2024年3月8日 公開セミナー

＠知の拠点あいち

地域の資源循環を支える
次世代の小規模普及型メタン発酵システム

豊橋技術科学大学、㈱豊橋バイオマスソリューションズ、㈱小桝屋、日本特殊陶業㈱□研究リーダー
国立大学法人 豊橋技術科学大学 教授 大門 裕之□事業化リーダー
1)次世代の小規模普及型メタン発酵システムの開発
株式会社 豊橋バイオマスソリューションズ
代表取締役社長
熱田 洋一
2)メタン発酵の運転を容易にする新たな管理技術
株式会社 小桝屋
専務取締役
鈴木 邦彦

「様々なバイオマス資源」
を「誰でも」
有効利用できる愛知発の技術をつくる！

地域分散型(オンサイト型)の資源循環、再生可能エネルギー生産
食品廃棄物
畜産糞尿
有機汚泥

小規模普及型
メタン発酵システム

エネルギー生産

1-1.研究テーマの概要：[メタン発酵技術]
廃棄物の再資源化、再生可能エネルギーの生産技術として注目されているのに普及が遅れている

メタン発酵(嫌気性消化)とは
農作物

発酵助剤工場
食品工場

食品
副産物

発酵助剤

畜産物

畜産農家

畜産
糞尿

バイオガス

メタン発酵
(嫌気性消化)糖
アミノ酸高級脂肪酸

酢酸
水素/CO2

消化液(バイオ液肥)農地還元

太陽光発電所緑化

カーボンニュートラル、循環型社会、再生可能エネルギーの普及促進、SDGｓ・・・など 社会的に求められる技術ですが、他の再エネ技術に比べ普及に遅れ

バイオガス(メタン60％)

嫌気性(無酸素状態での)微生物群集

炭水化物
タンパク質
脂質

バイオガス発電

水処理

微生物群集の働きを使って、廃棄物等から再生可能エネルギーであるバイオガスを生成

有機物

電気
熱

CH4
CO2

1-２.研究テーマの概要：[研究テーマの背景と課題]
普及を妨げる課題
１）スケールメリットが生かせる大規模事業者しか参入困難
４）原料として扱う廃棄物の質と量の変動が激しい場合があり、✓これまでの導入事例は、大規模な工事が伴う高額な設備簡単には対応困難✓海外メーカーからのプラント導入(大規模プラントがほとんど)✓特に、中間処理業者などで食品廃棄物等の原料をメタン発酵する
２）微生物群を用いた技術なので、専門的な知識が必要場合、この傾向は顕著✓適正な条件下を整えてのメタン発酵を実施する必要✓他の微生物処理技術に比べ、変動に弱く(増殖速度が遅いイメー✓原料に窒素成分が多いと嫌気性消化ではアンモニアが多く生成し、ジ)、適正条件の幅も狭いので、投入原料の量やその方法の管理がこれがメタン発酵を阻害重要であるが、現場での測定が困難
３）愛知県等では消化液をバイオ液肥として利用した実績が少なく、
５）メタン発酵槽等の運転管理基準を定めてもそれを水処理するコストが高額現場でモニタリング困難✓愛知県は農業も盛んであるので、他地域より可能性があるが、消✓アンモニア濃度やアルカリ度などは、メタン発酵槽の安定運転の化液の肥料成分濃度が低く、作業の煩雑さに対して低効果ために管理基準が定められることが多いが、それをモニタリング✓通常のメタン発酵消化液では夾雑物が多く、通常の機器では散布困難
困難✓専門性が高い技術なので、開発できる企業が限定●この課題は、小規模ほど顕著で普及を妨げている●一方、市場規模は中小規模の方が大きいため、普及には中小規模にフォーカスした課題解決が必要●解決には、原材料管理、処理技術、装置設計など多岐にわたるため業界横断的協調が必要

課題を解決し、様々なバイオマス資源を誰でもメタン発酵できるように！
1)次世代の小規模普及型メタン発酵システムの開発

豊橋技大、㈱豊橋BS

2)メタン発酵の運転を容易にする新たな管理技術㈱小桝屋、㈱日本特殊陶業

実用化の可能性が高い要素技術のみを採用・社会実装

1-３.研究テーマの概要：[次世代の小規模普及型メタン発酵システムの開発]
原料

1-③ 消化液を高品位液肥化して資源循環を促進する技術の開発【主実施者】豊橋技科大、㈱豊橋BS

1-① 高効率超小型メタン発酵システムの開発【主実施者】豊橋技科大、㈱豊橋BS

消化液

高濃度
液肥ろ過液

固液
分離

メタン発酵槽(中温メタン発酵)

