バイオマスブロック燃料の製造方法
【課題】 私たちの生活環境を含めた山林、原野、遊休農地等自然界に植生する樹木から雑草に至るまでの全ての植物をバイオマスとして加工しバイオマス燃料を生産する。
【解決の手段】 林業で発生する梢端部を含む枝葉や灌木、雑木、下草、又は原野、遊休農地等に繁茂する雑木、灌木、竹、篠、笹、雑草等の植物は元よりバイオマスとして栽培された植物を含む植物に由来する産業廃棄物等を無差別に破砕し、バーク状にした後発酵処理と加熱処理をして植物体を形成しているセルロース、リグニン等を分解、軟化させる。一定水準までセルロース、リグニンが分解され軟化したバークを摺り漬しながら練り込むことで餅状の物ができ上がる。これを随意の形状のブロックに成形し燃料又はペレット燃料等の原料とする。
【解決の手段】 林業で発生する梢端部を含む枝葉や灌木、雑木、下草、又は原野、遊休農地等に繁茂する雑木、灌木、竹、篠、笹、雑草等の植物は元よりバイオマスとして栽培された植物を含む植物に由来する産業廃棄物等を無差別に破砕し、バーク状にした後発酵処理と加熱処理をして植物体を形成しているセルロース、リグニン等を分解、軟化させる。一定水準までセルロース、リグニンが分解され軟化したバークを摺り漬しながら練り込むことで餅状の物ができ上がる。これを随意の形状のブロックに成形し燃料又はペレット燃料等の原料とする。
【発明の詳細な説明】
【技術の分野】
【０００１】
本発明はバイオマス燃料製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は先に出願中の特開２００８−２９７５３２号公報「木質ブロック燃料」に由来する。
【先行技術文献】
【０００３】
【特許文献１】 特開２００８−２９７５３２号公報
【発明の概要】
【０００４】
現在社会に於いてはＣＯ２削減を目的とした幾つものバイオマス燃料に関する研究が進められておりその一部はすでに実用化されている。然し未だに着目されていない分野が有る。その分野とは林業に於ける樹木の梢端部を含む枝葉や山野に茂る篠、笹、灌木類、雑草、又は生活環境の整備に伴って排出される街路樹の様な樹木とその枝葉や刈り取られた雑草等である。それ等は放置されるか焼却処分される以外に処理の手段が無く排出される量の１００％近くが廃棄物として扱われているのが現状である。本発明はこれ等の廃棄物を全て有効なバイオマスとして加工し産業用のバイオマス燃料として提供するものである。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
樹木、灌木、竹、笹、篠、雑草等植物は全て燃料として燃やすことができる。１９６０年頃までの日本では、これ等の植物が生活用燃料の主役であった。現在でも世界的に見ればこれ等の植物を燃料として生活している人たちが大勢いる。然し今の日本では生活及び経済活動等何れの面でもこれ等の植物は取り扱い上の制約が大きく燃料としては使いものにならない。然しこれ等の植物も未利用のバイオマスとしての利用は、可能なものである。
【０００６】
然しこれ等のバイオマスを需要が求める品質と価格の燃料に加工できる技術が無いのが現状なのである。従ってこの現状を打開す可くこれ等のバイオマスの加工技術の開発が最大の課題である。
【０００７】
又これ等のバイオマスを燃料に加工しても需要の面で有効な利用手段となる効率の良い燃焼機器が無いことも大きな問題なのである。従ってバイオマスの加工技術の開発と並行して生産されたバイオマス燃料を効果的に利用できる燃焼機器の開発も大きな課題になって来る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
類以する技術として木質ペレット燃料（以後ペレットと呼ぶ）とその加工技術が有る、現実的には販売価額の面で需要に対応するのがむずかしい。それにも増して有効な利用手段が確立されていないので普及しないのが現状である。
【０００９】
又現在工業的な考え方として木質バイオマスを燃料化する技術はペレットに加工する技術と樹木を直接切り刻んでチップにする以外に加工する為の有効な技術がない。従ってこの技術の対象となるバイオマスは木屑、オガ粉、樹皮等樹木に由来する廃棄物と樹木に限定されている。
【００１０】
このペレット加工の原材料が樹木と樹木に由来する廃棄物に限定されているのは廃棄物の活用と言う理由もあるが原伐料に含まれる水分の量を加工に適した条件に調整すると言う所謂乾燥が必要なことにある。この点本発明のバイオマスブロック燃料（以後ブロックと呼ぶ）の加工技術はこの原材料の水分調整と言う問題を無視できると言う大きな特長が有り一連の加工技術も極めて単純明解なものである。
【００１１】
ブロック原材料はペレット原材料と一致するものも有るが本発明が目的とするブロックの原材料の加工に当たっては植生している現場より採集する樹木から雑草に至るまでの全ての植物は全てバーク化した後発酵処理と高温の蒸気による加熱処理を行う。この二つの工程で自然的に水分の調整が行われてしまうのである。
