(57)【要約】【課題】本発明の課題は、放射性微粒子付着した植物、土壌除洗で放射性微粒子を吸収した放射能汚染植物を原料にして、ガソリン市場価格と同等価格で生産、残渣物であるリグニン類を有価物である土壌改良材、エポキシ樹脂原料とし、更に経済性をたかめるのと同時に、放射能植物より低コスト、大量に放射能物質を除去、回収、セメント、ガラスなどで固め、二次汚染を起こすことなく、放射能最終処分場に搬入する事である。すなわち本発明は放射能汚染植物を原料に、放射性微粒子を大気に拡散させる事なく、廃水より放射性物質を回収しガソリン市場価格と同等価格で生産できる装置、方法、工程を提供するものである。エタノール原料は放射能汚染植物だけでなく放射能汚染されていない植物を問わない。【解決手段】水蒸気蒸留機、湿式粉砕機、ノズル粉砕、糖化一体型装置、固液分離機等、逆浸透膜を連結させた装置で、酵素で固体から液体化する装置で液体化し、酵素コスト大幅削減、糖化時間短縮で、再生可能エネルギーバイオエタノールをガソリン市場価格と同等価格で生産するものである。尚、エタノール濃度９９．５％まで蒸留しガソリン代替燃料にするのではなく、アルコール濃度５０〜６０％で蒸留をとどめ、水エマルジョン燃料で電気を発電、電気を販売するのは任意である。また固液分離等工程でリグニンを分離、乾燥、不純物を取り除き、土壌改良材、エポキシ樹脂原料を生産工程を有し、更に経済性を向上させる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物もしくは放射能汚染植物付着泥、放射性微粒子など付着物洗浄工程と、植物もしくは放射能汚染植物含有オイル、樹液、放射性微粒子抽出水蒸気蒸留工程と、植物もしくは放射能汚染植物粉砕工程と、前記水蒸気蒸留工程で抽出物オイル、樹液混合工程と放射能汚染植物粉砕工程で生成した微粉末粉に対し酵素を用い酵素反応によって糖化液を作る糖化工程と、前記工程で排出される放射能を含む廃液、及び残渣物処理工程を有することを特徴とするエタノール製造工程。
【請求項２】
前記粉砕工程は前記洗浄、水蒸気蒸留工程後の植物、放射能汚染植物を粉砕する事を特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【請求項３】
前記粉砕の粉砕機は粉砕物である植物により乾式粉砕機、湿式粉砕機を設定する事を特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【請求項４】
前記粉砕工程の湿式粉砕機を設定した場合、湿式粉砕機に固液分離機等を連結させ粉砕物を湿式粉砕機に再び戻すか、湿式粉砕機に固液分離機等を連結させ、装置に順次粉砕物を移動させるか、粉砕後また装置に戻し、これを繰り返す事で、セルロースと糖の中間物質のデキストリン溶液を作る、粉砕物である植物を繊維質まで粉砕する工程を特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【請求項５】
湿式粉砕機で使用する水に酵素を入れ、酵素水で湿式粉砕すると同時に酵素水で粉砕物である植物を糖化液とする工程を特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【請求項６】
前記デキストリン溶液を作る工程で得られたデキストリン溶液を逆浸透膜等で濃縮する工程を特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【請求項７】
前記逆浸透膜で濃縮する工程で得られた、デキストリン濃縮液を分析、最適な酵素設定する工程を特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【請求項８】
前記洗浄工程、水蒸気蒸留工程、粉砕工程、糖化液工程で排出される、廃液中の放射性微粒子除去工程が組み込まれている事を特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【請求項９】
前記洗浄工程、水蒸気蒸留工程、粉砕工程、糖化液工程で排出される、廃液中の回収した放射性微粒子をガラスもしくはセメントで固める工程を特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【請求項１０】
前記洗浄工程、水蒸気蒸留工程、粉砕工程、糖化液工程で使用する装置排出口より洩れる、放射性微粒子を含む水蒸気、水、微粉末粉を捕集、浄化機能のある浄化装置の設置を設けた工程を特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、植物、特に放射能汚染植物より、放射性微粒子を飛散させる事なく糖化液を製造、糖化液より放射性微粒子を回収後、糖化、発酵させエタノール製造方法に関するもの。また本発明は、リグニン類と呼ばれる残渣物発生を最小限とする製造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】本発明は植物、福島原子力発電事故により広範囲放射能汚染された土壌の除洗で有効な植物に放射能を吸収させた植物の収穫後の処理法で、放射能汚染植物を水溶化させ、効率的に、放射能汚染植物から放射能を除去する方法が知られている。【０００３】福島原子力発電事故で放射性物質が微粒子として、大量に飛散。福島県のみならず、日本全国へ飛散し各地の土壌を放射能汚染している。風向きによって、周辺諸国に放射能被害を及ぼし、日本は国際的に非難される恐れがある。そこで農林水産省は福島県飯館村で放射能汚染土壌にひまわりを生育し、ひまわりに土壌の放射能を吸収させ土壌除洗させる。【０００４】ひまわり、菜種など植物栽培で、植物に土壌放射能を吸収させ、土壌除洗させる実験は米国の会社ｐｈｙｔｏｔｅｃｈ社がチェルノブイリ原発事故汚染地域で確立したのもである。【０００５】ひまわり、菜の花など植物の種から油分を絞りバイオディーゼルを作る技術は日本のみならず世界で普及している。【０００６】ひまわり、菜の花、あし、すすきなど草類、トーモロコシなど農作物、稲わら、もみがら農業廃棄物、木質まですべての植物を原料でエタノールを作る事は可能である。【０００７】植物はセルロース、ヘミセルロース、リグニンで構成されている。セルロースを酵素でブドウ糖、糖化液と呼ばれる、液体にする。糖化液を酵母で発酵すると、アルコールが出来る。アルコールの、蒸留を繰り返すか、逆浸透膜でアルコール中の水分を除去すると、濃度９９．５％以上のエタノールが出来る。本技術は日本のみならず世界で確立し、量産化されている。【０００８】バイオマスには、泥、砂、カビ等微生物が付着し、樹種などで多少の含有量の違いはあるが、オイル、樹液を含有している。近年、ディーゼル排気ガス、工場煤煙中微粒子の付着量が多くなっている。泥、砂、カビ等微生物、オイル、樹液、ディーゼル排気ガス、工場煤煙中微粒子は酵素阻害原因である。【０００９】酵素阻害要因の泥、砂、カビ等微生物、ディーゼル排気ガス、工場煤煙中微粒子、オイル、樹液を水蒸気蒸留で除去する技術が確立されている。抽出したオイル、樹液は１部ディーゼル排気ガス浄化装置、抗菌液になるが市場が小さく、大部分が廃棄物となっている。【００１０】以下エタノール製造で阻害要因除去方法を述べる。水蒸気蒸留は、密閉した箱の中に洗浄物を入れ、水蒸気を洗浄物に通過させる方法。オイル、樹液、カビなど微生物、排気ガス微粒子の除去は期待出来るが、砂、泥等が固く、こびりついていると、洗浄は期待できない。