Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
### 2. 家畜ふん尿を中心とした混合バイオガス化システム

### 2.1 バイオガスプラントへの有機物性廃棄物の安定的投入に向けた条件の解明

分担研究者 地方独立行政法人北海道立総合研究機構 農業研究本部中央農業試験場 主查 日向貴久

#### 2.1.1 研究背景と目的

農業系バイオガスプラント（以下、バイオガスプラント）の内、有機性廃棄物（地域の食品加工場や一次産業から排出される廃棄物等）と家畜ふん尿を混合処理することが可能な大型バイオガスプラントを有する町村を対象に、発酵原料としての性状等を調査し、バイオガス生成量増加程度を予測し、プラントの安定的な利用のための条件を提示する。さらに副資材である有機性廃棄物の収集システム構築にあたり、ステークホルダーとなる排出者、プラント運営者の位置付け、排出者の意向および相互関係を整理・解析し受け入れにおける条件を明らかにする。その上で、プラントによる有機性廃棄物の有効活用によるCO₂削減効果を明らかにする

#### 2.1.2 研究方法

## (1) 調査対象のバイオガスプラントの運営体制

概要と現状、処理の実態、有機性廃棄物の種類、投入状況

## (2) 各副資材の投入がバイオガス発生量に与える影響

対象：A町共同利用型バイオガスプラント（成牛換算処理頭数1,000頭）

方法：以下の２点を検討した。

1) バイオガスプラントに搬入される資材の種類と年間変動、月間変動の把握

2006～2009 年度の 4 年間にプラントへ搬入された乳牛ふん尿（スラリー、藁混合ふん尿）および副資材の量をプラント搬入日報より収集し、年間変動、月間変動を見ることで安定性を検証した。

## 2 ) プラントでの副資材投入量とガス発生量との関係把握

同プラントへの日別副資材別投入量とバイオガス発生量データから、ガス発生量の重回帰分析を行ない、副資材投入の投入安定性や投入の特徴がバイオガス発生に与える影響を検証した。

## (3) 有機性廃棄物排出者における処理方法選択要因

対象：有機性廃棄物排出者のうち排出規模の大きい乳業メーカー2社、受入側であるプラント運営者

方法：排出側には AHP によって処理方法選択要因を定量化する。受入側には、排出側の処理方法の選択要因を予想してもらい、同様に定量化する。

評価基準－4 属性（処理費用、委託処理量の柔軟性、環境負荷、取扱廃棄物）

代替案 - 2 案（産業廃棄物処理場への処理委託、BGPへの処理委託）

## (4) バイオガスプラントによる副資材受け入れに係る SWOT 分析

対象：プラントを所有する A 町担当者、およびプラント職員

方法：廃棄物処理として副資材を受け入れることに対する、プラントが持つ強み（Strength）、弱み

(Weakness)、プラスに働く外部環境(機会、Opportunity)、マイナスに働く外部環境(脅威、Threat)

について調査対象の両者より聞き取り項目を発話にて聴取し、共通する項目をSWOT図にて整理した。

## (5) バイオガスプラントへの副資材投入による環境負荷削減効果

対象：A町共同利用型バイオガスプラントおよび、排出者である乳業メーカー

方法：LCA によって既存のふん尿処理、バイオガスプラントによる処理、普及のための更なる手段として、余剰バイオガスを利用した際の温室効果ガス排出量を定量化する。

#### 2.1.3 結果と考察

## (1) 調査対象のバイオガスプラントの運営体制

A 町を対象に、排出者および消化液利用者の意向および発酵原料としての性状調査、有機性廃棄物の収集システムに係る調査の結果、以下の点が明らかとなった。

①有機性廃棄物を副資材とした農業系バイオガスプラントに係わるプレーヤーの内、核となるステークホルダーは廃棄物処理業者であった。

②恒常的に搬入され、さらに高カロリー、すなわち、メタン菌の基質となる有機酸を多く含有する副資材は、残飯類、シロップであった。

③調査対象のプラントへの副資材の投入量は投入原料量の10%であった。しかし、副資材投入時における投入量や資材選択のガイドラインの再構築と精査が必要である。
## (2) 各副資材の投入がバイオガス発生量に与える影響

発酵槽への各投入資材の1回あたり最大搬入量と、年間総投入量に占める割合より、廃チーズホエイのように水分率の高い資材や、合併洗浄化漕污泥、廃チーズ、し尿処理污泥で1回の搬入量が年間の50%を超えていた。このことより、副資材の搬入は廃棄物処理としての性格上、搬入の計画が立てづらいと考えられる（表Ⅱ2.1-1）。また、副資材の搬入から発酵槽投入までの平均貯蔵日数では、液状資材は、搬入から発酵槽への投入が即座に行われていた（表Ⅱ2.1-2）。

プラントでは、副資材の投入に際して全投入量の10％以下にすることが指示される一方、実際の投入量や副資材の選択についてはスタッフに任されている。これにより、発酵槽内の成分組成が日によって大きく異なっている可能性があり、良好な発酵条件を維持していく上でネックとなっていると考えられる。また、液状物や半固形物の発酵槽内への投入によるガス発生量の増加割合を見ると、廃用牛乳や廃シロップ・バターミルクでは、廃バター、廃チーズのようにガス発生量が増加しなかった。このことより、高カロリー資材の大量投入による発酵阻害が示唆された。即ち、高カロリー資材のうち液状物は現状で投入量をコントロールできておらず、発酵阻害の一因となっていると判断される。

これを回避するためには、ストックヤード等の一時保管施設の設置等による投入量のコントロールが必要であると考えられる。同時に、副資材搬出業者との連携によって、プラントへの搬入をできるだけ分散させるといった計画的な搬入のための検討が必要であると考えられる。

表Ⅱ2.1-1 最大日搬入量と年間総量における集中度 表Ⅱ2.1-2 副資材の貯蔵日数とガス発生量増加

形態	資材名	最大日搬入量	集中度	形態	資材名	平均貯藏日数	ガス発生量增加割合
(t)	(%/t-DM)
液状物	廃用牛乳	24.5	12%	廃用牛乳	0.1	7.1
廃チーズホエイ	260.0	89%	液状物	廃チーズホエイ	0.3	3.1
廃シロップ・バターミルク	45.2	12%	廃シロップ・バターミルク	0.0	6.8
合併洗浄化槽污泥	340.6	77%	半固形物	廃生クリーム・練乳	7.3	7.0
半固形物	廃生クリーム・練乳	48.1	12%	固形物	廃脱脂粉乳	35.8	6.3
固形物	廃脱脂粉乳	12.4	10%	廃パター	22.6	10.4
廃パター	1.2	11%	廃チーズ	15.0	11.3
廃チーズ	45.0	50%
水産加工残滓	6.7	5%
屎尿処理污泥	5.0	66%
残飯類	0.3	4%
農家	スラリー	89.4	1%
藁混合ふん尿	54.0	1%
小計	143.4	-