【００１２】
加熱処理は高温の蒸気によって行われるが加熱処理されたバークは何等の手段を持って摺り潰しと練り込みと言う加工をすることで餅程ではないが粘りが出て餅の様になる。これを随意の量取り分けて成形するのであるがバークの摺り潰し及び練り込みの手段については特に拘わる必要は無く結果としてバーグを餅状にした後成形されてブロックにできればよいものである。
【００１３】
成形されるブロックの基本となる形状は方形を基本とするが、使用目的や荷役作業上の取り扱い保管等の都合や利便性を考慮した上で大きさや重量を含む形状の条件は自由に選択することができる。例えば大きさについては１０センチメートル角から１メートル角以上も可能であり重量では１キログラムから１０００キログラム以上も可能である。又棒状や円柱、円盤状でも良いし練炭の様に孔状の構造的であってそのまま乾燥して使用することも可能である
【００１４】
成形されたブロックは市販されているペレットに比べると含水分の量が多くこのままでは一般的な燃料としては使えない。技術の面から工業的に考えると餅状になった原料をブロックにすることなくペレットに成形し乾焼して製品にするのが一般の常識であるがこの乾燥と言う生産への投入エネルギーが生産コストへの占める比率が大きく結果として製品価額を大きく押し上げているのである。本発明はこの問題を解決する為に敢えてブロックと言う形状を選び製品の乾燥と言う作業を省略し生産コストを大きく下げることに成功したのである。
【００１５】
成形されたブロックは保管や取り扱いの問題の対策として製造ラインの最終工程で樹脂フィルムを用いてラッピングするがこのラッピングの目的は高水分のブロックにカビや雑菌が発生するのを防ぐと共に荷役作業に伴い形崩れ等で塵芥が発生するのを防止した上で保管性を良くすることで工業製品としての包装の役目も果たす。
【００１６】
このブロック製造の技術は原材料のバークを発酵処理した後高温の蒸気によって熱処理し摺り潰しと練り込みをしてできた餅状の物を型枠に詰めて加圧成形すると言う。物理的に単純明解な技術であるが理論上は製餅そのものである。全ての植物は高温の熱湯や蒸気で熱処理されると植物の体を形成しているセルロースやリグニン等の組織が変質軟化し結合力が弱くなり形が崩れ易くなる。これを摺り潰し又は練り潰しをすると水分の量によって異なるが餅状から汁状のものになる。本発明はこの現象を利用するものである。
【００１７】
この現象の応用を科学的に分折するとセルロースやリグニンの組織の結合力を軟弱にし組織を分解し易くできれば概ね目的が達成できるのである。従って本発明では蒸気等による加熱処理の負担を軽くする為に一定の水準まで微生物の働きによってセルロースやリグニンの組織の分解を行うものである。
【００１８】
所謂発酵であるがこの発酵がセルロースやリグニンの分解の大部分の作業を担うのである。然しこの発酵も適度な状態で止めないとセルロースやリグニンの分解が進み過ぎて発熱量が低減する上に作業上の管理に支障が発生するので注意が必要である。
【００１９】
次の工程で行われる熱処理は更にセルロースやリグニンの軟化を進めると共にバークの含水率は蒸気中の湿度の粉意気に強制的且つ自然的に調整されてしまうのである。更に加熱によって微生物を殺し発酵を止めることも大きな目的の一つである。又熱処理に用いる蒸気を過熱蒸気にすることができればバークの含水率をより多く下げることができる上にバークは温度と条件に応じて炭化して行くので製品の品質の向上も計れるものである。
【００２０】
この様にして製造されたブロックはまだ含水量が多く形状と重なる条件からこのままでは一般的に利用できる燃料とはならない。従ってブロックを再加工する必要が有る。その再加工とは、一般的な燃焼の仕方で燃料として使える形状に加工することであって具体的にはブロックをペレットの様な形状にするのである。
【００２１】
ブロックから再加工されたペレットも含水率はブロックと同じなので乾燥が必要なのであるが常識的に考えるとこの様な一連の加工は燃料生産と言う工場の生産工程の中で実施される作業であるが本発明では、この作業による生産コストを削減する為にペレット暖房機やボイラー等の様な燃焼機器にこのブロックの再加工の機能を持たせることにしたのである。
【００２２】
この機能の中心となるのは暖房機やボイラー等の様な燃焼機器から排出される排煙に含まれる熱である。通常の燃焼機器は排煙と共に相当量の熱エネルギーを排出しているものでこの熱を排煙と共に利用するのである。この熱も利用されなければ放出されて無為に消えて行くだけであるがこの様に利用されれば燃料の燃焼効率が向上すると共にブロックを直接燃料と使える形式が成立するのである。
【００２３】
この技術を具体的に説明すると目的とする量の熱エネルギーを確保する為の燃焼に必要な量の燃料を限られた短い時間内に乾燥するのはブロックのままでは不可能なことなので乾燥し易い形状に解体しなければならない。然しそれは簡単で確実な手段でなければならない。
【００２４】
