JP2011144248A - 竹ペレット燃料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】含水率の高い生竹を用いつつ、発酵促進やカビの発生、乾燥コストの諸問題を解消して、品質が良くて高い発熱カロリーが得られる竹ペレット燃料の製造方法を提供する。
【解決手段】生後２年以上で枝葉部分を除去した生竹１００重量％に対し、生後２年以上で枝葉部分を除去した含水率５５％未満の枯れ竹２５〜４００重量％の割合で両方を破砕・粉砕機６に混入して破砕および粉砕し、竹ベースの混合粉末を得る破砕および粉砕工程と、破砕および粉砕工程で得られた竹ベースの混合粉末を乾燥機１０で乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程で乾燥された竹ベースの混合粉末を造粒機１２によって造粒し、竹ペレットを得る造粒工程とを有する構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、竹を原料とする竹ペレット燃料の製造方法に関するものである。

ペレット燃料としては、従来より、古紙を原料とするもの、木質系、すなわち間伐材や製材加工時に発生する端材、おが屑、かんな屑などを原料とするものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。古紙を原料とするペレットは、成形後の形状保持が難しく、また、湿気を帯び易く、従来の化石燃料、例えば石油に比べて発生熱量が低いという課題がある。木質系のペレットも、同じく石油に比べて発生熱量が低く、また、材料の供給力も低いという課題がある。さらに、木質系ペレットは、発生熱量のバラツキが大きく、燃料時の灰分やクリンカが多く、製造上や品質上の問題もある。

一方、全国的に放置竹林の問題が近年取り上げられている。従来、竹は生産資材として重宝されてきたが、代替製品の出現により次第に需要が低下し、竹のもつ成長力、繁殖力と相まって、全国的に放置竹林が拡大している。そこで、かかる放置竹林対策として、竹の有効利用（例えば、竹炭、竹の微粉末化による家畜飼料への配合等）が図られてきたが、その規模は小規模にとどまっているのが現状である。

特開２００４−５３１４１号公報

竹は、木と比較して発生熱量が高い（４〜３３％）ことが知られており、燃料として有望視されてきた。例えば、木が３６００〜４６００ｋｃａｌ／ｋｇであるのに対し、竹は４７００〜４８００ｋｃａｌ／ｋｇである。しかしながら、竹には次に述べる特質や課題があり、そのままペレット燃料の材料に用いることはできない。

（１）竹はペレット製造の破砕・粉砕工程直後から発酵が始まり、固形化し、またカビが付着する。発酵により固形化すると、乾燥工程や成型工程の途中で固まった破砕・粉砕片をほぐす必要がある。カビが付着すると品質低下の原因となり、発生燃料が低くなったり、燃焼室へのペレット供給機能を故障させる。
（２）竹は伐採後数日間保管しても７０％以上の高い含水率があり、ペレット製造工程で必要な含水率１２％程度に乾燥させるには乾燥コストが高くつく。また、カビが付着すると、乾燥時間を延長せざるを得ず、乾燥コストが余計に高くなる。

（３）ペレット燃料にとって、燃焼した際に生じるクリンカが少ないこと（国内標準値１％以下）が重要な品質管理項目であるが、竹をペレット化すると、竹の枝葉部分に多く含まれるＳｉ成分によって１．５〜５％程度という大量のクリンカが発生し、クリンカ除去のためにハンマー等で突いて燃焼室のバーナーを損傷したり、クリンカ除去の大きな負担をペレット利用者に強いることになる。
（４）竹をペレット化する場合、造粒工程（ペレタイザ）での造粒エネルギが木質系と比較して１．２〜１．５倍にも過大になる。