資料）プラント日報から作成

## (3) 有機性廃棄物排出者における処理方法選択要因

産業廃棄物の処理を委託する際に重要視する属性において AHP を行なうと（表Ⅱ2.1-3）、排出側の考えと受入側の想定との間に齟齬が生じていた。排出側は処理が適切に行われ、環境への配慮がされていることを重要視していることから、受入側はこれらへの対応をとることで乳業廃棄物の受入可能性が増加すると判断される。

表Ⅱ2.1-3 廃棄物処理に求める属性の重要度と受入側の想定

排出側	受入側
乳業メーカー	バイオガスプラント
処理費用	0.14	0.63
受入量の日間変動への対応	0.22	0.20
受入可能な廃棄物の種類	0.07	0.06
処理による環境負荷	0.56	0.11

註）一対比較法による聞き取り結果を AHP により重みづけした。

整合度指数：排出侧 0.11、受入侧 0.08

## (4) バイオガスプラントによる副資材受け入れに係る SWOT 分析

プラントを所有する A 町担当者、およびプラント職員から、廃棄物処理として副資材を受け入れることに対する、プラントの持つ強み (Strength)、弱み (Weakness)、プラスに働く外部環境 (機会、Opportunity)、マイナスに働く外部環境（脅威、Threat）を聴取し、共通する項目を SWOT 図にて整理した（図Ⅱ2.1-1）。図Ⅱ2.1-1 より、第1に、他の産廃業者より処理価格が低廉であることは、プラントが大いにアピールすべ
き強みである。今後はこの強みを活かし、更に $ CO_{2} $ 排出に対する国際世論も背景に、GHG など環境に与える影響も定量化しつつ顧客を取り込むことが重要である。

第2に、発酵槽への1日当たりの投入量が制限されることはプラントの弱みであるが、本質的には発酵阻害よりも、処理が的確に行われなかった場合に今後の取引を停止されることにある。廃棄物供給者へ計画的な搬入を求めるのと同時に、ストックヤード等の一次貯留施設を構築することにより、不測の事態の対応をし、廃棄物供給者との信頼関係醸成に努めることが重要である。

第3に乳業メーカーは、リスクヘッジの観点から廃棄物処理を1社のみに絞ることは避ける傾向にある。既存の産廃業者はプラントよりも搬入の実績があり、競合する事態は今後も継続する。また、現在廃棄されている乳業系廃棄物が、家畜飼料等として再利用されることも十分に考えられる。これらは、プラントへの搬入量が減少する脅威であるため、関係機関の動向を常に注目することが重要である。

図Ⅱ2.1-1 バイオガスプラント SWOT 分析結果

## (5) バイオガスプラントへの副資材投入による環境負荷削減効果

バイオガスプラントによるふん尿処理によって、GHGの発生は従来のスラリー処理より抑制される。乳業廃棄物処理をバイオガスプラントで行なうことで、従来の処理によるGHG発生がなくなることと、プラントでのバイオガスが増産されることにより温暖化負荷はさらに60t-CO_{2}eq程度抑制されると考えられた（表Ⅱ2.1-4）。

表Ⅱ2.1-4 モデルケースによる GHG 発生量の変化

ケース1	ケース2	ケース3
条件	バイオガスプラント設置プラントへの副資材投入	—	○	○
—	—	○
G 排 H 出 G 量	ふん尿処理	(t-C02eq)	99	18
乳業廃棄物	(t-C02eq)	52	52
合計	(t-C02eq)	151	70

#### 2.1.4 結論

プラントで処理できる産業廃棄物のうち、最大の排出者となりうるのは乳業メーカーである。プラントで地域の産業廃棄物を処理する場合は、液状の投入物の発酵槽への投入量のコントロールが必要となる。廃棄物の排出側と受入側では、取引の際に重要になると考える属性の認識に齟齬がある。排出側は処理委託した廃棄物が適切に処理されると同時に、処理による環境への影響を重要視していることから、受入側もそのニーズに応じることや、環境情報を外部公開する環境会計の実施などで対外的にも自らの技術をアピールすることが重要である。乳業廃棄物処理をプラントで行なうことで、温暖化負荷は60t-CO₂eq程度抑制される。
# 2.2 地域特性と事業採算性を考慮した集中型家畜ふん尿バイオガス化施設のシステム化の検討

分担研究者

准教授 石井一英

#### 2.2.1 研究目的

現在継続して事業を運営している家畜糞尿バイオガス化事業者へのヒアリング調査を基に、事業採算性に大きく影響を及ぼす因子について感度解析を行うことで、地域特性と事業採算性を考慮したシステム化の考え方を示す。

#### 2.2.2 事業採算性に及ぼす各システム要素の感度解析方法

図Ⅱ2.2-1 に示すようなシステムを構築し、家畜糞尿受入規模および単位面積当たりの飼養頭数を与条件として与え、ふん尿および有機廃棄物をバイオガス化する。液肥は契約酪農家が有する草地に必要量散布し、残りは非契約農家の畑地・草地に散布する。散布できなかった液肥は、水処理設備を設置し処理してから放流することにした。一方、図Ⅱ2.2-2 に示すように、発生したバイオガスはコージェネレーションにより電気と熱に変換される。電気の半分は施設利用し、残りの半分を売電することにした。一方、熱については施設利用した残りは廃熱することにした（今回は、コストの計算を目的にしているので、廃熱量は計算していない）。また、売電以外のシナリオとして前述したように、バイオメタンにまで精製後、ボンベ輸送、低压容器輸送により需要施設にまで配送するシナリオ、およびプロパンガスを混入し、12A 相当の熱量まで調整した後、CNG 車の燃料とするシナリオも考慮した。本研究では、自治体によるサポートを考慮した組合運営方式を想定した。施設のイニシャルコストを半額補助となる国や自治体を含めた事業主体として固定して考える。事業の成立条件を事業開始から15年後の初期投資回収率（以下、B/Cとする）として B/C≥1 の時、事業の成立条件を満たすものと考える。

#### 2.2.3 感度解析に基づく集中型バイオガス化システム構築の考え方

システムの構築手順は, 事業採算性に対して影響の大きいものから考慮していく必要がある．図Ⅱ2.2-3～図Ⅱ2.2-5の結果を踏まえて, システムを構成する事業採算性に対する影響因子の影響の大きさは次のように分かった．

①家畜糞尿受入規模（100頭から2000頭へ規模拡大することにより1.11の改善）

②液肥処理の有無（0.91の差）

③液肥販売価格 (窒素ベースで決定される最大価格での販売により 1.11 の改善)

④有機性廃棄物受入（最大15%の受入により1.23の改善）

⑤バイオガス利用方法(パイプラインにより近隣移設でそのままバイオガスが利用になった時 0.48 の改善)

すなわち今回の感度解析の範囲内では, バイオガスの利用法については, 相対的に感度は小さく, システム構築する際の優先順位は低いことが分かった.

