一体焼成技術による貝殻の資源化と木炭の高機能化（第一報）*
八重樫貴宗**

廃棄物系バイオマスの活用を図るため貝殻の有効活用を検討した。貝殻を焼成してカルシウム成分として資源化を図る際の焼成条件の最適化を検討した。また、貝殻を焼成する際に発生する二酸化炭素を用いて木炭を高機能化する可能性について検討した。検討の結果、貝殻の焼成条件の最適化が図られ、木炭の高機能化に向けて可能性があることがわかった。
キーワード：廃棄物系バイオマス、貝殻、木炭、焼成

Recycling of a Shell and Advanced Features of Charcoal are
Attained by Baking Simultaneously
YAEGASHI Takamune
For the purpose to reuse the shell, it was examined for seeking the optimum condition to generate
CaO by burning the shell. And as CO2 was generated when the shell was burnt, it was examined how tomake charcoal at the same time by using it. As a result of examination, the optimum condition (such as900℃ and 1hour) of burning the shell was found. And it was suggested that high quality chacoal might
be made by this method.
key words : waste biomass, shell, charcoal, bake1

緒も多く発生している 1)。カキ殻はカルシウム成分が多い

言

バイオマスとは、生物資源（bio）の量（mass）を表すことから、肥料原料やセメント原料、土壌改良材等への概念で、一般的には「生物由来の有機性資源で化石資源利用実証がされつつあるが、岩手県内には餌料用のカキを除いたもの」とされ、次のような特徴がある。

殻処理業者がないことから、他県の専門業者により処理①太陽エネルギーを使い、生物が光合成によって生成されるか、廃棄物処理される場合が多い。課題として、したものであり、生命と太陽がある限り枯渇しない製品化コストが高いことが挙げられ、再資源化に向けた資源取り組みを行う場合には製品化コストをいかに抑えて高②焼却しても大気中の二酸化炭素を増加させない「カーボンニュートラル」な資源付加価値化を図れるかがポイントとなる。
また、岩手県は木炭生産量日本一の県であるが、近年、岩手県では、農林水産業が主要産業であるが、農林水安価な輸入商品に押され木炭生産量は減少傾向である。

産分野から多量に発生する副産物や廃棄物の環境への影

しかしながら、白炭生産量は増加傾向であり、燃焼性能響や処理コストの増嵩による経営の圧迫などが懸念されの向上など付加価値のあるものに関しては需要があるこており、環境負荷の低減に向けて、これらの廃棄物等をとがわかっている 2)。

再利用・再資源化するための技術開発などにより地域資
1)源の循環システムの構築が必要とされている 。

そこで、従来の設備を用いて付加価値のある木炭生産はできないかを検討し、木炭製造とカキ殻焼成を炭窯内

バイオマスの種類には農作物の非食部や、間伐材などにて同時に行い、カキ殻焼成時に発生する二酸化炭素をの未利用バイオマスやエネルギー資源を得ることを目的利用して木炭を賦活し、高機能木炭の製造とカルシウムとして栽培される資源作物のほかに、生活や産業活動か成分の有効利用の可能性を検討したので報告する。

ら排出される廃棄物系バイオマスが挙げられる。今回はその中でも、水産物残渣として大量に排出されるカキ殻2に着目をした。岩手県内におけるカキ殻の排出量は年間貝殻の主成分は炭酸カルシウム（CaCO3）であり、ある7,500 トンにものぼり、漁業生産活動の水産物残渣で最温度域にて焼成することによって CaCO3 から CO2 が離れ、＊基盤的・先導的技術研究開発事業＊＊

環境技術部（現

カキ殻焼成特性の解明

岩手県 宮古地方振興局 岩泉土木事務所）

岩手県工業技術センター研究報告第１５号（２００８）

酸化カルシウム（CaO）と二酸化炭素に分離される。そこ生成率（CO2 分離率）を開放条件の電気炉にて検討を行っ

で、貝殻を焼成する際の条件により、どの程度 CaO が生た。実験条件を表 3 に示す。なお、試験に供したカキ殻成されているのか検討することとした。

は岩手県陸前高田市の広田湾にて養殖されているカキの2-1むき殻を用い、あらかじめ水洗いをし、105℃にて 24 時

各種貝殻による焼成実験

カキ殻の焼成特性を解明するにあたり、まず、様々な間乾燥させたものを用いた。

貝殻の焼成挙動を把握することを目的として焼成実験を行うこととした。実験に供する貝殻は、スーパーにて市100販されている食用の貝殻（ホタテ・カキ：岩手県産、シ80産）を用い、表面を軽く水洗いし 105℃にて 24 時間乾燥させたものを用いた。
なお、焼成傾向を事前に把握するため、試差熱天秤

