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外部熱源が不要な革新的バイオ炭製造技術の開発:自己発熱反応によるバイオ炭製造

Research Project

Project/Area Number 17J00272
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Agricultural environmental engineering/Agricultural information engineering
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

伊藤 貴則  北海道大学, 農学院, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords廃棄物系バイオマス / バイオ固形燃料 / 低温酸化 / 半炭化 / バイオ炭 / 乳牛ふん / 褐炭
Outline of Annual Research Achievements

本研究は高水分で取り扱い難い廃棄物系バイオマスを,持続的かつ省エネルギーな方法でバイオ炭へと変換し,廃棄物系バイオマスの資源化,エネルギー化に資することを目指し行われた。ここでは乳牛ふんをモデル材料として(1)100℃以下でのバイオ炭製造,さらには(2)300℃以上に至る自己発熱反応を利用したバイオ炭製造技術の提案についてそれぞれ検討した。

(1)100℃以下でのバイオ炭製造
90℃での低温酸化プロセスを用いて乳牛ふんの酸化分解を進め,得られた試料の元素分析(CHNO)および高位発熱量(HHV)測定を行った。炭素含有率およびHHVは当初想定していたような大幅な増加は認められなかったものの,回収固形物の元素組成は泥炭に似た組成を有しており,従来の半炭化(200-300℃)や炭化(400℃以上)よりも極めて低い温度域で,バイオマスの改質化を達成できることを示した。
(2)自己発熱反応を利用したバイオ炭製造技術の提案
上述の100℃以下での酸化反応を進めるためには,炭化プロセスには不要と考えられてきた水分が重要な役割を担っていることを前年度までに明らかにした。この知見はバイオマスと酸素分子が反応できる状態,すなわち適度な水分状態に保たれたバイオマスに空気(酸素)を供給することで,バイオマスの自然発火に至るような酸化反応を常温付近から引き起こすことが可能という新たな仮説に繋がった。この仮説について検証を進めたところ,湿潤状態の乳牛ふんを加圧環境におき,空気を連続供給することで300℃以上に至る自己発熱反応が90℃付近から誘発されることを明らかにした。このメカニズムを利用して作成された乳牛ふん由来のバイオ炭は褐炭と同等の元素組成を有していた。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2019 2018 2017 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] A new torrefaction system employing spontaneous self-heating of livestock manure under elevated pressure2019

    • Author(s)
      Itoh Takanori、Iwabuchi Kazunori、Maemoku Naohiro、Sasaki Izumi、Taniguro Katsumori
    • Journal Title

      Waste Management

      Volume: 85 Pages: 66-72

    • DOI

      10.1016/j.wasman.2018.12.018

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A new approach to stabilize waste biomass for valorization using an oxidative process at 90 °C2018

    • Author(s)
      Itoh Takanori、Iwabuchi Kazunori、Ota Kumpei
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 13 Issue: 4 Pages: e0196249-e0196249

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0196249

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 水分が有機性廃棄物の自然発火現象に及ぼす影響2018

    • Author(s)
      太田薫平,岩渕和則,伊藤貴則,谷黒克守,上出光志
    • Journal Title

      農業食料工学会北海道支部会報

      Volume: 58 Pages: 25-31

    • NAID

      40021528361

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 加圧雰囲気下における乳牛ふんの自己発熱反応開始温度2018

    • Author(s)
      前杢直宏,伊藤貴則,佐々木いづみ,岩渕和則,谷黒克守
    • Organizer
      農業環境工学関連5学会2018年合同大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 加圧雰囲気下における乳牛ふんの酸化的低温炭化2018

    • Author(s)
      佐々木いづみ,伊藤貴則,前杢直宏,岩渕和則,谷黒克守
    • Organizer
      農業環境工学関連5学会2018年合同大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Investigation of the initiation temperature causing the self-heating of biomass in oxidative torrefaction2018

    • Author(s)
      Itoh Takanori, Iwabuchi Kazunori, Maemoku, Naohiro, Sasaki Izumi, Taniguro Katsumori
    • Organizer
      2018 ASABE Annual International Meeting
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] An approach to convert waste biomass into solid biofuels using low-temperature oxidation2018

    • Author(s)
      Itoh Takanori, Iwabuchi Kazunori, Ota Kumpei
    • Organizer
      XIX. World Congress of CIGR
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 低温炭化プロセスにおけるバイオマスの分解機構2017

    • Author(s)
      伊藤貴則,岩渕和則,太田薫平,谷黒克守
    • Organizer
      農業食料工学会第76回年次大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of oxygen on the decomposition of dairy manure at low-temperature carbonization2017

    • Author(s)
      T. Itoh, K. Iwabuchi, K. Ota, K. Taniguro
    • Organizer
      American Society of Agricultural and Biological Engineers (ASABE) 2017 Annual International Meeting
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 北海道大学 循環農業システム工学研究室

    • URL

      http://abse.bpe.agr.hokudai.ac.jp

    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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