(57)【要約】【課題】本発明の目的は、より緩やかな反応条件下でＣＯ２を使ってバイオマスのガス化反応を行わせ、バイオマスからのＣＯ２生成を極力抑制し、効率的にＨ２、ＣＯ、及びＣＨ４を生成することができるバイオマスのガス化法を提供することである。【解決手段】バイオマスを二酸化炭素及び水蒸気（二酸化炭素及び酸素，二酸化炭素、水蒸気、及び酸素）を使ってガス化するバイオマスのガス化法であって、バイオマスと二酸化炭素及び水蒸気との反応を、常圧下、温度８５０℃〜１２００℃の条件の反応場で行わせるバイオマスのガス化方法。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを二酸化炭素を含むガスを使ってガス化するバイオマスのガス化法であって、
バイオマスと二酸化炭素及び水蒸気との反応を、常圧下、温度８５０℃〜１２００℃の条件の反応場で行わせることを特徴とするバイオマスのガス化方法。
【請求項２】
バイオマスを二酸化炭素及び水蒸気を使ってガス化するバイオマスのガス化法であって、
バイオマスと二酸化炭素及び水蒸気との反応を、常圧下、温度８５０℃〜１２００℃の条件の反応場で行わせることを特徴とするバイオマスのガス化方法。
【請求項３】
バイオマスを二酸化炭素及び酸素を使ってガス化するバイオマスのガス化法であって、
バイオマスと二酸化炭素及び酸素との反応を、常圧下、温度８５０℃〜１２００℃の条件の反応場で行わせることを特徴とするバイオマスのガス化方法。
【請求項４】
バイオマスを二酸化炭素、水蒸気、及び酸素を使ってガス化するバイオマスのガス化法であって、
バイオマスと二酸化炭素、水蒸気、及び酸素との反応を、常圧下、温度８５０℃〜１２００℃の条件の反応場で行わせることを特徴とするバイオマスのガス化方法。
【請求項５】
前記反応場において、バイオマス中の炭素のモル数［Ｃ］に対する供給する二酸化炭素のモル数［ＣＯ２］の比（［ＣＯ２］／［Ｃ］）が０．５以上になるように二酸化炭素を供給することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のバイオマスのガス化法。
【請求項６】
前記反応場において、バイオマス中の炭素のモル数［Ｃ］に対する水蒸気のモル数［Ｈ２Ｏ］の比（［Ｈ２Ｏ］／［Ｃ］）が０．５以上なるように水蒸気を供給することを特徴とする請求項２又は請求項４に記載のバイオマスのガス化法。
【請求項７】
前記反応場において、バイオマス中の炭素のモル数［Ｃ］に対する酸素のモル数［Ｏ２］の比（［Ｏ２］／［Ｃ］）が０．５以下となるように酸素を供給することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のバイオマスのガス化法。
【請求項８】
前記反応場において、二酸化炭素のモル数［ＣＯ2 ］に対する水蒸気のモル数［Ｈ２Ｏ］の比（［Ｈ２Ｏ］／［ＣＯ２］）が１以下になるように二酸化炭素と水蒸気とを供給することを特徴とする請求項２又は請求項４に記載のバイオマスのガス化法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼排気ガス等により生じた二酸化炭素（以下、ＣＯ２という）を使ったバイオマスのガス化法に関し、更に詳しくは、少なくともＣＯ２を含むガスをバイオマスが置かれた高温雰囲気に導入してバイオマスをガス化し、且つガス化後にガス中に含まれるＣＯ２の量を導入したＣＯ２の量よりも低減できるバイオマスのガス化法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＯ２による地球温暖化は世界的な問題となっており、各国が協力してＣＯ２を削減する解決策を見出そうとしている。
しかし、ＣＯ２削減に向けた具体的な行動はなかなか進行していない。
これは、ＣＯ２の排出とエネルギー利用が密接に関連しており、単純なＣＯ２排出議論は各国経済を左右する問題になるからである。
現在のＣＯ２の排出削減に向けた技術開発としては、エネルギー変換効率の向上、新エネルギー源の探索・開発、ＣＯ２の固定・再資源化等が挙げられる。
そのため、環境保全を図りながらエネルギーを安定的に確保するために、再生可能なバイオマス資源をエネルギーや工業原料等のマテリアルに変換する技術の開発が注目されている。
【０００３】
本出願人らは、水蒸気によってバイオマスを熱化学的に分解してガス化し、液体燃料用合成ガスを製造する方法（特許文献１参照）や水素を製造する方法（特許文献２参照）等を提案してきた。
