最良の技術を、多彩な分野へ

TSK TECHNICAL REVIEW

技報

2007
no

.8

月島機械株式会社

特集：バイオマスエネルギー特集1

酵素法によるバイオマス
エタノール製造プロセス
特集2

下水汚泥燃料化技術の開発
特集3

下水処理場におけるバイオマスのエネルギー利用−LOTUS Projectの成果−
製品紹介1

木質バイオマスからのガス化反応を利用した電気・熱併給システム〜日本初の商用設備が秩父市で稼動開始！〜
製品紹介2

大型（4500型）月島−密閉型水平ベルトフィルタ

目次
4

特集：バイオマスエネルギー
巻頭言

ダーウィンの海
6

取締役 西田 克範

特集バイオマス有効利用の背景と TSKの取り組み
12

福沢 義之

特集 1

酵素法によるバイオマスエタノール製造プロセス
18

奥田 直之

特集 2

下水汚泥燃料化技術の開発
24

上田 厚志

特集 3

下水処理場におけるバイオマスのエネルギー利用− LOTUS Projectの成果−
31

小林 茂・高野 健一

設備紹介

コンテナハンドリングシステム
36

久保 弘明

ティーブレイク 月島茶房

最も身近な省エネルギー対策
38

三井 美典

製品紹介 1

木質バイオマスからのガス化反応を利用した電気・熱併給システム〜日本初の商用設備が秩父市で稼動開始！〜
42

遠藤 雅樹

製品紹介 2大型（4500型）月島−密閉型水平ベルトフィルタ48

岩崎 修二・高木 浩伸

会社概要・編集後記

NO.8 2007

C O NT E NT S
4Foreword

6

Feature12

Paper1

Special Edition :Biomass Energy
Katsunori NISHIDA, Exective board director R&D, Project & Engineering

Background of biomass effective use and Approach of TSK

Yoshiyuki FUKUZAWA

Biomass ethanol Production Process by Enzymatic Hydrolysis
Naoyuki OKUDA

18

Paper2Development of conversion technology from sewage sludge into bio-fuelAtsushi UEDA

24

Paper3

Biomass energy utilization in waste water treatment plant: Rsults of LOTUS Project Shigeru
Shigeru KOBAYASHI/ Kenichi TAKANO

31

Manufacturing Technology

36
38

Tea Break “The closest thing we can do for energy saving”

Container handling system
表紙の写真

Hiroaki KUBO
Yoshinori MITUI

Product1

Gasification Process Applied to CHP(Combined Heat & Power) System of Woody Biomass
First commercial plant in Japan has started to operate in Chichibu city!

Masaki ENDO

42

Product2 Type 4500 TSK Closed Type Horizontal Belt Filter

48

Corporate Profile / Editor’s Note

Shuji IWASAKI/ Hironobu TAKAGI

1993年に世界自然遺産へ登録された
白神山地の秋の風景

TSK 技報 2007 no.8

3

巻 頭 言ダーウィンの海西田 克範
研究開発担当産業事業本部 技術統括
取締役兼執行役員
廃棄物学会
環境計測制御学会

発明や研究の成果が開発を経て新製品冒頭から、なぜ「ダーウィンの海」か？

範囲に渡る。当社になじみの深い汚泥もことなり、実際に販売され生産活動に供され本号の特集、バイオマス技術は当社の最の 10年、エネルギーや資源への下水汚泥る過程を見たとき、その経済活動を比喩し

重要注力分野として大型投資を重ねてき再生・利用が加速し、立派にバイオマスのて、ハーバード大学のブランスコム名誉教ており、技術論文のネタに事欠かず、いく

市民権を得ている。

授は「ダーウィンの海」という概念を提唱

つかは開発完了・上市まで到達している。

米国ではバイオマスエネルギー構想にした。
「ダーウィンの海」とは競争の激しい

一方、今後の市場の醸成と相まって、ビジ基づく国を挙げた取り組みは早く、既に生物の満ちた荒海に乗り出し、進化を続けネスになっていく技術か、収益に貢献の大1999年には農業廃棄物からのエタノール

対岸にたどり着くこと、すなわちイノベー

きい技術かとなるとこれからであり、その化促進について、大統領令が出され、エネション（技術革新）や事業化の成功を遂げ意味で今、正に「ダーウィンの海」に船を漕

ルギー省 DOE（Department of Energy ）ることは、競争の中で自然淘汰されていく

ぎ出そうとしているのである。市場の激しの開発投資は数十億円と言われるほど潤

生物の進化と同じであり、研究開発とビジ

い自然淘汰の波をいかに乗り越えるか、あ沢なものであった。

ネスのギャップがいかに大きいかを認識らためて考えてみたい。

当社と丸紅（株）が当時の米国ベンチャー

ジネスのギャップという意味では、「死の「バイオマス」という言葉は世の中に氾濫

タノール技術を技術導入したのは 2001

するべきということである。研究開発とビ4の BCI 社（現 Verenium社）からバイオエ谷」という比喩があり、これもよく知られてしているが、その定義を正しく答えられる

年、ベンチャー起業の開発がピークの頃でいるが、どちらかといえば基礎研究と応用だろうか。バイオマスニッポン総合戦略である。BCI 社 の 技 術 は、Florida 大 学 の研究の間のギャップという意味合いが強は「再生可能な生物由来の有機性資源でIngram 教授が発明した遺伝子組み替え

く、新商品販売や新規事業の立ち上げをイ

化石資源を除いたもの」と定義されてお菌 KO11をコアとしたプロセスでパイロッメージすると、進化の概念の方が判りやす

り、具体的には穀物、森林資源、廃建材、汚トレベルの実用化試験段階にあったもの

く、現実感がある比喩に思える。

泥、生ゴミなど、食用品から廃棄物まで広である。当時としては思い切って技術導入

TSK 技報 2007 no.8

を決めたが、ベンチャー精神旺盛な BCI

帯びてくる 。 プロセスを劇的に変える可「ダーウィンの海」を渡りきる鍵につい社の研究者達は、バイオリファイナリーこ

能性はやはりバイオ技術にこそ存在するて私の考えるところを最後に述べておき

そが将来の技術到達点であると壮大な夢気がしている。

たい。

地よい響きと石油化学に代わる壮大な精シナリオが明確に描けていたわけでもなことである。他と差違のある技術を開発・製技術（リファイナリー）の組み合わせにく、ビジネス化への勝算が十分あったわけ

獲得するために技術者が dreamer であ

大袈裟に言えば、私自身技術者魂が揺れではないが、社内の激しく活発な議論の後り、その実現に向けた強固な意志を持つこ動いたことを覚えている。

に、当社としては大型の開発投資が始まっと、夢を共有することである。CO2 削減の同じ時期、熱分野の中期研究開発テーマてから 7年、現在も継続している。夢の見

社会的使命感に燃え、バイオマス技術のを探索調査していたが、ある種、勘が働き、られる技術領域であり、技術の連鎖を産高いハードルを越えるための強靱なタフさ

有機資源のガス化・ガス精製技術に着目

み、当社の既存市場の延長に事業の可能が必要である。

を語っていた。バイオという語感の持つ心

まず第一に「技術の差違性」が全てというした。新エネルギーには熱的変換の新技性が広がるような思いがあった。今は取り第二にバイオマスエネルギーは新産業で術が不可欠と考え、バイオマスを熱分解・組みの方向性が間違ったものではなかっあり、技術は新市場を対象にしたもの、従ガス化することで得られた分解ガスを効たというのが正直な感想である。

い、従来のプラント販売、装置販売に拘ら率的に発電するか、さらにガス精製をする技術が変貌著しい市場に反応するのか、ないアイデアと起業の精神が必要である。

ことで水素などの有用なエネルギーに変市場が芽生えつつある技術に反応するの第三は企業トップの意志である。最良のえ、付加価値を高める将来技術と想定しか、京都プロトコールの CO2 削減圧力がバイオマスエネルギー技術をもって、産業たわけである。2004年、英国より木質バイあったとは言え、この 7年間、我が国のバの発展と環境保全に寄与し、社会に貢献

オマスの熱電供給技術を導入し、さらに米イオマス市場は想像以上に鋭角の立ち上するという企業の戦略、コーポレートポリ

国から大型の固定床ガス化システムの導がりを見せたという気がしている。2002年

シーとしての意志であり、精神面、資金面入を決めた。

のバイオマスニッポン総合戦略で国の姿で間違いなく、技術陣をフォローするといこうして、当社のバイオマスのバイオケミ

勢が明確になり、前後して下水汚泥の分う意志である。

カル変換と熱化学変換の 2つの大型開発

野でもメタンガス化促進や炭化（燃料化）

第四は Collaboration（ 協働、協業）であ投資が始まった。

をはじめ、エネルギー転換技術の実用化

り、1社ではできない役務を担い、全体でイが急速に進展したのもこの 5年である。当ノベーションを遂げるために、産官学の連

今、米国ではバイオリファイナリーの壮社はバイオマスという未知で広いカテゴ

携はもちろん、異業種、同業の戦略的アラ

大な研究開発が産官学で進められている。

リーの市場の渦に乗り、汚泥に加え、ガス

イアンスを欠くことはできない。特に世界中核である NREL
（National Renewable

化とエタノール化でバイオマスの月島と言でトップ集団にいることが重要で、海外連Energy Laboratory）
は、
バイオリファイナ

えるようになったと思う。

携は必須である。
最後は期待である。我が国のバイオマス

リー技術の根幹には 2つの幹があり、1つ
バイオマスエネルギーに関する技術のエネルギーに関し、新しい産業を創出して分解ガス化で、一つの施設・工場の中に両導入にまつわる話を書いてきたが、実際いくために様々な障壁を取り除き、財政的者を融合させることで、エネルギー新材料のビジネス活動の結果として、企業価値補助や税的優遇などの仕組みが充実し、を生産するバイオマスによるリ ファイナの向上に繋がり、収益回収に至らねば成社会的基盤が整備され、事業を為す側もリーが実現できるとのコンセプトを掲げて功はない。

技術を提供する側も win win の関係が成いる。

そこで話は冒頭の「ダーウィンの海」に戻り立つような行政、国の環境政策への期待

例えば酵素による糖化は有望な糖変換技る。当社にとってはこれからの 5年位がビである。

はバイオマスの糖分解であり、2つ目が熱術で、種々のバイオマスを工業生産レベ

ジネス確立の成否を問われることになる

ルで糖化できさえすれば、有用な有機酸のだが、我がバイオマス技術は「ダーウィやアルコール類に容易に変換することがンの海」を越え、対岸の事業化へ達するのの海」に沈むことなく進化を遂げ、イノベー

でき、バイオリファイナリーが現実味をだろうか？

ションを産むことを期待している。

最後に、志高い技術者たちが「ダーウィン

TSK 技報 2007 no.8

5

特集

バイオマス有効利用の背景とTSKの取り組み
1 背景
1）循環型社会への転換
我々人類が 20世紀に高度経済成長を達成し、社会発展による恩恵を受けることができたのは、「大量生産・大量消費」のいわゆるワンウェイ型生活様式により生産効率を徹底的に追求してきたことが大きいと言えます。しかし、この 20世紀型生活様式による弊害として、大量の廃棄物を生み出し、天然資源枯渇への懸念や地球温暖化問題などの環境問題を顕在化させてきました。

福沢 義之

例えば、我が国の平成15年度の物質フロー（図1）を見てみると、

Yoshiyuki FUKUZAWA

経済活動に投入されている総物質量は年間19.77億 tonですが、そ水環境事業本部
ソリューション技術部のうち循環利用されているのはわずか 11％（2.23億 ton/年）です。
逆に消費されずに廃棄物として排出される量は約18％（3.59億 ton/
年）となります。平成 7年度の総物質投入量に対する循環利用量の割合は 8.8％ですから、8年間で総投入量に対する循環量の割合がわずか約 2.2％しか増加していません。

6 TSK 技報 2007 no.8

今世紀において、我々は今までのような 20世紀型生活様式で更Gas）削減目標を達成するためのコストの平均値は 400ドル /ton-CO2

なる社会発展を遂げていくことは到底不可能であると認識するべとのレポートがあります。日本の削減義務量に対する超過予測量はきであり、持続発展可能な「21世紀型生活様式」すなわち「循環型生4.6億トンと推計されいますから、我が国がこの削減義務を全く達成

活様式」への転換を果たさなければならないのです。

できなかった場合の必要なコストは 1,840億ドルになると試算されま

持続可能な循環型生活様式へ転換していくと言うことは、自然界との調和を保って「生態系」という微妙なバランスの上に成り立っす。言い換えれば、GHG排出による地球温暖化の影響でこれだけの経済的損出を被る可能性があると評価できるのです。

ている物質循環システムを維持していくことを意味しています。その点において、バイオマスはこの微妙な生態系のバランスの中で生このようにバイオマス有効利用は、地球温暖化防止のための 1つ産される天然の資源であり、この資源を上手に利用することで「生の重要な施策であり、かつ廃棄物有効利用による循環型生活様式へ態系」に大きな影響を与えない自然界との調和が可能な生活様式をの転換という 2つの合目的性を有した取り組みとして、先進諸国を実現することができるのです。

中心に事業化開発や技術開発が盛んに行われるようになり、環境側

2）地球温暖化防止り扱われるようになっています。

面に限定されない世界経済に影響を与える重要な課題としても取「バイオマスとは、再生可能な生物由来の有機性資源で、化石資源を除いたもの」とバイオマス・ニッポン総合戦略のなかで定義されて2 バイオマス有効利用に向けた国内外の取り組み

いますが、過去におけるバイオマス有効利用への取り組みは、廃棄物処理対策としての位置づけが強かったため、廃棄物系バイオマス

今年 6月にドイツで開催されたハイリゲンダムサミットにおいてをその対象としていることがほとんどでした。しかし、近年地球温暖も、「2050年までに温室効果ガスの排出を半減させるという提案を化による異常気象の経済活動への影響を人類が意識するようにな

真剣に検討する」ことなどを含む議長総括を発表しました（図 2）。まり、バイオマスはカーボンニュートラルで地球温暖化防止に有効なた、いままで京都議定書（COP3）を初めとする地球温暖化防止の世エネルギー価値を持つ資源として認知されるようになりました。

界的な枠組みから離脱していた米国も、バイオマスエタノールの利

ここで、地球温暖化の経済活動への影響を実感してもらうために1つの試算をしてみたいと思います。
日本の京都議定書における温室効果ガス GHG（GHG：Greenhouse

用促進を挙げて、地球温暖化対策への積極的取り組みへ方針転換
したことはご存じのことと思います。その言う意味では、地球温暖化防止に向けて地球規模の枠組みで各国が義務を負っていかなけ

TSK 技報 2007 no.8

7

特集

バイオマス有効利用の背景と TSK の取り組み

ればいけないという世界的な流れがやっと形成されつつある状況に来ていると思います。
ここで、この分野で先行する欧米の取り組みについて紹介したいと思います。

ら液体燃料を製造する技術（Biomass to Liquid ）の大規模な実証 PJが数件同時進行で EU域内で展開されています。これは、触媒を使って一酸化炭素と水素から液体燃料を合成する Fischer-Tropsch
Processという石油化学分野で既に工業化された技術を使い、大規

まず欧州では、地球温暖化防止への取り組みに対して、公的な補模に効率よく Biofuelを生産しようとする試みで、石油精製設備と同助成制度として発電単価への上乗せ買い上げ（図 3）や燃料価格の等の処理規模によるスケールメリットを確保しようとしています。

