(57)【要約】【解決手段】燃焼炉、発電設備、水の電気分解設備及び植物栽培室を備えた複合プラントであって、燃焼炉から発生する炭酸ガスを含む排ガスを、明期に植物栽培室に導入するとともに、発電設備の余剰電力を用いて水の電気分解を行い、発生した酸素を暗期に植物栽培室に導入するように設置された植物栽培複合プラント。【効果】燃焼炉から発生する炭酸ガスを含む排ガスと、発電設備の余剰電力を用いて水の電気分解により発生させた酸素を有効活用させ、植物を効率良く栽培することができる。【選択図】　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼炉、発電設備、水の電気分解設備及び植物栽培室を備えた複合プラントであって、燃焼炉から発生する炭酸ガスを含む排ガスを、明期に植物栽培室に導入するとともに、発電設備の余剰電力を用いて水の電気分解を行い、発生した酸素を暗期に植物栽培室に導入するように設置された植物栽培複合プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼炉から発生する炭酸ガスを含む排ガスと、発電設備の余剰電力を用いて水の電気分解により発生させた酸素を有効活用し、植物を効率良く栽培することができる植物栽培複合プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電力卸供給事業が認められたことにより、燃焼管理等のノウハウを持つプラントでは、発電設備を併設し、電力卸供給事業を行うケースが増加している。
例えば、セメント工場は、燃料である石炭の取扱い、燃焼管理のノウハウを持ち、従来から廃熱発電などでボイラー、タービンの運転には経験がある上、石炭を燃焼して発生する灰を、セメント原料として自家処理可能であるなどの利点があることから、工場内に循環流動層ボイラー等を設置して、上記電力卸供給事業を行っているところが多くなっている。
【０００３】
しかし、電力需要は一定ではなく、夜間等には需要が減少するため、電力会社への供給量が減少し、余剰電力が発生する。このとき、発電設備の出力をしぼるという解決方法では、極めて効率の悪い運転になってしまう。
そこで、余剰電力を水の電気分解に用い、発生した水素を、水素燃料としてエネルギー蓄積するにより、有効活用することが提案されている。そして、この電気分解の際に副生する酸素についても、有効活用が望まれている。
【０００４】
一方、セメント焼成キルンの排ガス中には、燃料の燃焼による炭酸ガスに加え、石灰石の分解により生じる炭酸ガスが含まれるため、炭酸ガス含量が高く、２０〜４０％に達する。
この大量の炭酸ガスは、現在そのまま大気中に放出されているが、地球環境問題の観点から、炭酸ガスの有効活用が望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、燃焼炉から発生する炭酸ガスを含む排ガスと、発電設備の余剰電力を用いて水の電気分解により発生させた酸素を有効活用し、植物を効率良く栽培することができる植物栽培複合プラントを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは、鋭意研究を行った結果、燃焼炉から発生する炭酸ガスを含む排ガスを、明期に植物栽培室に導入して光合成を促進するとともに、発電設備の余剰電力を用いて水の電気分解を行い、発生した酸素を暗期に植物栽培室に導入して酸素富化し、呼吸による代謝を促進させることにより、排ガス及び酸素が有効活用され、植物を効率良く栽培できることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、燃焼炉、発電設備、水の電気分解設備及び植物栽培室を備えた複合プラントであって、燃焼炉から発生する炭酸ガスを含む排ガスを、明期に植物栽培室に導入するとともに、発電設備の余剰電力を用いて水の電気分解を行い、発生した酸素を暗期に植物栽培室に導入するように設置された植物栽培複合プラントを提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる排ガスは、燃焼炉から発生する炭酸ガス濃度が高いもので、セメント製造用ロータリーキルン、生石灰製造用ロータリーキルン、石灰焼成用堅窯から出た排ガスが好ましい。セメント製造用又は生石灰製造用のロータリーキルンでは、集塵機から出たものが好ましく、石灰焼成用堅窯では、集塵機から出たもの、又は炉内の低ＮＯｘゾーン若しくは高ＣＯ２ゾーンからガスを吸引して用いる。
【０００９】
また、排ガスは、そのまま用いることもできるが、排ガス中の窒素酸化物濃度を低減して用いるのが好ましい。窒素酸化物の除去は、散水、散霧による吸収法、ハネカム分解触媒を用いるアンモニアガス添加による分解無毒化法等の公知の方法によって行うことができる。このような方法により、窒素酸化物濃度を１０ｐｐｍ以下にするのが好ましい。
【００１０】
このような排ガスを、昼間又は照明時等の明期に植物栽培室に導入することにより、炭酸ガス富化し、植物の光合成を促進させ、栽培期間を短縮することができる。それと同時に、炭酸ガスの大気中への放出が削減される。
排ガスを植物栽培室に導入するには、排ガスが集塵機を通過した後、煙突に導入される手前で分取し、脱硝設備を経て植物栽培室に至る管路を設けるのが好ましい。
【００１１】