#### 2.2.4 結論

事業採算性を考慮した牛ふん尿の集中型バイオガス化システムを構築するためには、まず糞尿の受入規模を決定した上で、液肥全量散布を検討し、その際有料で販売をすることが重要である。さらに、液肥の散布や販売が無理な場合は、水処理費用が必要であるが、その代わりに産廃受入により、事業採算性を改善できる

図Ⅱ2.2-1 バイオガスシステム

図Ⅱ2.2-2 バイオガスの利用方法

図Ⅱ2.2-3 家畜糞尿受入規模と液肥処理の有無の感度解析

図Ⅱ2.2-4 液肥販売価格と有機性廃棄物

受入の感度解析

図Ⅱ2.2-5 バイオガス利用方法の感度解析

ことが明らかになった。すなわち、酪農家の負担のみでは集中型バイオガス化プラントの運営は困難であり、売エネルギー収入以外の液肥販売や産廃受入による収入が不可欠であることを明らかにした。
# 2.3 牛ふん尿バイオガス化プラントへの食品廃棄物投入による混合発酵の安定条件の実験的検討

主任研究者 北海道大学大学院工学研究院

教授 古市 徹

分担研究者

准教授 石井 一英

#### 2.3.1 研究背景と目的

集中型バイオガス化の事業採算性向上のために牛ふん尿以外の食品廃棄物を有料受入し、混合発酵する方策が考えられる。しかし、食品廃棄物の過剰投入により発酵が阻害され、メタンガス回収量の減少、更には発酵停止の危険性がある。また、食品廃棄物が投入されることで液肥である消化液中の窒素量が増加し、過剰な窒素散布による環境汚染の可能性が考えられる。2.1節で示したように、A町プラントでは不定期に食品廃棄物が搬入され、固形物（バターなど）は一時保管して投入量を調節できるものの、液状物（ホエイなど）は保管タンクがないため一度に大量投入している。こうした現場での投入条件を踏まえて混合発酵の安定条件を明らかにする必要がある。そこで本研究では以下3点を明らかにする。

①一時的に食品廃棄物を大量投入した場合の発酵特性

②定常的に食品廃棄物を投入した場合の発酵特性

③投入条件の異なる混合発酵における消化液中の窒素量への影響

#### 2.3.2 回分実験による発酵阻害機構解明

## (1) 実験方法と条件

表Ⅱ2.3-1 にホエイの性状を示す。種汚泥は札幌近郊で乳牛のみ飼育しているごく一般的な B 牧場のバイオガスプラントから採取した。また、ホエイも一般的な製造工程から排出されるものとして B 牧場のものを使用した。量約 200 mL のバイアル瓶に種汚泥 100 mL とホエイ（種汚泥に対して 3, 20, 40%）を入れた後、ヘッドスペースを窒素で置換後、密栓して 37℃ の恒温槽で静置した。また、対照区として種汚泥のみの試料も作成した。なお、同じ試料を 3 つずつ作成した。

## (2) 実験結果と考察

図Ⅱ2.3-1 にホエイ投入区と対照区のメタンガス発生量の経日変化を示す．表Ⅱ2.3-2 に各条件の実験開始後24日目における污泥中の pH, VFA (Volatile Fatty Acid) 濃度およびアンモニア性窒素濃度の分析結果を示す．

既存研究 $ ^{1,2)} $ より，バイオガスプロセスに発酵阻害が発生すると，まず投入VSあたりメタンガス発生量やメタンガス濃度などの発酵性能の低下がみられ，最終的には発酵プロセスが完全に停止することもあることが報告されている.図Ⅱ2.3-1よりホエイ20%は経過日数10

表Ⅱ2.3-1 ホエイの成分

図Ⅱ2.3-1 メタンガス発生量経日変化

表Ⅱ2.3-2 汚泥の分析結果（24日目）

種汚泥のみ	ホエ一3%	ホエ一20%	ホエ一40%
pH	7.7	7.6	7.6	6.6
VFA濃度(mg/L)	-	1	1	7540
NH4+-N濃度(mg/L)	20	1167	1762	2103

日までホエイ3％と同程度のメタンガス発生量に留まっており，VSあたりのメタンガス発生量は低下していることが分かる．さらに，ホエイ40％は実験開始直後から経過日数20日までほぼメタンガスが発生しなかった．その後，急激にメタンガス発生量が向上した．表Ⅱ2.3-2より，ホエイ40％の場合，他実験区と比較してVFA濃度が7540mg/Lと高濃度であり（主たるVFAはプロピオン酸，以降同じ），pHが6.6と低い値であった．一般に，pH6.5以下になるとメタン発酵プロセスにおいて阻害が著しく発生すると言われている $ ^{2} $ ．メタンガス発生が見られる直前の24日時点でpHは6.6であったため，実験開始後の初期段階では，さらにpH低下していたものと考えられ，メタン発酵が阻害されていたと推測される．一方，アンモニア態窒素～5000mg/L以下で，問題が生じる濃度ではないことがわかった．このことから，ホエイ40％区ではホエイが過剰に投入されたために，酸発酵菌群のよるVFA生成量が，増殖速度が比較的遅いメタン生成菌群の分解能力を超えて増加したために，VFAが蓄積し，結果としてpHが低下したために発酵阻害が生じたと考えられる．

#### 2.3.3 連続実験による安定発行条件の検討

## (1) 連続試験装置

図Ⅱ2.3-2に実験装置の概略図を示す。発酵槽は容積10Lのガラス円筒製の広口瓶を用いた。広口瓶の上部を塞ぐゴム栓に、発酵原料投入・汚泥引抜口とバイオガス捕集口を設け、プロペラ式攪拌機シャフトが通る様に加工した。発酵槽内スラリーはプロペラ式攪拌機により、攪拌回転数120 rpmとして連続攪拌を行

図Ⅱ2.3-2 メタン発酵連続試験装置
なった．温度調節器により調節された温水で発酵液温度を中温発酵に適した37℃に保った．発酵資材の投入・汚泥の引抜量は200 g/日として，A町プラントの滞留時間30日と同様の条件とした．

## (2) ホエイの一時大量投入実験

表Ⅱ2.3-3 のように、牛ふん尿とバターが定常的に投入されている状態の発酵槽に、一時的にホエイの割合が高い条件で発酵槽に投入した。図Ⅱ2.3-3 に対照区と run1 のメタンガス発生量と pH の経日変化を示す。ホエイの大量投入により、一時的にプロピオン産の蓄積による pH 低下により、発酵阻害は生じるものの、阻害の程度は軽度になる傾向にあることが観察された。これは、ホエイ発酵特性の把握で行った回分実験においても、メタン生成細菌の馴養により、メタン発酵プロセスの回復が観察されていること

図Ⅱ2.3-3 メタンガス発生量と pH の経日変化

から，ホエイを大量投入することで，一時的にメタン生成細菌の活動が弱まるものの，環境の変化に対応するメタン生成細菌が馴養され，阻害の程度が軽度になったと考えられる.

