(57)【要約】      （修正有）【課題】放射性セシウムにより汚染されたバイオマス廃棄物を減容化するとともに、放射性セシウムが環境中に漏出しないように固定化する、新たな方法を提供すること。【解決手段】放射性セシウムに汚染されたバイオマスを、ＳｉＯ２の存在下において、空気雰囲気中、酸素雰囲気中、水蒸気雰囲気中、または酸素＋水蒸気雰囲気中で、１０〜３０℃／分の昇温速度で、Ｃｓ成分の揮発温度以下の温度から少なくとも７００℃以上の温度まで加熱することにより、減容化しつつ、放射性セシウムを水に不溶なセシウムケイ酸塩として、固体残渣中に固定化する。また、バイオマスの加熱に用いる炉の内壁をＳｉＯ２で構成することにより、一部揮発したセシウムを当該内壁中に固定化する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性セシウムに汚染されたバイオマスを、空気雰囲気中、酸素雰囲気中、水蒸気雰囲気中、または酸素＋水蒸気雰囲気中で、１０〜３０℃／分の昇温速度で、バイオマスに含まれるＣｓ成分の揮発温度以下の温度から少なくとも７００℃以上の温度まで加熱することにより、バイオマスを減容化しつつ、バイオマスに含まれる放射性セシウムを水に不溶なセシウムケイ酸塩として、固定化する方法。
【請求項２】
常温〜４００℃の温度から加熱する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
水蒸気、又は酸素＋水蒸気雰囲気中で７００〜９００℃以上の温度まで加熱し、バイオマスをガス化することにより減容化する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
空気、又は酸素雰囲気中で７００〜９００℃以上の温度まで加熱し、バイオマスをガス化することにより減容化する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
空気、又は酸素雰囲気中で８５０〜９００℃以上の温度まで加熱し、バイオマスを燃焼することにより減容化する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項６】
放射性セシウムに汚染されたバイオマスに対しさらにＳｉＯ２を添加する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
放射性セシウムに汚染されたバイオマスの加熱処理を内壁がＳｉＯ２（石英ガラス）で構成された炉中で行う、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
一方の端に原料供給口を有し、他方の端に固体残渣排出口を有し、長さ方向を軸として回転可能とした円筒型ガス化炉であって、内部にＳｉＯ２（石英ガラス）管が同軸方向に着脱自在に内挿されているガス化炉を、原料供給口側から固体残渣排出口側に向けて下方に傾斜させてなる、ロータリーキルン型ガス化炉を用い、
前記原料供給口から、放射性セシウムに汚染されたバイオマスを連続的に供給し、一方、前記固体残渣排出口側から、酸素＋水蒸気を連続的に供給することで、前記円筒型ガス炉内において、前記バイオマスと酸素＋水蒸気を接触させて、バイオマスをガス化させ、生成ガスを前記原料供給口側から取り出すとともに、ガス化により副生する固体残渣を前記固体残渣排出口から取り出す、バイオマスのガス化方法において、
前記円筒型ガス化炉に供給する酸素＋水蒸気における酸素量を調整することにより、前記固体残渣排出口付近の温度を７００〜９００℃以上の温度に制御するとともに、前記円筒型ガス化炉に供給する酸素＋水蒸気における水蒸気量を調整すること、及び前記円筒型ガス化炉外部にスパイラル状に取り付けた熱回収用配管に流す空気量又はオイル量を調整することにより前記円筒型ガス化炉から回収する熱量を調整することにより、前記原料供給口付近の温度をバイオマスに含まれるＣｓ成分の揮発温度以下の温度に制御し、さらに前記円筒型ガス炉の回転数を調整することにより、前記バイオマスの昇温速度を１０〜３０℃／分に制御することを特徴とし、
これにより前記放射性セシウムを前記固体残渣、及び前記ＳｉＯ２（石英ガラス）管の管壁中に固定化することを特徴とする、バイオマスのガス化方法。
【請求項９】
一方の端に原料供給口を有し、他方の端に固体残渣排出口を有し、長さ方向を軸として回転可能とした円筒型ガス化炉であって、内部にＳｉＯ２（石英ガラス）管が同軸方向に着脱自在に内挿されているガス化炉を、原料供給口側から固体残渣排出口側に向けて下方に傾斜させてなる、ロータリーキルン型ガス化炉を用い、
前記原料供給口から、放射性セシウムに汚染されたバイオマスを連続的に供給し、一方、前記固体残渣排出口側から、空気又は酸素を連続的に供給することで、前記円筒型ガス炉内において、前記バイオマスと空気又は酸素を接触させて、バイオマスをガス化させ、生成ガスを前記原料供給口側から取り出すとともに、ガス化により副生する固体残渣を前記固体残渣排出口から取り出す、バイオマスのガス化方法において、
前記円筒型ガス化炉に供給する空気又は酸素量を調整することにより、前記固体残渣排出口付近の温度を７００〜９００℃以上の温度に制御するとともに、前記円筒型ガス化炉外部にスパイラル状に取り付けた熱回収用配管に流す空気量又はオイル量を調整することにより前記円筒型ガス化炉から回収する熱量を調整することにより、前記原料供給口付近の温度をバイオマスに含まれるＣｓ成分の揮発温度以下の温度に制御し、さらに前記円筒型ガス炉の回転数を調整することにより、前記バイオマスの昇温速度を１０〜３０℃／分に制御することを特徴とし、
これにより前記放射性セシウムを前記固体残渣、及び前記ＳｉＯ２（石英ガラス）管の管壁中に固定化することを特徴とする、バイオマスのガス化方法。
【請求項１０】
一方の端に原料供給口を有し、他方の端に固体残渣排出口を有し、長さ方向を軸として回転可能とした円筒型燃焼炉を、原料供給口側から固体残渣排出口側に向けて下方に傾斜させてなる、ロータリーキルン型燃焼炉であって、内部にＳｉＯ２（石英ガラス）管が同軸方向に着脱自在に内挿されている燃焼炉を用い、
前記原料供給口から、放射性セシウムに汚染されたバイオマスを連続的に供給し、一方、前記固体残渣排出口側から、空気又は酸素を連続的に供給することで、前記円筒型燃焼炉内において、前記バイオマスと空気又は酸素を接触させて、バイオマスを燃焼させ、燃焼により生成する排ガスを前記原料供給口側から取り出すとともに、燃焼により副生する固体残渣を前記固体残渣排出口から取り出す、バイオマスの燃焼方法において、
