DME貯留槽

抽出槽

フラッシュ
蒸留塔
冷却器
圧縮機

送液ポンプ

DME脱水プロセスの試作機（矢印と番号はDMEの循環ルート）

液化ジメチルエーテル（DME）を用いた脱水技術を開発―― 下水汚泥や石炭から効率的に水分を分離 ――■ 加熱不要の新しい脱水技術■ 下水汚泥を効率的に処理■ ふくらむ応用拡大への期待● ひとこと エネルギー技術研究所 燃料改質工学領域 主任研究員 神田 英輝

加熱不要の新しい脱水技術「下水汚泥」は、各自治体などにおいて恒常的に発生している廃棄物ですが、近年は地球温暖化問題を背景に、「バイオマス燃料」として活用していくことが望まれています。
また、わが国では総発電量のうち約4分の1を、石炭火力によってまかなっています。この「石炭」は石油や天然ガスに比べると埋蔵量が多い資源であり、わが国のエネルギーセキュリテ
ィ強化の観点からも、今後もうまく使い続けていく必要があります。しかしその際には、従来我々が使ってきた質のいいもの以外の、「褐炭」や「亜瀝青炭」といった水分量が多く質の劣る石炭を発電用に使えるようにしていくことが重要になります。
電力中央研究所では、こうした「高含水物質」から効率的に水を分離（脱水）し、重量あたりの発熱量を向上させ使いやすくする新しい方法として、「液化ジメチルエーテル」（以下DME：化学式CH3OCH3）を利用し、常温で脱水する画期的な技術※を考案しました。
※

神田、白井「液化物質を用いた固体含有水分の除去方法」特願2002-161575（2002）■ DMEとは■ DME脱水の原理

DMEは、天然ガスや石炭層ガス、石炭、バイ液化したDMEの中に水を多く含んだ（高含水）オマス等を原料として人工的に合成される物質物質を入れると、固体中の水は内部の微細な穴です。DMEそれ自体は、「無害で自然分解性がからDMEに引っ張り出され吸収されます。次に、ある」「金属・窒素・硫黄・ハロゲンといった環固体と水を吸収したDMEを分離することで、脱境負荷物質などは含まない」「可燃性」などの性水済みの固体を回収でき、後には水を含んだ質から、近年LPGに代わる次世代燃料として注DMEが残ります。この含水DMEは、圧力を若目され、現在中国などでは石炭からDMEを製造干下げれば常温でもDMEを蒸発させることがでするための大規模なプラントが急増しています。

きるため、DMEを蒸発させれば、あとは水のみ

このため、今後は市場にも安価で大量に供給さが分離された状態で残ります。蒸発したDMEは、れるものと見込まれています。

再び圧力を加え液体に戻せば、また脱水に再利

このDMEは、常温常圧では気体ですが、常温用することができます（図１）。

でも５〜７気圧程度で圧力をかけると液体にな

しかも、この方法によれば、各プロセスのいり、この液体になったDMEは「水を吸収する」

ずれにおいても常温での動作が可能であることという大きな特徴を持っています。さらには、から、従来のように外部から大量の熱エネルギ「水と混ざりやすい」「圧縮が容易」などの性質ーを投入して水分を蒸発・乾燥させる方法に比も持っています。

べ、脱水に必要なエネルギーを大幅に低減することが可能になります。

35℃・8気圧25℃・5気圧
加圧・液化

水に要するエネルギーは約1,100kJとなり、従来
DMEガス

液化DME

蒸発
混合下水汚泥抽出
水分が液化DMEに溶け出す

これまでの試算では、この方法での水1kgの脱分離
脱水汚泥

液化ジメチルエーテル（DME）と下水汚泥を混合液化DMEで下水汚泥中の水分を抽出
脱水汚泥と、水分を含んだ液化DMEを分離減圧してDMEを選択的に蒸発（水分は蒸発しない）
蒸発したDMEガスを再び液化して再利用の加熱法での所要エネルギー約2,100kJに比べ、約半分のエネルギー量で脱水できることが示さ

水分図1

れました。

DME脱水プロセスの原理

下水汚泥を効率的に処理■ 下水汚泥に適用■ 処理時の諸課題を解決

当研究所では、本技術を広く社会で活用する

脱水汚泥を燃料として活用する場合には、従ことを目的に、これから活用が期待されている

来はその「臭い」が問題となり、下水処理場か「下水汚泥」に着目し、下水道関係のプラントメら外部へ搬出することが困難でした。しかし、ーカーと共同で、当研究所・横須賀地区の小規下水汚泥の中の臭い成分の殆どを汚泥（固形分）模試作機（10 /バッチ・表紙写真）により、から分離し、汚泥を臭わなく出来れば、処理後DME脱水法の下水汚泥への適用を検討しましの汚泥の外部搬出が容易になります。

