あべのハルカスにおける厨房排水と厨芥からのエネルギー回収株式会社 竹中工務店 環境エンジニアリング本部 加藤利崇

１行目スペース
はじめに2014 年 3 月、大阪市阿倍野区に日本一の高さとなる 300m の複合ビル、あべのハルカス（図 1）がグランドオープンした。
とりわけ環境配慮を重視する本件は、エネルギーの面的利用、調色 LED 照明など先進的かつ普及性の高い環境技術を探求している。都市インフラへの負荷を減らすために生ごみや排水処理汚泥を用いたバイオガス発電が日本で初めて建物の地下にビル設備として導入されている。これまで生ごみのメタン発酵は、残渣処理に排水処理設備が必要なことや搬送機器の小型化が困難なことから、小規模では経済性の成立が困難であり、実証試験等は実施されたものの、ビル設備としての実機導入は例がない。本件
では、厨房排水処理設備（厨房除害設備）と生ごみのメタン発酵を組み合わせることにより、経済性を向上させた。外部処理が必要で大きな費用を要している厨房排水処理汚泥の処理費用をメタン発酵装置によって内部化し、排水処理負荷が低減したところにメタン発酵の処理残渣（消化液）を流入させ厨房除害設備の機能を利用して下水道に放流可能なレベルまで消化液の処理を可能とした。
図 1 あべのハルカス
グランドオープン後の試運転調整、様々な設備改造、テナント協力 PR 等を経て、順調に運転されている。本稿では、導入されたシステムの概要と運転状況等について報告する。
なお、本件は国土交通省の平成 20 年度住宅・建築物省 CO2 推進モデル事業に採択されており、大阪市が進める CASBEE 大阪において、最高ランクとなる S を取得している。
１．都心部ビル地下に最適な厨芥のリサイクル
食品リサイクル法の制定から 15 年が経過し、食品廃棄物のリサイクル率は向上しつつある。平成24 年度の食品廃棄物の発生及び処理状況を見ると、産業廃棄物の食品廃棄物リサイクル率は 80％程度である。これに比べ一般廃棄物は家庭系一般廃棄物に比べてリサイクル率の高い事業系一般廃棄物でも食品リサイクル率が 30％未満と低く、食品製造業に比べ飲食店等から発生する食品廃棄物のリサイクルが進んでいない 1)。都市部ではこの事業系一般廃棄物としての食品廃棄物発生量が多いが、リサイクル施設は郊外への立地が多く、費用や運搬費の面から焼却処理される割合が高い。生ごみは含水率が高く焼却処理には向かない。また、ビル内処理では、乾燥処理による悪臭問題や堆肥化物の利用先の確保の困難さから、一部でその実施が中止されている。都市部に適した生ごみのリサイクルを考えると、都市部では確実なエネルギー需要があり、需給バランスによる確実なリサイクルの継続性の観点から、発電や蒸気としてのエネルギー回収が適していると考えられる。