しかし，実プラントでは，極めて不定期に，しかも大量のホエイが受け入れされることから，いつもメタン生成菌の馴養が期待される訳ではない．よって，ホエイの大量投入はできるだけ避ける方が望ましく，貯留タンクで一時貯留し，定常条件で投入すべきであることが示唆された．

表Ⅱ2.3-3 ホエイの一時大量投入実験の投入条件

混合実験	対照区	run1
定常投入条件	定常投入条件	木工一50%投入	木工一75%投入
牛ふん尿	バター	牛ふん尿	バター	牛ふん尿	バター	木工一	バター	木工一
質重量混合割合(%)	98	2	98	2	48	2	50	23	2
投入VS負荷(gV/S/day)	10	3.3	10	3.3	4.9	3.3	7	2.3	3.3
総VS負荷(gV/S/day)	13.3	13.3	15.2	16.1

表Ⅱ2.3-4 ホエイの定常投入条件下における安定 BG 発生時期の BG 発生量と汚泥分析の結果

実験区名	対照区	run2（木エー8%）	run3（木エー13%）	run4（木エー18%）
メタンガス	安定期から20日間のメタンガス合計発生量(L)	99	104	107	111
ホエーVSあたりメタンガス発生量(L/gVS)	—	0.33	0.36	0.39
汚泥	VFA濃度(mg/L)	2087	2153	2760	3105
NH4+-N濃度(mg/L)	2378	3200	3711	4201
pH	7.7	7.8	8	8.2
全窒素(mg/L)	5600	5600	6300	7000

## (3) ホエイの定常投入実験

次に、液状物の貯留タンクが設置されたと想定し，ホエイを定常的に発酵槽に投入するホエイ定常投入実験にて，発酵特性を把握する．表Ⅱ2.3-4のように、バターが定常的に2%投入されたと想定し、ホエイの投入量に変化を与えて、実験を行った。メタン発酵が比較的安定している20日目以降を発酵安定期とみなして，20日～39日の間の各実験区のメタンガス合計発生量と39日目のVFA濃度とNH4+-N濃度，pH，およびT-Nの分析結果を表Ⅱ2.3-4に示す．これより、安定期のメタンガス合計発生量が対照区＜run2＜run3＜run4であり，ホエイの投入割合増加に伴ってメタンガス発生量は増加する傾向が分かった．ホエイは11%のたんぱく質を含むため，ホエイの投入割合増加に伴い，NH4+-Nも増加した．よって，長期の連続投入の場合は，VFAよりもアンモニア蓄積に注意を払う必要があると考えられる．そのような観点から、run2のホエイ8%（バター2%投入条件下）が，安定発酵を維持するための投入量と言える．また、ホエイの投入量増加にともない肥効成分である窒素量が増加することが分かった。

#### 2.3.4 結論

①ホエイの一時大量投入は VFA が一時大量に蓄積され pH が低下するためメタンガス発生量が低減し, 発酵が不安定になることから, ホエイの大量投入は避け, 貯留タンクを設置し, 定常投入すべきである.

②本研究の範囲では，ホエイの定常投入の際は総投入量に対してバター2%，ホエイ8%であれば，長期的に安定的なメタン発酵を運転できることが分かった.

③污泥中の肥効成分である窒素量は、ホエイの投入量に比例して増加することが分かった。

## 参考文献

1) 中久保亮・石田哲也・松田従三・近江谷和彦：牛ふん尿のメタン発酵における食品廃棄物投入の効果，廃棄物資源循環学会論文誌，Vol. 19, No. 6, pp. 392-299, 2008

2) 野池達也：メタン発酵，技報堂出版,2009
3.1 石狩湾新港地域から排出されるバイオマス原料の性状調査と混合発酵特性の評価

# 分担研究者 北海道立総合研究機構工業試験場 三津橋浩行

#### 3.1.1 研究背景と目的

食品工業や食品卸売業が立地する工業団地で発生する多種多様な廃棄物系バイオマス（加工残渣や流通不適物、食品污泥等）のバイオガス化では定常的に発生する混合原料の組成に対する発酵特性を把握し、さらに組成比等の調整により適正化を図ることで効率的なシステムとなる。また、計画外のバイオマスを受け入れた場合、組成比の変動による発酵特性への影響が懸念される $ ^{1} $ 。

工業団地における混合バイオガス化システムのモデルとして石狩湾新港地域で排出される廃棄物系バイオマスを用いて混合メタン発酵試験を行い、組成比に対する発酵特性を評価した。

#### 3.1.2 研究方法

## (1) 廃棄物系バイオマスの性状調査

バイオマスは石狩湾新港地域内の事業所より入手した畜肉、魚類加工残渣2種、果物、たけのニ加工食品を用い、一般性状（水分，灰分，有機分(VS)）、成分組成（炭水化物、脂質、タンパク質）を分析 $ ^{2)} $ した。また、発酵処理液の利用に肥料化が予想されることから、肥料分析法に準拠して有害元素含有量を分析した。

## (2) 混合バイオガス化発酵特性

混合比により組成比の異なる混合バイオガス化原料を調整し、10L スケールで半回分法による中温(36℃)メタン発酵処理試験を行った。発生ガス量、ガス組成、発酵液分析を行い、発酵特性を評価した。

#### 3.1.3 結果と考察

## (1) 廃棄物系バイオマスの性状調査

石狩湾新港地域で排出された廃棄物系バイオマスの一般性状および成分組成を表 II-3.1-1 に示す。廃棄物系バイオマスは、畜肉、魚介類残渣の排出比が高く、混合バイオマス有機分(VS)中のタンパク質含有率は約60％となる。タンパク質含有率が高い原料をメタン発酵処理した場合、メタン発酵阻害物質であるアンモニアの濃度を増加させる可能性がある。これを回避する一方法としてタンパク質含有率が低く、排出量が高い厨芥生ゴミの混合が挙げられ、これによりタンパク質含有率を低下させるとともに、バイオガス化原料の増加によるバイオガス生成量の増加も期待できる。

また、廃棄物系バイオマス中の重金属含有量を表 II-3.1-2 に示す。規制値は肥料取締法に基づく污泥肥料の有害成分最大量および銅・亜鉛にあっては特殊肥料における銅、亜鉛の品質表示含有量である。いずれの廃棄物系バイオマスの重金属含有量は有害成分最大量以下であり、混合バイオマスのメタン発酵処理液を肥料として用いても重金属含有量は規制値以下となる。

