(57)【要約】      （修正有）【課題】エタノールの安定的な供給を実現できる船舶の制御方法および制御システムを提供する。【解決手段】陸上の複数地点に設置されていてバイオマスの貯留を行う複数の陸上設備Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に船舶２を順番に移動させるとともに、それぞれの陸上設備Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で貯留されているバイオマスを船舶２で回収させて、船舶２に搭載されているエタノール製造装置３でバイオマスからエタノールを製造させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスからエタノールを製造するエタノール製造装置が搭載された船舶の制御方法であって、
陸上の複数地点に設置されていて前記バイオマスの貯留を行う複数の陸上設備に前記船舶を順番に移動させるとともに、それぞれの前記陸上設備で貯留されている前記バイオマスを前記船舶で回収させて、
前記船舶に搭載されている前記エタノール製造装置で前記バイオマスから前記エタノールを製造させることを特徴とする制御方法。
【請求項２】
前記バイオマスを回収した前記船舶を前記エタノールの出荷地に移動させるとともに、前記船舶の移動中に前記エタノール製造装置で前記エタノールを製造させる請求項１に記載の制御方法。
【請求項３】
複数の前記陸上設備に貯留されている前記バイオマスに係る情報のうち少なくとも供給可能量を含む原料情報にもとづき、複数の前記陸上設備から前記船舶の目的地点とする前記陸上設備を抽出する請求項１または２に記載の制御方法。
【請求項４】
前記エタノール製造装置が前記バイオマスを発酵させる発酵タンクを備えていて、前記船舶の舵を制御して前記船舶を揺動させることにより前記発酵タンクの中の液体を撹拌させる請求項１〜３のいずれかに記載の制御方法。
【請求項５】
バイオマスからエタノールを製造するエタノール製造装置が搭載された船舶を制御する制御システムであって、
陸上の複数地点に設置されていて前記バイオマスの貯留を行う複数の陸上設備のうち前記船舶の目的地点とする少なくとも１つの前記陸上設備を決定する目的地点決定機構と、
前記エタノール製造装置で前記バイオマスから前記エタノールを製造させる生産制御機構とを備えることを特徴とする制御システム。
【請求項６】
前記目的地点決定機構が、複数の前記陸上設備に貯留されている前記バイオマスに係る情報のうち少なくとも供給可能量を含む原料情報を取得する取得部と、前記原料情報にもとづき複数の前記陸上設備から前記船舶の目的地点とする前記陸上設備を抽出する抽出部とを備える請求項５に記載の制御システム。
【請求項７】
前記船舶の舵を制御する舵制御機構を備えていて、この舵制御機構が前記バイオマスを発酵させる発酵タンクの中の液体を撹拌させるために前記船舶を揺動させる構成を有している請求項５または６に記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスからエタノールを製造するエタノール製造装置が搭載された船舶の制御方法および制御システムに関し、詳しくはエタノールの安定的な供給を実現できる船舶の制御方法および制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エタノール製造装置を搭載した船舶が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の船舶は、船舶上に搭載されたエタノール製造装置により木屑等のバイオマスからエタノールを製造する。
【０００３】
