(57)【要約】【課題】大規模な生産設備では、製造するエタノールの数倍の量の原料を工場まで運搬し貯蔵する必要がある。このため運搬・貯蔵中に大量のエネルギーを消費することになる。また、高濃度のエタノールを製造するためには、大量の熱エネルギーが必要である。【解決手段】原料を入手し易い場所に、自動化した簡易型のエタノール製造装置を数基分散設置して「ステーション」とし、ここで約１０％〜３０％程度のエタノールを製造し、これを、蒸留・脱水装置からなる「基地」へ運搬して高濃度のエタノールを製造とする。製造全工程の中で、蒸留・脱水工程が約８０％の熱エネルギーを必要とするので、「基地」は廃熱回収利用可能な場所、バイオマス燃料を入手し易い場所に設置する。これにより、ＣＯ２発生を大幅に抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多収穫米又は食品廃棄物を原料とする簡易エタノール製造装置であって、液化・糖化・発酵・もろみの固液分離までの一連の工程を行う一つのタンクと、同タンク内温度及び時間をプログラム制御する制御手段と、該制御手段の設定条件を変更するための設定変更手段を備え、
上記タンク内に、多収穫米又は食品廃棄物と水を投入し、所定温度に達した後に液化用酵素を投入して８５℃〜９５℃で少なくとも１時間以上の液化工程を行い、次にタンク内温度を５０℃〜７０℃に低下させた後に糖化用酵素を投入して少なくとも５時間以上の糖化工程を行い、次にタンク内温度を２５℃〜３５℃に低下させた後に酵母を投入し、少なくとも３０時間〜４０時間の発酵工程を行い、次にタンク内温度を８０℃に上昇させて少なくとも２時間以上のもろみの固液分離工程を行うように制御すると共に、
該タンクのタンク出口付近にバッフルを取付け、上記もろみの固液分離工程時に液層部に含まれる微細な残渣等が気層部に混入するのを防止し、１０％〜３０％程度のエタノールを製造するようにしたことを特徴とする簡易エタノール製造装置。
【請求項２】
上記発酵工程に入って、数時間経過して発酵中の温度が安定したころ、タンク内の発酵液の一部を吸引し、酒母槽に送り、次の発酵サイクルのため、酵母を増殖させることが出来る設備としたことを特徴とする請求項１に記載の簡易エタノール製造装置。
【請求項３】
上記タンクに投入する多収穫米又は食品廃棄物を収納する原料貯蔵槽と、同貯蔵槽に収納した多収穫米又は食品廃棄物の量を検出する量検出手段と、タンクの一連の工程が終了している際に、上記量検出手段により計量された所定量の原料をタンク内に投入すると共に、その投入する原料の種類と量に対応する必要量の水を注入する手段と、上記液化工程と糖化工程時及び発酵工程に必要な酵素又は酵母を自動投入する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の簡易エタノール製造装置。
【請求項４】
上記請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の簡易エタノール製造装置を多収穫米生産地近く、又は食品廃棄物の発生場所近くにそれぞれ配置すると共に、ゴミ焼却炉や工場などの廃熱回収利用可能な場所、又はパイオマス燃料を入手し易い場所に蒸留・脱水装置基地を配置してなり、
上記各簡易エタノール製造装置で製造した１０％〜３０％程度のエタノールを回収して蒸留・脱水装置基地に運び、収集したエタノールを蒸留・脱水装置基地にて高純度のエタノールを製造するようにしたことを特徴とするネットワーク式エタノール製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多収穫米および食品廃棄物等を原料とする簡易エタノール製造装置及びネットワーク式エタノール製造システムに関するものである。
【０００２】
近年、化石燃料の代替品として食用穀物から製造したエタノールが見直され、この食用穀物から製造したエタノールを自動車用燃料やアルコール原料として用いられている。また、環境問題の上からもＣＯ２低減に大きく寄与するため注目されている。
一般に、食用穀物からエタノールを製造するに当たっては、商業的且つ継続的にエタノールを製造するために大規模な工場生産設備を用いて生産されている。即ち、大規模な工場生産設備がある場所まで、例えばトウモロコシ、米、小麦、大豆、サトウキビなどの澱粉質又は糖質の原料を大量に運搬し、貯蔵し、これを大規模な液化タンク・糖化タンク・発酵タンクでそれぞれ液化・糖化・発酵工程を順次行い、最後に蒸発タンクにて、残渣とエタノールに分離した後、蒸留・脱水工程を行う一連の工程を連続的に行って生産するようにしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記大規模な工場生産設備を用いた生産システムにおいては、大規模な生産設備であるため設備費も膨大であると共に、その維持管理も大変で多数の要員が必要であるなど、簡易的にできるシステムでない。
