第31回

夏季研修会論文集

2010/08/21

平成 22 年度夏季研修会資料

石炭灰資源化による改質コンクリートの製造方法（科学技術振興機構 A-STEP 補助金による研究開発）

藤本栄之助

Ⅰ．研究開発課題名 「改質フライアッシュコンクリートの製造システム」
Ⅱ．研究開発の背景と目的
１．背景と目的背景：フライアッシュは、これを用いたコンクリートのワーカビリティが改善され、単位水量低減効果が見込めるため乾燥収縮ひび割れの抑制効果が期待される。更に、水和熱を低減してマッシブな断面のコンクリート部材の温度ひび割れの抑制に効果がある。加えて、アルカリシリカ反応の抑制効果があり、アルカリシリカ反応性が無害と判定されない骨材を使用する場合のアルカリシリカ反応抑制効果対策として有効である。そのようなフライアッシュの有効活用には、火力発電所から排出されるフライアッシュを選別する必要があること、及び、JIS A 6201（コンクリート用フライアッシュ）に規定されているフライアッシュの品質基準が、有効活用の実態に比べて幅が広く、フライアッシュの使用を消極的にしている。
目的：フライアッシュの未燃カーボンを高品質対応レベルに制御し、これをスラリー化し、コンクリート用混和材としてコンクリートに大量混合してコンクリートの性能を向上させようとするもので、コンクリートの高強度化、高耐久性化を実現するものである。
２．原権利及び検証済みの成果の概要
整理

番号特 許 の 名 称

出願（公開または特許登録）番号①

セメント系組成物の製造方法

4028966②

石炭灰コンクリート及びその調合方法

3877562③

浮遊分離装置及び方法並びにその利用製品の製造方法

特願 2009-168346

発 明 者

出 願 人

松藤泰典・小山JST

智幸
松藤泰典・小山JST

智幸
松藤泰典・高巣幸二・達見清隆

JST 北 九 州
産業学術推
進機構

①、②を用いて調合したコンクリートを用いた実験
単位セメント量を 285 ㎏/m3 とし、フライアッシュを 455 ㎏/m3 混入したコンクリートの 28 日強度
が、単位セメント量を 523 ㎏/m3 とするコンクリートの 28 日強度とほぼ同じ値を示した。（図 1）

③の浮遊分離装置のラボサイズを使用した実験
2 種類のフライアッシュに対して、30 分間程度の処理で強熱減量を 3％以内に低減できた。
（図 2）
10080
圧縮強度（N/mm2)

F=455kg/m3，高流動C=285

F0 20℃水中
F0 現場水中F0 20℃封緘
F0 気中
F1 20℃水中
F1 現場水中F1 20℃封緘
F1 気中
F2 20℃水中
F2 現場水中F2 20℃封緘
F2 気中60