本発明者は、竹の持つ上記（１）から（４）の課題や問題点に対し、Ｓｉ成分のほぼ１００％が竹の枝葉部分に存在することを突き止めるとともに、竹ペレット燃料の原材料として、生竹と枯れ竹を混合すること、また竹と木を混合して用いることにより上記課題等を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は、原材料として生竹と枯れ竹を混合して用い、または原材料としてこれらの竹に木を混合して用いることにより、竹粉末の発酵の抑制とカビの発生を防止して品質が良く高カロリーの竹ペレット燃料が得られ、同時に製造コストの大幅低減を図ることのできる、竹ペレット燃料の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る竹ペレット燃料の製造方法は、生後２年以上で枝葉部分を除去した生竹１００重量％に対し、生後２年以上で枝葉部分を除去した含水率５５％未満の枯れ竹２５〜４００重量％の割合で両方を破砕・粉砕機に混入して破砕および粉砕し、竹ベースの混合粉末を得る破砕および粉砕工程と、破砕および粉砕工程で得られた竹ベースの混合粉末を乾燥機で乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程で乾燥された竹ベースの混合粉末を造粒機によって造粒し、竹ペレットを得る造粒工程とを有することを第１の特徴とする。

ここで、伐採直後の生竹は通常含水率７０〜８０％であり、含水率５５％以上のものを生竹と称する。含水率５５％未満を枯れ竹と称する。

本発明に係る竹ペレット燃料の製造方法によると、破砕および粉砕工程において生竹１００重量％に含水率５５％未満の枯れ竹２５〜４００重量％を混入して破砕および粉砕するから、破砕および粉砕後の竹ベースの混合粉末を４０％以下の低い含水率に調整でき、これにより竹ベース混合粉末への発酵抑制とカビの発生付着を抑えると共に乾燥時間を短縮化でき、もって乾燥コストを大幅に下げることができる。

生竹は、孟宗竹などの竹林又は竹山から最低生後２年以上、望ましくは４年以上の生竹を伐採し、そのまま集荷場まで運搬し、異物・腐れ部分・枝葉部分を除去し、破砕および粉砕機に投入する。枯れ竹は、竹林で伐採した生竹を現地で放置しあるいは竹林で自然に枯れた竹を用いる。伐採した生竹は含水率５５％未満に至ったら集荷場まで運搬し、異物・腐れ部分・枝葉部分を除去し、破砕および粉砕機に投入する。枯れ竹は、運搬時には竹の重量が３０〜６０％程度軽量化されており、運搬負担の低減が可能である。

得られた竹ペレットは、木に比べると燃焼時の発生熱量が高く（具体的には生後４年以上の古竹で４７００〜４８００カロリー程度、生後２年〜３年の若竹で４２００〜４６００カロリー程度である）、袋体に密封することにより、保管中にもカビが発生せず、品質を長期間維持可能である。

混入前に生竹や枯れ竹の枝葉部分を除去するから、クリンカの発生を防止し、従来のように燃焼室のバーナーを損傷したり、クリンカ除去の大きな負担をペレット利用者に強いることがない。

本発明に係る竹ペレット燃料の製造方法は、破砕および粉砕工程において、生竹と枯れ竹の混合竹１００重量％に対し、含水率７５％以下の生木又は枯れ木１０〜６００重量％をさらに混入して破砕および粉砕することを第２の特徴とする。

これにより発酵抑制とカビの発生付着を抑えると共に乾燥時間を短縮化を図ると同時に、木粉末を加えることで造粒工程（ペレタイザ）における造粒エネルギ（消費電力）を低減可能である。これにより製造コストの更なる低減を図ることができる。

ここで、含水率７５％以下５５％以上の木を生木、含水率５５％未満の木を枯れ木と称し、枯れ木は含水率３０％以上であることが望ましい。含水率７５％の生木であれば混合竹１００重量％に対し１０重量％とし、以下、木の含水率低下に合わせて、木の混合割合を増加させるように調整する。

本発明に係る竹ペレット燃料の製造方法は、破砕および粉砕工程において、竹林又は竹山から伐採した生竹から含水率５５％以上の生竹を得るとともに、同伐採した生竹の一部を一定期間放置して含水率５５％未満の枯れ竹を得るようにしたことを第３の特徴とする。

枯れ竹は、含水率５５％未満になるまで現地の竹林等で放置して得るから、運搬時には竹の重量が３０〜６０％程度軽量化されており、運搬負担が軽減される。また、同じ場所の竹林等から生竹と枯れ竹を同時に確保することが可能であり、集荷コストの削減、ひいては竹ペレットの製造コストの大幅低減が可能である。