スラッジ
高効率メタン発酵槽 (メタン生成菌)(高温メタン発酵)

膜分離(ＭＦ膜)槽
増殖速度の遅いメタン菌の流亡を防ぐ

濃縮(ＲＯ膜)槽

再生水(浄水)

水以外のものは、ほとんど通過しない膜を使って肥料成分を濃縮技術概要・役割分担１ 次世代の小規模及型メタン発酵システムの開発

アンモニア除去された発酵液脱硫に利用

1-② 本分野での⾧年にわたる課題である ① 小型でも高効率化により短時間でメタン発酵可能アンモニア阻害を回避する技術の開発② 従来はアンモニア阻害の発生により【主実施者】豊橋技科大、㈱豊橋BS取扱うことができなかった原料・条件での運転も可能③ 肥料成分が高濃度の液肥を製造

従来より、2倍の高負荷にも耐えうるメタン発酵システムの実現価値の高いバイオ液肥の製造【実証試験設置計画】

アンモニア除去槽

R4
R5R6

高効率超小型メタン発酵設備(中心部分)
高効率超小型メタン発酵設備(膜分離等)
アンモニア除去設備
濃縮(RO膜)設備

1-４.研究テーマの概要：[メタン発酵の運転を容易にする新たな管理技術]
４ メタン発酵の消化液に特化した水質センサー開発【主実施者】日本特殊陶業㈱
固液
分離

原料採取

メタン発酵槽(中温メタン発酵)

各メタン発酵槽から消化液を自動サンプリング

高効率メタン発酵槽(高温メタン発酵)
パイロット試験の様子

３-①迅速かつ簡便な原料の成分推計法開発【主実施者】㈱小桝屋・夾雑物の多い消化液に対応したセンサーを装備
・アンモニア濃度等の計測が可能
・同社が別用途で実用化しているセンサーを応用

運転管理
近赤外分光分光光度計(相馬光学社製、写真小桝屋提供)

近赤外領域
スペクトル

・発酵槽酸敗防止基準を満たすように原料投入
計画を策定
・バイオガス発生量予測

原料の成分を瞬時に推計

３-② 高品位液肥の有効利用法開発【主実施者】㈱小桝屋【実証試験設置計画】
R5

水質センサーの設置

２.年次ロードマップ:[本年度の実施概要ロードマップと目標達状況]
研究項目(R5年度予定進捗％)
1-①超小型高効率
メタン発酵システム(100％達成)

1-②アンモニア阻害防止技術(95％達成予定)
1-③消化液の高品位液肥化(100％達成予定)

2-①迅速かつ簡便な原料の成分推計法(100％達成予定)
2-②高品位液肥の有効利用(100％達成)
2-③メタン発酵の消化液に特化した水質センサー

R5.7

R5.04
R4試作品で試験を開始

R6.04

R5.10

MF膜分離設置

中心(メタン発酵)部分の設置完了予定

MF膜分離設置完了

MF膜分離
高負荷運転試験

試作品設計
試作品
設計開始

試作品
設計完了

RO膜耐久性予備試験機設置工事

試作品設計
試作品
設計開始

RO膜予備試験 試作品
設計完了
機設置完了

現場データの蓄積
現場に即した測定方法の決定

20種類以上の検量線データ

プレ栽培(里芋収穫)

農場の確保

R5試作品設置作業
試作品設計完了

栽培試験
方針決定

試運転(機器の故障修理中)
試作品設置完了

特許出願準備中３-1

研究開発の実施状況:[目標達成状況

設備費239万円/kW以下]

経産省・算定対象範囲
発電機
原料

前処理

消化液

消化(発酵)槽

水処理 or
消化液有効利用(経産省：2021年FIT調達価格算定委員会資料)
500ｋW未満 全規模
単位：万円/ｋW
資本費

平均値

321.7

307.1

中央値

242.7

244.8

最も厳しい値を選択＋物価急騰等

今回の試作品(算定対象範囲)の主な仕様
投入可能量：2 (返送消化液を含む)トン/日
バイオガス発生量：300～350N㎥/日
想定発電量：540～630kWh/日＝23～26kWh/時
今回の試作品(算定対象範囲)の価格＋発電機金額
本体2,300＋MF膜分離1,100+25kW+発電機等1,200万円＝4,600万円
170～200万円/ｋW＜239万円

３-２

研究開発の実施状況:[実施内容１ 設置している試作品の写真]

第２発酵槽(内容水量15m3)
固液分離機
原料貯留槽
(内容水量6m3)

第１発酵槽(内容水量30m3)