２．エネルギー
エネルギー回収のの課題と解決策
解決策
都心部
都心部ビル地下におけるにおける生ごみからのエネルギー
ごみからのエネルギー
ごみからのエネルギー回
収は、生生ごみの運搬運搬、安全性及安全性及び臭気、経済性
経済性の点で課題があるがある。今回、あべのハルカスへのバイオガス
あべのハルカスへのバイオガス
あべのハルカスへのバイオガス装置の導入にあたってはにあたってはそれぞれのにあたっては それぞれの課題項目にに対して、次のような対策対策を講じている
じている。
１）生ごみのごみの運搬
生ごみのごみの運搬は、、ディスポーザをディスポーザを（図２）用用いてビルの地下へとへと生ごみを運搬運搬している。
。ディスポーザのディスポーザの活用に
図 2 ディスポーザ設備
ディスポーザより、生ごみのごみの汚水のの通路やエレベータやエレベータ内へのへの飛散による悪臭等悪臭等が防止されされ、衛生面のの確保がなされるとともにがなされるとともに、、含水率のの高い生ごみのごみの長距離運搬運搬が不要となりとなり労働力の削減にもにも繋がっているがっている。一方でで、ディスポーザのディスポーザの利用
では配管配管の閉塞が最最も危惧されるされる事項であるである。業務用
ディスポーザについてのディスポーザについての知見が少少なく既報 2) に示すように様々なな試験を実施実施し、業務用ディスポーザとしてはディスポーザとしてはディスポーザとしては初の集合管集合管による長距離搬送長距離搬送システムをシステムを構築したした。ポンプ
圧送によるによる中継システム
システム（図３）のの採用により配管配管の閉塞なく、ディスポーザディスポーザ 1 台で最大 10kg/分の生10kg/生ごみを搬送することがすることが可能であるである。
図 3 ディスポーザ中継システム
ディスポーザシステム
2）臭気防止臭気防止と安全性
安全性の確保メタン発酵
発酵は閉鎖系
閉鎖系でメタンガスをでメタンガスを回収するためするため、臭気がが外部に漏れることはないがれることはないが、ディスポーザれることはないが ディスポーザ
排水の前処理過程
前処理過程やや消化液の処理過程
処理過程でのでの臭気の拡散拡散の可能性があるがある。そこでそこで、ディスポーザ
ディスポーザ排水の前処理過程
前処理過程や消消化液の処理過程
処理過程についてはについては全て系内系内を陰圧とするようとするよう脱臭脱臭ダクトを設け
け、オゾン処理によるによる脱臭工程
脱臭工程の後に屋外屋外へと排出するようにしたするようにしたするようにした。また、メタンガスのメタンガスの爆発爆発の危険性危険性は、室内換気のシミュレーションをのシミュレーションを実施のシミュレーションを 実施し、部屋全体部屋全体として爆発限界爆発限界に達しないようなしないような換気回数換気回数を確保確保し、換気設備換気設備に冗長性をを持たせ安全性安全性を高めためた。また、局所的局所的なガス溜溜まりに対してして、硫化水素検知器硫化水素検知器、メタンガスメタンガス検知器を設置設置し、ガス漏漏れ危険性のあるのある周辺はは防爆設備としたとした。なお、部屋部屋の入口にに回転警告灯をを設置し、危険事象発生時危険事象発生時危険事象発生時に誤入室のないようにしているのないようにしているのないようにしている。
2）経済性
経済性
あべのハルカスでは
あべのハルカスでは日量3ｔ/日日程度の生生ごみの発生量発生量が見込ままれた。ビル
ビル単体としてのとしての発生量ととして建物規模建物規模も大きくきく多い方であであるが、それでもこのそれでもこの規模規模で生ごみごみのメタンのメタン発酵を実施実施してもその残残渣の排水処理排水処理までをまでを考えると、経経済性は成立成立しない。
。一方、あべのあべのハルカスではハルカスでは厨房除害設備
厨房除害設備が設
設
中水処理汚泥のメタンのメタン発酵処理も可能
可能であるがけられておりけられており、日量 700ｔの厨房排700 厨房排
あべのハルカスでは雑排水が低濃度なためあべのハルカスではなため汚泥の発生がない水を処理処理し、そこからそこから外部処理のの必要
図 4 メタン発酵発酵システムの組合せな汚泥がが発生する。このこの排水処理汚泥
排水処理汚泥（好気処理前好気処理前の加圧浮上加圧浮上スカムをスカムを含む）は生生ごみと同様にメタンにメタン発酵によりエネルギーによりエネルギー回収が可能によりエネルギー可能である。このエネルギー
このエネルギー回収により汚泥中このエネルギー
汚泥中の炭素分炭素分がメタンとなりがメタンとなり回収されることからされることから汚泥量
汚泥量が大幅大幅に減量され、、汚泥の外部処理費外部処理費が大幅大幅に削減されるされる。また、メタン
メタン発酵によりにより生じた残渣
残渣は厨房除害設備
厨房除害設備で処理可能である。この組合せ（図４）により生ごみ日量 3ｔという小規模でも経済性が向上した。
３．導入したシステム概要
図５に設置されたバイオガス設備、図６に地下５階への設置イメージ、図７にバイオガス設備の詳細フロー図を示す。これらの設備で日量 3ｔの生ごみ、日量 700ｔの厨房排水の処理が可能であり、バイオガス（メタンガス濃度 60％）540Nm3 が得られるものとして設置された。

図6

メタン発酵システムの設置イメージ図
ガス中継槽

脱硫塔
生ごみ

温水

バイオガス

メタン発酵槽

ガスエンジン

電力
温水

ガス
ボイラー

蒸気発酵残渣

ディスポーザ

厨芥固形分

ディスポーザ排水
原水槽

固液分離器（スクリーン）

好気処理槽
（担体法）

処理水
（公共下水道）加圧浮上スカム

GTスカム
分離水

厨房排水原水槽

加圧浮上装置好気処理槽（浸漬膜法）

雑排水図5

メタン発酵システム

図 7 フロー図
図 2 バイオガスシステムのフロー

中水
（再利用）

一次エネルギー換算（GJ/ 月 ）４．グランドオープンからの運転状況
300
あべのハルカスのバイオガス設備は
ガス発生量
250
蒸気使用量
2014 年 3 月に運転を開始し、当初は電力使用量200
様々なトラブルや想定外の水質などか150
ら運転が安定せず、想定外の水質に対応可能なように改修した。図８にグラ100
ンドオープンからのエネルギーバランス
50（設備での使用電力量と使用蒸気量、0456789101112
1234567
発生したバイオガスを全て１次エネル
月
月
月
月
月
月
月
月
月
月
月
月
月
月
月
月
2014年
2015年
ギー換算）を示す。電力や蒸気の使用
図 8 月毎のエネルギーバランス
エネルギーに比べ得られたバイオガスのエネルギーが増加し、2015 年 3 月には、ほぼエネルギー収支が 0 となり、4 月以降はエネルギーガス発生量（Nm3/ 月）