表 II-3.1-1 石狩湾新港地域廃棄物系バイオマス性状（湿重量ベース）

廃棄物系
バイオマス
種類	排出量
kg/日	水分
g/100g	固形分 g/100g
有機分	灰分	固形分計
炭水化物	脂質	タパク質	有機分計
畜肉	30	67.9	0.8	12.5	17.7	31.0	1.1	32.1
魚介類残渣1	100	60.0	1.4	19.3	15.8	36.6	3.4	40.0
魚介類残渣2	15	78.6	0.4	1.5	17.8	19.8	1.6	21.4
廃棄果実類	55	78.9	18.7	0.2	1.1	20.1	1.0	21.1
廃棄野菜類	10	90.0	7.3	0.3	2.2	9.8	0.2	10.0
廃棄加工野菜	16	87.0	8.3	0.8	2.5	11.6	1.5	13.0
廃棄物系混合	226	70.1	2.3	7.4	14.2	23.9	6.0	29.9
(参考)
厨茶生ゴミ	—	68.6	15.5	6.8	7.7	30.0	1.4	31.4

水分：105℃、2hr乾燥(JIS-K-0102工業排水試験法)

脂質：ソックスレー抽出(ジェチルエーテル)

タンパク質：ケルダール窒素より換算(6.25)

灰分： $ 600^{\circ} $ C、0.5h强熟灰化(JIS-K-0102 工業排水試験法)

炭水化物：残分

表 II-3.1-2 石狩湾新港地域廃棄物系バイオマスの有害元素含有量（mg/kg 乾重量ベース）

Cr	Ni	Cu	Zn	As	Cd	Pb	Hg
畜肉	1	1	2	84	5	3	5	0.01
焦介類殘渣1	1	1	3	25	5	0.5	5	0.02
焦介類殘渣2	1	1	300	104	5	3	5	0.07
廃棄果実類	1	1	6	10	5	0.5	5	0.01
廃棄野菜類	4	1	9	9	5	0.5	5	0.06
廃棄加工野菜	1	1	3	4	5	0.5	5	0.01
規制值	500	300	300	900	50	5	100	2
QL	1	1	1	0.5	5	0.5	5	0.01

QL：固体中定量下限值
## (2) 混合バイオガス化発酵特性

石狩湾新港地域の混合バイオマスに対し札幌市で収集された事業系厨芥生ゴミを100:0、50:50、30:70で混合し、図II-3.1-1に示す成分組成の発酵原料を調整した。メタン発酵試験は発酵原料を有機物負荷0.27～1.42kg·VS/日/m³まで段階的に上げて行った結果、バイオガス発生量は、図II-3.1-2に示すように成分組成に関わらず有機物負荷が0.85kg·VS/日/m³で最も高く、1.42kg·VS/日/m³では全ての混合バイオマスで発生量が急激に減少した。この時、消化液のCODcrも著しく増加しており、バイオガス発生量の低下と同時に発酵・有機物分解が停止したことを示した。消化液のVFAは5000-8000ppm（酢酸換算）に増加しており、pHが7以下に低下するなどVFA蓄積による阻害が発生し、発酵停止したことを示唆した $ ^{3)} $ 。

成分組成に対する発酵特性は厨荞生ゴミの混合比を上げ、炭水化物含量が増加およびタンパク質含量が低下するに従い、バイオガス発生量が高くなる傾向を示した。特に有機物負荷 $ 0.85 \, kg\cdotVS/日/m^{3} $ 以下では最もタンパク質含量が低い混合バイオマス(30:70)で $ 1 \, m^{3}\cdotBG/kg\cdotVS $ の高い発生量を得ている。また、図 II-3.1-3 に示す脂質含量を増加させた発酵原料を調整して発酵試験を行った結果、図 II-3.2-4 に示すように脂質含量増加によりバイオガス発生量が低下し、40%以上では試験開始より発酵停止した。脂質含量の増加が、発酵特性に大きく影響することがあきらかになった。

図 II-3.1-1 厨芥生ゴミ混合バイオマス成分組成

図 II-3.1-2 バイオガス発生量（有機物重量基準）

図 II-3.1-3 脂質加重混合バイオマス成分組成

図 II-3.1-4 脂質含量による影響

#### 3.1.4 まとめ

工業団地とエネルギー連携した混合バイオガス化システムの構築と実現可能性について、石狩湾新港地域をモデルとして調査を行った。同地域より入手した廃棄物系バイオマスのバイオガス化（メタン発酵処理）原料はタンパク質含有量が高く、また排出量も少ないことから、厨芥生ゴミ等を混合することが必要であることが示唆された。

混合バイオマスのメタン発酵試験からタンパク質、脂質成分組成比が高い混合バイオマス原料では発酵阻害物質が蓄積し、バイオガス生成量および有機物分解率が低くなることが認められた。これに対し、定常的に発生する混合原料に対する効率的なバイオガス化に向けた適正な成分組成や適正有機物負荷量を明らかにした。また、計画外の原料を受け入れる場合、特に脂質含量が高い成分は、投入と同時に発酵停止となる危険性が明らかになった。

また、同地域から発生する廃棄物系バイオマスを用いた混合バイオガス化原料は重金属含有量が規制値よりも低く、メタン発酵処理液の肥料利用における規制値をクリアできることが認められた。

## 参考文献

1) 生物系廃棄物資源化・リサイクル技術，エヌ・ティー・エス，337pp，2000

2)香川芳子監修：五訂食品成分表 2003，女子栄養大学出版部，464pp，2003

3) 大野真穂・東城清秀・前田悠貴・渡辺兼五：乾式メタン発酵における発酵阻害とモニタリング手法の検討，第16回廃棄物学会研究発表会講演論文集，pp.509-511，2005ほか
主任研究者 北海道大学大学院工学研究院 教授 古市 徹

研究分担者 北海道大学大学院工学研究院 特任助教 金 相烈

#### 3.2.1 研究背景と目的

工業団地から発生する生ごみは異物の割合が少なく、飼料・堆肥に向いているものがほとんどであり、既にそのルートが確立されている場合が多い。一方、脂質が多いなど栄養成分が偏っているものや、一気に大量の不良品が発生する食品廃棄物、異物が多いため飼料や堆肥が難しい家庭系生ごみなどは、ほとんどそのまま燃焼処分されるのが現状である。

そこで、本研究では、堆肥化や飼料化に適していない工業団地からの食品廃棄物と家庭系生ごみを対象に、炭水化物、タンパク質、脂質の割合からバイオガス発生特性をバッチ試験にて定量的に評価する。その上で、飼料・堆肥にむかない高脂質含有有機性廃棄物と家庭系生ごみの混合を想定し、連続実験より、脂質含有割合および脂質投入負荷量がバイオガス発生量に及ぼす影響を明らかにすることを目的とする。

#### 3.2.2 研究方法

## (1) 混合試料の準備

バナナ、鮭、イカ、肉類、バター、市販のプロテイン(栄養剤)、生ごみなどを用いてそれぞれの炭水化物、タンパク質、脂質の成分を分析し、一定の割合になるように試料を混合する。

## (2) 実験装置

図 3.2-1、図 3.2-2 にバッチおよび連続実験装置の概略図をそれぞれ示す。バッチ実験は 200mL バイアル瓶に試料 1g と F/M 比 0.3 になるように種汚泥を入れ、嫌気状態にして 35℃ 恒温槽の中に静置させて行った。連続実験は容積 10L の発酵槽を用いて攪拌回転数 120rpm、温度 37℃ で行った。

