(57)【要約】      （修正有）【課題】地球温暖化抑制、化石燃料枯渇への対応、食料増産などの課題に総合的、効率的に対応するためのエネルギー変換システムの提供。【解決手段】木質原料を部分燃焼してガス化する装置と動植物系廃棄物を原料としてメタン発酵する装置を併設し、前者から後者に余熱を供給すること、電力需要が高い時には、両者の発生ガスを合わせて燃焼して発電し、電力需要が小さい時には、メタン発酵ガスは貯留し、有機系廃棄物のメタン発酵処理を、液に種菌、その餌となる物質、さらにテラヘルツ波を加えて増殖を行ったメタン発酵菌類を用いて行い、電力の需要が少ない時は、電力を用いて水の活性化を行い、活性水、水素ガス、酸素ガスを製造し、酸素ガス及び水素ガスの１部は貯留装置を経て、燃焼して発電を行う装置に加えることによって、発電量を増加させることに用いるバイオマスのエネルギー変換システム。【選択図】図１
2018122203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質原料を部分燃焼してガス化する装置と動植物系廃棄物を原料としてメタン発酵する装置を併設し、前者から後者に余熱を供給すること、電力需要が高い時には、両者の発生ガスを合わせて燃焼して発電し、電力需要が小さい時には、メタン発酵ガスは貯留し、発電や熱用には、木質原料をガス化して得られたガスを燃焼して供給することを特徴とするバイオマスのエネルギー変換システム。
【請求項２】
請求項１において、刈り草あるいは剪定枝を切断して風を用いた比重選別を行い、かさ比重が大きいものは部分燃焼してガス化する装置で、一方、かさ比重の小さいものはメタン発酵装置で原料として用いることを特徴とするバイオマスのエネルギー変換システム。
【請求項３】
請求項１において、有機系廃棄物のメタン発酵処理を、液に種菌、その餌となる物質、さらにテラヘルツ波を加えて増殖を行ったメタン発酵菌類を用いて行うことを特徴とするバイオマスのエネルギー変換システム。
【請求項４】
請求項３において、テラヘルツ波を加えるために、テラヘルツ波を発生する鉱物を粉状、あるいはセラミックスボールのような成型物にしたものを増殖液中に浸漬することを特徴とするバイオマスのエネルギー変換システム。
【請求項５】
請求項１，請求項３乃至請求項４において、テラヘルツ波を発生する鉱物として、原子番号が５７以上の元素が１種あるいはそれ以上含まれているもの、とくに好ましくはランタノイド系元素、アクチノイド系元素が含まれているものを用いることを特徴とするバイオマスのエネルギー変換システム。
【請求項６】
請求項１，請求項３乃至請求項５において、テラヘルツ波を発生する鉱物として天照石、モナザイト、甦生石のうちの１つ、あるいは２つ以上を用いることを特徴とするバイオマスのエネルギー変換システム。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６において、発電された電力の需要が少ない時は、電力を用いて水の活性化を行い、活性水、水素ガス、酸素ガスを製造することを特徴とするバイオマスのエネルギー変換システム。
【請求項８】
請求項７で得られた酸素ガスおよび水素ガスの１部は貯留装置を経て、請求項１のガス化あるいは／および燃焼して発電を行う装置に加えることによって、発電量を増加させることに用いることを特徴とするバイオマスのエネルギー変換システム。
【請求項９】
請求項１において、発電された電力から得られた人工光を用いて光合成菌の培養を行い、これを土壌に添加することを特徴とするバイオマスのエネルギー変換システム。
【請求項１０】
請求項９において、光合成菌の培養を、液に種菌、そのえさとなる物質、さらにテラヘルツ波を加えることで行うことを特徴とするバイオマスのエネルギー変換システム。
【請求項１１】
請求項１において、植物栽培用の温室を併置し、発電された電力を用いた人工光照射と、請求項９乃至請求項１０の方法で作られた光合成菌を栽培用の土壌に添加することを特徴とするバイオマスのエネルギー変換システム。
【請求項１２】
請求項１において、メタン発酵残渣の固体分を、システム内の発生余熱を用いて、８０℃以上に加熱して雑草の種を無害化すること特徴とするバイオマスのエネルギー変換システム。
【請求項１３】
堆肥などの固体肥料の需要がある時期には、請求項１のメタン発酵処理の残渣の固体分に、請求項４乃至請求項６のテラヘルツ波を発生する鉱物を加えて増殖した堆肥化菌類を加えて堆肥化を行うこと特徴とするバイオマスのエネルギー変換システム。
である。
【請求項１４】
請求項１において、木質原料をガス化した時の副生物である灰分を、メタン発酵残渣から得られた堆肥に加えて用いること特徴とするバイオマスのエネルギー変換システム。
【請求項１５】
請求項１のメタン発酵の残渣の液体分に、白州土を含む粉を加えて浄化すること特徴とするバイオマスのエネルギー変換システム。
【請求項１６】
請求項１５で用いる白州土は、２００〜１１００℃の温度範囲で加熱したものとすること特徴とするバイオマスのエネルギー変換システム。
【請求項１７】
請求項１のメタン発酵処理の残渣の液体分について液肥としての需要がない時期には、液体に、請求項４乃至請求項６のテラヘルツ波発生物と、廃食油などの有機炭素を含む物を加えて窒素分を除く処理を行うこと特徴とするバイオマスのエネルギー変換システム。
【請求項１８】
請求項１６において、隆起性サンゴ礁起因のものなどのカルシウム化合物の鉱石の微粉を加えることで、窒素分を除く処理を行うこと特徴とするバイオマスのエネルギー変換システム。
【請求項１９】
請求項１において、メタンガスを加えない条件で燃焼排出ガスを炭酸ガス含有ガスとして貯蔵して、太陽があたっているときに温室内に供給して作物の光合成反応を促進すること特徴とするバイオマスのエネルギー変換システム。
【請求項２０】
請求項１において、設置場所の近傍に成長が早い樹木種や竹を植林し、ガス化装置の原料の１部として利用すること特徴とするバイオマスのエネルギー変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、未利用系、廃棄物系の各種バイオマスの処理と作物栽培を組み合わせた、地球温暖化抑制、化石燃料枯渇への対応および食糧増産などの課題に効率的に対応するためのエネルギー変換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日の人類にとっての重要な課題のなかに、エネルギー源として埋蔵量が限られた化石燃料の使用を節減すること、炭酸ガスの排出量を減らして地球温暖化および気候変動を抑制すること、そして必要な食糧の質と量を確保することがある。そのために現在、バイオマスの有効利用が注目されている。バイオマスには廃棄物系と未利用系がある。廃棄物系には、家畜糞、下水汚泥、食品残渣などの水分含有量が７０％以上と高いものと廃木材などの水分が６０％以下のもの、未利用系には林地残材、間伐材、竹、刈り草、剪定枝などがある。これらをエネルギーに変換する方法としては、水分含有量が高いものはメタン発酵処理、水分含有量が低いものは直接燃焼あるいはガス化を経由して熱を発生させ、発電や熱に利用することが行われている。そして、前者の場合には発酵残渣の固体分は堆肥に、また液体分は需要があれば液肥として利用することができ、また後者の場合には、灰分が六価クロムなどの有害物質を伴っていなければ栽培用土壌に加えることができる。また、エネルギー変換時の発生余熱が作物栽培用温室の熱源などとして利用される。したがって、バイオマスのエネルギー変換によってエネルギー源としての化石燃料の１部が置き換えられ、また、その変換時の副生物や余熱が作物栽培などに利用されていることになるが、次のような問題があって、今日の課題解決に対するバイオマスの貢献度が低い状態に留まっている。
