北海道自然エネルギー研究　第４号　2007年 Jour. Natural Energy Research Hokkaido　No.4, 15-22. 2007 15 バイオマスプラントにおける高効率バイオガス・バイオ燃料コージェネレーションシステム野　坂　卓　見* The Co-generation System with Biomass Gas and Bio-fuel for the Biomass Plant Takumi NOSAKA* Abstract　We have developed a co-generation system for the biomass plant. The diesel engine with turbo charger mixed bio-gas with air firstly, compress and explode jetting bio-fuel secondary in cylinder. The liquid fuel is light oil, A-heavy oil and bio diesel fuel（BDF）. Dual fuel system with thermal decomposition gas on woody biomass and BDF on tempura oil began operation in March 2006. It has 1500 hours of operation at Iwaki city, Fukushima. キーワード；バイオマス，バイオガス，バイオ燃料，ＢＤＦ，コージェネレーションシステム Key words；biomass，bio-gas，bio-fuel，bio diesel fuel，co-generation system １．はじめに地球環境を守るために，太陽光や風力等の自然エネルギーを積極的に活用し，さらには人間の経済活動により発生する廃棄物を有効活用し，循環的に自然に戻すことで環境への負担を減らす地道な取組みが各方面で行なわれています．食料や飼料が国内で生産されていれば，発生した廃棄物を肥料や原料として再利用することにより，循環的に処理することが可能であります．しかし，わが国では，食糧の直接的な輸入のみならず牛乳や食肉生産のための飼料，さらに石油の大半を輸入しており，原料や資源が国土の外から入ってくる構造になっているため，廃棄物処理の解決が極めて重要な課題となっています．図１．人間の自然エネルギー利用形態（メタン発酵）循環型農業 * 省電システム株式会社　Syouden Systm Co. Ltd 16 野坂卓見図２．人間の自然エネルギー利用形態（メタン発酵）非循環型農業バイオマスプラントにおける高効率バイオガス・バイオ燃料コージェネレーションシステム ★ ★ 図３．人間の自然エネルギー利用形態（熱分解） 17 18 野坂卓見２．バイオガス・バイオ燃料コージェネレーションシステムの当社実績１）稼動実績 ③発電容量及び発電形態発電形態当社における納入稼動実績を下記に示します．実績台数 ①稼動期間　2002年９月～ 2006年11月　稼動施設：17箇所稼働台数：24台 ②稼動実績：ガス主成分及び燃料ガス発生方式ガスの主成分食品残渣や家畜糞尿のメタン発酵バイオガス　・メタン木質バイオマス＋廃プラスチック熱分解ガス・水素　・一酸化炭素・メタン　木質バイオマス＋廃プラスチック熱分解ガス・水素　・一酸化炭素・メタン　系統連係独立電源単　独複数同期５～15KW ２ 20KW ２ 30KW ５７ 50KW １ 60KW １ 100KW １ 250KW 液体燃料の種類実績台数Ａ重油又は　軽油 17台２３２）当社のバイオ・コージェネの特長循環型の資源・エネルギー利用の中で重要な役割を果たす当社のバイオ・コージェネは下記のような特長があるため多くの納入実績を上げることが出来Ａ重油　又は　軽油６台ております． ①使用するバイオガスのカロリー（熱量）に左右さバイオディーゼル１台れずに安定して発電と熱供給が可能です．自然エネルギーであるバイガスは日々変化します．メタン発酵方式にしても，熱分解方式にしても利図４．バイオガスコージェネ　納入年次別発電機容量推移バイオマスプラントにおける高効率バイオガス・バイオ燃料コージェネレーションシステム 19 図５．当社のバイオ・コージェネの特徴① 用する材料や比率さらに量によって，発生するガ ②電気の消費電力の急変にたいして，発電機の周波スの成分や熱量が日々変化します．数や電圧の変動が最小限で運転が可能です．液体当社の方式は，発生したガスを運転が出来る限度燃料でコントロールするのでガスのみのエンジンまでガスを発電機に投入します（バイオガスを最より応答が速いです．