## (3) 分析项目

分析項目は、炭水化物、タンパク質、脂質のほか、TS（Total Solid）、VS(Volatile Solid)、灰分、バイオガス発生量、メタン濃度、污泥のpH、VFA濃度、 $ NH_{4}^{+}-N $ 濃度を適時測定した。

#### 3.2.3 結果と考察

## (1) バッチ実験

発酵 18 日目で各試料のガス発生量がほとんど出なかったので、18 日目までの累積ガス発生量を図Ⅱ3.2-3 のように三角ダイヤグラムを用いてプロットした。

混合比の違いによるバイオガス発生量の傾向を3つのグループに分けることができた。つまり、脂質を6割程度かつタンパク質が少ない条件で最も多い発生する領域(領域Ⅰ)、脂質の割合とバイオガス発生量が比例する領域(領域Ⅱ)、脂質が2割以下になると発生量が特に少ない領域(領域Ⅲ)である。

本実験より、インプットの混合物の中の炭水化物、タンパク質、脂質の3成分の割合を事前に分かれば、バイオガス量をおおよそ推測できることが明らかになった。

## (2) 連続実験

各発酵槽 (run1~4、計4つ) に一定負荷量(0.725 kg·VS/m³) の生ごみスラリーを投入し、発酵槽内を安定させてから、脂

図Ⅱ3.2-1 バッチ実験装置

図Ⅱ3.2-2 連続実験装置

図Ⅱ3.2-3 三角ダイヤグラム(VS1g 基準)

質 40％に調整（run1とrun2は肉類で調整、run3とrun4はバターで調整）した高脂質のものをVS負荷量0.1～0.15kg-VS/m³に調整して投入した。その結果、10日前後ですべての発酵槽でバイオガスの発生が止まった。すべてのrunにおいてVFA、 $ NH_{4}^{+}-N $ 、pHの値は安全側で領域に入っていたが、すべてのrunで油脂の膜が確認できたことから、高級脂肪酸がメタン菌の表面に付着し、発酵阻害を与えたと思われる $ ^{1)} $ 。そこで、再度各runに生ごみスラリーのみを投入し発酵槽内を安定させてから、run1とrun3は脂質40％に調整した高脂質のものをVS負荷量0.05kg-VS/m³に、run2とrun4はVS負荷量0.01kg-VS/m³
に調整して投入した。図Ⅱ3.2-4はその時のガス発生量の推移を示している。

図Ⅱ3.2-4のように、同じ脂質の割合（脂質40%）でも

run3はrun1と同じくVS負荷量0.05kg-VS/m³を投入したが、発生量は著しく低く、55日目にはガス発生が止まり、投入を中止した。

一方、VS負荷量0.01kg-VS/m³を投入したrun2とrun4はほぼ同じガス量が発生した。

以上の結果から

$$ 0.01\ kg-VS/m^{3}\leqq バター \leqq0.05\ kg-VS/m^{3} $$

$$ 0.05\ kg-VS/m^{3}\leq 肉 <0.15\ kg-VS/m^{3} $$

の範囲に最大に投入できる負荷量があることがわかった。

図Ⅱ3.2-4 run1~run4 のガス発生推移

本実験より、同じ脂質であってもその脂質の種類により阻害範囲が異なることが明らかになった。一般的に脂質の高級脂肪酸の割合とその成分により影響を受けると言われている。楮ら $ ^{2)} $ によると、中温でのメタン発酵の際に阻害に影響を与える高級脂肪酸はリノール酸、オレイン酸の順であると報告しているが、今回は肉とバターでは、表Ⅱ3.2-1のように、高級脂肪酸の総量もリノール酸とリノレン酸の割合も肉の方が多くなっているが、本実験では肉よりもバターが先に発酵阻害が起き、既存の研究と不一致である。

一方、図Ⅱ3.2-5のように、バッチ実験では、既存の研究と一致するような結果が見られた。

以上の結果より、連続実験でバターの方が阻害影響を受けやすくなった理由は、中温におけるバターと肉の物性の違いに起因すると思われる。つまり、中温でバターは液体状になり一気に油膜を形成するが、肉は徐々に分解していくためであると考えられる。このことより、高級脂肪酸の量と成分の割合だけではなく、脂質を提供する原料の物理的な特性も重要なファクターであることを示唆している。

表Ⅱ3.2-1 肉とバターの高級脂肪酸の比較

オレイン酸	リノール酸	総和
肉	44.04	4.50	9.65
バター	26.70	3.60	2.09

図Ⅱ3.2-5 VS1g あたりの累積ガス発生量

#### 3.2.4 結論

①炭水化物・脂質・タンパク質の有機成分の割合を示す三角ダイヤグラムにより、混合発酵の際、メタン発酵特性をおおよそ推測できることが明らかとなった。

②高脂質含有の食品廃棄物をメタン発酵で処理する際、阻害の指標である有機物の負荷量、VFA、NH_{4}^{+}-N、pHの他に、発酵槽内の污泥の油膜の形成の有無を観察する必要がある。

③脂質の割合が40%の食品廃棄物の安定に発酵できるVS負荷量は0.05kg·VS/m³以下であり、バターを主成分とした食品廃棄物では高級脂肪酸の量や成分より、物理的な特性（中温で溶けやすさ）に大きく左右されることが分かった。

## 参考文献

1)野池達也:メタン発酵、技報堂出版、2009

2)楮春鳳・李玉友・宮原高志・野池達也：中温および高温メタン発酵に及ぼす高級脂肪酸の阻害効果の比較、土木学会論文集 No.559、pp.31-38、1997
3.3 石狩湾新港地域バイオガス化システムの事業化に向けた検討 - 2 項ロジットモデルを用いた食品廃棄物収集量推定手法の提案 -

主任研究者 北海道大学大学院工学研究院 教授 古市 徹分担研究者

准教授 石井一英

#### 3.3.1 研究目的

2 項ロジットモデルを用い、排出者の協力度より食品廃棄物の収集量を推定する手法を提案し、石狩湾新港地域にて収集量を推定する。

#### 3.3.2 食品廃棄物の収集量推定手法の提案

食品廃棄物の収集量推定手法(Collectable Amount of Food Waste Estimation Method)を図Ⅱ3.3-1に示す。本手法の特徴は、①2段階の調査から2項ロジットモデルを構築、②そのモデルを用い算出した協力度から収集量を推定することにある。賦存量は、自治体の組成調査等の統計値やアンケート調査結果を用い算出する。2項ロジットモデルは、「1.協力するor 2.しない」の2つの選択肢間の問題において、事象の選択確率(本研究の協力度) $ P_{ij} $ と説明変数

