［技術報告］

木質バイオマスガス化燃焼基礎研究＊
園田哲也＊＊、遠藤治之＊＊、田中愼造＊＊

地球温暖化対策の為、脱化石燃料への取組みが急務となっている中、木質バイオマスエネル
ギーの有効利用に関する技術開発が求められている。本研究では、木質バイオマスを燃料とした小規模ガス化コジェネレーションシステムの開発を最終目標とし、その予備研究として、木質ペレットのガス化について基礎的な実験を行った。実験で得られた主な結果として、CO ガス 25%volと高濃度の可燃性ガスを得る事が出来た。
キーワード：自然エネルギー、木質バイオマス、コジェネレーション、木質ペレット

Study of Wood Biomass Gasification
SONODA Tetsuya, ENDO Haruyuki and TANAKA Shinzou
In order to prevent global warming, developing a utilization technology of woodbiomass is demanded. An aim of this study is the development of a gasificationcogeneration system using wood biomass.
This paper describes a study on the thermal property of wood pellets by thermal analysis
and gasification experiments. Condition of atmospheric 600 ℃, high concentration of
25vol% CO were observed in this experiment.
key words : clean energy, wood biomass, cogeneration,ogeneration, wood pellet
１ 緒

２ 実験方法言

２−１ 燃料性状

環境問題が深刻化し、二酸化炭素削減という世界的な課題を抱える今日、カーボンニュートラルの特性を持つガス化実験には、㈱葛巻林業社製の広葉樹皮 100％の木質バイオマスエネルギーの利活用に関する取り組みが木質ペレット燃料 ALA‑Wood”を使用した。木質ペレット活発化している。中でも県土の 8 割が森林面積の岩手で燃料は含水率・成型速度等をコントロールしながら製造は、林業振興の面からも、木質バイオマスエネルギーのされる為、木質燃料の中では最も材料特性のばらつきが導入が盛んで、チップボイラーの導入や当センターのペ少ない燃料である。今回使用した燃料の化学成分を表 1

レットストーブの開発等、全国的に注目をあびている。に燃料性状を表 2 に示す。

木質バイオマスエネルギーの活用手段として、ストー
表1

ブや温水ボイラーの燃料としての利用が第一に考えられバークペレット化学成分(%)

るが、1 歩踏み込んで木材の持つエネルギーをいかに効灰分

CHONS

率的に利用するかを考慮した場合、コジェネレーション

3.56

43.0

5.5

37.0

0.370.07が最も有効な利用形態と言える。コジェネレーションにおける発電方式は、蒸気発電とガス化発電に分類される

表２

バークペレット性状が、両者を比較した場合、ガス化発電は小規模かつ高効低位発熱量

4.88kW/kg

率発電が実現出来る為、将来の利用技術として有望視さ

比容積

1.6×10‑3(m3/kg)

形状

φ6mm×(10mm〜30mm)れている。しかしガス化時に生じるタール分の分解や、燃焼生成物に起因する諸問題により、実用段階まで至らないのが現状である。

２−２ 木質バイオマスのガス化反応

本研究はガス化研究の第一歩として、電気炉を使用しバイオマス原料のガス化プロセスは基本的に次のようたラボスケールでのガス化実験を行い、発生ガスのサン（１）な段階を経てガス化に至る。

プリング手法の検討と、実際発生したガスの定量分析を行う事と、木質ペレット燃料の、示差熱量‑質量分析の同時測定を行い、燃料の熱分解特性について調査する事を目的として実施した。
＊

基盤的・先導的技術研究推進事業

＊＊

電子機械部

（現在電子機械技術部）

49①

表面水分の蒸発②

固有水分の蒸発③

揮発分の気化④

揮発分の気化とガス化反応

岩手県工業技術センター研究報告⑤第１０号（２００3）

２−５ ガス化実験

チャーのガス化③の段階は､原料が 200℃〜300℃になるとバイオマスの表５にガス化条件、写真１に実験時のガス化装置を示

熱分解が始まりＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２及びＨ２Ｏがガスとしす。木質ペレットの熱分解によるガス化は､あらかじめ炉て気化する。そして揮発成分の気化終了後､固定炭素分と温度を 600℃に安定させ､中央部に木質ペレットを挿入し灰分として残されたチャーは、ガス化剤と反応し､炭素分たφ50mm の石英管を横型炉に設置し､加熱した。発生しはＣＯ及びＣＯ２ガスに転換する。表３にチャーのガス化たガスの捕集は、石英管を横型炉に設置した瞬間から反応を示す。

各々､１）5 分〜7 分後､２）13 分〜15 分後、３）20 分〜
主要なガス化反応（２）表３25 分後の計 3 回行った。
表５

ガス化条件

１）Ｃ＋２Ｈ２＝ＣＨ４２）Ｃ＋Ｈ２Ｏ（ｇ）＝ＣＯ＋Ｈ２

雰囲気ガス：大気

３）Ｃ＋０．５Ｏ２＝ＣＯ

空気流量：1300ml/min

４）Ｃ＋Ｏ２＝ＣＯ２

温度：600℃

５）Ｃ＋ＣＯ２＝２ＣＯ

木質ペレット質量：25g６）ＣＯ２＝Ｈ２Ｏ（ｇ）＝ＣＯ２＋Ｈ２

２−３

木質ペレットの熱分析

木質ペレット熱分解の温度特性を調査する為に、示差熱量測定及び質量分析を行った。熱分析には、NETZSCH社製熱分析装置を用いた。
分析条件を表４に示す。
表４

熱分析条件

雰囲気ガス：酸素(99.9vol%)試料室：流量 50ml/min

分析室：25ml/min

温度：室温〜1200℃

昇温速度：15℃/min.