また、洗浄物内部に到達しない欠点もある。放射性微粒子が付着しているので、放射性微粒子が水蒸気と一緒に大気解放され、従業員、周辺住民の健康を害する恐れや放射能汚染を拡大する危険性がある。【００１１】超音波洗浄はメガネの洗浄から、プリント基板まで短時間で洗浄が可能であるが、洗浄物が１つ１つ分かれていないと洗浄には不向きである。洗浄物の放射能汚染植物は固まっているので、不向きである。更に超音波洗浄機は装置が高価で電力消費量が多い。経済性からも問題がある。【００１２】泥、砂を落とす装置に大根、ごぼう、さつまいも等農作物の洗浄機があるが、洗浄メカニズムがブラシを使用するので、洗浄物が破損し水中に分散する恐れがある。【００１３】上記述べた通り植物のセルロースを酵素で糖化させる。前処理をする植物をナノサイズ、５０ミクロン以下の植物微粉末粉を乾式粉砕、湿式粉砕、物理的粉砕する方法、酸処理、アルカリ処理、アンモニア処理などで植物を液体にするか、セルロースを加水分解させる水熱処理、超臨界、亜臨界処理などがある。【００１４】酸処理、アルカリ処理、アンモニア処理などは、中和が難しく、現在はあまり使われていない。水熱処理、超臨界、亜臨界処理は投資、コストが高く、大量処理が出来ないので、現在は試験、研究段階である。【００１５】量産工場で採用、実稼働しているのが、乾式粉砕機、湿式粉砕機である。乾式粉砕機は粉塵が、乾式粉砕機より漏れ、大気解放され、粉塵を呼吸から吸う事で、従業員、周辺住民の健康を害する問題があり、湿式粉砕機は水を大量に使用する結果、廃液処理に投資、ランニングコストがかかる、エタノール収率が悪い問題がある。【００１６】上記、水蒸気処理をする場合、エタノール製造する場合のみならず、特に微粉末粉をバイオプラスチック増量剤製造時は必要である。【００１７】放射能汚染植物を原料にエタノールを製造すると、糖化、発酵廃液は放射能汚染水になる。【００１８】植物を原料にエタノールを作ると、糖化、発酵工程で、リグニン類と呼ばれる残渣物が、原料重量の約４０〜５０％残渣物が出る。残渣物は有効利用できないので、産業廃棄物として廃棄されている。
【先行技術文献】
【００１９】
【特許文献】
【特許文献】特許出願平１０−６３６９３
【００２０】
【特許文献２】特願  ２００６−２９０３７６
【００２１】
【特許文献３】特願  ２０１１−１３８９１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとしている課題】
【００２２】津波により、水田、農地が塩害被害を受け、東京電力福島原子力発電所事故でヨウ素、セシウム、ストロンチュームなど放射性微粒子を大量に生成、空中に飛散、福島県のみならず、日本全国へ飛散し各地の土壌を放射能汚染させた。
【００２３】ひまわり、菜種など植物栽培で、植物に土壌放射能を吸収させ、土壌除洗させる実験は米国の会社ｐｈｙｔｏｔｅｃｈ社がチェルノブイリ原発事故汚染地域で確立させた。
【００２４】ひまわり、菜種以外の植物で土壌除洗機能のある、植物選定、生育方法が開発されている。しかし、収穫後のひまわりなど放射能汚染植物の処理法が確立していない。
【００２５】収穫後の放射能汚染植物を放置すると危険であり、場所も必要。そのため減容が必須である。減容積の方法として、焼却、水溶液化が検討されている。
【００２６】焼却には、放射性微粒子浄化装置、放射性微粒子浄化機能付き空気清浄機、放射性微粒子付着煤煙除去装置、粉塵装置が必要である。
【００２７】ひまわりなど放射能汚染植物の処理法で、放射能汚染植物を水溶液として水溶液から放射性微粒子を除去するのが安全かつ効率的。水溶液にすると、副産物としてエタノールを得られる。
【００２８】植物を原料にエタノール製造する工程は、水蒸気蒸留装置等で酵素阻害要因の泥、砂、カビ等微生物、ディーゼル排気ガス、工場煤煙中微粒子、オイル、樹液を水蒸気蒸留で除去、オイル樹液を抽出後、粉砕機で植物微粉末粉にして、糖化タンクに植物微粉末粉、酵素と水を入れ、温度を加え、攪拌して糖化液と言われる水溶液を作る。糖化液を発酵タンクに移し酵母で発酵、アルコールを作り、アルコールを蒸留、蒸留を繰り返すか、逆浸透膜でアルコール水分を除き、エタノールが出来る。
【００２９】エタノール製造工程で使われる水蒸気蒸留装置、粉砕機、酵素タンク、発酵タンクに放射性微粒子除去装置が必要となる。しかし、既存の水蒸気蒸留装置、粉砕機、糖化、発酵タンクには放射性微粒子浄化機能及び放射性微粒子回収装置がない。
【００３０】放射性微粒子が漏れやすい装置、工程が水蒸気蒸留装置、粉砕工程。粉砕機はカッターミル、ボールミル、ロッドミルと呼ばれる、刃物で切断もしくは、鉄球等同士衝突させて粉砕する乾式粉砕、水中で石臼の原理ですり潰す湿式粉砕機。水蒸気蒸留装置は水蒸気排出で、乾式粉砕機は粉砕熱排出口から微粉末粉。湿式粉砕機は放射能汚染水が漏れる危険がある。
【００３１】乾式粉砕は大量処理が出来、水の使用量が少なく、エタノール収率は高く、高付加価値バイオプラスチック原料が出来る、メリットはあるが、装置から微粉末粉、水蒸気が装置の機能上、洩れる欠点がある。特に放射能汚染植物を原料とする場合は、装置に防塵装置が必要である。
【００３２】湿式粉砕機は水中で粉砕するので、大量の水が必要。粉砕物が水で２〜３倍に膨張する。同じ容積のタンクに入れる場合、乾燥した粉砕物の１／２〜１／３しか入れられない。原料投入量が少ないのでエタノール製造量も比例して少ない。エタノール収率向上が必要である。
【００３３】固体の植物微粉末粉から液体になるまでの時間はかかり、固体から液体にする酵素が高い。植物微粉末粉から酵素がブドウ糖と呼ばれる糖化液にする時間は約７２時間。上記述べた通り酵素が植物微粉末粉から液体になる時間４８〜５５時間。また植物微粉末粉から液体に変換させる酵素価格はＫｇ１５０００円程度。デキストリン液から、糖化液までの時間は１７〜２６時間、酵素価格はＫｇ１８００円程度の酵素で糖化液になる。
【００３４】上記述べた通り、酵素は１種類を使うのではなく、３〜５種類の酵素をブレンドするか、糖化状態により適宜、最適な酵素を入れる。また植物によって酵素種類を変え糖化時間の短縮を行っている。
【００３５】糖化、発酵、蒸留でエタノールを作ると、リグニン類と呼ばれる残渣物が原料重量の３０〜５０％程度出る。残渣物は産業廃棄物として、大部分埋め立てられている。放射能汚染植物より除去した放射性物質の最終処分法を確定する必要がある。
【００３６】放射性微粒子、重金属、塩などで土壌汚染した土壌は日本のみならず世界各地にある。土壌除洗には植物に吸収させ、土壌改良する取組がなされ、土壌除洗の結果は良好である。更に土壌除洗機能のある植物の選定、生育方法の研究開発がなされている。しかしながら放射性微粒子、重金属を吸収した植物の処理方法が確立していない。
【００３７】処理方法で安全、安価、実績がある方法は植物を液体にして、液体より放射性微粒子、重金属などを取り出す方法が有利である。植物を液体にする方法は植物をエタノールにする方法がすでに実績がある。植物をエタノールにするには、植物を微粉末粉にして酵素で液体、糖化液にする事から始まる。しかしながら、植物の表面、植物内に放射性微粒子、重金属などを蓄えており、エタノール既存の装置を使用すると、放射性微粒子、重金属などを大気に放出し、使用水は放射能汚染水になり、放射能被害を起こす。またエタノール製造装置の収率は悪く、大量の廃液と残渣物を出す。
