(57)【要約】【課題】食品廃棄物からのエタノール回収において、エタノールを高効率に回収できる方法又は装置を提供する。【解決手段】炭水化物を含む食品廃棄物からエタノールを製造する方法を、食品廃棄物及び水を投入後攪拌及び温度調整を実施した後に糖化酵素を投入して糖化させる糖化工程と、糖化後、攪拌及び温度調整後酵母を投入して発酵させる発酵工程と、発酵後、固液分離せず温度調整により予備蒸留させる予備蒸留工程と、予備蒸留後の不溶解物を含む廃液を排出させる排出工程とを同一のエタノール回収装置で行うことによって課題を解決できた。【選択図】図１
2010183863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭水化物を含む食品廃棄物からエタノールを製造する方法であって、食品廃棄物及び水を投入後攪拌及び温度調整を実施した後に糖化酵素を投入して糖化させる糖化工程と、糖化後、攪拌及び温度調整後酵母を投入して発酵させる発酵工程と、発酵後、固液分離せず温度調整により予備蒸留させる予備蒸留工程と、予備蒸留後の不溶解物を含む廃液を排出させる排出工程とを同一のエタノール回収装置で行うことを特徴とする食品廃棄物からのエタノール製造方法。
【請求項２】
炭水化物を含む食品廃棄物からエタノールを製造する装置であって、食品廃棄物及び水を投入後攪拌及び温度調整を実施した後に糖化酵素を投入して糖化させる糖化手段と、糖化後、攪拌及び温度調整後酵母を投入して発酵させる発酵手段と、発酵後、固液分離せず温度調整により予備蒸留させる予備蒸留手段と、予備蒸留後の不溶解物を含む廃液を排出させる排出手段とを同一のエタノール回収装置で行うことを特徴とする食品廃棄物からのエタノール製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レストランや学校などの厨房から排出される食品廃棄物からのエタノールを製造する方法及び装置に関する。さらに詳しくはレストランや学校などの厨房から排出される食品廃棄物を糖化、発酵及び蒸留させてエタノールを製造する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小麦やトウモロコシなどを原料にした、いわゆるバイオ燃料の製造が多く行われている。このバイオ燃料は、石油や石炭などの有限な化石燃料の使用を抑制し、化石燃料依存社会からの脱却を図るので、地球環境保全の点から好ましい。
【０００３】
しかし、こうした小麦やトウモロコシなどは人間や家畜の食料であるため、食料供給が滞ってしまうといった大きな問題を誘発している。こうした観点、及び永年問われてきた食品廃棄物の有効活用を図る必要性から、これまでに食品廃棄物を利用したエタノール製造方法が創案されている。
【０００４】
例えば、生ゴミを糖化して糖化液を生成するとともに、生ゴミ中に生息する微生物により主として乳酸を発酵させて糖化液の水素イオン濃度を低くする糖化部と、糖化液を用いてアルコール発酵させる発酵部と、粗アルコールと蒸留廃液と分離する蒸留部を備えたアルコール生産システムが創案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、炭水化物を多量に含有する原料と液化酵素を投入する液化槽と、液化物と糖化酵素を投入する糖化槽と、糖化物を発酵させる発酵槽と、発酵物を固液分離して蒸留させる蒸留槽からなる設備を利用して可燃液体を製造する方法が創案されている（例えば、特許文献２参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、糖化後に固液分離した場合には分離された不溶解物に含まれる糖化液中の糖分を回収していないし、また、発酵後に固液分離した場合には分離された不溶解物に含まれる発酵液中のエタノールが含まれており該エタノールを回収していないという問題があった。
【０００７】
