(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオガス生成装置とバイオディーゼル生成装置との組合せを含む有機性廃棄物複合処理装置であって、（１）有機性廃棄物からメタン発酵によりメタンガスを生じさせるバイオガス生成装置と、（２）前記メタンガスの少なくとも一部を燃料として電気及び熱を生じさせる発電装置と、（３）動植物油脂をバイオディーゼル燃料とグリセリンに転換するバイオディーゼル生成装置と、（４）前記バイオディーゼル生成装置から発生する副生成物であるグリセリンを前記バイオガス生成装置に投入してメタンガスの生成量を増加させる手段と、（５）前記発電装置で発生する電気及び熱の少なくとも一部を前記バイオディーゼル生成装置及び／又はバイオガス生成装置に導入する手段とを具備することを特徴とする有機性廃棄物複合処理装置。
【請求項２】
前記発電装置がメタンガスの他にバイオディーゼル燃料を発電用燃料として用いることができるものであることを特徴とする請求項１に記載の有機性廃棄物複合処理装置。
【請求項３】
前記動植物油脂が植物油であることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機性廃棄物複合処理装置。
【請求項４】
前記動植物油脂が未使用油及び／又は使用済み油であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機性廃棄物複合処理装置。
【請求項５】
前記バイオディーゼル生成装置のバイオディーゼル燃料生産量が 0.5トン／日以上であることを特徴とする請求項１〜4のいずれかに記載の有機性廃棄物複合処理装置。
【請求項６】
バイオガス生成装置とバイオディーゼル生成装置との組合せを含む有機性廃棄物複合処理装置を用いて有機性廃棄物を処理する方法であって、
有機性廃棄物からバイオガス生成装置でメタン発酵によりメタンガスを生じさせると共に、動植物油脂をバイオディーゼル生成装置でバイオディーゼル燃料とグリセリンに転換させ、前記グリセリンを有機性廃棄物とともに前記バイオガス生成装置に供給してメタンガスの生成量を増加させ、このメタンガスの少なくとも一部を燃料として発電装置で電気及び熱を生じさせ、前記電気及び熱の少なくとも一部を前記バイオディーゼル生成装置及び／又はバイオガス生成装置に供給することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイオガス生成装置とバイオディーゼル生成装置との組合せを含む有機性廃棄物複合処理装置及びそれを用いた処理方法に関する。更に詳しくは、本発明は、有機性廃棄物からバイオガスを生じさせるバイオガス生成装置と、ナタネ油、パーム油等の植物油、使用済み廃食油、又は動物油等の油脂をバイオディーゼル燃料とグリセリンに転換するバイオディーゼル生成装置とを組み合わせ、これによって、外部の電気を使用せずにシステム内で発生する電力のみで運転でき、かつバイオディーゼル燃料及び所望によりバイオガス等の有価物を産出することを可能にする装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在国内で発生している総廃棄物4.9億トンの内、約60％に当たる2.8億トンが有機性(生物系)廃棄物となっている。その大半が焼却、埋立処分されているが、肥料、建築資材等への再利用方法が検討されている。しかし、それぞれに問題があり、普及されていないのが現状である。例えばこれらの有機性廃棄物を堆肥、液肥等の有機肥料として再利用する場合、肥効成分である窒素・リン・カリウムの量が日本の農地面積に対して過剰であり、現状では全ての有機性廃棄物を農地還元することはできない。また肥効成分の内容や濃度が一定しないことなど、ほかの問題もある。そこで、有機性廃棄物をメタンガスを主成分として含むバイオガスに転換できるバイオガス生成装置が注目されつつある。一方、植物油やリサイクル済みの調理油をメタノール又はエタノール（以下「メタノール等」という。）でエステル交換して脂肪酸メチル又は脂肪酸エチル（以下「脂肪酸メチル等」という。）を主成分とするバイオディーゼル燃料を作る技術が欧米には存在する。
【０００３】
バイオガス生成技術は有機性廃棄物を室温（約１５〜２０℃）〜６０℃の温度で嫌気発酵させて、嫌気性細菌の作用により、有機性廃棄物をメタンガスを主成分とするバイオガスに転換するものである。得られたバイオガスは、発電用燃料やボイラーでの蒸気発生用燃料等として利用される。大規模バイオガス生成装置では、得られた電力を電力会社に販売している例もあるが、中小規模のバイオガス生成装置では、売電するためのハードルが高く、余剰電力の効率的運用ができていないのが現状である。