１）発電効率は燃料の発熱量に依存するので、発熱量が小さいと発電効率が低くなる。
２）電力は、特に時間帯による需要の差が大きく、深夜電力は需要が小さく、売電しても価値が小さい。バイオマスのエネルギー変換システムとして、時間帯による電力需要変動に柔軟に対応することにはまだ課題が残されている。
３）草などを原料の一部として用いたメタン発酵の残渣から得られる堆肥には、雑草の種が含まれていることがあり、作物栽培に用いると雑草対応の手間が増すおそれがある。
４）メタン発酵の残渣の液体分である液肥は速効性があるので需要の時期が限られる。また、貯留あるいは運搬には費用がかかる。一方、これを排水として処分しようとすると、富栄養元素を含んでいるので、その除去に費用がかかるという問題がある。
５）日が照っているときに温室などの雰囲気の炭酸ガス濃度を富加（たとえば１０００ｐｐｍ程度に）することは植物の光合成促進に役立つ。しかし、メタン発酵ガスの燃焼後の排ガスの場合などは窒素酸化物や硫黄酸化物を含んでいるガスは、作物に悪影響を及ぼすことがある。
６）刈り草や剪定枝を主原料としてエネルギー化しようとすると、まず発生時期が限定されるので、それらだけを処理する設備を設置するのは効率的でない。そこで、これらを補助的な原料としてエネルギー化しようとすれば、メタン発酵では茎などの比重の比較的大きいものは処理に時間がかかり残渣が多くなる。一方、葉の部分など比重の小さいものは、ガス化法では扱いにくいという問題がある。
【０００３】
非特許文献１には、生ごみを含む可燃ごみの処理のために、焼却設備とメタン発酵設備を併設して、生ごみ分はメタン発酵設備で、その他は焼却設備で処理する方式が示されている。ただし、２つの設備がものをやりとりするのは、メタン発酵の残さを固液分離したのちの脱水ケーキを焼却炉で燃焼するだけである。これによって、発電量が約３０％増すことが示されている。しかし、この方法で総合的な効率を上げるためには以下の課題を解決することが望まれる。
（ａ）メタン発酵については、５０〜６０℃（高温発酵）より３５〜４０℃（中温発酵）の方が最終的なガスへの変換効率を上げることができるが、反応に要する時間が長いという問題がある。したがって中温発酵で反応速度を上げることが望まれる。
（ｂ）堆肥の需要がある時期には、メタン発酵の残渣を固液分離して得られた脱水ケーキを堆肥化して有効利用することが考えられる。しかし、有機物の発酵分解が不十分なままで土壌に施用されると、土壌の中でバクテリアが急激に繁殖することによって作物の根が障害を受ける「根やけ」という現象を生じたり、あるいは窒素飢餓を引き起こすおそれがある。このように品質のばらつきを小さくして堆肥や土壌改良材として有効に利用するためには、堆肥化の発酵を迅速に進めることが望まれる。
（ｃ）発酵残渣のうちの液体分（消化液）について液肥としての需要がある時は、その肥料効果を高めること、一方、液肥として需要がない時は、極力、簡単な方法で窒素分などの冨栄養成分を除去してから廃水として排出できるようにすることが望まれる。
【０００４】
特許文献１にはメタン発酵装置、炭化装置、及び必要に応じて発電装置を適正に組合せてシステム化することによって、それぞれの特徴を利用し、また欠点を相互に補うことで、環境に配慮した効率の良い有機性廃棄物処理システムが示されている。特許文献２には、酸を添加せず消化液（すなわちメタン発酵残渣）からアンモニア濃縮蒸留液と清浄蒸留液と消化液濃縮液を分離して回収する方法が示されている。特許文献３、４には膜分離装置の負荷を抑制しつつ発酵残渣を膜分離して、懸濁物質、細菌類、原虫、ポリマー等を含まない衛生的で安全性の高い液肥の製造方法が示されている。特許文献５には原料バイオマスを間接加熱して熱分解し、タール分を含む熱分解ガスとチャーを発生させる外熱式ロータリーキルン形式の熱分解部と、該熱分解部から抽出されるタール分を含む熱分解ガスおよびチャーに対し、酸化ガスが導入されて、タール分を熱分解させるとともに、チャーをガス化させるガス化部とを備えたバイオマスガス化装置が示されている。特許文献６にはガス化溶融炉施設において触媒反応塔で触媒脱硝する前に、無触媒脱硝を行い、触媒反応塔に流入する燃焼排ガス中のアンモニア濃度を大幅に低減させ、触媒反応塔の脱硝触媒の性能を低下させることのないガス化溶融炉施設における脱硝方法が示されている。特許文献７にはバイオマスの焼却処理の過程からエネルギーを可燃ガスの形態でより効率的に回収でき、焼却灰分を原料とした焼結造粒骨材を製造する方法が示されている。
【０００５】
メタン発酵の加速については、特許文献８にメタン発酵菌と酸生成菌群の電気的性質の差異を利用して、メタン発酵槽内の菌濃度の制御を行う方法が示されている。すなわち、不均一電場を発生させることが可能な電極を設けた基板を、メタン発酵菌を含むメタン発酵液中に配置させるとともに、前記電極に交流電圧を印加して前記発酵液中に不均一電場を発生させ、各菌細胞の誘電泳動力の差によって、メタン発酵菌以外の菌を優先的に電極に付着させ、前記発酵液中のメタン発酵菌の存在比を高めるものである。
堆肥化の速度向上については、特許文献９にリンゴの絞り滓を混合して蓄糞有機材料を発酵させて堆肥化する方法が示されている。また、ゼオライトは、吸収力、吸着力、脱臭力を利用して、たい肥の消臭、発酵促進材として使用されている。また、堆肥や肥料にまぜて施すと、保肥性やリン酸の利用効率が高まることが示されている。特許文献１０には園芸栽培用の混合用土に陽イオン置換された人工ゼオライト混合して過剰施肥による肥料焼けや、栽培植物による産出される有機酸を吸着または中和して担子菌類の増殖を抑制し、根腐れを防止する方法が示されている。特許文献１１には、樹木の枝葉を短期間で完熟状態に堆肥化できる方法として、枝葉材に刈芝または雑草、米ぬか、発酵菌および水分を添加して混合攪拌した後、かに殻を添加してから発酵工程に移る方法が示されている。特許文献１２には、有機性廃棄物に火山灰、軽石粉末、酸化アルミニウム、酸化鉄、カオリナイトおよび酸性白土の群から選ばれる１種または２種以上の無機触媒を添加して加熱乾燥処理した後、１５０〜２００℃で８〜４０時間  保持する熱処理を行って有機質肥料を製造する方法が示されている。特許文献１３には生ゴミを炭化するステップと、炭化した生ゴミにＥＭ菌を配合するステップを有する肥料生成方法が示されている。特許文献１４には、バーク堆肥などの有機質土壌改良材、光合成細菌、菌根菌、根粒菌、放射菌のうちから選ばれるいずれか少なくとも１種からなる植物生育促進用微生物などからなる緑化資材が示されている。特許文献１５に、スフィンゴモナス属に属し、芳香族類有機窒素化合物を分解する能力を有する微生物を、芳香族類有機窒素化合物を含有する物質と接触させ、前記芳香族類有機窒素化合物を分解する脱窒素方法が示されている。また、特許文献１６には、スフィンゴモナス属細菌またはその菌体成分とポリビニルアルコールを含有する排水、排液または土壌に接触させることによってポリビニルアルコールを含有する排水、排液または土壌の浄化処理方法が示されている。
【０００６】