そこで選んだのがペレット化と言う手段である。現在市販されているペレットの大きさであれば簡単に乾燥できるがブロックも又簡単にペレットに加工できるので農業等の生産現場で使われている様なペレット暖房機やボイラー等にこの再加工の機能を組み込むことは、比較的簡単なことである。従ってブロックがこの様な燃焼機器の直接の燃料として使うことができると言う結論になる。
【発明の効果】
【００２５】
現在日本国内の日常生活及び経済活動で消費されるエネルギーの９０％以上が輸入される石油や石炭に由来するものである。また最近バイオエタノールやバイオディーゼル燃料等のバイオマス燃料の生産が始まっているが、それ等も又原料生産の段階から、すでに石油、石炭に由来するエネルギーの投入を受けなければ生産できないものばかりである。つまり肥料と始めとする生産資材から機械に至るまで全てが人工で生産される工業製品なのである。
【００２６】
一方日本国内ばかりではなく、地球の中緑の有る所には植物と言う燃料になるバイオマスが自生している。ところが今の日本では、これ等の植物も燃料に使えると認識される以前のものとして扱われている。つまりやっかい物なのである。本発明の技術は自然の中に溢れているこれ等の使い物にならないやっかい物の植物を全てバイオマスとして扱うことで経済を始めとする社会に貢献できるのであるがその経済効果の大きさは予想が不可能な程大きいものである。
【００２７】
それにはバイオマス燃料の供給と言う事業に関連する労働力から技術、機械、設備、運搬等と言う巾広い業界への貢献も含まれていることから社会的な経済全体への大きな貢献も期待できるものである。
【００２８】
又日本国内の荒廃する山林原野や遊休農地の整備活性化に寄与するものは甚大でそれ等を含めて地球温暖化対策に貢献する効果は大きなものがある。
【００２９】
更に予想されるの荒廃する山林原野、遊休農地の整備管理が進むことによって昭和３０年頃の様な日本の自然が復活し多くの人々が求める自然との共生が可能になることで過疎に悩む山間地等の活性化と言う効果も生まれて来ると考えられる。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
ブロックの原材料は前述の様に生活環境は基より自然界に植生する植物であれば種の別も質の良否も間わず全て利用可能なものであるので本発明では、これ等植物と認められるものは全てバイオマスとして扱う。従ってこれ等のバイオマスは、採集の段階でバーク化又はそれに準ずる様な状態にして一時的に加工された原料として扱う。
【００３１】
加工工場に搬入されたバークは、二次的なバークに加工するが必要が有れば裁断等の工程を経て取り扱いを含めて加工し易い形状のバークに加工する。
【００３２】
この様に加工されたバークは発酵槽等の設備で自然発酵させるが、この手段は一般的な推肥の生産と同じである。然し推肥の生産とは目的が異なるので管理の仕方も必然的に異なって来る。要するに必要と思われる状態になるまで発酵が進んだ段階で発酵を止めなければならない。
【００３３】
本発明の現時点の発酵は自然発酵であるが工業的な観点から効率の良い発酵ができる菌株を育成することで生産力の向上を計ることができると考えられる。ちなみにこの発酵の目的は微生物の働きを利用してセルロースやリグニンの分解を促し、促蒸気加熱によって行うセルロースやリグニンの軟化を補助するものとして考案したが実施してみると目的とする加工の一工程としての効果は極めて大きなものがある。
【００３４】
又杉、桧、等の針葉より精油の採取を行うに当たっても適度な発酵は精油の分離揮発性を促す効果が認められる。この効果は精油を含む植物に共通するものと考えられる。
【００３５】
発酵したバークは高温の蒸気によって加熱処理するが、この加熱処理によって微生物は全て死滅し発酵は止まる。所謂殺菌であるが同時にセルロースやリグニンは熱によって軟化が更に進むこれを一般的な例に例えて説明すると、餅つきの時の餅米の蒸かしである。
【００３６】
次の工程の摺り潰しと練り込みは餅つきであって餅米がバークに変ったと考えればよい。本発明の摺り潰し練り込みはスクリュー軸による撹拌練り潰しと言う手段を採用したがこの工程の加工手段については結果としてバークが餅状になればよいのであって特定の手段に拘わる必要はない。
【００３７】
この二つの工程は樹木や雑草と言った植物の種類によって処理上の時間的な差異と製品となったブロックの製品に差が出るのでできるだけバークは植物の種別の区別がない様に混合することが望ましい。
【００３８】
摺り潰して練ったバークは粗野な餅と全く同じ状態になる。これを目的とするブロックの型枠に詰めて加圧成形するのであるがそのブロックの形状は前述の様に使用目的や、取り扱いの条件に合わせて利用性の高いものを選択すればよい。又成形の手段についても同様なことが言えるが型枠と言う概念を脱して直接ペレットに加工してもよいが生産コストの面でのコストの問題が残る。
【００３９】