さらに、糖化工程、発酵工程などの工程ごとに別々の設備が必要であるため、設備費用が高く、広い設備設置面積を必要とし、さらには設備群を稼働させるのに維持コストが高くなるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、糖化後に固液分離した不溶解物に含まれる糖化液中の糖分を回収することと、発酵後に固液分離した不溶解物に含まれる発酵液中のエタノールを回収することとによって食品廃棄物からのエタノールの回収量を増やすことができる方法及び装置を提供することと、及びエタノールを製造する工程である糖化工程、発酵工程のそれぞれに配置される設備群の設備費用を低価にでき、設備設置面積を狭くでき、設備を稼働させる維持コストを低価にできる方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明において、「予備蒸留」とは、不溶解物を含んだ発酵液を加熱蒸留してエタノール液を濃縮することを意味する。
【００１０】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る食品廃棄物からのエタノール製造方法の発明は、炭水化物を含む食品廃棄物からエタノールを製造する方法であって、食品廃棄物及び水を投入後攪拌及び温度調整を実施した後に糖化酵素を投入して糖化させる糖化工程と、糖化後、攪拌及び温度調整後酵母を投入して発酵させる発酵工程と、発酵後、固液分離せず温度調整により予備蒸留させる予備蒸留工程と、予備蒸留後の不溶解物を含む廃液を排出させる排出工程とを同一のエタノール回収装置で行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る食品廃棄物からのエタノール製造装置の発明は、炭水化物を含む食品廃棄物からエタノールを製造する装置であって、食品廃棄物及び水を投入後、攪拌及び温度調整を実施した後に糖化酵素を投入して糖化させる糖化手段と、糖化後、攪拌及び温度調整後、酵母を投入して発酵させる発酵手段と、発酵後、固液分離せず温度調整により予備蒸留させる予備蒸留手段と、予備蒸留後の不溶解物を含む廃液を排出させる排出手段とを同一のエタノール回収装置で行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明は、糖化後に固液分離した不溶解物に含まれる糖化液中の糖分を回収することができ、発酵後に固液分離した不溶解物に含まれる発酵液中のエタノールを回収することができるという効果を奏する。
【００１３】
糖化工程、発酵工程及び予備蒸留工程などの工程を同一の回収槽本体２で行うことができるため、各工程に配置した設備を減じられるので、設備投資費用を低価にし、設備設置面積を狭くすることができ、さらには設備を稼働させるのに維持コストを低価にするという効果を奏する。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明と同一の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】エタノール回収装置の概略図である。
【図２】回収槽本体周壁から槽内に内設した攪拌機の概略図である。
【図３】回収槽本体外に吸引後、回収槽本体内に送入させるポンプ等の概略図である。
【図４】図１、図２又は図３における熱媒冷管２８の蛇管形状部のＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１７】
食品廃棄物からエタノールを回収するエタノール回収装置の概要を図１において説明する。エタノール回収装置１は、略円筒状である回収槽本体２と、回収槽本体２の上部に設けた食品廃棄物、水、糖化酵素及び酵母を投入する投入口1０と、蒸気又は冷却水を流動させて食品廃棄物を含んだ溶液１１の温度を調整するための熱冷媒流動部３と、食品廃棄物を含んだ溶液１１を攪拌する攪拌部４と、予備蒸留された蒸気を冷却してエタノール液６０にする冷却部５と、予備蒸留された後の不溶解物を含んだ廃液を排出する廃液排出部６と、回収槽本体２内の食品廃棄物を含んだ溶液１１の温度を測定する温度センサー１４、１５及び１６とから構成されている。
【００１８】
エタノール回収装置１の回収槽本体２の上部にある投入口１０は蓋により開閉する。
【００１９】