【００３８】そこで発明者らは放射性微粒子、重金属などが大気に放出させない装置。使用水が放射能汚染水を流失させない装置及び、放射能汚染水溶液から放射能回収装置並びに糖化時間短縮、酵素費用大幅削減、エタノール収率向上、放射性微粒子浄化装置、廃液再利用装置、残渣物を出さない装置及び方法を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３９】本発明の放射能汚染植物を原料エタノール製造法は、植物表面に付着している放射性微粒子、根に付着している土中放射性微粒子、植物内部に溜めている放射性微粒子を水洗浄、ボイル洗浄、水蒸気蒸留洗浄で除洗する工程を有することを特徴とする。
【００４０】放射能汚染植物除洗で出る放射性微粒子付着土を回収、乾燥しセメント、ガラス等で固め、放射能廃棄物最終処分場に搬送する工程を有することを特徴とする。
【００４１】粉砕使用水で放射能汚染植物除洗する工程を有することを特徴とする。
【００４２】水洗浄、ボイル洗浄、水蒸気蒸留洗浄、粉砕使用水を回収、放射能汚染水になった廃水に放射能吸着物質シアン化鉄等を入れ、水中で放射能をシアン化鉄等に吸着させ放射能を回収、放射能回収後の放射能水を洗浄水として再利用する工程を有することを特徴とする。
【００４３】放射性汚染水より回収した放射能廃棄物をセメント、ガラス等で固め、放射能廃棄物最終処分場に搬送する工程を有することを特徴とする。
【００４４】湿式粉砕機を用い、湿式粉砕機使用水で放射能汚染植物の放射性微粒子を使用水に移行させ、同時に植物の高分子を低分子化させ、セルロースと糖の間のデキストリン溶液にさせる工程を有することを特徴とする。
【００４５】上記工程の終了は、残渣物を放射能測定し、放射能が残渣物より測定しないまで繰り返す工程を有することを特徴とする。
【００４６】放射能検出しなくなった残渣物を焼却、埋め立て処理する工程を有することを特徴とする。
【００４７】デキストリン溶液を、逆浸透膜などを使い、デキストリン溶液を濃縮する工程を有することを特徴とする。
【００４８】デキストリン溶液は逆浸透膜でデキストリン溶液の水が分離され、放射性微粒子は水と一緒に分離させる。従って分離した水は放射能汚染水となる。デキストリン溶液と放射能汚染水分離工程を有することを特徴とする。
【００４９】濃縮したデキストリン溶液の糖度を測定し、デキストリン溶液が、糖化液に変換する安価、糖化時間の早い酵素および、適正量を設定する工程を有することを特徴とする。
【００５０】濃縮デキストリン溶液を酵素で糖化、糖化液製造、糖化液に酵母を入れ発酵、アルコールを作り、蒸留を繰り返すか、逆浸透膜などでアルコール水分を除去、エタノール製造工程を有することを特徴とする。
【００５１】上記工程で排出される、洗浄、粉砕、糖化、発酵廃液、エタノール蒸留で排出される蒸留水に含まれる放射性微粒子を放射能吸着物質シアン化鉄等を入れ、水中で放射能をシアン化鉄等に吸着させ放射能を回収、放射能回収後の放射能水を洗浄水もしくは粉砕機使用水として再利用する工程を有することを特徴とする。
【００５２】回収した放射能廃棄物をセメント、ガラス等で固め、放射能廃棄物最終処分場に搬送する工程を有することを特徴とする。
【００５３】本工程で放射性微粒子大気拡散を防ぐため、放射能除去機能付き空気清浄機もしくは、防塵装置を放射能汚染植物水洗浄室、粉砕装置、排出口および工場内に設置することを特徴とする。
【００５４】放射能浄化装置、空気清浄機フィルターとして使用する放射能微粒子凝集液は水蒸気蒸留で抽出される、オイル、樹液を使用する事を特徴とする。
【発明を実施するための形態】
【００５５】以下本発明について詳細に説明する。なお、本発明においては、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においては適宜変更可能である。
【００５６】本発明の植物、放射能汚染植物減容、並びに放射性微粒子除去、及びエタノール溶液製造法は、植物の表面や土に付着している、放射性微粒子を水洗浄、植物内部の放射性微粒子、オイル、樹液を抽出する水蒸気蒸留工程が行われる。
【００５７】水洗浄は、金網容器の中に植物を入れた後、植物を入れた容器を、水槽に入れ植物を水洗浄を行う。
【００５８】金網容器の金網の目の大きさは、水槽掃除をかんがみ、金網から植物が出来るだけ、水槽に出ない大きさにする。
【００５９】水槽の素材は、ステンレス、鉄、セメント、アクリルなど素材をきめるのは任意であるが投資効率、経済性を考慮すべきである。投資額は大きいが、内部が洗浄物から泥等が落ちていることを目視できる透明アクリルが好ましい。
【００６０】洗浄後の汚染水を水槽より、放射能除去装置タンクに、効率よく、安全に移行させる水槽例えば水槽の下にドレンを設置するのが好ましい。
【００６１】水槽は超音波振動装置、バブリング装置を取り付け、効率よく放射性微粒子、砂、泥等を洗浄する。放射性微粒子効率性を向上させるため、水槽の水温度は４０〜４５度が好ましい。沸騰した湯でボイルすると更に好ましい。
【００６２】金網容器の金網の目の大きさは、水槽掃除をかんがみ、金網から植物片が出来るだけ、水槽に出ない大きさにする。沸騰した湯でボイルすると更に好ましい。
【００６３】汚染水を水槽より、放射能除去装置タンクに移行は、ホースを使う。ポンプを使用するとなお好ましい。水槽より、放射能除去装置タンクに移行ホースにフィルターを付け、泥、砂等をフィルターで除去し回収する。回収した泥、砂は、ガラス、セメントで固め最終処分場に持っていく工程が行われる。
【００６４】水洗浄工程を経た植物を密閉した箱に入れ、水蒸気をかけ、酵素阻害要因であり、放射性微粒子が溶解しているオイル、樹液を抽出する。水蒸気温度は７０〜８０度であり、大気圧、減圧、高圧釜にするかは任意である。
【００６５】放射能汚染植物の場合、回収した泥、オイル、樹液はガラス、セメントで固め最終処分場に持っていく工程が行われる。放射能汚染されていない植物のオイル、樹液は放射性微粒子、排気ガス凝集液原料にする工程が行われる。
【００６６】洗浄工程を経た植物は、荒粉砕機で３〜５Ｃｍ、３〜５ｍｍ、荒粉砕する。粉砕効率を上げるために、乾燥工程を加えるのは任意である。微粉末粉砕機で３〜５ｍｍから３０〜５０ミクロンまでに微粉末粉する。
【００６７】使用する粉砕方法は乾式粉砕、湿式粉砕、酸処理、アルカリ処理などがある。酸処理、アルカリ処理は廃液の処理に費用がかかり、放射性微粒子も入ると、廃液処理が非常に困難となる。
【００６８】従って植物処理、特に放射能汚染植物で大量処理が求められる場合は、乾式粉砕もしくは湿式粉砕が好ましい。
【００６９】本発明は放射能植物減容が課題の１つ。減容にはエタノール収率が重要となる。これは植物重量１００の場合、エタノール収率が１０％では１０だが収率３０％だと３０になる。植物残存重量が９０か７０になる。当然、最終処分地の負担が大きくなる。
【００７０】エタノール収率、減容からは、乾式粉砕が好ましいが、乾式粉砕は粉砕物の水分含有率が約２０％以下にする必要がある。上記述べた通り、水洗浄した後は水分含有量７０％以上ある。従って、乾燥しなければ、ならない。また、乾燥しているので、放射性微粒子が付着している微粉末粉が工場内外に飛散するので、飛散防止装置を設置しなければならない、デメリットがある。しかし、バイオプラスチック充填剤を製造する場合は乾式粉砕が好ましい。
