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特集論

国内初 北東北バイオマス発電事業への取り組み −小岩井・雫石町バイオマス発電事業−

文

Combined Biomass Power Generation Projectat Koiwai Farm in Shizukuishi
原 田信＊1

前 田 健 二＊2

山 崎 由 博＊4

鵜 飼 展 行＊5

Makoto Harada

Yoshihiro Yamasaki

Kenji Maeda

桑 原繁＊3

Shigeru Kuwabara

Nobuyuki Ukai

弊社では種々バイオマスの利活用技術開発に取り組んでいるが，新たな取り組みとして廃棄物削減とバイオマス利活用技術とを結びつけ地域の政策に沿ったソリューション事業を展開している．本事業は新法への対応，単なるバイオマスのエネルギー利用としてだけではなく，様々な社会的課題の解決に結びつくものであり，今後普及が見込まれるバイオマス利活用分野での取り組みとして広く関心が寄せられている．
弊社としては，新エネルギーへの取り組みによる地域の活性化，ごみの減量化，循環型畜産の実現，活力ある新たな産業の創出をもたらし，持続可能な循環型社会システムの構築に挑戦する．

1．はじめ① バイオマスからのエネルギー生産と再利用に② 地域社会と民間企業が共生した事業構築

近年の地球規模での温室効果ガス抑制に対する関心③ 技術と経営モデルの提供による農畜産業への寄与の高まりや，廃棄物削減を目指した循環型社会形成に④ 採算性を重視した事業構築

向けて，日本の各地域でも様々な取り組みが行なわれであり，我が国の政策に即し，新たな産業として付加ている．中でも平成 14 年に閣議決定された価値の向上を目指すものである．

マスニッポン総合戦略

バイオ

2．1．1

は，温暖化防止対策の切り札バイオマスからのエネルギー生産と再利用として農水省等５省横断の国家プロジェクトとして立バイオマスである家畜糞尿や食品残さなどは，エネち上がり，年々採択案件数が増加している．また， 容ルギー源になりうるものであるが，現在では堆肥化利器包装リサイクル法が施行用が主流であり，エネルギー源として十分に利用されされ，リサイクルによる廃棄物の削減が本格化していていない．本事業ではバイオマスからのエネルギー生る．平成 11 年には産と再利用を推進する．

や食品リサイクル法

食料・農業・農村基本法（新農2．1．2業基本法） と農業関連環境三法が制定され，持続可能な循環型社会形成に向けた法制度も整備されつつある．

地域社会と民間企業が共生した事業構築

本事業は町や地元企業の事業参画による地域社会との共生を目指すものである．特に小中学校の給食残さ

2．北東北バイオマス事業の基本的な考え方と特徴
小岩井農場は，盛岡市の西北 12 キロに位置し，岩や食品関係企業の食品廃棄物処理を行うことで，地域社会と民間企業が共同で環境負荷の低減を目指した社会システムを構築する．
2．1．3 技術と経営モデルの提供による農畜産業

手山南麓に広がる総面積約３千ヘクタールの敷地面積への寄与を有する．110 年以上にわたり農林畜産業の発展に取り組み，一貫して環境保全

持続型循環型基

本事業は農業関連環境三法の家畜排せつ物法に盤とした生産活動に挑戦してきたパイオニアである．

対応した家畜糞尿の適正処理に加えて，事業として成北東北バイオマス事業は小岩井農場内を拠点に，畜産立する技術と経営モデルを提供することで農畜産業全系廃棄物と食品系廃棄物の複合湿式処理を通じ，循環体の発展に寄与するものである．また，製造された堆型社会の実現を目指す日本国内初の民間主体のバイオ肥や消化液の利用を推進することで，資源循環を実現マス発電事業である．

し，循環型農畜産業の構築に寄与する．

2．1

事業の基本的な考え方

2．1．4

本事業の基本的な考え方は
技術本部技術企画部開発計画グループ主席
横浜製作所環境ソリューション技術部水システム設計課＊3
機械事業本部環境ソリューション部事業化推進グループ長