税金等による差別化という形で一定の事業期間に渡って補助金が次に米国では、2006年のブッシュ大統領の一般教書演説において、投入される仕組みとなっており、これがインセンティブになってい2025年までに中東からの輸入石油の 75％以上を代替エネルギーでます。一方我が国では、建設費や研究開発費等初期投資に補助金が補うとの方針が発表されており、その具体的な施策の 1つとして「自付くケースがほとんどであり、これが日本においてこの市場の拡大

動車動力源としてのバイオマスエタノールの生産方法の研究」が謳に繋がらない 1つの理由であると指摘する声もあります。

われています。また今年の演説では、「2017年までの 10年間でガソリ

欧州における技術開発面での事例を紹介しますと、バイオマスか

8 TSK 技報 2007 no.8

ン消費量 20％減」の方針を打ち出し、その重点政策目標として、コーンエタノールやセルロースエタノール、バイオディーゼル等の代替燃始まろうとしています。これは、海藻類を EEZで人工繁殖させてこの料源の使用量350億ガロン（1,300億リットル）を義務化しています。

海藻をエネルギー転換しようとする試みであり、国内の石油精製設

一方で国内に目を向けてみますと、「バイオマス・ニッポン総合戦

備と同等の事業規模を確保する事が可能と見られ、2025年を事業開

略」が平成14年12月に閣議決定され、、関係府省の連携によりバイ始目標にしているプロジェクトも立ち上がろうとしています。

オマス利活用の促進が図られる枠組みが出来ています。平成 18年3月には「輸送用燃料の導入など大幅なバイオマスエネルギーの導3 TSKコア技術とバイオマス有効利用入が必要」等の追加・見直しが行われ、「平成 22年目標として 3％混合（E3）ガソリンとして日本のガソリン消費の約 1/3に相当する量

当社のコア技術とバイオマス有効利用技術の関わりについては、の Biofuel」の導入等、地球温暖化防止に向けた目標が設定されまし当社技術史「月島機械 技術の百年」のなかでも述べているようにた。これらの国家戦略や行政目標に基づいて、バイオマス有効利用「戦時中の無水アルコール製造技術以来の歴史において原料ろ液のの取り組みが推進されて行くことが期待されて来ました。

ろ過工程や発酵技術が着実に集積していたことにより、バイオマス

しかし、最近では、バイオ燃料を巡る環境省（E3）と石油元売り各と当社コア技術の距離が近かった。
」ことがバイオマス有効利用技術

社（ETBE）との規格争いに関する報道など、関係省庁や業界団体

における当社の先進性に繋がっていると言えます（図5）。そう言う意の思惑など利害関係者間調整の難しさを指摘する記事や食物系バ味では、当社のコアコンピタンスである単位操作機器の自社設計製

イオマスを原料にしたバイオマスエネルギーの食糧問題への発展

造および周辺エンジニアリングの豊富な経験に基づくノウハウの集を懸念する声などが新たな問題として顕在化しており、我が国は積が、この分野への進出でも生かされていると言えます。

COP3議長国として地球温暖化防止を推進するために世界各国に

ここで、水環境事業部における取り組みを紹介します。今まで「下対するリーダーシップを発揮するどころか、自国の目標達成さえ危

水汚泥」は産業廃棄物として処理処分されてきましたが、現在ではぶまれている状況にあります（図 4）。

家畜排泄物や食品廃棄物と並んで主要なバイオマスと位置づけら

日本における技術開発面の動向を 1つ紹介しますと、日本は世界

れ、下水道という公共インフラにより効率良く収集され、将来的にも第 6位の排他的経済水域（EEZ： Exclusive Economic Zone）面積を安定した発生予測が可能な優良バイオマスであるとの市場評価が有しており、その海洋資源に着目したバイオマス有効利用の開発が定着しています。その結果、下水処理場の役割に対する社会的要請

TSK 技報 2007 no.8

9

特集

バイオマス有効利用の背景と TSK の取り組み

も「下水の衛生処理センター」から「資源・エネルギーの循環セン

また、固形物燃料化のような処理場外でのエネルギー利用を前提

ター」代わりつつあります。下水道分野では今までも汚泥有効利用としたオフサイトでの事業によりスケールメリットを出そうとする技術として、「溶融スラグ化技術」や「焼却灰によるレンガ製造技術」

ケースとは別に、処理場内の既存インフラ（消化槽）を最大限に有効等のマテリアルリサイクル技術が開発されてきました。しかし、主に利用して初期投資を抑制し、経済性を確保しながらエネルギー回収

ライフサイクルコスト（LCC）で既存技術に対する競争力が得られなをする取り組みとして消化ガス（汚泥の嫌気性発酵ガス）の有効利

かった点と製品の長期間にわたる市場流通性を確保することが難し用にも取り組んでいます。

かった点により、市場を拡大させることが出来ませんでした。
一方、現在開発中である固形物燃料化技術は、LCCで既存技術に対する優位性が認められ、燃料ユーザーである発電所が長期間の4

バイオマス有効利用の取り組みに関する今後の課題と展望

引取確約をすることになるため、過去の有効利用技術における課題をクリアできていると言えます。さらに、低温炭化技術においては我が国におけるバイオマス有効利用に関する取り組みは、狭い国製造過程における投入エネルギーを含めて LC-CO2 で評価しても土という事情もあり、今までは「地産地消」を合い言葉にどちらかとGHG削減効果があることが把握できており、環境側面、経済側面のいうと地域社会との結びつきを重視して、スケールメリット等経済両面からメリットを提案できる技術として、汚泥焼却炉の更新需要性を追求して来なかった傾向がありました。実際にバイオマスを含への適用を念頭に開発を進めています。

む新エネルギー（風力、太陽光、中小水力、地熱、バイオマス）で発10 TSK 技報 2007 no.8

電された発電コストは約 46円 /kWh と家庭用電気料金の 2 倍となっており、一次エネルギー供給に占める新エネルギーの割合は約1.9％にとどまっています。そのためにメーカサイドから見れば開発投資に見合うだけの市場拡大が見込みにくい市場環境にあり、どちらかというとニッチ市場と見られてきました。
しかし、グローバルな視点において地球温暖化防止の観点からも、今後バイオマス有効利用の市場は化石エネルギー市場に影響を及ぼすほどの世界的拡大を推進して行く必要があり、そのためには少なくとも化石資源と同等の経済性が確保できる規模の事業化開発が展開されると予想されています。
また今後は、「循環型社会への転換を目的にした廃棄物処理としてのバイオマス有効利用」と「地球温暖化防止対策としてのバイオマス有効利用」の 2つの目的の整合性を巧く保っていくことも重要になって来ます。例えば、米国やブラジルで行われているトウモロ
コシやサトウキビなどの食物系バイオマスからバイオマスエタノー
ルを製造するケースでは、地球温暖化防止の目的に偏りすぎて食糧問題を引き起こしています。逆に廃棄物系バイオマスだけでは前述の事業規模を確保することが困難であり、非食物系バイオマスからの効率的なエネルギー回収技術の開発が注目されています。
これらの状況を踏まえて当社は、国内市場におけるバイオマス有効利用技術の先進性および優位性を堅持するために、まず納入設
備の信頼性を確保し、実績データに基づく技術ノウハウの集積を着実に実行して、この分野での国内におけるリーディングカンパニーの地位を確固としたものにしていかなければならないと考えます。
そしてさらに、当社が今後のグローバル市場におけるバイオマス
有効利用分野の拡大トレンドに参入していくためには、「この分野の川上・川下の企業や組織とのパートナーシップ締結」は前提条件
であり、その条件を確保するためには相手から「欲しいと思われる技術」を持ち続けることが当社にとって欠かせないステイタスであると考えます。

参考文献
1） 環境省 環境統計
2） 農林水産省 バイオマス・ニッポン総合戦略
3） 国土交通省 資源のみち委員会 報告書（案）4） 経済産業省資源エネルギー庁 日本のエネルギー20075） 環境省 地球温暖化対策推進大綱
6） 環境省 循環型社会形成推進基本計画
7） 小林信之 三菱総合研究所 排出権市場をめぐる動向
8） STATUS AND PERSPECTIVES OF BIOMASS-TO-LIQUID FUELS IN THE
EUROPEAN UNION
9） 月島機械 技術百年史
10）欧州委員会 Biogas Barometer 2004

TSK 技報 2007 no.8

11

特集

1 酵素法による
バイオマスエタノール製造プロセス
Biomass Ethanol Production Process by Enzymatic Hydrolysis.
Abstract
For the production of ethanol from waste house wood and bagasse, Tsukishima Kikai has applied
hemicellulose sugar hydrolysis by dilute sulfuric acid and its fermentation by recombinant E. coli
K011. On the other hand, for cellulose hydrolysis, the global tendency of development is enzymatic
process, because enzymatic hydrolysis gives high sugar yield at mild conditions than that of diluteacid hydrolysis at severe conditions (high temperature, pressure, low pH).
Enzymatic process development of Tsukishima Kikai focusing on enzyme production is described.
On-site enzyme production by cellulase-producing microorganism Acremonium cellulolyticus was
examined for reducing enzyme cost. This microorganism was originally discovered and developed

奥田 直之
Naoyuki OKUDA
産業事業本部
砂糖・バイオ技術部
バイオ基礎開発グループ
化学工学会，
日本生物工学会，
バイオインダストリー協会

by the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) in the 1980s, and its
producing enzyme was found to have high β-glucosidase activity that catalyze the last reaction ofcellulose conversion into glucose.
At first, mutation of AIST’s strain A. cellulolyticus TN was conducted by UV radiation andobtained a hyper-producing strain C-1, which FPU was 2.1-fold, CM Case was 1.4-fold, cellobiase
was 2.3-fold of TN under the same condition of cultivation. Next, medium composition including
optimization of C/N ratio was examined. Then, cultivation scale was increased from a flask to 7-L
jar fermenter and 50-L reactor, obtaining supernatant enzyme activity of 15 FPU/ml in the 7-L jar
fermenter reactor, and 13 FPU/ml in the 50-L reactor. Next, waste house wood (mainly composedof softwood) was pretreated using dilute acid hydrolysis followed by milling. By this combined
method, ethanol yield of simultaneous saccharification and fermentation (SSF) using cellulase of A.
cellulolyticus C-1 increased by 1.6-fold compared to dilute acid treated substrate. This strain wasconsidered to hold a possibility as an enzyme-producing strain for biomass ethanol production using
glucose as a substrate for fermentation.
キーワード：バイオエタノール、廃建材、酵素、セルラーゼ、アクレモニウム・セルロリティカス、前処理、粉砕
Keyword：bioethanol, waste house wood, enzyme, cellulase, Acremonium cellulolyticus, pretreatment, milling

1 はじめにでにブラジルや米国で実施されている糖質系、デンプン系を用いた方法が当面世界の主流と見なされるが、将来的には食料と競合しな

近年の原油価格の高騰に伴いバイオエタノールの需要が世界的い木質系の利用が主流になると予測されている。木質系原料としてに増加している。我が国でも 2002年に環境省が地球温暖化対策をは現在のところ、賦存量、収集の面から国内では廃建材（建設系廃目的として燃料用エタノールの導入を決定し、翌年の品確法の改正

木材）、東南アジアではバガスが有望である。

によりエタノールをガソリンの 3%まで混合することが可能となっ月島機械は木質系からのエタノール製造技術として、これまで希た。環境省エコ燃料利用推進会議が発表した普及拡大シナリオによ硫酸加水分解法と組換え大腸菌 KO11による五炭糖発酵を特徴とると、2010年にガソリン需要量（約6000 万キロリットル）の 1/2に E3
1するプロセスを検討してきており、国内向けに廃建材を、海外向け

または ETBE* を導入し、2020年には 2/3（エタノールとして約120にバガスを原料としたエタノール製造設備の建設に携わってきた。

万キロリットル）に拡大するとの目標が設定されている。最近、
首都

これらは KO11の特徴を活かすヘミセルロースの利用に重点を置い圏でも一部のガソリンスタンドで ETBE の導入が始まりバイオエ

たエタノール生産設備である。一方、セルロースについては、希硫酸

タノールが身近なものになりつつある。エタノール原料としてはす法では糖回収率が低いという課題があり、世界の流れは酵素法に向12 TSK 技報 2007 no.8

表１ 希硫酸法と酵素法の比較
Table1 Comparison of Enzymatic Process with Dilute Acid Process

図１ 酵素法による廃建材からのエタノール製造プロセス
Fig.1 Enzymatic process for ethanol production from waste house wood

かいつつある。酵素法は酵素セルラーゼを用いてセルロースをグル

1.1 酵素法のプロセス概要

コースまで加水分解する方法で、基質特異性が高いため副生成物

月島機械が検討している廃建材を原料とした酵素法プロセスのが発生せず、温和な条件でグルコースが得られる。希硫酸法と酵素フローを図1に示す。原料は先ず 10 mm程度に粉砕し、続いて希硫法の比較を表 1にまとめた。酵素法はセルロースからの収量が希硫酸を触媒とする加水分解によってヘミセルロース分を可溶化する。

酸法より高まるだけでなく、二次廃棄物である石膏の低減、着色廃

ヘミセルロース由来の糖には通常の酵母ではエタノールに変換され水量の減少が期待される。一方、酵素法の実用化には酵素価格およない五炭糖が含まれるため、組換え大腸菌 KO11株を使用してエタび酵素使用量の低減（両者の掛け算でエタノール当たりの酵素コ

ノールに変換する。一方、反応物のろ過洗浄ケーキとして得られる加ストが決まる）が課題であり、
原料 1トン当たりの酵素コストを現状

水分解残渣はセルロースとリグニンを含み酵素糖化の基質となる。

の数万円（市販セルラーゼを使用した場合）から数千円まで約1桁

これは酸処理によって原料よりも酵素糖化され易くはなっている

下げる必要がある。このような背景のもと、月島機械では平成12年

が、糖回収率を高めるために必要に応じて前処理（2次前処理）を行

頃より酵素法プロセスの基礎開発を行ってきた。本稿では主に酵素う。続く糖化反応では酵素セルラーゼを加え pH 、温度を調整しグル生産システムの開発経過について報告する。

コースへの加水分解を行う。セルラーゼの反応条件と酵母の発酵条*1 ETBE（エチル・ターシャリー・ブチル・エーテル）: バイオエタノールと石油精製時の副産物であるイソブテンの化合物。エタノールとしては E3は ETBE 7%に相当する。

TSK 技報 2007 no.8

13

特集 1

酵素法によるバイオマスエタノール製造プロセス

件は近いため酵素糖化とアルコール発酵を同一の槽で行う場合もあであるエンドグルカナーゼ（EG）、エキソ型の（端からみじん切りにする。この方式は同時糖化発酵または並行複発酵と呼ばれ生成物阻害る）酵素であるセロビオヒドロラーゼ（CBH）、
そして β-グルコシダーを回避する意味で有利と考えられている。酵素は市販品もあるが設

ゼ（セロビアーゼとも呼ばれる）の 3成分の作用でグルコースまで分

備内で生産する方式（オンサイト生産）が精製および輸送費を削減解すると言われている。また、セルロースには結晶領域と非結晶領域

でき安価に調達できる可能性が高い。反面、培養設備がもう 1系列があり非結晶領域の方が分解され易い。Flickingerのモデルによれ増えることで設備は複雑になるため、オンサイト生産の実用化はひば、先ずエンドグルカナーゼがセルロースの結晶および非結晶の両領とえに酵素生産システムの水準に依存している。以上をまとめると、域に作用してこれらに切れ目を入れ、生成した切れ目の非還元末端

酵素法は前処理（酸処理および 2次前処理）、糖化発酵、酵素生産の側からセロビオヒドロラーゼが作用する。すると相乗的にエンドグル

三つの要素技術から成るプロセスである。

カナーゼの作用も促進され分解が進む。セロビオヒドロラーゼによっ

次に、セルロースのセルラーゼによる加水分解の模式図を図2に示て生成したオリゴ糖は β-グルコシダーゼによってグルコースに分解す。セルラーゼは複合成分からなり、それらのセルロース分解機構に。
このように、セルロースをグルコースまで分解するには、これされる 1）

は諸説あるが、大枠で、エンド型の（ランダムに切れ目を入れる）酵素

らの成分がバランスよく含まれた酵素を使用する必要がある。

図 2 セルラーゼによるセルロース加水分解の模式図
Fig.2 Schematic representation of of cellulose hydrolysis by cellulase.