【００７１】乾式粉砕の場合、水分量１８〜２０％程度に乾燥室で乾燥させる。乾燥させる理由は、水分含有量２０％以上では粉砕効率が悪い。粉砕効率向上のため。しかし、１５％程度になると粉砕機より放射能含有水が植物から飛び散り、作業員が放射能被曝する危険がある。放射能汚染水飛散に十分する事が好ましい。
【００７２】乾燥熱源はガス、石油、バイオマスで作った電気、水蒸気であることを、問わない。
【００７３】乾燥させた放射能汚染植物は約１５〜２０％水分がある。粉砕で植物の水分が水蒸気となることで水分含有量が約８％程度となる。これは粉砕熱で植物の水分が水蒸気となり大気に出る事である。水分は放射性物質が含まれているので、粉砕機を密閉した部屋で粉砕する。密閉した部屋で粉砕すると、粉塵爆発の危険があるので、部屋の温度約２５度、湿度約２０％で管理する。
【００７４】粉砕で植物の水分が水蒸気となり外気に出る。また粉砕機より微粉末粉も出る。水蒸気、微粉末粉ともに放射性微粒子が付着しているので、放射性物質微粒子除去フィルターで放射性物質微粒子を除去して外気に出す。
【００７５】乾式粉砕は植物減容、エタノール製造もしくはバイオプラスチック原料製造ではメリットがあるが、粉砕設備、乾燥装置投資額が大きく、電力消費量は多く、放射性物質微粒子飛散防止が難しいデメリットがある。
【００７６】湿式粉砕は水中で石臼の方式で粉砕物をすりつぶす方式。水洗浄後、乾燥する事無く、湿式粉砕機に粉砕物を投入出来る、放射性微粒子が飛散しにくいメリットはあるが、粉砕物が水を含み膨張するので、同じ容積のタンクに入れる場合、乾式粉砕微粉末粉の約３０％〜５０％程度しか、はいらない。これは、エタノール収率が極端に悪くなり、減容率が少なくなる事を意味する。
【００７７】湿式粉砕機は、装置価格は乾式粉砕機に比較して安価で、電力消費量は少なく、放射性物質微粒子飛散しにくいメリットはあるが、水を大量に使い、エタノール収率は乾式粉砕機と比較して約４０〜６０％悪い。
【００７８】水が大量に必要なのは、水の中で石臼を動かし、粉砕物をすりつぶし、微粉末粉ではなくペースト状にする。従って、植物粉が膨張し上記述べた通り、エタノール収率が悪くなる。
【００７９】湿式粉砕は水の中で粉砕物を石臼の原理ですりつぶし、粉砕物をナノサイズに粉砕するメカニズム。水の中で粉砕物をすりつぶすので、大量に水を必要とする。大量に水を使えば、大量の廃水が出る。従って廃液処理装置、処理費用が必要となる。
【００８０】出来たナノサイズの植物粉末粉は水分を含んでいるので、ペースト状になる。そのため容積が大きくなり、エタノール製造タンクに入る原料が水分量だけ少ない、エタノール原料になる量が少ないのでエタノール収率が悪くなる。
【００８１】湿式粉砕が大量に使用するデメリットに着目し、放射能汚染植物は放射性微粒子を根や茎に蓄えている。酵素水の中で、もしくは酵素水を噴霧しながら、放射能汚染植物をすりつぶせば、放射性微粒子は自動的に酵素水に移行する。
【００８２】例えて言うなら、洗濯は洗濯機に水と衣服を入れ、回転させると、衣服に付着している汚れは水に移行する。同じようにセシウムなど放射性微粒子を汚れと例えると、放射性微粒子は水になじみやすく、移行しやすい性質がある。従って、洗濯機と構造が似ている湿式粉砕機が好ましい。
【００８３】現在は湿式粉砕機で出来た植物粉末ペーストを原料として、経済的理由でそのまま、糖化タンクに入れてエタノール製造を始めるが、植物粉末ペーストには、放射性微粒子が多く残っている。植物粉末ペーストを固液分離装置で、植物粉末と水分を分離する。水分はブドウ糖濃度の薄い糖化液である。分離した薄い濃度糖化液と同量の水を植物粉末に加え湿式粉砕機でペースト状からセシウムなど放射能を検出しないまで、粉砕を繰り返す。
【００８４】粉砕を繰り返す事で放射能汚染植物の放射性微粒子は上記述べた通り、粉砕で使用する水に移行するので、放射能汚染植物からは、放射性物質は検出されなくなる。従って焼却が可能になり、減容となる。当然、焼却灰からも放射能は検出されない。
【００８５】植物粉末ペーストから分離したデキストリン濃度の薄いデキストリン液を集め、逆浸透膜もしくは超音波を使い、デキストリン液から水を分離、高濃度のデキストリン液とする。高濃度デキストリンに酵素を投入して糖化液を作り、糖化液に酵母投入、発酵、蒸留、蒸留を繰り返す事、もしくは逆浸透膜を使い、９９．５％以上のエタノールを作る。
【００８６】高濃度デキストリン液にする事により、エタノール収率は飛躍的に向上、酵素量、酵素費用大幅削減、糖化時間大幅短縮。本発明は湿式粉砕のエタノール収率が悪い問題を解決。従ってエタノール経済的価格で生産する、新たな製法である。
【００８７】エタノール製造後の糖化・発酵廃液は放射能汚染水。放射性物質を吸着する化学物質を放射能汚染水に入れ、化学物質に放射能を吸着させた後、吸着物質を回収することで、放射能汚染水を、湿式粉砕機再利用可能な水とする。
【００８８】上記述べた通り、前処理で乾式粉砕、湿式粉砕が優れているが、長所、短所がある。粉砕物により粉砕前の粉砕物処理を行えば経済的価格でエタノールが製造出来る。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の金網容器図
【図２】同水槽図、
【図３】同水槽の中に金網容器を入れた図
【図４】同洗浄後水槽から汚染水を抜く時、使用するフィルター図
【図５】同水槽から汚染水汚染物浄化装置に移した図
【図６】従来水蒸気蒸留装置図
【図７】本発明粉砕でデキストリン溶液製造工程図
【図８】本発明デキストリン溶液、糖化、発酵、蒸留、エタノール製造工程図
【図９】従来、放射能汚染水より放射能回収装置図
【図１０】従来、噴霧式空気清浄機
【図１１】従来、簡易空気清浄機
【符号の説明】
【００９０】１０  金網容器
１１  水槽
１２  水槽ドレン
１３  ドレン装着フィルター
１４  放射能汚染浄化容器
１５  水蒸気装置本体
１６  冷却機
１７  水蒸気入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年9月18日(2011.9.18)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、植物、特に放射能汚染植物より、付着した放射性微粒子を飛散させる事なく洗浄、放射能汚染水より、放射性微粒子回収工程、装置を有し、糖化液を製造、糖化液より放射性微粒子を回収する工程を有し、新たな粉砕で個体のセルロースを液体にする事で、エタノール製造プロセスで大きく影響を及ぼす、粉砕工程と糖化工程のコストパフォーマンスを向上させ、経済合理的価格でエタノール製造方法に関するもの。また本発明は、従来残渣物であったリグニンを土壌改良材、エポキシ樹脂原料にするものである。
【背景技術】