た。実験では3.2kgの下水汚泥（含水率78％）に

また実験では、臭い成分の移行した含水DME150 の液化DMEを90分かけて供給した結果、含（写真２）の処理においても、より効果的な工夫水率30％にまで脱水できることを明らかにしまを加えられることを確認しました。含水DMEかした。またこの際、汚泥中の油脂も除去される

らDMEを蒸発させていくと、DME中に溶けきため、乾燥後の汚泥は灰色に脱色される（写真れなくなった水が分離してきます。しかし、臭１）ことが明らかになりました。一方で、回収いの元など脂質は水よりDMEに溶けやすい性質された含水DMEは濁り（写真２）、悪臭がひどがあるため、このままDMEと水を分離してしまく、当初の下水汚泥と含水DMEの性状を分析しえば、臭い成分はDME中に留まり、その後の水た結果、汚泥中の油脂が含水DMEに移行したこ処理は非常に簡単になります。とが原因であることが明らかになりました。こなお、DMEは可燃性の燃料でもあることから、のことから、下水汚泥を本方法で処理すれば、最終的には臭い成分を含んだDMEを燃料として臭い成分を汚泥から分離可能であることがわか燃焼させてしまえば、その際に臭い成分もそのりました。

まま加熱分解し、特別な処理が不要になると見

写真1（下）脱水後の下水汚泥（臭い成分の除去により、灰色に脱色）込まれます。
さらに本方法では、「常温でのDMEの液化・蒸発」を原理的な特徴としていることから、将来的なシステム構成を考えた場合、例えば季節に関わらず年間を通じてほぼ一定の温度で存在する「下水」を積極的に利用し、この「下水」と「大気」との温度差をうまくシステムに活用すれば、特に真夏や真冬の期間においては、DMEの液化・蒸発に要するエネルギーの外部からの投入が不要と考えられます。
つまり、圧縮機などに必要な最低限のエネルギーだけで稼動する、極めて効率の高い省エネルギーシステムを構築できる可能性があります。

写真2（上）分離された含水DME

ふくらむ応用拡大への期待■ PCB類の除去にも効果が■ さまざまな物質への応用をめざしてこのように多くの副次的効果が期待できる

当研究所では元々この技術を、従来発電用にDMEですが、さらに至近では、「都市河川の底はあまり使用されてこなかった高含水率の石炭質（川底に堆積した泥）」に対する実験でも、新（褐炭や亜瀝青炭）を脱水する方法として開発ししい知見が得られています。てきました。しかし、発電所で使用される石炭当研究所も協力し、京都大学大学院工学研究は大量であることから、石炭においてDME脱水科 環境都市工学専攻 高岡昌輝准教授の研究グルを実用化するためには、最終的には年間数百万ープにより始められた「都市河川の底質」でのトン規模までスケールを大きくしなければなら

DME脱水実験では、スケール的にはまだ実験室ず、これには時間をかけて幾つかの段階を経てレベルであるものの、これまでにポリ塩化ビフいく必要があります。

ェニル類（PCBs）などの有害物質で汚染された今後は、まずは下水汚泥を中心に早期の実用都市河川の底質を用いた場合、元の含水率が約化を目指すとともに、プロセスの更なる改善、60％、PCBs濃度は8.69mg/kgのサンプル底質に装置のスケールアップを行い、石炭をはじめとついて、水分は最大96.6％、PCBsは最大99.1％と、するさまざまな高含水物質に応用できるように極めて高い割合で除去できることが明らかになしていく予定です。

りました。

● ひとこと

この結果は、今後本技術の更なる応用可能性を広げるものとして、非常に注目できるものと考えます。

PCBs濃度（mg/kg）

含水率1008806604402200030

図26090 120
液固比（mL/g）

150180

含水率（％）

PCBs濃度100

含水率、PCBs濃度の変化

DME脱水法は、常温・数気圧で、既存技術の半分のエネルギーで動くという、従来の常識とは全く異なる画期的な方法であり、開発初期には様々な苦労がありましたが、世界初の試作機を開発して実証できました。
また、低レベル廃熱を吸収エネルギー技術研究所すれば、エネルギーゼロの燃料改質工学領域
究極の超高効率運転すら可
主任研究員
能です。更に、石炭や下水
神田 英輝
汚泥以外の、様々な高含水物質にも適用可能な汎用技術であるとともに、汚泥の脱臭、PCBや重油も除去できるなど、単なる脱水の枠を超えた技術です。
さまざまな場面へ応用することで、一日でも早く成果を社会に還元したいと思います。

（データ提供：京都大学 高岡准教授、大下助教）■ 既刊「電中研ニュース」ご案内
No.444 カドミウム簡易検出キットを商品化
No.443 排出権取引制度は温暖化防止につながるか？

No.442 環境税は温暖化防止につながるか？
No.441 DNA鑑定を利用した野生動物調査法を開発

2007年12月14日発行〒100-8126（財）電力中央研究所 広報グループ
東京都千代田区大手町1-6-1（大手町ビル7階） TEL.（03）3201-6601 FAX.（03）3287-2863
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