Gunma Prefecture CREATE 群馬県 鶏糞の低温炭化・灰化処理技術 群馬大学大学院工学研究科 環境プロセス工学専攻 佐藤 和好、宝田 恭之 群馬県地域結集型研究開発ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ Gunma Prefecture CREATE 畜産産出額は９２０億円（群馬県農業の１／３） 家畜排せつ物（３２０万ﾄﾝ／年） 家畜排せつ物の課題を解決する 観光振興 畜産振興 環境負荷低減 臭気（畜産）対策 畜産現場と住居 首都圏の水瓶 赤城山・榛名山 余剰たい肥 チッ素やリン ニオイ、糞、尿汚水 清浄な水を供給 大学等のシーズ、優れた技術・企業 ①低温ガス化技術 ②環境改善技術 環境に調和した畜産業・観光 群馬県 群馬県内における家畜飼養数と 発生する鶏糞の処理 - 群馬県内の家畜飼養数 鶏 1,000万羽 豚 62万頭 牛 11万頭 Gunma Prefecture CREATE 群馬県 -鶏糞処理の現状排出量：1,000 t/日 たい肥化 農地へ 鶏糞たい肥化の課題とその解決策 堆肥化の現状 ・長期間の臭気発生 ・農地に対して余剰 ・温室効果ガス(N2O)の発生 解決策：炭化・灰化 期待される効果 ・臭気成分の分解 ・減容化 ・肥料成分の濃縮 Gunma Prefecture CREATE 群馬県 鶏糞の特徴 ・高リン(P)含有率 ・輸入リン鉱石の約8割 が化学肥料に利用 ・資源の枯渇が懸念 Gunma Prefecture CREATE 群馬県 Source:環境バイオテクノロジー学会誌,4, 87-94 (2005) ・高炭酸カルシウム含有率 ・炭酸カルシウム：土壌改良剤として有効 鶏糞：貴重なリン含有資源であり、肥料や 土壌改良に有効 従来の炭化炉・灰化炉 ◎処理温度：800～1000 ºC CREATE 群馬県 CaO Intensity / a. u. ・エネルギー消費：大 ・炉材が高価 ・酸化カルシウムの生成 →土壌を強アルカリ化 Gunma Prefecture 20 800 ℃ CaCO3 600 ℃ 30 40 処理の低温化：様々な点で有利 !! 50 60 低温炭化のエネルギーメリット Gunma Prefecture CREATE 冷ガス効率 / - 1.0 0.8 0.6 含水率 0.4 10% 0.2 30% 20% 50% 0 500 40% 700 900 1100 1300 ガス化温度/ ºC エネルギー利得 灰化・炭化プロセス が得られる の熱源に利用可能 群馬県 低温灰化・炭化プロセスの現状 タールの生成 Gunma Prefecture CREATE 運転の障害 鶏糞灰化・炭化処理プロセスの目標 ・600℃の低温処理でタールの発生無し ・タール分解生成ガスを熱源に利用 (熱自立プロセス) 群馬県 鶏糞低温炭化プロセスの概念 Gunma Prefecture CREATE 群馬県 触媒層 ﾛｰﾀﾘｰｷﾙﾝ 可燃性 ガス タール+ガス 鶏糞 燃焼熱 燃焼装置 灰・炭化物 1. ロータリーキルンで600℃低温熱分解 2. タールを触媒層で改質 3. 生成ガスを燃焼室で燃焼 4. 燃焼熱をロータリーキルンおよび触媒層に供給 Ni担持褐炭触媒のタール改質効果 Ni(220) Ni(200) Ni(111) Intensity / a. u. タール CREATE 群馬県 Ni担持褐炭触媒 触媒なし Gunma Prefecture 20 30 40 50 60 70 80 2θ /degree Ni系触媒による有害窒素化合物の分解 120 触媒層温度：650℃ 窒素転換率 / ％ 100 80 60 炭化物 中-N 炭化物 中-N タール 中-N タール 中-N N2 40 N2 20 川砂 N2 HCN NH3 NH3 0 炭化物 中-N Ni-褐炭 触媒 Ni-Al2O3 Gunma Prefecture