液体燃料用合成ガス製造では、１０００℃程度、常圧下で、バイオマスが熱化学的に分解され、Ｈ２及びＣＯを含有する混合ガスが製造される。
このバイオマスの熱化学的分解では、主に次の４つの化学反応によりバイオマス（ＣｘＨｙＯｚ）がＨ２、ＣＯ、及びＣＯ２に分解すると考えられる（特許文献３）。
【０００４】
ＣｘＨｙＯｚ  →  （ｘ−ｚ）Ｃ＋ｚＣＯ＋（ｙ／２）Ｈ２      …（１）
Ｃ＋Ｈ２Ｏ  →  Ｈ２＋ＣＯ      …（２）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ  →  Ｈ２＋ＣＯ２   …（３）
Ｃ＋ＣＯ２  →  ２ＣＯ          …（４）
【０００５】
先ず、バイオマス自体が熱分解してＣ、ＣＯ、及びＨ２が生成され（式（１））、逐次的に分解生成物であるＣやＣＯと水蒸気とが反応してＨ２、ＣＯ、及びＣＯ２が生成され（式（２）及び式（３））、式（３）の反応により生じたＣＯ２は式（１）の反応で生成したＣと反応して更にＣＯを生成させる（式（４））。
因みに、式（３）のシフト反応と呼ばれる平衡反応は、上記の条件ではＨ２Ｏが多量に存在し、ＣＯ２は式（４）の反応によりＣＯになって減少するため、反応が右向きに進む。
【０００６】
これらのガス化反応後のガスはＨ２、ＣＯ、ＣＯ２、及び水蒸気が主成分となり、各組成ガスは、上記式（３）の化学平衡式により化学平衡に達する。
【０００７】
ここで積極的に水素を製造する場合は、予め反応場に二酸化炭素吸収物質（以下、ＣＯ２吸収物質という）を過剰に共存させて、生成ガス中からＣＯ２を吸収させて除去することにより、上記化学平衡式（３）を、ＣＯ２とＨ２を生成する方向（即ち右向き）に反応を進行させることができる。
【０００８】
このＣＯ２吸収物質共存下での反応は、５００℃〜８００℃の温度範囲で、３０気圧未満（３ＭＰａ未満）という非常に緩やかな反応条件下で効率良くＣＯ２を吸収することができ、ＣＯ２をほとんど含まない非常にクリーンな水素エネルギーに変換することが可能である（特許文献２参照）。
【０００９】
この水素製造法は、水素の生成過程において生成するＣＯ２をＣＯ２吸収物質に吸収させて積極的に除去するものであることから、最終的な生成ガス中にＣＯ２をほとんど含まない非常にクリーンな水素エネルギーを作り出すものとして、地球温暖化防止の観点からも注目されている。
【００１０】
また本出願人は、石炭のガス化（特許文献４，５参照）との比較から、バイオマスの水蒸気によるガス化が石炭のガス化と大きく異なり、反応圧力が６気圧という穏やかなガス化条件で効率良く水素を製造できることも見出した。
【００１１】
一方、燃焼排ガス中のＣＯ２をガス化剤として用い、バイオマスをガス化する方法も提案され（特許文献３，６参照）、またＣＯ２の大気への放出量を削減するプロセスが提案されている（特許文献６参照）。
【００１２】
例えば天然ガスの燃焼排ガスの場合（特許文献３参照）は、反応式（５）で生成するＣＯ２と水蒸気をガス化剤として、高温・高圧でのバイオマスのガス化反応が行われて、合成ガスが生成されている。
ＣＨ４＋２Ｏ２  →  ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ            （５）
このガス化反応も前述の式（１）〜式（４）等の反応によって表される。
【００１３】
本出願で提案するＣＯ２によるガス化法の場合も、生成するＨ２とＣＯのモル比が液体燃料合成に適した値になるように意図されているので、水蒸気の多い条件となるようにバイオマス、天然ガス、水蒸気、及び酸素の量が制御されてバイオマスがガス化される。
そのため式（３）のシフト反応と呼ばれる平衡反応は矢印に示した方向に進行し、ＣＯ２の生成も増加する。
【００１４】
また、燃焼排ガスからのＣＯ２を石炭のガス化におけるガス化剤として用い、ＣＯ２の大気への放出量を削減するプロセスが提案され、ＣＯ２によるバイオマスのガス化への適用も指摘されている（特許文献６参照）が、石炭と大きく異なるバイオマスガス化プロセスについては詳細な検討は行われていない。
【００１５】
尚、バイオマスとは、石炭や石油等の化石燃料を除いた生物由来の有機資源を意味し、森林や農作物、海藻・魚介類、又はこれらを利用した後の有機性廃棄物などをも含む再生可能な有機資源である。
【００１６】