本発明に係る竹ペレット燃料の製造方法は、乾燥工程において、竹ベースの混合粉末をその平均含水率が１０±２％になるまで乾燥させることを第４の特徴とする。

本発明に係る竹ペレット燃料の製造方法は、破砕および粉砕工程と乾燥工程との間に、竹ベースの混合粉末の含水率を調整する含水率調整工程を含むことを第５の特徴とする。

破砕および粉砕工程と乾燥工程との間に含水率調整工程を設けることで、破砕および粉砕工程後の竹ベースの混合粉末が過乾燥である場合に対応可能である。すなわち、竹ベースの混合粉末の含水率を再調整して乾燥工程に送ることができる。

以上説明したように、本発明に係る竹ペレット燃料の製造方法によると、生竹に枯れ竹を所定の割合で混合して破砕および粉砕し、破砕および粉砕工程を経て含水率が大きく低下した竹ベースの混合粉末を得るとともに、これを乾燥して造粒し、竹ペレットを得るようにしたから、発酵の抑制とカビの発生を抑えて高品質の竹ペレット燃料を得ることができ、また、乾燥時間の大幅短縮を図り、これにより乾燥コストの大幅低減、ひいては製造コストの大幅低減を図ることができるという優れた効果を奏する。

また、クリンカの発生を防止して、乾燥工程における燃焼室のバーナー損傷や、クリンカ除去の大きな負担をペレット利用者に強いることがないという優れた効果を奏する。

本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。図１および図２は本発明の一実施形態を示すもので、図１は本発明に係る竹ペレットの製造手順を示している。

（竹の伐採・集荷工程）
竹林１から生後４年以上の生竹（古竹）２を多数本伐採し、伐採した生竹２は集荷場３に運搬し、保管する。伐採直後の生竹２の含水率は通常７０〜８０％であり、含水率５５％以上のものを生竹２とする。

竹林１から多数本伐採した生竹２の一部は現地で数日間放置し、含水率５５％未満の枯れ竹４とする。含水率７０〜８０％の生竹２は、晴天又は曇天状態で２０日間以上放置することにより、含水率４０〜５５％に低下する。なお、枯れ竹４は、竹林１で自然に枯れた竹を伐採し使用しても良い。含水率が低下した後の枯れ竹４は生竹２に比べて軽量になるから（例えば、含水率３０％の枯れ竹４の重量は含水率７５％の生竹２の重量の４６．６％である）、現地から集荷場３まで容易に運搬できる。集荷場３に運搬した枯れ竹４は生竹２と共に保管する。

並行して、集荷場３には木５を調達する。集荷場３に集荷する木５は、間伐材や製材工程で発生する端材を用い、含水率７５％以下３０％以上とする。

（破砕および粉砕工程）
集荷場に集荷された生竹２、枯れ竹４および木５は、それぞれ枝葉部分が除去された後、破砕・粉砕機６に一緒に投入し、破砕および粉砕する。生竹２、枯れ竹４および木５の投入割合は、生竹１００重量％に対し含水率５５％未満の枯れ竹２５〜４００重量％、生竹と枯れ竹の混合竹１００重量％に対し含水率７５％以下の生木又は枯れ木１０〜６００重量％とする。含水率７５％の生木であれば混合竹１００重量％に対し１０重量％の割合とし、含水率がそれ以下であれば、含水率の低下に合わせて、木の混合割合を増加させるように調整する

破砕・粉砕機６に投入された生竹２および枯れ竹４は、破砕および粉砕によりそれぞれの繊維が解繊されて繊維状の竹粉末となる。また、破砕・粉砕機６に投入された木５は、破砕および粉砕により木粉末となる。そして、これらの竹粉末および木粉末は、破砕・粉砕機６内で互いに混合されながら含水率が低下し、竹ベースの混合粉末７として排出される。排出された混合粉末７の平均含水率は４０％以下である。