採算性を重視した事業構築

本格的にバイオマス利用を推進するためには，採算

＊1＊4

＊2

＊5

機械事業本部環境ソリューション部事業化推進グループ
技術本部横浜研究所環境装置研究室

157

性のある事業とすることが必要である．そこで本事業

施設は敷地内に効率的に配置され，省力化を図ってでは事業計画の全体について採算性を考慮した事業といる．
また消化液の全量を液肥として再利用するため，して構築する．

水処理施設が不要となる．このように設備費及び運転

2．2

事業の特徴

本事業の特徴は次の３点であり，地域の特性を生かし，新規性・独創性ある事業スキームとなっている．
① 観光施設連携型② 家畜糞尿と食品残さの複合湿式処理③ 民間主体の採算重視事業
2．2．1 観光施設連携型

管理費を低減する工夫を施している．

4．変換システムについて（処理プロセスについて）
4．1

メタン発酵技術，堆肥化技術（1）メタン発酵技術
メタン発酵反応は嫌気的条件下で，嫌気性細菌の作用により有機物を低分子化し，最終産物としてメ

本事業の実施場所である小岩井農場は，年間 80 万タン（CH4）と二酸化炭素（CO2）を得る技術であ人が訪れる県内有数の観光施設である．小岩井農場内

り，式（1）で表される．即ち，有機物はメタンを介で発生する家畜糞尿と地域から収集する食品残さを，してエネルギーとしてリサイクルされる．

場内で処理及び再利用することで，より幅広い層に新エネルギーや環境調和型事業の大切さを効果的にアピ

CxHyOzNp ＋ aH2O →有機物

bCH4 ＋ cCO2 ＋ dNH3 ＋ eCuHvOwNq

ールできる．
2．2．2 家畜糞尿と食品残さの複合湿式処理
本事業では家畜糞尿と食品残さを同じ施設内におい水

メタン 二酸化炭素 アンモニア（1）

残さ（2）堆肥化技術て湿式処理する．同じ地域内で発生する複数種のバイ堆肥化は好気的条件下で，好気性細菌の作用によオマスを集約処理することで，設備投資・施設運営をり有機物を二酸化炭素（CO2）と水（H2O）に分解，効率化できる．

安定化する技術であり，式（2）で表される．完全に

2．2．3 民間主体の採算重視事業
本事業では民間企業の経営ノウハウを最大限発揮した採算重視の事業としている．新たな産業としての有効性を立証することで，バイオマス事業について企業や行政の積極的な取り組みを誘発すると考えられる．

分解されなかった有機物が残さであり，堆肥として回収される．堆肥化では家畜糞尿，食品残さなど大部分の有機物を原料にすることができる．
CxHyOzNp ＋ aO2 →有機物

bCO2 ＋ cH2O ＋ dNH3 ＋ eCuHvOwNq

3．北東北バイオマス事業の概要
3．1

事業スキーム

本事業は，小岩井農牧（株），雫石町，東北発電工業

酸素

二酸化炭素

4．2

水

アンモニア（2）

残さ本事業での処理フロー（1）処理対象物（株），東京産業（株），そして弊社が出資して設立した処理対象物は，家畜糞尿と食品残さである．処理SPC（特別目的会社） （株）バイオマスパワーしずく