水質センサー

MF膜分離槽ものの流れ

３-３．研究開発の実施状況:[実施内容２ 例

原料槽

20

第１発酵槽

各槽における全炭素濃度]

第２発酵槽

MF膜分離あり

MF膜の閉塞等の症状は見られない

全炭素濃度(％-C)

1510
ガスになった分だけ炭素濃度低下

5バイオガスの組成(期間の平均値)
CH4：CO2＝63：36(％)
H2S＝750ppm

0050100150200250300経過日数(日)

原料混合率

原料:戻し消化液＝1:1

発酵槽投入量(L/日)

1,000

原料100％
500

750

1,000

1,500

３-４．研究開発の実施状況:[炭素フロー(MF膜分離導入前後)]
MF膜導入前【原料】

重量：500kg/日
TC：12.4％【バイオガス】【バイオガス】

体積：6N㎥/日

体積：86N㎥/日【第1発酵槽】
TC：1.68％【戻し消化液】
重量：500kg/日
TC：0.94％【固液分離】【残渣】

重量：8kg/日
TC：8.2％【第2発酵槽】【消化液】

重量：380kg/日
TC：0.94％

MF膜導入後【バイオガス】【原料】

重量：750kg/日
TC：7.8％【第1発酵槽】
TC：1.4％✓どちらの炭素分解率も通常より高い値であるが、MF膜導入後の方が炭素分解率が向上→今後は、原料投入量の増加(【バイオガス】

炭素分解率：80％(ガスになった炭素の割合)【第2発酵槽】【MF膜分離槽】【消化液】【消化ろ液】

体積：7N㎥/日

体積：113N㎥/日【固液分離】【残渣】

重量：35kg/日
TC：7.2％炭素分解率：77％(ガスになった炭素の割合)

重量：250kg/日
TC：1.4％

重量：360kg/日
TC：0.36％

３-５

研究開発の実施状況:[試料の前処理]

前処理

スペクトル

BMP＝a×ADOM＋b×脂肪…原料から発生が見込まれるバイオガス(ポテンシャル)量設定値より高すぎる･･･
酸敗の危険性があり設定より低すぎる･･･
発酵槽内の微生物活性が落ちる。
実証試験で実践

各波⾧の吸光度vs化学分
析結果→多変量解析→波⾧の吸光度を重みづけ→各成分の値を推計
検量線

スペクトルデータから各種成分を推計可能に

４．研究実績 2023年度
〇特許出願
【展示会】

１件準備中

第12回次世代ものづくり基盤技術産業展
TECH Biz EXPO 2023-あいち新エネルギー産業講演会・交流会2023 2023.2 ポスターセッション
イノベーションフェア2023 in東三河
2023.10 ポスターセッション
サイエンスアゴラ2023
2023.11 ピッチセッショントークセッション
2023年度アグリビジネス創出フェアin東海
2023.12 ポスターセッション
エコプロ2023
2023.12 出展
超異分野学会豊橋フォーラム2023 2023.12 ポスターセッション・パネルディスカッション【表彰その他】「STI for SDGs」アワード科学技術振興機構理事⾧賞「小規模廉価型メタン発酵システムによる「誰ひとり取り残さない」社会の実現」
豊橋技術科学大学 資源循環工学研究室、株式会社豊橋バイオマスソリューションズ

2023.11

エコテックグランプリ2023 リアルテックファンド賞、京セラ賞「小規模メタン発酵システムのトップ企業を目指して」
株式会社豊橋バイオマスソリューションズ 2023.10)【補助事業等】

農林水産省中小企業イノベーション創出推進事業(フェーズ３基金)「化学肥料およびGHG排出量削減に資する循環型社会システムの開発・実証」
2023～2027年度 528百万円 ㈱豊橋BS、旭化成㈱、農研機構、イオンアグリ創造㈱、㈱小桝屋、技科大５-１．事業化の見通し[事業化を見据えた体制の構築 特にスタートアップ企業を中心として]小桝屋①各社がそれぞれの技術および製品(プラント)を販売②本次世代型メタン発酵システム
および管理技術をパッケージで販売

日本特殊陶業大学発ベンチャー

豊橋技術科学大学

豊橋BS

・サプライチェーンの構築済→拡大中
・連携企業多数(スタートアップ企業)

現在、4G型メタン発酵システムを販売
初年度黒字目標達成
今期(2期目)売上目標1億円達成
現在、事業進行中の案件
養豚糞尿系 ×2グループ 3施設
中間処理業者系 ×2件 2施設
食品工場系 ×2件 2施設
その他 ×１件 1施設※本事業による開発が間に合えば、次世代型機の導入を考えているところがいくつかあり〇既に従来型(4G)で実績を積上げており、本実証試験の結果を踏まえ、次世代(5G)型設備の販売が展開できる体制になっている。

