天然ゼオライトを利用した二酸化炭素濃縮装置と ハウス栽培への応用 島根県産業技術センター 環境技術科 共同開発 科長 田島 政弘 大福工業（株）、早稲田大学 1 二酸化炭素利用の問題点 ・ハウスが密閉される冬季は、ハウス内の二酸化炭素が不足 植物の育成が悪くなる ・二酸化炭素供給は、灯油等の燃焼器からの供給が主流 また、二酸化炭素ガスをボンベから供給する方法もある 燃料は、高騰により収益が減少する 重いボンベは、山間地のハウスには配達が困難 2 新規な二酸化炭素供給方法 新装置の開発コンセプト 大気中から二酸化炭素を回収し、 ハウスへ供給する エネルギーは、電気だけ 3 新開発の二酸化炭素濃縮装置 簡単な装置構成 天然ゼオライト（フェリエライト型）を利用した圧力ス イング（PSA）型吸着装置 本装置の効果 大気中の低濃度二酸化炭素を10～20倍に濃縮 4 天然フェリエライトについて 天然フェリエライトを工業利用規模で採掘できるのは、島 根県だけ 高強度（天然ゼオライトで最高水準） 岩石を粉砕するだけで使用可能 （合成ゼオライトのように、造粒する必要がない） 5 島根県産天然フェリエライト採掘場所 6 天然フェリエライト岩石 7 天然ゼオライトの比較 ゼオライト種類 フェリエライト モルデナイト クリノプチロライト 細孔径(nm) 0.43×0.55 0.34×0.48 0.67×0.70 0.29×0.57 0.44×0.72 0.40×0.55 Si/Al比 5 5 5 耐酸性 強い 強い 弱い 硬さ （圧壊強度） 非常に硬い （16ｋｇ以上） 硬い （約12ｋｇ） 柔らかい 8 二酸化炭素濃縮装置について 圧力スイング方式 天然ゼオライトを吸着材に使用 大気中から二酸化炭素を濃縮回収する 9 園芸施設における二酸化炭素の役割 植物の成長には、光合成のために二酸化炭素が必要 ハウスでは、日中に二酸化炭素が不足する 二酸化炭素を供給することにより、収穫量が増加する 茨城県農業総合センター園芸研究所データ 10 今までの二酸化炭素供給方法 １．燃料の燃焼により、二酸化炭素を発生させる（日中） 暖房以外に、余分に燃料が必要であるため、燃料の高騰により、 収益が低下。 ２．夜間の暖房に使用する暖房器の排ガスを一部利用する 午前中は二酸化炭素濃度が高いが、午後は二酸化炭素が足りなくなる 11 栽培用二酸化炭素供給装置の問題点 燃 料 燃 焼 法 ：燃料の高騰により、収益を圧迫 炭酸ガスをボンベで供給 ：ガス供給設備が高価 山間部では、ガスの配達が困難 暖房器の燃焼ガスから二酸化炭素を回収 ：水分除去，NOx，SOx除去が必要であり、大掛かりな装置となる 大気から二酸化炭素を回収できないか？？ 天然フェリエライトを使用した濃縮装置を開発！！ 12 二酸化炭素濃縮基礎実験 圧力スイング吸着（PSA）法 二酸化炭素の濃縮試験は、水分を除去した空気をポンプで供給し、加圧下 で二酸化炭素を吸着後、減圧しながら二酸化炭素を脱着させる。 前 処 理 400℃で吸着水の除去 ↓ 室温で二酸化炭素を飽和 吸着 ↓ 乾燥空気を流して、脱離す る 二酸化炭素を除去 13 二酸化炭濃縮試験結果（２Lカラム） 排気時間 実験条件 空気流量： 20L/min 吸着圧 ： 2kg/cm2 吸着時間： 20分 排気圧 ： 0.2kPa 排気時間： 10,15,20分 回収量 ： 10L （大気圧の戻してから採取） 二酸化炭素を10倍以上濃縮できることを確認した。 14 二酸化炭素の回収量 ＣＯ２を１０Ｌ中に４０００ｐｐｍ回収すると、ＣＯ２量は １０Ｌ×０．