用されない全ての立坑及び沿層坑道を、密閉及び地表面にて密封し、その後、存在する空気を吸引して負圧にし、その直後に、天然ガス、バイオガス及びプロパンブタン混合物の少なくとも１つを圧力バランスがとれるまで導入することを特徴とする請求項１０〜１５に記載のバイオガス製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２００８−５３６６６８（Ｐ２００８−５３６６６８Ａ）
【公表日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５０６９１０（Ｐ２００８−５０６９１０）
【出願日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＥ２００６／０００５１６
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１１１１２４
【国際公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【出願人】（５０７３４９７１０）
【氏名又は名称原語表記】ＳＣＨＵＬＺＥ，ＧＵＮＴＥＲ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＥ２００６／０００５１６
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１１１１２４
【国際公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【出願人】（５０７３４９７１０）
【氏名又は名称原語表記】ＳＣＨＵＬＺＥ，ＧＵＮＴＥＲ
【Ｆターム（参考）】
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