【特許文献１】特願２００３−１８９３７７号公報
【特許文献２】特願２００３−２０２６２６号公報
【特許文献３】特開平１０−２５９３８４号公報
【特許文献４】特開２０００−１４３２０２号公報
【特許文献５】特開２０００−１５３２５２号公報
【特許文献６】米国特許第５９３７６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述したように、従来から燃焼排ガス等から生じたＣＯ２をガス化剤に用いて、バイオマスをガス化する方法が提案されているが、そのガス化方法においてＣＯ２の削減とバイオマスの効果的なエネルギー化を求めた反応条件等については具体的に着目されていない。
従って、バイオマスのＣＯ２ガス化反応において、可能な限りＣＯ２生成を抑制して、効率的にＨ２、ＣＯ、及びＣＨ４を生成することができるガス化法の開発が望まれる。
【００１８】
本発明は、かかる実情を背景に、上記の問題点を克服するためになされたものである。
即ち、本発明の目的は、より緩やかな反応条件下でＣＯ２を使ってバイオマスのガス化反応を行わせ、バイオマスからのＣＯ２生成を極力抑制し、効率的にＨ２、ＣＯ、及びＣＨ４を生成することができるバイオマスのガス化法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
かくして、本発明者は、このような課題背景に対して鋭意研究を重ねた結果、バイオマスは一般に揮発分が多く、それ自体がＣＯ２により熱化学的に分解され、ＣＯ２が低減されることに着目し、更に、ガス化剤としてＣＯ２にＯ２や水蒸気を加えてバイオマスをガス化すると、常圧にて効果的にバイオマスがＨ２、ＣＯ、及びＣＨ４にガス化され、ＣＯ２を低減することができることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させたものである。
【００２０】
即ち、本発明は、（１）、バイオマスを二酸化炭素を含むガスを使ってガス化するバイオマスのガス化法であって、バイオマスと二酸化炭素及び水蒸気との反応を、常圧下、温度８５０℃〜１２００℃の条件の反応場で行わせるバイオマスのガス化方法に存する。
【００２１】
また、本発明は、（２）、バイオマスを二酸化炭素及び水蒸気を使ってガス化するバイオマスのガス化法であって、バイオマスと二酸化炭素及び水蒸気との反応を、常圧下、温度８５０℃〜１２００℃の条件の反応場で行わせるバイオマスのガス化方法に存する。
【００２２】
また、本発明は、（３）、バイオマスを二酸化炭素及び酸素を使ってガス化するバイオマスのガス化法であって、バイオマスと二酸化炭素及び酸素との反応を、常圧下、温度８５０℃〜１２００℃の条件の反応場で行わせるバイオマスのガス化方法に存する。
【００２３】
また、本発明は、（４）、バイオマスを二酸化炭素、水蒸気、及び酸素を使ってガス化するバイオマスのガス化法であって、バイオマスと二酸化炭素、水蒸気、及び酸素との反応を、常圧下、温度８５０℃〜１２００℃の条件の反応場で行わせるバイオマスのガス化方法に存する。
【００２４】
また、本発明は、（５）、前記反応場において、バイオマス中の炭素のモル数［Ｃ］に対する供給する二酸化炭素のモル数［ＣＯ２］の比（［ＣＯ２］／［Ｃ］）が０．５以上になるように二酸化炭素を供給する上記（１）乃至（４）のいずれか１項に記載のバイオマスのガス化法に存する。
【００２５】
また、本発明は、（６）、前記反応場において、バイオマス中の炭素のモル数［Ｃ］に対する水蒸気のモル数［Ｈ２Ｏ］の比（［Ｈ２Ｏ］／［Ｃ］）が０．５以上なるように水蒸気を供給する上記（２）又（４）に記載のバイオマスのガス化法に存する。
【００２６】
また、本発明は、（７）、前記反応場において、バイオマス中の炭素のモル数［Ｃ］に対する酸素のモル数［Ｏ２］の比（［Ｏ２］／［Ｃ］）が０．５以下となるように酸素を供給する上記（３）又は（４）に記載のバイオマスのガス化法に存する。
【００２７】
また、本発明は、（８）、前記反応場において、二酸化炭素のモル数［ＣＯ２］に対する水蒸気のモル数［Ｈ２Ｏ］の比（［Ｈ２Ｏ］／［ＣＯ２］）が１以下になるように二酸化炭素と水蒸気とを供給する上記（２）又（４）に記載のバイオマのガス化法に存する。
【００２８】