一方、発電設備では、夜間や休日等には電力需要が減少するため、余剰電力が発生する。本発明においては、この余剰電力を用いて水を電気分解する。
水の電気分解は、従来から用いられているアルカリ水電解法や、近年高効率の電気分解法として注目されている固体高分子電解法等、各種の方法を採用することができる。
【００１２】
電気分解により発生した水素ガスは、水素燃料として蓄積したり、燃焼設備に燃料として供給することができる。
また、電気分解により発生した酸素ガスは、夜間又は遮光時等の暗期に植物栽培室に導入して、室内空気を酸素富化し、植物の呼吸による代謝を促進し、栽培期間をさらに短縮することができる。また、前記酸素ガスを水耕栽培の水耕液中に溶存させ、溶存酸素濃度の高い水耕液を用いることにより、根部の呼吸作用を促進し、栽培期間短縮に資することもできる。更に、酸素ガスは、セメントキルン等の燃焼用空気に添加して酸素富化燃焼を行わせることにより、排ガス中の炭酸ガス濃度をさらに高め、光合成促進効果をより促進することもできる。
酸素を植物栽培室に導入するには、電気分解設備にて発生した酸素を一旦高圧タンクに貯留し、そこから管路を設けて導入するのが好ましい。
【００１３】
植物栽培室の構造等は特に制限されないが、高層の立体的構造として、面積効率を上げるのが好ましい。高層にすることにより、昼間太陽光が不足する部分が生じる場合があるが、例えば蓄積した水素と酸素を用いて燃料電池により電気を供給して、照明を行ったり、余剰電力による照明を行っても良い。
栽培室の植物の栽培方法としては、水耕栽培が好ましい。
【００１４】
また、夜間の余剰電力を活用するという観点から、植物栽培室を昼夜逆転させ、夜間に余剰電力により高層栽培室の全面照明を行うことも可能である。余剰電力による照明により、昼夜の比率等は、植物栽培の最も効率の良いところを選定することができる。
【００１５】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら制限されるものではない。
【００１６】
実施例１
図１に示す植物栽培複合プラントにより、ミツバの水耕栽培を行った。
すなわち、セメント製造用ロータリーキルンの排ガスを電気集塵機を用いて脱塵した。この排ガスは、以下の成分を含有するものであった。
（排ガス成分）
ＣＯ　　　：０％
ＳＯｘ　　：０％
ＮＯｘ　　：３５０ｐｐｍ
Ｏ２ガス　：６％
ＣＯ２ガス：２２％
Ｎ２ガス　：残
【００１７】
この排ガスの一部を分取し、下記の脱硝用ハネカム触媒を備えた脱硝装置に導いた。そのときのアンモニアガスをＮＯｘと当量分挿入して、清浄化した。
（脱硝用ハネカム触媒）
形状　：縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×長さ５００ｍｍ
目開き：３．２ｍｍ
目数　：１６００個
表面積：９１０ｍ２／ｍ３
反応温度：３５０℃
このような処理を行うことにより、ＮＯｘを１ｐｐｍまで下げることができた。
【００１８】
一方、夜間、発電設備の余剰電力を用いて、固体高分子水電解装置により水の電気分解を行い、発生した水素は燃料として蓄積し、発生した酸素は一旦高圧タンクに貯留した。
ロックウールをベッドとし、水耕栽培にてミツバを栽培する植物栽培室において、栽培室を４つに仕切り、前記脱硝後の排ガスを、栽培室２、３、４内の炭酸ガス濃度が２０００ｐｐｍを保つよう、昼間植物栽培室に導入した。栽培室１では、通常の空気を流通させ、炭酸ガス濃度が４００ｐｐｍに保たれていた。
夜間には、各栽培室内を通常の空気で置換した後、栽培室１、２には、酸素は導入せず、栽培室３、４には、栽培室内の酸素濃度が３０％に保たれるよう、前記高圧タンクから管路にて酸素を導入した。
【００１９】
更に、栽培室４においては、昼夜を通して水耕液にも、肥料とともに、前記高圧タンクから管路にて酸素が導入され、溶存酸素濃度１５ｍｇ／Ｌの水耕液を供給した。一方、栽培室１〜３に供給された水耕液の溶存酸素濃度は、５ｍｇ／Ｌであった。
以上の条件で、各栽培室のミツバが所定の収穫条件に達するまでの日数を測定した。結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
2004057145.tif 000002
【００２１】
表１の結果より、排ガス及び酸素を導入して栽培を行うと、これらを導入しない場合に比べ、植物の栽培促進効果が認められ、植物を効率良く栽培することができた。また、水耕液中の溶存酸素濃度を高めることにより、栽培期間をより短縮することができた。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、燃焼炉から発生する炭酸ガスを含む排ガスと、発電設備の余剰電力を用いて水の電気分解により発生させた酸素を有効活用させ、植物を効率良く栽培することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で用いた植物栽培複合プラントを示す図である。
【符号の説明】
１　　　セメント焼成用ロータリーキルン
２　　　プレヒーター
３　　　電気集塵機
４　　　煙突
５　　　発電設備
６　　　電気分解装置
７　　　水素
８　　　酸素
９　　　排ガス
１０　　　植物栽培室
１１　　　排気管
【図１】
2004057145.tif 000003