また、消化液の処理方法については、特許文献１７にメタン発酵残渣のうち消化液を膜分離して、分離液は希釈後、下水に放流する方法が示されている。この方法では、分離液に含まれる窒素、リンなどの含有量次第では、希釈に用いる水量が増えるという問題がある。特許文献１８には、電解酸化して、炭素、水素、窒素、酸素で構成される有機物を分解する方法が示されている。また、特許文献１９には曝気により液に含まれる窒素分を低減する方法が示されている。いずれも窒素などの除去のために多量のエネルギーを消費するのが問題である。特許文献２０に、スフィンゴモナス属に属し、芳香族類有機窒素化合物を分解する能力を有する微生物を、芳香族類有機窒素化合物を含有する物質と接触させ、前記芳香族類有機窒素化合物を分解する脱窒素方法が示されている。また、特許文献２１には、スフィンゴモナス属細菌またはその菌体成分を、ポリビニルアルコールを含有する排水、排液または土壌に接触させることによってポリビニルアルコールを含有する排水、排液または土壌の浄化処理方法が示されている。このようにスフィンゴモナス属菌は、有機質有害物を分解することによって汚染土壌などの無害化に用いられることは知られているが、これまでスフィンゴモナス属菌を効率的に増殖する技術がなくて、有機質有害物を十分に分解するのに必要な菌の量を確保するのに費用が掛かりすぎることが実用化のためのネックになっていた。このように、いずれも本発明の課題を十分に解決できるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２６８４８７７号公報
【特許文献２】特開２００８−２３４３４号公報
【特許文献３】特開２００６−５２０９６号公報
【特許文献４】特開２００４−９９３６６号公報
【特許文献５】特開２００７−１７７１０６号公報
【特許文献６】特開２００２−３２６０１６号公報
【特許文献７】特開２００４−２１０９０４号公報
【特許文献８】特開２００１−３５２９７０号公報
【特許文献９】特開２００４−１９６５８０号公報
【特許文献１０】特開２００２−８４８７７号公報
【特許文献１１】特開２０００−２３９０８４号公報
【特許文献１２】特開２００４−１６８６１４号公報
【特許文献１３】特開２００１−３０２３７８号公報
【特許文献１４】特開平１０−２４４２９４号公報
【特許文献１５】特開２００３−２５０５２７号公報
【特許文献１６】特開２００２−３６１２１７号公報
【特許文献１７】特開２００８−２３４３４号公報
【特許文献１８】特開２００４−１３０１８６号公報
【特許文献１９】特開２００３−２６０４３５号公報
【特許文献２０】特開平１０−２４４２９４号公報
【特許文献２１】特開２００３−２５０５２７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ｗｗｗ．ｅｎｖ．ｇｏ．ｊｐ／ｒｅｃｙｃｌｅ／ｗａｓｔｅ／ｃｏ    ｎｆ  ｒａｗ  ｇ／０５／ｒｅｆ０１．ｐｄｆ．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、複数のバイオマスのエネルギー変換と作物栽培を組み合わせ、地球温暖化の抑制、化石燃料枯渇への対応、食糧生産などの課題に総合的に対応して、効率を高めたエネルギー変換システムに関する。ここで言う効率的とは、特定の条件においてだけではなく、昼夜、季節の変化などに柔軟に対応できて、全体としてインプットに対するアウトプット（効果）の価値を大にできることを意味している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の課題を解決するための具体的手段の第１は、木質原料を部分燃焼してガス化する装置と動植物系廃棄物を原料としてメタン発酵する装置を併設し、前者から後者に余熱を供給すること、電力需要が高い時には、両者の発生ガスを合わせて燃焼して発電し、電力需要が小さい時には、メタン発酵ガスは貯留し、発電や熱用には、木質原料をガス化して得られたガスを燃焼して供給することである。
【００１１】
具体的方法の第２は、００１０において、刈り草あるいは剪定枝を切断して風を用いた比重選別を行い、かさ比重が大きいものは部分燃焼してガス化する装置で、一方、かさ比重の小さいものはメタン発酵装置で原料として用いることである。
【００１２】
具体的手段の第３は、００１０において、有機系廃棄物のメタン発酵処理を、液に種菌、その餌となる物質、さらにテラヘルツ波を加えて増殖を行ったメタン発酵菌類を用いて行うことである。
【００１３】
具体的手段の第４は、００１２において、テラヘルツ波を加えるために、テラヘルツ波を発生する鉱物を粉状、あるいはセラミックスボールのような成型物にしたものを増殖液中に浸漬することである。
【００１４】
具体的手段の第５は、００１０，００１２乃至００１３おいて、テラヘルツ波を発生する鉱物として、原子番号が５７以上の元素が１種あるいはそれ以上含まれているもの、とくに好ましくはランタノイド系元素、アクチノイド系元素が含まれているものを用いることである。
【００１５】
具体的手段の第６は、００１０，００１２乃至００１４において、テラヘルツ波を発生する鉱物として天照石、モナザイト、甦生石のうちの１つ、あるいは２つ以上を用いることである。
【００１６】
具体的手段の第７は、００１０乃至００１５において、発電された電力の需要が少ない時は、電力を用いて水の活性化処理を行い、活性水、水素ガス、酸素ガスを製造することである。
【００１７】
具体的手段の第８は、００１６で得られた酸素ガス、および水素ガスの１部は貯留装置を経て、００１０のガス化あるいは／および燃焼して発電を行う装置に加えることによって、発電量を増加させることに用いることである。
【００１８】
具体的手段の第９は、００１０において、発電された電力から得られた人工光を用いて光合成菌の培養を行い、これを土壌に添加することである。
【００１９】
具体的手段の第１０は、００１８において、光合成菌の培養を、液に種菌、その餌となる物質、さらにテラヘルツ波を加えることで行うことである。
【００２０】
具体的手段の第１１は、００１０において、植物栽培用の温室を併置し、発電された電力を用いた人工光照射と、００１８、００１９の方法で作られた光合成菌を栽培用の土壌に添加することである。
【００２１】
具体的手段の第１２は、００１０において、メタン発酵残渣の固体分を、システム内の発生余熱を用いて、８０℃以上に加熱して雑草の種を無害化することである。
【００２２】
具体的手段の第１３は、堆肥などの固体肥料の需要がある時期には、００１０のメタン発酵処理の残渣の固体分に、００１３乃至００１５のテラヘルツ波を発生する鉱物を加えて増殖した堆肥化菌類を加えて堆肥化を行うことである。
【００２３】
具体的手段の第１４は、００１０において、木質原料をガス化した時の副生物である灰分を、メタン発酵残渣から得られた堆肥に加えて用いることである。
【００２４】
具体的手段の第１５は、００１０のメタン発酵の残渣の液体分に、白州土を含む粉を加えて浄化することである。
【００２５】
具体的手段の第１６は、００２４で用いる白州土は、２００〜１１００℃の温度範囲で加熱したものとすることである。
【００２６】
具体的手段の第１７は、００１０のメタン発酵処理の残渣の液体分について液肥としての需要がない時期には、液体に、００１３乃至００１５のテラヘルツ波発生物と、廃食油などの有機炭素を含む物を加えて窒素分を除く処理を行うことである。
【００２７】
具体的手段の第１８は、００２６において、隆起性サンゴ礁起因のものなどのカルシウム化合物の鉱石の微粉を加えることで、窒素分を除く処理を行うことである。
【００２８】
