１．委 託 事 業 名 ：麻機遊水地等環境整備事業から発生する刈草を主成分としたペレットの研究開発

２．委託事業者名：

委託団体：株式会社白鳥建設
連携大学：東海大学海洋学部環境社会学科 教授 田中博通
連携団体：株式会社アクティオ 静岡支店

３．研究成果概要：【背景】
国土交通省と静岡県内にある 17 事業所の土木行政関連部署で 2005 年から 2011 年の過去 7年間に回収、処理した流木、剪定枝、刈草について回収量と処理費の実績をアンケート方式で行った。その結果、流木、剪定枝、刈草の年平均回収重量は、それぞれ 97,518tf、6,648tf、63,535tfであり木質系バイオマス全体では 167,701tf となった。また、これら木質系バイオマスの年平均処理金額は合計 997,175,806 円となった。流木、剪定枝、刈草とも焼却処理の割合は、それぞれ 46％、69％、64％と大きく、農業利用については流木と刈草では25％、29％であった 1)。この様に、静岡県内にある国と県の土木部署が回収処理している木質資源だけでもかなりの量がある。
また、麻機遊水地では毎年小学生以上を対象とした草刈を目的として「クリーン作戦」を行っており、この時発生する刈草の多くは焼却処分されている。

写真-1 植生しているカヤ【目的】
本研究は、河川、海岸、麻機遊水地等で発生する未利用木質資源のうちヨシ、カヤ、セイタ
カアワダチソウと三保の松原でボランティアが週 2 回回収しているマツ葉をペレット化し、それらの有効活用方法を見出す目的で以下の調査・研究を行った。本研究で対象とした植物は、ヨシ、カヤとセイタカアワダチソウ、マツ葉である。
まず、静岡麻機遊水地のクリーン作戦等で発生した刈草の種を特定し、刈草の種目ごとの成分と発熱量を把握した。分析項目は、水分、灰分、揮発分、総発熱量、真発熱量、炭素、水素、窒素、硫黄、塩素、酸素、ナトリウム、酸化ナトリウム、カリウム、酸化カリウム、カルシウ
ム、マグネシウム、鉄、マンガン、ケイ素である。
次に刈草のみでペレット製造は可能であるか検討し、可能であった場合、製造されたペレットの発熱量を分析し、商品化の可能性を検討した。
また、燃焼残渣量の割合と、その成分を分析し、燃焼残渣の利活用について検討した。
上述したように、今回の研究は、草を原料としたペレットに関する総合的研究である。

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【研究結果及び成果】(1)

含水率の推移

麻畑遊水地で回収したヨシ、カヤ、セイタカアワダチ
ソウと地域住民のボランティア活動で回収したマツ葉は、回収後にブルーシートの上で乾燥させ、ほぼ平衡含水率になるまで気温、湿度と含水率を計測した。木質ペレット製造では、原料の含水率が最も重要なファクターである。電熱を使わずにペレット製造に適する含水率を自然乾燥で実現できれば経済的である。
写真-2 は、ヨシとセイタカアワダチソウの乾燥風景である。測定は、東海大学海洋学部臨海実験場第 2 水理棟

写真-2

ヨシとセイタカアワダチソウの乾燥風景の屋内を利用し、加熱乾燥式水分計で含水率を計測した。
含水率は測定環境に大きく影響を受けるため、測定場所の温度と湿度を気温湿度計で同時測定した。図-1 に気温と湿度に関する含水率の推移を示す。また、全体的に初日の含水率が 2 日目には急激に減少しており、2 週間もすると含水率は 10%台を維持するようになり、大きな変化が表れなくなっている。回収した草からペレットを製造するためには、自然環境下における草の水分特性を知ることが重要である。今回の調査において、季節性もあるが約 2 週間でペレット製造に適する含水率10%になることが分かった。
(2)