この様にして成形されたブロックは含水分の量が多く取り扱いの上で形崩れがし易い上に長期保管するとカビや雑菌が発生すると言う問題が有るのでこれ等の問題の対策として製造工程の最終段階で樹脂フィルム等でラッピングする。このラッピングによってブロックの荷役、保管等の利便性も向上し商品価格も向上する。
【００４０】
然しこの様ににして製造されるブロックも含水分が多くこのままでは日常的に物を燃やすと言う概念では燃料としては使えない。従って新たにブロックを燃焼させるための技術が必要になって来るがその前提となる条件は、ブロックを解体し燃焼し易い形状に再加工しなければならない。その形状とはペレットと言う形状であるが本発明では最終的にペレットとなった燃料の生産コストを低く押さえると言う考えから需要の側に再加工の問題の解決を託したのである。そして燃焼機器自らがブロックをペレットに加工しながら燃焼すること考案したのである。
【００４１】
つまりペレットを燃料とする暖房機やボイラーの様な燃焼機器にブロックをペレットに加工し乾燥する機能を持たせるのである。ブロックは含水分の量が多く餅に例えれば作りたてのお供え餅の様なもので一定の力を加えれば簡単に変形する。これはブロックの燃料としては不利な条件の高水分を効果的に利用する逆の発想によるものである。
【００４２】
然しブロックをペレットに加工しても含水分の量が変わるわけでなく、そのままでは燃料にならない。つまり乾燥が必要なのである。乾燥と言う作業を行うには必ず熱源が必要になるが暖房機に限らず燃料を燃やして働く機器からは必ず煙が出る。この煙も燃焼室の排煙口付近では相当量の熱を含んでいる。この熱をペレットの乾燥に利用するのである。
【００４３】
ブロックをペレットに加工する手段はブロックに直接又は間接的に圧力を加えて多孔のダイスを介してミンチ状に押し出したものを乾燥するが機構の面でも維持管理の面でも経済性が高いが技術の面では乾燥に関するものがポイントとなる。こうしてできるペレットは品質が落ちるが燃料としての条件は充分に備わっている。
【００４４】
このブロックをペレットに加工する際に必要な圧力の負担はバークの摺り潰しの程度によって大きく変わってくる。つまりセルロースやリグニンの原形が分からないほど細かく摺り潰されていれば押し出しても低い圧力でスムーズな作業になる上に乾燥が終ったペレットは密度が高く硬い木質ペレットに近い良質な燃料が得られる。
【００４５】
このミンチ状に押し出されたペレットを乾燥する機構はペレットの燃焼室の排煙部、又は排煙部にできるだけ近い隣接部に設け出来るだけ高温の排煙又はその熱を直接又は間接的に利用することが望ましいが燃焼室と隣壁を隔てた隣室とすることなども効果的である。
【００４６】
この様にしてペレットを作る事が出来ればペレットを燃料とする暖房機等の燃焼機器は一般に市販されているのでこれを改良することで本発明のブロック燃料に関する一連の技術は完成する。
【００４７】
ここでは比較的小型のペレット燃焼を主とする燃焼機を中心とする技術で説明してきたが大型の石炭等を燃料とする設備等で補助的な燃料として使用する場合には別な使い方を検討する必要が有るがその場合単純に破砕し粉粒混合の状態での使用もコストの面で有利な手段である。
【００４８】
以上本発明の根本を説明すると、これ等未利用のバイオマスとして利用して行ける植物は沢山あるがそれ等は全て取り扱い上「かさばる」と言う大きな問題で利用できないでいる。従ってこのかさばっている状態を解消すれば問題が解決されて有効なバイオマスになるのである。そこで本発明の技術を一言で表現するとバイオマスとして扱う植物をすべて摺り潰して固め直せば問題は解決すると言うものである。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
最も有効な利用と考えられるのが農業を中心とする施設園芸用の暖房機の燃料である。所謂農業用暖房機の燃料としての利用である。現在この分野では木質ペレットを燃料とする暖房の技術が有るが経済性と運転管理の面での問題が大きく、特に燃料費を主とするランニングコストが高く普及されない。この点ブロックの生産コストが木質ペレットの生産コストに比べて格段に低く押さえることが可能であることからこの分野への利用の期待が大きい。
【００５０】
又ブロックからペレット化への技術や効果的な燃焼技術の革新が進めば一般家庭の暖房機の燃料や産業用設備等の燃料としての利用も期待できるものである。
【００５１】
次に大きく期待できるのはバイオマスの採集作業は計画的に実施されれば通年に渡って行えるのでバイオマスの採集からブロックの生産に至るまでの生産に関わる従事者の雇用の場が創出されることである。それが更に今社会問題になっている林業や荒廃する山林原野を管理する産しい産業の創出を推進するものと考えられる。
【技術の分野】
【０００１】
本発明はバイオマス燃料製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は先に出願中の特開２００８−２９７５３２号公報「木質ブロック燃料」に由来する。
