2016.3.8 成果報告会（東京）

平成27年度木質バイオマス加工・利用システム開発事業「林地残材等のトレファクション燃料化による高効率利用技術の確立」

国立研究開発法人森林総合研究所
株式会社アクトリー
三洋貿易株式会社

１．当該事業の目的、理念
・木質バイオマスエネルギー利用は小規模熱利用への動き
日本再興戦略改訂2014：林業成長産業化への木質ﾊﾞｲｵﾏｽ利用戦略として「地域密着型の小規模発電や熱利用との組合せ等によるｴﾈﾙｷﾞｰ利用促進を図る」と明記。
ドイツ、イギリス：FIT、RHI政策で小規模利用施設が増大中。

・木質ﾍﾟﾚｯﾄ燃料は世界で年間約2,500万トン流通○ 燃料が均質、自動制御し易い、エネルギーの高密度化△ 水に弱い・製造工程にトレファクション（250℃前後の半炭化）の導入で、エネルギー密度の最大化や耐水性の向上等、木質ﾍﾟﾚｯﾄ燃料を高性能化できる。

・地域事業体が単独で設置可能な規模のトレファクション燃料製造実証、地域のコミュニティーで完結する燃料の熱利用実証を行い、地域分散型の新たな木質バイオマスの地産地消モデルを構築する。

2

２．トレファクションとは？
・無酸素雰囲気下250～300℃前後で行う低温炭化処理。
・耐水性の向上、発熱量など燃料を高性能化する。
・ペレット化との組み合わせでエネルギー密度を最大化する。
低温での炭化処理

高ｴﾈﾙｷﾞｰ密度

1.032300.8

重量減少(-)
重量比(-)

280.6

26240.4

220.2

20

発熱量
0100

200

300 400 500
温度(℃)

600

700

発熱量(MJ/kg-熱処理物)

重量0.0

高耐水性

体積当たりの発熱量を最大化

2.3

チップ

従来品

従来品

ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ

ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ

5分浸漬

11.7

ペレット

16.1

ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ
ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ

18800

木材熱処理時の重量減少、発熱量変化の例

051015
ｴﾈﾙｷﾞｰ密度(GJ/m3)20【計算方法】
ｴﾈﾙｷﾞｰ密度(GJ/m3)=発熱量(GJ/kg)×かさ密度(kg/m3)
かさ密度 ﾁｯﾌﾟ 130、ﾍﾟﾚｯﾄ650、ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ700
発熱量 ﾁｯﾌﾟ､ﾍﾟﾚｯﾄ18,000、ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ23,000

高湿度などの劣悪状況下で保管しても形状を維持します。

３．小規模利用での問題点と解決策
・保管、搬送、利用時の製品吸湿・吸水のリスク
屋外保管、雨天時のフレコン配送がしにくい、原料タンク、供給部への結露等
トレファクション燃料の導入

・製品の長期保管を可能にして生産・配送計画を立てやすくなり、設備・配送コストを削減できる。
・燃焼器の燃料詰まり防止、熱効率向上、燃料消費量削減等が期待できる。
本事業での実施項目

・ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝに最適化した炭化炉の開発・改良
・ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ燃料の生産性向上技術の開発
・施設園芸等、産業用途での利用実証

4４．事業計画と実施概要
平成25年度 ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ装置の設計、製作
平成26年度 ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ装置運転ﾃﾞｰﾀ収集、燃料利用実証
平成27年度 ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ燃料の連続製造、利用ﾓﾃﾞﾙの提示

平成25年度成果
・ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ装置（20kg/h）を設計、製作し、予定を前倒して一部設置した。
・粉砕、ﾍﾟﾚｯﾄ燃料化、燃料利用実証の予備試験を行い、ﾍﾟﾚｯﾄ燃料の性能評価手法を開発した。
・海外事例調査で得た知見を装置設計や品質向上に反映させた。

平成26年度成果
・実証ﾌﾟﾗﾝﾄを竣工し、連続生産へ向けた運転ﾃﾞｰﾀを取得した。
・ｽﾄｰﾌﾞ燃焼試験等からﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ燃料は良好な燃焼性能を示した。
・製造効率向上、長期利用時の影響などの課題