図-1 含水率の推移

植物の成分分析結果

本研究で用いた原料であるカヤ、ヨシ、セイタカアワダチソウの 3 種類の成分分析を行った。
カヤに関しては、枯れたものが存在していたため、カヤ（枯）、カヤ（生）のケースで分析を行った。分析項目は、水分、灰分、揮発分、総発熱量、真発熱量、炭素、水素、窒素、硫黄、塩
素、酸素、ナトリウム、酸化ナトリウム、カリウム、酸化カリウム、カルシウム、マグネシウ
ム、鉄、マンガン、ケイ素である。成分分析は、分析専門会社に委託した。
その結果、カヤは生の状態と枯れた状態では水分に約 27 倍もの違いがある。また、塩素が枯れたカヤでは 0.20%であったが、生のカヤでは 0.64%と約 3 倍の値を示している。さらに、カリウムは、枯れたカヤが 0.12%であるのに対し、生のカヤでは 2.70%と約 22 倍の値を示している。そして、生のカヤ、枯れたカヤ、ヨシではカルシウムがあまり無く、硫黄はほぼ含有していない。イネ科のヨシやカヤはケイ素が高く、燃焼した時にクリンカが出来やすいと考えられる。燃料用ペレットとして重要な発熱量に関して、草本系の発熱量は木質系であるスギ等と遜色ない発熱量を示しており、よく燃焼することが期待できる。
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(3)ペレット製造について
今回のペレット製造は、写真-3 に示す静岡県工業技術研究所所有のペレタイザー（株式会社土佐テック）を使用した。ペレット製造は、多数の円筒形の小孔があるダイスとローラーからなるペレタイザーに粉砕された原料を投入し、ローラーで粉砕された原料が小孔に押し込まれ行われる過程だが、本研究では、粉砕までしなくても適した破砕機を用いて直接破砕を行った。
草本系ペレットを製造する際、木質系の原料を混写真-3 使用したペレタイザー合しなければ成型できないと予測していたが、草単体で成型可能であったため、草のみで製造することとした。ペレットを製造する際には，原料の含水率が重要な要素であり、含水率が大きいと柔いペレットとなり、含水率が小さいと成型ができす粉末状のものがペレタイザーから排出される。ペレット製造に最も適した含水率は10%前後とされており、原料の乾燥は含水率が 10%前後になるまで行い、10%以下で平衡含水率となったものは、加水処理を行い利用した。
カヤ、ヨシ、セイタカアワダチソウについては、それぞれ葉茎と葉茎花の成分についてペレットを製造したが、例として表-1 にカヤについて投入した原料の重量と製造されたペレット重量と含水率を示す。投入重量の 95%の重量のペレットが製造できる。今回ペレットを製造した
ヨシ、セイタカアワダチソウ、マツ葉も同じ傾向となった。
表-1 カヤのペレット製造量と製造当日の含水率使用した草の重量(kg)

製造された重量(kg)

製造当日の含水率(%)

カヤ葉茎6.46.26.5カヤ葉茎花15.815.25.5(4)草本系ペレットの含水率推移と発熱量
表-2 にペレットの熱量分析結果を示す。ペレット化を行うことで原料に含まれる水分が減少し発熱量が増加している。全体的にペレット化前と後の発熱量を比較すると、ペレット化することでより燃料として使用しやすい形になる。
すべてのペレットにおいて含水率は製造当初から若干減少し、製造から 1 週間後のカヤ、ヨシ、セイタカアワダチソウ、マツ葉のペレットの含水率は、それぞれ 4.5%、4.5%、6.5%、7.5%前後の値となった。特筆すべきことは、草本類ペレットの含水率は、気温、湿度の影響を受けず、ほぼ一定となることである。
(5)ペレットストーブを用いた燃焼実験と炎の温度測定製造したペレットを燃焼させるために、ペレットストーブ（株式会社さいかい産業）を購-3-

表-2 ペレットの熱量分析の結果入し、製造したそれぞれのペレットの燃焼を試みた。
測定位置は、炎の中心線の上中下の 3 か所とした。
温度計測は、熱電対（K タイプ）を使用し、温度をデータロガーに連続記録して、その連続値の平均を平均温度とした。また、ペレットの投入時間や投入量、残渣量、最高温度、最低温度、平均温度をそれぞれ測定しデータをまとめた。
図-2 は、奥美濃のペレットと草本系のペレットの図-2 各ペレットの燃焼温度燃焼温度を示す。最高温度は、スギを原料とする奥美濃のペレットの 950℃を超え、草本系のどのペレットも約 1000℃となった。しかし、平均温度は、奥美濃のペレットよりも若干低い値となった。
(6)ペレットの燃焼残渣
図-3 は、温度計則時と同時に求めたペレット投入量に対する燃焼残渣の重量割合である。奥美濃ホワイト
ペレットの残渣率が約 0.36%であるのに対し、本研究で製造した草本ペレットは約 3～5%の残渣率であった。
特に、ケイ素を多く含むイネ科のカヤとヨシの残渣率は、セイタカアワダチソウと松葉よりも約 2%大きいことがわかった。

図-3 投入量に対する燃焼残渣率【おわりに】
今回原料としたカヤ、ヨシ、セイタカアワダチソウ、マツ葉は、それ自体でペレット化した。
このことから、刈草にスギ、マツ等の樹木を混合することなく草のペレットを製造できることがわかった。そのペレットの発熱量は、スギ、ヤナギ、タケと比べ、同等以上の値となった。
今回の研究開発によって、従来焼却処理していた刈草の燃料としての利用に道が開かれ、多くの地域住民が参加できる新たなエネルギー産業の創造が期待できる。
＜参考文献＞
1)田中博通、居波智也、櫻田哲生：流木等の利活用と持続可能な国土およびエネルギーのあり方、平成 26 年度日本沿岸域学会研究討論会、日本沿岸域学会、2014.

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