図Ⅱ3.3-1 食品廃棄物の収集量推定手法の提案

$ X_{ii} $ (以下、特性変数)をロジスティック関数でリンクさせたモデルで、次のように表現される。

$ V_{ij}=a_{1}X_{ij1}+a_{2}X_{ij2}+\cdots+a_{n}X_{ijn} $ (1)

ただし、 $ V_{ij} $ :個人 i が選択肢 $ j (=1,2) $ から受ける効用の確定項、 $ a_{n}:n $ 番目の未知パラメータ

$$ P_{_{i1}}=\frac{e^{^{V_{i1}}}}{e^{^{V_{i1}}}+e^{^{V_{i2}}}}=\frac{1}{1+e^{^{-(V_{i1}-V_{i2})}}} $$

(2)式より協力度 $ P_{ij} $ は効用差 $ V_{i1}-V_{i2} $ に依存する。つまり、効用差に影響を与える影響要因を抽出し特性変数とすることが重要である。そこで、本手法では、①排出主体毎に分別排出協力の影響要因をアンケート調査から抽出し特性変数として決定、②その特性変数を用いて選好調査を行いパラメータの推定・検定を行う、という2段階の調査によって、より排出者の意向を反映した手法の提案を行った。

#### 3.2.3 選好調査によるパラメータの推定

表Ⅱ3.3-1 に札幌市および石狩市の一般家庭および事業者に行った調査によるパラメータ推定結果を示す。

表Ⅱ3.3-1 家庭と事業者のパラメータ推定結果

一般家庭	分别实施事業者(石狩+北区+東区)	石狩市分別未实施事業者	札幌市分別未实施事業者
石狩市	北区	東区	食り法対象	食り法対象	食り法対象	食り法対象外	食り法対象	食り法対象外
α	飲食+宿泊	小売	飲食+宿泊	小売	飲食+宿泊	小売	伝票収集	ブリバイド収集
収集回数	0.218	-	-	α	α	α
己み袋の値段	-0.087 ***	-0.069 ***	-0.079 ***	収集回数	-	-	-	-	-0.677	-1.103 **	-	-	-	-
収集方法	-0.353 **	-0.519 **	分別の精度	0.997 *	1.979 *	1.055 *	-	-2.750 ***	1.203	-1.279 ***	-0.731 ***	-1.480 ***
生己み保管庫への補助	0.630 ***	処理手数料	-	-	-0.050 **	-0.030 ***	-0.033	-	-0.019 *	-0.021 **	-
定数	-0.695 ***	-0.266 **	-0.308 **	食品廃棄物保管庫への補助	-	-	1.203 **	-	0.846	-	0.706 *	0.260	0.693 *
サンプル数	1182	778	526	定数	0.341	-0.321	-3.537 ***	-0.129	1.832	0.168	1.170 *	1.255 **	2.142 ***
ρ·増(光度比)	0.248	0.162	0.204	サンプル数	145	89	72	143	54	36	144	402	118
的中率	75.0	69.5	72.4	ρ·増(光度比)	0.407	0.568	0.183	0.318	0.393	0.227	0.123	0.182	0.134
*:p<0.1, **:p<0.05, ***:p<0.01	的中率	84.8	89.9	70.8	69.1	81.5	72.2	66.0	72.9	68.6

*食り法対象外：病院、福祉施設、学校

#### 3.3.4 収集量の推定と感度解析

図Ⅱ3.3-3に食品廃棄物等の賦存量と協力度を乗じて求まった収集量の推定結果と処理手数料に変化を与えた場合、および分別精度として異物の多少の混入を認めた場合の収集量の変化を示した。

#### 3.3.5 結論

①排出者の意向を反映するために2段階の調査を実施し,2項ロジットモデルを構築したところ，適合度の高いモデルの構築が行うことができた.

②収集量を確保に向けて排出者の協力度を向上させるためには、小売業・飲食業では「分別精度」，また、家庭では「処理手数料」が重要な要因であることを示した。

図Ⅱ3.3-3 収集量の推定と感度解析
# 3.4 石狩湾新港地域における採算性を考慮した食品廃棄物バイオガス化施設規模に関する研究

主任研究者 北海道大学大学院工学研究院 教授 古市 徹

分担研究者

准教授 石井一英

#### 3.4.1 研究目的

大都市の札幌市近郊に位置する石狩湾新港地域では、食品廃棄物からのバイオガス（BG）化事業が検討されている。具体的な事業成立のための施設規模を、収集量、処理料金やBG利用方法を考慮して決定する必要がある。そこで本研究では、当該地域でのBG化施設規模を検討するために、石狩湾新港地域を対象に、3.2節で求まった収集量を最大値ととらえ、その範囲内で事業採算性が成立する施設規模決定手法を検討した。

#### 3.4.2 バイオガスプラントの事業採算性評価

## (1) 想定するシステム構成

図Ⅱ3.4-1 のように、当該地域の食品廃棄物を受入れ、メタン発酵により BG を回収する。BG 利用方法として施設内必要熱量をガスボイラで賄い、残りの BG はすべて精製し LNG プラントへ売ガスする場合（シナリオ 1）と、すべてのバイオガスを発電し、FIT 制度を想定して売電する場合（シナリオ 2）の二つを想定した。

## (2) 事業採算性解析の方法

イニシャルコストの項目として「施設建設費」、「エネルギー変換設備費」、「パイプライン施工費」を、ランニングコストの項目として、「メンテナンス費」、「人件費」、「電力購入費」、「ガス精製費」、「水道代」、「排水処理費」、「残渣処理費」、「一般管理費」、「支払金利」、「租税公課」を考慮し、イニシャルコストを「減価償却費」としたうえで、ランニングコストと減価償却費を合計して単年度の支出合計とした。収入の項目として「廃棄物処理料金」、「売ガス収入」、「売電収入」を設定し、現状を踏まえて図Ⅱ3.3-1のように設定した。なお、事業主体は民間事業者とし、施設整備にかかる補助金は無し、金利等の設定は図Ⅱ3.3-1に示した。そして、20年後の内部利益率（IRR）を算出した。なお、発電シナリオの発電効率は0.3で計算した。

## (3) 計算結果と考察

表Ⅱ3.4-1 に売電と売ガスの場合について、各廃棄物受入量毎の IRR の計算値を示す。このように、廃棄物受入量および受入単価、売電価格および売ガス価格を地域特性に応じて設定し、事業成立する施設規模を決定できる。この場合はまず、処理料金が高い家庭系生ごみの受入量をできるだけ確保することが重要であり、24t/d 確保できれば食品廃棄物の受入は無くとも成立する。逆に家庭系生ごみの受入が無い場合には事業は成立しないことが分かる。

また、表Ⅱ3.4-2に各シナリオの5年目の収支内訳を示す（生ごみ36t/d、食品廃棄物36t/d受入の場合）。売ガス価格など価格設定の仕方によって収支は大きく異なるが、この場合は売電よりも売ガスの方が収入は良いが、電気購入費とバイオガス精製費のために支出は大きくなることが分かる。しかしながらエネルギー効率を考慮すると、近隣にLNGプラントなどの条件がそろった場合には、売ガス価格も含めてよりエネルギー効率の高いバイオガス利用方法を検討すべきことを示した。