具体的手段の第１９は、００１０において、メタン発酵ガスを加えない条件での燃焼排出ガスを炭酸ガス含有ガスとして貯蔵して、太陽があたっているときに温室内に供給して作物の光合成反応を促進することである。
【００２９】
具体的手段の第２０は、００１０において、設置場所の近傍に成長が早い樹木種や竹を植林し、ガス化装置の原料の１部として利用することである。
【発明の効果】
【００３０】
００１０の方法によって、各種バイオマスの効率的な使用、総合的発電効率向上、電力の需要の変化への柔軟な対応などが可能になる。００１１の方法によって、刈り草あるいは剪定枝の各部分を分けて効率的にエネルギー変換できるようにする。００１２の方法によって、メタン発酵用の菌類を効率的に増殖できる。００１３、００１４、００１５の方法によって、菌類の活性化を効率的に行うことができる。００１６，００１７の方法によって、外部供給電力量を各時間帯の需要変動に合わせて調整することができる。００１８、００１９，００２０の方法によって深夜電力を有効利用して、作物収穫増加に結び付けることができる。００２１の方法によって、家畜糞や刈り草などを原料の１部に用いたメタン発酵の残渣から得られた堆肥の問題点の１つである雑草の種の問題を解決することができる。００２２の方法によって、メタン発酵残渣の堆肥化を促進することができる。００２３の方法によって、木質原料をガス化した時の副生物である灰分を有効利用できる。００２４，００２５の方法によって、メタン発酵残渣の液体中に含まれる有害成分を除去することができる。００２６，００２７の方法によってメタン発酵の残渣の中の水分が液肥としての需要がない時期には、環境に悪影響を及ぼさないで排水処理可能なものにすることができる。００２８の方法によって、安価で無害な炭酸ガス源として、作物の収穫増加をはかることができる。００２９の方法によって、排出する炭酸ガスの吸収・固定化を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明における各種原料と生成するエネルギーフローを示す。
【図２】本発明における菌類の増殖に用いる装置の１例を示す。
【図３】本発明における、堆肥などの固体肥料および液肥の需要がある場合のプロセ        スフローを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明を実施するためには、木質バイオマス原料のガス化装置と、動植物の廃棄物系の水分の多いバイオマス原料をメタン発酵するための装置を併設することが必要である。本発明においてこの２種のエネルギー変換装置を併設する理由は次の通りである。
１）バイオマスは水分含有量によって採用可能なエネルギー変換法が絞られるが、１つの方法でバイオマスのほとんどすべてを処理対象にすることができない。そこで、まず、処理対象を広くするという観点からこの２つを組み合わせる。これによって、バイオマス原料の安定確保、運搬費用の低減などの効果がある。
２）得られたガスを用いて発電を行う時に、空気を用いるガス化法で生成したガスは窒素含有量が高い（約５０％）ため発熱量が低く、電気変換効率という点では不利になりがちである。一方、メタン発酵で得られるガスを用いて発電すると、排ガスの硫黄酸化物が高く排出ガス浄化の負担が大きい。これらの問題を解決するために、両方のガスを混合して発電に利用できるようにする。
３）エネルギー変換時の副生物を組み合わせて処理することによって、作物栽培などに有効に利用できるようにする。
【００３３】
木質原料のガス化装置には、固定床型、流動床型、ロータリーキルン型などの種々の炉形式がある。また、部分燃焼によるガス化のための酸素源として安価な空気を用いる方法と、純酸素など随伴する窒素分を除去あるいは低減したものを用いる方法などがある。本発明においては、木質チップ、ペレット、ブリケットやその他の種類（竹、草など）、種々の形状の原料を用いることができ、タール発生トラブルなどを抑制でき、炭酸ガスの生成量を抑制できるという点から、固定床型がもっとも適している。これに、上記の原料を、必要に応じてシステム内の余熱で乾燥したものを装入し、同じくシステム内の余熱で予熱した空気を吹きこんで部分燃焼し、炉内温度をたとえば７００〜７６０℃にしてガス化し、これを一旦、７０℃まで冷却して水分の凝集分離、タール除去、灰分の分離を行うと、たとえばＣＯ＝２２±２％、Ｈ２＝２２±２％、ＣＨ３＝１〜２％、ＣＯ２＝８〜１０％、残りＮ２のガスが得られる。このガスのほかに、分離された灰分を生じる。なお、灰にクロム分が含まれる場合（たとえば、ステンレス鋼工具からの混入などにより）、灰分離時の高温雰囲気の酸化度が、完全燃焼時のように高いと６価クロムを生成するおそれがある。それに対して、ガス化時には雰囲気の酸化度は低いので、６価クロム生成の問題はない。この発生ガスは、単独で、あるいは００３４で述べる方法で得られるメタン発酵ガスと合わせて、燃焼してガスタービン法あるいはガスエンジン法で発電する。この工程では余熱として、一旦ガス化されたものを冷やす時に発生する熱、およびガスタービンやガスエンジン法で発電した後の排ガスの熱を生じる。
【００３４】
一方、メタン発酵法とは、含まれる有機分のうち、炭水化物、蛋白質、脂質および繊維の一部などの腐敗性有機物を、微生物（メタン発酵用菌類など）を利用して分解し、最終的にメタンガスと二酸化炭素を含むガス（バイオガスとも呼ばれる）に変換することである。この処理は温度を３５〜４０℃（中温発酵）あるいは５０〜６０℃（高温発酵）にして、嫌気性を維持して行われる。得られるバイオガスの組成の例はＣＨ４：５５〜７０％、ＣＯ２：３０〜４５％である。メタン発酵における分解機構は、次の３段階からなる。
（１）有機分が加水分解（可溶化）される。
（２）これに酸生成菌が作用して酸（炭水化物の場合は単糖類、二糖類を経てＣ３〜Ｃ６の脂肪酸、脂質の場合は長鎖脂肪酸やグリセリン、蛋白質の場合はアミノ酸やペプチド）が生成され、その酸類がメタン発酵生成菌によって酢酸と水素に分解される。
（３）酢酸と水素が反応してメタンと二酸化炭素になる。
メタン発酵には湿式法と乾式法がある。湿式法は、家畜排泄物、汚泥、食品関連の廃棄物などを主体とし水分が約９０％の状態で、発酵温度としては約４０℃、あるいはそれよりも高い温度で処理するものである。これによって、メタン発酵ガスと、副生物として発酵残渣が得られる。
この発酵残渣のうちの液体分はこれまで多くの場合に液肥などとして有効利用できず、一方、排水として処理しようとすると、含まれている肥料成分を除去するのに費用がかかるという問題があった。これに対して、排水を発生しないような条件でメタン発酵の操業を行うというのが乾式法である。しかし、その場合に使用できる原料には制約があり、またメタン発酵時に攪拌をするために要するエネルギーが増えるという問題がある。本発明では発酵残渣の液体分を有効利用できる方法を取るので、メタン発酵法としては、湿式法を採用することができる。なお、メタン発酵に最適の温度にするために００３３で述べたシステム内の発生余熱が利用される。本発明における原料と生成するエネルギーのフローを図１に示す。
【００３５】
