2019 Fiscal Year Research-status Report
シイタケ廃菌床の半炭化処理による新しい木質系断熱材の開発
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19K06162
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
関野 登 岩手大学, 農学部, 教授 (30171341)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 廃菌床 / 断熱材 / 機械的性質 / 熱伝導率 / 剥離強度 / 圧縮性能 / 空隙構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シイタケ菌床栽培では収穫後の廃菌床の有効活用が課題である。木材チップが菌床の場合、乾燥後の廃菌床は腐朽チップと菌糸塊が一体化し、レンガと同サイズのブロックが採取できる。本研究はこの点に着目し、断熱材などの材料利用の可能性を探る。具体的には廃菌床ブロックの気乾密度をパラメータとして、①熱伝導率や強度性能との関係を調べ、他材料から見た断熱性能や強度性能の位置づけを見出す、②断熱性の発現メカニズムを熱伝導モデルにより明らかにする、③廃菌床を半炭化処理して断熱性改善の可能性を調べることを目的とした。初年度（2019年度）は主に二つの調査研究を行った。一つ目は資源量調査、すなわちブロック材料の採取歩留まりである。まず、栽培ハウスからの回収で型崩れしない廃菌床の割合（初期歩留まり）を調べ、続いて乾燥後に外周を切断して得たブロックの形状の良否を調べ、ブロック材料として適する割合（乾燥歩留まり）を求めた。調査対象はシイタケ繰り返し収穫6回後（通常の収穫回数）および7回後の廃菌床とした。収穫7回後の初期歩留まりは28％、乾燥歩留まりは40％で、結果として採取歩留まりは11％であったが、収穫6回後では初期歩留まりは89％、乾燥歩留まりは65％で、結果として採取歩留まりは58％となった。二つ目の調査研究は、ブロック材料の気乾密度の範囲と機械的性質である。収穫6回後のブロック密度は130～230㎏/m3（平均：183、標準偏差：19）に分布し、収穫7回後では130～210㎏/m3（平均：164、標準偏差：15）であった。機械的性質として剥離強度と圧縮強度性能を調べ、それらを構造が類似する既存材料（T級IFB）と比較した。これらの物性値を同一密度で比較した場合、廃菌床はT級IFBに対して、剥離強度は約2割低く、圧縮弾性率は3～4割低く、降伏ひずみは約8割大きくなったが、降伏応力は同等であった。
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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
設定した3つの研究目的は次の3つである。①熱伝導率や機械的性質を調べ、他材料から見た断熱性能や強度性能の位置づけを見出す、②断熱性の発現メカニズムを熱伝導モデルにより明らかにする、③廃菌床を半炭化処理して断熱性改善の可能性を調べる。これらに対し、初年度における当初計画は、①の半分程度の調査研究と③の実施準備であった。しかしながら、研究開始直後、廃菌床の何割程度が材料利用できるかという資源量に関する疑問が浮上した。そこで栽培ハウスからの廃菌床回収の歩留まりと廃菌床乾燥後のブロック材料の採取歩留まりを調査し、材料利用可能な賦存量に関する基礎データを収集して、当初計画を補強した。
研究目的①に関しては、まず機械的性質や熱伝導率の基礎指標となる廃菌床の気乾密度の分布範囲を明らかにした。さらに、機械的性質として剥離強度と圧縮強度性能（圧縮弾性率・降伏応力・降伏ひずみ）を調べ、廃菌床と構造が類似する軟質繊維板（T級インシュレーションファイバーボード）との比較により、廃菌床の強度性能の位置づけを明確にした。
一方、研究目的③の準備と着手を初年度の計画に盛り込んだが、購入予定の真空ガス置換装置の低温域（300℃程度）における温度制御が本研究で求める精度を満たさないことが判明した。そのため、ガス置換機構および流量計付き小型電気炉の購入へと変更し、窒素ガス導入タイプの電気炉による半炭化の実験環境を整備した。ただし、当初計画に盛り込んだ半炭化実験の着手には至っていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究目的①（熱伝導率・機械的性質）に対しては、初年度で得た機械的性質に加え、平板比較法で熱伝導率を測定する。その際、廃菌床を若干の圧縮状態で乾燥させることでブロック密度を増加させ、機械的性質の向上の有無を検討すると同時に、広範囲の密度における熱伝導率の変化挙動を調べる。
研究目的②（断熱性発現メカニズム）に対しては、木粉化したマットを数段階の密度で作製して平板比較法により熱伝導率を測定し、このマットに空隙・実質の並列・直列モデルを適用して実質部の熱伝導率を推定する。このモデル解析では空隙量の算定に際し実質密度が必要なため、実質密度をピクノメーター法で測定する。推定された廃菌床実質部の熱伝導率を木材実質のそれと比較し、廃菌床の断熱性発現メカニズムを検討する。
研究目的③（半炭化処理）に関しては、まず、木材素材を試料として酸素濃度と半炭化温度をパラメータとした半炭化実験を行い、体積収縮、重量減少という基礎データ収集とともに、熱伝導率を平板比較法で計測し、半炭化条件と熱伝導率の変化関係を調べる。続いて、ある程度高密度化した廃菌床に対して半炭化処理を行い、機械的性質の変化および熱伝導率の変化を調べる。
表皮付き圧縮ブロックの特性： 当初の研究計画では廃菌床内部の材料利用が前提で、表皮は除去すなわち廃棄（燃料利用）という構想であった。ところが表皮ごと圧縮して乾燥すると、凹凸面の表皮がある程度平滑となり、硬質の表皮を活かしたブロック材料の可能性も見えてきた。そこで、科研申請時には発想できなかった表皮付き圧縮ブロックについても、機械的性質や断熱性を検討する予定である。
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| Causes of Carryover |
当初購入予定の真空ガス置換電気炉は、本研究の加熱温度範囲で十分な温度制御の精度が得られないことが判明した。その結果、電気炉をガス置換型に変更して購入した。そのため、電気炉価格の差額によって予算に余裕が生じた。また、コロナウィルス対策のため予定していた学会出張費が不使用となったことも次年度使用額が生じた理由の一つである。次年度に回した予算の使用計画としては、廃菌床の圧縮乾燥ジグの作製費などを予定している。
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Research Products
(3 results)