尚、本発明の目的に添ったものであれば、上記請求項を適宜組み合わせた構成も採用可能である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、ＣＯ２を含むガス、すなわちＣＯ２とＯ２及び／又は水蒸気とを含むガスと、バイオマスとの反応を、常圧下、温度８５０℃〜１２００℃の条件下で行わせることで、緩やかな反応条件下でのＣＯ２によるバイオマスのガス化反応を達成し、ひいてはバイオマスからのＣＯ２生成が抑制され、Ｈ２、ＣＯ、及びＣＨ４を主成分とする混合ガスが生成され、燃料として有効利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、バイオマスが熱化学的に分解した際に発生するＣＯ２を更なる化学反応により減少せしめ、主としてＨ２、ＣＯ、及びＣＨ４からなる混合ガスを効率的に製造するための、バイオマスのガス化法を説明するための模式図である。
【００３１】
この図によれば、バイオマスをＣＯ２、Ｏ２、及び水蒸気と共にガス化炉に供給して、常圧下、温度８５０℃〜１２００℃の条件下で先述した式（１）〜式（４）等の化学反応を行わせ、バイオマスを熱化学的に分解して特定の混合ガスを得る。
加熱温度が８５０℃より低いとガス化率が悪く、また１２００℃より高いとガス化率がサテレートして効果が上がりにくい。
この際、式（７）に示すように、タール分（Ｃ）と水素（Ｈ２）との反応で少量のメタンが生成する。
Ｃ＋２Ｈ２  →  ＣＨ４      …（６）
【００３２】
効果的にＣＯ２を低減するには、反応場におけるバイオマス中の炭素のモル数［Ｃ］に対するＣＯ２のモル数［ＣＯ２］の比（［ＣＯ２］／［Ｃ］）が０．５以上になるようにＣＯ２を供給するのが好ましい。
ＣＯ２の削減は、バイオマスをＣＯ２のみでガス化しても達成されるが、穏やかな反応条件下ではＣＯ２だけではバイオマスのガス化率が顕著に低くなり、ＣＯ２とバイオマスの反応も促進されないからである。
【００３３】
従って、ＣＯ２と共に水蒸気及び／又はＯ２を供給してバイオマスのガス化を促進するのが好ましい。
ＣＯ２と共に水蒸気を供給する場合は、反応場におけるバイオマス中の炭素のモル数［Ｃ］に対する水蒸気のモル数［Ｈ２Ｏ］の比（［Ｈ２Ｏ］／［Ｃ］）が０．５以上になるように供給するのが好ましい。
より好ましくは０．５〜８の範囲になるように供給するのが良い。
０．５より小さいと、バイオマスのガス化率が低下する一方、８より大きくしてもバイオマスのガス化率の向上は見られない。
【００３４】
ところが、バイオマスのガス化に用いるＣＯ２より水蒸気の量が多くなると、バイオマスから生成するＣＯ２（式（３）参照）の生成が促進され、ＣＯ２の消滅率が低下しにくい。
従って、バイオマスのガス化では、反応場に導入するＣＯ２のモル数［ＣＯ２］に対する水蒸気のモル数［Ｈ２Ｏ］の比（［Ｈ２Ｏ］／［ＣＯ２］）が１以下になるような割合でＣＯ２と水蒸気を供給するのが好ましい。
この比より大きくするとＣＯ２の削減率が悪くなる。
【００３５】
また、ＣＯ２と共にＯ２を供給する場合は、本発明者らの実験によれば、反応場に供給するＯ２は、供給バイオマス中の炭素のモル数［Ｃ］に対する酸素のモル数［Ｏ２］の比（［Ｏ２］／［Ｃ］）が０．５以下になるように供給すれば、バイオマスのガス化率が向上し、しかも効率的にＣＯとＨ２が生成されることが分かっている。
しかし、Ｏ２をこの割合より高く供給すると、バイオマスの燃焼反応が進行してＣＯ２が顕著に増加することが分かっている。
また、Ｏ２が共存する場合は、高温では残留炭素成分との反応により、ＣＯ２が増加するのでバイオマスのガス化温度は低い方が好ましい。
【００３６】
本発明のようなＣＯ２を低減する目的でしかもそのＣＯ２を使ってバイオマスを熱化学的に分解するバイオマスガス化法においては、導入するＣＯ２としては、ダスト除去後の燃焼排ガス中に含まれるＣＯ２を、共存する水蒸気及び／又はＯ２と共に用いることが可能である。
また、ＣＯ２吸収物質に吸収されたＣＯ２を敢えて脱離させて利用することもできる。
ＣＯ２吸収物質がＣＯ２と共に水を吸収しているときは、水と共にＣＯ２を脱離させて利用しても良い。
【００３７】
また、本発明のバイオマスのガス化では、ガス化反応場の下流に、生成するＣＯ２その他の有害ガスを全て吸収可能な量のＣＯ２吸収物質その他の有害生成ガス吸収物質を存在させて、上記化学平衡式（３）に示す化学平衡にある生成ガス中のＣＯ２その他の有害ガスを固定することができる。
【００３８】