厨芥、スカム投入量（kg/月）収支が安定してプラスとなった。このエネルギープラス分は全量を発電効率 37％で発電した場合、10kW 強の発電機が 24 時間運転できる量である。なお、2015 年 5 月の段階で投入されている生ごみは日量 2ｔ程度である。この運転条件から生ごみ 3ｔの場合を計算すると、約 600Nm3 のバイオガスが得られ、40kW の発電機を 24 時間運12,000
140,000
転することが可能となる。
スカム処理量120,000
10,000
厨芥処理量
図９にグランドオープンからの厨芥
ガス発生量100,000
8,000
投入量と厨房排水スカム投入量とバイ
80,0006,000
オガス発生量を示す。ガス発生量は最60,000
4,000
40,000大 0.83Nm3/分解 VSkg と標準 3)0.35
2,000
20,000〜0.55 に比べ多量なバイオガスが発00生した。メタンガス濃度は 70％程度と4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月
2014年
2015年
標準 3)の 60％に比べ高濃度でより多く
図 9 月毎の負荷とガス発生量のメタンガスが回収できた。これは厨房排水汚泥中の油脂割合が高いことによるものと思われる。
油脂分に注目すると、厨房排水中の高油脂類により何度か発酵阻害が起きた。油脂分は発酵原料中に多量に入ると発酵阻害を引き起こすことが知られている。そこで、想定外の油脂濃度にも対応可能なように、想定以上の油脂類が流入した際にメタン発酵槽を守るため、油分除去装置を新に設置した。これにより安定したメタン発酵槽の運転が可能となった。
５．運転の安定性
５月から約３ヶ月間の投入 VS（Volatile Solid）、n-Hex 負荷量と発生ガス量を図１０に示す。また、図１１に日々のエネルギーバランスを示す。投入物の分解が比較的早く、投入量に応じたガス発生量の変動が見られる。しかしながら、設備改修のため投入負荷をほぼ 0 とした 5 月末にはガス発生量がVS負荷