前記円筒型燃焼炉に供給する空気又は酸素量を調整することにより、前記固体残渣排出口付近の温度を８５０〜９００℃以上の温度に制御するとともに、前記円筒型燃焼炉外部にスパイラル状に取り付けた熱回収用配管に流す空気量又はオイル量を調整することにより前記円筒型燃焼炉から回収する熱量を調整することにより、前記原料供給口付近の温度をバイオマスに含まれるＣｓ成分の揮発温度以下の温度に制御し、さらに前記円筒型燃焼炉の回転数を調整することにより、前記バイオマスの昇温速度を１０〜３０℃／分に制御することを特徴とし、
これにより前記放射性セシウムを前記固体残渣、及び前記ＳｉＯ２（石英ガラス）管の管壁中に固定化することを特徴とする、バイオマスの燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性セシウムに汚染されたバイオマスを、燃焼工程またはガス化工程により、エネルギー利用または化学原料利用すると共に減容化し、同時に、放射性セシウムを水に不溶のセシウムケイ酸塩として安定貯蔵する方法と、そのためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
東日本大震災の際の原子力発電所の事故により、放射性セシウムが大気中に飛散したことは記憶に新しい。大気中に飛散した放射性セシウムは、周囲の環境に拡散・沈降し、その一部は、このようにして汚染された土壌において生育する草木などのバイオマスに蓄積されることとなる。このようなバイオマスに由来する、放射性セシウムに汚染された草本系バイオマス廃棄物または木質系バイオマス廃棄物は、現状においては、圧密ペレット化または炭化されたのち保管され、または燃焼処理されている。
【０００３】
バイオマスをペレット化または炭化しても、体積は１／２から１／３程度にしかならないので、保管に広大なスペースを必要とする。
さらに、セシウムは反応しやすい金属なので、常温で酸化セシウムまたは水酸化セシウム、またはセシウム塩（塩化セシウム、炭酸セシウム等）の形態をとる。酸化セシウムも水酸化セシウムも、セシウム塩も水に溶けやすい。
このため、雨水等により、酸化セシウムまたは水酸化セシウム、またはセシウム塩が、ペレットまたは炭化物から溶け出す等の問題がある。
【０００４】
一方、バイオマスは、低温で燃焼するとダイオキシンが発生するため、８５０℃以上で燃焼するように法令で定められている。
セシウム揮発温度は６７１℃、酸化セシウム揮発温度は４９０℃、塩化セシウム揮発温度は６４５℃である。水酸化セシウム揮発温度は９９０℃であるが、空気中で加熱すると比較的低温で酸化セシウムに変化する。炭酸セシウムは６１０℃で酸化セシウムと二酸化炭素に分解する。
したがって、放射性セシウムに汚染されたバイオマスを８５０℃以上で燃焼すると、バイオマスを汚染した放射性の酸化セシウムまたは水酸化セシウム、またはセシウム塩が揮発することとなる。
【０００５】
バイオマスの燃焼によるセシウムの飛散を防ぐため、燃焼ガスを冷却してフィルタ等を通し、燃焼時に揮発した酸化セシウムまたはセシウム塩を、冷却して、フィルタ等で捕集することが、従来行われてきた。
この方法によれば、飛灰もフィルタ等で捕集される。したがって、飛灰からのセシウム塩分離や、分離したセシウム塩貯蔵等の課題がある。
また、この方法によれば、燃焼終了後、焼却炉内の主灰を回収する。この主灰からのセシウム塩分離や、分離したセシウム塩貯蔵等の課題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】渡邊優香、SaffarzadehAmirhomayoun、東條安匡、島岡隆行、「都市ごみ焼却残渣中セシウムの存在形態の同定」SPring-8/SACLA利用研究成果集、2(1)、89-93ページ、2014年
【非特許文献２】崔原栄、伊藤隆政、熊谷安造、須田俊之、野瀬裕之、「焼却過程における草本系廃棄物中のセシウムの挙動」IHI技報、53(1)巻、29-32ページ、2013年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、放射性セシウムにより汚染されたバイオマス廃棄物を減容化するとともに、放射性セシウムが環境中に漏出しないように固定化する、新たな方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、ＳｉとＫを多量に含むバイオマスをガス化すると、条件によって、水溶性で軟らかい粘着性固体残渣が副生する場合と、水に不溶で硬い固体残渣が副生する場合があること、そして、水に不溶で硬い固体残渣はＳｉとＫとＯからなるカリウムケイ酸塩を主成分とするものであることを見出した。
本発明者らは、これに基づき、Ｋと同じアルカリ金属であるセシウムについても、上記と同じ事象が起こることを期待して、セシウムを添加したバイオマスを各種雰囲気中で加熱処理することによって、セシウムを固体残渣中に固定化することを試み、その結果、以下の知見を得た。
（１）Ｓｉを多量に含むバイオマスにＣｓを添加し、これを、酸素雰囲気中、水蒸気雰囲気中、または酸素＋水蒸気雰囲気中で、２０℃／分程度の昇温速度で、バイオマスに含まれるＣｓ成分の揮発温度以下の温度から加熱すると、水に不溶なセシウムケイ酸塩が生成され、加熱温度が９００℃になっても、Ｃｓ成分は固体残渣中に固定化され、残存する。
上記昇温速度は、１０〜３０℃／分であればよく、また、昇温を開始する温度としては、酸化セシウムの揮発温度が４９０℃であることから、例えば常温〜４００℃程度の温度が適当である。
（２）上記バイオマスに、Ｃｓとともに、さらにＳｉＯ２を添加すると、水に不溶なセシウムケイ酸塩生成量が増加する。
（３）酸素雰囲気中で加熱した場合と比較し、酸素＋水蒸気雰囲気中で加熱すると、水に不溶なセシウムケイ酸塩生成量が増加する。また、水蒸気雰囲気中で加熱した場合と比較し、酸素＋水蒸気雰囲気中で加熱すると、水に不溶なセシウムケイ酸塩生成量が増加する。水に不溶なセシウムケイ酸塩生成量を増加させるためには、加熱時の雰囲気は、酸素＋水蒸気雰囲気が望ましい。
これらの知見によれば、放射性セシウムに汚染されたバイオマスを、ＳｉＯ２の存在下、上記適切な雰囲気中で上記適切な加熱により燃焼処理またはガス化処理することで、バイオマスをエネルギー源としてまたは化学原料として利用すると共に減容化することができ、同時に、放射性セシウムを水に不溶な長期安定貯蔵に適したセシウムケイ酸塩として固定化することができ、これにより、従来のバイオマスの、ペレット化、炭化、または燃焼による処理に伴う課題を解決することができる。
本発明者らは、さらに、バイオマスの加熱処理に用いる炉の内壁をＳｉＯ２（石英ガラス）で構成することにより、バイオマスから一部揮発したセシウム成分を当該内壁中にセシウムケイ酸塩として有効に固定化することができることを見出した。