ＣＯ２吸収物質としては、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ等の酸化物（ＣａＯ、ＭｇＯ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３ 、Ｆｅ３Ｏ４等）及び同種金属の水酸化物（Ｃａ（ＯＨ）２、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ｆｅ（ＯＨ）２、Ｆｅ（ＯＨ）３等）が好ましく用いられる。  参考までに、本発明者等の実験においては、具体的にはＣａ分を含み特徴的な多孔性三次元構造を有する牡蠣やホタテなどの貝殻のバイオマスを出発物としてそれを酸化物又は水酸化物粉末にして用いても、同様に効果的にＣＯ２を吸収することが分かった。
更にコンクリートのようなＣａとＳｉ又はＳｉとＡｌ等の複合酸化物でもＣＯ２吸収物質として使用できることが分かった。
【００３９】
因みにＣＯ２吸収物質としてＣａ化合物を用いる場合は、室温（常温）〜７５０℃の範囲で用いるとＣＯ２は効果的に吸収され、より好ましくは６００℃〜７００℃の範囲が採用される。
【００４０】
これらのＣＯ２吸収物質は、ＣＯ２を吸収して炭酸塩を形成するため、ＣＯ２を大気中に放出することなく反応装置から取り出すこともできる。
又は、炭酸塩を装置内で加熱等により分解して、反応場へＣＯ２を供給することが可能である。
また、水が吸収されていれば水蒸気とともにＣＯ２を供給することもできる。  ＣＯ２を除去すると、再びＣＯ２吸収物質に変換することができて好ましい。
炭酸カルシウムの場合は、６５０℃〜１０００℃の範囲でＣＯ２を脱離させることができる。
６５０℃より低い温度ではＣＯ２の脱離が遅く、１０００℃以上ではＣＯ２の脱離は速いが、ＣＯ２吸収物質の表面積が小さくなり、ＣＯ２吸収特性が低下する。
好ましくは７００℃〜９００℃の範囲が好ましい。
【００４１】
反応装置から取り出した炭酸塩を形成したＣＯ２吸収物質は、炭酸塩を加熱等により分解して、反応場へＣＯ２を供給するのに用いることができる。
ＣＯ２を除去すると、再びＣＯ２吸収物質に変換することができ、反応場の後段に戻してＣＯ２吸収物質として用いることができる利点がある。
また、炭酸塩を形成したＣＯ２吸収物質が水を吸収している場合は、加熱分解して水蒸気と共にＣＯ２を供給することができる。
【００４２】
バイオマスガス化反応では、一般的にＨ２、ＣＯ、及びＣＯ２等の混合ガスの他に炭素を主成分とするタール分が得られ、Ｏ２がなければ、ＣＯ２やＨ２Ｏとの反応〔式（８）〕でＣＯ、Ｈ２が増加する。
Ｃ＋１／２ＣＯ２＋１／２Ｈ２Ｏ  →  １／２Ｈ２＋３／２ＣＯ    （７）
ところでこの場合も、ガス化したバイオマスが上記の熱化学的分解反応後、なおも、生成ガス中にタール分が残ることがある。
そうした場合には、反応場に供給するバイオマスと共に、ＣＯ２と水蒸気に加え、更にＯ２を供給すると好ましい。
Ｏ２が共存すると、高温では残留炭素成分との反応により、ＣＯ２が増加するのでバイオマスのガス化温度は低い方が良い。
【００４３】
このようにＣＯ２と水蒸気によるバイオマスのガス化の場合は、Ｏ２を加えると、バイオマスやタール分中の炭素を燃焼させるため、タール分の発生量を低減させることができる。
また、上記反応式（２）の反応（Ｃ＋Ｈ２Ｏ  →  Ｈ２＋ＣＯ）は比較的大きなエンタルピー変化を伴う吸熱反応であるため、上記燃焼により発生した反応熱をこの反応で要求される熱量に充てることができる。
その結果、この反応熱の分だけ反応場を加熱する電気炉等にかかる負担を軽減することができ、電力消費量を低減させることが可能となる。
【００４４】
しかし、このＣＯ２と水蒸気によるガス化の場合も、Ｏ２をあまり大量に供給すると、バイオマスを燃焼してＣＯ２が顕著に増加する。
従って、反応場に酸素を供給するのであれば、バイオマスにいわゆる不完全燃焼を起こさせてＣＯを生成する程度の量のＯ２を供給すべきである。
本発明者らの実験によれば、反応場にＣＯ２及び水蒸気と共に供給するＯ２は、供給バイオマス中の炭素のモル数［Ｃ］に対する酸素のモル数［Ｏ２］の比（［Ｏ２］／［Ｃ］）が０．５以下になるように供給すれば、良好にＣＯが生成されることが分かっている。
【００４５】
このようにバイオマスのガス化にＯ２を用いることができることは、本発明のＣＯ２によるバイオマスガス化プロセスの設計や作業性の点で、非常に重要な意味を持つ。
通常、実験的には、バイオマス等を反応場に供給する際には、キャリアガス（Ｎ２）と共に供給する。