熱冷媒流動部３は、蒸気発生器２１と、蒸気流動路を開閉する開閉弁２３と、冷却水を循環させる冷却水タンク付ポンプ２２と、冷却水流動路を開閉する開閉弁２４と、冷却水管２７と、熱冷媒管２８と、蒸気又は冷却水の温度を測定する温度センサー２９と、蒸気排出路を開閉する開閉弁２５と、開口孔から蒸気を大気中に放出する蒸気放出管３０と、冷却水戻り路を開閉する開閉弁２６と、回収槽本体２内を通過した冷却水を冷却水タンク付ポンプ２２に戻す冷却水戻り管３１とから構成されている。
【００２０】
そして、熱冷媒管２８は、回収槽本体２の下部に図４に示すように蛇管状に設置されている。また、熱冷媒管２８は、回収槽本体周壁２０に外接させて螺旋状の配管（図なし）を設置することもできる。さらに、熱冷媒管２８は、回収槽本体２の下部の蛇管及び回収槽本体周壁２０に外接させて螺旋状の配管の両方を設置することもできる。
【００２１】
また、熱冷媒流動部３は、食品廃棄物を含んだ溶液１１の温度を測定する温度センサー１４、１５又は１６と連動させて食品廃棄物を含んだ溶液１１の温度に応じて、糖化、発酵及び予備蒸留にそれぞれ適した温度に昇温や降温させて保持するという制御（制御部の図示なし）を行うこともできる。
【００２２】
攪拌部４は、駆動モーター４１と、駆動モーター４１に変速機構を介して連結され回収槽本体２内に回収槽本体２の円筒形状軸方向に吊り下げた回転軸４２と、回転軸４２に連結し回転軸４２の外周方向に回転する回転翼４３とから構成される。
【００２３】
また、攪拌部４の別タイプとして、図２に示すように、駆動モーター４４と、回収槽本体２の下部側壁より回収槽本体２内に内設した回転軸４５と、回転軸４５に連結し回転軸４５の外周方向に回転する回転翼４６とから構成されるタイプでもよい。
【００２４】
さらに、攪拌部４の別タイプとして、図３に示すように、ポンプ４７と溶液循環管４８とを設置して、食品廃棄物を含んだ溶液１１を回収槽本体２の下部より吸引し回収槽本体２の上部へ送入させるように循環させるタイプでもよい。
【００２５】
回収槽本体２の上部には、発酵で生成された炭酸ガス、又は予備蒸留させるときに発生する蒸気を送出する送出口１７が設けられている。送出口１７には蒸気管５２が連結され、蒸気管５２には蒸気などの流通路を開閉する開閉弁５５と、蒸気などの温度を測定する温度センサー５４とが設置されている。
【００２６】
蒸気管５２は冷却部５内に貫設した蒸気液化管５３と継ぎ手６３を介して連接される。蒸気液化管５３は可撓性を有する管又は可撓性を有さない管から製作される。
【００２７】
発酵工程で生成されて回収槽本体２内の空間７に滞留した炭酸ガスを排出させるために開閉弁５５を開にするが、開閉弁５５を開閉するか否かの調整は、回収槽本体２の容量と、回収槽本体２内の不溶解物を含んだ溶液の量と、回収槽本体２内の空間７の容量との関係から開閉弁５５の開閉を調整する。
【００２８】
回収槽本体２の下部には、予備蒸留後に回収槽本体２内に残った不溶解物を含んだ廃液を排出するための排出口１８が設置され、排出口１８には排出管７２が連結され、排出管７２には開閉弁７３が設置され、排出管７２の他端は開放状態となっており、他端より排出された廃液は廃液回収槽７１に回収される。
【００２９】
そして、予備蒸留による回収槽本体２からのエタノールを含む蒸気は、図１に示す冷却部５に送り込まれ、エタノール液６０が得られる。冷却部５は、冷却水５７を満たした冷却水槽５０と、冷却水槽５０内に沈設させた蒸気液化管５３と、冷却水槽５０の下部に連結させ冷却水を送り込む冷却水送入管６１と、冷却水流動路を開閉する開閉弁５６と、冷却水槽５０の上部に連結させ冷却水を送出する冷却水送出管６２と、冷却水５７の温度を測定する温度センサー５８又は５９と、冷却水槽５０内を通過することにより液化したエタノール液を回収するエタノール液回収槽５１とから構成される。
【００３０】
そして、冷却部５は、温度センサー５８及び５９が検知した冷却水５７の温度と、冷却水５７高温限度設定温度又は開閉弁５６閉設定温度との差に応じて開閉弁５６を開閉する制御（制御部の図なし）を行う。
【００３１】