これらの知見に基づき、本発明者らは、具体的な反応装置を用いて、放射性セシウムに汚染されたバイオマスを、上記適切な雰囲気中で上記適切な加熱により燃焼処理またはガス化処理するための具体的手法について、検討し、本発明を完成した。
【０００９】
本出願は、具体的には、以下の発明を提供する。
〈１〉放射性セシウムに汚染されたバイオマスを、空気雰囲気中、酸素雰囲気中、水蒸気雰囲気中、または酸素＋水蒸気雰囲気中で、１０〜３０℃／分の昇温速度で、バイオマスに含まれるＣｓ成分の揮発温度以下の温度から少なくとも７００℃以上の温度まで加熱することにより、バイオマスを減容化しつつ、バイオマスに含まれる放射性セシウムを水に不溶なセシウムケイ酸塩として、固定化する方法。
〈２〉常温〜４００℃の温度から加熱する、〈１〉に記載の方法。
〈３〉水蒸気、又は酸素＋水蒸気雰囲気中で７００〜９００℃以上の温度まで加熱し、バイオマスをガス化することにより減容化する、〈１〉又は〈２〉に記載の方法。
〈４〉空気、又は酸素雰囲気中で７００〜９００℃以上の温度まで加熱し、バイオマスをガス化することにより減容化する、〈１〉又は〈２〉に記載の方法。
〈５〉空気、又は酸素雰囲気中で８５０〜９００℃以上の温度まで加熱し、バイオマスを燃焼することにより減容化する、〈１〉又は〈２〉に記載の方法。
〈６〉放射性セシウムに汚染されたバイオマスに対しさらにＳｉＯ２を添加する、〈１〉〜〈５〉に記載の方法。
〈７〉放射性セシウムに汚染されたバイオマスの加熱処理を内壁がＳｉＯ２（石英ガラス）で構成された炉中で行う、〈１〉〜〈６〉に記載の方法。
〈８〉一方の端に原料供給口を有し、他方の端に固体残渣排出口を有し、長さ方向を軸として回転可能とした円筒型ガス化炉であって、内部にＳｉＯ２（石英ガラス）管が同軸方向に着脱自在に内挿されているガス化炉を、原料供給口側から固体残渣排出口側に向けて下方に傾斜させてなる、ロータリーキルン型ガス化炉を用い、
前記原料供給口から、放射性セシウムに汚染されたバイオマスを連続的に供給し、一方、前記固体残渣排出口側から、酸素＋水蒸気を連続的に供給することで、前記円筒型ガス炉内において、前記バイオマスと酸素＋水蒸気を接触させて、バイオマスをガス化させ、生成ガスを前記原料供給口側から取り出すとともに、ガス化により副生する固体残渣を前記固体残渣排出口から取り出す、バイオマスのガス化方法において、
前記円筒型ガス化炉に供給する酸素＋水蒸気における酸素量を調整することにより、前記固体残渣排出口付近の温度を７００〜９００℃以上の温度に制御するとともに、前記円筒型ガス化炉に供給する酸素＋水蒸気における水蒸気量を調整すること、及び前記円筒型ガス化炉外部にスパイラル状に取り付けた熱回収用配管に流す空気量又はオイル量を調整することにより前記円筒型ガス化炉から回収する熱量を調整することにより、前記原料供給口付近の温度をバイオマスに含まれるＣｓ成分の揮発温度以下の温度に制御し、さらに前記円筒型ガス炉の回転数を調整することにより、前記バイオマスの昇温速度を１０〜３０℃／分に制御することを特徴とし、
これにより前記放射性セシウムを前記固体残渣、及び前記ＳｉＯ２（石英ガラス）管の管壁中に固定化することを特徴とする、バイオマスのガス化方法。
〈９〉一方の端に原料供給口を有し、他方の端に固体残渣排出口を有し、長さ方向を軸として回転可能とした円筒型ガス化炉であって、内部にＳｉＯ２（石英ガラス）管が同軸方向に着脱自在に内挿されているガス化炉を、原料供給口側から固体残渣排出口側に向けて下方に傾斜させてなる、ロータリーキルン型ガス化炉を用い、
前記原料供給口から、放射性セシウムに汚染されたバイオマスを連続的に供給し、一方、前記固体残渣排出口側から、空気又は酸素を連続的に供給することで、前記円筒型ガス炉内において、前記バイオマスと空気又は酸素を接触させて、バイオマスをガス化させ、生成ガスを前記原料供給口側から取り出すとともに、ガス化により副生する固体残渣を前記固体残渣排出口から取り出す、バイオマスのガス化方法において、
前記円筒型ガス化炉に供給する空気又は酸素量を調整することにより、前記固体残渣排出口付近の温度を７００〜９００℃以上の温度に制御するとともに、前記円筒型ガス化炉外部にスパイラル状に取り付けた熱回収用配管に流す空気量又はオイル量を調整することにより前記円筒型ガス化炉から回収する熱量を調整することにより、前記原料供給口付近の温度をバイオマスに含まれるＣｓ成分の揮発温度以下の温度に制御し、さらに前記円筒型ガス炉の回転数を調整することにより、前記バイオマスの昇温速度を１０〜３０℃／分に制御することを特徴とし、
これにより前記放射性セシウムを前記固体残渣、及び前記ＳｉＯ２（石英ガラス）管の管壁中に固定化することを特徴とする、バイオマスのガス化方法。
〈１０〉一方の端に原料供給口を有し、他方の端に固体残渣排出口を有し、長さ方向を軸として回転可能とした円筒型燃焼炉を、原料供給口側から固体残渣排出口側に向けて下方に傾斜させてなる、ロータリーキルン型燃焼炉であって、内部にＳｉＯ２（石英ガラス）管が同軸方向に着脱自在に内挿されている燃焼炉を用い、
前記原料供給口から、放射性セシウムに汚染されたバイオマスを連続的に供給し、一方、前記固体残渣排出口側から、空気又は酸素を連続的に供給することで、前記円筒型燃焼炉内において、前記バイオマスと空気又は酸素を接触させて、バイオマスを燃焼させ、燃焼により生成する排ガスを前記原料供給口側から取り出すとともに、燃焼により副生する固体残渣を前記固体残渣排出口から取り出す、バイオマスの燃焼方法において、
前記円筒型燃焼炉に供給する空気又は酸素量を調整することにより、前記固体残渣排出口付近の温度を８５０〜９００℃以上の温度に制御するとともに、前記円筒型燃焼炉外部にスパイラル状に取り付けた熱回収用配管に流す空気量又はオイル量を調整することにより前記円筒型燃焼炉から回収する熱量を調整することにより、前記原料供給口付近の温度をバイオマスに含まれるＣｓ成分の揮発温度以下の温度に制御し、さらに前記円筒型燃焼炉の回転数を調整することにより、前記バイオマスの昇温速度を１０〜３０℃／分に制御することを特徴とし、
これにより前記放射性セシウムを前記固体残渣、及び前記ＳｉＯ２（石英ガラス）管の管壁中に固定化することを特徴とする、バイオマスの燃焼方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、放射性セシウム汚染バイオマス廃棄物を、１０℃〜３０℃／分、例えば２０℃／分の昇温速度で、バイオマスに含まれるＣｓ成分の揮発温度以下の温度、例えば常温〜４００℃の温度から７００℃以上の温度、例えば９００℃に昇温してガス化処理または燃焼処理することで、バイオマス廃棄物をエネルギー利用または化学原料利用すると共に減容化することができ、同時に、その固体残渣中、若しくは、その固体残渣およびバイオマスのガス化又は燃焼に用いた炉中に配置したＳｉＯ２（石英ガラス）管壁中に水に不溶のセシウムケイ酸塩を生成させて、放射性セシウムを安定に貯蔵することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】電気炉加熱式ＳｉＯ２（石英ガラス）管を用いて、ＣｓＣｌを含浸したイナワラを乗せた高純度アルミナボートをヘリウム＋酸素＋水蒸気雰囲気で高温熱処理し、固体残渣に残ったＣｓ成分、ＳｉＯ２と反応したＣｓ成分、アルミナボートと反応したＣｓ成分、揮発したＣｓ成分を測定するための実験装置。
