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August/2005■ 寄稿・論文・報文・解説
近未来技術展望「廃棄物サーマルリサイクルの将来」
マテリアル事業
クリーンサーモ― 真 の 循 環 型 社 会 を め ざし て ―Perspectives on Near-future Technologies"Future in Thermal Recycling of Wastes"---Aiming for True Recycling Society- - 〈キーワード〉

廃棄物・サーマルリサイクル・MCS技術
油化技術・ガス発電技術・バイオマス

東京工業大学 大学院総合理工学研究科教授

吉川 邦夫
By Prof.Dr.Kunio Yoshikawa, Tokyo Institute of Technology,
Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering

近未来技術展望「廃棄物サーマルリサイクルの将来」―真の循環型社会をめざして―

要

1. はじめに旨

現在、廃棄物の分別収集が当たり前になり、廃棄日本は、年間約8億トンの物資を輸入し、約1億トン物ごとの性状にあったリサイクル技術が不可欠となの物資を輸出している。すなわち、正味7億トンの物っている。金属類やガラス、土石などの不燃性の廃資が毎年日本に流入していることになる。一方、広※1

棄物は、マテリアルリサイクルすべきである。
しかし、大な国土を持つ米国では、輸入と輸出がそれぞれ3

生ゴミやプラスチック、紙などの可燃性の廃棄物は、億トンで、ほぼバランスがとれている。日本の圧倒的※2

無理にマテリアルリサイクルするよりも、高効率なサーな物資の輸入超過が、大量の廃棄物を生み、一般マルリサイクルを利用するほうが、経済的で環境負廃棄物が年間で約5,000万トン、産業廃棄物は年間荷も低いことが多い。

で約4億トンも排出されている。そのうち約2億トンが今回、廃棄物をエネルギー源として利用できるよ

焼却処理され、この焼却処理されている廃棄物のうな、画期的なサーマルリサイクル技術を紹介し、今持つ熱エネルギーの総量は、わが国が消費するエ後の廃棄物処理のあり方を提言する。

ネルギー量の１割近くに達すると考えられる。
したがって、廃棄物が持つエネルギーをうまく活用できれば、それだけ化石燃料の消費量を減らすことができ、
日

Abstract
It has become the norm to separate wastes for
waste collection nowadays, requiring specificrecycling technologies suitable for the natureof wastes. Material recycling must be used fornoncombustible wastes such as metal, glass,dirt and stone while highly efficient thermal recycling for combustible wastes such as kitchen
waste, plastics and paper would be more economical and in many cases the environmental
impact is lower than unreasonable material recycling.
Desirable waste management is suggested forthe future, and introduced here is an epochmaking thermal recycling technologies that enable the reuse of wastes as energy source.

本の二酸化炭素排出量の削減に大いに貢献できるはずである。
しかし、この莫大な未利用エネルギーは、ほとんど利用されていない。
これまでの廃棄物処理は、大量埋立てか大量焼却のいずれかであった。現在、廃棄物の分別収集が当たり前になり、廃棄物ごとのそれぞれの性状にあったリサイクル技術が不可欠となっている。金属類やガラス、土石などの不燃性の廃棄物は当然マテリアルリサイクルすべきであるが、生ゴミやプラスチック、紙などの可燃性の廃棄物は、無理にマテリアルリサイクルするよりも、高効率なサーマルリサイクルに利用するほうが経済的で環境負荷も低いことが多い。
その場合、収集・運搬コストや立地難を考えると、大量の廃棄物を処理できる大規模なシステムよりは、廃棄物をなるべく発生元で処理し、廃棄物の排出者が自らエネルギー源として利用できるような小規模なシステムが中心となろう。
本稿では、筆者や筆者が共同研究を行なっている企業が開発した、画期的なサーマルリサイクル技術を紹介し、今後の廃棄物処理のあり方を提言する。

1

2. 乾燥・破砕技術（MCS）（乾燥のエネルギー収支）（ＭＣＳ技術の原理）

可燃性廃棄物の中でも、下水汚泥が年間7,000

図1に、MCS技術の原理を示す。下水汚泥や畜※3万トン、畜糞が年間9,000万トンと、含水率の高いバ糞あるいは生ゴミのような高含水率のバイオマス系※4

イオマス系の廃棄物が圧倒的に多い。例えば脱水ケー廃棄物を、籾殻等の乾燥したバイオマス系廃棄物とキとなった下水汚泥の場合、含水率は80%以上であ同じ反応容器内に投入する。そして、温度200℃、る。これは、乾物が持つ全エネルギーが水分の蒸発