メタン発酵を促進する方策として、本発明では、メタン発酵菌類の増殖度を高め、かつ、その活性度を高く保つために、本発明では、テラヘルツ波を利用する。テラヘルツ波とは、周波数が０．１〜１０ＴＨｚの領域の電磁波で、電波と、光の一種である赤外線の中間の領域にあり、光と電波の性質を併せもっている。これを水などの液体に照射して水を活性化することができる。また生体（あるいは水を経由して）に照射すると生体を活性化することができる。テラヘルツ波の発生法としては、ジャオロトロン、後進波管、遠赤外線レーザー、量子カスケードレーザー、自由電子レーザー、シンクロトロン放射、フォトミキシングソースなどがあり、また、いくつかの物質からも発生するが、ほとんどの場合にきわめて微弱である。テラヘルツ波は液体中での伝播距離が限られているので、一般的には水中の菌類などの生体に十分に作用させることが難しい。本発明においては、その対応策として、テラヘルツ波を発生する鉱物を粉状、あるいはセラミックスボールのような成型物にして増殖液中に浸漬する。テラヘルツ波を発生する鉱物とは、原子番号が５７以上の元素が１種あるいはそれ以上含まれているもので、とくに好ましくは、ランタノイド系元素、アクチノイド系元素が含まれていることで、これらの元素を２種以混在させると各元素から発生する電磁波が相互作用することによって、効率的にテラヘルツ波を発生させることができる。テラヘルツ波を効率に発生する天然鉱物として、天照石、モナザイト、甦生石などがある。これを粉状、あるいは多孔質のセラミックスボールのようなセラミックス成型物にしたものを液中に浸漬する。セラミックス成型物を作る場合には、これらの元素を含む微粉に、シリカ分を主体とする粗めの粉を混合してボンドを加えて、たとえば、直径２〜６ｍｍの球状として、２５０℃以上、６００℃以下の温度で焼成する。これによって、セラミックボールの表面や内部に形成される微細空間が、メタン発酵菌類がテラヘルツ波を受けて活性化し効率的に増殖する場として有効に利用される。なお、球状でなくても、成型されていれば、同様の機能を発揮できる。本発明ではこのようなテラヘルツ波を発生するセラミック成形体を「テラヘルツビーズ」と呼ぶ。テラヘルツビーズを製造する場合に、上記の成分に加えて麦飯石を５〜３０％加えることも有効である。
【００３６】
セラミックビーズ（テラヘルツ波を発生するセラミックスボールのような成型物）を用いてのメタン発酵菌類の増殖に用いる装置の１例を図２に示す。タンクには約２ｔの液体を収めることができる。タンク１の材料としては、ステンレス鋼製のものが適している。そのタンクには、攪拌装置２、目視用の窓３、温度調整装置４、原料投入５、液の取り出し口６などが取り付けられている。タンクの中の水に、種菌と、食物繊維を含む物質などメタン発酵用の菌類の餌になる物質を加えて、液の温度を２０〜５０℃の範囲に調整しな
がら攪拌を行う。液の温度が２０℃未満だと菌の増殖速度が小さく、５０℃を越えると、類の損傷が進むのでいずれも好ましくない。とくに好ましくは３５±１０℃の範囲である。なお、ｐＨは、６．０以下、１．５以上とする。適正処理日数は、たとえば２〜４日である。
【００３７】
このようにして増殖されたメタン発酵菌類を図２の６から抜き出して、メタン発酵装置に移す。メタン発酵の処理対象物となる００３４，００３５で述べた方法で調整されたものを、水分含有量を８５〜９４％の範囲に調整してメタン発酵槽に移す。なお、このメタン発酵槽に００３６で述べたテラヘルツビーズ（テラヘルツ領域波を発生する鉱物をセラミックスボールのように成型物したもの）を浸漬することも可能である。テラヘルツビーズの浸漬の仕方としては、たとえばテラヘルツビーズをネットに入れて、そのネットを紐で連結したものが用いられる。これによって、メタン発酵中の反応物とテラヘルツビーズの良好な接触が保たれるとともに、メタン発酵処理後のテラヘルツビーズの分離回収を容易に行える。そして、７〜１２日間、メタン発酵処理が行われ、発生したメタンガス（炭酸ガスを伴う）は回収される。温度３５〜４０℃の中温発酵が適している。メタン発酵に最適の温度にするために、００２６で述べたシステム内の発生余熱が利用される。
【００３８】
本発明のエネルギー変換の２つの方法の両方に関わる特別な原料としては、刈り草や剪定枝がある。刈り草や剪定枝は、発生する季節が限定されていること、メタン発酵に利用するには茎などの部位は組織が緻密すぎて発酵しにくいこと、一方、部分燃焼してガス化するには葉などはかさ比重が小さすぎて安定操業を阻害するおそれがあるというような問題を抱えている。現時点では、たとえばロータリーキルンで燃焼してエネルギー化する方法が使われているが、稼働率、エネルギー変換効率などが低いなどの問題を抱えている。これに対して、本発明では次のようにして２つのエネルギー変換装置の原料の１部として有効利用できるようにする。
１）刈り草、剪定枝などを、切断機で長さが５０〜１００ｍｍに切断し、攪拌して茎から葉などを分離する。２）これを下から風を吹き上げる方式、あるいは横から風を吹きつける方式などの選別機にかけて、嵩比重によって、刈り草については茎の部分と葉が中心の部分、剪定枝については、直径が２ｍｍ以上の枝の部分と、それ以外の部分に分離する。そして、嵩比重が大きい部分は、ガス化装置の原料として、それ以外の部分はメタン発酵の原料として使用する。これによって、稼働率が低い特別の装置を設置する必要もなく、ガス化装置、メタン発酵装置にとって無理のない形でエネルギー変換を行うことができる。
【００３９】
図１において、木質バイオマスなどをガス化して得られたガスは、燃焼してガスタービ
ン法あるいはガスエンジン法で発電に用いられる。メタン発酵法で得られたメタン発酵ガスは、貯留槽を経て、電力需要が多い時間帯では、木質バイオマスから得られたガスと合わせて、発電に利用される。２つのエネルギー変換装置から得られたガスは合わせて、発熱量を３０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３あるいはそれ以上にすることによって、たとえばガスエンジン式発電機などでの発電効率を安定して３０％あるいはそれ以上にすることができる。メタン発酵の発生ガスを単独で用いる場合に比べて排ガスの硫黄酸化物の濃度を１／３以下に低下することができる。また、ガスを混合することによって燃焼温度がやや低下することによって窒素酸化物の濃度を１／２以下に低下することができる。これらによって、排出ガスの浄化のための設備負担を軽減することができる。一方、電力需要が低い時間帯ではメタンガスは貯留される。これによって、時間帯による発電量の調整を行うことができる。
【００４０】
さらに時間帯による発電量を調整するためには、電力を用いて水溶液の活性化、水素、酸素製造・貯留を行う装置を併設する。これは、水溶液の活性化装置（装置Ａ）、電解による水素ガス、酸素ガスの発生装置（装置Ｂ）、その生成物である水素ガスの貯留装置（装置Ｃ）、その生成物である酸素ガスの貯留装置（装置Ｄ）および、活性化された電解液の貯留装置（装置Ｅ）からなる。たとえば特開２００６−２１７６９８号公報、特開２００９−０４１０８６号公報に示されているものを用いることができる。装置Ａは、余剰電力を利用して水溶液を活性化して、アルカリ性電解液と１部水素ガスを得るためのものである。得られ水素ガスは水素ガスの貯留装置（装置Ｃ）に送られる。得られた活性化された電解液は、貯留装置を経て装置Ｂに送られる。装置Ｂは、装置Ａからのアルカリ性の活性化された電解液と、発電機から送られてくる電力を直流電力に変換したものを受けて、水素ガスと酸素ガスを製造するためのものである。その構成と機能の１例は次の通りである。水溶液を納める槽は２つ（Ｂ−１、Ｂ−２）からなり、Ｂ−１はイオン交換膜（陽イオンを通さない）によって２つに仕切られている（Ｂ−１−１、Ｂ−１−２）。Ｂ−１−１には陰極、Ｂ−１−２には陽極が設置され、直流電力が印加される。装置Ｂ−１−１には装置Ａからアルカリ性電解液が供給され、陰イオンはイオン交換膜を通過して装置Ｂ−１−２に移動する。