森林資源または農業資源から得られるバイオマスは、地域的に偏在してかつ気候や季節による産出量の変動がある。バイオマスの供給量が不安定であるため、エタノールを安定的に供給することが困難であった。また上記理由によりエタノールの大量生産が困難であり、エタノールの製造コストを抑制することが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００８／１４２９９５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的はエタノールの安定的な供給を実現できる船舶の制御方法および制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための本発明の船舶の制御方法は、バイオマスからエタノールを製造するエタノール製造装置が搭載された船舶の制御方法であって、陸上の複数地点に設置されていて前記バイオマスの貯留を行う複数の陸上設備に前記船舶を順番に移動させるとともに、それぞれの前記陸上設備で貯留されている前記バイオマスを前記船舶で回収させて、前記船舶に搭載されている前記エタノール製造装置で前記バイオマスから前記エタノールを製造させることを特徴とする。
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明の船舶の制御システムは、バイオマスからエタノールを製造するエタノール製造装置が搭載された船舶を制御する制御システムであって、陸上の複数地点に設置されていて前記バイオマスの貯留を行う複数の陸上設備のうち前記船舶の目的地点とする少なくとも１つの前記陸上設備を決定する目的地点決定機構と、前記エタノール製造装置で前記バイオマスから前記エタノールを製造させる生産制御機構とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の船舶の制御方法および制御システムによれば、船舶は複数の陸上設備からバイオマスを回収できるので、バイオマスの供給量の大規模化および安定化を実現することができる。バイオマスを原料とするエタノールの安定的な供給を実現するには有利である。またエタノールの大量生産にともないエタノールの製造コストを抑制するには有利である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の船舶の制御システムを例示する説明図である。
【図２】図１の目的地点決定機構を例示する説明図である。
【図３】図１のエタノール製造装置を例示する説明図である。
【図４】本発明の制御システムの変形例を例示する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の船舶の制御方法および制御システムを図に示した実施形態にもとづいて説明する。
【００１１】
図１に例示するように本発明の船舶の制御システム１は、船舶２とこの船舶２に搭載されたエタノール製造装置３とを制御する機能を有している。船舶２は、例えば貨物船やタンカーなど自力で航行可能であり比較的大型の船舶で構成される。
【００１２】
エタノール製造装置３は、パームオイル工場で廃棄されるパーム殻や、稲田で廃棄される稲わらや、さとうきび畑で廃棄されるバガスなどのバイオマスからエタノールを製造する機器を備えている。具体的にはエタノール製造装置３は、バイオマスの糖化、発酵、蒸留、脱水を行う機器を備えている。
【００１３】
制御システム１は、船舶２の移動すべき目的地点を決定する目的地点決定機構４と、エタノール製造装置３を制御する生産制御機構５とを備えている。制御システム１は船舶２から独立して設置されていて、例えば管理センターなど陸上の建造物に設置されている。制御システム１はたとえばコンピュータで構成することができる。制御システム１は、船舶２およびエタノール製造装置３との間で衛星通信など既存の通信網を利用して信号の授受を行う構成を有している。図１では説明のため信号の授受を行う信号線を一点鎖線で示している。この信号線は無線で構成される。
【００１４】
制御システム１は船舶２に搭載されてもよい。また目的地点決定機構４を陸上の建造物に設置して生産制御機構５を船舶２に設置するなど、制御システム１を構成する機能ごとに分割してそれぞれ陸上の建造物または船舶２に設置する構成にしてもよい。
【００１５】
船舶２は点在する複数の陸上設備Ｐ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）に順次寄港してバイオマスを回収する。その後、製品であるエタノールの需要者がある出荷地に向けて船舶２が移動する。船舶２が出荷地に向けて航行している期間中に、エタノール製造装置３はエタノールを製造する。