【０００２】福島原子力発電事故で放射性物質が微粒子として、大量に飛散。福島県のみならず、日本全国へ飛散し各地の土壌が放射能汚染している。風向きによって、周辺諸国に放射能被害を及ぼし、日本は国際的に非難される恐れがある。そこで農林水産省は福島県飯館村で放射能汚染土壌にひまわりなど植物を生育し、ひまわりに土壌の放射能を吸収させ土壌除洗させる取り組みがなされている。【０００３】ひまわり、菜種など植物栽培で、植物に土壌放射能を吸収させ、土壌除洗させる実験は米国の会社ｐｈｙｔｏｔｅｃｈ社がチェルノブイリ原発事故汚染地域で確立したのもである。【０００４】ひまわり、菜の花など植物の種から油分を絞りバイオディーゼルを作る技術は日本のみならず世界で普及している【０００５】日本では津波により、水田、農地が塩害被害を受け、東京電力福島原子力発電所事故でヨウ素、セシウム、ストロンチュームなど放射性微粒子を大量に生成、空中に飛散、福島県のみならず、日本全国へ飛散し各地の土壌を放射能汚染させた。土壌の塩、放射能を、ひまわり、菜種など植物栽培で、植物に土壌放射能を吸収させ、土壌除洗させる試験が始まっている。ひまわり、菜種以外の植物で土壌除洗機能のある、植物選定、生育方法が開発されているが、収穫後のひまわりなど放射能を吸収した放射能汚染植物の処理法が確立していない。【０００６】収穫後の放射能汚染植物などを放置すると危険であり、保管場所も必要。そのため減容が必須である。減容積の方法として、焼却もしくはエタノール製造が検討されている。焼却は焼却炉が必要で、焼却炉建設には住民反対や焼却灰の処理、放射性微粒子浄化装置、放射性微粒子浄化機能付き空気清浄機、放射性微粒子付着煤煙除去装置、粉塵装置などが必要であり焼却炉建設は困難である。【０００７】エタノール製造は、ひまわり、菜の花、あし、すすきなど草類、トーモロコシなど農作物、稲わら、もみがら農業廃棄物、間伐材、剪定材など木質系、竹、建築廃材、木製品、紙、繊維までセルロースを含有するすべての物を原料にエタノールを作る事は可能でありエタノール製造プロセスで放射能を除去する事が可能である。バイオマスエタノールと言う再生可能エネルギーが得られ、地球温暖化防止また現在のバイオマスエタノールは、ブラジル、アメリカでサトウキビ、トーモロコシなどを原料に生産されている。しかしながらサトウキビ、トーモロコシとも食料由来。エタノール生産する事で食料、飼料価格を上昇させ、食料価格上昇は飢餓で苦しむ多くの人々を更に苦しめる結果となり、社会的な問題となっている。非食料のひまわりなどセルロース系資源を原料にバイオマスエタノールを生産すると、放射能汚染瓦礫処理、バイオエタノール生産で、放射能除染のみならず東北復興、雇用増大、エネルギー問題、地球温暖化防止、食料問題解決と東北地方のみならず日本や世界の問題解決と社会的意義は大きいが課題は化石燃料由来ガソリン価格と同等価格で生産出来るかである。【０００８】サトウキビを絞ると糖液が出る。糖液に酵母を入れるとアルコールになる。糖化工程投資、酵素が不要で１番エタノール生産時間が短く、生産にかかるコストが少ない。トーモロコシを絞るとブドウ糖液が出る。ブドウ糖液に酵素で糖液に変換させ、糖液に酵母を入れてアルコールを作る。糖化工程投資、酵素は必要だが、安価な酵素で糖化出来る。サトウキビ、トーモロコシ原料でバイオエタノール生産は経済合理的価格で生産出来るが、非食料である、間伐材など木質系、竹、草、稲わら、モミガラ、トーモロコシ中芯、茎など農業廃棄物、廃建材などを原料にバイオエタノール生産するには植物はセルロース、ヘミセルロース、リグニンで構成されている。植物を酵素が活動出来る５０ミクロン以下に微粉末化し、セルロースを酵素でブドウ糖、糖化液と呼ばれる、液体にする。糖化液を酵母で発酵すると、アルコールが出来る。アルコールの、蒸留を繰り返すか、逆浸透膜でアルコール中の水分を除去すると、濃度９９．５％以上のエタノールが出来る。ガソリン代替バイオエタノールが出来る。本技術は日本のみならず世界で確立し、量産化されている。しかし、経済性確立したエタノール生成法は開発されていない。【０００９】上記述べた通り植物のセルロースを酵素でブドウ糖に変換させる。変換させるために、植物を、酵素が活動しやすいナノサイズ、５０ミクロン以下まで微粉末にする必要がある。微粉末にする方法は物理的粉砕である、乾式粉砕、湿式粉砕、超臨界、亜臨界処理する物理的方法、酸処理、アルカリ処理、アンモニア処理などで植物を液体に化学的方法、その他セルロースを加水分解させる水熱処理がある。【００１０】酵素が活動しやすい形状にするための方法として酸処理、アルカリ処理、アンモニア処理など化学的方法は、廃液処理コストがかかり、環境負荷も大きいので現在はあまり使われていない。水熱処理、超臨界、亜臨界処理は投資、ランニングコストが高く、大量処理が出来ないので、現在は試験、研究段階である。以下、セルロース系資源由来エタノール製造の課題を述べる。【００１１】化学的、物理的処理法の検討がなされているのは、処理法、つまり粉砕法設定で、設備投資額、酵素コスト、電気消費量、環境負荷量、エタノール収率、残渣物発生量が決まる。その結果経済合理的価格でエタノール生産が出来るかが決まる。【００１２】上記、述べた化学的、物理的処理法の内、量産工場で多く採用され、実稼働しているのが乾式粉砕、湿式粉砕であるが、乾式粉砕は設備投資が大きく、粉砕電気消費量が多く、酵素コストも高い。湿式粉砕の設備投資は乾式に比較して少なく、粉砕電気消費量も少ないが、酵素コストは同じように高い。湿式粉砕は水の中で粉砕するので、原料が膨張し原料固形分が５％しかない。このまま糖化工程で使用するには濃度が低い。つまりエタノール収率が悪いので遠心分離機で固形分２０％程度にする。湿式粉砕は水使用量が多いので廃液が大量に出る。廃液処理コストがかかる。【００１３】エタノール収率が悪い原因の１つに、バイオマスには、泥、砂、カビ等微生物が付着し、樹種などで多少の含有量の違いはあるが、オイル、樹液を含有している。近年、ディーゼル排気ガス、工場煤煙中微粒子の付着量が多くなっている。泥、砂、カビ等微生物、オイル、樹液、ディーゼル排気ガス、工場煤煙中微粒子は酵素阻害原因である。酵素阻害要因の泥、砂、カビ等微生物、ディーゼル排気ガス、工場煤煙中微粒子、オイル、樹液を水蒸気蒸留で除去する技術が確立されている。抽出したオイル、樹液は１部ディーゼル排気ガス浄化装置、抗菌液になるが市場が小さく、大部分が廃棄物となっている。更に２０１１年３月１１日東北地方で大地震、津波が起こり、福島原子力発電所が大きな被害を受けた。原子炉より放射性微粒子が生成し周辺の森林、樹木、建築物、家屋、土壌などに放射性微粒子が落下。森林、樹木などが放射能汚染した。放射性微粒子もエタノール生成で阻害要因となる。【００１４】以下エタノール製造で阻害要因除去方法を述べる。水蒸気蒸留は、密閉した箱の中に洗浄物を入れ、水蒸気を洗浄物に通過させる方法。オイル、樹液、カビなど微生物、排気ガス微粒子の除去は期待出来るが、砂、泥等が固く、こびりついていると、洗浄は期待できない。また、洗浄物内部に到達しない欠点もある。放射性微粒子が付着しているので、放射性微粒子が水蒸気と一緒に大気解放され、従業員、周辺住民の健康を害する恐れや放射能汚染を拡大する危険性がある。【００１５】超音波洗浄はメガネの洗浄から、プリント基板まで短時間で洗浄が可能であるが、洗浄物が１つ１つ分かれていないと洗浄には不向きである。洗浄物の放射能汚染植物は固まっているので、不向きである。更に超音波洗浄機は装置が高価で電力消費量が多い。経済性からも問題がある。【００１６】泥、砂を落とす装置に大根、ごぼう、さつまいも等農作物の洗浄機があるが、洗浄メカニズムがブラシを使用するので、洗浄物が破損し水中に分散する恐れがある。【００１７】量産工場で採用、実稼働しているのが、乾式粉砕機、湿式粉砕機である。乾式粉砕機は粉塵が、粉砕機より漏れ、大気解放され、粉塵を呼吸から吸う事で、従業員、周辺住民の健康を害する問題があり、湿式粉砕機は水を大量に使用する結果、廃液処理に投資、ランニングコストがかかる、エタノール収率が悪い問題がある。【００１８】上記、水蒸気処理をする場合、エタノール製造する場合のみならず、特に微粉末粉をバイオプラスチック増量剤製造時は必要である。