2016 Fiscal Year Annual Research Report
都市ごみ焼却灰中の金属アルミニウムからの水素ガス発生特性の解明とエネルギー回収
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16H04438
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
島岡 隆行 九州大学, 工学研究院, 教授 (80202109)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中山 裕文 九州大学, 工学研究院, 准教授 (60325511)
小宮 哲平 九州大学, 工学研究院, 助教 (20457451)
サファルザデ アミルホマユン 九州大学, 工学研究院, 特任准教授 (00727381)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 廃棄物 / 焼却残渣 / 再生可能エネルギー / 水素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 都市ごみ焼却残渣からの水素ガス発生特性と発生抑制機構の解明：焼却灰と水の撹拌混合による発生ガスに水素以外の成分は見られず、発生ガスのほぼ全量が水素であることを明らかにした。水素ガス回収後の焼却灰に残存した金属アルミニウムの周囲にはアルミニウムの水和物が生成していることが確認され、水素ガスを発生する金属アルミニウムと水の反応促進を図るための反応前処理として(1)焼却灰の微粉砕処理及び(2)焼却灰の減圧処理を検討した結果、微粉砕処理により水素ガス発生速度が飛躍的に向上し、短時間での水素ガス回収における微粉砕処理の有効性を明らかにした。
2. 水素ガス発生特性に及ぼす影響因子の検討：水素ガス発生に及ぼす液固比、撹拌強度及び温度の影響を明らかにした。撹拌強度については400～800rpmの範囲では強度が強いほど、温度については40～60℃の範囲では温度が高いほど水素ガスが多く発生する傾向があること、水素ガス発生速度及び回収後の廃液処理コストの観点から液固比は3程度が適切であることを明らかにした。
3. 水素ガスの用途と各用途のLCA解析による評価：福岡市クリーンパーク西部を対象とし、一般廃棄物処理における金属AlのMFA分析および水素回収システムのLCC、LC-CO2の推計を行った。焼却灰には4.5%、飛灰には3.2%の金属Alが含有されており、由来は可燃ごみが90%、不燃ごみ破砕選別後の可燃残渣に由来するものが10%であった。水素製造量は20,500Nm3/年と計算され、LCCは425万円/年となった。水素製造単価は207円/Nm3であり、現在の一般的な水素販売価格の1.8～2.0倍であった。LC-CO2は0.83kg-CO2/Nm3-H2となり、一般的に環境負荷が小さいと言われている天然ガスからの水素製造（0.90kg-CO2/Nm3-H2）と比較して0.92倍と計算された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1. 都市ごみ焼却残渣からの水素ガス発生特性と発生抑制機構の解明の進捗状況：当初の計画通りに進捗した。研究成果を国際会議で3編、国内研究発表会で1編発表済みであり、さらに平成28年度の研究成果について平成29年度に開催される国内研究発表会で1編発表予定である。
2. 水素ガス発生特性に及ぼす影響因子の検討の進捗状況：当初の計画通りに進捗した。研究成果を国内研究発表会で1編発表済みであり、さらにさらに平成28年度の研究成果について平成29年度に開催される国内研究発表会で1編、国際会議で1編発表予定である。
3. 水素ガスの用途と各用途のLCA解析の進捗状況：当初の計画どおりに進捗した。研究成果を平成28年度土木学会西部支部研究発表会にて口頭発表した他、第45回土木学会環境システム研究発表会の全文査読部門に投稿したところである。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 水素発生特性に及ぼす影響因子の検討と水素ガス発生の促進
平成28年度までに実施した実験に加え、溶液として純水の他に(1)金属アルミニウムの周縁に生成し、水素ガスの発生を抑制する水酸化アルミニウム被膜の生成抑制、または被膜を溶解させる溶媒の検討を行う。建材等に利用される金属アルミニウムの腐食および防食に関する文献を整理することにより、水素ガスの発生が抑制されることなく、持続的に水素ガス回収を可能とする溶媒を用いた実験を行う。また、(2)金属アルミニウムは溶融物として焼却灰粒子に内包されていることから、焼却灰を（微）粉砕することによる水素ガス発生速度を大きくすることの可能性を検討する。(3)アルミニウムのリサイクル流通に乗っていないアルミニウムの切削屑等のアルミニウム残渣の有効利用を意図して、焼却残渣溶液に廃アルミニウムを添加することによる水素ガス発生量の増大を試みる。
2. 廃アルミニウムのフロー制御による水素ガス発生促進とLCA解析
アルミニウムのリサイクル流通に乗っていないアルミニウム切削屑等やドロス等の有効利用を意図して、焼却残渣溶液に廃アルミニウムを添加することによる水素ガス発生量の増大を試みる。また、水素ガスを回収した後の残渣は、塩分が洗い出されておりセメント原料に適していると考えられる。水素ガス回収システムとセメント原料としての焼却残渣の洗浄システムとを組み合わせたシステムについて、LCA評価を実施する。
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