【先行技術文献】
【０００３】
【特許文献１】 特開２００８−２９７５３２号公報
【発明の概要】
【０００４】
現在社会に於いてはＣＯ２削減を目的とした幾つものバイオマス燃料に関する研究が進められておりその一部はすでに実用化されている。然し未だに着目されていない分野が有る。その分野とは林業に於ける樹木の梢端部を含む枝葉や山野に茂る篠、笹、灌木類、雑草、又は生活環境の整備に伴って排出される街路樹の様な樹木とその枝葉や刈り取られた雑草等である。それ等は放置されるか焼却処分される以外に処理の手段が無く排出される量の１００％近くが廃棄物として扱われているのが現状である。本発明はこれ等の廃棄物を全て有効なバイオマスとして加工し産業用のバイオマス燃料として提供するものである。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
樹木、灌木、竹、笹、篠、雑草等植物は全て燃料として燃やすことができる。１９６０年頃までの日本では、これ等の植物が生活用燃料の主役であった。現在でも世界的に見ればこれ等の植物を燃料として生活している人たちが大勢いる。然し今の日本では生活及び経済活動等何れの面でもこれ等の植物は取り扱い上の制約が大きく燃料としては使いものにならない。然しこれ等の植物も未利用のバイオマスとしての利用は、可能なものである。
【０００６】
然しこれ等のバイオマスを需要が求める品質と価格の燃料に加工できる技術が無いのが現状なのである。従ってこの現状を打開す可くこれ等のバイオマスの加工技術の開発が最大の課題である。
【０００７】
又これ等のバイオマスを燃料に加工しても需要の面で有効な利用手段となる効率の良い燃焼機器が無いことも大きな問題なのである。従ってバイオマスの加工技術の開発と並行して生産されたバイオマス燃料を効果的に利用できる燃焼機器の開発も大きな課題になって来る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
類以する技術として木質ペレット燃料（以後ペレットと呼ぶ）とその加工技術が有る、現実的には販売価額の面で需要に対応するのがむずかしい。それにも増して有効な利用手段が確立されていないので普及しないのが現状である。
【０００９】
又現在工業的な考え方として木質バイオマスを燃料化する技術はペレットに加工する技術と樹木を直接切り刻んでチップにする以外に加工する為の有効な技術がない。従ってこの技術の対象となるバイオマスは木屑、オガ粉、樹皮等樹木に由来する廃棄物と樹木に限定されている。
【００１０】
このペレット加工の原材料が樹木と樹木に由来する廃棄物に限定されているのは廃棄物の活用と言う理由もあるが原伐料に含まれる水分の量を加工に適した条件に調整すると言う所謂乾燥が必要なことにある。この点本発明のバイオマスブロック燃料（以後ブロックと呼ぶ）の加工技術はこの原材料の水分調整と言う問題を無視できると言う大きな特長が有り一連の加工技術も極めて単純明解なものである。
【００１１】
ブロック原材料はペレット原材料と一致するものも有るが本発明が目的とするブロックの原材料の加工に当たっては植生している現場より採集する樹木から雑草に至るまでの全ての植物は全てバーク化した後発酵処理と高温の蒸気による加熱処理を行う。この二つの工程で自然的に水分の調整が行われてしまうのである。
【００１２】
加熱処理は高温の蒸気によって行われるが加熱処理されたバークは何等の手段を持って摺り潰しと練り込みと言う加工をすることで餅程ではないが粘りが出て餅の様になる。これを随意の量取り分けて成形するのであるがバークの摺り潰し及び練り込みの手段については特に拘わる必要は無く結果としてバーグを餅状にした後成形されてブロックにできればよいものである。
【００１３】
成形されるブロックの基本となる形状は方形を基本とするが、使用目的や荷役作業上の取り扱い保管等の都合や利便性を考慮した上で大きさや重量を含む形状の条件は自由に選択することができる。例えば大きさについては１０センチメートル角から１メートル角以上も可能であり重量では１キログラムから１０００キログラム以上も可能である。又棒状や円柱、円盤状でも良いし練炭の様に孔状の構造的であってそのまま乾燥して使用することも可能である
【００１４】
成形されたブロックは市販されているペレットに比べると含水分の量が多くこのままでは一般的な燃料としては使えない。技術の面から工業的に考えると餅状になった原料をブロックにすることなくペレットに成形し乾焼して製品にするのが一般の常識であるがこの乾燥と言う生産への投入エネルギーが生産コストへの占める比率が大きく結果として製品価額を大きく押し上げているのである。本発明はこの問題を解決する為に敢えてブロックと言う形状を選び製品の乾燥と言う作業を省略し生産コストを大きく下げることに成功したのである。
【００１５】