供給するバイオマス中の炭素のモル数［Ｃ］に対するＯ２のモル数［Ｏ２］の比（［Ｏ２］／［Ｃ］）が０．５以下のＯ２が混入しても良いのであれば、キャリアガスを一旦Ｎ２などの不活性ガスに置換するという煩瑣な作業を省略することができるからである。
【００４６】
以上、本発明を説明してきたが、本発明は上述した一実施形態にのみ限定されるものではなく、その本質を逸脱しない範囲で、他の種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例について述べる。
尚、本発明は、これらの実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。
【００４８】
［実験条件］
ガス化剤としてＣＯ２、Ｏ２、及び水蒸気を用いたガス化実験は、図２及び図３に示す固定床常圧流通式反応装置を用いて行った。
この固定床常圧流通式反応装置は、スクリューフィーダー等の供給手段１を有しており、この供給手段１から固形状（例えば木粉状）のバイオマスをガス化炉に供給できる。
このガス化炉は、石英反応管３と電気炉４Ａ，４Ｂとを備え、石英反応管３内にバイオマスを供給する。
バイオマスには、コナラ材（サイズ１０６μｍ〜２５０μｍ、炭素含有率：４８．９ｗｔ％）を用いた。
また、バイオマスの石英反応管３へ供給の際には、キャリアガスとしてＮ２を同伴させながら、供給手段１から炭素基準の速度３．０×１０-3Ｃ−ｍｏｌ／ｍｉｎで供給すると共に、共通のガス化剤であるＣＯ２を供給した。
【００４９】
石英反応管３の内部には、温度管理用の熱電対２，１１が挿入されている。
また、石英反応管３の内部には、バイオマスがガス化しない内に石英反応管３内を落下させてしまうのを防止するために、目皿５（即ち複数の目を有する受け皿状のもの）が配置されている。
そして、供給手段１からバイオマスが供給されると、この目皿５上に堆積するのである。
【００５０】
尚、ＣＯ２吸収物質を用いる実験の場合は、図３に示すようにガス化部である目皿５の下流にＣＯ２吸収剤１０を配置した。
このＣＯ２吸収剤１０は目皿５を加熱する電気炉４Ａとは別体の電気炉４Ｂによって独立に温度を制御できる構造になっている。
今回はＣＯ２吸収剤１０としてＣａ（ＯＨ）２を用い、３０ｍｍの厚みとなるように石英反応管３（内径２４ｍｍ）内に充填した。
【００５１】
石英反応管３にて生成したガスは、水槽７内の水に浸されたタール捕集器６によって冷却されタールが除去される。
その後、湿式ガスメーター８（ＮＫ−０．５Ｗ, 株式会社シナガワ製）を通過させ、体積流量を測定した後、生成ガスを全てガス捕集バック９に捕集した。
生成ガスの組成は、ガスクロマトグラフ（Shimazdu; TCD: GC-8A; molecular sieve-5A, GC-8A; Porapak Q, FID: GC-9A; Squalane）により測定した。
【００５２】
以上のガス化実験は連続的に１時間行った。
ガス化剤として投入したＣＯ２量、及び生成ガス量から以下のようにＣＯ２削減率を定義した。
ＣＯ２削減率＝（投入したＣＯ２量−捕集したガス中のＣＯ２量）×１００／（投入したＣＯ２量）
【００５３】
またコナラ材の炭素基準のガス化率は以下のように定義した。
ガス化率＝〔捕集した全生成ガス中の炭素のモル数−ガス化剤として投入したＣＯ２のモル数（すなわちＣのモル数）〕×１００／（投入したコナラ材中の全炭素のモル数）
【００５４】
以下、実際に行った実験１〜５及び比較実験１〜３について、それぞれ図４及び図５の実験条件及び実験結果を参照しながら説明する。
【００５５】
［実験１］
ガス化剤としてＣＯ２及び水蒸気を用いてコナラ材のガス化を行った。
コナラ材中の炭素量［Ｃ］に対するＣＯ２及び水蒸気のモル比（［ＣＯ２］／［Ｃ］、［Ｈ２Ｏ］／［Ｃ］）は、２及び１とした。
常圧下、ガス化温度は９００℃とした。
【００５６】
［結果］
ＣＯ２削減率は２６．８％であり、また炭素基準のガス化率は９２．４％であった。
生成ガス中のＣＯ２、水蒸気フリーの生成ガス組成は、Ｈ２：２１．６％、ＣＯ：７２．４％、ＣＨ４：６．０％であった。
またバイオマスも効果的にガス化され、燃料に用いることのできる生成ガス量も効率良く得られることが分かった。
【００５７】
［実験２］
ガス化剤としてＣＯ２及び水蒸気を用いてコナラ材のガス化を行った。