14 TSK 技報 2007 no.8

Biomass Ethanol Production Process by Enzymatic Hydrolysis.

2 酵素生産菌の開発

適した培養条件を検討することで生産性を向上させる余地があると考えられた。これについての開発は静岡大学 朴研究室（創造科

酵素のオンサイト生産システムの構築のため、先ず酵素生産菌の学技術大学院バイオサイエンス専攻）と共同で進めた。先ず、培地選定を行った。セルラーゼ生産菌は Trichoderma 属、Aspergillus 属

成分を実験計画法に基づいた各成分の影響度から最適化し、その等の糸状菌（カビ類）に高い生産能を示すものが多い。特に Tricho-

培地を用いてフラスコ → 7-Lジャーファーメンター → 50-L培養槽

derma 属 菌（Trichoderma viride, Trichoderma reesei）についてはとスケールアップした。50-L培養槽での培養経時変化を図 3に示菌株の改良および培養条件についての研究が最も数多く行われてす。FPU 、
タンパクは培養液を遠心分離した上清について測定した。

いる。そこで、Trichoderma 属、Aspergillus 属を含む数種類の株を菌

タンパク質である酵素活性とタンパク濃度の増加はほぼ連動して株保存機関等から入手し比較評価を行った。その結果、工業技術院

いるが、若干差があるのはセルラーゼには FPU活性としては現れ（現 独立行政法人産業技術総合研究所）が開発した Acremonium

ない酵素が含まれているためと考えられる。培養 5日での酵素活性

cellulolyticus という微生物（TN株，寄託番号 FERM P-6867）がは約13 FPU/mLとなり、7-Lジャーファーメンターでの酵素活性 15

フラスコ試験において他の属の株より明らかに高い活性を示した。

FPU/mL（図は示さず）とほぼ同等の数値に達した。
これは、
Tricho-

この微生物は糸状菌であるが Trichoderma 属と違って国内で発見、derma 属菌の培養でこれまで論文として報告されている活性（〜

単離され、その後、発見者である工業技術院の山辺博士らによって10 FPU/mL）を凌ぐものであった。

5）2）菌株と酵素の基本的な性質の調査が行われた 。Acremonium cellulolyticus が生産するセルラーゼの大きな特徴として、Trichoderma

2.3 アクレモニウム酵素の性質

属菌のセルラーゼに比べてオリゴ糖をグルコースまで分解する β-

Acremonium cellulolyticus を培養して得られた酵素液と市販酵

グルコシダーゼが強いことが見出されている。グルコースを発酵用素の活性に対する温度および pHの影響を図 4aに示す。セルロース

基質として利用するバイオマスエタノール製造用の酵素生産菌としてこの株に大きな可能性が有ると判断し、以後は山辺博士にご協力頂き本株の培養条件検討ならびに菌株の改良を開始した。

2.1 菌株の改良
TN株は親株 Y-94株に対して薬剤処理によりセルラーゼ生産性3）を高めた株である 。その TN株に対してさらに UV照射および変異誘発剤を試みた。その結果、UV照射を複数回施した株の中から明らかに形態が異なる株が得られ、液体培養で親株より高い活性が見られた。この株を固体培地で植え継いだところ、その形態は保持されており、一時的な変化ではなく、変異株であることが示唆された。
変異株（C-1株）と親株（TN株）のセルラーゼ生産量の比較結果を2

表 2に示す。C-1株のセルラーゼ生産性は、TN株に比べ FPU* が約4）2.1倍に CMCaseは約1.4倍に、セロビアーゼは約 2.3倍に向上した 。
これらは 1.1項で述べた酵素成分としては、FPUは CBH 、CMCase
は EG 、セロビアーゼは β-グルコシダーゼにほぼ該当する。

2.2 培養方法の検討
Acremonium cellulolyticus の培養方法については文献ではほとん
ど報告例がない。一般に微生物プロセスにおける生産性は菌体の性能だけでなく培地成分、培養条件に大きく影響されるため、C-1株に
表 2 Acremonium cellulolyticus C-1株と TN株の酵素生産性の比較
Table2 Comparison of Enzyme Productivity of Acremonium cellulolyticus C-1 withThat of TN
図 3 Acremonium cellulolyticus C-1によるセルラーゼ生産経時変化
Fig.3 Time proﬁle of cellulase production by Acremonium cellulolyticus C-1<液量> 20-L / 50-L ジャーファーメンター<培養条件> 30℃ , 1 vvm*2 FPU（Filter Paper Unit）: IUPACで分析法が定められているセルラーゼ力価の一つ。酵素液を濾紙（ワットマン No.1）に作用させ 50℃, 1 hの反応後に生成する還元糖量から算出する。CMCase, セロビアーゼもセルラーゼの力価を表し、それぞれ CMC（カルボキシメチルセルロース）、セロビオースに作用させる。

TSK 技報 2007 no.8

15

特集 1

酵素法によるバイオマスエタノール製造プロセス

粉末である Solka Flocを基質とし反応の初期速度（市販酵素 : 1 h,

2.4 廃建材の酵素糖化

アクレモニウム培養酵素 : 2 h）を測定した。その結果、アクレモニ

木質系バイオマスの酵素糖化前処理は過去に様々な方法が検討

ウム培養酵素、市販酵素ともに初期速度は 55℃、pH 4.5で最大になされている。中でも廃建材の主成分である針葉樹類（softwoodとほり、40℃ではその 60%程度まで低下した。すなわち、リグニンを含まぼ同義）はバイオマスの中でも比較的強固なリグニン構造をしていない基質ではいずれも初期速度は通常の化学反応と同様に温度にるため、広葉樹類や草類と同じ前処理では酵素糖化率が低く、効果応じて高まる傾向が見られた。しかし、実際のリグニン含有原料ののある前処理は限られている。薬剤使用量、投入エネルギー、副生

場合は固液系であることによる混合性の悪さ、およびリグニンによ成物がなるべく少ない方法を検討した結果、酸処理後に粉砕する方る（セルラーゼのアタックに対する）物理的な障害の影響で糖化時法で比較的良い効果が得られた。数種類の粉砕処理を比較したが、間は Solka Floc のような純粋のセルロースの場合よりも長くなる

その中でボールミルとリファイナーの比較結果を図6に示す。
リファ

ため、初期速度だけでは糖化特性を把握することはできないと考えられる。そこで、実際の酵素糖化で想定される比較的長い反応時間（100 h 以上）での糖収量も比較した。結果を図 4bに示す。酸処理木
材のボールミル粉砕物を基質としたときの 140 hでの糖収量は、市
販酵素では 45℃付近がピークだったのに対し、アクレモニウム培養
酵素は 35 〜 40℃での値が最も高く、初期速度基準の至適温度（50〜 55 ℃）より低温側にシフトしていることが分かった。アクレモニ
ウム培養酵素が長時間反応では熱に弱いとも考えられるが、他方、
35 〜 40℃での領域は多くの酵母の生育範囲であることから、アクレモニウム酵素が同時糖化発酵に適していることが示唆された。また、最大糖収量がアクレモニウム培養酵素の方が 20%ほど高いことは、廃建材酸処理物を基質とし FPUとして同量添加した場合の単糖生成力が優れていることを意味する。
次に、酸処理したバガスを基質とし同時糖化発酵でアクレモニウ
ム培養酵素と市販酵素（Trichoderma 属菌由来 ）を比較した。エタ
ノール生産経時変化を図 5に示す。酵素添加量が 15 FPU/g-DM（dry matter : 原料の乾燥重量当たりを表す）の場合の 120 hでのエタノール収量は、アクレモニウム培養酵素を用いた場合は市販酵素の約1.5倍に達した。以上より、アクレモニウム酵素は発酵基質とな

図 4b 到達糖収量に対する温度の影響
Fig.4b Effect of temperature on attained sugar yield〈基質〉 酸処理木材粉砕物〈反応条件〉 酵素量 15 FPU/g-DM, pH 4.8, 反応時間 140 h

るグルコースまでの加水分解力が高く、また、同時糖化発酵での温度において高い活性を維持することから、バイオマスエタノール生
産用の酵素として適していることが確認された。

図 4a 反応初期速度に対する温度，pHの影響
Fig.4a Effect of temperature and pH on initial reaction rate〈基質〉 Solka Floc
〈酵素糖化条件〉 酵素量 15 FPU/g-DM, pH 4.8, 反応時間 1 h（市販酵素）, 2h（アクレモニウム培養酵素）*1 縦軸は 55℃ , pH 4.5のときの活性に対する相対値を表す。
*2 Solka Flocは Fiber Sales & Development Co.製のセルロース系ろ過助剤の商品名

図 5 バガス酸処理物の同時糖化発酵における酵素の比較
Fig.5 Comparison of enzyme on simultaneous sacchariﬁcation and fermentation ofacid treated bagasse〈基質〉 バガス酸処理物〈反応条件〉 同時糖化発酵 , 酵素量 15 FPU/g-DM, pH 4.8, 37℃*1 縦軸はセルロース分からのエタノール収量を表す。これにヘミセルロース分からの収量が加わり原料からのトータルのエタノール収量になる。

16 TSK 技報 2007 no.8

Biomass Ethanol Production Process by Enzymatic Hydrolysis.

および 1000-L規模でのスケールアップテストを予定している。また、前処理、糖化発酵についても諸条件の検討を続けており、最終的には様々な原料に応じた最適なプロセスを選択し、酸加水分解（前処理）、KO11による五炭糖発酵と組み合わせて実用性の高いプ
ロセスを提案していくことを目指している。

3 おわりに最近メディアでバイオエタノールに関する報道を見聞きする機会が多くなった。開発を始めた数年前の環境に比べると本テーマが社会的にここまで認知されてきたことに大きな時代の流れを感じる。緒言でも記したが当面の対応としては糖質、デンプン質の利用が有効であるものの、長期的には食料と競合しない木質系からつくることが燃料用エタノールのあるべき姿だと筆者は考えている。酵素法はその目標に近づくための大きな手段であるが、糖質、デンプ
図6 廃建材酸処理物の同時糖化発酵における粉砕の効果
Fig.6 Effect of milling and reﬁning of acid-treated waste house woodfor simultaneous
sacchariﬁcation and fermentation〈基質〉 酸処理木材，酸処理木材の粉砕物（リファイナー，ボールミル）〈酵素〉 アクレモニウム培養液 , 酵素量 14 FPU/g-DM〈反応条件〉 同時糖化発酵，pH 4.8，37℃*1 縦軸はセルロース分からのエタノール収量を表す。これにヘミセルロース分からの収量が加わり原料からのトータルのエタノール収量になる。

ン質と同等の製造コストにするまでの課題は多く、壁は厚い。廃建材という（逆有償の）特別な原料においてようやく実用的なラインに近づいてきた、という段階である。本格的な普及には、林地残材、稲わら等の（輸送費を加算した）有償の原料においても採算が取れるような、技術改良による製造コストの低減、ならびにバイオマス
利用システム全体の仕組みづくりが必要と考えられる。木質系からつくられるバイオエタノールを利用する社会の実現とそれによる地
球温暖化の抑制に少しでも貢献できるよう、更なる技術開発を進めイナーはパルプ製造で用いられる解繊機で、ミルに比べ動力消費がて行きたいと考えている。

少なく装置が小型にできる利点がある。アクレモニウム培養酵素を最後に、本開発の初期からご協力頂き、現在も大きなご支援を頂用いた同時糖化発酵でのエタノール生産量は発酵時間0 〜 100 hの

いている静岡大学 朴研究室と産業技術総合研究所バイオマス研

領域において、酸処理のみの場合に対して、
リファイナー（パイロッ究センターの研究者の方々に深くお礼申し上げます。また、多くのト規模）で粉砕したものが 1.2倍、
ボールミル（実験室規模）で粉砕

実験と分析を担って頂いた開発パートナーの皆様にも深く感謝致（1 min）したものが 1.6倍であった。リファイナー処理はその後エタします。今後とも宜しくお願い致します。なお、2.2、2.3、2.4項の開発

ノールが漸増したが、糖化時間の短縮も酵素法の大きな要素であるは平成16年度、17年度、18年度環境省地球温暖化対策技術開発事ため、ボールミル方式が有望と考えられた。さらに X線回折による業において実施しました。ご支援に感謝する次第です。

結晶化度の分析によって、ボールミル粉砕ではセルロースの結晶化度が低減していることを確認した。これはミル粉砕による衝撃が非結晶性領域の比率を増やしセルラーゼのアタックを容易にしたことを示唆している。なお、ミル粉砕の場合は粉砕動力が問題になるが、この実験に相当するボールミル粉砕動力を後に専門メーカーのベ
ンチテストで確認したところ、実装置では 0.1 kWh/kg-DM 以下であった。これは電力費 10円 /kWhとしてもエタノール 1L当たり 3〜 5円と適用可能な範囲であると考えられる。

参考文献
1）
越島哲夫 編 : セルロース資源, 学会出版センター, 第2章（1991）

2.5 現在および今後の開発
これまでの開発によって、冒頭で述べた原料 1トン当たりの酵素

2）Yamanobe, T., Mitsuishi Y., Takasaki, Y : Isolation of cellulolytic enzyme
producing microorganism, culture conditions and some properties of the
enzymes, Fermentation Research Institute, Japan, No. 71（1989）

コストは数千円オーダーまで低減されたと判断しているが、実用化

3）特許1572754, 工業技術院長, セルロースの糖化法には更なる低コスト化が必要である。現在、酵素生産については産

4）特開2003-135052, 独立行政法人産業技術総合研究所, 月島機械, セルロース業技術総合研究所バイオマス研究センターと共同で C-1株の更な原料の分解方法
5）Ikeda, Y., Hayashi, H., Okuda, N., Park, E. Y. : Efﬁcient Cellulase Production by

る改良および効率的な誘導生産の開発を、静岡大学と共同で培養条Filamentous Fungus Acremonium cellulolyticus, Biotechnol. Prog., 23, 333-338

件の検討を行っている。今後はここで得られた結果を基にした 50-L

（2007）

TSK 技報 2007 no.8

17

特集

2

下水汚泥燃料化技術の開発
Development of conversion technology from sewage
sludge into bio-fuelAbstract
For measure against fossil fuel depletion and global warming, application of biomass
is regarded as one of the most promising energy resources as biomass is carbon neutral,renewable and furthermore, does not increase CO 2 gas in the atmosphere. Among biomass resources, the stable property of sewage sludge and its uncomplicated estimationof supply can lead to a stable and long-term sewage sludge recycling system. At coalfired power plants, the application of bio-fuel converted from sewage sludge reduces
the amount of coal burned, contributing to prevent global warming.