なお、スクリーンサイズ直径８ｍｍの場合、竹粉末の繊維長は０．１０〜２０ｍｍに調整される。また、木粉末の長さは０．１０〜２０ｍｍに調整される。

破砕・粉砕機６から排出された混合粉末７は、ふるい８にかけられ、粒径０．１０〜５ｍｍの混合粉末７に調整される。

（含水率調整工程）
ふるい８にかけられ、粒径０．１０〜５ｍｍに調整された混合粉末７は、平均含水率が計測される（ＪＩＳＺ７３０３−３による）。含水率８％未満の過乾燥である場合、水噴霧機９により水分が噴霧され、混合粉末７の平均含水率１３％以上４０％以下に調整される。１３％以上に調整するのは過乾燥だと造粒が困難だからであり、４０％以下に調整するには乾燥に時間がかかるし、発酵が促進されかつカビ発生のおそれが生じるからである。

（乾燥工程）
平均含水率１３〜４０％に調整された混合粉末７は、図示しないコンベア上を乾燥機１０の投入口に搬送され、同投入口から乾燥機１０内に投入され、バーナーの燃焼による温風により一定時間乾燥に供される。このとき、混合粉末７は、平均含水率１３〜４０％に調整されているので、発酵の促進とカビの発生を抑え、乾燥時間を短縮し、乾燥コストを低減化できる（重油の燃料代の節約）。乾燥機１１により、平均含水率１３〜４０％の混合粉末７を平均含水率１０±２％（＝８〜１２％）に調整する。

（収容工程）
乾燥機１０から排出された混合粉末７は、図示しないコンベア上を搬送され、貯蔵タンク１１内に落下収容される。このようにして貯蔵タンク１１内には含水率１０±２％に調整された大量の混合粉末７が収容され、貯蔵される。貯蔵タンク１１内に貯蔵された混合粉末７は含水率１０±２％に調整されているので、ここでも発酵の促進とカビの発生が防止される。

（造粒工程）
貯蔵タンク１１から定量排出された混合粉末７は、図示しないコンベア上を造粒機１２側へ定量供給され、造粒機（ペレタイザ）１２の投入口から造粒機１２内部に投入される。造粒機１２内に投入された混合粉末７は、内部の図示しない加圧ローラによって成形ダイスのダイス孔に強制的に押し込まれる。

ダイス孔に押し込まれた混合粉末７は、ダイス孔内を圧縮成形されながら通過し、ダイス孔から押し出されてペレット化される。このペレット化の過程でダイス孔から押し出された材料はカッターにより所定サイズに切断され、これにより竹ベースの混合粉末からなる竹ペレット燃料Ｐが得られる。木粉末を加えているので、造粒機１２の消費電力の低減が図られる。

得られた竹ペレット燃料Ｐの含水率は５±２％であり、竹ペレット燃料１６のサイズは、長さ５〜２５ｍｍ、直径５〜８ｍｍである。

（検査工程）
造粒機１２により得られた竹ペレット燃料Ｐは、直径、長さ、含水率、かさ密度等が検査される。含水率は含水計により測定される。検査に合格しない竹ペレット燃料Ｐはラインから外す。

（袋詰め工程）
検査に合格した竹ペレット燃料Ｐは、計量の上、通気性のない袋に袋詰めする。１年以上長期保管する場合、真空引き状態（１０ｍｍＨｇ以下）で密封するか、乾燥剤（シリカゲル等）を挿入し、密閉する（１〜２ｋｇ／ペレット１０００ｋｇ）。

（運搬および保管工程）
袋詰めした竹ペレット燃料Ｐは、トラックやフォークリフトにより、保管倉庫に運搬し、湿気や直接日光の影響のない場所と状態において保管する。そして、必要に応じて保管倉庫から出荷する。

本実施形態によると、カビの発生付着がなく品質の優れた竹ペレット燃料Ｐを得ることができる。また、製造コストも生竹のみの場合に比べて約４５％に大幅低減することができる。

さらに、生竹２、枯れ竹４および木５は、破砕・粉砕機６への投入前に、それぞれの枝葉部分を除去するから、クリンカがほどんど発生することがなく、したがって、クリンカによって乾燥機の燃焼室バーナーが損傷したり、クリンカ除去の大きな負担をペレット利用者に強いることもなくなる。

竹（生竹と枯れ竹）１００重量％に対し、生木又は枯れ木を１０〜９０重量％混合することにより、造粒工程での消費電力（エネルギ）が３〜２２％低減できる。これにより、製造コストの一層の低減化が図れる。