【図２】電気炉加熱式ＳｉＯ２（石英ガラス）管を用いて、ＣｓＣｌを含浸したイナワラを乗せた高純度アルミナボードをヘリウム＋酸素雰囲気で高温熱処理し、固体残渣に残ったＣｓ成分、ＳｉＯ２と反応したＣｓ成分、アルミナボートと反応したＣｓ成分、揮発したＣｓ成分を測定するための実験装置。
【図３】放射性セシウム汚染バイオマスから、水に不溶なセシウムケイ酸塩を生成して減容化し、生成ガスをエネルギーまたは化成品原料に利用するための、内部にＳｉＯ２（石英ガラス）管を備えた円筒形ガス化炉を有するロータリーキルン型ガス化システム。
【図４】放射性セシウム汚染バイオマスから、水に不溶なセシウムケイ酸塩を生成して減容化し、燃焼熱を利用するための、内部にＳｉＯ２（石英ガラス）管を備えた円筒形燃焼炉を有するロータリーキルン型燃焼システム。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
バイオマスを、酸素雰囲気中、水蒸気雰囲気中、または酸素＋水蒸気雰囲気中で、完全燃焼に必要な酸素量よりも少ない酸素量を供給する不完全燃焼状態で、７００℃程度以上に加熱すると、バイオマス中のＣＨＯ成分と酸素と水蒸気からＣＯ、ＣＯ２、ＣＨ４、Ｈ２を主成分とするガスが生成される。同時に、上記ＣＨＯ成分から常温で液体の炭化水素（タール）と、バイオマス中の灰分（Ｓｉ、Ｋ、Ｆｅ、Ｃａ、Ａｌ、Ｍｇ等）から固体残渣が副生される。
この反応をガス化反応と呼ぶ。
【００１３】
バイオマスのガス化方式としては、固定床型ガス化、ロータリーキルン型ガス化、噴流床型ガス化、及び流動床型ガス化等の方式が知られている。
固定床型ガス化とロータリーキルン型ガス化では、通常、空気がガス化剤として用いられている。空気をガス化剤として用いた場合は、生成ガス組成制御が困難で、生成ガスは窒素を含む。この場合、生成ガスは主に発電用の燃料ガスとして利用される。
噴流床型ガス化または流動床型ガス化では、通常、酸素、水蒸気、または酸素＋水蒸気がガス化剤として用いられている。これらをガス化剤として用いた場合は、生成ガス組成制御が容易で、生成ガスは窒素を含まない。生成ガスは発電用の燃料ガス以外に、触媒を用いた液体燃料合成等の原料ガスとしても利用される。
【００１４】
本発明者らは、長年にわたり噴流床型ガス化と、生成ガスのエネルギー利用、及び、触媒を用いた、生成ガスからの液体燃料合成等を研究してきた。
本発明者らは、その研究の過程で、例えば油ヤシなどのＳｉとＫを多量に含むバイオマスをガス化すると、条件によって、水溶性で軟らかい粘着性固体残渣が副生する場合と、水に不溶で硬い固体残渣が副生する場合があることを見出した。
水に不溶で硬い固体残渣はＳｉとＫとＯを主成分とするカリウムケイ酸塩であった。
【００１５】
カリウムとセシウムは同じアルカリ金属なので、同様の性質を有する。
したがって、放射性セシウムに汚染されたバイオマスを適切な条件でガス化することにより、生成ガスをエネルギー源や化成品の原料として利用でき、同時に大幅に減容化できるとともに、ＳｉとＣｓとＯから、水に不溶なセシウムケイ酸塩を生成させることで、放射性セシウムの長期安定な貯蔵が可能となることが期待される。
このようにして形成されるセシウムケイ酸塩の分子式はＣｓ２Ｏ・ｎＳｉＯ２で、ケイ酸塩の一部がセシウム酸化物で置き換えられた構造である。ここでｎは任意の整数で、ＳｉＯ２がＣｓ２Ｏより多いことを表す。
本発明者らは、以下の実施例により、このようなことが可能であること、そして、そのための適切な条件について検証した。
【実施例】
【００１６】
Ｓｉを多量に含むバイオマスにセシウムを添加し、ガス化条件で加熱処理または燃焼条件で加熱処理して、副生する固体残渣の性状を系統的に調べた。
【００１７】
熱天秤装置を用いた実験
実験は、特殊な熱天秤装置を用いて行った。この熱天秤装置を用いると、Ｈｅ雰囲気中、Ｈｅ＋Ｏ２雰囲気中、Ｈｅ＋Ｈ２Ｏ雰囲気中、またはＨｅ＋Ｏ２＋Ｈ２Ｏ雰囲気中で、常温から1，３００℃まで、専用アルミナ容器に充填した試料を加熱しながら、試料の重量変化を測定できる。
【００１８】
Ｓｉ含有量が多いイナワラを原料バイオマスとして用いた。イナワラのＣＨＯ分析結果を表1に示し、また、イナワラの灰分分析結果を表２に示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
【表２】
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【００２１】
実施例１．バイオマスのガス化における水不溶Ｃｓ化合物生成量に対するガス化処理温度の影響
放射能汚染地域で採取されたバイオマスに含まれる放射性セシウム濃度は数ｐｐｍ程度と低く、分析が困難である。そのため、分析を容易にするために、イナワラに非放射性塩化セシウム（ＣｓＣｌ）を５％含浸した試料をセシウム汚染のモデル試料として用いた。このモデル試料中に含まれるＳｉ含有率は、イナワラ９５％にイナワラ中のＳｉ含有率４．６４％を乗じて得た４．４％である。
【００２２】
イナワラに非放射性ＣｓＣｌを５％含浸した試料を、Ｈｅ＋Ｏ２雰囲気中で、昇温速度２０℃／分で、常温から始めて５００℃、５５０℃、６００℃、７００℃、または９００℃迄加熱した。副生した固体残渣を、常温まで冷却した後、２４時間水に浸し、静置した。上澄液を捨てた後、更に純水で残渣を洗浄してから乾燥した。この処理により水溶性のセシウム化合物を溶出除去した。以後、この処理をＣｓ溶出処理と記す。
これらの固体残渣を、固体残渣１、固体残渣２、固体残渣３、固体残渣４、固体残渣５と記す。
ＸＰＳ（Ｘ線電子分光）を用いて、固体残渣１〜固体残渣５に含まれるＣｓから発生するＸ線ピークとＳｉとから発生するＸ線ピークを測定した。結果を表３に示す。
【００２３】
【表３】
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【００２４】
表３に示すように、固体残渣１〜５全てが、水に不溶なＣｓ化合物を含む。
また、バイオマスに含まれるＳｉは水に溶けず、上記加熱処理後、すべて固体残渣中に残存すると考えられることから、固体残渣に含まれるＣｓから発生するＸ線ピークとＳｉから発生するＸ線ピークの比（Ｃｓ／Ｓｉ）は、固体残渣に含まれるＣｓ量に比例することとなる。
