| 研究課題/領域番号 |
17H03849
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| 研究機関 | 福岡大学 |
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研究代表者 |
重松 幹二 福岡大学, 工学部, 教授 (00242743)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | バイオマス / 粉じん爆発 / 安全工学 / 燃焼 / 再生可能エネルギー / 抽出成分 / 粘着性 / 着火性 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、木質バイオマスの粉じん爆発危険性の評価を、JIS 8818による爆発下限濃度および最小着火エネルギーの測定値で判定する。特に様々な樹種について、含有する抽出成分が揮発性であれば着火性を促進し、粘着性であれば粉体凝集性を増して粉じん爆発を抑制すると考え、この相反する作用について議論を進める。また、木質ペレットからの崩壊ダストの粉じん爆発危険性について、炭化処理の影響も含めて判定し、運搬、貯蔵、燃焼時における安全指針につながる検討を進める。
今年度は、国内学会４件（うち招待講演1件）として研究成果を発表した。
（１）木質バイオマスの基材であるセルロースは乾燥履歴によって吸湿性が変動するが、熱履歴を経て吸湿性が低下したセルロースの方が、同じ吸湿量でも安全性が高かった。このとき、水分の吸着により粉体凝集性には大きな違いは見られないものの、粉体体積抵抗率に大きな違いが見られたことから、熱履歴によって粉体内部に水分が浸み込みにくくなり、表面に局在化した水分によって着火性が低下することが原因であると推定した。なお、セルロースII型はI型よりも安全性が高く、僅かな水分吸着で安全側に大きく移行する傾向を示した。
（２）バイオマス発電所での石炭、木炭、未処理バイオマスの混焼を想定し、これらの混合状態での粉じん爆発危険性を調査したところ、石炭や木炭は着火温度が高いため比較的粉じん爆発は起きにくいが、着火しやすい未処理の木質系バイオマスが少量でも混入すると粉じん爆発を生じやすいことがわかった。また、木質バイオマスが木炭に移行する途中過程とみなせるトレファクション処理では、処理温度や処理時間とともに安全性が高まる傾向を示した。これらの結果より、半炭化処理であるトレファクション処理は粉じん爆発に関しては安全性に移行するため好都合であるが、不均質な処理となった場合は危険性が高まることが示唆された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
＜セルロース微粉末の粉じん爆発＞ 木質バイオマスの基材であるセルロースは吸湿に伴い粉じん爆発の危険性が低下するが、熱履歴を受けると粉体内部に水分が浸み込みにくくなって表面に水分が局在化することで着火性が低下し、より粉じん爆発の危険性が低下するものと推定している。
＜炭化処理した木質バイオマスの粉じん爆発危険性＞ 木質ペレットの粉じん爆発危険性に対する炭化処理の影響は、加熱処理の過程で揮発成分が増加することで一旦最小着火濃度が低下して危険側に移行するものの、炭化が進むと揮発成分が減少して着火しにくくなり、最終的に木炭となることで安全側に移行する。これより、木質ペレット燃料のトレファクション処理は、エネルギー密度の向上や水分吸着能を下げるという実用面での利点のみならず、粉じん爆発の危険性を低下させる効果もあると結論付けている。
＜粉じん爆発危険性に対する木材抽出成分の作用＞ 多様な樹種からの木粉の粉じん爆発危険性の違いについて、単離した抽出成分の粘着性、蒸気圧、熱分解温度、引火点や発火点などの物性値から説明を試みているが、これら分割した各要因で統一的に説明するのは困難である。しかし、抽出成分の有無による危険性の変化によって、大きく４つのグループに分類できそうな傾向をつかんでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
＜吸湿性が異なるセルロース微粉末の粉じん爆発＞ セルロース粉体の粉じん爆発危険性の挙動はおよそ捉えることができたため、その応用として製紙工場で発生しうる紙紛の危険性を評価することで産業界に寄与する研究へと展開する。
＜石炭と未処理バイオマスとの混焼における粉じん爆発危険性＞ 木質バイオマスの炭化処理は粉じん爆発危険性に対しては安全側に寄与するが、未処理物が混入することで危険性は急激に高まる。そこで、不均質なトレファクション処理が行われた場合を想定した検証実験を試みる。
＜粉じん爆発危険性に対する木材抽出成分の作用＞ 樹種による着火性の違いは、抽出成分の物性値の違いから統一的に説明するのは困難であるが、その作用の傾向は４つほどのグループに分類できそうである。そこで最終年度では、さらに多くの樹種について検証するとともに、粉じん爆発危険性の分類を焦点にした解釈を進める。また、板材の燃焼性は材密度に比例するとの知見があるが、粉体としたときの危険性との違いについて議論を試みる。
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