2020 Fiscal Year Annual Research 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 / バイオマスエネルギー / 固形燃料化 / 焼却・廃熱発電 / 熱収支解析モデル / 技術導入シナリオ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大都市下水処理場における下水汚泥のリサイクル戦略はエネルギー利用に焦点を当てた段階へと移行している．下水汚泥のエネルギー利用にあたっては，汚泥の性状，焼却と連動した廃熱の高度利用，乾燥と連動した熱のカスケード利用を扱う必要があり，熱収支解析モデルの開発が不可欠となる．本研究では3つの焼却・廃熱発電システム（スクリュ式・バイナリー式，復水タービン式，スクリュ式＋汚泥乾燥），2つの固形燃料化システム（乾燥造粒，低温炭化）を対象とした熱収支解析モデルを開発した．
下水処理場が消化槽を有する場合，含有有機物の約50%を分解させて消化ガスが回収できる一方，脱水汚泥の固形物中有機分率は低下し，脱水汚泥変換プロセスでの効率の低下を招く．本研究では，脱水汚泥のエネルギー変換を踏まえた場合，消化の有無がどのように影響するかに着目した評価を行った．その結果，二液調質脱水機の導入条件下（含水率70%）で処理能力100 t-wet/日以上を確保し，焼却・廃熱発電システム（復水タービン式）が導入できる場合，エネルギー収支，温室効果ガス排出量，事業コストの3指標において消化なしでの導入が優位となることを明らかにした．固形燃料化システムの導入にあたっては，エネルギー収支の観点では消化なしが，温室効果ガス排出量の観点では消化ありが優位となることを明らかにした．
導入戦略の策定支援に向け，大都市下水処理場を対象とした下水汚泥エネルギー利用システムの導入シナリオを設計した．汚泥変換後の生成物とその受入先を分散化させる技術導入を行うシナリオA（資源化経路分散シナリオ），下水処理場での化石燃料の直接消費をなくす技術導入（消化なしの場合：焼却廃熱発電，消化ありの場合：固形燃料化）を行うシナリオB（外部燃料最小化シナリオ）を設計し，2030年度における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評価した．
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