2018 Fiscal Year Annual Research Report
Dust explosion of woody biomasses
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17H03849
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
重松 幹二 福岡大学, 工学部, 教授 (00242743)
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2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | バイオマス / 粉じん爆発 / 安全工学 / 燃焼 / 再生可能エネルギー / 抽出成分 / 粘着性 / 着火性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、製材屑を成形したペレット燃料、バイオエタノール原料としての微粉化処理、プラスチック複合材製造での混練工程など、木質バイオマスの新たな利用法や製造工程が導入されようとしており、製造過程、原料の輸送や貯蔵時において、粉じん爆発の危険性を認識する必要がある。本研究は、木粉の粉じん爆発危険性の評価を、JIS 8818による爆発下限濃度および最小着火エネルギーの測定値で判定する。特に樹種の違いについて、含有する抽出成分が揮発性であれば着火性を促進し、粘着性であれば粉体凝集性を増して粉じん爆発を抑制すると考え、この相反する作用を抽出成分の量と質に注目して明らかにする。また、木質ペレットからの崩壊ダストの粉じん爆発危険性について、炭化処理の影響も含めて判定し、運搬、貯蔵、燃焼時における安全指針を提案することを目的とする。
今年度は、国内学会３件として研究成果を発表した。（１）国内で使用される主要な樹種の木粉の粉じん爆発危険性を評価したところ、針葉樹は抽出成分を取り除くことで危険性が上昇するものが多く、逆に広葉樹は危険性が低下するものが多い傾向が見られた。これは、針葉樹は抽出成分の粘着性が作用し、広葉樹は抽出成分の着火性が優勢的に作用しているものと推定した。（２）木質バイオマスの基材であるセルロースは乾燥履歴によって吸湿性が変動するが、熱履歴を経て吸湿性が低下したセルロースの方が、むしろ安全側に移行した。これは、熱履歴によって粉体内部に水分が浸み込みにくくなり、表面に水分が局在化して着火性が低下する現象であると推定した。（３）木材抽出成分の影響の解析手法を応用して食用スパイスの粉じん爆発危険性を調査したところ、芳香成分を多く含む食用スパイスは揮発成分や含有水分が粉じん爆発性に大きく影響し、さらに熱乾燥工程によって粉じん爆発危険性が大きく変動した。
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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
＜粉じん爆発危険性に対する木材抽出成分の作用＞ 多様な樹種からの木粉の粉じん爆発危険性を評価したところ、針葉樹の抽出成分は粘着性が粉じん爆発危険性を抑制し、広葉樹の抽出成分は着火性が促進するようである。この推論を確かめるため、単離した抽出成分の粘着性、蒸気圧、熱分解温度、引火点や発火点などの物性値から樹種による粉じん爆発危険性の違いを総合的に説明することを試みているが、統一的に説明できる結論には至っていない。
＜セルロース微粉末の粉じん爆発＞ 木質バイオマスの基材であるセルロースは、熱履歴を経ることで吸湿性が低下したセルロースの方が、むしろ安全側に移行した。これは、熱履歴によって粉体内部に水分が浸み込みにくくなり、表面に水分が局在化して着火性が低下した現象であると予想している。
＜炭化処理した木質バイオマスの粉じん爆発危険性＞ 木質ペレットの粉じん爆発危険性に対する炭化処理の影響を調べたところ、加熱処理の過程で揮発成分が増加することで一旦最小着火濃度が低下して危険側に移行するものの、炭化が進むと揮発成分が減少して着火しにくくなり、最終的に木炭となることで安全側に移行する傾向が見られた。
＜食用スパイスの粉じん爆発危険性＞ 芳香成分を多く含む食用スパイスは揮発成分や含有水分が粉じん爆発性に大きく影響し、さらに熱乾燥工程によって粉じん爆発危険性が大きく変動した。
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| Strategy for Future Research Activity |
＜粉じん爆発危険性に対する木材抽出成分の作用＞ 樹種による着火性の違いを、抽出成分の物性値の違いから判断しようとしているが、統一的に説明できる結論には至っていない。そこで本年は、さらに多くの樹種の抽出成分の作用の違いについて引き続き調査し、総合的解釈ができるように進める。
＜吸湿性が異なるセルロース微粉末の粉じん爆発＞ セルロースは、乾燥履歴や化学処理によって吸湿性が大きく変動し、粉体表面への水分の局在化が原因であると予想している。そこで、粉体体積抵抗率から表面での水分吸着状況を判断するとともに、セルロースI型およびII型の結晶型の違いによる吸湿性の影響について調査する。
＜石炭と未処理バイオマスとの混焼における粉じん爆発危険性＞ バイオマス発電所での石炭、木炭、未処理バイオマスの混焼を想定し、これらの混合状態での粉じん爆発危険性を調査する。特に、石炭や木炭は吸湿性が低いが、バイオマスは湿度によって危険性が大きく変動するため、炭化処理過程における吸湿性の変化を考慮した危険性評価を行い、安全指針の提案につながるデータを得ていく。
＜食用スパイスの粉じん爆発危険性＞ 食用スパイスの揮発成分や水分の影響に焦点を当て、木材抽出成分の影響と同様の解析手法によって、スパイスの乾燥過程における粉じん爆発危険性の変動を統一的に説明できるように研究展開する。
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Research Products
(4 results)