大限有効活用します）．バイオガス施設は，電力会社の電力系統に接続しガスのカロリーが高い場合　→発電機の周波数がない独立電源方式が多く用いられています．この安定するためにエンジンに必要な液体燃料は最小場合電気負荷が急変した場合に，周波数や電圧の限になるようにコントロールします．変動幅が極力少ないことが求められます．ガスのカロリーが低い場合　→発電機の周波数が安定するためにエンジンの液体燃料は多く必要となります．自動的に増えるようにコントロールします．当社の方式は，エンジン出力の変動分を応答が速い液体燃料で補完する方式なので周波数や電圧の変動幅が最小限に抑えられ，良質な電源供給が可能です．従ってバイオガスのカロリー（熱量）の大小に影響を受けずに安定した運転が出来ます． ③メタン発酵施設では発酵槽を適温に加温する必図６．当社のバイオ・コージェネの特徴② 20 野坂卓見要があります．特にバイオガスがまだ出ていないに無段階に補う方式なので安定した稼働率が要求施設の立ち上り運転時では，当社の方式ではガスされる独立型には特に向いています．が無い時でも自動的に液体燃料のみで運転するた・不純物の混入が多いバイオガスの場合，エンジンめ，バイオコージェネから電力の供給と，更におの始動時には液体燃料でエンジンの初動処置をし湯により発酵槽を加温できます．てからガスを投入する，停止時も同様にガスの処その結果バイオガスが発生し始めればガスの量に理を行なってから液体燃料を停止する等の手順を応じて液体燃料は減少した運転に切替わります，行なうことでガスの不純物からエンジンを守るこしたがって加温用の軽油やＡ重油のボイラーが必とが出来ます．要がないためシステムがシンプルになります．一方ガス専用エンジンではガスが発生しない状 ●本方式の課題態では，電力供給のため，別の発電機を用意する・液体燃料を80％以上カットしますが，原油価格がか，電力会社の電力を使用しなければなりませ高騰している現状では，食用油の廃油を燃料化しん．さらに加温のためにバイオガス以外の燃料にたバイオディーゼル（ＢＤＦ）利用の普及が大事よるボイラーが必要になります．になっております．福島で液体燃料をＢＤＦ100％で2006年３月から順 ④当社の方式では，液体燃料は軽油やＡ重油のよ調に稼働中です．（100kw×１台）うな化石燃料ばかりではなく，てんぷら油等の食３．実例について用油の廃油を精製したディーゼル燃料（ＢＤＦ） 100％を使用して運転が可能です．福島では2006年３月から順調に稼動しております．＜実例１＞熊本県山鹿市バイオマスセンター・稼動機種100KWタイプ　BIOCGS－100Ｂ外形図，システムブロック図，燃費特性グラフ（液体燃料だけの場合とバイオガスを投入した場 ⑤複数台数の安定した同期運転が可能です．エンジ合とを比較）を資料として添付します．ンコントロールを反応が速い液体燃料のガバナで・台数　２台行なっているため，電気負荷の変動に強く，同期・発電形態　独立電源　同期運転運転に向いています．電気負荷が少ない場合は１台で運転，電気負荷が多い場合は２台目を自動的に起動し２台で同期運３）当社の運転方式のまとめ転を行います．更に電気負荷が少なくなった場合 ◆デュアルフューエル方式　ガス＋液体燃料　は２台目が運転を継続し１台目が停止し，自動交ターボチャージャー付のディーゼルエンジンを互運転することにより発電機ごとの稼働時間の平使い，空気とバイオガスを予混合してシリンダー準化を行なっています．に送り込み，圧縮したタイミングで液体燃料を噴射して燃焼をコントロールします．材料の80％を堆肥に加工しており，残り20％をメタン発酵に使用し，本発電機２台による発電で，堆肥工場の固液分離機，換気ブロワー20機，消臭 ○本方式の利点用の大型ブロワーやプラント，メタン発酵層の加・バイオガス施設の立上がり時や，施設のメンテナ温用温水や工場の設備を稼動する電力を賄っていンス以後の再開時にバイオガスが無くても液体燃ます．電力会社の系統とは契約せず独立電源で維料のみで電力と熱の供給が可能であります．持しております．・ガス成分の変化や濃度の低下があっても安定した・発生ガス運転が可能であること．特にガス成分や熱量が材メタン比率　常時65％超！料によって日々変動する熱分解ガスには向いてい硫化水素濃度　20ppm以下で安定．ます．・稼動実績　・供給されるバイオガスをエンジンに最大限供給し，エネルギーの不足分のみを液体燃料を自動的 2005年６月運転開始　⇒　2006年10月現在　稼働時間6200時間．１年点検を実施．バイオマスプラントにおける高効率バイオガス・バイオ燃料コージェネレーションシステム・燃費　・投入材料　ペットボトルの廃プラスチックバイオガスを投入した場合，100KWの定格でエ・運営形態ネルギー分担率はバイオガスが82％，液体燃料が 18％で安定して動作しております． 