(57)【要約】【課題】既存の廃棄物回収システム及び廃棄物焼却施設をそのまま採用し、回収した木質系廃棄物に選択的に回収した生ゴミを混合して、同時に燃焼可能な有機物の焼却処理を行いつつ、エタノール生産効率を向上させ、かつ廃棄物焼却量の低減を図るようにした廃棄物焼却施設におけるエタノール生産方法を提供すること。【解決手段】廃棄物焼却施設に搬入される可燃性の廃棄物より選択的に回収した木質系廃棄物に生ゴミを混合し、糖化処理を行った後、生物変換処理及び蒸留を行って、エタノールを生産する。【選択図】図１
2005211805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物焼却施設に搬入される可燃性の廃棄物より選択的に回収した木質系廃棄物に生ゴミを混合し、糖化処理を行った後、生物変換処理及び蒸留を行って、エタノールを生産するようにしたことを特徴とする廃棄物焼却施設におけるエタノール生産方法。
【請求項２】
木質系廃棄物と生ゴミとの混合を、この糖化処理に適した８０〜９５％の含水率に調整するようにしたことを特徴とする請求項１記載の廃棄物焼却施設におけるエタノール生産方法。
【請求項３】
廃棄物焼却施設での廃棄物燃焼時に発生する余熱を、糖化処理、生物変換処理及び蒸留の熱源に利用するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の廃棄物焼却施設におけるエタノール生産方法。
【請求項４】
廃棄物焼却施設での廃棄物燃焼時に発生する余熱を用い、糖化処理及び生物変換処理後の残留物を自燃可能な含水率まで低下させ、廃棄物焼却設備で焼却した後、その焼却灰を埋立処理又は各種資材としてリサイクルするようにしたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の廃棄物焼却施設におけるエタノール生産方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物焼却施設におけるエタノール生産方法に関し、特に、既存の廃棄物焼却施設を利用して、該廃棄物焼却施設に搬入される可燃性の廃棄物より選択的に木質系廃棄物を回収し、これに生ゴミを混合した後、糖化処理、次いで生物変換処理、蒸留を行うことにより、エタノール生産効率を向上させ、かつ廃棄物焼却量の低減を図るようにした廃棄物焼却施設におけるエタノール生産方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築及び製材工場から排出される廃材や剪定廃棄物、稲わら、麦わら、サトウキビ、トウモロコシ等の農業系廃棄物、パルプスラッジ、繊維工場からの廃棄物、印刷或いは製本工場からの廃棄物、古紙等の木質系産業廃棄物（セルロース系廃棄物）等のバイオマス資源からエタノールを生産する方法が提案されている。
例えば、回収したバイオマス資源を加水分解或いは蒸煮して糖質原料とする糖化工程と、これを発酵させる発酵工程と、さらに蒸留にてエタノールを分離するエタノール分離工程とを経てエタノールを生産する方法、又は回収したバイオマス資源を粉砕し、水を加えてスラリー化した後、これを水の亜臨界状態乃至超臨界状態を保って、該バイオマスに含まれている多糖類を分解、糖化し、その後発酵させてエタノールを生産する方法、さらにはセルロース系廃棄物に酵素液を作用させて糖を生成する糖化工程を行い、この糖化工程で生成した糖含有液を用いて発酵を行う発酵工程、次いで酵素生産工程を経てエタノールを生産する方法等がある。
【０００３】
ところで、従来の木質系産業廃棄物（セルロース系廃棄物）からエタノールを生産する方法では、一般の生ゴミを収集する既存の廃棄物回収システムやゴミ収集車といった回収設備をそのまま採用せず、木質系廃棄物のみを分別して回収するようにした新たな回収システムを採用している。
また、木質系産業廃棄物（セルロース系廃棄物）からエタノールを生産する場合、糖化処理、発酵処理、蒸留工程でそれぞれ必要な熱エネルギを得てエタノール生産を行うため、これら各工程での加温に外部から化石燃料から生じた熱エネルギを投入するようにしている。
【０００４】
このため、この従来の木質系産業廃棄物（セルロース系廃棄物）からエタノールを生産する方法では、木質系廃棄物の新たな回収システム及び運搬費用を要し、また糖化処理、発酵処理及びエタノールの蒸留等の各工程で加温のために外部からの熱エネルギを要し、生産されるエタノールがコスト高になるという問題があった。