成形されたブロックは保管や取り扱いの問題の対策として製造ラインの最終工程で樹脂フィルムを用いてラッピングするがこのラッピングの目的は高水分のブロックにカビや雑菌が発生するのを防ぐと共に荷役作業に伴い形崩れ等で塵芥が発生するのを防止した上で保管性を良くすることで工業製品としての包装の役目も果たす。
【００１６】
このブロック製造の技術は原材料のバークを発酵処理した後高温の蒸気によって熱処理し摺り潰しと練り込みをしてできた餅状の物を型枠に詰めて加圧成形すると言う。物理的に単純明解な技術であるが理論上は製餅そのものである。全ての植物は高温の熱湯や蒸気で熱処理されると植物の体を形成しているセルロースやリグニン等の組織が変質軟化し結合力が弱くなり形が崩れ易くなる。これを摺り潰し又は練り潰しをすると水分の量によって異なるが餅状から汁状のものになる。本発明はこの現象を利用するものである。
【００１７】
この現象の応用を科学的に分折するとセルロースやリグニンの組織の結合力を軟弱にし組織を分解し易くできれば概ね目的が達成できるのである。従って本発明では蒸気等による加熱処理の負担を軽くする為に一定の水準まで微生物の働きによってセルロースやリグニンの組織の分解を行うものである。
【００１８】
所謂発酵であるがこの発酵がセルロースやリグニンの分解の大部分の作業を担うのである。然しこの発酵も適度な状態で止めないとセルロースやリグニンの分解が進み過ぎて発熱量が低減する上に作業上の管理に支障が発生するので注意が必要である。
【００１９】
次の工程で行われる熱処理は更にセルロースやリグニンの軟化を進めると共にバークの含水率は蒸気中の湿度の粉意気に強制的且つ自然的に調整されてしまうのである。更に加熱によって微生物を殺し発酵を止めることも大きな目的の一つである。又熱処理に用いる蒸気を過熱蒸気にすることができればバークの含水率をより多く下げることができる上にバークは温度と条件に応じて炭化して行くので製品の品質の向上も計れるものである。
【００２０】
この様にして製造されたブロックはまだ含水量が多く形状と重なる条件からこのままでは一般的に利用できる燃料とはならない。従ってブロックを再加工する必要が有る。その再加工とは、一般的な燃焼の仕方で燃料として使える形状に加工することであって具体的にはブロックをペレットの様な形状にするのである。
【００２１】
ブロックから再加工されたペレットも含水率はブロックと同じなので乾燥が必要なのであるが常識的に考えるとこの様な一連の加工は燃料生産と言う工場の生産工程の中で実施される作業であるが本発明では、この作業による生産コストを削減する為にペレット暖房機やボイラー等の様な燃焼機器にこのブロックの再加工の機能を持たせることにしたのである。
【００２２】
この機能の中心となるのは暖房機やボイラー等の様な燃焼機器から排出される排煙に含まれる熱である。通常の燃焼機器は排煙と共に相当量の熱エネルギーを排出しているものでこの熱を排煙と共に利用するのである。この熱も利用されなければ放出されて無為に消えて行くだけであるがこの様に利用されれば燃料の燃焼効率が向上すると共にブロックを直接燃料と使える形式が成立するのである。
【００２３】
この技術を具体的に説明すると目的とする量の熱エネルギーを確保する為の燃焼に必要な量の燃料を限られた短い時間内に乾燥するのはブロックのままでは不可能なことなので乾燥し易い形状に解体しなければならない。然しそれは簡単で確実な手段でなければならない。
【００２４】
そこで選んだのがペレット化と言う手段である。現在市販されているペレットの大きさであれば簡単に乾燥できるがブロックも又簡単にペレットに加工できるので農業等の生産現場で使われている様なペレット暖房機やボイラー等にこの再加工の機能を組み込むことは、比較的簡単なことである。従ってブロックがこの様な燃焼機器の直接の燃料として使うことができると言う結論になる。
【発明の効果】
【００２５】
現在日本国内の日常生活及び経済活動で消費されるエネルギーの９０％以上が輸入される石油や石炭に由来するものである。また最近バイオエタノールやバイオディーゼル燃料等のバイオマス燃料の生産が始まっているが、それ等も又原料生産の段階から、すでに石油、石炭に由来するエネルギーの投入を受けなければ生産できないものばかりである。つまり肥料と始めとする生産資材から機械に至るまで全てが人工で生産される工業製品なのである。
【００２６】
一方日本国内ばかりではなく、地球の中緑の有る所には植物と言う燃料になるバイオマスが自生している。ところが今の日本では、これ等の植物も燃料に使えると認識される以前のものとして扱われている。つまりやっかい物なのである。本発明の技術は自然の中に溢れているこれ等の使い物にならないやっかい物の植物を全てバイオマスとして扱うことで経済を始めとする社会に貢献できるのであるがその経済効果の大きさは予想が不可能な程大きいものである。
【００２７】
それにはバイオマス燃料の供給と言う事業に関連する労働力から技術、機械、設備、運搬等と言う巾広い業界への貢献も含まれていることから社会的な経済全体への大きな貢献も期待できるものである。
【００２８】