【００１６】
陸上設備Ｐは沿岸の複数地点に設置されて、その周辺の工場や農場等からパーム殻等のバイオマスをトラック等で集めて集積する設備である。陸上設備Ｐは、バイオマスを貯留する設備の他にバイオマスの下処理を行う設備を備えていてもよい。
【００１７】
バイオマスの下処理を行う施設としては例えばパーム殻等を破砕する破砕部や、破砕部で破砕されたバイオマスを液化する液化部などを陸上設備Ｐが備えていてもよい。バイオマスの破砕や液化により、陸上設備Ｐから船舶２にバイオマスを積み込む際の作業性を向上することができる。
【００１８】
陸上設備Ｐが破砕部および液化部を備える場合であっても、従来のエタノール製造工場を陸上に建造する場合に比べると必要な敷地面積は２５％程度となる。陸上設備Ｐはエタノール製造工場の建造と比べれば極めて低いコストで設置することができる。
【００１９】
船舶２に搭載されるエタノール製造装置３が破砕部や液化部を備えていて、陸上設備Ｐはバイオマスを貯留する機能のみを有する構成としてもよい。
【００２０】
制御システム１は、陸上設備Ｐから船舶２に引き渡し可能なバイオマスの供給可能量などの原料情報ｓ１を、陸上設備Ｐから取得する構成を有している。制御システム１は、バイオマスの供給可能量としてたとえば陸上設備Ｐ１から５ｔ、陸上設備Ｐ２から１０ｔなどの原料情報ｓ１を取得する。つまり陸上設備Ｐと供給可能量とを組合わせたデータで原料情報ｓ１が構成される。
【００２１】
原料情報ｓ１は、上記の供給可能量の他に、船舶２に引き渡し可能な日である供給可能日を情報として含んでいてもよい。例えば陸上設備Ｐ３について一日後であれば５ｔ供給可能であり三日後であれば１０ｔ供給可能などの原料情報ｓ１を制御システム１が取得する。
【００２２】
図２に例示するように制御システム１の目的地点決定機構４は、原料情報ｓ１を取得する取得部６と、この取得部６で取得する情報にもとづき船舶２の目的地点を抽出する抽出部７と、この抽出部７で抽出される目的地点の情報を船舶２に送る出力部８とを備えている。図２では説明のため信号の授受を行う信号線を一点鎖線で示している。この信号線は無線または有線で構成される。
【００２３】
取得部６は、複数の陸上設備Ｐから原料情報ｓ１を取得する構成を有している。取得部６は原料情報ｓ１をリアルタイムで逐次取得する構成にすることができる。取得部６が必要に応じて原料情報ｓ１を間欠的に取得する構成にしてもよい。
【００２４】
またこの実施形態では、取得部６はエタノールの受注があったときにこの受注に関する情報を受注情報ｓ２として取得する構成を有している。受注情報ｓ２には、需要者が要求しているエタノールの量、出荷地等の情報が含まれている。受注情報ｓ２に製品としてのエタノールの納入期限に関する情報が含まれていてもよい。受注情報ｓ２は制御システム１に直接入力されてもよく、通信回線等を介して入力されてもよい。取得部６は取得した原料情報ｓ１および受注情報ｓ２を抽出部７に送る。
【００２５】
抽出部７は、受注情報ｓ２に含まれるエタノールの量から原料として必要なバイオマスの量を算出する。必要なバイオマスの量を供給可能な陸上設備Ｐを原料情報ｓ１にもとづき抽出部７が抽出する。抽出部７は少なくとも１つの陸上設備Ｐを抽出する。一つの陸上設備Ｐのみではバイオマスの量が不十分である場合には、抽出部７は複数の陸上設備Ｐを組み合わせて抽出して、必要なバイオマスの量を確保する。
【００２６】
抽出部７で複数の陸上設備Ｐが抽出された場合は、目的地点決定機構４に予め格納されている各陸上設備Ｐの位置情報にもとづき、抽出された陸上設備Ｐの全てに順番に寄港するための船舶２のルートを抽出部７が決定する。抽出部７は決定されるルートをルート情報ｓ３として出力部８に送る。
【００２７】
抽出部７が陸上設備Ｐを抽出する際には、例えばバイオマスの供給可能量が多い陸上設備Ｐを優先的に抽出していく方法がある。また船舶２の移動距離が最短となるように陸上設備Ｐを抽出していく方法がある。
【００２８】