【００１９】放射能汚染植物を原料にエタノールを製造すると、洗浄水、糖化、発酵廃液は放射能汚染水になるが、水溶液からの放射性微粒子を回収し、再生水などにする事はコストもかからず容易である。【００２０】ひまわりなど放射能汚染植物の処理法で、放射能汚染植物を水溶液として水溶液から放射性微粒子を除去するのが安全かつ効率的。水溶液にすると、副産物としてエタノールを得られる。しかしリグニン類と呼ばれる残渣物が、原料重量の約４０〜５０％残渣物が出る。残渣物は有効利用できないので、産業廃棄物として廃棄されている。【００２１】植物を原料にエタノール製造する工程は、水蒸気蒸留装置等で酵素阻害要因の泥、砂、カビ等微生物、ディーゼル排気ガス、工場煤煙中微粒子、オイル、樹液を水蒸気蒸留で除去、オイル樹液を抽出後、粉砕機で植物微粉末粉にして、糖化タンクに植物微粉末粉、酵素と水を入れ、温度を加え、攪拌して糖化液と言われる水溶液を作る。糖化液を発酵タンクに移し酵母で発酵、アルコールを作り、アルコールを蒸留、蒸留を繰り返すか、逆浸透膜でアルコール水分を除き、エタノールが出来る。【００２２】エタノール製造は有価物も得られ、最も減容になるが課題も多い。例えば、エタノール製造工程で使われる装置に放射性微粒子除去装置が必要となるが、放射性微粒子浄化機能及び放射性微粒子回収装置がない。【００２３】放射性微粒子が漏れやすい装置、工程が水蒸気蒸留装置、粉砕工程。粉砕機はカッターミル、ボールミル、ロッドミルと呼ばれる、刃物で切断もしくは、鉄球等同士衝突させて粉砕する乾式粉砕、水中で石臼の原理ですり潰す湿式粉砕機。水蒸気蒸留装置は水蒸気排出で、乾式粉砕機は粉砕熱排出口から微粉末粉。湿式粉砕機は放射能汚染水が漏れる危険がある。【００２４】乾式粉砕は大量処理が出来、水の使用量が少なく、エタノール収率は高く、高付加価値バイオプラスチック原料が出来る、メリットはあるが、装置から微粉末粉、水蒸気が装置の機能上、洩れる欠点がある。特に放射能汚染植物を原料とする場合は、装置に防塵装置が必要である。【００２５】湿式粉砕機は水中で粉砕するので、大量の水が必要。粉砕物が水で２〜３倍に膨張する。同じ容積のタンクに入れる場合、乾燥した粉砕物の１／２〜１／３しか入れられない。原料投入量が少ないのでエタノール製造量も比例して少ない。エタノール収率向上が必要である。
【先行技術文献】
【００２６】
【特許文献】
【特許文献】  特許出願平１０−６３６９３
【００２７】
【特許文献２】  特願  ２００６−２９０３７６
【００２８】
【特許文献３】  特願  ２０１１−１３８９１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】植物のセルロース系資源をガソリン価格と同等で生産するには、植物は泥、砂、カビ、細菌、オイル、樹液などや、福島原子力発電所事故で発生した放射性微粒子、津波による塩が付着しこれらの物質が、酵素の活動を阻害しエタノール生産プロセス全体の経済性に大きく影響する糖化工程で経済性を悪くしている。【００３０】酵素が活動しやすい大きさ５０ミクロン以下にする粉砕コストが高い。また固体の植物微粉末粉から液体になるまでの時間はかかり、固体から液体にする酵素が高い。植物微粉末粉から酵素がブドウ糖と呼ばれる糖化液にする時間は経済性の面からも糖化時間設定は約７２時間。内、個体から液体に変換する時間４８〜５５時間。また植物微粉末粉から液体に変換させる酵素価格はＫｇ１００００円程度と高価である。【００３１】現在のエタノール生産技術では、リグニン類と呼ばれる残渣物が投入重量の３０〜５０％程度出る。残渣物は産業廃棄物として、大部分埋め立てられている。放射能汚染植物よりの場合リグニン類残渣物処理が困難である
【課題を解決するための手段】
【００３２】植物の付着物である泥、砂、カビ、細菌、オイル、樹液などや、福島原子力発電所事故で発生した放射性微粒子、津波による塩などを、水洗浄など工程で除去する。放射性微粒子が付着している場合、粉砕工程で使用する装置に放射性微粒子除去機能のある空気清浄機設置し、放射性微粒子を大気解放させない。【００３３】糖化工程で糖化時間がかかる場所は、セルロースは個体、個体から液体変換時間を要す。解決のため、粉砕機で個体であるセルロースを液体とする。正確には液体ではなく、ミセル状水溶液もしくはコロイド水溶液。例えは果実濃縮ジュースを作る時、果実と水を入れミキサーで濃縮ジュースを作る。果実が水に移行する、もしくは、水に分散する事で水溶液、すなわち濃縮ジュースとなる。同じ原理で水の中で植物を粉砕し、水に移行し、水溶液とする。この水溶液を以下植物溶出液と言う。【００３４】植物溶出液から逆浸透膜、遠心分離、超音波などで、水とリグニンを取り除く。この工程により糖化液濃度調整が可能になり、個体では測定出来ない分析が可能なので、各種酵素をブレンドする事で安価、糖化速度が速く、残渣物発生量の少ない最適な酵素を作ることが可能になる。【００３５】放射性微粒子、重金属、塩などで土壌汚染した土壌は日本のみならず世界各地にある。土壌除洗には植物に吸収させ、土壌改良する取組がなされ、土壌除洗の結果は良好である。更に土壌除洗機能のある植物の選定、生育方法の研究開発がなされている。しかしながら放射性微粒子、重金属を吸収した植物の処理方法が確立していない。【００３６】処理方法で安全、安価、実績がある方法は植物を液体にして、液体より放射性微粒子、重金属などを取り出す方法が有利である。植物を液体にする方法は植物をエタノールにする方法ですでに実績がある。植物をエタノールにするには、植物を微粉末粉にして酵素で液体、糖化液にする事から始まる。しかしながら、植物の表面、植物内に放射性微粒子、重金属などを蓄えており、エタノール既存の装置を使用すると、放射性微粒子、重金属などを大気に放出し、使用水は放射能汚染水になり、放射能被害を起こす。またエタノール製造装置の収率は悪く、大量の廃液と残渣物を出す。【００３７】そこで発明者らは放射性微粒子、重金属などが大気に放出させない装置。使用水が放射能汚染水を流失させない装置及び、放射能汚染水溶液から放射能回収装置並びに糖化時間短縮、酵素費用大幅削減、エタノール収率向上、放射性微粒子浄化装置、廃液再利用装置、残渣物を出さない装置及び方法並びに経済的確立した工程を提供する事を目的とする。【００３８】本発明の放射能汚染植物を原料エタノール製造法は、植物表面に付着している放射性微粒子、根に付着している土中放射性微粒子、植物内部に溜めている放射性微粒子を水洗浄、ボイル洗浄、水蒸気蒸留洗浄で除洗する工程を有することを特徴とする。【００３９】放射能汚染植物除洗で出る放射性微粒子付着土を回収、乾燥しセメント、ガラス等で固め、放射能廃棄物最終処分場に搬送する工程を有することを特徴とする。【００４０】粉砕使用水で放射能汚染植物除洗する工程を有することを特徴とする。【００４１】水洗浄、ボイル洗浄、水蒸気蒸留洗浄、粉砕使用水を回収、放射能汚染水になった廃水に放射能吸着物質シアン化鉄等を入れ、水中で放射能をシアン化鉄等に吸着させ放射能を回収、放射能回収後の放射能水を洗浄水として再利用する工程を有することを特徴とする。【００４２】放射性汚染水より回収した放射能廃棄物をセメント、ガラス等で固め、放射能廃棄物最終処分場に搬送する工程を有することを特徴とする。【００４３】湿式粉砕機を用い、湿式粉砕機使用水で放射能汚染植物の放射性微粒子を使用水に移行させ、次の工程で、ノズル粉砕兼糖化装置を用い、植物の高分子を低分子化させ、植物溶出液にさせる工程を有することを特徴とする。