このようにして求められる、水に不溶なＣｓ化合物中のＣｓ量は、６００℃以下では温度にほとんど依存せず、ほぼ一定であるが、７００℃以上で倍増し、９００℃で最大となった。
【００２５】
実施例２．バイオマスのガス化における水不溶Ｃｓ化合物生成量に対するバイオマスへの各種灰分成分添加の影響
セシウムケイ酸塩はＳｉＯ２とＣｓＣｌから生成され、前記のようにケイ酸塩の一部がセシウム酸化物で置き換えられた構造である。そのため、バイオマスに含まれるＳｉＯ２量が少ないと、Ｃｓの一部がＣｓＣｌのまま残り、セシウムケイ酸塩にならない。
そのような場合、バイオマスに対しＳｉＯ２を添加することは、セシウムケイ酸塩生成量増加に有効であると考えられる。これを検証するため、以下の実験を行った。
【００２６】
硅砂は安価で、ＳｉＯ２を多量に含むので、以下の実験では、硅砂を添加した。
硅砂の灰分分析結果を、表４に示す。
【００２７】
【表４】
2019211378.tif 000006
【００２８】
イナワラに非放射性ＣｓＣｌを含浸し、硅砂を混合した。混合試料の混合比は、イナワラ：７０％、ＣｓＣｌ：５％、硅砂：２５％とした。この混合試料中に含まれるＳｉ含有率は、イナワラ７０％にイナワラ中のＳｉ含有率４．６４％を乗じて得た値と、硅砂２５％に硅砂中のＳｉ含有率４１．０％を乗じて得た値を、足し合わせて得た１３．５％である。
この混合試料を、Ｈｅ＋Ｏ２雰囲気中で、昇温速度２０℃／分で、常温から始めて９００℃迄加熱した。副生した固体残渣を、常温まで冷却した後、Ｃｓ溶出処理を行なった。この固体残渣を固体残渣６と記す。
【００２９】
また、イナワラと硅砂は、Ｓｉ以外に、上述の表２及び４に示す、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃａ等の各種の灰分も含む。バイオマスのガス化による水不溶Ｃｓ化合物生成量に対し、これらの灰分が与える影響を調べるため、以下の実験も同時に行った。
【００３０】
イナワラに非放射性ＣｓＣｌを含浸し、硅砂とＦｅＯ（ＯＨ）を混合した。混合試料の混合比は、イナワラ：７０％、ＣｓＣｌ：５％、硅砂：２０％、ＦｅＯ（ＯＨ）：５％とした。この混合試料中に含まれるＳｉ含有率は、イナワラ７０％にイナワラ中のＳｉ含有率４．６４％を乗じて得た値と、硅砂２０％に硅砂中のＳｉ含有率４１．０％を乗じて得た値を、足し合わせて得た１１．７％である。
この混合試料を、Ｈｅ＋Ｏ２雰囲気中で、昇温速度２０℃／分で、常温から始めて９００℃迄加熱した。副生した固体残渣を、常温まで冷却した後、Ｃｓ溶出処理を行なった。この固体残渣を固体残渣７と記す。
【００３１】
イナワラに非放射性ＣｓＣｌを含浸し、硅砂とＡｌ（ＯＨ）３を混合した。混合試料の混合比は、イナワラ：７０％、ＣｓＣｌ：５％、硅砂：２０％、Ａｌ（ＯＨ）３：５％とした。この混合試料中に含まれるＳｉ含有率は、イナワラ７０％にイナワラ中のＳｉ含有率４．６４％を乗じて得た値と、硅砂２０％に硅砂中のＳｉ含有率４１．０％を乗じて得た値を、足し合わせて得た１１．７％である。
この混合試料を、Ｈｅ＋Ｏ２雰囲気中で、昇温速度２０℃／分で、常温から始めて９００℃迄加熱した。副生した固体残渣を、常温まで冷却した後、Ｃｓ溶出処理を行なった。この固体残渣を固体残渣８と記す。
【００３２】
イナワラに非放射性ＣｓＣｌを含浸し、硅砂とＣａＣＯ３を混合した。混合試料の混合比は、イナワラ：７０％、ＣｓＣｌ：５％、硅砂：２０％、ＣａＣＯ３：５％とした。この混合試料中に含まれるＳｉ含有率は、イナワラ７０％にイナワラ中のＳｉ含有率４．６４％を乗じて得た値と、硅砂２０％に硅砂中のＳｉ含有率４１．０％を乗じて得た値を、足し合わせて得た１１．７％である。
この混合試料を、Ｈｅ＋Ｏ２雰囲気中で、昇温速度２０℃／分で、常温から始めて９００℃迄加熱した。副生した固体残渣を、常温まで冷却した後、Ｃｓ溶出処理を行なった。この固体残渣を固体残渣９と記す。
【００３３】
イナワラに非放射性ＣｓＣｌを含浸し、硅砂とＭｇ２ＣＯ３（ＯＨ）２を混合した。混合試料の混合比は、イナワラ：７０％、ＣｓＣｌ：５％、硅砂：２０％、Ｍｇ２ＣＯ３（ＯＨ）２：５％とした。この混合試料中に含まれるＳｉ含有率は、イナワラ７０％にイナワラ中のＳｉ含有率４．６４％を乗じて得た値と、硅砂２０％に硅砂中のＳｉ含有率４１．０％を乗じて得た値を、足し合わせて得た１１．７％である。
この混合試料を、Ｈｅ＋Ｏ２雰囲気中で、昇温速度２０℃／分で、常温から始めて９００℃迄加熱した。副生した固体残渣を、常温まで冷却した後、Ｃｓ溶出処理を行なった。この固体残渣を固体残渣１０と記す。
【００３４】
ＸＰＳ（Ｘ線電子分光）を用いて、固体残渣６〜１０に含まれるＣｓから発生するＸ線ピークとＳｉとから発生するＸ線ピークをそれぞれ測定した。結果を表５に示す。
【００３５】
【表５】
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【００３６】
表５の最下行の「補正後」欄には、固体残渣６〜１０についてそれぞれ得られたＣｓとＳｉのＸ線ピークの比Ｃｓ／Ｓｉに対し、表５における原料中のＳｉの含有率１３．５％または１１．７％を乗じて、表３における原料（イナワラ＋ＣｓＣｌ）中のＳｉの含有率４．４％で割った値を表示している。これにより、表５の各試料において珪砂を添加したことによるＳｉ含有量の増加に基づいて表３のＳｉの含有量４．４％におけるＣｓ／Ｓｉ値と比べて減少した表５におけるＣｓ／Ｓｉ値が補正されたことによって、表５の「補正後」欄の数値は、固体残渣中に含まれるＣｓの量を比較する数値として、表３におけるＣｓ／Ｓｉ値と直接対比可能なものとなる。
【００３７】
表５の固体残渣６の「補正後」の値は、表３の固体残渣５のＣｓ／Ｓｉ値と比べて２倍以上増大しており、このことから、イナワラにおいては、バイオマスが有するＳｉ成分に加えて、さらにＳｉ成分を添加することが、水に不溶なセシウムケイ酸塩生成量増加に有効であることが確認される。
このことは、イナワラ等の草本系バイオマスに比べＳｉ含有率が低い木質系バイオマスにおいては、硅砂等によるＳｉＯ２成分の添加がさらに有効であることを示している。
【００３８】
表５の固体残渣７の「補正後」の値は、固体残渣６の値をさらに上回り、表３の固体残渣５のＣｓ／Ｓｉ値の２．５倍に達しており、ＦｅＯ（ＯＨ）の添加は、水に不溶なセシウムケイ酸塩生成量増加に有効であることを示している。
【００３９】
一方、表５のＡｌ、Ｃａ、またはＭｇを添加した際に得られた固体残渣８〜１０の「補正後」の値は、固体残渣６の値を下回っており、特にＭｇを添加した場合は、固体残渣中にＣｓの存在を示すＸ線ピークは認められなかった。