抽出部７が気象データや海象データからなる気象情報ｓ４を外部から受信して、これにもとづき抽出された陸上設備Ｐの変更や船舶２のルートに修正を加える構成を抽出部７が有していてもよい。たとえば台風が接近していて気象条件が悪い陸上設備Ｐ１が抽出された場合に、この陸上設備Ｐ１を気象条件が比較的良い陸上設備Ｐ２に変更することができる。
【００２９】
抽出部７は、取得部６で取得される原料情報ｓ１にもとづき船舶２の目的地点を決定する構成を少なくとも有していればよい。たとえば抽出部７が、受注情報ｓ２によらずに船舶２に積み込み可能なバイオマスの量に応じて寄港すべき陸上設備Ｐを抽出して、船舶２の目的地点として決定する構成を有していてもよい。つまり取得部６や抽出部７が取得する情報のうち受注情報ｓ２および気象情報ｓ４は本発明の必須の要件ではない。
【００３０】
出力部８は、抽出部７で抽出される陸上設備Ｐを目的地点の情報として船舶２に送る構成を有している。目的地点が複数ある場合には各目的地点を通るルートとしてのルート情報ｓ３を出力部８が船舶２に送る。ルート情報ｓ３は、各目的地点を通った後にエタノールの出荷地に至るルートを含んでいてもよい。ルート情報ｓ３に出荷地の情報が含まれていない場合は、出荷地の情報を含む受注情報ｓ２を出力部８が取得部６から取得して船舶２に送る構成にしてもよい。
【００３１】
船舶２の船長は出力部８から受け取ったルート情報ｓ３にもとづき船舶２を移動させる。船舶２は各陸上設備Ｐを経由して順次バイオマスを積み込んでいく。バイオマスの回収を完了した後に船舶２は出荷地に向かって移動する。
【００３２】
船舶２の自動操舵装置等の既存の装置を利用して、制御システム１が直接船舶２を制御して各陸上設備Ｐおよび出荷地に移動させる構成にしてもよい。つまり船舶２が船長の操作によらず、制御システム１により移動を制御される構成にしてもよい。
【００３３】
図３に例示するようにエタノール製造装置３は、破砕されて液化されたバイオマスを一時的に貯留する原料タンク９と、原料タンク９から供給される液状のバイオマスを糖化する糖化部１０と、糖化部１０から供給されるバイオマスに酵母等のアルコール発酵を行う菌を混合して発酵させてエタノールを製造する発酵タンク１１と、発酵タンク１１から供給されるエタノールを蒸留して脱水する蒸留脱水部１２と、蒸留脱水部１２から供給されるエタノールを貯留する製品タンク１３とを備えている。
【００３４】
発酵タンク１１はたとえば円筒形状のタンクで構成される。発酵タンク１１における発酵は、酵母によるものに限らず、酵素の作用によりアルコール発酵を行う構成としてもよい。
【００３５】
エタノール製造装置３が、原料タンク９から供給されるバイオマスを破砕する破砕部と、破砕されたバイオマスを液化して糖化部１０に送る液化部とを備える構成にしてもよい。この場合、原料タンク９は未加工のバイオマスを一時的に貯留することになる。陸上設備Ｐは破砕部や液化部を備える必要がなくなるので、陸上設備Ｐの小規模化が可能となる。陸上設備Ｐの設置コストを抑制するには有利である。
【００３６】
このエタノール製造装置３は、制御システム１が備える生産制御機構５により制御される。具体的にはエタノール製造装置３に含まれるバルブやスイッチ等を生産制御機構５が制御する。エタノール製造装置３を構成する各機器には複数のセンサが設置されている。生産制御機構５はこれらのセンサから値を取得してこの値にもとづきエタノール製造装置３を制御する構成を有している。図３では説明のため各機器と生産制御機構５の間に接続される信号線を一点鎖線で示している。信号線は有線または無線で構成される。
【００３７】
エタノール製造装置３に設置されるセンサは、たとえば糖化部１０や発酵タンク１１や蒸留脱水部１２において、液体の温度を測定する温度センサや、容器内の圧力を測定する圧力センサや、液体のｐＨを測定するｐＨセンサや、各機器の間を流れる液体の流量を測定する流量センサなどで構成することができる。
【００３８】