【００４４】植物溶出液を、逆浸透膜、遠心分離機、超音波などを使い、植物溶出液を濃縮する工程を有することを特徴とする。【００４５】植物溶出液は逆浸透膜、遠心分離機、超音波などで植物溶出液の水とリグニンが分離され、放射性微粒子は水と一緒に分離させる。従って分離した水は放射能汚染水となる。植物溶出液と放射能汚染水、リグニン分離工程を有することを特徴とする。【００４６】分離したリグニンは乾燥し放射性微粒子除去確認後、土壌改良材、エポキシ樹脂原料とする事を特徴とする。【００４７】濃縮した植物溶出液の糖度を測定し、植物溶出液が、糖化液に変換する安価、糖化時間の早い酵素および、適正量を設定する工程を有することを特徴とする。【００４８】濃縮植物溶出液を酵素で糖化、糖化液製造、糖化液に酵母を入れ発酵、アルコールを作り、蒸留を繰り返すか、逆浸透膜などでアルコール水分を除去、エタノール製造工程を有することを特徴とする。【００４９】上記工程で排出される、洗浄、粉砕、糖化、発酵廃液、エタノール蒸留で排出される蒸留水に含まれる放射性微粒子を放射能吸着物質シアン化鉄等を入れ、水中で放射能をシアン化鉄等に吸着させ放射能を回収、放射能回収後の放射能水を洗浄水もしくは粉砕機使用水として再利用する工程を有することを特徴とする。【００５０】回収した放射能廃棄物をセメント、ガラス等で固め、放射能廃棄物最終処分場に搬送する工程を有することを特徴とする。【００５１】本工程で放射性微粒子大気拡散を防ぐため、放射能除去機能付き空気清浄機もしくは、防塵装置を放射能汚染植物水洗浄室、粉砕装置、排出口および工場内に設置することを特徴とする。【００５２】放射能浄化装置、空気清浄機フィルターとして使用する放射能微粒子凝集液は水蒸気蒸留で抽出される、オイル、樹液を使用する事を特徴とする。
【発明を実施するための形態】
【００５３】以下本発明について詳細に説明する。なお、本発明においては、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においては適宜変更可能である。
【００５４】本発明の植物、放射能汚染植物減容、並びに放射性微粒子除去、及びエタノール溶液製造法は、植物の表面や土に付着している、放射性微粒子を水洗浄、植物内部の放射性微粒子、オイル、樹液を抽出する水蒸気蒸留工程が行われる。
【００５５】水洗浄は、金網容器の中に植物を入れた後、植物を入れた容器を、水槽に入れ植物の水洗浄を行う。
【００５６】水槽の素材は、ステンレス、鉄、セメント、アクリルなど素材をきめるのは任意であるが投資効率、経済性を考慮すべきである。投資額は大きいが、内部が洗浄物から泥等が落ちていることを目視できる透明アクリルが好ましい。
【００５７】洗浄後の汚染水を水槽より、放射能除去装置タンクに、効率よく、安全に移行させる水槽例えば水槽の下にドレンを設置するのが好ましい。
【００５８】水槽は超音波振動装置、バブリング装置を取り付け、効率よく放射性微粒子、砂、泥等を洗浄する。放射性微粒子効率性を向上させるため、水槽の水温度は４０〜４５度が好ましい。沸騰した湯でボイルすると更に好ましい。
【００５９】金網容器の金網の目の大きさは、水槽掃除をかんがみ、金網から植物片が出来るだけ、水槽に出ない大きさにする。沸騰した湯でボイルすると更に好ましい。
【００６０】汚染水を水槽より、放射能除去装置タンクに移行は、ホースを使う。ポンプを使用するとなお好ましい。水槽より、放射能除去装置タンクに移行ホースにフィルターを付け、泥、砂等をフィルターで除去し回収する。回収した泥、砂は、ガラス、セメントで固め最終処分場に持っていく工程が行われる。
【００６１】水洗浄工程を経た植物を密閉した箱に入れ、水蒸気をかけ、酵素阻害要因であり、放射性微粒子が溶解しているオイル、樹液を抽出する。水蒸気温度は７０〜８０度であり、大気圧、減圧、高圧釜にするかは任意である。
【００６２】放射能汚染植物の場合、回収した泥、オイル、樹液はガラス、セメントで固め最終処分場に持っていく工程が行われる。放射能汚染されていない植物のオイル、樹液は放射性微粒子、排気ガス凝集液原料にする工程が行われる。
【００６３】洗浄工程を経た植物は、荒粉砕機で３〜５Ｃｍ、３〜５ｍｍ、荒粉砕する。粉砕効率を上げるために、乾燥工程を加えるのは任意である。微粉末粉砕機で３〜５ｍｍから３０〜５０ミクロンまでに微粉末粉する。
【００６４】使用する粉砕方法は乾式粉砕、湿式粉砕、酸処理、アルカリ処理などがある。酸処理、アルカリ処理は廃液の処理に費用がかかり、放射性微粒子も入ると、廃液処理が非常に困難となる。
【００６５】従って植物処理、特に放射能汚染植物で大量処理が求められる場合は、乾式粉砕もしくは湿式粉砕が好ましい。
【００６６】本発明は放射能植物減容が課題の１つ。減容にはエタノール収率が重要となる。これは植物重量１００の場合、エタノール収率が１０％では１０だが収率３０％だと３０になる。植物残存重量が９０か７０になる。当然、最終処分地の負担が大きくなる。
【００６７】エタノール収率、減容からは、乾式粉砕が好ましいが、乾式粉砕は粉砕物の水分含有率が約２０％以下にする必要がある。上記述べた通り、水洗浄した後は水分含有量７０％以上ある。従って、乾燥しなければ、ならない。また、乾燥しているので、放射性微粒子が付着している微粉末粉が工場内外に飛散するので、飛散防止装置を設置しなければならないデメリットがある。しかし、バイオプラスチック充填剤を製造する場合は乾式粉砕が好ましい。
【００６８】乾式粉砕の場合、水分量１８〜２０％程度に乾燥室で乾燥させる。乾燥させる理由は、水分含有量２０％以上では粉砕効率が悪い。粉砕効率向上のため。しかし、１５％程度になると粉砕機より放射能含有水が植物から飛び散り、作業員が放射能被曝する危険がある。放射能汚染水飛散に十分注意する事が好ましい。
【００６９】乾燥熱源はガス、石油、バイオマスで作った電気、水蒸気であることを、問わない。
【００７０】乾燥させた放射能汚染植物は約１５〜２０％水分がある。粉砕で植物の水分が水蒸気となることで水分含有量が約８％程度となる。これは粉砕熱で植物の水分が水蒸気となり大気に出る事である。水分は放射性物質が含まれているので、粉砕機を密閉した部屋で粉砕する。密閉した部屋で粉砕すると、粉塵爆発の危険があるので、部屋の温度約２５度、湿度約２０％で管理する。
【００７１】粉砕で植物の水分が水蒸気となり外気に出る。また粉砕機より微粉末粉も出る。水蒸気、微粉末粉ともに放射性微粒子が付着しているので、放射性物質微粒子除去フィルターで放射性物質微粒子を除去して外気に出す。
【００７２】乾式粉砕は植物減容、エタノール製造もしくはバイオプラスチック原料製造ではメリットがあるが、粉砕設備、乾燥装置投資額が大きく、電力消費量は多く、放射性物質微粒子飛散防止が難しいデメリットがある。
【００７３】湿式粉砕は水中で石臼の方式で粉砕物をすりつぶす方式。水洗浄後、乾燥する事無く、湿式粉砕機に粉砕物を投入出来る、放射性微粒子が飛散しにくいメリットはあるが、粉砕物が水を含み膨張するので、同じ容積のタンクに入れる場合、乾式粉砕微粉末粉の約３０％〜５０％程度しか、はいらない。これは、エタノール収率が極端に悪くなり、減容率が少なくなる事を意味する。
【００７４】湿式粉砕機は、装置価格は乾式粉砕機に比較して安価で、電力消費量は少なく、放射性物質微粒子飛散しにくいメリットはあるが、水を大量に使い、エタノール収率は乾式粉砕機と比較して約４０〜６０％悪い。