上田 厚志

Sewage sludge fuel conversion technology can be classified broadly into drying andAtsushi UEDA

carbonization. However, existing technologies could not satisfy the three elements

水環境事業本部
ソリューション技術部
新エネルギーグループ

simultaneously required for fuel derived from sewage sludge: high heating value, lowspontaneous combustibility and low odor. In response, Tsukishima Kikai has developed a low-temperature carbonization technology to convert sewage sludge into biofuel for applications at coal-fired power plants in collaboration with J-POWER Co.,
Ltd. and NGK Water Environmental Systems Co., Ltd. (NWS). Compared to conventional carbonization, the developed technology realized high heating value of bio-fuelwith lower temperature carbonization at 250~350°C, as well as inhibition of spontaneous combustibility and reduction of odor by adding steam into the carbonized reactor
and palletizing dried cake. As a result, value is added to sewage sludge-derived biofuel as an alternative coal fuel.
Also, the features of low-temperature carbonization technology and results of thepilot plant tests in collaboration with the Japan Sewage Works Agency (JS) aredescribed.
キーワード：燃料化、低温炭化、温室効果ガス削減、下水汚泥有効利用、石炭混焼燃料
Keyword：Fuel conversion technology, Lower temperature carbonization, Reduction of greenhouse gas,
Effective utilization of sewage sludge, Substitutable fuel for coal

18 TSK 技報 2007 no.8

（3）循環型社会の構築

1 はじめに石炭代替燃料となる下水汚泥燃料化物は、石炭火力発電所を
近年、化石エネルギー資源の逼迫や枯渇、地球温暖化問題が懸念されるなか、カーボンニュートラルで再生可能なバイオマス資源がはじめ幅広い市場において有効利用することが可能であり、長期・安定的なリサイクルの実現に貢献する。

新しいエネルギー源として注目されている。なかでも、下水汚泥は集積性や性状の安定性が優れ、汚泥から製造した炭化物を石炭火力発電所等で混焼利用することにより、地球温暖化防止に貢献する

2.2 燃料化技術の概要
下水汚泥燃料化物に求められる要素として、「高発熱量」、「低自と共に、長期・安定的に下水汚泥のリサイクルを実現することが可

然発火性」、「低臭気」が挙げられる。表 1に示すように、燃料化技術。
能である1）

としては 乾燥 と 炭化 に大別されるが、前記 3つの要素を同時にこうした背景から、石炭火力発電所に適した下水汚泥燃料化技満足できる既存技術はなかった。乾燥のみによる燃料化は、発熱量術について、石炭火力発電所を有する電源開発、下水汚泥の熱操作は高いが製品の臭気の点で課題が残る。高温炭化方式は、炭化温度技術に精通した当社、NGK水環境システムズの三者にて 2004年度

が 600 〜 800℃と高温のため、炭化物の発熱量が低く石炭代替燃料

より共同開発を行った。また、2006年度からは、当開発技術を下水としては適していない。今回開発した低温炭化技術は、250 〜 350℃

道事業に広く適用するため、日本下水道事業団と共同研究を実施しの低温域で炭化を行うことで炭化物の高発熱量化を図り、造粒及びており、実運用時における安定運用や信頼性等について、2007年度

蒸気添加により自然発火性の抑制及び臭気低減を実現し、石炭代内に評価を終える予定である。

替燃料としての適用性を飛躍的に高めている。低温炭化技術の詳

本稿では、開発技術である低温炭化燃料化システム（以下、低温炭化と言う。
）の特徴を説明するとともに、実証試験の結果について

細については、3章で述べる。
また、高温炭化と低温炭化の中間に当たる 500℃程度の炭化（以あわせて報告する。

。
下、中温炭化という）について、他社の取組が報告されている2）

2 下水汚泥燃料化技術の概要

3 低温炭化技術の概要

2.1 下水汚泥燃料化の意義

3.1 低温炭化とは

社会的要請や地球環境保全の立場から、下水汚泥燃料化の意義

低温炭化とは、従来の高温炭化（炭化温度：600 〜 800℃）と比較

として以下の 3点が挙げられる。

して低温域（炭化温度：250 〜 350℃）で炭化を行うことで、炭化物（1）廃棄物の有効利用の 高発熱量化 を図り、石炭代替燃料としての価値を高めた技術

今まで廃棄物として処分されてきた下水汚泥を石炭代替燃料として利用することで、新しいエネルギーを創出する。
（2）地球温暖化防止である。また、本技術では、低温域炭化の特徴である自然発火性の低さに加え、炭化装置内への蒸気添加と、炭化前段の造粒を併せて行うことで、高発熱量を持った石炭代替燃料としての価値を損なう

下水汚泥燃料化物は、カーボンニュートラルな製品であり、ことなく、低自然発火性を実現している。

温室効果ガス削減に寄与する。

表1 燃料化技術の比較
Table1 Comparative Table of Bio-Fuel Conversion Technologies

TSK 技報 2007 no.8

19

特集 2

下水汚泥燃料化技術の開発

3.2 低温炭化燃料化システム
低温炭化燃料化システムのプロセスフロー例を図1に示す。
脱水汚泥を熱風乾燥機により水分 20％程度まで乾燥する。乾燥品は造粒機で約 φ5 〜 10mm×15mmLに成形した後、250 〜 350℃
で外熱キルン型炭化装置により約 60分間炭化する。この際、本システムの特徴である蒸気添加により、造粒操作とあわせ、自然発火抑制ならびに臭気低減を図っている。炭化装置からの熱分解ガスおよび乾燥機排ガスは再燃装置にて高温処理し無害化する。
システムを構成する乾燥機や炭化装置等の各機器は、下水処理場や産業界で広く一般的に使われている機器の組合せであり、信頼性が高く運転・維持管理なども容易である。

3.3 低温炭化技術の特徴
低温炭化技術は、操作温度が低いことにより、以下のような特徴
図 2 炭化温度と乾燥汚泥に対する燃料組成変化及び発熱量の関係
Fig.2 Relationship between fuel-composition change for dried sludge and heating value
on carbonization temperature.

を有する。
【特徴 1】高付加価値な燃料物
燃料物の基本物性である発熱量は、原料となる脱水汚泥と同等以上となる。また、燃料物として回収できる熱量が多く、燃料利用先により多くの熱量を供給することができ、従来の高温炭化技術と比較して付加価値の高い燃料物を得ることが可能である。

炭化温度と乾燥汚泥に対する燃料物組成変化及び発熱量の関係を図 2に示す。
図 2に示す通り、炭化温度の上昇に伴い可燃分は減少するが、炭【特徴 2】温室効果ガスの削減効果
流動焼却（高温焼却）や高温炭化、中温炭化（500℃程度）と比較

化温度 350℃程度までは燃料物1kg当たりの発熱量はほとんど減少
せず、燃料価値の高い製品が得られる。これは、350℃程度までの温して、N2O発生量を大幅に低減することが可能である。

度域では、可燃分中の酸素の減少率が大きく、発熱量の高い炭素の【特徴 3】燃料物の高い安全性とハンドリング性
燃料物の自然発火性が抑制されており、安全にハンドリングすることができる。

3.3.1 燃料物の品質比率が相対的に高まるためである。
一方、炭化温度が 200℃程度の場合、汚泥特有の臭気が残留し、外観も茶色が強く残り、石炭との乖離が大きくなるため、炭化温度以下に、それぞれの特徴について説明する。

の下限は 250℃とした。
次に、炭化温度と熱量回収率（下式参照）の関係を図 3に示す。
熱量回収率［％］＝図1 プロセスフロー（例）Fig.1 Process ﬂowchart.

20 TSK 技報 2007 no.8

乾燥汚泥1kgから生成される燃料物の保有熱量［MJ/kg−drycake］
×100
炭化処理前の乾燥汚泥1kgの保有熱量［MJ/kg−drycake］

evelopment of conversion technology from sewage sludge into bio-fuel

表 2 各方式における N2O排出量
Table2 Comparison of N2O Emission

図 3 炭化温度と熱量回収率の関係
Fig.3 Relationship between carbonization temperature and heat recovery rate.

図 5 炭化温度と N2O排出量及び窒素 (N)分の排ガス移行率の関係
Fig.5 Relationship between carbonization temperature & N2O emission, and exhaustgas transfer rate of nitrogen.

図 4 各方式における CO2 換算排出量Fig.4 Comparison of greenhouse gas emission.

ここで、保有熱量とは、図 2において、発熱量と燃料組成かけ合わせた数値となる。熱量回収率が大きい程、燃料物の利用先に供給できる熱量が増えるため、利用先での石炭使用量削減効果が大きくなる。また、石炭使用量削減効果が大きい程、温室効果ガスの削減効
果も大きくなる。図 3に示すように、炭化温度 250℃の場合で熱量回
収率は 90%程度、300℃の場合で 80%程度となる。中温炭化と比較
して 2 〜 3倍程度の熱量回収が見込まれ、付加価値の高い燃料物を得ることができる。
3.3.2 温室効果ガスの削減効果
下水汚泥はカーボンニュートラルなバイオマスであり、下水汚泥の燃焼に伴って発生する CO2 は温室効果ガスの発生量としてカウ

図6 温室効果ガス収支
Fig.6 Comparison of greenhouse gas balance.

ントされない。しかし、下水汚泥は窒素を多く含んでおり、燃焼時に発生する N2Oは他の廃棄物と比較して多く、地球温暖化係数が 310

炭化の中でも、炭化温度が低いほど N2O排出量が低減されるの（温室効果が CO2 の 310倍）であることを考慮すると、地球温暖化には、下水汚泥に含まれる窒素（N）分が排ガスへ移行する比率が低い

与える影響は大きい。
炭化と焼却の各処理方式おいて、脱水汚泥 1ton当たりから排出される N2Oを表 2に示す。表 2からわかるように、低温炭化にける
N2O排出量は他の処理方式と比較して大幅に低減される。N2Oを
CO2 換算した排出量では、図 4に示すように、低温炭化の CO2 削減
効果が極めて大きい。

ためと考えられ、図 5に示すように炭化温度と N2O排出量には相関関係が認められる。なお、低温炭化のデータは、熱分解反応がほぼ完結する 60分で炭化したデータである。
次に、実設備（脱水汚泥 100ton/日）を想定した場合の温室効果
ガスの収支について試算した結果を図 6に示す。
原料となる脱水汚泥の保有熱量を全量使用できない炭化技術は、TSK 技報 2007 no.8

21

特集 2

下水汚泥燃料化技術の開発

流動焼却に比べ補助燃料由来の温室効果ガスは増加するが、N2Oの低減効果が大いため、排出量全体としては流動焼却を下回る。一方、温室効果ガス削減量は、低温炭化が圧倒的に多い。これは、3.3.1節で述べたように、低温炭化は燃料として回収できる熱量が多く、燃料利用先で削減できる温室効果ガスの量が大きいためである。
これら温室効果ガスの排出量と削減量の収支をとると、図 6に示すように、流動焼却や中温炭化が排出側になるのに対し、低温炭化では削減側となり、地球温暖化防止に貢献することができる。
3.3.3 燃料物の安全性とハンドリング性
1）燃料物の自然発火性
炭化物の発熱特性試験を行い、得られた発熱特性を用いて輸送及び貯留時の発熱シミュレーションを実施した結果、造粒や蒸気図7 実証実験設備
Fig.7 View of pilot plant.

添加の効果により自然発火性が抑制されることが確認されている。
2）炭化装置内への蒸気添加の効果

表 3 燃料物性状
Table3 Characteristics of Bio-Fuel

炭化装置後部より蒸気を添加することで、燃料物の自然発火性が抑制されると共に燃料物の臭気が低減される。自然発火性が抑制されるのは、燃料物に含まれるアルキル基、メチレン基等の酸化反応を生じやすい物質の揮発が促進されるためと考えられる。また、燃料物の臭気が低減されるのは、炭化装置後段における臭気成分の燃料物への再吸着が防止されるためと考えられる。
3）ハンドリング性
炭化の前段で乾燥汚泥を造粒することで、
粉塵飛散、
及びブリッ
ジ等の不具合が抑制され、ハンドリング性が向上すると共に、炭化物のかさ比重が増加し（0.5 〜 0.7程度）、
輸送効率もアップする。
また、均一な加熱により炭化物性状のばらつきを抑え、空気と接触する炭化物の比表面積が低減することで自然発火性の抑制にもつながる。

表 4 排ガス性状
Table4 Characteristics of Exhaust Gas at Stack

4 実証実験
2006年12月より、低温炭化技術の実証実験を実施した。以下にその概要を報告する。

4.1 試験方法
実験設備（脱水汚泥 3t/日）を当社環境プロセス開発センター内に設置し、実証実験を行った。実証実験設備の外観を図 7に示す。
対象汚泥は、可燃分の含有量が異なる未消化汚泥、消化汚泥とし、炭化物性状や排ガス、排水などの環境影響性、設備の安定性について検討を行った。また、炭化物の安全性を確認するために、炭熱量となった。これは前述したように、可燃分中の酸素の減少率が大

化物の発熱特性試験を行った。

きく、発熱量の高い炭素の比率が相対的に高まるためである。
また、製品率（＝炭化物重量／脱水汚泥重量）は 13%以上であり、4.2 試験結果

高温炭化物（未消化汚泥で 7%程度）と比較して約 2倍以上の製品

4.2.1 燃料物性状量が見込める結果となった。

表 3に、炭化温度 250℃のケースにおける未消化汚泥及び消化汚
泥の燃料物性状を示す。

4.2.2 環境影響性表 4に示すように、規制対象となる排ガス成分は、全て規制値を十分

発熱量は、全ての汚泥において脱水汚泥と同等以上であり、高温に満足できる値であった。特にばいじんに関しては、造粒により炭化装炭化物（未消化汚泥で 15MJ/kg（dry）程度）と比較して約1.4倍の発

置からの粉塵飛散が抑制され、排煙処理塔のみでばいじん濃度を低22 TSK 技報 2007 no.8

evelopment of conversion technology from sewage sludge into bio-fuel

レベルに維持できる。従って、汚泥焼却設備で広く採用されているバグフィルター等の除塵能力の高い集塵機が不要というメリットがある。
また、実験設備からの排水性状は、一般的な汚泥焼却設備とほぼ同等であった。
なお、実証実験期間を通じて、得られた炭化物の性状は安定しており、設備の安定性が確認できた。
4.2.3 燃料物の安全性
炭化温度 250℃の炭化物にて発熱特性試験を行ない、得られた炭化物の発熱特性を用いて輸送及び貯蔵時の発熱シミュレーションを実施した結果、安全に取扱えることを確認した。

5 まとめ
・下水汚泥燃料化技術として、低温炭化燃料化システムを電源開発、
NGK水環境システムズと共同で開発し、脱水汚泥 3ton/日の実証
設備を用いて開発技術の検証を行った。
・得られた燃料物は、脱水汚泥と同等以上の高発熱量を有し、燃料物として回収できる熱量も、脱水汚泥の保有熱量の 80 〜 90%程度となることがわかった。
・本システムから排出される N2Oは、流動焼却や高温炭化、中温炭化と比較して大幅に低減可能であり、地球温暖化防止に貢献できる。
・燃料物は、造粒等の自然発火抑制効果により、安全に取扱えることを確認した。

参考文献
1）椎屋光昭：石炭火力発電所におけるバイオマス燃料の混焼利用について、
再生と利用Vol.29 No.114（2006.12）2）上野知威：下水汚泥炭化燃料の実用化、
環境と地球 NO.17（2006）3）下水道新技術推進機構：炭化システム 技術資料（2004.3）
4）環境省：温室効果ガス排出量算定・報告マニュアル

TSK 技報 2007 no.8

23

特集

3 下水処理場におけるバイオマスのエネルギー利用 − LOTUS Project の成果−
Biomass energy utilization in waste water
treatment plant:Rsults of LOTUS Project
Abstract
For developing technologies in utilizing sewage sludge as a resource and as energy
at sewage treatment plants, LOTUS Project (Lead to Outstanding Technology for Utilization of Sludge Project) was established by the Ministry of Land, Infrastructure
and Transport as a part of SPIRIT 21 in collaboration with Industry-Government-Academia. Tsukishima Kikai has participated in this LOTUS Project since fiscal year
2005, and has developed the technology for “Green-Sludge-Energy Technology (GE)”in cost-down for producing electric power at equivalent or less than commercial electricity price, and this technology received certification in March 2007.