これらのことは、Ａｌ、Ｃａ、またはＭｇの添加は、水に不溶なセシウムケイ酸塩生成量増加に有効ではないことを示している。
非特許文献１によると、Ａｌ添加は、水に不溶なセシウムケイ酸塩生成量増加に有効であるとされているが、今回の実験では、このような効果は認められなかった。
【００４０】
実施例３．バイオマスのガス化における水不溶Ｃｓ化合物生成量に対するガス化雰囲気の影響
イナワラに非放射性ＣｓＣｌを含浸し、硅砂とＦｅＯ（ＯＨ）を混合した。混合試料の混合比は、イナワラ：７０％、ＣｓＣｌ：５％、硅砂：２０％、ＦｅＯ（ＯＨ）：５％とした。この混合試料を、Ｈｅ雰囲気中、Ｈｅ＋Ｈ２Ｏ雰囲気中、またはＨｅ＋Ｏ２＋Ｈ２Ｏ雰囲気中で、昇温速度２０℃／分で、常温から始めて９００℃迄加熱した。副生した固体残渣を、常温まで冷却した後、Ｃｓ溶出処理を行なった。これらの固体残渣を固体残渣１１、固体残渣１２、固体残渣１３と記す。
ＸＰＳ（Ｘ線電子分光）を用いて、固体残渣１１〜１３に含まれるＣｓから発生するＸ線ピークとＳｉとから発生するＸ線ピークを測定した。結果を、表５における固体残渣７の結果と併せて表６に示す。
【００４１】
【表６】
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【００４２】
表６の各固体残渣の「補正後」の値から、Ｏ２雰囲気で、Ｈｅ雰囲気よりも、水に不溶なセシウムケイ酸塩生成量が増加し、Ｈ２Ｏ雰囲気では、Ｏ２雰囲気よりも増加し、Ｈ２Ｏ＋Ｏ２雰囲気では、更に増加したことが見て取れる。
【００４３】
実施例４．バイオマスのガス化における水不溶Ｃｓ化合物生成量に対する昇温速度の影響
非特許文献２によれば、流動床に硅砂を使った流動床燃焼装置により、空気を流しながら塩化セシウム含有バイオマスを８５０℃で燃焼すると、排気ガスと一緒に排出される飛灰に付着したＣｓ量は、流動層中に残る主灰に含まれるＣｓ量の約１０倍になった。
これは、流動床燃焼装置を用いてセシウム含有バイオマスを燃焼する場合、バイオマスは通常、燃焼温度８５０℃まで数秒程度の短時間で昇温されるため、バイオマスに含まれる、揮発温度が８５０℃より低い酸化セシウムやセシウム塩などのＣｓ成分がそのままの形で揮発し、飛灰に付着して飛散することにより、主灰に残るＣｓ量が少なくなったものと考えられる。
一方、固体残渣１〜１３のＸＰＳ測定結果が示すように、２０℃／分という遅い速度でセシウム含有バイオマスを常温から昇温すると、水に不溶なセシウムケイ酸塩が生成され、これにより、９００℃程度に昇温されても、Ｃｓの揮発が抑制されるものと考えられる。
このことから、セシウム含有バイオマスを、バイオマスに含まれるセシウム化合物の揮発温度より低い温度、例えば、酸化セシウムの揮発温度４９０℃より低い温度、あるいはセシウムの揮発温度６７１℃より低い温度から、２０℃／分程度の遅い速度で昇温することによって、バイオマスからＣｓが揮発することを抑制し、Ｃｓを水に不溶なセシウムケイ酸塩の形で固体残渣中に残存させることができると考えられる。
【００４４】
実施例５．電気炉加熱式ＳｉＯ２（石英ガラス）管を用いたイナワラ＋ＣｓＣｌ高温熱処理と固体残渣、ＳｉＯ２（石英ガラス）管、アルミナボート、及び排出ガス中の各セシウム量測定
実験に用いた装置は以下の構造と性能を有する。ヘリウムガスと酸素ガスを混合し、ＳｉＯ２（石英ガラス）管へ直接供給し、または水をくぐらせて水蒸気を含ませた後ＳｉＯ２（石英ガラス）管へ供給する。ＳｉＯ２（石英ガラス）管を電気炉で加熱する。ＳｉＯ２（石英ガラス）管から排出されるガスに含まれる水溶性Ｃｓ化合物を回収するため水をくぐらせた後、ガスを回収する。この装置を電気炉加熱式ＳｉＯ２管と記す。
非放射性ＣｓＣｌを含浸したイナワラを高純度アルミナボートに入れ、高純度アルミナボートごと電気炉加熱式ＳｉＯ２管に挿入して、Ｈｅ＋Ｏ２＋Ｈ２ＯまたはＨｅ＋Ｏ２を流しながら、電気炉を用いて昇温速度２０℃／分で９００℃まで加熱し、その後常温まで冷却した。
加熱中にイナワラ中のＳｉＯ２とＣｓＣｌが反応してセシウムケイ酸塩が生成され、同時にイナワラ中の有機分は酸素＋水蒸気または酸素と反応して固体残渣が残る。固体残渣中のセシウムケイ酸塩を分画Ａと記す。電気炉加熱式ＳｉＯ２管が常温に冷却した後、分画Ａを回収し、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）分析により分画Ａに含まれるＣｓ量を測定した。
加熱中にイナワラからＣｓＣｌの一部が揮発し、揮発したＣｓＣｌの一部がＳｉＯ２管のＳｉＯ２と反応してセシウムケイ酸塩が生成される。このセシウムケイ酸塩を分画Ｂと記す。電気炉加熱式ＳｉＯ２管が常温に冷却した後、ＳｉＯ２管をフッ酸処理して分画Ｂを回収し、ＩＣＰ分析により分画Ｂに含まれるＣｓ量を測定した。
加熱中に高純度アルミナボートに含まれる微量のＳｉＯ２とＣｓＣｌが反応してセシウムケイ酸塩が生成される。このセシウムケイ酸塩を分画Ｃと記す。電気炉加熱式ＳｉＯ２管が常温に冷却した後、高純度アルミナボートをフッ酸処理して分画Ｃを回収し、ＩＣＰ分析により分画Ｃに含まれるＣｓ量を測定した。
加熱中にイナワラからＣｓＣｌの一部が揮発し、ガスと一緒にＳｉＯ２管から排出される。ＳｉＯ２管から排出されたガスを水中でバブリングして、ＣｓＣｌを回収した。このＣｓＣｌを分画Ｄと記す。電気炉加熱式ＳｉＯ２管が常温に冷却した後、ＩＣＰ分析により分画Ｄに含まれるＣｓ量を測定した。
電気炉加熱式ＳｉＯ２管を用いて、Ｈｅ＋Ｏ２＋Ｈ２ＯまたはＨｅ＋Ｏ２を流しながら、非放射性Ｃｓを含浸したイナワラを加熱処理し、ＩＣＰ分析により分画Ａ〜Ｄに含まれるＣｓ量を測定する実験を、電気炉加熱式ＳｉＯ２管を用いたＣｓ回収実験と記す。
【００４５】
イナワラに非放射性ＣｓＣｌを５％含浸した試料２ｇを用いて、Ｈｅ＋Ｏ２を流しながら電気炉加熱式ＳｉＯ２管を用いたＣｓ回収実験を行った。この実験を条件１と記す。
前記試料を別途ＩＣＰ分析して、前記試料２ｇに含まれるＣｓ量を測定した。
前記試料２ｇに含まれるＣｓに対する分画Ａ〜Ｄに含まれるＣｓ重量率を、表７の条件１の欄に示す。合計が１００％にならないのは測定誤差の影響である。
【００４６】
イナワラに非放射性ＣｓＣｌを１％含浸した試料２ｇを用いて、Ｈｅ＋Ｏ２を流しながら電気炉加熱式ＳｉＯ２管を用いたＣｓ回収実験を行った。この実験を条件２と記す。
前記試料を別途ＩＣＰ分析して、前記試料２ｇに含まれるＣｓ量を測定した。
前記試料２ｇに含まれるＣｓに対する分画Ａ〜Ｄに含まれるＣｓ重量率を、表７の条件２の欄に示す。合計が１００％にならないのは測定誤差の影響である。
【００４７】
イナワラに非放射性ＣｓＣｌを１％含浸した試料２ｇを用いて、Ｈｅ＋Ｏ２＋Ｈ２Ｏを流しながら電気炉加熱式ＳｉＯ２管を用いたＣｓ回収実験を行った。この実験を条件３と記す。