次に、食品廃棄物からエタノールを製造する方法の概要を説明する。
【００３２】
炭水化物を含む食品廃棄物を乾燥させ含水率を減少させた食品廃棄物と水を回収槽本体２の上部にある投入口１０より投入し投入口１０を閉める。
【００３３】
なお、水の重量に対する食品廃棄物の投入量は食品廃棄物の含水率に応じて設定し、糖化酵素の投入量は食品廃棄物と水の合計重量に応じて設定する。
【００３４】
また、食品廃棄物、水及び糖化酵素の投入量や糖化酵素の種類に応じて、糖化を促進させるための糖化温度及び糖化時間を設定する。
【００３５】
設定された糖化温度に到達後に投入口１０を開き、糖化酵素を投入し投入口１０を閉める。そして食品廃棄物を含んだ溶液１１の糖化を促進させるため、攪拌部４によって不溶解物を含んだ溶液１１を攪拌するとともに、温度センサー１４、１５又は１６のうち食品廃棄物を含んだ溶液１１に接触している温度センサーの温度があらかじめ設定された糖化温度で保持できるように、設定糖化温度と温度センサー検出温度との差により、昇温すべき場合は熱媒流動を制御する蒸気発生器２１を作動させ、開閉弁２３及び開閉弁２５を開にし、また降温すべき場合は冷媒流動を制御する冷却水タンク付ポンプを作動させ、開閉弁２４及び開閉弁２６を開にする。
【００３６】
糖化後発酵温度まで冷却する。発酵温度到達後、投入口１０を開き酵母を投入し投入口１０を閉める。そして、不溶解物を含んだ糖化液１２の発酵を促進させるため、糖化液１２の量及び酵母の種類や投入量に応じて発酵時間を設定する。
【００３７】
発酵を促すため、攪拌部４によって不溶解物を含んだ糖化液１２を攪拌するとともに、温度センサー１４、１５又は１６のうち糖化液１２に接触している温度センサーの温度があらかじめ設定された発酵温度で保持できるように、設定発酵温度と温度センサー検出温度との差により、昇温すべき場合は熱媒流動を制御する蒸気発生器２１を作動させ、開閉弁２３及び開閉弁２５を開にし、また降温すべき場合は冷媒流動を制御する冷却水タンク付ポンプ２２を作動させ、開閉弁２４及び開閉弁２６を開にする。
【００３８】
発酵時には、発酵によって生じる炭酸ガスなどによって回収槽本体２内の圧力上昇を避けるため、回収槽本体２の容量と、回収槽本体２内の不溶解物を含んだ溶液の量と、回収槽本体２内の空間７の容量との関係から、開閉弁５５の開閉を調整する。
【００３９】
予備蒸留を促進させるため、温度センサー１４、１５又は１６のうち発酵液１３に接触している温度センサーの温度があらかじめ設定された予備蒸留温度で保持できるように、熱媒流動を制御する蒸気発生器２１を作動させ、開閉弁２３及び開閉弁２５を開にする。また、予備蒸留時には、回収槽本体２の上部に設けた開閉弁５５は、予備蒸留された蒸気を流動させるため開とする。
【００４０】
予備蒸留後、回収槽本体２内の下部に残った不溶解物を含む廃液を、開閉弁７３を開にして排出口１８より排出させ、廃液回収槽７１に回収する。
【００４１】
また、予備蒸留された蒸気は、冷却水槽５０内に沈設させた蒸気液化管５３内を流動する過程で液化し、液化したエタノール液６０が蒸気液化管５３端末部から注出されエタノール液回収槽５１に回収される。
【００４２】
予備蒸留された蒸気が蒸気液化管５３内を流動することにより冷却水５７の温度が上昇するため、予備蒸留された蒸気が蒸気液化管５３内を流動する過程で液化するように、温度センサー５８又は５９が検知した冷却水５７の温度があらかじめ設定した冷却水５７高温限度設定温度に達したときに開閉弁５６を開にして冷却水送入管６１より冷却水を送入させて冷却水５７の温度を降温させ、あらかじめ設定した開閉弁５６閉設定温度に達したときに開閉弁５６を閉とする制御を行う。
【００４３】
次に、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は実施例により限定されるものでない。
【実施例】
【００４４】
炭水化物を含む食品廃棄物を乾燥温度８０°Ｃ〜１００°Ｃで乾燥させて含水率を減少させた食品廃棄物と水を回収槽本体２の上部にある投入口１０より投入する。
【００４５】