小林 茂
Shigeru KOBAYASHI
水環境事業本部
ソリューション技術部
ソリューショングループ
廃棄物学会

The proposed technology increased production of digestion gas and generated power
below commercial electricity selling price. Biomass (garbage, beverage lees) gatheredoutside the sewage treatment plant and sewage were added to the existing sludge digestion tank where they were simultaneously digested (co-digested). This mixed digestion
increased digestion gas production and generated electric power at less than JP\9.32
per 1kWh, which is below the selling price of electric power.
Continuous digestion tests were conducted for one year from January 2006 to January 2007 and the study showed no adverse effect of simultaneous treatment of sewage
sludge and biomass on the existing wastewater treatment system. Based on significant
increase of digestion gas generation with addition of biomass mixed in the digestion
tank of the same volume, future expectations will be strong for introducing Tsukishima
Kikai’s energy recovery system into the market.

高野 健一

キーワード：下水汚泥、生ごみ、バイオマス、同時処理、LOTUS Project
Keyword：Sewage sludge, Garbage, Biomass, Anaerobic Co-Digestion, LOTUS Project

Kenichi TAKANO
水環境事業本部
大阪技術室

1 はじめにセスが有効な手段と考えられる。バイオマスから消化ガス（メタンを主成分とする発酵ガス）のかたちでエネルギーを回収できるからで地球温暖化防止や資源循環型社会形成の観点から、バイオマスの利活用推進に関する具体的取組みや行動計画をまとめた「バイオマス・ニッポン総合戦略」が 2002年12月に閣議決定されて以来、わある。しかし、現在、消化ガスのおよそ 50％が燃焼廃棄されているといわれ、十分有効利用がされているとはいえない状態である。
LOTUS Projectは、下水道技術開発プロジェクト（SPIRIT21）のが国におけるバイオマス利活用の動きが活発化している。下水道に一環としてはじめられた産官学共同の技術開発プロジェクトであおいても例外ではなく、2005年 9月に国土交通省が発表した「下水る。月島機械は、2005年度から LOTUS Projectに技術提案者として

道ビジョン2100」には、下水道を「資源のみち」として、下水処理場

参画し、技術開発を推進し、2007年 3月に技術認定を取得した。

において積極的にバイオマスを利用する施策が盛り込まれている。
下水処理場におけるバイオマスの有効利用には、嫌気性消化プロ

24 TSK 技報 2007 no.8

本稿では、本プロジェクトにおいて実施した実証実験の成果を中心に、下水処理場におけるバイオマス利活用について述べる。

2 LOTUS Projectについて

3 月島機械の提案技術概要

LOTUS project（以下、本プロジェクト）とは、「下水汚泥資源化・

本提案技術は、下水処理場外からバイオマス（生ごみ、飲料かす

先端技術誘導プロジェクト（Lead to Outstanding Technology forなど）を有償で受け入れ、下水汚泥とともに消化タンクで同時処理

Utilization of Sludge Project : LOTUS Project ）」の略称で、下水処

し、消化ガス発生量を増加させ、売電価格以下のコストで発電する理場における汚泥の資源化・エネルギー利用を課題とした国土交通

ものである。

省主導の技術開発である。開発対象技術は、「廃棄処分するコストよ

ここで、同時処理（または、混合消化）とは、従来下水汚泥のみをりも安いコストで下水汚泥のリサイクルができる技術」と「下水汚泥消化タンクに投入し、処理をしていたところに、新たに下水処理場

等のバイオマスエネルギーを使って、商用電力価格と同等かそれよ

外からバイオマスを受け入れ下水汚泥と共に消化し、消化ガス量をりも安いコストで電気エネルギーを生産できる技術」で、コストダウ増大させる技術である。

ンを最大の目標としていることが特徴である。開発技術毎の開発課
題と目標コストを、表 1に示す。

なお、
本技術の目標発電コストは 9.32円 /kWh以下（高圧 B 、2005
年 10月〜 2006年 9月の全国年間平均電力料金相当）である。図 1に本プロジェクトの開発期間は 2005年度から 2008年度までの最

月島機械の提案技術フローを示す。

大 4年間で、技術提案者はこの間に実証試験を行い、開発技術毎に本システムの特徴（従来システムとの違い）は、次のとおりである。

組織された「技術開発研究委員会」とその上部委員会である「下水① 生ごみを下水処理場外から受け入れ、既設汚泥消化タンクへ

道技術開発プロジェクト（SPIRIT21）委員会」の技術評価を経て、開発を終了する。

投入する② 消化ガス発生量を増加させ、消化ガス発電設備を大型化することによって設備のスケールメリットを得る

表1 LOTUS Projectの開発課題と目標コスト
Table1 Objectives and Target Cost of LOTUS Project

図1 提案技術のフロー
Fig.1 Proposed technology of Tsukishima Kikai for Green-Sludge-Energy Technology

TSK 技報 2007 no.8

25

特集 3

下水処理場におけるバイオマスのエネルギー利用 − LOTUS Project の成果−

③ 生ごみ処理事業の処理費用削減分をシステムの収入と見な
し、発電コストの縮減を図る

4.2 実験方法
4.2.1 連続消化実験の方法

本システムを構成する要素のうち、新規導入の設備は、受入・前連続消化実験は、横浜市南部汚泥資源化センター（以後、横浜）処理設備、消化ガス発電設備で、乾式脱硫は増加ガス量に相当すると猪名川流域下水道原田処理場（以後、原田）の二ヶ所において、分を増設する。

2006年1月〜 2007年1月の期間実施した。
実験は、上記の各処理場で発生する濃縮汚泥と実験用に収集し4 実証試験

た生ごみまたは飲料かすを、実験装置の消化タンクへ投入することで行ない、濃縮汚泥、生ごみ、飲料かす、消化汚泥の性状や消化ガス

4.1 実証試験の目的

発生量などを測定した。

提案技術（図1）における個々の構成要素は稼動実績があり、確立実験に供したバイオマスのうち、生ごみは横浜および原田の両された技術である。しかし、下水処理場にバイオマスを受け入れ、下フィールドで使用し、飲料かすは原田でのみ使用した。なお、飲料か

水汚泥とバイオマスを同時処理するシステムについては実績が少

すには、ラボテストで単位重量当りの消化ガス発生量が多いことがなく、既設の処理場に与える影響を評価する必要がある。

確認されたコーヒーかすを選定した。実験装置の概略フローを図 2

そこで、実証試験ではこの影響調査を目的として、小型消化タンに、写真（横浜の例）を図 3にそれぞれ示す。

クを備えた実証試験設備をフィールドに設置し、下水汚泥のみを投連続消化実験の実験条件を表 2に示す。

入する汚泥単独系と下水汚泥とバイオマスを投入する混合系とを

汚泥単独系は、既設汚泥消化タンクを模擬したもので、消化タン比較評価した。これらの連続消化実験を行ない、同時処理が既設のクにおける滞留日数（以下、HRT）が 20日となる量の濃縮汚泥を投処理場に影響を与えないことを検証した。

入した。一方、混合系1では汚泥重量比 9.6%の生ごみを汚泥単独系に、同様に混合系 2では、汚泥重量比 2.1%のコーヒーかすを汚泥単
独系に、それぞれ投入した。
ここで、実験用消化タンクへの生ごみ投入量は、事業性を考慮し設定したモデルケース（流入水量 42,000m3/日規模、濃縮汚泥量209m3/日）におけるバイオマスの濃縮汚泥に対する投入比率 9.6%から決定した。また、コーヒーかすの投入量は、コーヒーかすには濃縮汚泥や生ごみと比較して単位重量当りの有機物量が多く含まれるため、予備実験で濃縮汚泥との同時処理が安定する投入量を確

図 2 実験装置の概略フロー
Fig.2 Schematic diagram of pilot plant

認し、連続消化実験の投入量を設定した。

図 3 実験装置の外観（横浜）Fig.3 External view of pilot plant (Yokohama)

26 TSK 技報 2007 no.8

Biomass energy utilization in waste water treatment plant:Rsults of LOTUS Project

表 2 実験条件（連続消化実験）
Table2 Experimental Conditions (Continuous Digestion Test)

また、消化タンクへ投入するバイオマスは、異物（ビニール袋など）を除去した後、混合系へ投入する濃縮汚泥の一部と混合し、ミキサー粉砕した。

表 3 投入物の性状
Table3 Characteristics of Sewage Sludge and Biomass

4.2.2 脱水試験の方法
バイオマス投入に伴う脱水特性や返流水質の変化を把握するために脱水試験を行った。脱水試験は、下水道試験法「第 4章一般汚泥試験 第14節 脱水試験」に従い、操作の詳細は「脱水実習（ベルトプレス脱水試験要領）日本下水道事業団」に準じた。なお、本研究における各種分析は、下水道試験法、JISなどに従った。

4.3 結果および考察
4.3.1 連続消化実験の結果
横浜および原田における投入物の性状を表 3に示す（表中の値
は、横浜、原田における夏季、冬季の平均値。以降すべて同じ）。
生ごみおよびコーヒーかすは、濃縮汚泥と比較して TS 、VTS 、
C/N比が高く、また、コーヒーかすは生ごみと比べて粗繊維が高い
ことが特徴といえる。
表 4に連続消化実験で得られた結果を示す。表 4記載の結果は、各データにおける混合系と汚泥単独系の差をバイオマス由来と見なしてそれぞれ算出したものである。
表 4より、生ごみを混合した場合、汚泥単独系の約 2倍の消化ガ
ス発生量が得られ（横浜、原田）、コーヒーかすを混合した場合は、汚泥単独系に比べ約1.5倍の消化ガス発生量が得られた。バイオマ
ス投入により同一容積の消化タンクから大幅な消化ガス発生量の増加が得られることから、消化タンクの高度利用が期待できる。
メタン濃度については、生ごみ混合の場合、汚泥単独系に比べ 0.8〜 2.2%低く、コーヒーかす混合の場合、0.4%低い結果となったが、既設に影響を与えない程度であるといえる。

TSK 技報 2007 no.8

27

特集 3

下水処理場におけるバイオマスのエネルギー利用 − LOTUS Project の成果−

消化率［％］＝

投入有機物量［kg/日］−引抜有機物量［kg/日］
×100
投入有機物量［kg/日］

バイオマス消化率［％］＝

・
・
・
（式1）

投入バイオマス有機物量［kg/日］−（混合系引抜汚泥有機物量［kg/日］−汚泥単独系引抜汚泥有機物量［kg/日］）
投入バイオマス有機物量［kg/日］

×100

・
・
・
（式2）

表 4 連続消化実験の結果
Table4 Result of Continuous Co-Digestion of Sewage Sludge and Biomass

表 5 脱水試験の結果
Table5 Result of Dewatering Performance Test for Digested Sludge

表 6 流入水質および返流水質
Table6 Characteristics of Inﬂuent Quality and Returned Water Quality from
Dewatering Process

28 TSK 技報 2007 no.8

表 7 既設水処理設備に与える影響
Table7 Assessment of Impact on Existing Wastewater Treatment Process

Biomass energy utilization in waste water treatment plant:Rsults of LOTUS Project

また、式1、式 2を用いて VS分解率を算出すると、生ごみの VS分
解率は 74.6〜 83.3％、コーヒーかすの VS分解率は 65.5％となり、汚泥単独に比べ高くなった。生ごみに比べコーヒーかすの VS分解率が低いのは、コーヒーかす中に粗繊維が多く含まれるためと考えられる（表 3）。
なお、実験期間中、タンク内の pHなどに大きな変動はなく、適切な前処理により、良好な運転状況が得られ、バイオマスの消化特性を的確に把握できたといえる。
4.3.2 脱水試験の結果
汚泥単独系と混合系の消化汚泥の脱水汚泥含水率が、同等となる
薬注率を把握した。消化汚泥の性状と脱水試験の結果を表 5に示す。
表 5より、汚泥単独系と比べ混合系の汚泥中 SS濃度が高く、バイオマス投入に伴って脱水汚泥量が増加することが示唆された。脱水
汚泥量の増加率は SSのそれと同等と考えられる。また、混合系の薬注率が高いため、バイオマス投入量あたりの薬品増加量を算出した
ところ、生ごみの場合 1.41［g-薬品 /kg-生ごみ］、コーヒーかすの場
合 4.49［g-薬品 /kg-コーヒーかす］となった。
バイオマス投入に伴う脱水汚泥と薬品使用量の増加が明らかとなったが、本実験によってそれらの影響度を定量的に把握することができた。
4.3.3 既設水処理設備に与える影響評価
表 5に示すように、バイオマス投入に伴い脱水ろ液（返流水）中の図 4 コスト積算の範囲と発電コスト計算式
Fig.4 Range of cost estimate and formula for calculating power cost

T-N 、T-P 、T-BOD 、T-CODMn が増加した。そこで、SSも含めた各項
目毎に返流水負荷の影響度を机上検討した。

表 8 モデル処理場における発電コストの試算結果
Table8 Power Generation Cost Estimation for a Model Plant

表 6に、検討に用いた流入水質と返流水質を示す。水質は下水道
統計（平成16年度）より算出し、流入返流水質はろ液性状より算出した。先述のモデルケースにおける物質収支を反映し、受入・前処理設備導入の前後で既設水処理設備における負荷量の増加率を算出した結果を表 7に示す。
返流水負荷の増加率は、すべての項目において生ごみ混合の場
合で 0.1〜1.5%程度、同様にコーヒーかす混合の場合で 0.02〜 3.7％であった。
脱水ろ液による負荷増加率は概ね 1％であることから、通常の変（予め設定されたパラメータ）
脱水汚泥含水率 80％、生ごみ受入価格 16,000円 /t（SPIRIT21委

動範囲内と判断でき、既設水処理設備に与える影響はごく小さいものと考えられる。

員会設定）
また、各設備の耐用年数は「地方公営企業法施行規則」別表 2号

5 発電コストに準じ、機械15または 20年、電気15年、土木・建築 40年とした。
モデル処理場について、処理水量 42,000〜 200,000m3/日規模の消化ガス転化量など実証実験により得られたパラメータと生ご

処理場毎に、発電コストを試算した結果を、表 8に示す。
表 8より、すべてのケースで目標としたコストの 9.32円 /kWh以

み受入価格など予め設定されたパラメータとを用いて、モデル処理
場における発電コストの試算をした。コスト積算の範囲と発電コス下を達成できることが確認できた。

ト計算式を図 4に示した。
各パラメータの値は、以下のとおりとした。
（実証実験により得られたパラメータ）

6

バイオマス同時処理と消化ガス有効利用設備とのシステム化 1）

生ごみの有機物分解率 79.0％、生ごみの消化ガス転化量 0.772N
ｍ 3/kg-投入 VS 、メタン濃度 59.1％、発電設備の発電効率 36.6％（発電端）