5５．平成27年度事業実施計画
１．ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ装置の開発
ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ装置の連続運転を行い、運転条件の適正化を図る。連続運転結果をふまえて、商用化機のｲﾒｰｼﾞを提示する。

２．ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ燃料の製造・利用実証
トレファクション燃料の連続製造を行い、燃料製造条件の適正化を図る。国内外での生産現場にて技術討論を行い、燃料製造の適正化に反映させる。
トレファクション燃料を用いて、温風器等を対象に熱利用の長期利用実証を行う。

３．ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ利用ｼｽﾃﾑ設計
ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ燃料の利便性、コスト評価を行う。

・小規模利用へ向けての商用プラント、利用モデルを提案する。

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６．事業実施体制（独）森林総合研究所
ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ燃料利用ｼｽﾃﾑの設計
・生産性向上技術開発
・地域利用ｼｽﾃﾑの設計、海外事例調査

三洋貿易（株）（株）アクトリー
ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ装置の開発

ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ燃料の製造・利用実証・装置運転適正化、商用機設計
・小規模発電システム実証

・ﾍﾟﾚｯﾄ燃料製造適正化、商用機設計
・温風機等燃焼機器での熱利用実証事業推進に関する助言、指導

個別課題への技術指導

外部検討委員

技術講師

2名

4名
7

７．燃料製造実証プラント概要
トレファクション燃料製造フロー

トレファクション装置とペレット化装置から構成されます。

原料ﾁｯﾌﾟ

トレファクション

①②

処理物：
木質チップ
処理量：20kg/h
反応時間 ： 約1時間
キルン内径 ： 0.55 m
キルン長さ ： 5.6 m

粉砕③④

ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝﾍﾟﾚｯﾄ

⑥

⑦

⑤

粉砕機

ペレタイザー
熱電発電装置チラー

ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝﾁｯﾌﾟを粉砕します。

粉砕されたﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝﾁｯ
ﾌﾟをﾍﾟﾚｯﾄ成型します。

冷却水

水蒸気

サイクロン

①

ペレット成型

排気

給
水

誘引ファン

⑥

灰受け

④

水冷熱交換器

原料チップ

原料チップ
トレファクション炉（ロータリーキルン）②

定量フィーダ
希釈ファン
灰受け

③

熱風発生炉

ﾛｰﾀﾘｰｷﾙﾝ⑤⑦

トレファクションチップ

バーナ⑥へﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝﾁｯﾌﾟ
Ｐ

油タンク 油ポンプ

ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝﾍﾟﾚｯﾄ

トレファクション装置フロー図
林地残材などの木材バイオマスチップをトレファクションします。
乾燥工程が不要で、装置からの排熱の有効利用を図ります。

④へ

粉砕ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝﾁｯﾌﾟ

ペレット化装置フロー図
トレファクション装置で処理されたトレファクションチップを粉砕後、ペレタイザーによるペレット燃料化を行います。

８．トレファクション炉連続運転
①設備改良
炉内熱電対
原料チップ

① ② ③ ④
1,000

1,000

1,350

1,000(mm)2014年度検討委員会からの指摘に基づいて、熱電対の増設、シール部、製品出口部分の改良を行った。

キルン外筒
乾燥領域

炭化領域

製品

図 ロータリーキルン模式図②運転内容
2015年8月、10月、12月に昼夜連続運転を実施のべ運転日数25日間

原料チップ処理量

約8t

原料水分50.6～54.5%

製品量1.9t（10月）

歩留まり（乾燥基準）

約75%（8月）

運転の様子

トレファクションチップ
9９．ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ燃料製造試験

運転の様子

トレファクションペレット

・連続生産したトレファクションチップに対してペレット燃料成型できることを確認した。
・サイクロンの改良で粉じん飛散が減少した。
・約1.9tのトレファクションペレットを製造
・高位発熱量 ～約22 MJ/kg
・かさ密度～約700kg/m3
・機械的耐久性
未処理ペレットに比べて約4ポイント減