コナラ材中の炭素量［Ｃ］に対するＣＯ２及び水蒸気のモル比（［ＣＯ２］／［Ｃ］、［Ｈ２Ｏ］／［Ｃ］）は、１．５及び１とした。
常圧下、ガス化温度は９００℃とした。
【００５８】
［結果］
ＣＯ２削減率は３４．５％であり、また炭素基準のガス化率は８９．５％であった。
生成ガス中のＣＯ２、水蒸気フリーの生成ガス組成は、Ｈ２：２０．３％、ＣＯ：７１．３％、ＣＨ４：８．４％であった。
【００５９】
［実験３］
［実験２］のガス化条件でコナラのガス化実験を行い、ガス化部下流にＣＯ２吸収剤１０を配置した。
ＣＯ２吸収剤１０の温度は６００℃とした。
【００６０】
［結果］
ＣＯ２削減率は６５．３％であり、また炭素基準のガス化率は８９．５％であった。
生成ガス中のＣＯ２、水蒸気フリーの生成ガス組成は、Ｈ２：２３．０％、ＣＯ：７０．１％、ＣＨ４：６．９％であった。
ガス化部である目皿５の下流にＣＯ２吸収剤１０を配置することで、ＣＯ２減少率が飛躍的に増大した。
【００６１】
［実験４］
ガス化剤としてＣＯ２及びＯ２を用いてコナラ材のガス化を行った。
コナラ材中の炭素量［Ｃ］に対するＣＯ２及びＯ２のモル比（［ＣＯ２］／［Ｃ］、［Ｏ２］／［Ｃ］）は、１及び０．３とした。
常圧下、ガス化温度は９００℃とした。
【００６２】
［結果］
ＣＯ２削減率は２８．２％であり、また炭素基準のガス化率は６３．２％であった。
生成ガス中のＣＯ２、水蒸気フリーの生成ガス組成は、Ｈ２：１１．５％、ＣＯ：８１．３％、ＣＨ４：７．２％であった。
ガス化剤としてＣＯ２と共にＯ２用いた場合もＣＯ２の低減は認められた。
【００６３】
［実験５］
ガス化剤としてＣＯ２、水蒸気、及びＯ２を用いて、コナラ材のガス化を行った。
コナラ材中の炭素量［Ｃ］に対するＣＯ２、水蒸気、及びＯ２のモル比（［ＣＯ２］／［Ｃ］、［Ｈ２Ｏ〕／［Ｃ］、［Ｏ２］／［Ｃ］）は各々１．５、１、及び０．３とした。
常圧下、ガス化温度は９００℃とした。
【００６４】
［結果］
ＣＯ２削減率は２７．３％であり、また炭素基準のガス化率は９６．１％であった。
生成ガス中のＣＯ２、水蒸気フリーの生成ガス組成は、Ｈ２：１８．１％、ＣＯ：７５．２％、ＣＨ４：６．７％であった。
３種のガス化剤を用いた場合でもＣＯ２の低減効果は認められた。
更に、酸素を導入することでガス化率が向上した。
【００６５】
［比較実験１］
実験１と同様の装置を用いて、ガス化剤としてＣＯ２のみを用いたガス化実験を行った。
コナラ材中の炭素量［Ｃ］に対する供給するＣＯ２のモル比（［ＣＯ２］／［Ｃ］）を１とした。
常圧下、反応温度は９００℃とした。
【００６６】
［結果］
ＣＯ２削減率は１８．２％であり、炭素基準のガス化率は３２．９％であった。生成ガス中のＣＯ２、水蒸気フリーの生成ガス組成は、Ｈ２：２５．０％、ＣＯ：６２．２％、ＣＨ４：１２．８％であった。
ＣＯ２のみでバイオマスをガス化する場合は、ＣＯ２の低減は可能であるものの、ガス化率は顕著に低下し、燃料に用いることのできる生成ガス量は水蒸気が共存する場合と比較して大きく減少した。
【００６７】
［比較実験２］
ガス化剤としてＣＯ２及び水蒸気を用いてコナラ材のガス化を行った。
コナラ材中の炭素量［Ｃ］に対するＣＯ２及び水蒸気のモル比（［ＣＯ２］／［Ｃ］、［Ｈ２Ｏ］／［Ｃ］）は、１及び６．１、すなわち［Ｈ２Ｏ〕／［ＣＯ２］＝６．１とした。
常圧下、ガス化温度は９００℃とした。
【００６８】
［結果］
ＣＯ２に対して水蒸気を多量に用いてバイオマスをガス化すると、投入したＣＯ２量より生成ガス中のＣＯ２量の方が多く、３．１％増加した。
炭素基準のガス化率は９１．４％であった。
生成ガス中のＣＯ２、水蒸気フリーの生成ガス組成は、Ｈ２：３７．５％、ＣＯ：５２．２％、ＣＨ４：１０．２％であった。
比較実験１と比較し、水蒸気を投入することでバイオマスのガス化率は顕著に向上し、燃料に利用可能なガス量は増加した。
【００６９】
［比較実験３］
ガス化剤としてＣＯ２及び水蒸気を用いてコナラ材のガス化を行った。
コナラ材中の炭素量［Ｃ］に対するＣＯ２及び水蒸気のモル比（［ＣＯ２］／［Ｃ］、［Ｈ２Ｏ］／［Ｃ］）は実験１と同様に、２及び１とした。
常圧下、ガス化温度は７００℃とした。
【００７０】
［結果］
投入したＣＯ２量よりも生成ガス中のＣＯ２量の方が多く、０．８％増加した。
炭素基準のガス化率は３５．８％であった。
生成ガス中のＣＯ２、水蒸気フリーの生成ガス組成は、Ｈ２：２２．４％、ＣＯ：６０．２％、ＣＨ４：１７．４％であった。