圧力2MPaの飽和水蒸気をボイラーで生成して、5に必要なエネルギー量にほぼ等しく、エネルギーを分ほどかけて、反応容器内に充填する。そして、反投入して乾燥させ、燃料化することは、エネルギー応容器内が所定の温度に達したら、攪拌翼で10分収支上、意味がないと考えられていた。そのため、含程度攪拌し、反応容器内から水蒸気を抜き出す。

水率の高いバイオマスのエネルギー源としての利用抜き出された水蒸気は、凝縮器で冷却して凝縮水は、効率の低いメタン発酵に限られていた。
しかし、とし、浄化槽などでの簡易な水処理を行なって下水MCS（Multi-purpose Conversion System）と呼に放流する。

ばれる画期的な乾燥技術の登場により、極めて少一方、反応容器内の処理済み廃棄物は、放出弁ないエネルギー投入で、乾燥・脱臭・破砕が同時にをあけて、系外に取り出す。処理直後の廃棄物は、行なえるようになった。

含水率がまだ60%程度と高いものの、不快な臭気がなくなり、一昼夜の自然放置によって、10〜30%程度にまで含水率が低下する。

バイオマス資材
農業廃棄物

林業

漁業残渣
家畜糞尿

下水汚泥

生ゴミ

投入ホッパーφ450
飽和蒸気1.96MPa

水蒸気

減圧・排出

MCS反応容器（リアクター）

排出弁300A

攪拌ユニット
0〜36rpm

ボイラー
発電燃料

処理品

有機肥料

図1. MCS技術の原理NACHI-BUSINESS news

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近未来技術展望「廃棄物サーマルリサイクルの将来」―真の循環型社会をめざして―（自然エネルギーを利用して乾燥）
図2には、処理前後の生ゴミの様子を示す。MSCようなことが可能となるのかを解明中である。得られ処理を行なうことによって、生ゴミが粉末状の物質た生成物は、燃料としての利用の他に、元の廃棄に変化していることがわかる。すなわち、反応容器物の性状に応じて、肥料や飼料としての利用も可に注入される水蒸気は、材料を乾燥させるのではな能である。

く、乾燥しやすい状態に変える働きをするだけで、乾生ゴミ投入前の状態

生ゴミ投入後の状態

燥自体は、自然エネルギーを利用できることになる。
したがって、廃棄物中の水分の蒸発に理論上必要なエネルギー量に比べて遙かに少ないエネルギーで効果的に乾燥を行なうことができる。また、生木の幹やプラスチックなどの破砕も可能で、まさに画期的な乾燥・脱臭・破砕技術である。現在、下水汚泥処理をターゲットに、NEDOの補助金を得て、なぜこの図2．MCS技術を用いた処理前後の生ゴミ

3. 油化技術
プラスチックや鉱物油は、元々石油から生成されたほど普及していない。その最大のネックになってたものであり、廃棄物となった後は、再び燃料油にいるのが、生成される再生油の品質が低いというこ戻すのが理にかなっている。廃プラ油化の技術は、とである。図3に紹介する油化技術は、廃プラスチッ

これまで様々なとり組みがなされてきたが、期待されクあるいは廃油（鉱物油、植物油）の熱分解ガスを※5

図3．廃プラスチック油化システム

330

特殊な改質触媒槽を通すことによって、軽分子化し、再生油（シリカアルミナ系融媒使用）割合［wt%］

通常の油化プロセスで得られる再生油の軽質分が増加するという特長を持っている。このプロセスで得られた再生油の炭素数分布を図4に示すが、ガソリンや灯油に近い軽質な再生油が生成されているこ20

レギュラーガソリン（参考）
灯油（参考）

10とがわかる。本技術は、小規模なシステムにも適用

熱分解油可能であり、廃プラスチックや廃油の発生元での処00理に適している。

1020304050

炭素数

図4．再生油の炭素数分布4. ガス化発電技術
ＭＣＳで燃料化された廃棄物、油化プロセスの残渣および、油化できない可燃性廃棄物は、最後にガス化発電によって電力および温熱・冷熱に変換される。