【０００４】
また、上記工場生産設備に運搬される食用穀物等の原料は、大量の原料を必要とし、これを連続的に生産するために、常に大量の原料を工場に貯蔵しておく必要があるため、原料の運搬及び貯蔵に過大な労力と貯蔵のためのスペースを確保する必要があり、この運搬に多くのエネルギーを消費することになり、エタノールによるＣＯ２発生抑制効果が希薄となるものであった。
【０００５】
更に、エタノール製造に於いて、特に蒸留・脱水工程で、エタノール製造に必要な全熱エネルギーの約８０％以上を消費するが、この熱エネルギーを、上記工場生産設備で確保する場合は、カーボンニュートラルなバイオ燃料の使用のみで確保するのは難しく、一部に従来の化石燃料も使用することになり、エタノールによるＣＯ２発生抑制効果が一段と希薄となる。  更に、バイオ燃料の運搬費用もかかり、エタノール製造コスト上昇にもつながることになる。
【０００６】
更にまた、我が国においては、発酵残渣物を高タンパクの飼料として活用する等、循環資源として再利用できるものの、ただ同然で取引されるため付加価値が低いという理由により、大規模な工場生産設備を用いた生産システムは殆ど計画されても非現実的で幅広く普及させるのが難しいという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、少量の原料、且つ誰にでもエタノールを製造できる簡易型エタノール製造装置を提供すると共に、この簡易型エタノール製造装置を用いたネットワーク式エタノール製造システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、多収穫米又は食品廃棄物を原料とする簡易エタノール製造装置であって、液化・糖化・発酵・もろみの固液分離までの一連の工程を行う一つのタンクと、同タンク内温度及び時間をプログラム制御する制御手段と、該制御手段の設定条件を変更するための設定変更手段を備え、上記タンク内に、多収穫米又は食品廃棄物と水を投入し、所定温度に達した後に液化用酵素を添加して、液化工程時には８５℃〜９５℃で少なくとも１時間以上、糖化工程時には５０℃〜７０℃で少なくとも５時間以上、発酵工程時には２５℃〜３５℃で少なくとも３０〜４０時間以上、もろみの固液分離時には約８０℃で少なくとも２間以上、もろみの固液分離工程を行わせる様に制御できるバッチ方式のエタノール製造装置である。特に、もろみの固液分離工程をスムースに行わせるため、該タンク出口付近にバッフルを取付け、液層部に含まれる微細な残渣等が気層部に混入するのを極力、防ぐ様にし、一つのタンクでエタノール濃度１０％〜３０％程度に高くすることが出来る設備としたことを特徴とする。
【０００９】
第２に、発酵工程に入って、数時間経過して発酵中の温度が安定したころ、タンク内の発酵液の一部を吸引し、酒母槽に送り、次の発酵サイクルのため、酵母を増殖させることが出来る設備としたことを特徴とする。
【００１０】
第３に、上記タンクに多収穫米又は食品廃棄物を収納する貯蔵槽と、同貯蔵槽に収納した多収穫米又は食品廃棄物の量を検出する量検出手段と、タンクの一連の工程が終了している際に、上記量検出手段により計量された所定量の原料をタンク内に投入すると共に、その投入する原料の種類と量に対応する必要量の水を注入する手段と、上記液化工程と糖化工程時及び発酵工程に必要な酵素又は酵母を自動投入する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
第４に、多収穫米生産地近く、又は食品廃棄物発生場所近くに、それぞれ上記簡易エタノール製造装置を数基設置すると共に、ゴミ焼却炉や工場などの廃熱回収利用可能な場所、又は、カーボンニュートラルなバイオマス燃料を入手し易い場所に蒸留・脱水装置を設置してなり、上記各簡易エタノール製造装置で製造した１０％〜３０％程度のエタノールを運び、蒸留・脱水装置にて高純度のエタノールを製造するネットワーク式エタノール製造システムとしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、エタノール製造工程で必要な全熱エネルギーの約８０％以上を消費する蒸留・脱水装置（「基地」）をゴミ焼却炉等・工場廃熱回収利用可能な場所又は、カーボンニュートラルなバイオマス燃料を入手し易い場所に設置し、その廃熱及びバイオマス燃料活用により、ＣＯ２発生を大幅に抑制し、ＣＯ２削減分をＣＯ２クレジットとして活用することがでる。さらに、大幅な製造コストの削減ができる。