またセンサは、たとえば発酵タンク１１や蒸留脱水部１２や製品タンク１３において、液体中に含まれるエタノールの濃度を測定するエタノールセンサや、グルコースの濃度を測定するグルコースセンサや、セルロースの濃度を測定するセルロースセンサや、水分量を測定する水分センサや、固形分量を測定する粘度センサなどで構成することができる。生産制御機構５は、上記センサから得られる値にもとづきエタノール製造装置３を適切に制御することができる。
【００３９】
エタノール製造装置３を搭載する船舶２とは異なる場所に生産制御機構５が設置されている場合は、生産制御機構５により遠隔でエタノール製造装置３を制御することが可能となる。たとえば船舶２が洋上にある場合でも、陸上の管理センター等から遠隔でエタノール製造装置３を生産制御機構５は制御することができる。船舶２にエタノール製造に関する専門の管理者が搭乗していない場合であっても、船舶２においてエタノールを効率よく製造することが可能となる。
【００４０】
船舶２が陸上設備Ｐからバイオマスを回収して出荷地に向かって航行する期間中に、エタノール製造装置３はエタノールの製造を行うことができる。エタノール製造装置３は、バイオマスが船舶２に積み込まれるごとに順次エタノール製造のための処理を開始してもよく、予定されている全てのバイオマスが船舶２に積み込まれた後にエタノール製造のための処理を開始してもよい。
【００４１】
出荷地に到着すると船舶２は、移動中に製造されたエタノールを荷降ろしする。エタノール製造の際の副産物であるリグニンもこのときに荷降ろししてもよい。リグニンの出荷地が異なる場合は、船舶２を移動させた後にリグニンを荷降ろしする。
【００４２】
本発明によれば複数の陸上設備Ｐから必要に応じて船舶２がバイオマスを回収できる。天候等の影響でバイオマスの供給可能量が少ない陸上設備Ｐがあっても、供給可能量が多い陸上設備Ｐからバイオマスの供給を船舶２は受けることができる。天候等によるバイオマスの供給量の変動を船舶２は受け難くなり、必要な量のバイオマスを回収しやすくなるので、エタノールの安定的な供給を実現するには有利である。
【００４３】
船舶２で複数の陸上設備Ｐからバイオマスを回収するので、エタノール製造装置３で処理するバイオマスの全体量を増加させることができる。そのためエタノールの製造を大規模化することができる。エタノールの製造コストを抑制するには有利である。
【００４４】
船舶２は、エタノールの出荷のための運搬と同時にエタノールの製造を行うことができる。たとえば船舶２がマレーシアの陸上設備Ｐからバイオマスを回収して八日間かけて日本まで移動する場合、船舶２に搭載されるエタノール製造装置３は移動中の六日間でエタノールを製造することができる。従来エタノールを需要者に納品するためには、エタノールの製造期間の六日間と輸送期間の八日間との計十四日間が必要であった。本発明によれば輸送期間中にエタノールを製造できるので八日間でエタノールを需要者に納品することができる。納期の短縮にともないエタノールを安定的に供給しやすくなる。
【００４５】
図４に例示するように制御システム１が舵制御機構１４を備える構成にしてもよい。舵制御機構１４は、船舶２に設置されている舵取り機１５を制御して舵１６を操舵して船舶２を積極的に揺動させる構成を有している。具体的には船舶２の舵１６の操舵直後の舵力による横揺れモーメントを積極的に利用して、船体の揺れを増大させる機能を舵制御機構１４は有している。舵制御機構１４は、船舶２に設置されている発酵タンク１１の中の液体を船舶２の揺動により撹拌させることができる。図４では説明のため船舶２の内部に配置される舵取り機１５を破線で示している。
【００４６】
この実施形態では発酵タンク１１の中の液体の混合状態を取得するセンサ１７が発酵タンク１１に設置されている。このセンサ１７は、たとえば発酵タンク１１の中の液体の波高および波の周波数を測定する波センサで構成することができる。図４では説明のため舵制御機構１４と舵取り機１５とセンサ１７との間で信号の授受を行う信号線を一点鎖線で示している。信号線は有線または無線で構成される。
【００４７】