これまで述べてきたとおり月島機械の提案技術によって、既設消化タンクに下水処理場外からバイマスを受け入れ、下水汚泥と同TSK 技報 2007 no.8

29

特集 3

下水処理場におけるバイオマスのエネルギー利用 − LOTUS Project の成果−時処理することで、消化ガス発生量が増加し、商用電力価格以下で消化ガス発電が可能なことが示された。ここでは、バイオマス同時処理と消化ガス有効利用設備とのシステム化について述べる。図 5にシステム化の例を示す。
（1）コージェネレーション設備とのシステム化
食品系の廃棄物など、消化が容易でメタン転化量の大きいバイ
オマスを下水処理場に受け入れ、消化ガス発生量を増大させること
でスケールメリットを出し、コージェネレーション設備の建設費を割安にできる。また、コージェネレーション設備を簡易な屋外型とすることで、さらに建設費を抑えることも可能である。また、回収熱で消化槽を加温することも可能となる。
受け入れるバイオマスが生ごみなど、従来焼却処分されていたものである場合には、焼却設備への負担が減り、処分コストの削減が期待できる。
（2）汚泥乾燥・燃料化設備とのシステム化
汚泥乾燥設備や燃料化設備は、熱的に自立しにくいため、外部から化石燃料の供給を必要とするケースが多い。そこで、バイオマスを受け入れることで増加した消化ガスを利用すれば、従来使用していた化石燃料を大幅に削減し、ランニングコストの低減が可能となる。また、化石燃料使用量を減らせるので、地球温暖化ガスの排出量削減も同時に可能となる。
（3）消化ガス精製設備とのシステム化

図 5 同時処理技術と消化ガス有効利用設備とのシステム化の例
Fig.5 Examples of Systemization for Co-Digestion Process and Effective Utilization
Process of Digestion Gas

消化ガスは、消化槽加温設備、コージェネレーション、汚泥乾燥・燃料化設備などでの利用ができるが、この一部を精製（脱硫後の消化ガスから二酸化炭素を除去し、メタン濃度を高める技術）し、高圧ボンベに充填したものを下水処理場外（地域社会）で利用することも可能である。ボンベに充填されたガスは、温水プール、CNG車（ご参考文献

み収集車など）などで利用できる。地域社会から下水、バイオマスな

1）澤原大道：下水汚泥消化工程からのエネルギー回収、用水と廃水、
第48巻、第10

どを受け入れ、エネルギーを生産し、消化ガスの形で社会に還元するという資源循環の道すじを構築することが可能である。

7 おわりにバイオマスと下水汚泥の同時処理技術について、LOTUS Projectの成果を中心に報告し、消化ガスの増量が可能なこと、また、既存の水処理設備への影響がほとんどないことなどを述べた。
従来から下水処理場には、「衛生的で快適な生活環境の確保」、「浸水防止」、「公共用水域の水質保全」の三つの大きな役割があったが、これからは資源循環の拠点という新たな役割が加わることになる。このとき、バイオマスの同時処理技術は、各種の消化ガス有効利用設備とのシステム化によって、下水処理場における資源循環を実現する主要な一手段になると予想される。

30 TSK 技報 2007 no.8

号、
pp93-97（2006）
2）小林茂：下水汚泥と生ごみの同時消化に関する研究、
第44回下水道研究発表会
講演論文集、
pp112-114（2007）

設備紹介

コンテナハンドリングシステム
Container handling system
1 はじめに「コンテナハンドリングシステム」とは、主に粉体の原料や製品の各工程（ハンドリング）で移動容器（コンテナ）を使用して製造する設備（システム）である。粉体処理設備では貯蔵、計量、混合、粉砕、充填が要素設備であり、これらの各設備間を搬送するコンベア、空送装置、シュート等の搬送設備が存在している。
従来 月島機械ではこの搬送設備にコンテナを使用するシステ
ムを FA化設備や多品種少量生産設備の一部として採用して来た

久保 弘明

実績がある。本稿で紹介する「コンテナハンドリングシステム」は、Hiroaki KUBO

各設備間の搬送において単にコンテナを使用するだけでなく、密閉産業事業本部
プラント計画部
産業プラントグループ

コンテナが同化するシステムとなっている。

Abstract

異物混入防止、コンタミ防止等による安心、安全を求める設備の向性の高いコンテナを使用して、場合によっては各要素設備の一部に
近年 製品品質における意識が高まり、粉体プロセスにおいてもThe container handling system is the equipment which uses a
movement container for in each process of mostly the powdered

上が盛んになっている。このニーズに応える設備として月島機械の「コンテナハンドリングシステム」を挙げて紹介する。

raw material and the product.
The powder plant has each device of storage, measurement,

2 設備概要mixing and filling and powder carrying device.
This equipment uses a container for the powder carrier

2.1 コンテナハンドリングシステムの概要

between each device, and the container can be a part of device.

コンテナハンドリングシステムは、原料の貯蔵、計量、混合、充填

Recently, a producer demands the equipment to be the easyのハンドリングをコンテナで行い、生産ロットをコンテナ単位で管and safety for the powder process by the needs of the improve-

理する。これは、従来の粉体プラントが垂直に設備を配置し上部か

ment of quality.

ら下部へ連続的に或いはバッチ連続に流れて行くのに対し、コンテ

This sentence introduces TSK container handling system as

ナハンドリングシステムは、各設備を水平的に配置し、この間をコンテナが移動する粉体パイプレスシステムであり、完全バッチ生産

an equipment which meets the needs of those.
キーワード：コンテナ、異物混入防止、計量容器
Keyword：Container, Prevention of foreign substance mixing, Measurement container

で行われる。
一般的なコンテナハンドリングシステムのブロックフローを図1に示す。

図1 コンテナハンド リング システムブロックフロー
Fig.1 Flowchart of container handling system

TSK 技報 2007 no.8

31

設備紹介

コンテナハンドリングシステム① 荷受された袋詰め等の粉体原料を原料自動倉庫に保管⑤ 省力化と作業ミス防止が可能② 袋詰め原料を自動開袋機にて開封しコンテナへ投入

洗浄箇所が最小限に出来るため省力化が図れると供にコンテ③ 粉体原料入りコンテナをコンテナ自動倉庫へ搬送

ナの管理を IT化する事で原料投入ミスや計量ミスを防止す④ コンテナ自動倉庫に保管の原料入りコンテナを計量工程へ出庫⑤ 原料入りコンテナから製品コンテナへ自動計量にて供給ることが可能となる。
⑥ 製造管理が容易⑥ 多品種供給済み製品コンテナをコンテナ混合機にて混合コンテナ管理を自動倉庫化し、IT化する事で製造履歴管理が⑦ 混合済み製品コンテナを充填工程へ搬送

行え、製品のトレサビリティーを容易にすることが出来る。

⑧ 製品コンテナから計量しながら切り出して充填し、
製品包装
工程へ

⑦ 製造エリア区分が容易
コンテナが各設備間を移動する構造となるため、各製造エリ⑨ 充填完了後の空コンテナをコンテナ洗浄機にて自動洗浄し洗浄済み空コンテナを自動倉庫に保管以上の様な流れでコンテナが移送されて製品が製造される。

アの独立化が容易に行える。製造エリアによる環境グレード
変化に最小エリアで対応可能なため、空調設備等の費用を押さえることが可能となる。

これらを具体的に工場設備化すると図 2のイメージとなる。

3 設備の詳細
月島機械では、コンテナハンドリングシステムの特性を生かし、独自開発の装置を有している。

3.1 計量コンテナと排出装置
月島機械のコンテナは、図 3に示す様にコンテナの排出バルブ開
閉をコンテナ上部より行う方式となっている。
コンテナ天井中央部にバルブシャフトが貫通し、このシャフトを昇降する事によりコンテナ下部のバルブが同時に昇降し内部粉体の排出・密閉を行う構造となっている。これにより、排出バルブ開閉装置をコンテナ上部に独立して設置出来る。
図 2 工場設備図
Fig.2 Example of the plant

このコンテナ（以下計量コンテナ）の独自性として以下の特徴が挙げられる。

2.2 コンテナハンドリングシステムの特徴
粉体のハンドリングにコンテナを使用する事で従来の粉体プロセスと比較して以下の特徴が有る。
① 異物混入防止とコンタミ防止の効果大
粉体の出し入れが最小限で且つ密閉性が高いため異物混入防止が図れ、同一容器内でのハンドリングのため容器間の投入排出がなくコンタミの原因となる残留物の混入防止が図れる。
② 良好な作業環境を維持
原料粉体を密閉性の高いコンテナ容器でハンドリングするため、空気中への暴露が最小限にとどめられる。このため発塵防止が容易に出来る。
③ 高品質管理が可能
コンテナの洗浄を全自動化することにより所定の条件での洗浄が常に行われるとともに、これらのデータ管理が可能である。結果 コンテナの初期状態が定量的に保て製品の安全性を図ることが出来る。
④ 多品種混在での同時生産が可能
製造単位がコンテナ単位で行われ、且つ各工程は別々の場所で行うことが可能なため多品種を同時に生産することが可能となる。

32 TSK 技報 2007 no.8

図 3 計量コンテナ
Fig.3 Weighing container

Container handling system① 排出シュート部の洗浄が容易
排出バルブの開閉装置が排出シュート部にないため排出シュートは単純な構造とすることが可能である。これにより品種替え
時のコンタミを容易に防止出来、洗浄時の手間も低減できる。
② 排出シュート部なしの分割コンテナ
計量コンテナの機能をそのままに脚部を 2段に分割した分割コンテナ（図 4）を使用すると、コンテナから直接投入が可能でシュートレスで洗浄の必要がない仕様とすることが可能となる。
③ 排出時の流量設定が容易
計量コンテナは、バルブ開閉機構をコンテナ上部に設置するためコンテナの排出バルブ口径を自由に設定できる。
粉体の特性や排出流量にて小口径から大口径まで選定可能である。
④ 排出装置による精密切り出しが可能
コンテナ上部に設置される排出装置（図 5）を使用する事でバルブ開閉を精密に素早く制御することが可能である。この機械的特徴とバルブ位置制御ソフトにより、単なる排出機能だけでなく、計量充填装置として使用することが出来る。

図 4 分割コンテナ
Fig.4 Divider container

表1 計量実績例
Table1 Reference list of measuring weight

3.2 計量コンテナの仕様
計量コンテナの標準仕様として下記の機種を有している。
1）容量と寸法

表 2 寸法表
Table2 Size list

図 5 排出装置
Fig.5 Discharge station

TSK 技報 2007 no.8

33

設備紹介

コンテナハンドリングシステム

3.3 コンテナブレンダー2）バルブシール構造
バルブシールは 2タイプを有しており、特性により使い分けている。
垂直シール方式

月島機械コンテナブレンダーは省スペース、高効率をコンセプトに開発したコンテナ用混合機で粒子状の粉体やかみこみを嫌う粉体向けテーパーシール方式

下記の特徴を有している。
■ コンテナ回転軸が片持ち微粒子向けでコンテナ回転軸を片持ちとしたことによりブレンダー本体の高シールタイプ

設置スペースを低減すると共にコンテナ搬入方向が 2方向からアクセス出来る構造となっている。
■ チョッパー機能付き
従来のコンテナ回転に加えチョッパー機能を追加し、従来のコンテナ混合では完全混合出来ないものへの適合や短時間での混合が可能となった。

図6 バルブシール
Fig.6 Drawing of valve seal

3）標準バルブ口径と排出量
表 3 バルブ口径と排出時間
Table3 Valve Bore and Discharge Time

図7 コンテナブレンダー概要
Fig.7 Drawing of container blender

図 8 混合解析
Fig.8 Mixing analysis

34 TSK 技報 2007 no.8

Container handling system

図 9 混合サンプル
Fig.9 Mixed sample

4 納入実績

5 おわりに

月島機械のコンテナハンドリングシステム納入実績を表 4に示す。
表 4 納入実績
Table4 Reference List

本稿で紹介した月島機械コンテナハンドリングシステムは、医薬、食品、ファインケミカルにおける異物混入防止や多品種フレキ
シブル生産に対応する設備として今後ますます注目される設備であり、また粉体だけでなく液体向けにも本設備の特徴を生かした設備を開発している。今後も客先ニーズに応えるべく改良・改善を進め、引き続き拡販活動をして行く所存である。

参考文献
1）庄司 秀雄：新しい発想から生まれたコンテナホッパー、
化学装置（2003年9月号
別冊）pp.109-112

月島機械では研究所に図 10のコンテナテストシステムを有しており各種粉体の計量切り出し、コンテナ混合、コンテナ洗浄の各テストに対応することが可能となっている。

図10 テスト機
Fig.10 Photo of test machine

TSK 技報 2007 no.8

35

ティーブレイク

最も身近な省エネルギー対策
映画「不都合な真実」をご覧になった方も、ご覧にならなかった方も、昨今の話題の一つに地球温暖化対策があることはご存じでしょう。地球温暖化対策は、早急に解決しなければならない課題であるのと同時に、またとないビジネスチャンスでもあります。
月島機械も、このチャンスをとらえるべく、省エネ・創エネ技術提案を行っています。
そんな月島機械社員の私（男）が、今回はもっとも身近な「我が家の省エネルギー対策」
についてお話しいたします。

月島機械に入社して初めて千葉に移り住んだ私

知人からも薦められ、当時盛んにテレビＣＭなど流していたA社のは、行徳の独身寮を経て結婚を機に千葉県内に

太陽熱温水器を取り付けました。やはり、 お天道様次第 ですから、家を建てました。その時には夫婦だけでしたので、お天気の悪いときや寒い時期はあまり有効ではありません。また、後エアコンはリビングだけ、冷蔵庫は1台、風呂、調理はプロパンガスでした。家族が増えるにつれて状況も変わってきます。まず、エアコンの台数が増えました。
（２階の寝室に増設したのを初めとして、最終的には５台となりました。）

付けだったこともあり、プロパンボイラーの2次側にお湯を接続した
ため、お湯がぬるくなってくるとボイラーに切り替えなくてはなりませんでした。
（1次側であれば、ぬるくてもガス使用量の削減になったはずです。）
さらに細かい点では、ボイラーは浴室の直近にあったのですが、太陽熱温水器は2階建て家屋の屋根に設置していましたので、蛇口にお湯が来るまでしばらくかかるといった点も家族に不評でした。結局、冬でも気合

12いで使い続けたのは私だけで、

SO LA R

家族はあまり使わなくなり、外壁の塗り直しのタイミングで撤去されてしまいました。

風呂の防カビ対策として夜間換気扇を回していたものを、窓を少しだけ開けてロックすることで換気扇を回さずに済むようにするのが目的で、窓ロックを使用しました。大抵は一3

番最後に入浴するのが私なので、私が窓ロックをセットしておくのですが、一番風呂が祖
父（私の父）となり、窓の開閉が大変となった（我が家の浴室の窓は、浴槽越しに手を伸ばさないと届かない配置になっています）ため、あえなく使われなくなりました。

4

シャワーヘッドを節水型にした理由は、私の家族構成にあります。私の家族は、祖父（私の父）、私（男）、私の妻、娘３人となっており、圧倒的に女性が多い構成となっています。私などは髪も短く、シャンプーもさっと洗ってさっと流せば終わりですが、女性の場合はそうもいきません。娘達を見ていても、シャンプーだけではなくコンディショナーなど使って２回は流さないとトイレの節水おもりは、水洗タンク内のいけませんし、しかも髪が多くて私のように短時間では終わりません。これ