Ｂ−１−１では電解によって水素ガスが発生し、水素ガスは装置Ｃに送られる。一方、装置Ｂ−１−２では、酸素ガスが発生し、酸素ガスは装置Ｄに送られる。装置Ｂ−１−２では、イオン交換膜の働きで、Ｈイオンが蓄積される。このＨイオンを蓄積した液は、装置Ｂ−２に送られ、そこに設置されている触媒によって水素ガスに変換され、発生した水素ガスは装置Ｃに送られる。装置Ｂ−１−２の排出液は基本的には純水であるので、装置Ｂ−１，装置Ａなどに供給して各槽の水溶液のイオン濃度の調整に用いる。このように装置Ｂ−１−１では装置Ｂ−１−２で発生した水素イオンを受け入れて水素ガスに、装置Ｂ−１−２は装置Ｂ−１−１からＯＨイオンを受け入れて酸素ガスを発生して、水素イオンを蓄積して、それを装置Ｂ−２に供給する。装置Ｂ−２は、Ｈイオンを含む液を受け入れて、触媒の作用で水素ガスを発生する。このように機能を分担することで、電力消費量あたりの発生する水素ガス、酸素ガスの量を多くできる。なお、本発明において、水素ガス、酸素ガスの発生効率をさらに高めるための方法は、水溶液の活性化装置（装置Ａ）、電解による水素、酸素の発生装置（装置Ｂ）の水溶液にテラヘルツ波を加えるために、液体中にセラミックスボールのようなセラミックス成型物を浸漬することである。テラヘルツ波とは、周波数が０．１〜１０ＴＨｚの領域の電磁波で、電波と、光の一種である赤外線の中間の領域にあり、光と電波の性質を併せもっている。これを照射することによって、分子を振動させることによって活性化することができる。本発明はそれによって、電解による発生する水素ガス、酸素ガスの量を増やすことができる。
【００４１】
この装置によって、バイオマスから得られたガスを燃焼して発電された電力が需要を超える場合には、その電力を利用して水素ガス、酸素ガス、活性水を作り、それぞれ貯留槽に蓄えられる。そして、酸素ガスは、発電量をふやすことが望まれる時間帯に、木質バイオマスのガス化装置で、空気に加えて用いられる。これによってガス化の効率を上げることができる。一方、水素ガスは、発電用の高温ガスを作るときに併せて用いられる。そのほかに、需要があれば水素ガスとしての外販、または、水素電池で発電するのも用いることもできる。なお、活性水としての貯留は、酸素ガスや水素ガスのようにガス状で貯留するよりも貯留効率が高いために併用される。この方法によって、外部に供給する電力を需要に応じて効率的に調整することができる。
【００４２】
外部の電力需要が少ない時間帯の対応策として、もう１つの方法は、システム内で、とくに農産物増産に余剰電力を有効に利用することである。土壌微生物の９５％以上は人間と同じく、植物が光合成した有機物からエネルギーと栄養分を得ている。その方が効率的だからである。その例外が光合成菌である。これは光をエネルギー源とする微生物の１つである。かっては水中や海中に多数存在していたが、自然環境の変化で、人間の管理なしでは自然発生的に短期間に拡大、増殖できない状態になっている。光合成菌は光エネルギーを吸収して、強力な還元力を持つ物質を形成する。これが、土壌中で液肥や堆肥、腐食土などの肥料成分に反応して、栽培作物が肥料成分を有効利用しやすい形にする働きをする。さらに光合成で土中に栄養分を作り出して、バクテリア連鎖を活発化する効果も持つ。この効果を利用するための電力の有効利用法の第１は、光合成菌の培養である。培養液の光合成菌を加えて、通気、攪拌、温度を調整しつつ光を当てて、培養を促進する。この培養のための、光源として電力を用いた人工光を用いる。この際、光合成菌の培養をさらに促進するために、本発明では、００３６で示したテラヘルツ波を作用させ、図２で示したのと同じ増殖方法を適用することができる。このようにして増殖された光合成菌は図２の６から抜き出して、土壌に散布される。
【００４３】
外部の電力需要が少ない時間帯の電力有効利用法の第２は、培養された光合成菌を土壌に加えた後、日が照っていない時間帯にも電力を用いて作られた人工光を照射して光合成菌の活動を促進することである。たとえば、作物植え付け直前に、液肥と光合成菌を栽培土壌に加え、日が照っていない時間帯は蛍光灯を当てることに光合成菌の活動を促進して、作物が肥料分を利用しやすい状態にする。なお、作物植え付け後、日が照っていない時間帯は蛍光灯を当てることによって作物の光合成を促進することで収穫を上げる効果も併せて持つ。
【００４４】
夜間の発生電力の有効利用の別の方法は、集中的な大きな誘蛾灯として地域を含めての害虫駆除の役立てることである。羽根を持った害虫の多い時期（たとえば春から夏、そして秋）に、暗くなってから夜間の時間帯に、光で虫を集めて殺虫する。
【００４５】
ここからは、各種バイオマスをエネルギー化した時の残渣（副生物）の有効利用法について述べる。メタン発酵処理が終わった後の残渣は、圧縮などの方法によって固体分、液体分に分離される。堆肥などの固体肥料の需要がある時期には、固体分を用いて堆肥化処理を行う。その場合、メタン発酵処理の残渣の固体分に、００３６，００３７で示したのと同じ方法でテラヘルツ波を発生する鉱物などを加えて増殖した堆肥化菌類を加えて行う。
【００４６】
なお、メタン発酵の原料に牛糞などが混じっていると、草などの種が含まれていることがある。また、００３８で述べた刈り草をメタン発酵の原料として用いた場合にも雑草の種が含まれていることがある。このような状態で得られた堆肥を用いると雑草の問題が生じる。このようなメタン発酵残渣から作られた堆肥を作物栽培用土壌に添加すると、雑草が芽を出して雑草除去のための作業負担を増すことになる。これが化学肥料に対して有機系の肥料類が敬遠されがちな理由の１つである。その対応策は、メタン発酵残渣の固体分を、システム内の発生余熱を用いて、８０℃以上に加熱して雑草の発芽能力を下げ無害化するに対して本発明では、メタン発酵から得られた堆肥を８０℃以上に加熱して混入している。加熱温度を８０℃以上にすることは、この発芽能力を低下させるために必要な条件である。一方、この加熱温度が高くすると、雑草の発芽能力を小さくすることには有効であるが、１１０℃以上にすると、堆肥の窒素分が低下する。したがって、特に望ましくは加熱温度は８０〜１１０℃に調整する。この加熱のための熱源は、本発明においてはシステム内発生余熱、たとえば発電に用いた後の排ガスを直接、あるいは温水や蒸気に熱変換したものを用いる。
【００４７】
このようにして得られた堆肥に加えて、００３３で述べた木質バイオマスをガス化した時に生成する木灰を合わせて、作物栽培に用いることが効果的である。ガス化によって得られた灰分には、Ｃａ約２８％，Ｋ約５％，Ｎａ約１％，Ｍｇ約５％，Ｆｅ約２％，Ｃ約５％あるいはそれ以上、Ｐ約１％、Ｃｌ約０，４％などが含まれている。本発明では、メタン発酵残渣の固体分と、ガス化で得られた配分を混合して、肥料成分としてもバランスが取れたものにすることができる。
【００４８】
メタン発酵残渣の液体分は、液肥として需要がある場合には、液肥として使用するが、その場合に、田畑に撒布して問題になるような重金属が含まれている場合には水分に白州土を含む粉を加えることによって清浄化を行うことができる。白州土とは火山灰の一種で、日本では阿蘇山の麓の鹿児島県地方などに産する鉱物である。この一帯は白州大地と呼ばれ原料は豊富に存在する。現在は化粧品の石鹸製造用に用いられている程度で本格的利用は進んでいない。形状は柔らかい火山灰状で、脆い塊を簡単に砕くことができる。吸着力の高い鉱物で、強いプラスイオンでヨウ素など放射性物質のマイナスイオンと反応して吸着する性能を有している。本発明では、この高い吸着力を利用する。本発明で用いる白州土は、粉末、微粒子０、５ミリ位から５ミリ程度、採石クラッシュ状態など、何れであってもよい。また、必要により吸着力をさらに高めるために、２００〜１１００℃の温度範囲に加熱する。発明では、この白州土あるいはその加熱物を単独、あるいは、さらに対象吸着物の範囲を拡大するために、活性炭、ゼオライトなどの混合し粉あるいは成型物を用いることもできる。なお、これを水に加えて得られた沈澱物は、メタン発酵残渣に戻して処理を繰り返す。