【００１３】
本発明によれば、簡易エタノール製造装置を原料入手が容易な場所に分散設置（「ステーション」）し、蒸留・脱水装置を廃熱回収し利用できる場所、又は、バイオマス燃料入手可能な場所に設置し（「基地」）、ネットワーク式エタノール製造システムとするので、エタノール製造が「誰でも」、「何時でも」、「何処」、「わずかな量の原料」からでもエタノールを製造できるようになり、幅広く普及できる。
【００１４】
本発明によれば、原料の種類毎に、液化・糖化に最適な原料対水比と酵素の選定、更に発酵に最適な酵母菌と反応温度・反応時間を基礎試験で選定し、その結果を基に、原料と水投入タイミング、及び酵素・酵母添加投入タイミング、更にはタンク内の反応温度・反応時間制御をプログラム制御で行う様な自動化システムとしている。
タンク内への、原料・水を自動投入する機能、酵素・酵母の添加投入する機能と、また酒母槽内で次の発酵サイクルのための酵母を増殖させる手段を備えている。
液化〜固液分離までを、一括バッチ処理方式でエタノール製造を行うので、２〜４日毎に、次のバッチ処理に入るまでの間に、原料の仕込み作業を行えばよい。従って、原料生産者、自ら本業の合間にエタノール製造を行えるので、大幅なコスト削減に繋げることができる。また、発酵残渣は畜産飼料・肥料として利活用する循環式の「エタノールサイクル」を構築し、循環社会構築に適する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の簡易タノール製造装置を用いたネットワーク式エタノール製造システム概要図である。
【図２】本発明の簡易タノール製造装置によるエタノール製造のための制御状態を示す温度ー時間制御工程図である。
【図３】本発明の簡易タノール製造装置を示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
提案するシステムについての基本的な考え方として、設備の熱源には、ゴミ焼却炉等の工場からの廃熱を回収して利用するか、バイオマス燃料（カーボンニュートラルな燃料）を使用して発生させる熱を利用してＣＯ２発生を極力抑制出来するシステムとする。  
前記の熱源を主たるエネルギー源として、澱粉質・糖質を多く含む植物を原料としてエタノールを製造する。原料の種類毎に、液化・糖化に最適な原料対水比と酵素の選定、更に発酵に最適な酵母菌と反応温度・反応時間を基礎試験で選定し、その結果を基に、原料と水投入タイミング、及び酵素・酵母添加投入タイミング、更にはタンク内の反応温度・反応時間制御をプログラム制御で行う様な自動化システムとする。
タンク内への、原料・水を自動投入する機能と酵素・酵母の添加投入する機能及び、酒母槽内で次の発酵サイクルのための酵母を増殖させる手段を備えている。
賞味期限切れ和菓子等の糖質の食品廃棄物の場合についても、最適な酵母と反応温度・反応時間について選定し、上記と同様なプログラム制御による自動化システムとする。
廃熱・バイオマス燃料の活用によりＣＯ２発生を抑制すると共に、自動化により、人的面での省力化が図れる。製造したエタノールは「自動車等用燃料」、「感染性ウイルス消毒剤」・「化粧品等の原料」、「農業用消毒剤」として利用できる。また、発酵残渣は「畜産用濃厚飼料」等に利活用する循環式の「エタノールサイクル」を構築できる。以下本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の簡易タノール製造装置を用いたネットワーク式エタノール製造システム概要について図１に示す。
図１中、古米、多収穫米、食品廃棄物のうち澱粉質・糖質を含むもの、例えば米飯・パン残、和菓子等の原料１を使用して、簡易エタノール製造装置２で１０％〜３０％の濃度のエタノールを製造する。なお簡易エタノール製造装置２は、一カ所に、単基または数基設置して、ステーション３を構成する。ステーション３で製造した１０％〜３０％の濃度のエタノールを、エタノール運搬車４で、ゴミ焼却炉等工場廃熱回収ボイラーまたは、バイオマス燃料ボイラー５付近に設置した蒸留・脱水装置６を設置する基地７に運搬し、回収した１０％〜３０％の濃度のエタノールを蒸留・脱水を行い８０％〜９９．５％の濃度のエタノールを得る。
【００１８】
上記蒸留・脱水装置６は、ゴミ焼却炉等・工場廃熱回収ボイラー・バイオマス燃料ボイラー等５で発生する蒸気が使用される。この蒸気で、エタノール製造全工程の中で、必要なエネルギーの約８０％以上を消費する蒸留・脱水工程のエネルギーを賄うことが出来るので大幅にＣＯ２発生を抑制することができる。