ゴム弁におもりを載せるだけの簡単な方を毎日４人でシャワーを出しっぱなしでやっていたのですから、水道料金も法です。レバーをひねっている間だけ水が非常に多額となっていました。今は、節水型のヘッドにしたのと、シャワー流れます。ただ、子供がまだ小さくて、十分栓を少しだけ絞った（家族には内緒）効果で、いくらか水道使用量も少なく確認しないまま手を離してしまうということなったのではと思います。ただし、「熱いシャワーを思い切り浴びるのが好き！」がありました。
（食事中の方、
すみません。）という妻には相当不満のようです。

36 TSK 技報 2007 no.8

5電球が切れたり暗くなったりしてくると、省エネ型電球に切り替えるようにしています。最近では国を挙げて省エネ型電球への切り替えをPRしています。
最近のものはどうかわかりませんが、我が家のものは点けてもしばらくたたないと明るくならないというもので、初期の評判はあまり芳しくありませんでした。

6

近所に配達に来ていた複数のプロパンガス業者同士えるものは極力夜間に運転するようにしてトータルの電気が争いを始めたのをきっかけにして、
オール電化を導入し代を安くするのが目的です。当然、エコキュートも夜間にました。基本電力契約を電化上手とし、夜間電気代を下運転します。ところが、我が家の電気料金の内訳を見ると、げて極力夜間に電気を使うようにしました。
（厳密に言う朝晩の使用量が１日のうちで最も多いことがわかりました。

とオール電化自体は省エネにはならないのですが、夜間原因は次のとおりです。

の余裕のある時間帯に電気を使うということおよびエコキュー

・妻はパート勤めで日中家にいないため、掃除等は出かけ

トのような効率の高い給湯器を使うことから、環境に優しる前に行っている。

いのではないかということで紹介します。）

・我が家の洗濯機は古くて容量も小さいため、６人家族

宣伝文句では大幅な費用削減となっていましたが、導入の洗濯物も夜間の１度では終わらない。

後思ったほど光熱費が下がったという実感はありませんで・同じく食器も食器洗い乾燥機に一度にはセットできない。

した。電化上手というのは、次の図のように、夜間電気代

よって、タイマーでの夜間運転はできない。

を安くする代わりに昼間電気代を高くするというもので、・子供達も家にいて電気を使うのは朝晩の時間帯である。

電気炊飯器、洗濯機、食器洗い乾燥機等タイマーの使

すなわち、オール電化にして諸々の割引を使っていても、朝晩の時間帯の電力使用量を下げない

電化キッチン等
20.30円/kWh

23：00

電気温水器等ことにはどうしようもない、ということです。

7.00円/kWh

ライフスタイルから言って、それらを夜間にずらすことは不可能ですので、更なる省エ

朝晩

夜間
朝晩

17：00

ネ型家電の導入を画策しています。
（ところが、冷蔵庫も洗濯機も10年以上壊れず

7：00に活躍しているのは、
さすが日本製といっ

昼間
10：00
夏季 30.05円/kWh
エコキュートイメージ

掃除、洗濯たところでしょうか。）

20.30円/kWh

その他季 25.20円/kWh

お ま け
この原稿を書いている最中に、Ｓ社の代理店から住宅用太陽電池のセールスがありました。キャンペーンで特別奉仕中とのことでしたので、どんな勝負に出るのか？とちょっとだけ期待しましたが、「電気代は現在の半分になります。太陽電池
パネルの設置費用は15年ローンで月々２万円です。」という回答に、丁重にお引き取りいただきました。

結論
身近な省エネは、家族みんなの協力が不可欠。お父さんが新しいものに飛びついても簡単にはいかない。

（研究開発部 開発企画グループ グループリーダー 三井 美典）

TSK 技報 2007 no.8

37

製品紹介

木質バイオマスからのガス化反応を利用した
電気・熱併給システム
日本初の商用設備が秩父市で稼動開始！

Gasification Process Applied to CHP(Combined Heat & Power) System of Woody Biomass
First commercial plant in Japan has started to operate in Chichibu city!

Abstract
The Kyoto Protocol became effective in February 2005, and Japan took on responsibility for
reducing the greenhouse gas emission by 6% based on the record in 1990, as a target to be achieved
between 2008 and 2012. Although the target of 3.9% out of 6% reduction had been expected bypromoting forest growth, insufficient forest management has left the forest unhealthy. Thinning offorests is insufficient and unmarketable thinned wood is abandoned in the forests due to the highcost of collecting and transporting woody biomass. Therefore, the urgent needs are to return forest
functions to normal so that forests can absorb CO2 for its balance, and to establish methods for
applying unused woody biomass for beneficial use.

遠藤 雅樹
Masaki ENDO
水環境事業本部
ソリューション技術部
新エネルギーグループ
日本エネルギー学会

Tsukishima Kikai has focused on a small-scale gasification system with high-power generating
efficiency for collecting and transporting unused woody biomass that is present “thinly in wide
areas.” For rapidly spreading the gasification system in Japan, TSK has adopted the gasification
system of Biomass CHP Ltd. of Northern Ireland. Demonstration tests are being conducted jointlywith New Energy Development Organization (NEDO) at Kuzumaki town in Iwate prefecture. Consequently, TSK has received an order for the CHP system of woody biomass (115 kW power
generation, 963 MJ/hr heat recovery), which is the first commercial plant of Chichibu city. The
characteristics, merits, operating data and prospects of this facility are described.
キーワード：木質バイオマス、ガス化、発電、ダウンドラフト、ガスエンジン
Keyword：Woody Biomass, Gasiﬁcation, Power Generation, Down-draft, Gas Engine

1 はじめに2005年 2月に発効された京都議定書では、二酸化炭素等の 6種

施・促進による森林保護が必要であり、間伐を促進するためにも森
林資源（木質バイオマス）の有効利用技術が望まれている。また、日本国内に存在する木質バイオマスは山間部に広く薄く分布するた類の温室効果ガスについて排出削減義務等が定められており、先進

め、一箇所への大規模な収集・運搬・処理が困難なため、小規模地域

国全体では 5.2%削減が義務付けられている。そして、日本は 2008

自立型のシステム構築が必要となる。

〜 2012年を目標期間とし、1990年を基準年として温室効果ガスを

このような背景をうけて、月島機械でも小規模なガス化熱電併給

二酸化炭素換算で 6%削減することを約束している。そのうち 3.9%技術に着目し、2004年 7月に北アイルランドの Exus energy社（現は「管理された森林による吸収」に頼ることになっているが、現在のBiomass CHP社）より技術導入を行い、同年11月から NEDO技術

森林は間伐作業が十分に施されていないため老齢化が進み、CO2 吸開発機構と岩手県葛巻町にて共同実証試験事業を開始した。

収源として十分に機能していない状況にある。
健全な森林を育成し、温室効果ガスを削減するためには、間伐実

38 TSK 技報 2007 no.8

葛巻実証試験設備において、設備基礎特性把握のための様々な実証試験や設備長期安定性の確認を実施し、技術を確立していくと同時に、営業・技術が一体となって販売活動を行った結果、2006年 3月に埼玉県秩父市殿から本設備一号機を受注することができた。し2 設備概要かも、本受注は、未利用の木質バイオマスを用いたガス化熱電併給

2.1 設備仕様システムとしては国内初の商用設備となる。

本設備の仕様を表1に示す。

本設備は、秩父市内の吉田元気村というレクリエーション施設内に建設し、2007年 4月より『ちちぶバイオマス元気村発電所』という表1 木質バイオマスガス化熱電併給設備仕様
Table1 Speciﬁcation of CHP System at Chichibu

名称で本格稼働を開始している。その設備全景を図1に示す。

2.2 設備フロー
本設備の概略フローシートを図 2に、また、各機器の役割を以下に示す。

図1 秩父市殿向け木質バイオマスガス化発電・熱併給設備全景
Fig.1 External view of Chichibu CHP facility

図 2 木質バイオマスガス化熱電併給設備概略フローシート
Fig.2 Schematic ﬂow of CHP system

TSK 技報 2007 no.8

39

製品紹介 1

木質バイオマスからのガス化反応を利用した電気・熱併給システム 日本初の商用設備が秩父市で稼動開始！

1）原料供給原料供給系統はストックヤード、クレーン及び乾燥機より構成される。その外観を図 3に示す。原料はクレーンにて乾燥機に自動供給される。乾燥用熱源は後述するガス冷却器、ガスエンジン
水冷ジャケットおよび排ガス用熱交換器からの廃熱を回収・利用する。
原料は所定の水分まで乾燥した後、ガス化炉へ供給する。
（2）ガス化炉
ガス化炉は発生ガス中のタール濃度を極力低く押さえることができるダウンドラフト式ガス化炉を採用している。ガス化炉
では、空気を酸化剤として原料を部分燃焼し、その熱で残りの原料を熱分解・ガス化させることで、水素と一酸化炭素を主成分とするタール分の少ない可燃性ガスを取り出す。ガス化炉の外観を図 4に示す。
（3）発生ガス処理
ガス化炉から発生した可燃性ガスは、ガスクリーナー及びガ

図 3 原料ヤードとクレーン
Fig.3 Stockyard and crane

ス冷却器にて除塵・冷却した後、燃料としてガスエンジンへ供給される。ガスエンジンの外観を図 5に示す。
（4）コジェネレーション設備
コジェネレーション設備は、発電設備および熱回収設備から構成される。
発電設備では、ガスエンジンの駆動により発電機を回転させ、電気エネルギーを取り出し、本プラントに必要な電力を除いた分を電力需要施設（宿泊施設や体育館等）へ供給し、余剰電力はRPS法の認定を受けて電力会社へ売電している。
また、熱回収設備は前述した三箇所にて熱を回収し、一部を乾燥機用熱源として利用し、残りを温水として熱需要施設（足湯や入浴施設）へ供給している。
（5）木炭排出設備
木質バイオマス原料は、ガス化されると木炭となり、ガス化炉下部およびガスクリーナー下部より系外に排出される。不純物を含まない原料を使用しているため、排出された木炭は土壌改

図 4 ガス化炉外観
Fig.4 External view of gasiﬁer

良材や堆肥副資材等として有効利用されている。その発生量は原料量に対して約 2 〜 3%程度である。その他の副産物としてはタールが 1日12時間運転で約1 〜 2kg程度発生するが、この有効利用方法については現在検討中である。

2.3 本設備の特徴
本設備は、表 2に示す特徴を有しており、シンプルなプロセスでありながらも効率良くエネルギー回収が行え、さらにはエネルギー
供給先の需要量にあわせて設備の運転・停止を行え、地産地消を目指した小規模に最適なシステムとなっている。

図 5 ガスエンジン外観
Fig.5 External view of gas engine

40 TSK 技報 2007 no.8

Gasification Process Applied to CHP(Combined Heat & Power) System of Woody Biomass
First commercial plant in Japan has started to operate in Chichibu city!

3 運転データ

表 2 木質バイオマスガス化熱電併給設備の特長
Table2 Merits of CHP System

本設備は 2007年 4月1日より本格稼動を開始した。
その稼動状況および運転データの一例をそれぞれ表 3および表 4に示すが、多数の見学者を受入ながら、予定通り運転を実施できている。また、設備性能についても初期計画値を満足できており、効率的な運転を継続できている。

4 将来の展望設備を納入した秩父市は、市域の 87%が森林で覆われており、この森林から流れ出る清涼な水は荒川となり流域を潤している。しかし、恵まれた自然環境にありながら、地域経済停滞、少子高齢化、人口減少、森林荒廃等の課題を抱えている。このような状況は決して

表 3 木質バイオマスガス化熱電併給設備の稼働状況
Table3 Operating Condition of CHP System at Chichibu

秩父市に限定されたことではなく、日本全国の地方自治体における共通の問題と考えられる。
秩父市が本ガス化熱電併給システムを導入した目的は、森林再生
による環境保全および経済性向上だけにはとどまらず、新事業と雇用の創出による地域の活性化、森林ボランティアの育成、環境学習・
宿泊体験場の提供、観光資源との連携や視察・研究会の受入による誘客など多岐に渡っている。そして、最終的には地域にある人や資源を活用し、地域全体で循環型社会を形成していくことを目指しており、今後、
このような事業が全国各地へ波及していくことが望まれる。

5 おわりに本技術は、技術導入から実証試験を経て一号機受注まで月島機

表 4 木質バイオマスガス化熱電併給設備の運転データ
Table4 Operating Data of CHP System at Chichibu

械の中でも異例の早さで業務が進んできた。実用設備として運用する際には、原料を安価に収集・運搬する仕組みを整える必要がある
等の技術的な面以外で克服すべき課題がある。また、月島機械としても、経済性を向上させるために建設費や維持管理費の削減努力が必要と認識しているが、一号機を秩父市殿に引き渡し、概ね順調に運転が継続されているのを見ると、「ようやく一山越えた」という気持ちである。
秩父市が主催した竣工式は市長参加のもと、盛大に取り行われた。また、試運転期間中からも連日のように視察者が訪れて来て、社内からも世間からも注目され、必要とされている技術であるという
誇りとプレッシャーを否が応でも感じさせてくれる設備である。
最後に、技術導入から一号機完成・引渡まで数年に渡り、直接的・間接的に本技術に係わった全ての方々に、本書を借りて謝辞を申し上げたい。

TSK 技報 2007 no.8

41

製品紹介

大型
（4500 型）
月島
−密閉型水平ベルトフィルタ
Type 4500 TSK—Closed Type Horizontal Belt Filter

1はじめに
月島−水平ベルトフィルタは、トップフィード型のろ過機で従来の同種のろ過機にはない種々の利点を備えているが、洗浄性の高さが最大の特徴である。
作動原理は非常に単純で、トレイの前進時はトレイに真空がかけられ、ろ布に吸引されろ過が行われる。一定ストローク前進後、真空は大気に切り換えられ、トレイはエアーシリンダーにより後退する。
このトレイの前進後退の繰り返しによりろ過が行われる。この間、

岩崎 修二

高木 浩伸

ろ布は一定速度で前進しているので、原液供給、ケーキ洗浄およびShuji IWASAKI

Hironobu TAKAGI

ケーキ排出は連続的に行われる。

産業事業本部
機器設計部
ろ過グループ

産業事業本部
機器設計部
乾燥グループ

これまで月島−水平ベルトフィルタは 230台以上の実績があり、数多くの工業分野で用いられている。
本稿では、月島−水平ベルトフィルタおよび新規開発した大型（4500型）月島−密閉型水平ベルトフィルタについて紹介する。

Abstract
Type 4500 TSK Closed-Type Horizontal Belt filter is a newly
developed, large-scale, top-feed filter with important feature ofhigh washing performance.

2 月島−水平ベルトフィルタ
4500型月島−密閉型水平ベルトフィルタを紹介する前に、そのベースとなる標準タイプの月島−水平ベルトフィルタの特徴、構造
及び機能を説明する。

The operating principle of the filter is very simple. The tray
and filter cloth move at the same speed. Vacuum is applied to

2.1特徴

the tray as it moves forward, and after the end of its forward（1）ドラムフィルタなどではピックアップが不可能な物質でもろ過movement, vacuum filtering is changed to non-vacuum filter-

することができる。

ing by opening the air vent valve, and the tray is retracted by（2）連続処理ができる。

the tray drive cylinder. During this time, forward and retracting（3）水平状態でろ過するため、ケーキ洗浄が効果的に行える。

movements of the tray are repeated for the filtering process, so（4）多段洗浄および向流洗浄が可能である。

slurry feeding, cake washing and cake discharge are performed（5）水平連続ろ過中に種々の装置が付加できる。

continuously.