CaO率 （%）

ジミ：青森県産、ハマグリ：宮城県産、アサリ：北海道

6040（TG-DTA）にて、カキ殻を用いて表 1 の条件で分析を行20った。

0表1温度域
昇温速度

実験条件1000℃,5h

ホタテ

カキ

シジミ

24-1000 ℃
10.0 K/min
図2600℃,5h

ハマグリ

アサリ

各種貝殻における焼成結果

実験の結果（図 1）、820℃付近で重量が約 44%減となっており、CaCO3 の分子量は 100 であり、重量が約 44%減と

表3

いうことは、分子量 44 である CO2 が 100％分離されたこ

600～1000 ℃
50℃間隔 （9パターン）
10℃/min
1、3、5 時間 （3パターン）

焼成温度ととなる。

実験条件

昇温速度
焼成時間

実験の結果を図 3～5 に示す。焼成温度を横軸にとり、焼成時間の違いによる CaO 生成率を求めた。
100

図1TG-DTA 結果

CaO率(%)

80以上の結果を踏まえ、電気炉にて各種貝殻を用いて焼604020成実験を行うこととした。実験に供した貝殻の種類、焼0成温度、焼成時間等を表 2 に示す。

50060070080090010001100

焼成温度(℃)

表2

実験条件

実験の結果（図 2）、1000℃にて焼成した場合には、全ての貝殻が CaO に 100%なっており、600℃にて焼成した場合には若干の差は見受けられるものの全ての貝殻において 10%以下の CaO 率であった。
2-2

図3

ホタテ、カキ、シジミ、ハマグリ、アサリ
600、1000 ℃
10℃/min
5 時間

カキ殻焼成実験

2-1 の結果を受けて、今回検討するカキ殻に関して、CaO 生成率（焼成時間 1 時間）10080

CaO率(%)

供試材料
焼成温度
昇温速度
焼成時間

6040200500

600

700

8009001000

焼成温度(℃)

さらに詳細な CaO 生成（CO2 発生）挙動を把握するため、焼成温度および焼成時間の組み合わせの違いによる CaO

図4

CaO 生成率（焼成時間 3 時間）

1100

一体焼成技術による貝殻の資源化と木炭の高機能化（第一報）

CaO率(%)80

CaO率(%)

601001008080
CaO率(%)

10060402040402000206024600焼成時間(h)0500600700800

90010001100

図 12焼成温度(℃)

図5246焼成時間(h)焼成温度 900℃

図 13

焼成温度 950℃

検討の結果、短時間にて CaO 生成・CO2 発生を行うにはCaO 生成率（焼成時間 5 時間）

900℃以上、1 時間の焼成が最も適していると考えられる。
CaO 生成・CO2 発生の効率化の検討

2-3

しかしながら、従来の炭窯を用いて炭焼きと同時に貝殻カキ殻を焼成することによって CaO として資源化し、の焼成を考えた場合には、焼成時間が長いため、900℃まその際に発生する CO2 を有効に活用するためには、最もで高温に上げることなく 900℃より低い温度で長時間焼効率よく CaO を生成する（CO2 を発生させる）ための焼成成することによって同様の結果が得られることが示唆さ温度、焼成時間を求めなければならない。そこで、焼成れる。実験の結果より、木炭製造と貝殻焼成を同時に行時間を横軸にとり、各温度域における CaO 生成率を比較う際の好ましい焼成条件として、750℃にて 5 時間以上の検討し、CaO 生成・CO2 発生の最適化を図ることとした。

焼成が適しているものと考えられる。

6～13 に示す。

3100100

これまでの検討の結果を踏まえて、一体焼成による木8080

材炭化およびカキ殻焼成実験を行った。実験には岩手県60産のナラチップ(約 5mm)と岩手県陸前高田市の広田湾に40おいて養殖されているカキのむき殻（ジョークラッシャ

2020ーにて粗砕）を用い、750℃・6 時間と 900℃・1 時間の 200通りの条件で焼成を行い、一体焼成時の配合比は表 4 にCaO率 (%)

CaO率(%)

各温度域における焼成時間の違いによる CaO 生成率を図6040024602焼成時間(h)図6

焼成温度 600℃

図78080
CaO率(%)100

CaO率(%)