かくして、本発明の竹ペレット燃料の製造方法によると、含水率の高い生竹を用いつつも、枯れ竹を所定の割合で混合することにより、カビの発生を抑えて品質の良く高カロリーの竹ペレット燃料を得ることができるとともに、乾燥コストを大幅に低減して製造コストを大幅に低減した竹ペレット燃料を得ることができる。さらには、木を所定の割合で混合することにより、造粒コストを低減してさらなる製造コストの低減を図ることができる。

なお、上記実施形態では、生竹２、枯れ竹４および木５を所定の割合で破砕・粉砕機６へ投入したが、生竹２と枯れ竹４のみを所定の割合で投入することでも良い。

本発明者は、実施例として、含水率７０％の生竹と含水率３５％の枯れ竹と含水率５５％の木を破砕・粉砕機に投入し、含水率４０％以下の混合粉末を得ると共に、同混合粉末を乾燥機に投入して乾燥させ、乾燥後の混合粉末を造粒機により造粒し、竹ペレットを得た。混合割合は、生竹１００重量％に対し枯れ竹１００重量％、木６０重量％（＝生竹と枯れ竹の混合竹１００重量％に対しては木３０重量％である）とした。含水率７０％の生竹のみからなる場合を比較例とした。表１にその結果を示す。

表１によると、比較例に比べ本実施例の場合、乾燥エネルギが６８％低減し、造粒エネルギも８％低減したことが分かった。また、本実施例で得られた竹ペレット燃料の発生熱量は４７００ｋｃａｌ／ｋｇであった。さらに、クリンカの発生も殆ど見られなかった。

本発明に係る竹ペレット燃料の製造方法は、含水率の高い生竹を用いつつ、品質良好で高い発熱カロリーが得られる竹ペレット燃料を製造する方法として様々な分野で利用可能である。

本発明の竹ペレット燃料の製造手順を示す図で、竹林での竹の伐採から集荷場までの手順を示す説明図、 本発明の竹ペレット燃料の製造手順を示す図で、集荷された生竹、枯れ竹、木から竹ペレット燃料を製造し、保管するまでの手順を示す説明図、 ペレットの含水率とカビの発生度合いを示すグラフである。

１ 竹林
２ 生竹
３ 集荷場
４ 枯れ竹
５ 木（間伐材・端材）
６ 破砕・粉砕機
７ 混合粉末（竹ベースの混合粉末）
８ ふるい
９ 水噴霧機
１０ 乾燥機
１１ 貯蔵タンク
１２ 造粒機
Ｐ 竹ペレット燃料

Claims (5)

1. 生後２年以上で枝葉部分を除去した生竹１００重量％に対し、生後２年以上で枝葉部分を除去した含水率５５％未満の枯れ竹２５〜４００重量％の割合で両方を破砕・粉砕機に混入して破砕および粉砕し、竹ベースの混合粉末を得る破砕および粉砕工程と、破砕および粉砕工程で得られた竹ベースの混合粉末を乾燥機で乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程で乾燥された竹ベースの混合粉末を造粒機によって造粒し、竹ペレットを得る造粒工程とを有することを特徴とする、竹ペレット燃料の製造方法。
2. 破砕および粉砕工程において、生竹と枯れ竹の混合竹１００重量％に対し、含水率７５％以下の生木又は枯れ木１０〜６００重量％をさらに混入して破砕および粉砕することを特徴とする請求項１記載の竹ペレット燃料の製造方法。
3. 破砕および粉砕工程において、竹林又は竹山から伐採した生竹から含水率５５％以上の生竹を得るとともに、同伐採した生竹の一部を一定期間放置して含水率５５％未満の枯れ竹を得ることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の竹ペレット燃料の製造方法。
4. 乾燥工程において、竹ベースの混合粉末をその平均含水率が１０±２％になるまで乾燥させることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の竹ペレット燃料の製造方法。
5. 破砕および粉砕工程と乾燥工程との間に、竹ベースの混合粉末の含水率を調整する含水率調整工程を含むことを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の竹ペレット燃料の製造方法。
   

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