| 研究課題/領域番号 |
17K00675
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| 研究機関 | 釧路工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
川村 淳浩 釧路工業高等専門学校, 創造工学科, 教授 (20596241)
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| 研究分担者 |
井田 民男 近畿大学, バイオコークス研究所, 教授 (70193422)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | バイオマス / バイオコークス / クリンカー / 燃焼灰 / 木質ペレット / ペレットストーブ |
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| 研究実績の概要 |
木質バイオマスは、持続可能な社会の構築を担う再生可能エネルギーの有力株と目されている。木質ペレットは、木質バイオマスを原料とする代表的な固形燃料である。チップよりも発熱量が大きく、取扱い性にも優れているため、世界中で需要が急増している。また、化学処理されていない木質バイオマスの燃焼灰は、産業廃棄物ではなく、農地や林地への肥料としての価値が注目されている。ところが、燃焼灰は、小型の燃焼器内で溶融灰（クリンカー）が形成されると、不完全燃焼や立ち消えやなど、安全性や信頼性に大きな影響を与える。木質バイオマスは、樹種や部位によって灰分の割合が異なり、灰分の少ない高品質な原料の確保はコストと背反するため、大きな課題となっている。
そこで、木質ペレット焚き家庭用ストーブの普及を阻む一因となっているクリンカー形成にの解明に取り組み、ペレット燃焼量が少なく空気過剰率が大きいほどクリンカーの形成割合が小さく、燃焼状態とトレードオフの関係となることを見出し、木質ペレットと同じ原料から製造した小径バイオコークスとの混焼をおこなうことでクリンカー形成が抑制される可能性があることを示した（JSPS科研26340108）。
本研究は、次のステップとして、小径バイオコークスの生産性を向上させる技術開発と、混焼率を高めた燃焼比較実験を通して、燃焼形態の違いによるクリンカー形成機構を更に深く追求することを目的とした。平成29年度は、以下に取り組み、計画した成果が得られた。a)生産性の高い小径バイオコークス製造システムの設計・製作、小径バイオコークスの製造、b)燃焼比較実験機の準備、c)組成の分析とクリンカー形成機構の違いを探る実験、d)成果報告（国内の学会での講演発表と論文投稿・掲載済み）
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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
本研究は、先行研究（JSPS科研26340108）の成果を踏まえた次のステップとして、小径バイオコークスの生産性を向上させる技術開発と、混焼率を高めた燃焼比較実験を通して、燃焼形態の違いによるクリンカー形成機構を更に深く追求することを目的とした。平成29年度は以下の成果が得られた。
a)生産性の高い小径バイオコークス製造システムの設計・製作、小径バイオコークスの製造：日本木質ペレット協会が制定した「木質ペレット品質規格」に基づいた太さφ6の小径バイオコークスを製造するため、6個の成型孔を放射状に配置した成型器と、シーケンス機能による成形圧力保持の自動化システムからなる「生産性の高い小径バイオコークス製造システム」を設計・製作した。木質ペレットを原料として小径バイオコークスを製造した。
b)燃焼比較実験機の準備：JSPS科研費26340108で改造製作した市販の木質バイオマスペレット焚家庭用ストーブを整備した。
c)組成の分析とクリンカー形成機構の違いを探る実験：原料としての使用を計画していた木質ペレット製造業者倒産のため、JSPS科研費26340108の残りを用いた。製造した小径バイオコークスの常温圧縮試験を実施し、成型圧力を大きく超える圧縮強度を示したことから、バイオコークス化していることが確認された。同じ原料から成る木質ペレットと小径バイオコークスを用いて、混焼比率、燃焼温度、そして空気過剰率をパラメータとする燃焼比較実験をおこない、炉内温度、燃焼温度、燃焼灰温度、排ガス組成、燃焼過程の赤外線画像、消火後の燃焼灰生成の状態、及びクリンカー形成の状況から、クリンカーの形成機構の違いを探った。
d)成果報告：得られた知見をまとめ、国内の学会での講演発表と論文投稿等（掲載済み）をおこなった。
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| 今後の研究の推進方策 |
a)灰分組成の異なる小径バイオコークスの製造：クリンカー等への懸念から、家庭用ストーブ向け木質ペレットに対する低灰分化の要求が高まり、灰分の多い木質ペレットの入手が極めて困難となった。そこで、産業用の木質ペレットなども含めて調達対象とすることとする。
b)小径バイオコークス製造装置の改良：6個の成型孔を放射状に配置した成型器と、シーケンス機能による成形圧力保持の自動化システムからなる「生産性の高い小径バイオコークス製造システム」は、生産性を高めることに大きく寄与した。更なる生産性向上を目的として、製作工程に占める燃料粉体充填の時間が相対的なボトルネックと判明したことから、この課題に対する取り組みを進める。
c)燃焼比較実験機の改良：最大炉床負荷や燃焼空気配分の異なる高混焼比率に適した火格子を製作する。
d)組成の分析とクリンカー形成機構の違いを探る実験・解析・考察：組成の異なる原料で成型した小径バイオコークスについて、常温圧縮試験を実施し、バイオコークス化していることを確認する。燃焼比較実験では、原料別、混焼比率、そして空気過剰率をパラメータとし、炉内温度、燃焼温度、燃焼灰温度、排ガス組成、燃焼過程の赤外線画像、消火後の燃焼灰生成の状況、及びクリンカー形成の状況から、クリンカー形成機構の違いを探る。
d)報告書作成と成果報告：得られた知見をまとめ、国内の学会での講演発表と論文投稿をおこなう。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
日本木質ペレット協会が制定した「木質ペレット品質規格」に基づいた太さφ6の小径バイオコークスを製造するため、6個の成型孔を放射状に配置した成型器と、シーケンス機能による成形圧力保持の自動化システムからなる「生産性の高い小径バイオコークス製造システム」を設計・製作した。成形圧力保持の自動化システムが当初見込み額よりも安価に調達することができた。ここでは、製作工程に占める燃料粉体充填の時間が相対的なボトルネックと判明していたことから、平成30年度における同製造装置の改善において、この課題の解決に当てる費用とすることで、当初目指していた以上の効果が得られるように取り組む。
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