W=165kg/m3
C=523
F=455kg/m3，中流動
C=285

W/C=65 % 一定
W=185 kg/m3

40（単位：％）
灰種

強熱減量7.7％

強熱減量6.8％

原灰7.72

6.84

30分

1.61

2.39

60分

1.33

2.01120分

1.08

1.94

180分

1.14

浮遊選鉱時間強熱減量（％）

普通コンクリート8

強熱減量（7.72％）

7

強熱減量7.7％
強熱減量6.8％

強熱減量（6.84％）

6JIS A 6201 ﾌﾗｲｱｯｼｭⅡ種

54200F=0kg/m3C=285

管理値

32101372891

材齢（日）
図 1 圧縮強度の経時変化

3650（分）050

100150

図 2 処理時間と強熱減量の関係

200

Ⅲ．研究開発及び事業化の目標
１．3 年間の技術目標（平成 22 年度末までに確立する技術目標または試作品スペック）①旋回式未燃カーボン分離器のフルスケールプラントでの実証（目標：フルスケールでの十分な旋回を確認、未燃カーボンの分離の程度を検証する。）（概要）21 年度中にマイクロバブル発生装置を選定し、フルスケールでの運転を行う。濃度管理、強熱減量管理をリアルタイムで計測できるモニターを検討する。
②改質フライアッシュスラリーの強熱減量（目標：1 年目に強熱減量を 3％以下とする。）（概要）21 年度中に、ラボスケールで実現した強熱減量をフルスケールで実証・確認する。
③改質フライアッシュスラリーの強熱減量管理基準値（目標：最終的に強熱減量管理基準値が、1.45±0.75％として達成できることを確認する。）（概要）最終的に、市場で競争優位性を確保するレベルを目指す。
④テール灰濃縮システムの実証（目標：濃度 80％濃縮を目指す。）（概要）1 年目はラボスケールで確認した後、フルスケールプラント設計を行う。最終的にフルスケールプラントで実験する。
⑤フロス灰の処理（1 年目の目標：火力発電用燃料あるいはアスファルト用原料として濃縮する。最終目標：火力発電用燃料あるいはアスファルト用原料として開発する。）（概要）改質フライアッシュを製造する際に出る副産物であるが、これの有効活用を図る。
２．製品目標（創業ベンチャーの製品に関する機能目標または製品スペック）①改質フライアッシュスラリーを製造するプラント（目標：未燃カーボン量が品質規準値を達成すること、また改質フライアッシュスラリーの濃度管理が正確にできること）（概要）生コン業者は上記プラントで製造される改質フライアッシュスラリーを混和材としてコンクリートに混ぜ、改質フライアッシュコンクリートを製造する。
３．1 年間の目標（2 次選抜までに達成する技術面及び事業面の目標）（基本的には前年度記載内容と同一であるが、追加の委託研究開発費を用いて事業化を目標にした低コストフルスケールプラントの試作を行う。）
技術面について①マイクロバブル発生装置を用いた旋回流設計。
②濃度管理、強熱減量についてのリアルタイム計測システムの設計。
③テール灰濃縮システムをラボスケールで検討し、フルスケールで設計。
④低コストフルスケールプラントの試作。
⑤ラボスケールで実現した強熱減量 3％以下をフルスケールで実証・確認。
事業面について①フロス灰の処理として、火力発電用燃料あるいはアスファルト用原料として濃縮する。
②温室効果ガス 25％削減に寄与する北九州イニシアチブの FS。

③改質フライアッシュスラリーの性能評価取得に関わる調査。
④産業廃棄物処理装置としての調査。
４．事業化構想
本事業の目的は、世の中が求めている「高流動・高強度コンクリート」の提供であり、そのための製造システムの開発である。
原料となる石炭灰は、電力用発電プラントや各種企業の石炭炊きプラントから日本各地で排出され、一方マーケット側は、道路・鉄道・港湾・橋梁への活用や住宅資材など多様でかつ全国的である。
従って、本事業はその間の輸送コストを低減化するために、「原料−処理プラント−市場」が出来るだけ近接にあることが望ましく、いきおい分散型の事業になってくる。
このことを前提にすると、本事業は（Ａ）水平展開（生コンとの協同によるプラントの全国展開）と（Ｂ）垂直展開（プロダクツベースでの新規利用事業開拓）に分けられるが、当面は（Ａ）のプラント事業を進め、（Ｂ）については本プロジェクト発足後、起業家を中心に化学産業とのコンタクトにより地域振興等、有望事業を目指すこととする。
以下、（Ａ）の水平展開についての構想をまとめる。
①会社組織・体制：最終的には全国組織となるが、当面は現開発体制である起業家を拠点とした開発組織を母体として臨む。
②対象商品・技術：プラント販売またはプラントリース事業（プラントは構成として前処理タンク/浮遊分離槽/製品タンクよりなる）。プラントからの製品は CCAS とフロス灰（カーボンリッチな粉体）で、生コン業者は CCAS を用いて CCAS コンクリートとして販売する。
③開発・事業化スケジュール：平成 24 年 3 月まで、提案書どおりに実行。モデルとして福岡・札幌・沖縄にプラント設置、技術立証とマーケティングを行い、「北九州イニシアチブ」についての FS を行う。また、全国展開するために各地生コン業者と接触し、「特殊混和材研究会」への参加を要請する。平成 24 年 4 月以降は、プラントリースによる収益性のチェックのあと、全国展開に移ると共に、垂直展開にも乗り出す。
④立地・市場：③と関連するが、生コン業者との協同が契約できたところからスタート⑤事業環境：（事業の強み/S）簡便かつコスト安（エネルギー消費が少ない）の石炭灰改質法であり、また本製品を用いたコンクリートが時代にマッチする商品となることから、製品価値が高い。
（事業の弱み/W）従来法による製品が市場にあり、これの置き換えやグレードアップ製品の認知など、デリバリー力やマーケティング力を必要とする。（事業機会/O）低炭素社会の構築が叫ばれており、本事業はセメント・コンクリート関連事業の生き残りに寄与できる。（事業に対する脅威/T）
今のところ無い。
⑥顧客・販売ルート：③④にも触れたが、まずは石炭灰が入手しやすい生コン業者を対象とした敷地内立地。一生コン業あたり 300m3/日の生コン生産でセット。地域振興策の場合は、生コン業を中心に、各種建築・土木系の企業コンソーシアムで販路を作る。