前記試料を別途ＩＣＰ分析して、前記試料２ｇに含まれるＣｓ量を測定した。
前記試料２ｇに含まれるＣｓに対する分画Ａ〜Ｄに含まれるＣｓ重量率を、表７の条件３の欄に示す。合計が１００％にならないのは測定誤差の影響である。
【００４８】
イナワラに非放射性ＣｓＣｌを含浸し、硅砂を混合した。混合試料の混合比は、イナワラ：９４％、ＣｓＣｌ：１％、硅砂：５％とした。この混合試料２ｇを用いて、Ｈｅ＋Ｏ２を流しながら電気炉加熱式ＳｉＯ２管を用いたＣｓ回収実験を行った。この実験を条件４と記す。
前記混合試料を別途ＩＣＰ分析して、前記混合試料２ｇに含まれるＣｓ量を測定した。
前記混合試料２ｇに含まれるＣｓに対する分画Ａ〜Ｄに含まれるＣｓ重量率を、表７の条件４の欄に示す。合計が１００％にならないのは測定誤差の影響である。
【００４９】
【表７】
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【００５０】
条件１〜４全てで固体残渣が、水に不溶なセシウムケイ酸塩を含む。２０℃／分という遅い速度でセシウム含有バイオマスを常温から昇温すると、水に不溶なセシウムケイ酸塩が生成される。これにより、９００℃程度に昇温されても、Ｃｓの揮発が抑制される。
この結果は、熱天秤装置を用いた実験結果（表３、表５、表６）と一致した。
【００５１】
固体残渣に含まれるセシウムケイ酸塩量は条件３の場合に最も多く、Ｈｅ＋Ｏ２＋Ｈ２Ｏ雰囲気は、固体残渣中のセシウムケイ酸塩生成に有効である。
この結果は、熱天秤装置を用いた実験結果（表６）と一致した。
【００５２】
固体残渣に残らなかったＣｓＣｌは揮発し、揮発したＣｓＣｌの大部分がＳｉＯ２管及び高純度アルミナボートに含まれるＳｉＯ２と反応して、セシウムケイ酸塩が生成された。
揮発したＣｓＣｌの一部はＳｉＯ２管から外部に排出されたが、条件１〜４全ての場合でＳｉＯ２管から外部へ排出されたＣｓ重量率は１％程度であった。
ＳｉＯ２の追加は、水に不溶なセシウムケイ酸塩の生成と、外部へ排出されるＣｓ量の抑制に効果的である。
【００５３】
条件２と条件４の比較から、固体残渣中のセシウムケイ酸塩生成量及びＣｓ揮発量に対し、珪砂添加はほとんど効果がないことが判った。この結果は、熱天秤装置を用いた実験（表３、表５）と異なる。
熱天秤装置を用いた実験では、専用アルミナ容器一杯に試料を充填するので、揮発したＣｓＣｌはアルミナ容器内に滞留して珪砂に含まれるＳｉＯ２と反応して、水に不溶なセシウムケイ酸塩が生成されると考えられる。
電気炉加熱式ＳｉＯ２管を用いたＣｓ回収実験では、試料を入れるアルミナボートは浅底のボート形状なので、揮発したＣｓＣｌの大部分がアルミナボート内に滞留しないため、珪砂に含まれるＳｉＯ２と反応するＣｓＣｌは少ないと考えられる。
【００５４】
実施例６．水に不溶なセシウムケイ酸塩を生成するための、ガス化工程または燃焼工程の条件についての検討
以上の実験結果を踏まえて、放射性セシウムにより汚染されたバイオマスをガス化ないし燃焼することで有効利用しつつ減容化し、かつ、放射性セシウムを水に不溶なセシウムケイ酸塩の形で固定化するための、ガス化工程または燃焼工程の条件について検討する。
上述の実験により得られた知見をまとめると、以下のとおりである。
【００５５】
（１）Ｃｓを添加したバイオマスを、酸素＋水蒸気雰囲気中、水蒸気雰囲気中、または酸素雰囲気中で、２０℃／分程度の昇温速度で、バイオマスに含まれるＣｓ成分の揮発温度より低い、例えば常温〜４００℃程度の温度から加熱すると、水に不溶なセシウムケイ酸塩が生成され、９００℃程度まで加熱しても固体残渣中に固定化され残存する。
（２）ＳｉＯ２を、Ｃｓを添加したバイオマスに添加すると、水に不溶なセシウムケイ酸塩生成量が増加する。半密閉容器の場合には、Ｃｓを添加したバイオマスにＳｉＯ２を直接添加すると、固体残渣に含まれる、水に不溶なセシウムケイ酸塩生成量が増加する。ボート状等の開放容器の場合には、ＳｉＯ２管により開放容器を覆うと、揮発したＣｓ成分がＳｉＯ２と反応して、水に不溶なセシウムケイ酸塩が生成される。
（３）酸素雰囲気中で加熱した場合と比較し、酸素＋水蒸気雰囲気中で加熱すると、固体残渣に含まれる、水に不溶なセシウムケイ酸塩生成量が増加する。水蒸気雰囲気中で加熱した場合と比較し、酸素＋水蒸気雰囲気で加熱すると、水に不溶なセシウムケイ酸塩生成量が増加する。このことから、加熱時の雰囲気は、酸素＋水蒸気雰囲気が望ましい。
なお、上述の実験では、ＳｉＯ２を添加するために、ＳｉＯ２を主成分とする硅砂または石英ガラスを用いたが、同じくＳｉＯ２を主成分とするシリカゲルを、ＳｉＯ２の添加に用いても良い。
【００５６】
このようにして生成したセシウムケイ酸塩を含むバイオマスを、さらに従来知られているバイオマスのガス化ないし燃焼工程により処理することにより、以下のような結果が得られるものと考えられる。
【００５７】
上述のセシウムケイ酸塩の生成工程により得られたセシウムケイ酸塩を含むバイオマスを、引き続き酸素＋水蒸気雰囲気中で、７００〜９００℃以上に保持すると、バイオマス中のＣとＨとＯが、酸素と水蒸気と反応し、ＣＯ、ＣＯ２、ＣＨ４、Ｈ２を主成分とするガスが生成される（このガス生成工程をガス化工程と言う）。
この生成ガスは、さらに燃焼することによりエネルギー源として、また、触媒を用いた液体燃料合成における原料ガスとして利用できる。
【００５８】
上述のセシウムケイ酸塩の生成工程により得られたセシウムケイ酸塩を含むバイオマスを、引き続き酸素雰囲気中で、８５０〜９００℃以上に保持すると、バイオマス中のＣとＨとＯが、酸素と反応し、燃焼ガスと燃焼熱が生成される（この酸素との反応を燃焼工程と言う）。
燃焼熱を回収し、エネルギーとして利用できる。
【００５９】
実施例７．放射性Ｃｓに汚染されたバイオマスを連続的に処理して、水に不溶なセシウムケイ酸塩を連続的に生成する、ガス化システムまたは燃焼システム
以上の実験結果及び検討を踏まえて、放射性Ｃｓに汚染されたバイオマスを連続的に処理して、水に不溶なセシウムケイ酸塩を連続的に生成する、具体的ガス化システムまたは燃焼システムについて検討する。
【００６０】
（１）ロータリーキルン型システム
放射性Ｃｓに汚染されたバイオマスを、ＳｉＯ２の存在下、連続的に処理して、バイオマスをガス化ないし燃焼しつつ、水に不溶なセシウムケイ酸塩を連続的に生成するシステムとしては、例えば、ロータリーキルン型システムが挙げられる。
ロータリーキルン型システムは、横置きにした円筒形炉を有し、この円筒形炉を回転させる機構を有する。
炉は、原料供給口から固体残渣排出口へ向かって下向きに傾斜している。原料供給口から連続的に供給した原料は、円筒形炉の回転により、固体残渣排出口へ向かって徐々に移動する。
円筒形炉の回転速度調節により、移動速度と移動時間を制御できる。