【００４９】
液肥は速効性のある肥料であるので作物に有効に利用される時期は限定される。通常の液肥として利用できない時期において発明では次の方法をとる。第１の方法は、メタン発酵残渣の液体分を貯めた槽に発電の余熱で作られた温水あるいは蒸気をパイプを通して供給循環し、間接加熱して液体分の水分の蒸発を行う。これによって処理前の重量の１５〜５０％にする。さらに、液肥の温度が１１０℃を越えないようにすれば窒素分の放出が抑制できる。これによって貯蔵、あるいは運搬が容易になり、液肥として使用時には、水を添加して濃度を調整する。たとえば、水を加えて、濃縮された液の量を２〜６倍にして栽培作物に施肥する。これによって、メタン発酵残渣から得られた液体分の利用先を拡大し、付加価値も上げることができる。
【００５０】
液肥としての需要がない場合の対応策の第２は、排水できるようにすることである。そのためには、００３５で示したテラヘルツビーズと同じテラヘルツ波発生物と廃食油などの有機炭素を含む物を加えて、窒素分を除去する。さらに、窒素除去効果を高める必要がある場合には、ビーズにさらに加えるものが、炭酸カルシウム分を主成分とするカルシウム化合物の鉱石の微粉である。カルシウム化合物としては、生物起源と化学的沈殿起源のものがある。本発明においてはいずれの起源のものも用いることができるが、特に好ましくは生物起因のものとしては、たとえば隆起性サンゴ礁起因のものがある。そして、必要に応じて石灰系のフィルターなどを通して不純物を除去した後、処理後の水が排水のための条件を満足していることを確認して排水を行う。
【００５１】
温室などに炭酸ガスを含有する燃焼廃ガスを送って炭酸ガス濃度をたとえば約１０００ｐｐｍにすることによって光合成反応を促進し作物の収穫を増加することができる。ただし、この場合に窒素酸化物や硫黄酸化物の濃度が十分に低下（たとえば３０ｐｐｍ以下）していないと、それが作物に悪影響を及ぼすことがある。作物の収穫増加に炭酸ガス富加が効果的であるのは、太陽が照っている時であり、さらに季節的にも限定されることから、燃焼廃ガス全部に、通常の排ガス規制値よりもはるかに厳しいこのレベルまでの低下処理を行うことは経済的ではない。そこで、本発明においては、００３９で述べたガスを燃焼させて発電した後の排出ガスであって、メタン発酵ガスを添加しない時間帯のものを、ガスタンクに貯蔵し、温室の作物に有効な天候、時間、季節に配管を通して供給する。なお、その供給速度は、温室内の炭酸ガス濃度測定器と組み合わせて、雰囲気の炭酸ガス濃度が１０００±１００ｐｐｍになるように自動制御する。
【００５２】
バイオマスを原料としてエネルギー変換を実施し、必要とされるエネルギー供給を行うためには、季節変動に対応したバイオマス資源の入手が重要な課題の１つである（たとえば梅雨期、冬期など）。本発明の方法においては、メタン発酵装置の方は、廃棄物系の原料を使用するために季節変動にあまり依存しないが、木質原料を主とするガス化装置の方は、入荷する原料が季節、天候などの種々の要因の影響を受けやすい。それに対応するために、本発明では、設置場所の近傍に樹木、竹などを植林し、ガス化装置の原料の１部として利用できるようにする。植林するものとしては、地上の部分を伐採しても残った部分から２回あるいは３回以上、成長させることができる植物、たとえば、桐属の１種あるいは２種以上、竹亜科の１種あるいは２種以上などが適している、桐属の共通的な特徴は、地上の部分を伐採しても根元から繰り返し芽が出て成木に成長することである。この特性を生かすことによって、根を掘り起こすことなく、成木などを繰り返して得ることができる。種類によって生育に望ましい気候条件が異なるが、通常の桐は１０年強で成木になる。気温が高いほど生長速度は大きくなるが、桐の１種であるスーパーポロー二アと呼ばれる交配種は、とくに成長が早く、４、５年で成木になる。ただし、温暖地域であることが必要である。竹亜科に属するものは、根がどんどん広がり、そこから茎が成長して４年以内で成長しきってしまう。現在、山などで、竹が繁茂してその他の樹木を駆逐することが問題になっている。このように桐や竹のように、繰り返し根を生かしながら、地上の部分を迅速に生育できるものは、光合成による炭酸ガス吸収速度が大きいという意味で、地球温暖化を抑制するのに適した植物種と言える。しかし、これらの生育の早い植物は見掛け比重が小さいことから、バイオマスエネルギーの変換装置のある場所に運ぶには、他の樹木に比べて輸送の効率が低いという欠点がある。したがって、これらをエネルギー変換装置の設置場所の近くで植林し、木質原料が不足したときにそれを原料の１部として有効利用することは合理的である。なお、その植林材の成長促進のため、エネルギー変換装置からの副生物であるメタン発酵残渣、堆肥、液肥などを有効利用することもできる。
【実施例１】
【００５３】
ガス化装置は、フィンランドのプーダス社の固定床型で、木材チップを中心に約１４ｔ／日使用して、００３３で示したガスをエネルギーとして約１０００ｋＷ製造した。なお、副産物として得られた灰は、使用原料の約２％、その成分は１例の通りである。（ＳｉＯ２；３３％、Ａｌ２Ｏ３；５％，ＣａＯ：４７％、ＭｇＯ；５％、Ｋ２Ｏ；２％，Ｆｅ２Ｏ３；０．５％、Ｃｒ６＋：検出されず）。メタン発酵装置は、フィンランドのプレセコ社の湿式法である。主原料は、家畜糞を主体とし（牛糞約６５％、豚糞２５％。その他汚泥など１０％）、水分約９０％に調整した。発酵温度は約４０℃である。これによって発酵ガス（ＣＨ４：約６０％、ＣＯ２：約４０％）としての生成エネルギー約９００ｋＷが得られた。発電機はガスエンジン型発電機で、木質のガス化で得られたガスとメタン発酵で得られたガスを合わせて用いた。発電は、６時から２３時まで行った。発電を止めた時間帯はメタン発酵で得られたガスはタンクに貯め、発電は木質バイオマスをガス化したものだけでおこなった。なお、メタン発酵槽の保温は全時間を通して、発電は木質バイオマスをガス化した時の余熱を用いて作った温水で行った。メタン発酵装置から出た発酵残渣は、フィルターを通して、固体分（水分を６０％含む）と液肥に分離し、固体分はメタン発酵処理した。
【実施例２】
【００５４】
刈り草は、６月、１０月に約１．５ｔ／日の割合で受け入れた、これを、長さ５０ｍｍにカット後、羽根を用いて攪拌した後、横から８ｍ／ｓｅｃの風を吹きつけて、嵩比重による分離を行った。落下地点によって分けて、嵩比重が大きいもの（重量比率  約４０％）とかさ比重が小さいもの（重量比率  約６０％）に分離し、前者は木質原料のガス化装置に、後者はメタン発酵炉に加えた。なお、その添加量だけ、主原料の使用量を減少させた。エネルギー変換の両装置の操業条件、および生成物は００５４で述べたのと大きな変化はなかった。
【実施例３】
【００５５】
剪定枝は、７月、１１月に約１．２ｔ／日の割合で受け入れた。これを、長さ５０ｍｍにカット後、羽根を用いて攪拌した後、横から風を吹いて、嵩比重による分離を行った。落下地点によって分けて、嵩比重が大きいもの（重量比率  約５５％）とかさ比重が小さいもの（重量比率  約４５％）に分離し、前者は木質原料のガス化装置に、後者はメタン発酵炉に加えた。なお、その添加量だけ、述べた主原料の使用量を減少させた。エネルギー変換の両装置の操業条件、および生成物は００５４で述べたのと大きな変化はなかった。