実験等により所定の大きさの発酵タンク１１においてエタノールの製造に必要な揺動量は知ることができる。この必要な揺動量が目標揺動量として設定されて舵制御機構１４に予め格納される。舵制御機構１４はセンサ１７から取得して蓄積される値から、発酵タンク１１の中の液体の総揺動量を推定する。舵制御機構１４は目標揺動量と総揺動量との比較から、発酵タンク１１の中の液体の混合状態を推定する。舵制御機構１４は、総揺動量が目標揺動量となるまで舵取り機１５を制御して船舶２を揺動させる。
【００４８】
舵制御機構１４は、船舶２が出荷地に到着するまでの日数を目的地点決定機構４から取得して、この日数に応じて一日あたりに船舶２を揺動させる量を決定する構成を有していてもよい。たとえば現段階の総揺動量と目標揺動量との差を算出して、これを出荷地までの到着日数で除して一日あたりの揺動量を舵制御機構１４が算出してもよい。一日あたりの揺動量にもとづいて舵制御機構１４は舵取り機１５を制御して発酵タンク１１の中の液体を揺動させる。
【００４９】
センサ１７は、たとえば発酵タンク１１の中の液体の電気伝導度またはｐＨまたはグルコース濃度の少なくとも一つを取得するセンサで構成してもよい。この構成によれば液体の発酵の状態をより詳しく知ることができるので、液体の混合状態の推定の精度を向上するには有利である。舵制御機構１４が船舶２を必要以上に揺動させることを抑制できるので、船舶２の航行時の安定性を向上するには有利である。
【００５０】
制御システム１が舵制御機構１４を備える構成により、発酵タンク１１の中の液体を撹拌するための撹拌翼とこれを回転させるための駆動装置からなる撹拌機が不要となる。従来は必要であった撹拌機が不要となるので、エタノール製造装置３の構成を簡単にするには有利である。
【００５１】
撹拌機が故障して船舶上で修理できず、エタノールを製造できないなどの不具合を回避することができる。エタノールの安定的な供給を実現するには有利である。またエタノール製造装置３の構成が簡単になるため、船舶２に搭載しやすくなる。
【００５２】
撹拌翼による打撃やせん断作用により発酵タンク１１の中の酵母細胞が破壊されることを回避できる。エタノールの製造効率を向上させて製造コストを抑制するには有利である。
【００５３】
従来は撹拌機を設置するために、撹拌翼の回転シャフトが貫通するための貫通孔を発酵タンク１１の壁面等に形成しなければならなかった。この壁面等に形成される貫通孔から雑菌が発酵タンク１１の内部に侵入して、発酵の効率が低下する不具合が生じていた。
【００５４】
船舶２の揺動により発酵タンク１１の中の液体を揺動させる本発明では、発酵タンク１１の壁面等に貫通孔を形成する必要がないので発酵タンク１１の中に雑菌が侵入する不具合が発生しない。エタノールの製造効率を向上させて製造コストを抑制するには有利である。
【００５５】
また撹拌機の設置が不要になるので、発酵タンク１１の内部にバッフルプレート等を設置する必要がなくなる。本発明では発酵タンク１１の内部の形状を従来よりも単純にする
ことができる。これにより発酵タンク１１の内部の洗浄が容易となり、雑菌汚染等の不具合を回避するには有利である。
【００５６】
センサ１７は本発明の必須の要件ではない。舵制御機構１４が発酵タンク１１の中の液体の混合状態を測定したり推定したりすることなく、液体を揺動させる構成にしてもよい。発酵タンク１１の中の液体を必要以上に混合する場合であってもエタノールを製造することが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１     制御システム
２     船舶
３     エタノール製造装置
４     目的地点決定機構
５     生産制御機構
６     取得部
７     抽出部
８     出力部
９     原料タンク
１０   糖化部
１１   発酵タンク
１２   蒸留脱水部
１３   製品タンク
１４   舵制御機構
１５   舵取り機
１６   舵
１７   センサ
Ｐ（Ｐ１−Ｐ３）     陸上設備
ｓ１   原料情報
ｓ２   受注情報
ｓ３   ルート情報
ｓ４   気象情報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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