2019 Fiscal Year Research-status Report
Developing a design support tool for energy utilization systems of sewage sludge and drawing low-carbon technology pathways
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18K18229
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| Research Institution | Ochanomizu University |
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Principal Investigator |
中久保 豊彦 お茶の水女子大学, 基幹研究院, 准教授 (70648766)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 下水汚泥エネルギー利用 / 固形燃料化 / 焼却・廃熱発電 / 熱収支解析モデル / 温室効果ガス排出削減 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大都市下水処理場で下水汚泥エネルギー化技術が実装されている現場では，熱のカスケード利用等を組み込んだ高度なシステム設計がなされている．本研究では，創意工夫により熱利用を高度化させたシステムを設計・評価することができる支援モデルを開発することを目的とする．
2018年度研究課題で固形燃料化システム（造粒乾燥，低温炭化）を対象として熱収支解析モデルを開発した．2019年度研究課題においても熱収支解析モデルの開発を継続し，焼却・廃熱発電システム（二液調質型脱水機＋焼却炉，蒸気間接加熱型乾燥機＋焼却炉）を対象としてモデルを開発した．これにより主流となっている下水汚泥エネルギー化技術に対する熱収支解析を行うことが可能となった．
下水処理場において，創意工夫により熱利用を高度化させるシステムを構築する主目的はエネルギー自立である．本研究では汚泥中間処理における消化の有無を踏まえ，外部燃料を消費しない（外部燃料フリー型の）技術システムの設計に着目した．エネルギー収支に基づき技術システム間を比較評価した結果，消化なしの場合は焼却・廃熱発電システムが，消化ありの場合は固形燃料化システム（乾燥熱源は消化ガス）が有利であることが示された．よって，外部燃料フリー型の技術システムの有用性を明らかにした．
次年度研究課題の一部も先行して実施し，大都市下水処理場を対象とした下水汚泥フロー解析モデルを構築した．大都市における下水汚泥エネルギー化技術の導入ロードマップとして，「資源化経路分散ケース」と「外部燃料最小化ケース」の2つを作成した．
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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
2018年度研究課題で固形燃料化システム（造粒乾燥，低温炭化）を対象として熱収支解析モデルを開発した．2019年度研究課題においても熱収支解析モデルの開発を継続し，焼却・廃熱発電システム（二液調質型脱水機＋焼却炉，蒸気間接加熱型乾燥機＋焼却炉）を対象としてモデルを開発した．これにより主流となっている下水汚泥エネルギー化技術に対する熱収支解析を行うことが可能となった．
下水処理場において，創意工夫により熱利用を高度化させるシステムを構築する主目的はエネルギー自立であり，外部燃料を消費しない（外部燃料フリー型の）技術システムの設計に着目した．
本研究では，正味の下水汚泥エネルギー回収率（NERR: Net Energy Recovery Rate for sewage sludge. 分母：高位発熱量ベースでの汚泥保有熱量，分子：一次エネルギーベースでのエネルギー収支）を新たな評価指標として定義し，同指標に基づく技術システム間の比較評価を行った．評価の結果，消化なしの場合は焼却・廃熱発電システムが，消化ありの場合は固形燃料化システム（乾燥熱源は消化ガス）が有利であることが示された．よって，外部燃料フリー型の技術システムの有用性を明らかにした．
以上より，概ね順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
大都市下水処理場を対象とした下水汚泥フロー解析モデルを構築する．大都市における下水汚泥エネルギー化技術の導入戦略として，「資源化経路分散ケース」と「外部燃料最小化ケース」の2つのロードマップを対象として，エネルギー収支の改善効果，温室効果ガス排出量の削減効果を分析する．その上で，2030年度（中期目標）に向けた下水道分野での温室効果ガス排出削減ロードマップを具現化する．
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| Causes of Carryover |
次年度使用額は2019年度直接経費の5％であり，研究遂行上において大幅な計画変更を意味するものではない．本経費は研究成果の論文投稿のための経費の一部として使用する予定である．
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