寒冷地メタン発酵による家畜糞尿の低コスト処理システムの開発と設計基準の確立

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12794006
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 前川 孝昭 筑波大学, 農林工学系, 教授 (40015665)
• 研究分担者: 松田 従三 北海道大学, 大学院学研究科, 教授 (50002069) ; 井上 武雄 ダイシン設計株式会社, パイオ開発室, 室長 ; 張 振亜 筑波大学, 農林工学系, 講師 (20272156) ; 合田 素行 農林水産省農業総合研究所, 農業構造部, 上席研究官 ; 羽賀 清典 独立行政法人農業技術研究機構, 蓄産草地研究所・畜産環境部環境浄化研究室, 室長
• キーワード: 寒冷地メタン発酵 / メタン菌固定化 / 無加温メタン発酵槽 / メタン発酵槽設計 / 畜産廃水処理

研究概要

第3年目の課題は家畜糞尿を原料とするメタン発酵システムの装置コストの低減とその設計基準を明らかにすることであった。また、最終年度でもあるので、平成16年11月に施行の「家畜排泄物法」の実施を考えて、農家1戸が各々家畜糞尿メタン発酵装置をもつ方法である分散型とするか、複数農家がひとつのメタン発酵装置を維持管理する集中型とするかについて検討を加えた。また、これらの検討に当たって、北海道大学農学部において2002年8月18日〜25日に「地球温暖化防止におけるバイオマスエネルギーの活用」に関するワークショップを開催した。さらに、「循環型社会形成のための家畜糞尿の再資源化技術」と題したセミナーを、研究代表者が幹事となっている農業施設学会の主催で、2003年1月31日に開催し、103名の専門家、企業、市民の参加のもとに意見交換を行なった。次に昨年から継続している高濃度メタンに変換するメタネーションシステムの検討ならびに2相式メタン発酵システムの設計法の確立と2相式プラグフロー型の装置の基本設計を実施した。
得られた成果は以下のとおりである。
1)分散型・集中型の検討:北海道別海町の分散型メタン発酵システム(2相式プラグフロー型メタン発酵装置)とT社開発の集中型メタン発酵システムとを比較検討した結果、集中型は糞尿運搬の横持ちコストが大きくなり分散型より不利であることが判明した。
2)高濃度メタンガスの転換におけるCO_2/H_2資化メタン菌によるメタネーション実験の結果、この転換速度はH_2の供給速度に律速されることが判明した。
3)昨年実施した設計計算書を再検討し、物質収支とバイオマスの分解率を考慮したメタン発酵槽の設計計算法を確立した。
4)3)の計算結果を参考に2相式プラグフロー型メタン発酵装置の設計の基本的考え方を整理した。
5)文部科学省の「産学官連携事業として霞ヶ浦浄化プロジェクト」を立ち上げるために本研究で得られた成果を活用した。

研究成果

• [文献書誌] 前川孝昭, 杉浦則夫, 馮 伝平, 李 柏旻, 井上武雄: "バイオマスエネルギー開発における産官学連携の動向と現状"環境双方向産学会講演集. 35-44 (2002)
• [文献書誌] Y.Zhang, Z.Zhang, N.Sugiura, T.Maekawa: "Monitoring of methanogen density using near-infrared spectroscopy"Biomass&Bioenergy. 22. 489-495 (2002)
• [文献書誌] Y.Zhang, Z.Zhang, K.Suzuki, T.Maekawa: "Uptake and mass balance of trace metals for methane producing bacteria"Biomass&Bioenergy. (In printing). (2003)
• [文献書誌] 張 燕生, 張 振亜, 杉浦則夫, 前川孝昭: "メタン細胞の微量元素組成の分析における細胞洗浄方法"農業施設学会. 32巻、4号. 195-204 (2002)
• [文献書誌] 張 燕生, 魏 斌, 張 振亜, 前川孝昭: "メタンのプロパン及びブタンに対する溶解特性"農業施設学会. 33巻、1号. 53-58 (2002)
• [文献書誌] 張 燕生, 張 振亜, 杉浦則夫, 前川孝昭: "メタン発酵における微量金属塩の動力学的影響"農業施設学会. 33巻、2号. 83-90 (2002)