さらに、廃棄物処理施設に搬入される生ゴミは、含水率が時には９５％以上と高いため、これを焼却させるためには、多くの熱エネルギを要するとともに、燃焼炉内の燃焼温度を低下させ、不完全燃焼となり、またデンプンやセルロースを豊富に含み、貴重なバイオマス資源であるにも関わらず焼却処分されているという問題があった。
【特許文献１】特開平１１−１６９１８８
【特許文献２】特開２００１−２６２１６２
【特許文献３】特開２００２−１５９９５４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来のエタノール生産方法の有する問題点に鑑み、既存の廃棄物回収システム及び廃棄物焼却施設をそのまま採用し、回収した木質系廃棄物に生ゴミを混合して、同時に燃焼可能な有機物の焼却処理を行いつつ、エタノール生産効率を向上させ、かつ廃棄物焼却量の低減を図るようにした廃棄物焼却施設におけるエタノール生産方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の廃棄物焼却施設におけるエタノール生産方法は、廃棄物焼却施設に搬入される可燃性の廃棄物より選択的に回収した木質系廃棄物に選択的に回収した生ゴミを混合し、糖化処理を行った後、生物変換処理及び蒸留を行って、エタノールを生産するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
この場合において、木質系廃棄物と生ゴミとの混合を、この糖化処理に適した８０〜９５％の含水率に調整することができる。
【０００８】
また、廃棄物焼却施設での廃棄物燃焼時に発生する余熱を、糖化処理、生物変換処理及び蒸留の熱源に利用することができる。
【０００９】
また、廃棄物焼却施設での廃棄物燃焼時に発生する余熱を用い、糖化処理及び生物変換処理後の残留物を自燃可能な含水率まで低下させ、廃棄物焼却設備で焼却した後、その焼却灰を埋立処理又は各種資材としてリサイクルすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の廃棄物焼却施設におけるエタノール生産方法によれば、廃棄物焼却施設に搬入される可燃性の廃棄物より選択的に回収した木質系廃棄物に、生ゴミを混合し、糖化処理を行った後、生物変換処理及び蒸留を行って、エタノールを生産するようにしているから、廃棄物の回収システム及び廃棄物焼却施設として既存のものを使用できるので、新たな回収システム及び運搬費用を必要とすることなく、高含水率の生ゴミも木質系廃棄物と混合して焼却炉に供給することにより、炉内温度の低下を防止し、生ゴミに含まれるエタノール生産に適した成分を効率的に処理することができ、さらには廃棄物焼却施設での廃棄物焼却量の低減を図ることができる。
【００１１】
また、木質系廃棄物と生ゴミとの混合を、この糖化処理に適した８０〜９５％の含水率に調整することにより、ゴミ焼却量が減少し、炉内温度の低下を防止することが可能となり、効率的にエタノールを生産することができる。
【００１２】
また、廃棄物焼却施設での廃棄物燃焼時に発生する余熱を、糖化処理、生物変換処理及び蒸留の熱源に利用することにより、他の熱源を必要としないので、エタノールの生産コストを低廉することができる。
【００１３】
また、廃棄物焼却施設での廃棄物燃焼時に発生する余熱を用い、糖化処理及び生物変換処理後の残留物を自燃可能な含水率まで低下させ、廃棄物焼却設備で焼却した後、その焼却灰を埋立処理又は各種資材としてリサイクルすることにより、残留物乾燥のために他の熱エネルギを要しないか、又は可及的に小とすることができ、その焼却も簡易に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の廃棄物焼却施設におけるエタノール生産方法の実施の形態を、図１に示すエタノール製造プロセスのフロー図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１５】
廃棄物焼却施設に搬入される廃棄物としては、一般家庭から排出される生ゴミのほかに、建築及び製材工場からの廃材や剪定廃棄物、稲わら、麦わら、サトウキビ、トウモロコシ等の農業系廃棄物、パルプスラッジ、繊維工場からの廃棄物、印刷或いは製本工場からの廃棄物、古紙等の木質系産業廃棄物（セルロース系廃棄物）等がある。