ロータリーキルン型炉の場合、原料供給口から原料を供給し、固体残渣排出口から固体残渣を排出するまでの時間は、通常３０分以上に設定できる。
放射性Ｃｓに汚染されたバイオマスを、円筒形炉に供給すると、円筒形炉の回転により、バイオマスは撹拌・混合される。
ロータリーキルン型炉内部にＳｉＯ２（石英ガラス）管を設けることにより、バイオマス自体にＳｉＯ２が十分に含まれておらず、セシウム化合物が揮発したとしても、揮発したセシウムとＳｉＯ２（石英ガラス）が反応して、水に不溶なセシウムケイ酸塩が生成される。その結果、ロータリーキルン型炉から外へ排出されるセシウムを１％程度に減らすことができる。
ロータリーキルン型炉外部に熱回収配管をスパイラル状に取り付け、空気またはオイルを流すことにより、ロータリーキルン型炉から発生する熱を回収する。原料供給口側に空気またはオイル入口を設け、固体残渣排出口側に空気またはオイル出口を設け、空気またはオイル量を調整することにより、原料供給口付近の温度を４００℃以下に制御することができる。
【００６１】
（２）酸素＋水蒸気をガス化剤に用いるロータリーキルン型ガス化システム
上記ロータリーキルン型システムにおいて、処理ガスとして酸素＋水蒸気を用いることにより、水に不溶なセシウムケイ酸塩を連続的に生成させつつ、バイオマスをガス化する。
水蒸気よりも酸素はバイオマスと良く反応する。
このため、酸素＋水蒸気がバイオマスに接触すると、最初は主に酸素がバイオマスと反応し、反応熱とＣＯ２を主成分とするガスが生成される。
この反応により酸素が減少し、相対的に水蒸気濃度が高くなるので、水蒸気とバイオマスの反応が徐々に進み、ＣＯとＣＨ４とＨ２を主成分とするガスが生成される。水蒸気とバイオマスの反応は吸熱反応である。
【００６２】
ロータリーキルン型ガス化炉の固体残渣排出口付近から酸素＋水蒸気を供給し、原料供給口付近からＣＯとＣＯ２とＣＨ４とＨ２を主成分とする生成ガスを取り出す。
【００６３】
これにより、固体残渣排出口付近は酸素とバイオマスの反応が主となる。酸素＋水蒸気中の酸素供給量を調整して、反応熱量を変えることにより、固体残渣排出口付近温度を９００℃以上に制御できる。
一方、原料供給口付近は水蒸気とバイオマスの反応が主となる。酸素＋水蒸気中の水蒸気量を調整して、水蒸気との反応吸熱量を変えること、前記筒型ガス化炉外部にスパイラル状に取り付けた熱回収用配管に流す空気量またはオイル量を調整して、回収熱量を変えることにより、原料供給口付近温度を例えば４００℃以下に制御できる。
水蒸気供給量の調整と熱回収用空気量またはオイル量の調整により原料供給口付近温度を４００℃以下に制御し、酸素供給量の調整により固体残渣排出口付近温度を９００℃以上に制御し、ガス化炉の回転速度調節によりバイオマスの昇温速度を２０℃／分以下に制御することにより、ロータリーキルン型ガス化システムを用いて、放射性Ｃｓに汚染されたバイオマスを連続的に処理して、水に不溶なセシウムケイ酸塩を効率的に生成できる。
ロータリーキルン型ガス化炉内部にＳｉＯ２（石英ガラス）管を設けることにより、バイオマス自体にＳｉＯ２が十分に含まれておらず、セシウム化合物が揮発したとしても、揮発したセシウムとＳｉＯ２（石英ガラス）が反応して水に不溶なセシウムケイ酸塩が生成される。その結果、ロータリーキルン型ガス化炉から外へ排出されるセシウムを１％程度に減らすことができる。
これにより、実施例６における条件３と同様の条件で、放射性Ｃｓに汚染されたバイオマスを連続的に処理して、水に不溶なセシウムケイ酸塩を生成でき、同時に生成ガスを燃焼によるエネルギー源として、または化成品の原料として利用できる。
【００６４】
（３）空気をガス化剤に用いるロータリーキルン型ガス化システム
上記ロータリーキルン型システムにおいて、処理ガスとして空気を用い、完全燃焼に必要な酸素量よりも少ない酸素量を供給する不完全燃焼状態で、水に不溶なセシウムケイ酸塩を連続的に生成させつつ、バイオマスをガス化する。
この場合、空気の供給量を調整することにより、固体残渣排出口付近温度を７００℃程度とし、前記円筒型ガス化外部にスパイラル状に取り付けた熱回収用パイプに流す空気量またはオイル量を制御して、円筒型ガス化炉から回収する熱回収量を調整することにより、原料供給口付近の温度をバイオマスに含まれるＣｓ成分の揮発温度以下の温度に制御し、さらに円筒型ガス化炉の回転数を調製することにより、前記バイオマスの昇温速度を１０〜３０℃／分に制御する。
ロータリーキルン型ガス化炉内部にＳｉＯ２（石英ガラス）管を設けることにより、バイオマス自体にＳｉＯ２が十分に含まれておらず、セシウム化合物が揮発したとしても、揮発したセシウムとＳｉＯ２（石英ガラス）が反応して水に不溶なセシウムケイ酸塩が生成される。その結果、ロータリーキルン型ガス化炉から外へ排出されるセシウムを１％程度に減らすことができる。
これにより、実施例１における固体残渣４を得た処理条件または実施例６における条件１及び条件２と同様の条件で、放射性Ｃｓに汚染されたバイオマスを連続的に処理して、水に不溶なセシウムケイ酸塩を生成でき、同時に生成ガスを燃焼によるエネルギー源として、または化成品の原料として利用できる。
【００６５】
（４）空気を処理ガスに用いるロータリーキルン型燃焼システム
上記ロータリーキルン型システムにおいて、十分な量の空気を供給して、バイオマスを完全燃焼させる。燃焼温度は８５０℃以上として、ダイオキシン発生を防止する。
具体的には、空気の供給量を調整することにより、固体残渣排出口付近温度を８５０℃以上とし、円筒型燃焼炉外部にスパイラル状に取り付けた熱回収用パイプに流す空気量またはオイル量を制御して、円筒型燃焼炉から回収する熱回収量を調整することにより、原料供給口付近の温度をバイオマスに含まれるＣｓ成分の揮発温度以下の温度に制御し、さらに円筒型ガス化炉の回転数を調製することにより、前記バイオマスの昇温速度を１０〜３０℃／分に制御する。
ロータリーキルン型燃焼炉内部にＳｉＯ２（石英ガラス）管を設けることにより、バイオマス自体にＳｉＯ２が十分に含まれておらず、セシウム化合物が揮発したとしても、揮発したセシウムとＳｉＯ２（石英ガラス）が反応して水に不溶なセシウムケイ酸塩が生成される。その結果、ロータリーキルン型燃焼炉から外へ排出されるセシウムを１％程度に減らすことができる。
これにより、ＳｉＯ２の存在下、放射性Ｃｓに汚染されたバイオマスを連続的に処理して、水に不溶なセシウムケイ酸塩を生成でき、同時にバイオマスの燃焼熱をエネルギーとして利用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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