食品廃棄物は、水４０ｋｇに対して約２５重量％に該当する１０ｋｇを投入する。
【００４６】
温度センサー１４、１５又は１６のうち食品廃棄物を含んだ溶液１１に接触している温度センサーの糖化温度が５５°Ｃ〜６０°Ｃになるまで、攪拌部４を適宜回転させながら、蒸気発生器２１からの蒸気を、開閉弁２３及び開閉弁２５を開にして熱冷媒管２８内に蒸気を流動させて昇温させ、設定糖化温度到達後に糖化酵素を投入し投入口１０を閉める。
【００４７】
なお、糖化酵素は食品廃棄物と水の合計に対して０．００５重量％〜０．２重量％投入する。
【００４８】
そして、設定糖化温度を約２４時間維持するように攪拌部４を適宜回転させながら熱媒又は冷媒の流動を制御する。
【００４９】
糖化後、温度センサー１４、１５又は１６のうち不溶解物を含んだ糖化液１２に接触している温度センサーの発酵温度が３０°Ｃ〜３５°Ｃの温度帯になるまで、攪拌部４を適宜回転させながら、冷媒流動を制御する冷却水タンク付ポンプ２２を作動させ、開閉弁２４及び開閉弁２６を開にして熱冷媒管２８内に冷却水を流動させて降温させ設定発酵温度まで冷却する。
【００５０】
設定発酵温度到達後、投入口１０を開とし酵母を食品廃棄物と水との合計重量に対して０．０５重量％〜０．５重量％で投入して投入口１０を閉とする。そして、設定発酵温度を４８時間維持するように攪拌部４を適宜回転させながら熱媒又は冷媒の流動を制御する。
【００５１】
発酵後、予備蒸留させるために、蒸気管５２に設置した温度センサー５４の蒸気検知温度が７８°Ｃ〜９８°Ｃになるまで昇温させ、前記蒸気検知温度を維持するように熱媒の流動を制御して予備蒸留を実施し、最後は蒸気液化管５３から生成されたエタノール濃度が０．５％以下になったときに予備蒸留を終了する。
【００５２】
予備蒸留により生じた蒸気は、冷却部５内を流動することによって液化され、エタノール液６０となってエタノール液回収槽５１に回収される。
【００５３】
上記実施例による予備蒸留後に蒸留塔で主蒸留させたことによって得られたエタノールの回収率は、食品廃棄物１０ｋｇからエタノール濃度が９０％以上のエタノールを２．０リットル回収でき、従来の発酵後に固液分離機（商品名スリットセーバー、型式ＳＳ−２８、株式会社研電社製）により固液分離したときのエタノール濃度が９０％以上のエタノール１．８リットル回収に比較して、エタノール回収率が約１０％向上できた。
【符号の説明】
【００５４】
１    エタノール回収装置
２    回収槽本体
３    熱冷媒流動部
４    攪拌部
５    冷却部
６    廃液排出部
７    空間
１０  投入口
１１  食品廃棄物を含んだ溶液
１２  不溶解物を含んだ糖化液
１３  不溶解物を含んだ発酵液
１４  温度センサー
１５  温度センサー
１６  温度センサー
１７  送出口
１８  排出口
２０  回収槽本体周壁
２１  蒸気発生器
２２  冷却水タンク付ポンプ
２３  開閉弁
２４  開閉弁
２５  開閉弁
２６  開閉弁
２７  冷却水管
２８  熱冷媒管
２９  温度センサー
３０  蒸気放出管  
３１  冷却水戻り管
４１  駆動モーター
４２  回転軸
４３  攪拌翼
４４  駆動モーター
４５  回転軸
４６  攪拌翼
４７  ポンプ
４８  溶液循環管
５０  冷却水槽
５１  エタノール液回収槽
５２  蒸気管
５３  蒸気液化管
５４  温度センサー
５５  開閉弁
５６  開閉弁
５７  冷却水
５８  温度センサー
５９  温度センサー
６０  エタノール液
６１  冷却水送入管
６２  冷却水送出管
６３  継ぎ手
７１  廃液回収槽
７２  排出管
７３  開閉弁
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５５】
【特許文献１】特開２００６−３２５５７７号公報
【特許文献２】特開２００６−３２５５１８号公報
【図１】
2010183863.tif 000003
【図２】
2010183863.tif 000004
【図３】
2010183863.tif 000005
【図４】
2010183863.tif 000006