蒸留・脱水した９９．５％のエタノールは自動車等用燃料８、約８０％のエタノールは感染性ウイルス消毒剤９等に活用できる。この結果、従来、ＣＯ２を発生し生産していた製品と置き換えることにより、大幅にＣＯ２を削減することが出来る。更にもろみの固液分離して後、発酵残渣１０は、ペレット状にして、乾燥し畜産用飼料等として利活用出来きるので「エタノールサイクル」を構築出来る。
【００１９】
上記簡易タノール製造装置２及び、同装置２によるエタノール製造のための制御状態を示す温度―時間制御工程について図２・図３を用いて以下説明する。
古米、多収穫米、食品廃棄物のうち澱粉質・糖質を含む原料を使用する場合、例えば多収穫米等の原料１を原料貯蔵槽と計量器２１に投入する。原料貯蔵槽と計量器２１にて投入された原料１は所要重量軽量されタンク内に投入される。この投入された原料１に応じて最適な比率の水をタンク内に注入し、図２に示す液化工程３１で、液化酵素を酵素貯蔵槽と計量器２２により添加し、反応温度８５℃〜９５℃で１時間以上かけて液化させる。
液化後は、５０℃〜７０℃程度まで下げて、図２に示す糖化工程３２に移り、糖化酵素を酵素貯蔵槽と計量器２２により添加し５時間以上かけて糖化する。
糖化後は、酵母菌が活動するのに最適な環境温度２５℃〜３５℃まで下げて、図２に示す発酵工程３３にて、酵母を酒母槽２３により投入し、約３０時間〜４０時間かけて発酵させる。発酵工程に入って、数時間経過し発酵中の温度が安定したころ、タンク内の発酵液の一部を吸引し、酒母槽２３に送り、次の発酵サイクルのため、酵母を増殖させる。
発酵工程を経て、図２に示すもろみ固液分離工程３４に移り、エタノール部分と、残渣および水の部分に分離して、約１０％〜３０％程度の濃度のエタノールを製造する。分離した残渣は、図２に示すもろみ圧搾作業３５を行い、もろみ圧搾液は、簡易エタノール製造装置２へ戻し、次のサイクルで、原料投入と水注入を行う際、もろみ圧搾液分量だけ差し引いた水を注入する。これら一連の温度−時間工程は、プログラム制御により自動化されている。  
【００２０】
ここで、上記簡易タノール製造装置２は、タンク内の液化工程３１〜もろみ固液分離工程３４までの一連の温度制御を、温度制御チエンバー２５内に蒸気を注入したり、チエンバー内に冷水を注入し、水温を調整して行う。
もろみの固液分離工程３４をスムースに行わせるため、バッフル２４をタンク出口付近に取付け、共沸したエタノール蒸気が上記バッフル２４に当たり、このバツフル２４に微細な残渣等が付着し、  気層部に微細な残渣が混入するのを極力防ぐ。この工程を繰り返すことにより、エタノール濃度を高くすることが出来る。  
なお、糖質の食品廃棄物（和菓子の賞味期限切れ・製造時の端切れ品等）についても、対応できる。
【００２１】
減反政策により休耕田、耕作放棄地となった田地を活用して原料の多収穫米を栽培し、本発明の簡易タノール製造装置により、農業者自らエタノールを製造し、そのエタノールを「基地」である蒸留・脱水装置に運搬（ネットワーク式エタノール製造システム）して、高濃度のエタノールに精製する。  また、食品廃棄物の内「澱粉質系・糖質系」等の廃棄物を原料として、前記と同様に、高濃度のエタノールに製造することができる。当製造システムの熱源として、回収廃熱、バイオマス燃料を活用することにより、ＣＯ２の発生を大幅に抑制できるので、活用せずに大量に排出しているゴミ焼却場・工場のＣＯ２削減対策としても利用できる。
【００２２】
この様な、ネットワーク方式による簡易エタノール製造システムを活用して、世界各国でも、その地に存在する「澱粉質系・糖質系」の植物を原料として、前記と同様の方法で、原料に適した最適な酵素・酵母・反応温度・反応時間を選定し、高濃度エタノールを製造出来る。このバイオエタノール製品を普及することにより、ＣＯ２発生を抑制することができる。  このシステムを、低炭素社会構築に向けた技術として、広く提供することができる。
【符号の説明】
【００２３】
１  原料
２  簡易タノール製造装置
３  ステーション
４  エタノール運搬車
５  ゴミ焼却炉等工場廃熱回収ボイラーまたは、バイオマス燃料ボイラー
６  蒸留・脱水装置
７  基地
２１  原料貯蔵槽と計量器
２２  酵素貯蔵槽と計量器
２３  酒母槽
２４  バッフル
２５  温度制御用チェンバー
３１  液化工程
３２  糖化工程
３３  発酵工程
３４  固液分離工程
３５  もろみ圧搾工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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