【実施例４】
【００５６】
図２に示すステンレス鋼製のタンクに、水２０００リットル、直径２〜４ｍｍのセラミックボール（天照石とモザナイトを重量比で１：１に混合、粉砕して成型したもの）１００ｋｇをいれ、これにメタン発酵用の菌類（複合乳酸菌を含む）の種菌を１００ｇと、糖蜜、植物繊維を含む餌を１５ｋｇ加え、攪拌して所定の液温度は±３℃に保って、３日間
、種々の条件で処理を行って、メタン発酵用細菌類の増殖を行い、増殖比１８５が得られた。（比較；セラミックボールなしの場合；２８）。このように増殖された菌と、比較材として従来法で増殖された菌を用いて、メタン発酵１０日間行い以下の結果が得られた。
（ａ）条件ａ；テラヘルツ波を用いて増殖を行ったメタン発酵菌を用いた場合；メタン発酵効率０．７３
（ｂ）条件ｂ：テラヘルツ波を用いて増殖を行ったメタン発酵菌を用い、さらにメタン発酵槽にも、直径２〜４ｍｍのセラミックボール１５ｋｇ加えた場合：メタン発酵効率０．９３
（ｃ）条件ｃ（比較）；従来法  ；メタン発酵効率０．２３
【実施例５】
【００５７】
実施例１の装置に、００４０で述べた水溶液の活性化・電気分解装置が併設して、００４２に述べた方法で、２３〜６時の間は外部に供給する電力はゼロとする操業を行った。得られたメタン発酵ガス、酸素ガス、水素ガスは一旦、貯留して、６〜２３時の間に００４２に示した方法で使用した。これによって、１日の外部供給電力は、比較例（水溶液の活性化・電気分解装置を用いず、またメタン発酵ガスは時間的には均一に使用いる）を１００とすると、８９という値が得られた。そして、外部供給電力の売り上げは、４％増加した。
【実施例６】
【００５８】
光合成の培養は、事前にオートクレーブで滅菌処理したビニール袋に、培地として、ＭＳＲ培地（関東化学製；窒素、炭素、ビタミン、ミネラルを含む）を  １リットルの水に１０ｇ加え、光合成菌を加えて密封して嫌気性状態にしながら、約３０℃に保ち、日があたる状態ではその光を受けられるように、日が当たらない時は、蛍光灯の光を当てて、１週間置くことによって、液が赤く変色したのを確認して培養終了とした。培養液を茄子を植える前の温室土壌に、液肥とともに添加した。そして、茄子の苗が植えられるまで５日間、日が照っていない時間は蛍光灯をあて、苗が植えられてからは１ヶ月間、夜１０時まで蛍光灯が当てられた。この処理を行った茄子の収量は、比較例より２４％多かった。
【実施例７】
【００５９】
００５９の方法に加えて、１リットルの水に、直径２〜４ｍｍのセラミックボール（天照石とモザナイトを重量比で１：１に混合、粉砕して成型したもの）５０ｇをいれて、光合成菌の培養をおこなった。それによって、００４８に比べて、培養時間を３日間に短縮して、ほぼ同じ効果を得ることができた。
【実施例８】
【００６０】
実施例１で得られたメタン発酵残渣から液体分を分離して得られた固体分の層を、発電の排ガスをボイラーに通して得られた９５℃の熱水をパイプで運んで８２℃以上に加熱した。これによって得られた腐植土の窒素分は、０．５％と加熱前にくらべてほとんど低下していなかったが、雑草の発芽はほぼ完全に抑えることができた。これを重量で６５％、ガス化で得られた灰分を重量で２５％、さらに００３７で述べる濃縮液肥を重量で１０％加えて粒状物を作り、それを化学肥料に代えて果菜および根菜栽培の土壌に添加した。
【実施例９】
【００６１】
メタン発酵残渣のうち、加圧フィルターを通して得られた固体分（水分含有量平均６５％）には、堆肥としての需要がある時期（２月、３月、４月、５月，８月、９月、１０月）は、００２９の方法で増殖、活性化された堆肥化菌を混合して、高さ８０ｃｍの堆肥化層を形成した。その底部には、高圧空気（５気圧）（水を混合することが可能）を吹き込める管が４０ｃｍ間隔で設置されている。そして、堆肥化層に差し込まれた温度計の指示値に応じて、高圧空気と活性化された水の吹き込み量を調整することによって、温度を４０〜６５に範囲に保って、切り返しを行うことなく、１２日で完熟堆肥を製造した。それを堆肥として外部に供給した。
【実施例１０】
【００６２】
実施例１で得られたメタン発酵残渣から液体分を分離して得られた堆肥に、ガス化で得られた灰分を重量で１０％重量で加えて、それを化学肥料に代えて果菜および根菜栽培の土壌に添加した。
【実施例１１】
【００６３】
実施例１で処理されたメタン発酵残渣をプレス機にかけて分離された水に、白州土を粉砕したままのもの（条件ｓ）、それを４５０℃で焼成したもの（条件ｔ）を１５ｇ／リットルの割合で添加した。それによって処理前に比べて、条件ｓでは、重金属の量は、１／１２５に、条件ｔでは汚濁物の量は、１／２５０に低減された。
【実施例１２】
【００６４】
１月、６月、７月，１１月、１２月にはメタン発酵残渣から得られた液体は、直径２〜４ｍｍのセラミックボールをいれたネットを侵しながら、廃食油を１ｍｌ／１００ｍｌ（水）加えて、５分撹拌することによって、液のトータル窒素含有量を２５０ｍｇ／ｌから４８ｍｇ／ｌまで低下させた後、石膏系凝集剤を加えてフィルター処理した後、分析を行い、排水の条件を満足していることを確認して排水処理した。
【実施例１３】
【００６５】
１月、６月、７月，１１月、１２月にはメタン発酵残渣から得られた液体は、直径２〜４ｍｍのセラミックボールをいれたネットを侵しながら、廃食油を１ｍｌ／１００ｍｌ（水）加えて、５分撹拌することによって、液のトータル窒素含有量を２５０ｍｇ／ｌから４８ｍｇ／ｌまで低下させた後、石膏系凝集剤を加えてフィルター処理した後、分析を行い、排水の条件を満足していることを確認して排水処理した。
【実施例１４】
【００６６】
実施例１において、メタン発酵ガスを加えないで発電した時の排ガス（ＣＯ２；２２％、ＮＯｘ；２０ｐｐｍ、ＳＯｘ；１８ｐｐｍ）をガスタンクに貯めて、晴天の日の日の出から１４時までの間、温室の炭酸ガス濃度が１０００〜１２００ｐｐｍになるように供給して、収量を８％上昇させることができた。
【実施例１５】
【００６７】
実施例１のエネルギー変換装置の設置場所から１．５ｋｍの場所にある、２年前に廃止になった廃棄物最終処分場、面積約２４０×１０４ｍ２の場所に、桐の１種であるスーパーポロー二アと、孟宗竹が面積で約５０％ずつ植えられた。植林から３年を過ぎた段階からスーパーポロー二アと孟宗竹は伐採されて、チップ化されてガス化装置の原料として使用された。スーパーポロー二アおよび孟宗竹の伐採作業は主として秋から冬季に行われ、年間を通じてガス化装置に必要なバイオマス原料の２５％を供給した。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の方法により可燃性廃棄物を、それぞれの特性を生かした方法で電力エネルギーに変換できるとともに、発電量を時間帯によって調整でき、また、メタン発酵処理の副生物の利用については季節の変動に対応できるようになる。
【符号の説明】
【００６９】
１：タンク
２：攪拌装置
３：目視用の窓
４：温度調整装置
５：原料投入口
６：液の取り出し口
７：セラミックボールのようなセラミックス成型物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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