ＣＯ２及び水蒸気をガス化剤とするガス化反応は吸熱反応であるため、ガス化温度が低下するとガス化率が顕著に低下する。
更に、ＣＯ２低減率を考慮しても７００℃でのガス化はＣＯ２の減少には適していない。
【００７１】
［比較実験４］
ガス化剤としてＣＯ２及び水蒸気を用いてコナラ材のガス化を行った。
コナラ材中の炭素量［Ｃ］に対するＣＯ２及び水蒸気のモル比（［ＣＯ２］／［Ｃ］、［Ｈ２Ｏ］／［Ｃ］）は実験１と同様に、２及び１とした。
常圧下、ガス化温度は１３００℃とした。
【００７２】
［結果］
ＣＯ２削減率は２７．１％であり、炭素基準のガス化率は９４．１％であった。生成ガス中のＣＯ２、水蒸気フリーの生成ガス組成は、Ｈ２：２３．４％、ＣＯ：７２．４％、ＣＨ４：４．２％であった。
実験１と比較し、著しく高温でガス化を試みたが、ガス化率およびＣＯ２削減率の大幅な向上は認められなかった。これは、本反応条件においては１２００℃以上では反応平衡に達しているためであると推察される。
このようなことから、１２００℃でのガス化はＣＯ２の削減には適していない。
【００７３】
［比較実験５］
ガス化剤としてＣＯ２及びＯ２を用いてコナラ材のガス化を行った。
コナラ材中の炭素量［Ｃ］に対するＣＯ２及び水蒸気のモル比（［ＣＯ２］／［Ｃ］、［Ｏ２］／［Ｃ］）は、１及び１とした。
常圧下、ガス化温度は９００℃とした。
【００７４】
［結果］
投入したＣＯ２量よりも生成ガス中のＣＯ２量の方が多く、１．５％増加した。
炭素基準のガス化率は９７．３％であった。
生成ガス中のＣＯ２、水蒸気フリーの生成ガス組成は、Ｈ２：１３．２％、ＣＯ：８２．１％、ＣＨ４：４．７％であった。
ガス化剤としての酸素は、ガス化率向上に寄与するものの、生成ガスであるＣＯと反応し、ＣＯ２生成量を増加させる。したがって、ガス化剤としての酸素を過剰に添加することはＣＯ２削減の観点から望ましくない。
【００７５】
［結果及び評価］
本発明のＣＯ２によるバイオマスのガス化では８５０℃〜１２００℃において、１時間の連続的なガス化でも、バイオマスが効果的にガス化され、ＣＯ２は効果的に低減され、燃料として有効なＨ２、ＣＯ、及びＣＨ４からなる混合ガスが効率的且つ定常的に生成されることが示された。
これにより、燃焼排ガス等により生じたＣＯ２を効果的に且つ連続的に低減することが可能であり、バイオマスを燃料に有効なガス成分にガス化することも可能であることが確かめられた。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明のＣＯ２を含むガス（ＣＯ２及び水蒸気、ＣＯ２及びＯ２、ＣＯ２，水蒸気、及びＯ２）を使ったバイオマスガス化法は、特にＣＯ２の発生を抑制しつつＨ２、ＣＯ、及びＣＨ４のような汎用性の高いガスに効率良く転換する技術である。
このような原理を応用できる限り、ＣＯ２排出量削減、物質エネルギーに変換可能な唯一の再生資源であるバイオマス有効利用の観点から、熱ネルギー応用分野、Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４を出発源としての化学材料生産分野等の種々の分野に有効利用が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】図１は、本発明のバイオマスのガス化法を説明するための模式図である。
【図２】図２は、本発明のバイオマスのガス化法を行うための固定床常圧流通式反応装置を示す説明図である。
【図３】図３は、本発明のバイオマスのガス化法を行うための固定床常圧流通式反応装置を示す説明図である。
【図４】図４は、実験１〜３の条件及び結果を示す説明図である。
【図５】図５は、比較実験１〜３の条件及び結果を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７８】
１・・・ 供給手段
２・・・ 熱電対
３・・・ 石英反応管
４，４Ａ，４Ｂ・・・ 電気炉
５・・・ 目皿
６・・・ タール捕集器
７・・・ 水槽
８・・・ 湿式ガスメーター
９・・・ ガス捕集バック
１０・・・ ＣＯ２吸収剤
１１・・・ 熱電対
【図１】
2006008872.tif 000003
【図２】
2006008872.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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