５-２．事業化の見通し:[市場性]設備規模(億円)

10100

他社と連携してでプラント施工

1
当社が単独でプラント施工

国内大手・海外から技術or設備導入【公共処理場、大規模中間処理場などを対象】

既に普及が進んでいる領域

地域に0～2件程度
国内
市場規模 (60件、1600億円)

地域に5～30件程度(800件、4,800億円)

大規模集約型〇スケールメリットが高い
×安定運転等に対するリスクが高い
×欧州等と条件・状況がかなり相違

地域に50～500件程度(9,000件、7,200億円)

小規模分散型
×排出企業で状況がかなり相違〇各社独自の取組として実施可能〇消化液の有効利用が比較的容易

件数、市場規模共に大規模集約型事業より大きい。
ベースが愛知で1から開発・設計した技術であるため、次世代技術の導入も円滑
小規模分散型は注目度が高く、競合が生まれてきている。
→実績で先行、次世代型機の実現でさらに独壇場の市場となる。

☆大手企業を中心にCN事業を真剣に進めており、活況を呈している。
→早期に次世代型機の実用化が必要

５-３．ビジネスプラン
バイオガス(メタン発酵)事業は、中小の単独企業だけで成立が難しい。多くの企業(本申請以外の企業も含む)と連携して事業を進めている。
以下の特徴をしっかりと伝えられるように最終年度の実証を進める【技術的な特徴】〇2倍の高負荷でも安定した発酵が可能
例）土木費が削減可能、必要な敷地が縮小〇これまで困難であった原料も取扱可能
例) これまで大幅な希釈が必要であった養鶏糞【特徴的なビジネスモデル】〇(本実証設備のような)可搬式タンクを用いたメタン発酵設備のリース事業
例）初期費用0円で可能〇高品位液肥販売事業

例) これまで廃棄物だった消化液を有価物化、液肥の買取・販売事業

６-１．愛知県産業への貢献
どの業界においても、多くの企業がSDGs、脱炭素に向けた取組を始めており、本申請によりバイオガス(メタン発酵)事業が普及することは、産業界全体へのインパクトが非常に大きい。
【機械工業】
メタン発酵プラントにおいて、愛知県の企業の製品も多く使用している。
【食品産業】
食品工場は、大きな工場であっても大規模な設備を導入できるほどのところは少ない。そこで、本申請による小型のシステムがサイズ的に適している。これまで、導入できなかったこの業界でのメタン発酵も一段と進むことになる。また、運転管理体制が従来より充実した本申請技術であれば、新たな労務費をあまり必要とせず、導入が可能である点も大きい。
【中間処理業】
原料である廃棄物が集まり、大規模な事業が実施できるところでは、既に設備の設置もしくは設置計画の策定を始めている。
しかし、中小規模の事業者ではまだまだ普及していない。そうした事業者でも導入可能となる。本分野の事業者に導入が進めば、愛知県全体でのリサイクル率向上が期待できる。
【畜産業】
愛知県は、畜産も盛んな地域である。これまで、アンモニア阻害の心配からメタン発酵導入が困難であった養鶏を始め、これまでの希釈を必要せずともよくなる(設備費が削減できる)養豚などで本技術の導入が進むと考えられる。また、愛知県では比較的小規模な酪農や養豚農家さんも多いため、本技術が本分野におけるメタン発酵の促進に大きく貢献できる。匂い対策などにもつながり、業界のイメージの改善になる。本技術に対する知見が少なくても、水質モニタリングの遠隔監視等が充実していれば、安心して導入できる。
【耕種農業】
化学肥料の高騰から有機肥料に注目が集まっている。本技術による消化液は、従来と性状が大きく異なり、成分も濃縮されていることから、これまでの負のイメージを覆すことができる。そして、バイオ液肥としての利用が進めば、肥料代削減だけでなく、資源循環やSDGｓに貢献もしくは配慮した農業の実践につながる。

６-２．人材育成[研究者・技術者]【申請事業期間中】〇豊橋技科大学生を在学中のものも含め、㈱豊橋BSの社員等として雇用〇試験は、申請内容のものを優先して実施〇本技術の導入などを検討している事業者などと情報交換を行い、本実証試験の一部を実施しながら知見を深めて頂く計画【事業終了後】(案)〇本技術の導入を検討中の事業者などが実証試験の実施を希望された場合、本申請事業で設置した設備を使用してこれを行う実証研拠点〇同時に人材育成の場としても活用していくことを提案