ガス発生量0.70500

ガス発生量は一部データ欠損あり

4504000.50

3500.40300
2500.30

2000.201501000.10

図 10
蒸気使用量

07 月30 日

07 月27 日

07 月24 日

07 月21 日

07 月18 日

07 月15 日

07 月12 日

07 月09 日

07 月06 日

07 月03 日

06 月30 日

06 月27 日

06 月24 日

06 月21 日

06 月18 日

06 月15 日

06 月12 日

06 月09 日

06 月06 日

06 月03 日

３ヶ月間の負荷とガス発生量の推移

電力使用量

発生ガス量

ガス発生量は一部データ欠損あり

10864

図 11

３ヶ月間のエネルギーバランスの推移

7 月31 日

7 月28 日

7 月25 日

7 月22 日

7 月19 日

7 月16 日

7 月13 日

7 月10 日7 月7 日

7 月4 日

7 月1 日

6 月28 日

6 月25 日

6 月22 日

6 月19 日

6 月16 日

6 月13 日

6 月10 日

6 月7 日

6 月4 日

6 月1 日

5 月29 日

5 月26 日

5 月23 日

5 月20 日

5 月17 日

5 月14 日

5 月11 日

5 月8 日5 月5 日05 月2 日24 月29 日

一次エネルギー換算（GJ/ 日）

1205 月31 日

05 月28 日

05 月25 日

05 月22 日

05 月19 日

05 月16 日

05 月13 日

05 月10 日

05 月07 日

50
05 月04 日

0.00

05 月01 日

n-Hex 、VS負荷量（ｔ/ 日）

0.600ガス発生量（Nm3/ 日）

n-Hex負荷

大きく変化したが２週間程度で回復した。これは負荷を止めたことにより世代時間の長い菌によるメタン生成と世代時間の短い菌によるメタン生成のバランスが崩れたことによると考えられる。したがって、滞留日数 10 日以上と長いものであるが日々の投入を安定させることにより解決可能である。その後は概ね安定して投入量に応じたガス発生量であった。エネルギーバランスも 5 月末からの改修による不安定な期間を除き、概ね安定してエネルギープラスの状態であった。
６．省 CO2 性の検証
表１に 2015 年 5 月〜6 月の生ごみ 2ｔ強の場合の省 CO2 量の計算結果を示した。電力は 2010 年
当時の関西電力の原単位である
表 1 省 CO2 性能の検証
0.265kg-CO2/kWh を用いている
項目
計算
・10kgずつを人が単独でエレベータで地下5Fまで運搬が、年間約 250ｔの省 CO2 を達成
・エレベータの条件は105m/min、積載2ｔ、積載率30％、ノンストップで昇降計算の結果18,723kWh/年① DSPの利用・DSP利用による使用電力は5,455kWhできる。
７．経済性の試算
表２に経済性の試算結果を示す。
あべのハルカスにおいては、安定運転開始後１年間のデータが得られていないため概算として評価した。厨房排水処理汚泥や生ごみのリサイクルコストは地域によって大きく異なるため一概には標記できないが、10 年程度での投資回収が可能であると評価できる。

② 厨芥収集車削減③ 汚泥収集車削減④ 都市ガス代替⑤ 厨房排水汚泥焼却回避

・よって、18,723-5,455=13,268kWh/年
13,268kWh×0.265kg-CO2/kWh=3 .5 1 6 ｔ/ 年の削減
・往復で収集車１台あたり13kmの距離を走行。
・1台あたり1ｔの厨芥を積載。トラックの燃費は4km/軽油L、軽油の原単位は2.62kg-CO2/L。
・3回/日×2.1t/3t×365日×13km/回÷4km/L×2.62kg-CO2/L=6 .5 2 t/ 年
・含水率は97％、トラック１台あたり走行20km、4ｍ3の積載が可能、トラックの燃費は4km/L（（0.185t-DS）÷0.03÷4m3）回×365日×20km/回÷4km/L×2.62kg-CO2/L＝7 .3 7 t/ 年・バイオガス13A代替
470Nm3×0.7×35.5/40.6×2.01kg-CO2×365日=215.5t/年
・バイオ設備電力消費389kWh/日×365日×0.265kg-CO2/kWh=37.6t/年
・バイオ加温利用
2,320MJ/日/0.9/40.6MJ/Nm3×2.01kg-CO2/Nm3×365日=46.58t/年⇒215.5-37.6-46.58=1 3 1 .3 2 t/ 年
従来方式では0.185ｔ-DS/日の汚泥が発生、今計画では発生が回避、
1.535kg-CO2/kg-汚泥DSを原単位として採用。0.185t-DS/日×365日×1.535kg-CO2/kg-汚泥DS=1 0 3 .6 5 t/ 年

表2

経済性の試算項目
前提条件

・厨房除害施設（及び中水処理施設）が設置される建物への導入
・厨房排水処理量700ｔ/日程度
・熱利用設備は別途おわりに分別の協力が得られず人手を必要とすると大きくなる
日本一高いビルの地下で日本で管理状況により様々
厨芥処理量
３ｔ/日
な値を聞くことがある
バイオガス発生量
約600Nm3/日（メタン70％）
初めてのビル内メタン発酵の実設備
初期投資額
約３億円
運賃込みだと4〜5万円/ｔの導入がなされた。立上時に予期せ（メタン発酵に関する投資額のみ）の所もある
維持管理運転費
約５,０００万円/年
ぬトラブルや、テナントへの分別協（日常管理、分別人件費を含む）力のお願いなど順調な稼動まで１年
生ごみリサイクル費：３,２４０万円/年
収入見合い（想定）
厨房除害/中水汚泥処理費：４,０００万円/年強を要したが、関係各位の尽力によ
余剰ガス売却費相当：１,２００万円/年
り安定して生ごみと厨房排水からエ投資回収年数（試算）９．０年
ネルギーを得ることができるようになった。今後同様な事例が増加し、都市インフラとしてビル内にメタン発酵が導入されごみ収集車による生ごみ運搬が大幅に減り、リサイクル率も向上することが望まれる。
3.0万円/ｔ×3ｔ/日×360日（同規模施設の実績ヒアリング値）（80円/m3）

謝辞
本稿執筆にあたり、データのご提供をいただいた、近畿日本鉄道株式会社、近鉄不動産株式会社、近鉄ビルサー
ビス株式会社、株式会社神鋼環境ソリューションに感謝します。
【参考文献】
1）環境省、平成 27 年版 環境・循環型社会・生物多様性白書、p.p.198,2015
2）大塚雅之, 保科秀明他：超高層業務用建物へ適用するディスポーザ排水配管システムの排水性能と搬送性能に関する研究, 日本建築学会技術報告集,No.44, pp.181〜186, 2014.2
3）環境省大臣官房廃棄物・リサイクル対策部廃棄物対策課、メタンガス化施設整備マニュアル、2007