又日本国内の荒廃する山林原野や遊休農地の整備活性化に寄与するものは甚大でそれ等を含めて地球温暖化対策に貢献する効果は大きなものがある。
【００２９】
更に予想されるの荒廃する山林原野、遊休農地の整備管理が進むことによって昭和３０年頃の様な日本の自然が復活し多くの人々が求める自然との共生が可能になることで過疎に悩む山間地等の活性化と言う効果も生まれて来ると考えられる。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
ブロックの原材料は前述の様に生活環境は基より自然界に植生する植物であれば種の別も質の良否も間わず全て利用可能なものであるので本発明では、これ等植物と認められるものは全てバイオマスとして扱う。従ってこれ等のバイオマスは、採集の段階でバーク化又はそれに準ずる様な状態にして一時的に加工された原料として扱う。
【００３１】
加工工場に搬入されたバークは、二次的なバークに加工するが必要が有れば裁断等の工程を経て取り扱いを含めて加工し易い形状のバークに加工する。
【００３２】
この様に加工されたバークは発酵槽等の設備で自然発酵させるが、この手段は一般的な推肥の生産と同じである。然し推肥の生産とは目的が異なるので管理の仕方も必然的に異なって来る。要するに必要と思われる状態になるまで発酵が進んだ段階で発酵を止めなければならない。
【００３３】
本発明の現時点の発酵は自然発酵であるが工業的な観点から効率の良い発酵ができる菌株を育成することで生産力の向上を計ることができると考えられる。ちなみにこの発酵の目的は微生物の働きを利用してセルロースやリグニンの分解を促し、促蒸気加熱によって行うセルロースやリグニンの軟化を補助するものとして考案したが実施してみると目的とする加工の一工程としての効果は極めて大きなものがある。
【００３４】
又杉、桧、等の針葉より精油の採取を行うに当たっても適度な発酵は精油の分離揮発性を促す効果が認められる。この効果は精油を含む植物に共通するものと考えられる。
【００３５】
発酵したバークは高温の蒸気によって加熱処理するが、この加熱処理によって微生物は全て死滅し発酵は止まる。所謂殺菌であるが同時にセルロースやリグニンは熱によって軟化が更に進むこれを一般的な例に例えて説明すると、餅つきの時の餅米の蒸かしである。
【００３６】
次の工程の摺り潰しと練り込みは餅つきであって餅米がバークに変ったと考えればよい。本発明の摺り潰し練り込みはスクリュー軸による撹拌練り潰しと言う手段を採用したがこの工程の加工手段については結果としてバークが餅状になればよいのであって特定の手段に拘わる必要はない。
【００３７】
この二つの工程は樹木や雑草と言った植物の種類によって処理上の時間的な差異と製品となったブロックの製品に差が出るのでできるだけバークは植物の種別の区別がない様に混合することが望ましい。
【００３８】
摺り潰して練ったバークは粗野な餅と全く同じ状態になる。これを目的とするブロックの型枠に詰めて加圧成形するのであるがそのブロックの形状は前述の様に使用目的や、取り扱いの条件に合わせて利用性の高いものを選択すればよい。又成形の手段についても同様なことが言えるが型枠と言う概念を脱して直接ペレットに加工してもよいが生産コストの面でのコストの問題が残る。
【００３９】
この様にして成形されたブロックは含水分の量が多く取り扱いの上で形崩れがし易い上に長期保管するとカビや雑菌が発生すると言う問題が有るのでこれ等の問題の対策として製造工程の最終段階で樹脂フィルム等でラッピングする。このラッピングによってブロックの荷役、保管等の利便性も向上し商品価格も向上する。
【００４０】
然しこの様ににして製造されるブロックも含水分が多くこのままでは日常的に物を燃やすと言う概念では燃料としては使えない。従って新たにブロックを燃焼させるための技術が必要になって来るがその前提となる条件は、ブロックを解体し燃焼し易い形状に再加工しなければならない。その形状とはペレットと言う形状であるが本発明では最終的にペレットとなった燃料の生産コストを低く押さえると言う考えから需要の側に再加工の問題の解決を託したのである。そして燃焼機器自らがブロックをペレットに加工しながら燃焼すること考案したのである。
【００４１】
つまりペレットを燃料とする暖房機やボイラーの様な燃焼機器にブロックをペレットに加工し乾燥する機能を持たせるのである。ブロックは含水分の量が多く餅に例えれば作りたてのお供え餅の様なもので一定の力を加えれば簡単に変形する。これはブロックの燃料としては不利な条件の高水分を効果的に利用する逆の発想によるものである。
【００４２】
然しブロックをペレットに加工しても含水分の量が変わるわけでなく、そのままでは燃料にならない。つまり乾燥が必要なのである。乾燥と言う作業を行うには必ず熱源が必要になるが暖房機に限らず燃料を燃やして働く機器からは必ず煙が出る。この煙も燃焼室の排煙口付近では相当量の熱を含んでいる。この熱をペレットの乾燥に利用するのである。
【００４３】