10. トレファクション燃料の利用実証（民生用）
熱利用実証（家庭用ストーブ）：

・家庭用ペレットストーブを用いてトレファクション燃料100%で燃焼試験を実施した。
・木質ペレット燃料との比較の結果、トレファクション燃料では着火時間の遅れはみられず、着火時の煙が少ないことを確認した。
8

11．トレファクション燃料の利用実証（産業用）
熱利用実証（農業用温風機）：

試験場所の園芸施設（高知県芸西村）

・ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ燃料が従来ﾍﾟﾚｯﾄ燃料に比べて起動、停止が速くなることを確認した。

12．トレファクション燃料の性能評価
耐水性評価

燃焼性評価
変位計

水（20℃）
ペレット400

発熱速度重量80

総発熱量6020040

ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝﾍﾟﾚｯﾄ

100205初期傾き(%/min)

300

Total Heat Release [MJ/m2]

Heat Release Rate [kW/m2]
Weight [g]643210000510152025303540

従来ペレット（18種平均）

トレファクション（5種平均）Time (min)・トレファクション燃料が良好な燃焼性、耐水性（保管性）を示すことを実験室レベルの解析から明らかにした。

13. 商用機イメージ（ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ炉）
プラント仕様案
原料

サイクロン

トレファクション炉

減温塔

処理物

木質チップ

処理量

1,000 kg/h

原料水分55 %以下

燃料

乾留ガス＋重油

加熱方式

間接加熱

滞留時間

約１時間

電力量
（定格）

約110kW

水量（20.4 t/日）

投入機

処理物
熱風発生炉

14

14.コスト構成、販売単価
現状

その他
維持管理費 7.7%
10.2%

・現状の販売単価は試算段階で従来ペレット燃料比で2倍以上。
原材料費
26.8%

今後
償却費
21.0%

労務費
16.7%

・生産効率向上で製造コスト縮減
・販売価格に見合う用途の創出
・利用コストを踏まえたコスト精査

光熱水費
17.6%

コスト構成

・利便性に優れる燃料として家庭用、業務用での利用を図る。
1515.新たな用途の創出
用途

概要

施設園芸

野菜、花き温室の加温暖房、給湯

屋内の暖房、給湯

大規模発電

石炭混焼

小規模発電

ガス化熱電併給

調理

飲食店、アウトドア

防災

学校、公共施設の備蓄燃料

トレファクションペレットの利点を生かし、調理、アウトドア、防災燃料としての活用の可能性あり。
従来ﾍﾟﾚｯﾄ

ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ燃料

1616．ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ燃料利用モデル
未利用材の地域分散利用

新収益源
森 林
林地残材

森林保全
林業活性化
被害木

残材の自力または事業体搬出森林組合等の敷地内

新たな収入

燃料製造ﾌﾟﾗﾝﾄ

新たな雇用創出
地域でｵﾍﾟﾚﾚｰｼｮﾝ可能

ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ燃料
燃料代地域産業での利用、地域外販売
施設園芸

民生で熱利用

調理･防災用品

熱効率向上

燃料保管性向上
燃料費の対外支払削減

化石燃料使用削減
17・地域の木質ﾊﾞｲｵﾏｽをﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ燃料として地域内で加工・利用することで、雇用と燃料供給などの新たな収益が生まれ、地域経済と林業活性化に寄与する。
従来ﾍﾟﾚｯﾄ

ﾄﾚﾌｧｸｼｮﾝ燃料

17．まとめ
１．トレファクション燃料製造実証設備での運転試験から、トレファクション炉の24時間連続運転が可能なことを確認した。
２．連続生産されたトレファクションチップからペレット燃料を生産可能なことを確認した。家庭用、産業用燃焼機器での利用実証を通じて燃料が良好な燃焼性を示すことを明らかにした。
３．製造コストに見合う用途として調理、アウトドア、防災用燃料などを示した。トレファクション燃料の小規模熱利用モデルを提示した。

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