・振動装置により脱水率を高める。
・リパルプ装置によりケーキ洗浄効果を高める。

Up to now, TSK has installed over 230 TSK Horizontal Belt
Filters, with many application in the industrial fields. This
paper describes TSK Horizontal Belt Filter, and introduces the
newly developed large-scale Type 4500 TSK-Closed Type Hori-

・高圧圧搾ロールにより脱水率を高める。
・スプレー式、トラフ式等、種々の洗浄装置によりケーキ洗浄効
果を高める。
（6）さらに月島−密閉型水平ベルトフィルタは密閉ケーシング内にzontal Belt Filter.

水平ベルトフィルタを納めることができ、溶剤、毒性または危険キーワード：ろ過機、水平、連続、密閉型
Keyword：ﬁlter, horizontal, closed type

またサニタリー性等が要求されるプロセスにも適用できる。

42 TSK 技報 2007 no.8

な物性を有するスラリーのろ過を窒素ガス雰囲気内で行える。

図1 月島−水平ベルトフィルタ作動原理
Fig.1 Operating principles of TSK Horizontal Belt Filter(Tray moving forwards)

図 2 月島−水平ベルトフィルタ作動原理（トレイ後退）
Fig.2 Operating principles of TSK Horizontal Belt Filter(Tray retracting)

TSK 技報 2007 no.8

43

製品紹介 2大型（4500 型）月島−密閉型水平ベルトフィルタ

2.2 各部の構造と機能たように真空弁を開、ベント弁を閉にすることでトレイに真空が（1）ろ布およびろ布駆動装置

かかり、真空弁を閉、ベント弁を開に切り換えることでトレイのろ布は主にポリプロピレンおよびポリエステル材の織り布が使用され、ドライブロールおよびリターンロールにベルトコンベ
ヤ状に巻き付けられ連続走行する。

真空が解除される。
（6）スクレッパー装置
洗浄脱水されたケーキはスクレッパー装置にて排出される。

ドライブロールにマウントされた可変速減速機により、処理

スクレッパー装置は処理物質に応じてブレード方式、ワイヤー物に応じたろ布スピードを約 0.2m/minから 5m/minに任意に設

ディスチャージ方式などのバリエーションの中から処理物質に定できる。
（2）原液供給装置

応じて選択できる。
（7）ろ布洗浄装置

月島−水平ベルトフィルタはトップフィード型ろ過機であり、ろ布は、ろ布洗浄装置内を通過する間にスプレーノズルにて洗原液スラリーは原液供給ノズルから原液分散板に送られ、水平浄される。ろ布の目詰まりし易い処理物質には薬液洗浄装置、高のろ布上に均一にフィードされる。
（3）ケーキ洗浄装置
原液供給装置にて水平のろ布上に均一にフィードされたスラリーは脱液後、ケーキ洗浄装置にて均一に洗浄され、洗浄ムラのない高品質の製品を得ることができる。洗浄装置は物性および圧スプレー洗浄装置等のオプションを付加することができる。
（8）ろ布緊張装置
エアーシリンダーによりろ布に張力を与え、ろ布のたるみを無くし常に一定の張りを保つことができる。
（9）ろ布蛇行修正装置

洗浄液によってトラフ式、スプレー式などのバリエーションの中ろ布蛇行修正装置にはクロスガイダー方式、またはアライニ

から処理物質に応じて選択でき、場合によっては異形式の組み

ングロール方式を使用し、ろ布の蛇行修正を自動で行い常に安合わせも可能である。

定したろ布走行を得ることができる。

（4）
トレイおよびトレイ駆動装置
トレイはろ布の下部に設置されている。
トレイ内には樹脂またはステンレス製グリットを置き、ろ過室を形成している。ろ過幅

大型（4500型）
3 月島−密閉型水平ベルトフィルタ

は 150mmから 4500mmまで、ろ過部長さは最長 23.8m（ろ過面積 71.4m2）の実績がある。
トレイはろ過時に真空がかけられ、ろ布に吸引され排出側にこれまで月島−密閉型水平ベルトフ ィ ルタの最大ろ過幅は3000mmであったが、昨年 BPA（ビスフェノール A）プラント用に開前進する。この間ろ布上の処理物はろ布を通してトレイ内にろ発納入したろ過幅 4500mmの 4500型月島−密閉型水平ベルトフィ

液として吸引される。トレイは一定のストロークまで前進した

ルタについて以下に紹介する。

後、真空が解除され瞬時に原液供給側に後退する。
トレイの後退はエアーシリンダーにて行う。
トレイの下には車輪が設置してあり、レールの上を移動する。この、動作を繰り返すことによって連続ろ過が行われる。
また、トレイ内は長手方向に 700mmピッチで仕切られており、
母ろ液、洗浄ろ液を分離することができ、多段洗浄および向流洗3.1 経緯1991年に国内の石油化学メーカーに BPAプラントを当社にて納入した。その中には主力機器として自社機器である DP晶出機、EW
分離機、トレイフィルタと共に、優れた洗浄性を評価され 3000型月島−密閉型水平ベルトフィルタが採用された。

浄が可能である。向流洗浄は、ろ布洗浄液およびろ液をケーキ洗

BPAはポリカーボネイト樹脂、エポキシ樹脂の原料であり、近年浄液として戻して使用することによって少量の洗浄液によって新たな用途開発や需要の増加によって、近年の新設 BPAプラント

大きな洗浄効果が得られる。

設備は生産能力を増強する傾向となり、この顧客要求に応えるべく（5）バキュームホースおよびヘッダーパイプ
バキュームホースは長手方向に 700mmピッチに仕切られた各

他メーカーには無い世界最大のろ過幅 4500mmの 4500型月島−密
閉型水平ベルトフィルタを開発納入した。

トレイの底部に設置してあり、トレイ内のろ液およびガスを吸引排出する。バキュームホースは処理物に応じてゴム、樹脂、テフロン

3.2 スケールアップ

材を使い分けるが、柔軟性を持ち、繰り返し湾曲および真空圧に耐

月島−水平ベルトフィルタのスケールアップにはトレイを長くしえる構造になっており、トレイの前進後退に追従して可動する。

てろ過面積をアップする方法とトレイ幅を大きくしてろ過面積をバキュームホースにて吸引されたろ液はヘッダーパイプに集アップする方法がある。

められ機外に排出される。ヘッダーパイプを仕切ることによっトレイを長くした場合は、能力アップするためにろ布速度をアッて、母ろ液、多段洗浄ろ液を任意に分離して回収が可能である。

プする必要がある。先に構造と機能で述べたように、トレイの前進

また、ヘッダーパイプにはトレイの真空および真空を解除する

後退の回数も増加する。そのために、ろ布、その他繰り返し作動部品ための自動弁（真空弁、ベント弁）が設置されている。前記で述べの寿命が短くなることが予想される。

44 TSK 技報 2007 no.8

Type 4500 TSK—Closed Type Horizontal Belt Filter

このリスクを回避するため、
BPA プラントに納入実績のある 3000

・ケーシング内雰囲気はフェノールおよび N2ガス型（ろ過幅 3000mmｘろ過長さ 8400mm）とろ布速度を同程度以下

・温度は max80℃にし、トレイろ過幅をアップ処理して能力をアップする方針で、4500・ろ布速度：約1.5 〜 4.5m/min

型（ろ過幅 4500mmｘろ過長さ 8400mm）の月島−密閉型水平ベル

・トレイ上のケーキ質量：100kg/m2

トフィルタが開発された。

・1年間連続運転：繰り返し作動部品の作動回数約250万回／年（2）ケーシング
ケーシングは±1000mmAqの内圧がかかるため、軽量化を図

3.3 各部の設計考慮事項（1）設計条件るため屋根と底板は 3000型と同じく円筒形状とした。本ケーシ・ケーシング内圧は±1000mmAq

ングは完全密閉構造を得るための圧力保持容器であると同時に、内部の機械構造物を支持する主構造材であり、この機能を両立することが必要であるため、内部機構の作動に影響が出な
いように構造物としての変形量を目標値以内とすべく構造解析（図 5）を行い最適設計を行った。
（3）
トレイ
従来の 3000型と同等以上の洗浄性を確保するためにケーキ
厚みを均一にする必要があり、トレイの撓み量を 3000型以下とした。また、トレイ底板のろ液およびガス抜き出し口個数は、脱水性を考慮し 3000型の 1.5倍以上とした。
（4）バキュームホースおよびヘッダーパイプ
繰り返し作動回数およびサイズによって寿命に影響のあるバ
キュームホースは、実績のある 3000型と同じサイズとして数量を 1.5倍増加した。ただし 3000型はヘッダーパイプをケーシン
グ側面片側に 1本設置であったため、同じ方法では配置が困難であることから、発想の転換により 4500型は両側面に 2本設置

図 3 4500型月島−密閉型水平ベルトフィルタ（艀落とし写真）
Fig.3 Shipping photo of Type 4500 TSK Closed-Type Horizontal Belt Filter

図 4 4500型月島−密閉型水平ベルトフィルタ（構造図）
Fig.4 Conﬁguration of Type 4500 TSK Closed-Type Horizontal Belt Filter

TSK 技報 2007 no.8

45

製品紹介 2大型（4500 型）月島−密閉型水平ベルトフィルタ

しバキュームホースは両側抜き出しとすることでこの問題を解（6）蛇行修正装置決した。繰り返し作動回数およびサイズによって寿命の影響が蛇行修正装置に関しては大型化に伴う制御性の悪化が懸念さある真空弁、ベント弁についても両側ヘッダーパイプとしたことれたため、アライニングロールの支持方法及び駆動方式の見直で数量を増加し 3000型と同じサイズ以下とすることができた。

しを行った。しかしながらそれでもメカラン時に懸念した現象が（5）ロール類

確認されたため実負荷運転前に更なる改良を加え、最終的にはろ布幅が広くなることでロール類も長くなることから、ろ布の挙動に影響が出ないようにその撓みは 3000型と同レベルに抑安定した運転を実現することができた。
（7）ろ布えるべく、構造解析（図6）を行い最適設計を行った。また重量もろ布は実績のある 3000型と同じものを使用した。ろ布速度お増えることからベアリングの寿命を確保すべくベアリングの再よびトレイろ過部長さを 3000型と同じにすることで、単位面積選定とシール構造の見直しを図った。

当たりのケーキ重量およびグリットの繰り返し摩擦回数も 3000型と同じとなり、既納 3000型と同程度の寿命を確保出来るものと判断している。
（8）ケーキ洗浄装置
ろ布幅全面を均一にケーキ洗浄するため、3000型と同じトラ
フ型Ｖノッチを採用した。また、ろ布幅が広くなることにより洗浄水の分散性が悪くなることが懸念されたため、洗浄装置内における洗浄水の供給方法にも改良を加えた。
（9）ケーシング内ベアリング
ベアリングケースは 3000型と同じく二重シール構造として、グリースを外部から供給し、グリースドレンを外部に排出する自動給脂装置を設置した。
（10）エアーシリンダー、減速機
トレイ駆動シリンダー、ろ布緊張シリンダー、減速機に関してもメンテナンス性を考慮し 3000型と同じくケーシング外に設置した。

図 5 密閉ケーシングの応力解析
Fig. 5 The stress analysis of the sealing up casing（解析ソフト：COSMOS/M）

4 おわり
昨年納入した 4500型月島−密閉型水平ベルトフィルタは開発に関係した各位の協力により試運転以来、トラブルも無く連続安定運転を行っている。また、今年、同サイズの大型月島−密閉型水平ベル
トフィルタを 2台製作中である。
今回、BPAプラント用として 4500型月島−密閉型水平ベルトフィ
ルタを紹介したが、他の処理物質に対しても対応が可能である。

図6 ドライブロールの応力解析
Fig.6 The stress analysis of the drive roll
（解析ソフト：COSMOS Works）

46 TSK 技報 2007 no.8

会社概要
名称

月島機械株式会社

設立

大正６年５月（TSUKISHIMA KIKAI CO.,LTD.）

資本金

６６億４６８０万円

取締役社長 山田 和彦

従業員数

710名（平成19年3月現在）［連結2129名（平成19年3月現在）］

創業

売上高

［連結790億円（平成19年3月決算）］
572億円（平成19年3月期）

明治３８年８月■ 事業所
本社〒104-0051 東京都中央区佃2-17-15
TEL.03-5560-6511 FAX.03-5560-6591

東京支社〒104-0051東京都中央区佃2-17-15
TEL.03-5560-6541

市川事業所（工場）〒272-0127 千葉県市川市塩浜1-12
TEL.047-397-6111 FAX.047-397-3354（研究所）〒272-0127 千葉県市川市塩浜1-12
TEL.047-359-1651 FAX.047-359-1661（環境プロセス
開発センター）〒272-0011 千葉県市川市高谷新町6-4
TEL.047-328-8761 FAX.047-328-8789

FAX.03-5560-6593

大阪支社〒541-0043 大阪市中央区高麗橋3-5-12（東京海上日動ビル）
TEL.06-6229-1331 FAX.06-6229-1415

札幌支店〒060-0807 札幌市北区北七条西1-1-2（SE山京ビル）
TEL.011-726-0510 FAX.011-726-0520

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TEL.022-227-9267 FAX.022-223-0316

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TEL.045-651-7331 FAX.045-664-5086

名古屋支店〒045-0003 名古屋市中村区名駅南1-17-29（広小路ESビル）
TEL.052-581-2378 FAX.052-581-1624

広島支店〒730-0015 広島市中区橋本町10-10（広島インテス）
TEL.082-227-3093 FAX.082-223-8771

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TSKエンジニアリングタイランド（株）
TSK ENGINEERING (THAILAND) CO., LTD. ≪TET≫
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6th Floor, No.24, Min Sheng, W.Road, Taipei, Taiwan R.O.C.
TEL. +886-2-2523-6975〜6 FAX. +886-2-2521-1429

編集委員長

本号は「バイオマス有効利用技術」を特集として取り上げさせてまた、その他のバイオマスを利用し、アルコール発酵や木質バイ

TSK技報 NO.8 2007
年2回（4月・10月）発刊

いただいた。一般にバイオマスといえば「草や木」を想像するとこ

オマスガス化発電など他社に先駆けいち早く市場へ投入した技

発行：月島機械株式会社 技報編集委員会

ろであるが、当社では少し違い約半数の社員は「下水汚泥」を想術も多々ある。

総 責 任 者：西田 克範

像しているであろう。それもそのはず、当社の事業のほぼ半分がバイオマスの有効利用、
これは化石燃料の削減目的のみならず

編集委員長：吉越 昭雄

水環境事業であり、その中心が下水汚泥の処理設備の建設に

環境保全、
すなわちCO2削減効果も期待され、ますます重要な分

編 集 委 員：高橋 正純

荒井健

あるからである。下水汚泥は、安定供給が可能な貴重なバイオマ

野になるであろう。本号の編集では、あらためて気が引き締まる思

和泉 俊彦

迎

崇博

ス資源であり、
この汚泥を炭化燃料とするなど有効にエネルギー

いである。

佐藤 教子

千代島 有里として活用する技術の開発を進めている。

山口 彩子
07102000GMW

2007 TSK 技報

47

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