ブロックをペレットに加工する手段はブロックに直接又は間接的に圧力を加えて多孔のダイスを介してミンチ状に押し出したものを乾燥するが機構の面でも維持管理の面でも経済性が高いが技術の面では乾燥に関するものがポイントとなる。こうしてできるペレットは品質が落ちるが燃料としての条件は充分に備わっている。
【００４４】
このブロックをペレットに加工する際に必要な圧力の負担はバークの摺り潰しの程度によって大きく変わってくる。つまりセルロースやリグニンの原形が分からないほど細かく摺り潰されていれば押し出しても低い圧力でスムーズな作業になる上に乾燥が終ったペレットは密度が高く硬い木質ペレットに近い良質な燃料が得られる。
【００４５】
このミンチ状に押し出されたペレットを乾燥する機構はペレットの燃焼室の排煙部、又は排煙部にできるだけ近い隣接部に設け出来るだけ高温の排煙又はその熱を直接又は間接的に利用することが望ましいが燃焼室と隣壁を隔てた隣室とすることなども効果的である。
【００４６】
この様にしてペレットを作る事が出来ればペレットを燃料とする暖房機等の燃焼機器は一般に市販されているのでこれを改良することで本発明のブロック燃料に関する一連の技術は完成する。
【００４７】
ここでは比較的小型のペレット燃焼を主とする燃焼機を中心とする技術で説明してきたが大型の石炭等を燃料とする設備等で補助的な燃料として使用する場合には別な使い方を検討する必要が有るがその場合単純に破砕し粉粒混合の状態での使用もコストの面で有利な手段である。
【００４８】
以上本発明の根本を説明すると、これ等未利用のバイオマスとして利用して行ける植物は沢山あるがそれ等は全て取り扱い上「かさばる」と言う大きな問題で利用できないでいる。従ってこのかさばっている状態を解消すれば問題が解決されて有効なバイオマスになるのである。そこで本発明の技術を一言で表現するとバイオマスとして扱う植物をすべて摺り潰して固め直せば問題は解決すると言うものである。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
最も有効な利用と考えられるのが農業を中心とする施設園芸用の暖房機の燃料である。所謂農業用暖房機の燃料としての利用である。現在この分野では木質ペレットを燃料とする暖房の技術が有るが経済性と運転管理の面での問題が大きく、特に燃料費を主とするランニングコストが高く普及されない。この点ブロックの生産コストが木質ペレットの生産コストに比べて格段に低く押さえることが可能であることからこの分野への利用の期待が大きい。
【００５０】
又ブロックからペレット化への技術や効果的な燃焼技術の革新が進めば一般家庭の暖房機の燃料や産業用設備等の燃料としての利用も期待できるものである。
【００５１】
次に大きく期待できるのはバイオマスの採集作業は計画的に実施されれば通年に渡って行えるのでバイオマスの採集からブロックの生産に至るまでの生産に関わる従事者の雇用の場が創出されることである。それが更に今社会問題になっている林業や荒廃する山林原野を管理する産しい産業の創出を推進するものと考えられる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然界に植生する植物又は人工的に栽培された植物又はそれ等に由来する副産物廃棄物等を原材料としそれを加工して製造するブロック状のバイオマス燃料。
【請求項２】
請求項１のバイオマスブロック燃料の原材料を破砕処理した後、発酵処理、加熱処理、摺り潰し、練り込み、成型するバイオマスブロック燃料の加工手段
【請求項３】
請求項１のバイオマスブロック燃料を加工して得るバイオマスペレット燃料
【請求項４】
請求項３のバイオマスペレット燃料の加工機能を持つバイオマスペレット燃料を燃料とする燃焼機器
【請求項１】
自然界に植生する植物又は人工的に栽培された植物又はそれ等に由来する副産物廃棄物等を原材料としそれを加工して製造するブロック状のバイオマス燃料。
【請求項２】
請求項１のバイオマスブロック燃料の原材料を破砕処理した後、発酵処理、加熱処理、摺り潰し、練り込み、成型するバイオマスブロック燃料の加工手段
【請求項３】
請求項１のバイオマスブロック燃料を加工して得るバイオマスペレット燃料
【請求項４】
請求項３のバイオマスペレット燃料の加工機能を持つバイオマスペレット燃料を燃料とする燃焼機器
【公開番号】特開２０１２−３１３６０（Ｐ２０１２−３１３６０Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８３４６０（Ｐ２０１０−１８３４６０）
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（５０４２０７２３７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（５０４２０７２３７）
【Ｆターム（参考）】
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