００４／２２．４Ｌ＊４４＝０．０７８ｇ ゼオライト２Ｌ（２ｋｇ）に対して０．００３９％となる。 これは、二酸化炭素濃度が４００ｐｐｍと非常に低く、脱着圧力が ０．２ｋＰａと低真空であるためである。 １００％二酸化炭素では、最大７％吸着する 15 開発装置外観（10アール以下用） 装置仕様 ゼオライト ： ２ｋｇ／塔 ２塔式 二酸化炭素濃度 ： ８，０００ｐｐｍ以上 二酸化炭素濃縮ガス供給量： １ ～ １．５L／ｍｉｎ 吸着・脱着サイクル ： １０分 電 源 ： １００V １５A 16 小型ハウスでの実証試験（冬季） 17 二酸化炭素の効果 二酸化炭素供給の苗の方が、イチゴの実が早く赤くなった。 成長速度が速いことを示す。 18 二酸化炭素施用の効果 CO2施用あり CO2施用なし 開花時期 42日後 57日後 収穫量 13.7kg 10.1kg 糖度 10.7度 9.3度 二酸化炭素の効果で、開花時期が早くなり、収穫量の増加、糖度の増加が 認められた。 19 二酸化炭素の効果（夏季） トマトの栽培においても二酸化炭素供給の苗の方が、成長が速くなった。 20 大型ハウス用装置 装置仕様 ゼオライト 二酸化炭素濃度 ： ８ｋｇ／塔 ２塔式 ： ４０００ｐｐｍ以上 二酸化炭素濃縮ガス供給量： ７L／ｍｉｎ 吸着・脱着サイクル ： ３分 対象面積 ： 1０アール以上 電 源 ： ２００V １．８５A 21 大型ハウスでの実証試験 （３０アールのハウスで実施） 22 大型ハウスの二酸化炭素濃度の推移 晴天の日 雨天の日 装置稼働時間 装置稼働時間 晴天もで二酸化炭素濃度を400ppm以上に維持できた。 23 従来技術とその問題点 燃料燃焼法： 灯油等を完全燃焼して二酸化炭素を供給 装置は安いが、一酸化炭素のモニターは必須 燃料が高騰すると、収益を圧迫する 炭酸ガスをボンベで供給 供給用の装置だけで良く、燃料が不要 山間部では、ボンベの配達が敬遠されやすい ハウスまで運ぶのも、敬遠されやすい 24 新技術の特徴・従来技術との比較 天然ゼオライトを使用し、大気中から二酸化炭素を 回収する装置を開発した 大気中の二酸化炭素を10～20倍に濃縮可能 電気だけで稼働する 25 想定される用途 中・小型植物工場用への二酸化炭素供給 ハウス栽培への二酸化炭素供給 冬だけでなく、葉への供給により、一年中使用可能 他のガスの濃縮回収に利用可能 26 実用化に向けた課題 大気中の二酸化炭素濃度が400pp以下と低い 濃縮しても、４０００ppm～８０００ｐｐｍまでしか濃縮できない そのため、ハウス全体への二酸化炭素供給は困難 葉部分への効果的な供給が必要 27 企業への期待 ビニールハウスメーカー・植物工場メーカー （装置設置等は、共同研究企業が実施） 農業分野への展開を考えている企業 本技術の導入により、収量増加が見込まれる 28 本技術に関する知的財産権 知財 出願番号 ：特願2015-517104 出願人 発明者 ：島根県、大福工業（株）、 早稲田大学 ：田島 政弘等 29 お問い合わせ先 島根県産業技術センター ○総務調整課 青戸 崇年 ＴＥＬ ０８５２－６０－５１４１ ＦＡＸ ０８５２－６０－５１４４ E-mail [email protected] ○環境技術科 田島 政弘 ＴＥＬ ０８５２－６０－５１２５ ＦＡＸ ０８５２－６０－５１３５ Ｅ-mail [email protected] 30
© Copyright 2024 ExpyDoc