#### 3.4.3 結論

①廃棄物受入量および受入単価、売電価格および売ガス価格を地域特性に応じて設定し、事業成立する施設規模を決定する手法を開発した。

②LNG プラントとの連携による地域特性を活かしたバイオガス化システムの提案を行った。

図Ⅱ3.4-1 想定するバイオガス化システム

表Ⅱ3.4-1 IRR の算出結果

食品廃棄物(事業系一廃)受入量(t/d)(11,000円/t)	家庭系生ごみ受入量(t/d)(17,600円/t)
0	12	24	36
食品廃棄物(事業系一廃)受入量(t/d)(11,000円/t)	IRR(%)	0	-	-6.40(-10.04)	0.83(-1.47)	3.37(1.54)
12	-	-2.39(-5.44)	1.77(-0.33)	3.88(2.00)
24	-7.55(-11.69)	-0.26(-2.92)	2.56(0.59)	4.40(2.45)
36	-3.21(-6.55)	1.11(-1.28)	3.26(1.32)	4.90(2.89)

上部: 施設利用分を差し引いた電力を売電した場合(39円/kwh)

()内: LNGプラントに精製ガスを売却した場合(100円/m³)

表Ⅱ3.4-2 5年目の収支内訳

(生ごみ 36t/d、食品廃棄物 36t/d)

収入·支出(百万円)	売ガス	売電
収入合計	608	537
売電収入	0	158
売ガス収入	230	0
処理料金	379	379
支出合計	553	430
維持管理	44	39
人件費	20	20
電気購入費	39	0
バイオガス精製費	57	0
水処理費	13	13
発酵不適物処理費	13	13
污泥処分費	152	152
一般管理費	2	2
滅価償却費	137	123
金利	44	39
租税公課	31	28
4. 下水処理施設と連携した混合 BGS

- 生ごみと下水污泥との混合バイオガス化システムにおけるシステムの評価—

- 主任研究者　北海道大学大学院工学研究院　教授　古市　徹

- 分担研究者　助教　翁　御棋

### 4.1 研究背景と目的

現在大量生産・大量消費・大量廃棄という社会システムによって、廃棄物の適正処理、資源の枯渇、地球温暖化、エネルギー問題といった様々な社会問題が深刻化してきた。我が国では、ゼロエミッションを目標とした廃棄物の適正処理・処分、リサイクルが求められ、2007年には21世紀環境立国戦略が閣議決定され、循環型社会・低炭素社会・自然共生社会という3つの社会の形成を統合的に進めていくことにより持続可能な社会を目指すことが示された $ ^{1} $ 。そのため、カーボンニュートラルである有機系廃棄物の中のバイオマスの利活用に注目が集まっている。特に、都市地域で、現在エネルギーとしての利用率の低い下水污泥と食品廃棄物の利用が考えられる $ ^{2} $ 。したがって、エネルギー利用の可能性および廃棄物の適正処理といった観点から、下水污泥と食品廃棄物を廃棄物系バイオマスとしてエネルギー利用することで循環型社会・低炭素社会を推進しつつ、エネルギー供給源の多様化や自立分散型エネルギー供給システムの強化が期待できる。

地域での有機系廃棄物の循環利活用のため、本章では、下水污泥の利活用に基づいた有機系廃棄物処理システムの構築を行った。廃棄物焼却処分施設を持たない自治体において、下水污泥と生ごみの混合発酵システムの構築によって、最終処分場の延命効果・温室効果ガス排出量の削減効果がどれだけ得られるか検討した。地域での有機系廃棄物の循環利活用と焼却に頼らない廃棄物処理システムの構築の実行可能性を示した。

### 4.2 研究方法

## (1) シナリオの設定

本章の研究対象がごみ焼却処理を行われていない北広島市にしました。現在、北広島市で、生ごみと下水汚泥の混合発酵が行われているので、生ごみと資源ごみの分別収集が積極的に進まれている。したがって、北広島市のシナリオでは、対象廃棄物が決定し、それらを組み合わせた分別回収率シナリオを設定する。ここで、本研究における分別回収率の定義は以下のようなものと定義しておく。

$$ 分别回收率 =\frac{ 正しく分別回收された搾棄物量 (t)}{ 正しく分別回收された搾棄物量 (t)+ 普通ごみに混入された量 (t)} $$

本研究では、まず、研究地域における必要なデータを収集し、現状の把握を行った。データ収集は主に北広島市のホームページ $ ^{3} $ 、ヒアリング調査によって行った。また、平成22年度のごみ分別回収のデータを用い、生ごみは他の自治体の回収率を参考し、紙類・プラスチックはそれぞれの組成より普通ごみから表Ⅱ4.2-1に示した回収しリサイクル可能なものが正しく分別された場合を設定した。

表Ⅱ4.2-1 シナリオ設定

シナリオ	分別回収率
生ごみ	紙類	プラスチック
BAU (現状)	0.04	0.18	0.38
A	0.42	0.18	0.38
B	0.62	0.26	0.64
C	0.82	0.33	0.83

## (2) 廃棄物処理・処分における最終処分場の延命効果

本研究では、最終処分場の延命効果が最終処分の必要容量の削減量とそれに関するコストの削減と考えた。対象廃棄物の分別回収率シナリオ毎に最終処分場の処理量 $$ t/年 $$ を推計し、松藤（2005）が構築した廃棄物技術データベースにおける算出式、ごみ別のかさ密度、圧縮率を参考にして、必要な処分場の容量 $$ m^{3}/年 $$ を推計した。また、最終処分必要容量の減量によって削減されるコストの推計について、削減される最終処分必要容量に、最終処分場の体積当たりの建設単価と計画に関わる委託費の単価を乗じて削減コストを計算する。澤部ら（2011）のコスト調査結果によって、最終処分場1 m³当たりの建設単価は4,522.61円/m³，また計画に関わる委託費の単価は240.93円/m³として計算を行った。

## (3) 廃棄物処理・処分における温室効果ガス排出量の推計

ごみ処理方法の変革によって、生ごみは最終処分場で分解されるはず部分が混合発酵で利活用することができれば、最終処分場での温室ガス排出量が削減できる。そこで、2006年IPCCガイドライン $ ^{4)} $ に示されるDefault法を用いてメタンガス排出量を算定する。生分解性の対象廃棄物中の炭素含有率 $ (DOC_{i}) $ ，生分解性廃棄物中の炭素のガス化率 $ (DOC_{i}) $ ，埋め立て処分場の構造による好気分解補正係数 $ (MCF) $ ，発生ガス中の $ CH_{4} $ 比率(体積ベース) $ (F) $ の定数を調べる必要がある。また、環境省の調査結果を利用して、日本のごみにおけるパラメータで計算した $ ^{5)} $ 。