このうち、木質系産業廃棄物は、バイオマス資源として利用されているが、本発明ではこの木質系産業廃棄物に、デンプンやセルロース分を豊富に含む良質な糖資源としての生ゴミをも加えて、可燃性の廃棄物としてともに既存のシステムを利用して糖化処理により、グルコース等の糖を生成処理するものである。
なお、これら可燃性の廃棄物を焼却する施設に搬入される生ゴミや木質系廃棄物等の廃棄物の収集回収システムとしては、既存のシステムを使用して収集するもので、各収集ステーションで時間もしくは場所を分けて回収することにより、新たな廃棄物回収システムの創設を必要としないものである。
【００１６】
可燃性の廃棄物を焼却する施設に搬入、特に限定されるものではないが、例えばゴミ収集車等を用いて搬入される回収廃棄物Ａは、生ゴミ・木質系廃棄物Ｂと、これら以外のその他の焼却廃棄物Ｃとが混合された状態であるが、これを廃棄物焼却施設内にて、生ゴミ・木質系廃棄物Ｂとその他の焼却廃棄物Ｃとに分類される。
その他の焼却廃棄物Ｃは、所要の容量を有するゴミピット１内で一時貯留し、かつ攪拌された後、焼却炉２へ送り、ここで焼却される。この焼却された焼却廃棄物Ｃの残渣物としての焼却灰は、灰ピット３に一時貯留された後、灰溶融設備４でスラグＤとされ、建設資材等にリサイクルされるか、或いは埋め立て地において該焼却灰を埋立処分する。
【００１７】
この場合、生ゴミは、デンプンやセルロース分を豊富に含む良質な糖資源であるが、高含水率（９５％を超える場合もある。）のため、後工程の糖化処理、生物変換処理後も、グルコース濃度が低くなるので、生産されるエタノール濃度も低く、蒸留工程での蒸留効率が悪化する。これを防ぐため、生ゴミの含水率を調整する必要がある。これは一般的に低含水率（回収物種、回収時の天候等によっても異なるが、５０％以下の場合が多い。）の木質系廃棄物と、前記高含水率の生ゴミとの、それぞれ含水率を基準に混合比率を調節することで、生ゴミ・木質系廃棄物Ｂの含水率を糖化処理に適した８０〜９５％の含水率となるように調整し、エタノール生産効率が向上するようにする。
ここで、１分子のグルコースから２分子のエタノールが酵母菌により生物変換されることが既に知られている。このことから糖化処理前の原料が高含水率の場合、糖化処理によりグルコースに分解される固形物濃度が低いことを意味し、当然ながら生物変換され、生じるエタノール濃度も低濃度になる。従って、低濃度のエタノール混合溶液の蒸留を行うためには過大なエネルギが必要となる。また、糖化処理前の原料が低含水率の場合、糖化処理工程での硫酸又は酵素剤との攪拌混合が不十分になり糖化処理効率が低下する。これらのことから、高含水率の生ゴミと低含水率の木質系廃棄物を混合し、その混合物の含水率を９５〜８０％程度に保ち、糖化処理を行うのが望ましい。
【００１８】
一方、分別回収した生ゴミ・木質系廃棄物Ｂは、後工程で行われる糖化処理に適した大きさに、破砕機などを用いて破砕処理７を行い、この破砕処理をした生ゴミ・木質系廃棄物Ｂを糖化処理槽８内に供給してここで必要な糖化処理を行う。
この場合、グルコース等の糖を生成することが可能な生ゴミ・木質系廃棄物Ｂ中の生ゴミ分は、場合によっては直接糖化処理を行ってもよいが、前記建築・古紙・剪定・稲わら等の木質系廃棄物の場合は、原料の破砕処理を行い微細化する必要がある。
この糖化処理槽８で糖化処理を行う方法としては、硫酸を用いて加熱及び加圧する方法、セルラーゼ系及び／又はアミラーゼ系の酵素剤を用いる方法等があるが、これは特に限定するものではなく、酵素剤を用いる場合、原料を事前にアルカリ浸漬処理、もしくは希酸を添加し、加熱処理を行う、もしくは蒸煮爆砕処理を行うことにより、酵素反応が促進される。
【００１９】
この糖化処理槽８で、原料中のセルロース及び／又はデンプンがグルコースヘ糖化される。このグルコースを含んだ糖化処理後の溶液は加熱又は紫外線又はオゾン処理といった滅菌又は減菌処理がなされるが、硫酸を添加した後、加熱処理を行った場合、滅菌又は減菌処理を要しない場合もある。この滅菌又は減菌処理は、原料中の細菌が死滅又は大半が死滅すればその手法にはこだわらないが、糖化処理前に行うのが好ましい。なお、至適温度が７０度以上の耐熱性酵素剤を用いた場合、特に滅菌又は減菌処理を要しない。