掲げる条件で検討を行った。なお、焼成には電気炉を用

6焼成時間(h)100604020

い、炭窯を再現するために蓋付きるつぼ(280ml)にて焼成

焼成温度 650℃を行った。
表460402000024602焼成時間(h)図846焼成時間(h)焼成温度 700℃

図91001008080
CaO率(%)

CaO率(%)

46040200

焼成温度 750℃

246

焼成温度 800℃

混合比
焼成温度
焼成時間(℃)
ナラ カキ（h）
0.250.5750161350.250.59001113540

実験の結果を図 14,15 に示す。いずれの場合にも同様20の傾向を示し、木炭の収率が最高で 15％前後であった。
今後は収率を向上させるための検討が必要であると考え
0焼成時間(h)図 10一体焼成条件

6000

一体焼成による木材炭化・カキ殻焼成

24焼成時間(h)図 11焼成温度 850℃

6られる。低収率の原因として、るつぼの容積に占める原料の占有率が収率の鍵を握っているものと考えられる。
今回の実験では、限られたるつぼ容積のなかで、ナラチ

岩手県工業技術センター研究報告
ップとカキ殻を一定の重量比にて入れたため、比重の大4

きいカキ殻の混合比を増やすことによりナラチップの体積が小さくなり、るつぼ内の空間が大きくなる分、酸素第１５号（２００８）
結言

本研究では、廃棄物系バイオマスの有効活用を図るた
め貝殻の有効活用について検討を行った。

が多く入り込み木材が燃焼してしまったものと考えられ貝殻を焼成し、カルシウム成分として資源化を図る際る。その根拠として焼成時にナラ：カキ殻＝1:0.25、1:0.5、の焼成条件の最適化を検討した後に、焼成時に発生する1:1 の場合にはナラチップの重量を一定にし、るつぼ容二酸化炭素を木炭の賦活に活用するため木材チップとカ積の 7 割程度をナラチップとカキ殻で占めていたため、キ殻の同時焼成を試みた。今回の結果をまとめると次のるつぼ内が満たされていたが、他の 2 パターン(1:3、1:5)とおりである。の場合には、容積の関係からカキ殻の重量を一定にした

1) ホタテ・カキ・シジミ・ハマグリ・アサリを電気炉にため、るつぼ内に占めるナラチップの割合が少なくなり、て 1000℃、5 時間の条件下で焼成した場合、貝殻の主空間が大きくなってしまった。今後は収率向上のため、成分である CaCO3 はほぼ 100％ CaO へ変化しているこ

焼成炉の容積とそれに占める木材チップとカキ殻の体積とが判明した。の関係を明らかにし最適条件を導き出す必要がある。

2) カキ殻を焼成し、効率よく CaO を生成(CO2 を発生させる)ための焼成温度、焼成時間は、①焼成時間重視の場

20合：900℃以上、1 時間、②焼成温度重視の場合：750℃、5 時間以上 の条件下にて焼成を行うことにより効率
木炭収率(%)

15的に CaO が生成されることが示唆された。
3) 同一炉内にてカキ殻焼成と木材炭化を行う際には炉10の容積に占める原料(木材チップ・カキ殻)体積の最適化を図る必要があることが示唆された。

5

今回は、同一炉内にてカキ殻焼成と木材炭化を行い、カキ殻の資源化と木炭の高機能化の可能性について検討

0
1 ：0.25

1 ：0.5

1 ：1

1 ：3

1 ：5

重量比（ナラ：カキ）

図 14を行った。結果、可能性の段階ではあるが、焼成条件(焼成温度・時間、投入体積)の最適化を図ることにより有効な手法であることがわかった。

木炭収率(750℃ 6h)

今後は、収率向上のため、焼成炉の容積とそれに占め20る木材チップとカキ殻の体積の関係を明らかにし、焼成時の最適条件を導き出すととともに、最適条件にて得ら木炭収率(%)

15

れた木炭に関して今回実施することができなかった木炭の評価(JIS に準じた活性炭試験)を行う必要がある。

10文1)

5献

岩手県：いわてバイオマス総合利活用マスタープラン(2005)2)0
1 ： 0.25

1 ：0.51： 1

1： 3

重量比（ナラ：カキ）

図 15

木炭収率(900℃ 1h)

1 ：5

岩手県林業振興課 HP：岩手県市町村得用林産物生
産量、くり、木炭等(平成 12 年～平成 17 年)