対象物の平均処理量，構成物について表１に示す．

いしが施設の整備，運営を行う．

家畜糞尿は① 牛糞尿，② 鶏糞，③ 敷料（ワラな

小岩井農場の家畜糞尿は，除さ液と固形分に固液分離される．この除さ液と周辺地域から収集した食品残表１

さをメタン発酵処理し，メタンガスと消化液を製造する．メタンガスは発電利用し電力として回収し，自家処理対象物として農地還元する．固形分は堆肥化され良質な堆肥

家畜糞尿として販売する．
3．2

運 営 方 式

堆肥・液肥・電気の販売収入で賄う．
食品残さは県内の食品関連企業より，収集運搬業者

27 200−17 500

敷料含む

肥育牛

糞尿

8 520

敷料含む

5 940

−

入物性状を徹底して管理している．

糞−

固形性廃棄物（破砕不要）

17 500

おから，脱水汚泥，もやし，もやし豆，缶詰残さ，たまねぎ，パンくず

固形性廃棄物（破砕必要）

1 920

給食残さ，食品加工残さ

液状廃棄物

3 230

廃牛乳，シロップなど

合計

22 650−を活用し効率的に収集する．なお液肥の品質安定化を図るため，食品残さの来歴を事前調査し搬入物量や搬糞尿

59 160

家畜糞尿

食品残さ

考

糞尿

採卵鷄・種鷄

施設の運営は，家畜糞尿や食品残さの処理委託費，

備

育成牛

乳牛経産牛

消費及び小岩井農牧（株）に売電する．消化液は液肥

処理対象物
平均処理量（kg/d）

食品残さ合計コーヒーかす全処理対象物合計

3 550−

85 360−三菱重工技報 Vol.42 No.4（2005-11）

158ど）などで構成され，性状変動は比較的小さく，分象物を受け入れている．これらは生物化学的分解性解性が低い点が特徴である．計画処理量は 59.2 t/dが異なるため，混合してメタン発酵処理する場合にであり，全量の約 69 ％を占める．

は，対象物ごとに滞留時間の過不足を生じ，運転効

食品残さは ④ 破砕不要な固形性廃棄物（おから率の低下をまねく恐れがある．このため本施設では，など），⑤ 破砕の必要な固形性廃棄物（食品加工残メタン発酵設備を家畜糞尿用と食品残さ用の２系列さなど），⑥ 液状廃棄物（廃牛乳など），⑦ コーヒに分離して対象物ごとに処理を行っている．メタンーかすで構成される．これらは分解性が高く，性状発酵設備の仕様を表２に，フローを図２に示す．

変動が比較的大きい点が特徴である．計画処理量は，④ 〜 ⑥ の合計で 22.6 t/d，⑦ 3.6 t/d である．

家畜糞尿は，除さ装置により除さ液と固形分に分離される．この除さ液のみをメタン発酵し，固形分（2）処理フローは堆肥化設備にて堆肥となる．

本事業での処理フローを図１に示す．

食品残さは破砕等の前処理ののちに，家畜糞尿除① 受入設備さ液の消化液とともにメタン発酵する．これにより処理対象物の固液分離，破砕等を行う．
表２② メタン発酵設備
メタン発酵処理によりメタンガスを得る．
処理条件は 35 〜 37 ℃の中温発酵であり，メタ処理対象物