21 民間の資源回収企業によって，材料のペットボトル（北海道からが多い，道内の廃棄物再利用率・投入材料が低いためか？）熱分解ガスと，行政のいわき市地域内の牛糞，飲食関係の事業所の生ごみ．と連係し地元の食品関連企業や，家庭のてんぷら・運営形態油等の植物油の廃油を回収しています．そして自第三セクターによる集中型で，地域の農家や住民社で精製してＢＤＦを製造し，100％で稼動してへ加工した堆肥の販売，消化液の散布に使用しています．家庭の主婦は廃油をスーパーマーケット循環型農業の普及に貢献しています．に持っていくと，カードのポイントが加算されるサービスも行なっているため原料回収は順調に進 ●課題んでいるようです．・材料がやや不足しており，ガス不足の傾向があります．・メンテナンス料の捻出に苦労しているようです．困難であります．（電力会社に対する電力の売電は資源回収ディーゼル車も，ＢＤＦ100％の燃料で稼動しています．ＢＤＦの原価は，初期投資を除くと40円/Lで出来るので十分採算が取れるとの説明でした．技術的には十分可能でも電力会社による買取価格が３～４円/Kw・ｈでかえって採算に合わない）４．挑戦中の事例・エンジンメーカーが外国製であるため部品の確保現在青森県で，当社も参加し250KW×３台の大と納期のことを考慮して，客先にて予備エンジン型熱分解ガス方式の施設の最終試験を行っておりまを１台，予算をつけて確保いただいています．しす．（木材と廃プラスチック）かし一般酪農家の場合は困難です．独立電源，250KW×３台の同期運転により電源を供給しております．＜実例２＞福島県いわき市トラスト企画バイオマスセンター完成すれば国内最大級の施設になると思われま・稼動機種100KWタイプ　BIOCGS－100Ｂす．・台数　１台５．まとめ・発電形態　独立電源　木質を原料とする熱分解ガスによる運転．当社におけるバイオガスコージェネの開発，実稼さらに液体燃料として，てんぷら油等の植物性油の動に係ってきて感じた点を若干上げさせていただき廃油を精製したバイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）ます．を使用しています．・本テーマの取組みは，単にある分野の機械やプラ電力会社の系統とは契約せず独立電源で維持しております．ントを製造し販売ずれば事足りるものではなく，地球環境の改善に繋がる循環の一環として役割を・発生ガス　詳細データはなし果たすもので無ければすぐに行き詰ってしまうと・稼動実績　考えます． 2006年３月運転開始　⇒　2006年10月現在　稼働時間1500時間・バイオマス発電を含む自然エネルギーによる発電からの，電力会社の買い取り価格の合理的な値段・燃費　での買い取りが進むことが普及の鍵になると考え熱分解ガスを投入した場合， 1 0 0 K W の定格でます．メンテナンス費用の見通しも出てくると思エネルギー分担率は熱分解ガスが70％，液体燃料（ＢＤＦ）が30％で動作しております．われます．・ガスの発生時とガスの消費の時間差を補うためガスの熱量は4000～4500Kcal/N・㎥で，メタン発の大型のガスホルダーは非常に小さくてすみ，発酵のガスに比較して低いためエネルギーの分担率電機容量も消費電力の最大値に見合った大きさはは低くなっています．必要なくなり，設備側のコストダウンつながりま 22 野坂卓見す．・この分野での日本のエンジンメーカーの協力を是非お願いしたいと考えます．当社の使用しているディーゼルエンジンは，残念ながら日本製は１台もありません．当社は外国かぶれしているわけではありません．国内メーカーからエンジンを供給してもらえないのが現状です．・エンジンは信頼性が高く，コストが安く，部品供給に時間がかからないことは，一般的には理の当然であります．しかしバイオガスに使用すると聞いただけで国内エンジンメーカーから供給を断られてしまいます．（１社２社ではありません）・バイオガスを入れるのですから通常の保証をお願いしているわけでなく，本体と部品の供給をお願いしているのですが今のところ実現できていません．・もう一点，電力の自由化の拡大を契機にバイオマス発電や，風力等の自然エネルギー発電の電力を，電力会社が消極的ならば，ＮＰＯの中で積極的に買い取る仕組みについて検討する必要はないでしょうか．・最後にバイオマスプラントは自然相手の新しい事業ですから当然困難が伴います．導入する事業者（酪農家，食品工場，第三セクター等）とプラントメーカー，機器メーカーがそれぞれの立場で上記の方向に協力し，共感を共有する必要があると考えます．以上不十分な報告ですが終わらせていただきます．