（a）管状炉内部

木質ペレット

熱電対

２−４ ガス化実験装置の製作
木質ペレットを熱分解させ、可燃性ガスを取り出す実験を行う為に､ガス化実験装置を製作した。熱分解の為の加熱には、木質ペレットの自己発熱による加熱ではなく､温度制御性の良い外部加熱方式を選択した。加熱装置には､㈱いすず製作所製全自動開閉式管状炉 EKRO‑25KS を用いた。ガス化剤として空気をコンプレッサーからレギ(b)

木質ペレットと石英管内部温度測定用熱電対
写真１ュレータ及び流量計を通して石英管に導入し､石英管かガス化装置ら排出されるガスをテドラ‑ガス捕集バッグ（容量 10 ㍑）２−６ 発生したガスの定量分析発生したガスの定量分析により捕集するシステムとした。図１に製作したガス化
Compressor

実験装置を示す。

捕集したガスの定量分析は､島津製作所製ガスクロマ
トフィー(GC)装置 GC-14A を用いて行った。ガラスカラ

Gas Bag

ムは、島津製作所 7G 3.2-1.6m、充填材には､モレキュ
ラ-シーブ 5A M-2 mesh6、キャリアガスには He ガスを用い分析を行った。

Cooling Unit

Electric Furnace
図１

Flow Meter

ガス化実験装置50木質バイオマスガス化燃焼基礎研究
３ 結果及び考察

ガスは、タール分を多く含んだ茶色のガスで､その後 13

３−１ 木質ペレット熱分析結果

分〜15 分後（管内部温度 750℃）及び 20 分〜25 分後（管内部温度 650℃）に捕集されたガスは､わずかに白濁した木質ペレットの示差走査熱量測定結果を図２に、同時ガスであった。

測定を行った質量分析結果を図３に示す。図２を見ると
炉内温度 200℃近辺で DSC（示差走査熱量測定）カーブ定量分析結果を図５に示す。分析の結果、加熱開始後、の急激な立ち上がりが見ら、この熱分解による試料の発5 分〜7 分後に捕集したガス中に可燃性ガスである CO が熱反応に伴って、炉内温度も上昇しているのがわかる。

最も多く発生しており、25%vol と高濃度のガスを回収す

この結果より、バークペレットの熱分解は 200℃〜300℃る事が出来た。同じく可燃ガスである CH4 についても 8%で開始される事が確認できた。また図３よりこの時の熱弱の発生が確認出来た。その後木質ペレットの熱分解が分解反応により、酸素が消費され、H2、CO、CO2、の熱分終了し､可燃性ガスは殆ど発生しない事がわかった。

解ガスが発生していることがわかった。分析は 1200℃ま800４700

石英管内部温度[℃]で行ったが、この後 DSC カーブの目立った変化やガスの

400

7.03506.03005.02504.02003.01502.0TEMP.

100

1.0500510言

600
500
400
300
200
10000100200300

図４-1.015400

500

600

700

800

時間[秒]

0.0

DSC

0

DSC[μV/mg]

Temperature[℃]

発生は確認する事が出来なかった。

結20

ガス化実験管内温度

50100

TIME[min]1000

1.0E-0532900
1.0E-06

8003020500

21.0E-08

40

20

O200
5～7分後

13～15分後

図５300

温度
1.0E-09

４ 結200500

100015002000の結果を得た。

02500１）木質ペレットの示差熱量‑質量の同時測定を行い、熱時間[秒]図３

言

木質ペレットを燃料としたガス化燃焼実験を行い以下

100
1.0E-1020～25分後

時間
発生ガス定量分析結果

400300CO10600

1.0E-0760CH47004428

温度[℃]

強度 任意単位

1680

N2N2ガス濃度[vol%]40

示差走査熱量測定結果
ガス濃度[vol%]図２

分解開始温度と、発生ガスの確認を行った。

質量分析結果２）電気炉によるガス化実験を行い、25%vol の CO ガス※グラフ中の数値は質量数を収集する事が出来た。

３−２ ガス化実験結果
図４に石英管内部に木質ペレットを挿入し、加熱した

文

際の石英管内部温度測定結果を示す。結果より、400℃近１） 社団法人

献日本エネルギー学会[編]：バイオマスハ

ンドブック,

辺において温度上昇勾配に変化が見られる。これは木質オーム社

２） 鈴木勉：木質系バイオマスの液化とガス化―プロセ

ペレットの発火温度が 400 度近辺である事から、木質ペス開発の現状,レットの燃焼に伴う温度上昇と考えられる。

224(2002)

5 分〜7 分後(管内部温度 400℃〜500℃)に捕集された51

木材学会誌 Vol.48

No.4,p.217‑