この糖化処理を行い、滅菌又は減菌処理されたグルコース含有溶液を、次に生物変換処理槽９内に供給し、この生物変換処理槽９でエタノール混合液に変換する。この生物変換処理槽９内では酵母菌等を用い、生物変換処理槽９内でエタノールに変換される。
エタノール発酵では、酵母菌を用いてもよいが、アルコール耐性を強めた又はエタノール生産能を高められたエタノールを生産するミュータント又は遺伝子組替え菌を使用するのも有効な手段である。
【００２０】
なお、生物変換処理槽９で酵母菌等のエタノール生産菌を用いた場合、エタノールＥが回収されるが、本発明を用いれば、生物変換処理槽９で、乳酸生産菌を用い生分解性プラスチックの原料となる乳酸を生産することも可能である。また、同様に、本システムを用いれば、他の微生物を用い、有用物質を生産することも可能である。
【００２１】
このエタノール混合液は、エタノール濃度も低いため、これを所要の濃度になるように、蒸留工程１０に送られる。この蒸留工程１０に送られたエタノール混合液は、ここで蒸留され、所要濃度のエタノールＥとして回収される。
【００２２】
また、糖化処理槽８及び生物変換槽９内にて行われる糖化処理及び生物変換処理により発生する残留物（残渣物）Ｆは、高含水率であるため、そのままでは自燃しないので、自燃できる程度の所要の含水率まで低下するようにする。このため、この残留物（残渣物）Ｆを脱水・乾燥処理工程１１に送り、ここで脱水・乾燥処理を行って自燃できる所定の含水率まで低下させた後、ゴミピット１に戻され、焼却処理される。
【００２３】
また、エタノールの生産工程は、糖化処理、生物変換処理、蒸留の３工程に大きく分けることができるが、何れの工程でも熱エネルギを要する。このエタノール生産に要する熱源として、廃棄物焼却施設で廃棄物燃焼時に発生する余熱を利用することにより、化石燃料等の外部からのエネルギの投入を要しない又は最小に押さえることができる。
これにより、従来の技術では、主に糖化処理槽８等で発生する残留物Ｆの処分システムの新設、費用を要していたが、本発明のように、廃棄物焼却施設でエタノールを生産した場合、焼却、埋立処分を行ったり、又は建設資材等へリサイクルする施設を既に有しているので、新設する必要がなく、完成している処理システムを使用することができる。
さらに、廃棄物焼却施設での廃棄物燃焼時に発生する余熱を用いることにより、安価な方法で、糖化処理及び生物変換処理後の残留物を自燃可能な含水率まで低下させることができ、かつ既存の廃棄物焼却設備で焼却し、埋立処理又は各種資材としてリサイクルすることも可能である。
【００２４】
この残留物Ｆを脱水・乾燥処理後、焼却処理されるとき、この焼却炉２で発生した余熱ａは、ボイラ５で蒸気に変換され、糖化処理槽８、生物変換処理槽９、蒸留工程１０、脱水・乾燥処理工程１１へ送られ、ここで熱源として利用される。
なお、余熱ａに変換された焼却炉２より発生した排気ガスは、排気ガス処理設備６で有害物質を除去した後、排気ガスｂとして大気中に放出される。
【００２５】
以上、本発明の廃棄物焼却施設におけるエタノール生産方法について、実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
以上、本発明の廃棄物焼却施設におけるエタノール生産方法は、低含水率の木質系廃棄物と高含水率の生ゴミとを、その含水率を指標に混合比率を調節し、糖化処理、生物変換処理、エタノールの蒸留工程を得ることにより、エタノール生産効率を向上させるという特性を有していることから、既存の廃棄物焼却施設を用いたエタノール生産を安価に行う用途に好適に用いることができるほか、例えば、乳酸生産菌を用いて生分解性プラスチックの原料となる乳酸を生産する用途に、また、他の微生物を用いて有用物質を生産する用途にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】廃棄物焼却施設を利用したエタノール製造プロセスのフロー図である。
【符号の説明】
【００２８】
Ａ    回収廃棄物
Ｂ    生ゴミ・木質系廃棄物
Ｃ    その他の焼却廃棄物
Ｄ    スラグ
Ｅ    エタノール
ａ    余熱
ｂ    排気ガス
１    ゴミピット
２    焼却炉
３    灰ピット
４    灰溶融設備
５    ボイラ
６    排気ガス処理設備
７    破砕処理
８    糖化処理槽
９    生物変換処理槽
１０  蒸留工程
１１  脱水・乾燥処理設備
【図１】
2005211805.tif 000003