【０００４】
バイオディーゼル生成技術は、動植物油脂をメタノール等び触媒、例えばアルカリ触媒と共存させてエステル交換反応させ、副生成物であるグリセリンを除去して脂肪酸メチル等を主成分とするディーゼル燃料（軽油などのディーゼル燃料と区別するために、以降バイオディーゼル燃料と呼ぶ）を得る技術である。通常１００％の動植物油脂原料に対して、およそ９５％のバイオディーゼル燃料と、５％のグリセリンが得られる。バイオディーゼルのうち、少なくとも脂肪酸メチルは、米国環境保護局より純粋燃料、あるいは燃料添加剤として登録され、商業的にも合法的燃料として認可され、純度１００％の脂肪酸メチルであるバイオディーゼルは米国エネルギー局により代替燃料としても認定されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、中小規模のバイオガス生成装置では、余剰電力の効率的運用が困難である。そのため、システム内の電力を消費できない場合は、余剰のメタンガスは燃やして排気するのが通常であった。
【０００６】
一方、バイオディーゼル生成装置については、地域的、団体的な導入の試みがなされているが、全国的にはまだ認知されていない。その大きな原因は廃食油の回収コスト、運転コストが高いことである。また、他の原因はバイオディーゼルの副生成物であるグリセリンが不純物を含んでいるため、そのままでは再利用できず、このグリセリンは、再利用できるまでに精製しようとすると高いコストがかかり、市販品に対抗できないので、現状では廃棄物として処分するしかないからである。
【０００７】
そこで本発明は、低コストで廃食油及び有機性廃棄物を処理できるだけでなく、有価物を生産することのできるバイオガス生成装置とバイオディーゼル生成装置との組合せを含む有機性廃棄物複合処理装置及び方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のバイオガス生成装置とバイオディーゼル生成装置との組合せを含む有機性廃棄物複合処理装置は、（１）有機性廃棄物からメタン発酵によりメタンガスを生じさせるバイオガス生成装置と、（２）前記メタンガスの少なくとも一部を燃料として電気及び熱を生じさせる発電装置と、（３）動植物油脂をバイオディーゼル燃料とグリセリンに転換するバイオディーゼル生成装置と、（４）前記バイオディーゼル生成装置から発生する副生成物であるグリセリンを前記バイオガス生成装置に投入してメタンガスの生成量を増加させる手段と、（５）前記発電装置で発生する電気及び熱の少なくとも一部を前記バイオディーゼル生成装置及び／又はバイオガス生成装置に導入する手段とを具備することを特徴とする。
【０００９】
前記メタンガスを燃料として生じさせた電気及び熱をバイオディーゼル生成装置に導入する手段を設けることにより、その電気及び熱の効率的利用を図ることができる。また、前記バイオディーゼル生成装置から発生する副生成物であるグリセリンを前記バイオガス生成装置に投入する手段を設けることにより、これまで精製することなく廃棄されていた副生グリセリンを有効利用することができる。
【００１０】
上記装置構成において、前記動植物油脂は、その大量入手の容易さ及び取り扱いの容易さから植物油であることが好ましい。また、前記動植物油脂は、未使用油及び／又は使用済み油であるのが好ましい。前記発電装置は少なくともメタンガス、又はメタンガス及びバイオディーゼル燃料を燃料とするのが好ましい。さらに、前記バイオディーゼル生成装置のバイオディーゼル燃料生産量は、 0.5トン／日以上であるのが好ましい。
【００１１】
本発明のバイオガス生成装置とバイオディーゼル生成装置との組合せを含む有機性廃棄物複合処理装置を用いて有機性廃棄物を処理する方法は、
有機性廃棄物からバイオガス生成装置でメタン発酵によりメタンガスを生じさせると共に、動植物油脂をバイオディーゼル生成装置でバイオディーゼル燃料とグリセリンに転換させ、前記グリセリンを有機性廃棄物とともに前記バイオガス生成装置に供給してメタンガスの生成量を増加させ、このメタンオガスの少なくとも一部を燃料として発電装置で電気及び熱を生じさせ、前記電気及び熱の少なくとも一部を前記バイオディーゼル生成装置及び／又はバイオガス生成装置に供給することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のバイオガス生成装置とバイオディーゼル生成装置との組合せを含む有機性廃棄物複合処理装置の第一形態例を示す概略系統図である。
【００１３】