CREATE 群馬県 鶏糞低温熱処理実証炉 (株式会社キンセイ産業) 畜産現場で日量１トン処理を実施 装置重量：3 t 設置面積：32m2(10坪) 自動運転 Gunma Prefecture CREATE 群馬県 ・600℃での運転で タールトラブル無し ・臭気の発生無し ・18～29％減容化 ・消費エネルギーを 40％削減 ・共同特許出願 (群馬大学-株式会社 キンセイ産業) 鶏糞灰および炭化物の肥効 コマツナで化成肥料と比較 化成肥料 実験１ 実験２ 化成肥料の原料として利用可能 Gunma Prefecture CREATE 群馬県 Gunma Prefecture 鶏糞灰・炭化物ならびに開発炉 の環境適応性 関連法規 鶏糞灰・炭 土壌汚染対策法 ◎ 肥料取締法 ◎ CREATE 群馬県 開発炉 ◎ 大気汚染防止法 ダイオキシン類対策特別措置法 ◎ ◎ 廃棄物の処理及び清掃に関する法律 ◎ ◎ すべてクリア 鶏糞灰・炭化物からの活性炭製造 Gunma Prefecture CREATE 群馬県 鶏糞 黒鉛 CaCO3 灰・炭化物 塩酸洗浄 水洗浄 Intensity / a.u. 熱分解 鶏糞灰・炭化物 塩酸処理後 鶏糞灰・炭化物 @700℃ 乾燥 活性炭 20 30 40 50 60 70 80 2θ / degree 鶏糞由来活性炭の特性 比表面積 / m2g-1 2000 1500 Gunma Prefecture CREATE 群馬県 比表面積 平均細孔径 ヨウ素吸着能 [m2/g] [nm] [mg-I2/g-samp.] 鶏糞活性炭 1075 4.5 809 市販活性炭 1351 1.9 978 1000 500 0 600 700 800 炭化温度 / ℃ 900 1000 特別な賦活操作無しに活性炭が作製可能 活性炭生成のメカニズム 重量減少率 / % 10 CREATE 群馬県 20 CaCO3 → CaO + CO2 ↑ ・・・ (1) C(sample) + CO2 → 2CO ↑ ・・・ (2) 16 20 30 CO 40 12 8 50 4 60 70 100 CO2 H2 300 500 温度 / ℃ 700 0 900 生成ガス量/ mmol/g-sample daf 0 Gunma Prefecture 鶏糞灰・炭化物と活性炭の透 過電子顕微鏡像 鶏糞灰・ 炭化物 10 nm 活性炭 10 nm まとめ Gunma Prefecture CREATE 群馬県 ・独自の低コスト触媒(Ni担持褐炭)を用いて、 鶏糞の低温灰化・炭化に成功した。 ・3t/日の処理能力を有する灰化・炭化処理装置を 試作し、実証を行った。 ・鶏糞灰・炭化物は肥料として利用可能であり、法 的な安全性が確認された。 ・鶏糞灰・炭化物から灰分を除去することにより、 容易に活性炭が作製できた。 今後取り組むべき課題 ・灰化・炭化炉の大型化ならびに処理プロセ スのさらなる低温化による低コスト化とエ ネルギー消費量の低減 ・鶏糞灰・炭化物の新規用途開拓 企業への期待 ・バイオマスの有効利用を考えている企 業には、本技術の導入が有効と考えら れる。 ・鶏糞由来の灰・炭化物の用途開拓を進 めるため、連携可能な企業を募集中。 ・使用済み触媒から得られるNi微粒子の 用途開拓を進めるため、連携可能な企 業を募集中。 本技術に関連する知的財産権 ・発明の名称：鶏糞処理装置 ・出願番号：特願2010－242587 ・出願人：株式会社キンセイ産業 国立大学法人群馬大学 ・発明の名称：鶏糞を原料とした活性炭の 製造方法 ・出願番号：特許公開2010－116278 ・出願人：国立大学法人群馬大学 お問合わせ先 ■ 群馬大学ＴＬＯ e-mail： [email protected] TEL 0277-30-1171～1175
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