農工連携による離島漁村集落のオフグリッドに向けた炭素・窒素の島内循環への挑戦

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K22006
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 大風 翼 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 准教授 (40709739)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 多田 千佳 東北大学, 農学研究科, 准教授 (30413892) ; 米澤 千夏 東北大学, 農学研究科, 准教授 (60404844) ; 川島 範久 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 助教 (70738533)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Keywords: メタン発酵 / バイオガス / 風環境 / 臭気拡散 / 路地形状 / 実測調査 / 数値流体解析 / スマートフォン風速計

Outline of Annual Research Achievements

１）島の現況把握：バイオガス発酵システムのプロトタイプ導入の敷地選定のために、島の現況把握を行った。既往の研究に倣い、島内の路地を路地幅と住宅や石垣の高さの観点から３つの特徴に分け分類した。海岸線と平行な路地の多くは隣棟間隔が狭く、建物外壁と石垣に囲われていた。空き地・空地の把握は、主に現地調査による目視による判別を中心に実施した。排水経路は、現地調査にて、排水路の幅、接続されている宅地の数、宅地の状況（在住／空家）を把握した。
２）風環境の把握：島内の海岸線に平行な路地、直交する路地において、スマートフォン接続型のハンディータイプの風速計を用いて、平均風速の空間分布を計測した。実測は2019年度夏期及び冬期に実施予定だったが、COVID-19の影響により冬期の実測は見送り、既往の予備実測の結果を分析した。夏期は島の中心の風下に集落が位置し、全体的に穏やかな風環境であった。冬期は、海風が直接集落に吹き込む卓越風向であるが、路地により風速が大きく緩和されていることが明らかになった。
３）3D形状モデルの構築：風環境及び臭気拡散検討のための数値流体解析に用いる集落の形状を再現した島全体の3D形状モデルを構築した。形状は、国土地理院の建物三次元データ作成マニュアル（案）にしたがい作成した。作成した形状モデルに対し、数値流体解析のプレ処理を実施し、地表面近傍及び建物や石垣の形状を再現するのに適切な計算格子の形状や大きさの検討を行った。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2019年度夏期に現地を訪問し、現地調査を予定通り実施したが、COVID-19の感染拡大防止の観点から、冬期に予定していた風環境実測を中止したため、冬期の集落内の風環境の把握に至っておらず、当初の計画よりやや遅れが生じている。
2020年度冬期に実測を予定しているが、実測が実施できない場合も想定し、事前に実施した予備調査の結果や冬期の卓越風向を想定した数値流体解析なども追加実施し、集落内の風環境の把握に努める予定である。

Strategy for Future Research Activity

１．家庭用バイオガス発酵システムのプロトタイプの作成と運用：2020年度に、家庭用として使うことを想定し、30L程度の発酵システムのプロトタイプを作成する。その後、当初は、2020年度冬期に、島内に設置し、外気温、発酵槽内温度、ガス発生量などを試験的にモニタリングする予定であったが、COVID-19の感染拡大防止の観点から、都内の研究代表者の研究室内に設置し、試験運用を行う。2021年度は島内での通年のモニタリングの予定であったが、今後の状況次第では引き続き、都内の研究室において、島内で1家庭当たりに発生するのと同程度の生ごみに相当する負荷をシステムに課した実験を実施する。
２．システムからの臭気拡散を想定した3次元気流解析：2020年度に構築した3D形状モデルを用いて、いくつかのシステム導入地を想定し、システムから発生する臭気の拡散状況を解析する。想定される臭いの状況は臭気指数などを用いて評価する。2020年度に実施できなかった冬期の風環境観測を補間するために冬期の卓越風向を想定した解析も実施し、集落内の風環境の形成要因についての理解も深める。
３．システム導入候補地の選定と生成物活用法の検討：前年度実施した各種調査、2020年度に実施する数値流体解析の結果をもとに、システム導入候補地を検討し、周辺住人及び自治会長を協議する。2020年度は、オンラインでの協議も含め、対応を模索する。生成されるバイオガスは、ガス灯での利用を検討し、島内循環を目指しており、また、発酵で副生成物として生じる消化液は、液肥利用など、島内に還元する道筋を模索する島民参加側のワークショップを2021年度に実施予定である。ワークショップについては、2021年度初旬のCOVID-19の感染状況を勘案し、必要に応じて、実施形態を再検討する。

Causes of Carryover

COVID-19の感染拡大防止の観点から、2019年度冬期に予定していた風環境観測を中止したため、研究代表者及び研究分担者の現地への旅費、計測補助者への謝金、計測機器物品費等について、当初の予定から差が生じた。2019年度冬期に計画していた実測は、2020年度冬期に実施予定であり、実測地への旅費やデータ整理補助者への謝金等へ差額を使用する予定である。実測が実施できない可能性も念頭し、事前に実施した予備実測のデータ分析や冬期の卓越風向を対象とした数値流体解析を追加で実施し、冬期の風環境の把握に努める予定である。