図１に示すように、植物油が植物油流入経路１１を通ってバイオディーゼル生成装置１に導入される。バイオディーゼル生成装置１で生成したバイオディーゼル燃料及びグリセリンはそれぞれ導出経路１２、１３を経由して導出される。一方、有機性廃棄物は有機性廃棄物導入経路２１を通ってバイオガス生成装置２に導入される。生成するメタンガス（生成するバイオガスの主成分）及び消化液はそれぞれ導出経路２２、２３を経由して導出される。メタンガスは経路２４を通って発電装置３に導入され、発電するとともに、熱も生成する。電気は経路３１を通ってバイオディーゼル生成装置１及びバイオガス生成装置２に供給される。一方、熱も経路３２を通ってバイオディーゼル生成装置１及びバイオガス生成装置２に供給される。
【００１４】
本発明では、バイオディーゼル生成装置１で生成したグリセリンを経路２５を通ってバイオガス生成装置２に導入する。それによって、メタンガスの生成量を増加させ、システム全体に必要な電力及び熱を賄うことが可能になる。本発明の装置では、外部の電力供給を受けなくても、有機性廃棄物及び植物油を処理し、有価物であるメタンガス及びバイオディーゼル燃料を生産することができる。
【００１５】
図２は、本発明のバイオガス生成装置とバイオディーゼル生成装置との組合せを含む有機性廃棄物複合処理装置の第二形態例を示す概略系統図である。第二形態例では発電装置３はメタンガスのほかに、バイオディーゼル燃料も燃料として使用できる仕様とし、経路３３を経由してバイオディーゼル燃料を発電装置３に供給する。それ以外の部分については前記第一形態例と同じである。
【００１６】
第二形態例の装置では、立上げや、メンテナンス等によるバイオガス生成装置２の停止期間において、発電装置３がメタンガスの代わりにバイオディーゼル燃料を使用して継続的に発電することができ、システム内の電力需要を満たすことができる。
【００１７】
本発明において、植物油脂はナタネ油、大豆油、パーム油、ひまし油等植物から採取できる油脂を指す。本発明では、未使用油脂、所謂フレッシュな植物油脂も利用できるし、天ぷら廃油などの廃食油も利用できる。本発明では、更に動物油脂も利用できる。
【００１８】
有機性廃棄物は糞尿、有機汚泥、食品残渣、生ゴミ、剪定枝など、易分解性有機物を主成分とする廃棄物を指す。
【００１９】
本発明で使用するバイオディーゼル生成装置１は特に限定されず、公知のものを使用することができる。しかし、一日当たりのバイオディーゼル燃料生産量が０．５トン以上であるのが好ましい。バイオディーゼル燃料生産量が０．５トン／日未満であると、バイオディーゼル生成装置１自体の電気消費量がそれほど低下しないのに対して、生成するグリセリンの量が不足になり、グリセリンによるメタンガスの増加量を十分に得ることができない。その結果、発電装置３で得た電力だけでは、システム内の電気需要を賄うことができない。より好ましいバイオディーゼル燃料生産量は１トン／日以上である。
【００２０】
本発明で使用するバイオガス生成装置２は特に限定されず、公知のものを使用することができる。なお、ここでいうバイオガス生成装置は通常メタン発酵に必要な装置を指し、発電装置及び消化液の処理設備を含まないものとする。一般的には、バイオガス生成装置２は前処理装置、メタン発酵槽、消化液貯留槽、メタンガスホルダー等の装置からなる。前処理装置は沈殿、ろ過、脱水等の固液分離手段からなる。メタン発酵槽は単一槽でも良く、加水分解槽と発酵槽とを連結した２槽からなるものでも良い。メタン発酵温度は使用する有機性廃棄物の種類等の条件によって室温（約１５〜２０℃）〜６０℃まで適宜選択することができる。
【００２１】
本発明で使用する発電装置３は公知のものを使用することができるが、少なくともメタンガスを用いて発電できるものである。この発電装置は、第二形態例に述べたとおり、少なくともメタンガス及びバイオディーゼル燃料を利用できるもの、所謂デュアルフュエルエンジンを用いるものであることが好ましい。なお、発電装置３から発生する熱とは、発電装置３の冷却水及び／又は排気ガス中に放出された熱量を指す。
【００２２】
以上は実例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない限り、種々の変更を行うことができる。
【００２３】
例えば、バイオガス生成装置からメタンガスとともに、廃液である消化液が排出されるが、本装置にはさらに消化液を処理する水処理装置を設けることができる。日本では消化液を肥料として使用できる場所は少なく、放流するためには水処理施設が必要になる。硝酸性窒素の規制に伴って、大量の窒素を含有する消化液を処理するには装置が高価になるだけでなく、大量の電力を必要とするため、メタンガスから発生する電力では足りなくなる場合も出てくる。そのため、消化液を使用できる北海道を除いた大部分の地域では、消化液の処理問題がバイオガス生成装置の普及を阻害しているのが実情である。本発明の装置では、バイオディーゼル生成装置１から発生するグリセリンによる発電量の増加により、水処理装置の電力をシステム内部電力で賄うことが可能になる。