⑦研究開発体制：基本的には全体計画書どおりに進める。具体的には、前記③④と同じ。
⑧事業計画：基本的には面接選考時に提出した研究開発実施計画書の（C-12）どおり（下記に記す）。具体的には前記③④⑥と同じ。

起業後１年目

起業後２年目

起業後３年目

資本金10,00010,00010,000

売上

360,000

540,000

900,000

営業利益

50,00075,000125,000

15 プラント

25 プラント

内容･その他

10 プラント
１プラントあたり
生コン：300ｍ３/日
改質 FA：90ｔ/日
200 日稼働/年として18,000ｔ/年
単価：2,000 円
売上：36,000 千円

Ⅳ．研究開発全体の実施内容とスケジュール
研究開発全体の実施内容
年度
平成 2１年度実施項目（課題）
１）研究開発実施概要
１）研究開発①旋回式未燃カーボン分離器のフ ①マイクロバブル発生装置を用いた旋回流設計及ルスケールプラントでの実証②テール灰濃縮システムの実証

びフルスケールでの実証・確認を行う。
濃度管理、強熱減量についてのリアルタイム計測システムの設計を行う。
②テール灰濃縮システムをラボスケールで検討し、フルスケールで設計する。

２）マネジメント業務①調査②知的財産権の拡充強化

２）マネジメント業務①本技術の競争力評価をするために、市場、コストパフォーマンス及び技術全体をサーベイ③起業化準備②本事業開発に関係する特許マップの作成④その他③来年度からのサンプル出荷を見越して、関連する官公庁・企業への紹介と検討④フライアッシュⅡ種スラリーを用いたコンクリー
トのアルカリシリカ反応抑制に関する FS

平成 22 年度

１）研究開発１）研究開発①フロス灰の処理①火力発電用燃料あるいはアスファルト原料として②改質フライアッシュスラリーの強熱減量を 3％以下にする。
③事業化対応低コストプラントの実証濃縮する。
②ラボスケールで実現した強熱減量をフルスケー
ルで実証・確認する。
③低コストプラントシステムをフルスケールで実証・確認する。

２）マネジメント業務①調査②知的財産権の拡充強化

２）マネジメント業務①プラントから出てくる製品に関する市場性の調査③起業化準備②本技術を基とする特許戦略の立案④その他③起業化条件の準備（立地、資金、関連法、技術者育成など）④フロス灰高度利用についての関連企業との検討④アルカリシリカ反応抑制に関する検証平成 23 年度

１）研究開発１） 研究開発①テール灰濃縮システムの実証①フルスケールプラントでテール灰濃縮システムが②フロス灰の処理稼働する状態を実現する。

③改質フライアッシュスラリーの強 ②火力発電用燃料あるいはアスファルト用原料とし熱減量の管理基準値を 1.45±0.75％とする。て開発する。
③市場での優位性を確保するレベル達成を目指す。

２）マネジメント業務

２）マネジメント業務①調査①外国における実態調査②知的財産権の拡充強化②関連する用途特許の拡充③起業化準備③コンソーシアム活動の準備（プラントリースの④その他

収益性チェックなど）④フロス灰を用いた商品化準備