ン発酵槽は家畜糞尿除さ液用と食品残さ用の２槽を有する．消化液は滅菌処理後に液肥として農地に還元する．
③ エネルギー利用設備

メタン発酵設備仕様

家畜糞尿用
メタン発酵槽

食品残さ用
メタン発酵槽家畜糞尿除さ液

食品残さ調整液
家畜糞尿除さ消化液

処理温度

中温（35〜37 ℃）

温調方式

チューブ式熱交換方式

撹拌方式

水中プロペラ方式

メタンガスは，脱硫後にガスエンジン（250 kW × 1 台）により，発電・熱回収を行う．
④ 堆肥化設備

滅菌槽

破砕機（食品残さ）（液肥）
水中撹拌機

家畜糞尿の固形分を堆肥化し，良質な堆肥と食品残さ用 メタン発酵槽して販売する．
4．3

除さ装置

システム上の特徴・工夫点（消化液）（家畜糞尿）
水中撹拌機

本システムは処理対象物の特性や周辺環境を考慮し，家畜糞尿用（固形分）（1）メタン発酵処理の安定化，（2）堆肥の高品質化，メタン発酵槽
機械撹拌機
（堆肥）

（3）高効率な熱利用システム化が図れることを特徴とする．

一次発酵槽（1）メタン発酵設備

図２ メタン発酵・堆肥化フロー本施設では家畜糞尿，食品残さなど複数の処理対

食品残さ

施設内利用

③エネルギー利用発電設備
学校等給食加工残さ

電力
もやし，おから等②メタン発酵設備

家畜糞尿

滅菌槽

肉・育成
牛糞

メタン発酵槽鶏糞

鶏舎

液肥

メタン発酵槽

乳牛糞肉・
育成牛舎

場外売電

ガスエンジン
脱硫装置 ガスホルダ 発電機（能力：250kW×１台）①受入設備

食品加工会社
乳牛舎

二次発酵槽（コーヒーかす）④堆肥化設備

コーヒーかす堆肥
コーヒーかす等

食品加工会社

一次発酵槽

二次発酵槽

図１ 処理フロー

ストックヤード

159

表３堆肥化設備仕様

一次発酵槽
型
撹拌機式

開放機械撹拌式

通気堆積式

空気吹込方式

底面多段ブロア

底面多段ブロア

撹拌方式

オープン走行式

ホイールローダによる切返し

表４
長手方向
家畜糞尿固形分の投入

二次発酵槽

種

堆肥の取出処理対象物

図３ 一次発酵装置（開放機械撹拌式）
製

物質収支
類量

家畜糞尿

59.2t/d

食品残さ

22.5t/d

コーヒーかす3.6t/d堆肥

15.5t/d

液肥38.2t/d

電力

4 000 kWh/d

品

難分解な家畜糞尿除さ液の処理時間を長くでき，分解率の向上を期待できる．
（2）堆肥化設備
本施設では，家畜糞尿の固形分を堆肥化する．固形分の主成分は牛糞と敷料であり，いずれも不純物の混入が少なく堆肥の原料として適切である．
堆肥化設備は図２に示すように，一次発酵槽と二次発酵槽の２槽直列で構成される．設備の仕様を表３に示す．

4．4

処理及び製造能力

本施設の処理及び製造能力を表４に示す．
一日の処理能力は約 85 t（家畜糞尿約 59 t，食品残さ約 26 t）であるのに対して，一日の製造能力は電力
約 4 000 kWh，堆肥 15 t，液肥 38 t である．

5．まとめ

一次発酵槽は主として有機物を分解させ堆肥化を

本報告では北東北バイオマス発電・再利用事業への促進する．二次発酵槽は主として堆肥の熟成と水分取り組みについて紹介した．本事業では，複数種のバ調整を行い，製品品質を調整する．

イオマスを複合湿式処理・再資源化する技術モデル，一次発酵槽は開放機械撹拌方式であり，その外観地域内でバイオマスを再利用する産業化モデル，官民を図３に示す．発酵槽の長手方向の片側が開放され共同の SPC が施設運営を行う経営モデルを提案した．ているため，家畜糞尿固形物の投入や堆肥の取り出これらの有用性を示すことにより，バイオマス発電・しを任意の場所で行うことができる．さらに撹拌機再利用施設の普及推進と循環型農畜産業の確立によるは槽の長手方向に動かせるため，任意の部分を選択地域社会の活性化に貢献できると期待される．

的に撹拌できる．このため発酵状況に応じて発酵時

弊社では，テクノロジーとビジネスモデルを適切に間や撹拌頻度を調整できるため，好みの品質の堆肥組み合わせ，時代の変化に対応したソリューション事を得ることが可能である．

業を提案し，地域社会の発展に貢献したいと考えてい二次発酵槽は通気堆積式である．既に一次発酵槽

る．

で大部分の有機物は分解されているため，ホイルローダーによる切り返しを１〜２週間に一度行うだけでよい．含水率を調整するため，必要に応じてコーヒーかすと消化液を添加する．消化液は堆肥の品質安定化に配慮し，比較的性状の安定している家畜糞尿起因の消化液に限定している．
（3）エネルギー利用設備
本施設では，メタン発酵設備から得たメタンガスをもとに，ガスエンジン発電機により電力と排熱を

原田信

前田健二

山崎由博

鵜飼展行

桑原繁

得る．電力は一部を場内利用し，残りは売電する．
排熱は処理フロー内で家畜糞尿，食品残さの昇温，メタン発酵槽の保温に利用することで，外部からの燃料供給を要しない自立した運転ができるよう配慮している．

三菱重工技報 Vol.42 No.4（2005-11）