【００２４】
また、発電装置３から発生する熱量がシステム全体の需要に対して不足であれば、システム内で生成するメタンガス及び／又はバイオディーゼル燃料を燃料とする補助加熱装置を設けても良い。
【００２５】
さらに、発電装置３から発生する電力に余剰があれば、売電するための売電装置を設けて、外部へ電力を販売することができる。
【００２６】
本発明のバイオガス生成装置とバイオディーゼル生成装置との組合せを含む有機性廃棄物複合処理装置を用いて有機性廃棄物を処理する方法は、動植物油脂をバイオディーゼル生成装置でバイオディーゼル燃料とグリセリンに転換する。得られたグリセリンは有機性廃棄物とともにバイオガス生成装置に供給してメタンガスを生じさせる。前記メタンガスの少なくとも一部を燃料として発電装置で電気及び熱を生じさせ、前記電気及び熱の少なくとも一部を前記バイオディーゼル生成装置に供給する。
【００２７】
【実施例】
実施例１
図３に示すバイオガス生成装置とバイオディーゼル生成装置との組合せを含む有機性廃棄物複合処理装置の電気消費量に関するモデル計算を行った。有機性廃棄物として家庭生ゴミを用い、処理量は家庭生ゴミ２０トン／日、廃食油２．５トン／日とする。
【００２８】
（１）バイオガス発生量及び発電量
家庭生ゴミのバイオガス（メタンガス６０％含有）発生量は、文献値の平均値を採用し、３５m3／トンとする。従って、家庭生ゴミから発生するバイオガス量は35×20＝700m3／日となる。グリセリンについては、2.5トン／日の廃食油から発生するグリセリンの量は2.5×0.05＝0.125トン／日である。グリセリンから発生するバイオガスの量は実験値から1300m3／トンであるため、一日当たりのグリセリンによるバイオガス発生量は約160m3／日である。合計すると、全バイオガス発生量は700+160＝860m3／日である。１KWhの電力を発電するために必要なバイオガスは平均0.5m3であるため、バイオガスによる発電量は860/0.5＝1720KWｈ／日となる。
【００２９】
（２）消費電力
各機器の必要電力は次の通りである。バイオディーゼル生成装置１：480KWh／日、バイオガス生成装置２：50KWh/日、水処理装置４：720KWh／日である。合計すると、全バイオガスプラントの消費電力は1250KWh/日である。
【００３０】
（３）電力バランス
発電量から消費電力を引くと、電力バランスは1720‐1250＝＋470KWh／日となる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる：
（１）システム内で発生する電力及び熱で有機性廃棄物及び廃食油を処理することができる；
（２）有機性廃棄物を処理して得られるメタンガスから引き出される電力を効率的に運用することができる；
（３）バイオディーゼル生成装置から生じる副生グリセリンをそのまま有効利用することができる。
（４）バイオディーゼル燃料及びメタンガスなどの有価物を得ることができる；
（５）外部から電力を受け入れなくても運転できるため、低い運転コストでバイオディーゼル燃料を生産することができる；
（６）家庭生ゴミと廃食油とを同時に収集すれば、廃食油の回収コストを大幅に低減させることができる；
（７）自然エネルギーで全システムを運転するため、二酸化炭素の削減につながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のバイオガス生成装置とバイオディーゼル生成装置との組合せを含む有機性廃棄物複合処理装置の第一形態例を示す概略系統図である。
【図２】  本発明のバイオガス生成装置とバイオディーゼル生成装置との組合せを含む有機性廃棄物複合処理装置の第二形態例を示す概略系統図である。
【図３】  実施例１における本発明のバイオガス生成装置とバイオディーゼル生成装置との組合せを含む有機性廃棄物複合処理装置の例を示す概略系統図である。
【符号の説明】
１……バイオディーゼル生成装置
１１…植物油流入経路
１２…バイオディーゼル燃料導出経路
１３…グリセリン導出経路
２……バイオガス生成装置
２１…有機性廃棄物導入経路
２２…メタンガス導出経路
２３…消化液導出経路
３……発電装置
３１…電気経路
３２…熱源経路
４……水処理装置
【図１】
0005036938.tif 000002
【図２】
0005036938.tif 000003
【図３】
0005036938.tif 000004