燃料ガス

テムの構成例を示す。

レキュプレーター

排ガス

図5に、ガス化発電システムである、STAR-MEETシス

ガス冷却・精製装置

改質ガス

電力
空気

燃料ガス
廃棄物

水蒸気バーナー

高温水蒸気
空気加熱器
エンジン発電機排ガス

空気
水蒸気空気（100℃）

熱分解炉

水蒸気

改質ガス

改質ガス
熱分解ガス

改質炉
水ボイラー

600℃空気灰分

図5．廃棄物ガス化発電システム（STAR-MEETシステム）

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近未来技術展望「廃棄物サーマルリサイクルの将来」―真の循環型社会をめざして―（熱分解炉でガス化）
廃棄物は熱分解炉に供給され、約600℃の高温する。

空気で熱分解ガス化される。熱分解ガス中にはターSTAR-MEETシステムは、あらゆる可燃性廃棄物ル分が含まれているため、800℃〜1,000℃に加熱さに適用可能であり、図6に示す、世界最小規模の廃れた高温空気／水蒸気を注入して、800℃以上の棄物発電システム（マイクロSTAR-MEETシステム：高温下で、タール分を一酸化炭素および水素へと1トン／日規模、発電出力50kW）から、図7に示す、改質する。同時に熱分解ガス中のダイオキシンも完

鹿児島県市来町が一般廃棄物と肉骨粉の処理用全に分解される。改質後のガスは熱回収しながら冷却・に導入した、中規模の廃棄物発電システム（灰溶融精製し、精製ガスの一部を燃焼させて高温空気／

STAR-MEETシステム：20トン/日規模、発電出力水蒸気を発生させ、残りの精製ガスを燃料として、900kW）まで、廃棄物の処理量に合った規模のシス混焼ディーゼルエンジンで発電を行ない、必要に応テム構成が可能である。

図6．マイクロSTAR-MEETシステム

5

じてエンジン排熱も、温熱あるいは冷熱として利用

図7．灰溶融STAR-MEETシステム

5. 統合システム
以上、紹介した技術に加えて、廃棄物からの水素長は、廃棄物の種類、処理量および必要とするエネ※6

製造をめざすシステムや、スターリングエンジンを用いルギーの種別に応じて、最適なシステムが構成できた、より簡素なバイオマス発電システムなども現在開る点にあり、今後着実に市場に普及していくものと発中である。筆者がめざす未利用資源のトータル・リ確信している。

サイクルシステムを図8に示す。本システムの持つ特周辺技術
高含水物・生ゴミ・汚泥・蓄糞

高品質肥料

高圧水蒸気乾燥

MEETシステム
ガス化燃焼

燃焼ガス

スターリングエンジン

低カロリーガス（H2＋CO＋N2）

混焼ディーゼルエンジン

中カロリーガス（H2＋CO）

ガスエンジン
燃焼電池

STE-MEET

未利用資源・埋立ゴミ選別機
・高温熱交換器
・高温除塵フィルター
・遠隔監視システムなど

中・低含水物
ガス化改質

・一廃・産廃STAR-MEET

廃プラ

水蒸気ガス化・廃棄物・バイオマス
HyPR-MEET

廃油・機械油・廃食油

電力
温／冷熱

高品質油

油化

水素
水蒸気改質

図8．未利用資源トータル・リサイクルシステム

用語解説※1 マテリアルリサイクル
廃棄物を原材料として再生し、利用すること。材料リサイクルとも呼ばれる。
※2 サーマルリサイクル
廃棄物からエネルギーを回収することで、廃棄物焼却時に発生する熱を利用して、温水を作ったり、風呂や温水プールに利用したり、発電や冷暖房に利用したりすること。
※3 バイオマス
再生可能な生物由来の有機性資源で化石資源を除いたもの。バイオマ
ス系の廃棄物などとしては、家畜排せつ物、下水道業などからの有機汚泥、建設現場などから発生する木くず、家庭から発生する厨芥類などがある。

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※4 脱水ケーキ
汚れた水を、水質基準を満たすまで浄化する為の設備で、分離された汚れの成分を凝縮・脱水してできた固形物。
※5 油化技術
油化技術はフューエルリサイクルとも呼ばれ、プラスチックなどの廃棄物を油化して、燃料として利用すること。
※6 スターリングエンジン
シリンダー内に満たされたヘリウムや水素などのガスを、外部から加熱・冷却し、それによって生じる気体の熱膨張・熱収縮を利用してビストンを動かし、動力を得るエンジン。外熱機関に分類され、熱効率はディーゼルエンジンと並んで高い。

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