【００７５】水が大量に必要なのは、水の中で石臼を動かし、粉砕物をすりつぶし、微粉末粉ではなくペースト状にする。従って、植物粉が膨張し上記述べた通り、エタノール収率が悪くなる。
【００７６】湿式粉砕は水の中で粉砕物を石臼の原理ですりつぶし、粉砕物をナノサイズに粉砕するメカニズム。水の中で粉砕物をすりつぶすので、大量に水を必要とする。大量に水を使えば、大量の廃水が出る。従って廃液処理装置、処理費用が必要となる。
【００７７】出来たナノサイズの植物粉末粉は水分を含んでいるので、ペースト状になる。そのため容積が大きくなり、エタノール製造タンクに入る原料が水分量だけ少ない、エタノール原料になる量が少ないのでエタノール収率が悪くなる。
【００７８】湿式粉砕が大量に使用するデメリットに着目し、放射能汚染植物は放射性微粒子を根や茎に蓄えている。酵素水の中で、もしくは酵素水を噴霧しながら、放射能汚染植物をすりつぶし、且つ噴射ノズルでさらに粉砕、衝突で微粉末化を進ませると、放射性微粒子は自動的に酵素水に移行する。
【００７９】例えて言うなら、洗濯は洗濯機に水と衣服を入れ、回転させると、衣服に付着している汚れは水に移行する。同じようにセシウムなど放射性微粒子を汚れと例えると、放射性微粒子は水になじみやすく、移行しやすい性質がある。従って、洗濯機と構造が似ている湿式粉砕機、ノズル粉砕機が好ましい。
【００８０】現在は湿式粉砕機で出来た植物粉末ペーストを原料として、経済的理由でそのまま、糖化タンクに入れてエタノール製造を始めるが、植物粉末ペーストには、放射性微粒子が多く残っている。植物粉末ペーストを固液分離装置で、植物粉末と水分を分離する。水分はブドウ糖濃度の薄い糖化液である。分離した薄い濃度糖化液と同量の水を植物粉末に加え湿式粉砕機でペースト状からセシウムなど放射能を検出しないまで、粉砕を繰り返す。
【００８１】粉砕を繰り返す事で放射能汚染植物の放射性微粒子は上記述べた通り、粉砕で使用する水に移行するので、放射能汚染植物からは、放射性物質は検出されなくなる。従って焼却が可能になり、減容となる。当然、焼却灰からも放射能は検出されない。
【００８２】植物粉末ペーストから分離した植物溶出液濃度の薄い植物溶出液を集め、逆浸透膜もしくは超音波を使い、植物溶出液から水を分離、高濃度の植物溶出液とする。高濃度植物溶出液に酵素を投入して糖化液を作り、糖化液に酵母投入、発酵、蒸留、蒸留を繰り返す事、もしくは逆浸透膜、遠心分離機、超音波などを使い、９９．５％以上のエタノールを作る。
【００８３】高濃度植物溶出液にする事により、エタノール収率は飛躍的に向上、酵素量、酵素費用大幅削減、糖化時間大幅短縮。本発明は湿式粉砕のエタノール収率が悪い問題を解決。従ってエタノール経済的価格で生産する、新たな製法である。
【００８４】エタノール製造後の糖化・発酵廃液は放射能汚染水。放射性物質を吸着する化学物質を放射能汚染水に入れ、化学物質に放射能を吸着させた後、吸着物質を回収することで、放射能汚染水を、湿式粉砕機再利用可能な水とする。
【００８５】上記述べた通り、前処理で乾式粉砕、湿式粉砕が優れているが、長所、短所がある。粉砕物により粉砕前の粉砕物処理を行えば経済的価格でエタノールが製造出来る。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の金網容器図
【図２】同水槽図、
【図３】同水槽の中に金網容器を入れた図
【図４】同洗浄後水槽から汚染水を抜く時、使用するフィルター図
【図５】同水槽から汚染水汚染物浄化装置に移した図
【図６】従来水蒸気蒸留装置図
【図７】本発明ノズル粉砕機
【図８】本発明粉砕で植物溶出液製造工程図
【図９】本発明植物溶出液、糖化、発酵、蒸留、エタノール製造工程図
【図１０】従来、放射能汚染水より放射能回収装置図
【図１１】従来、噴霧式空気清浄機
【図１２】従来、簡易空気清浄機
【符号の説明】
【００８７】１０  金網容器
１１  水槽
１２  水槽ドレン
１３  ドレン装着フィルター
１４  放射能汚染浄化容器
１５  水蒸気装置本体
１６  冷却機
１７  水蒸気入口
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物もしくは放射能汚染植物付着泥、放射性微粒子など付着物洗浄工程と、植物もしくは放射能汚染植物含有オイル、樹液、放射性微粒子抽出水蒸気蒸留工程と、植物もしくは放射能汚染植物粉砕工程と、前記水蒸気蒸留工程で抽出物オイル、樹液混合工程と放射能汚染植物粉砕工程で生成した微粉末粉に対し酵素を用い酵素反応によって糖化液を作る糖化工程と、前記工程で排出される放射能を含む廃液、及び残渣物処理工程を有することを特徴とするエタノール製造工程。
【請求項２】
前記粉砕工程は前記洗浄、水蒸気蒸留工程後の植物、放射能汚染植物を粉砕する事を特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【請求項３】
前記粉砕の粉砕機は粉砕物である植物により乾式粉砕機、湿式粉砕機を設定する事を特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【請求項４】
前記粉砕工程の湿式粉砕機を設定した場合、湿式粉砕機に固液分離機等を連結させ粉砕物を湿式粉砕機に再び戻すか、湿式粉砕機に固液分離機等を連結させ、装置に順次粉砕物を移動させるか、粉砕後また装置に戻し、これを繰り返す事で、もしくはノズル粉砕で植物溶出液を作る、粉砕物である植物を繊維質まで粉砕する工程を特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【請求項５】
湿式粉砕機で使用する水に酵素を入れ、酵素水で湿式粉砕すると同時に酵素水で粉砕物である植物を糖化液とする工程を特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【請求項６】
前記植物溶出液を作る工程で得られた植物溶出液を逆浸透膜等で濃縮する工程を特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【請求項７】
前記逆浸透膜で濃縮する工程で得られた、植物溶出濃縮液を分析、最適な酵素設定する工程を特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【請求項８】
前記洗浄工程、水蒸気蒸留工程、粉砕工程、糖化液工程で排出される、廃液中の放射性微粒子除去工程が組み込まれている事を特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【請求項９】
前記洗浄工程、水蒸気蒸留工程、粉砕工程、糖化液工程で排出される、廃液中の回収した放射性微粒子をガラスもしくはセメントで固める工程を特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【請求項１０】
前記洗浄工程、水蒸気蒸留工程、粉砕工程、糖化液工程で使用する装置排出口より洩れる、放射性微粒子を含む水蒸気、水、微粉末粉を捕集、浄化機能のある浄化装置の設置を設けた工程を特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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