JP6604525B1 - バイオマス原料保管方法および保管システム - Google Patents
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Abstract
Description
受け入れした有機性エネルギー資源に含まれる栄養素の量を分析する原料分析工程と、
前記分析の結果に基づき、前記有機性エネルギー資源に含まれる栄養素の量に応じて、複数の原料保管槽の中から、前記分析した有機性エネルギー資源をバイオマス原料として保管するための原料保管槽を選択する原料保管槽選択工程と、
前記バイオマス原料が保管された原料保管槽内で、前記バイオマス原料の発酵を制御する原料発酵制御工程と、
を有し、前記複数の原料保管槽が、少なくとも、糖質リッチ槽、脂質リッチ槽、タンパク質リッチ槽、繊維質リッチ槽、及び、混合タイプ槽を含み、各々の槽がそれぞれ異なる条件で維持管理されていることを特徴とする。
(2)本発明のバイオマス原料保管方法は、上記(1)において、
前記保管槽選択工程では、
主栄養素となる前記栄養素が存在しないと分析された場合に前記混合タイプ槽が選択されると共に、
前記主栄養素となる栄養素を含む前記有機性エネルギー資源に対しては、当該主栄養素となる栄養素によって区分けされた前記原料保管槽がそれぞれ選択されることを特徴とする。
(3)本発明のバイオマス原料保管方法は、上記(1)において、
前記保管槽選択工程では、
前記混合タイプ槽を最優先の選択先とし、
次いで主栄養素となる栄養素を含む前記有機性エネルギー資源に対し、当該主栄養素となる栄養素によって区分けされた前記原料保管槽が選択されることを特徴とする。
(4)本発明のバイオマス原料保管方法は、上記(1)〜(3)において、
前記原料発酵制御工程における原料保管槽の維持管理のパラメータが、少なくとも、原料保管槽内の温度、pH、のいずれかを含み、
前記温度、又は前記pHは原料保管槽毎に異なるように管理されることを特徴とする。
(5)本発明のバイオマス原料保管システムは、
有機性エネルギー資源を受け入れる資源受入手段と、
前記資源受入手段に受け入れられた前記有機性エネルギー資源の栄養素を分析する栄養素分析手段と、
前記分析した栄養素のうち主栄養素となる主栄養素を特定する主栄養素特定手段と、
前記有機性エネルギー資源をバイオマス原料として保管する複数の原料保管槽と、
特定した前記主栄養素に基づいて、主栄養素毎に区分された異なる前記複数の原料保管槽の中から保管先を選択する原料保管槽選択手段と、
前記バイオマス原料が保管された保管槽内で、前記バイオマス原料の発酵を制御する原料発酵制御手段と、
を有し、
前記資源受入手段は、
液状物又は汚泥を含む前記有機性エネルギー資源を流動化させる中和混合流動化手段と、
前記液状物又は前記汚泥以外の前記有機性エネルギー資源を粉砕する粉砕機を有する粉砕手段と、を含んで構成されることを特徴とする。
(6)本発明のバイオマス原料保管システムは、
有機性エネルギー資源を受け入れる資源受入手段と、
前記資源受入手段に受け入れられた前記有機性エネルギー資源の栄養素を分析する栄養素分析手段と、
前記分析した栄養素のうち主栄養素となる主栄養素を特定する主栄養素特定手段と、
前記有機性エネルギー資源をバイオマス原料として保管する複数の原料保管槽と、
特定した前記主栄養素に基づいて、主栄養素毎に区分された異なる前記複数の原料保管槽の中から保管先を選択する原料保管槽選択手段と、
前記バイオマス原料が保管された保管槽内で、前記バイオマス原料の発酵を制御する原料発酵制御手段と、を有し、
前記複数の原料保管槽が、少なくとも、糖質リッチ槽、脂質リッチ槽、タンパク質リッチ槽、繊維質リッチ槽、及び、混合タイプ槽を含むことを特徴とする。
(7)本発明のバイオマス原料保管システムは、上記(5)又は(6)において、
前記原料保管槽選択手段は、予め定められた選択優先順位に基づいて前記保管先を選択し、
前記選択優先順位は、前記混合タイプ槽を最優先の選択先とし、次いで前記分析した主栄養素に対応した保管先を選択するように順位付けされていることを特徴とする。
(8)本発明のバイオマス原料保管システムは、
有機性エネルギー資源を受け入れる資源受入手段と、
前記資源受入手段に受け入れられた前記有機性エネルギー資源の栄養素を分析する栄養素分析手段と、
前記分析した栄養素のうち主栄養素となる主栄養素を特定する主栄養素特定手段と、
前記有機性エネルギー資源をバイオマス原料として保管する複数の原料保管槽と、
特定した前記主栄養素に基づいて、主栄養素毎に区分された異なる前記複数の原料保管槽の中から保管先を選択する原料保管槽選択手段と、
前記バイオマス原料が保管された保管槽内で、前記バイオマス原料の発酵を制御する原料発酵制御手段と、
取引先で用いられるバイオマス原料の情報を受信する受信手段と、
当該取引先のバイオマス原料の成分に基づいて、前記取引先へ供給する前記バイオマス原料の保管槽を決定する供給バイオマス原料決定手段と、をさらに含むことを特徴とする。
(9)本発明のバイオマス原料保管システムは、上記(5)〜(7)のいずれかにおいて、
取引先で用いられるバイオマス原料の情報を受信する受信手段と、
当該取引先のバイオマス原料の成分に基づいて、前記取引先へ供給する前記バイオマス原料の保管槽を決定する供給バイオマス原料決定手段と、をさらに含むことを特徴とする。
さらに、本発明のバイオマス原料保管方法および保管システムによれば、バイオマス原料を取引する際にも意図しない発酵を制御することが可能となり、安全な輸送を行うことが可能となる。
[バイオマス原料保管方法]
まず本発明の第1実施形態におけるバイオマス原料保管方法について、図1を適宜参照しながら説明する。
なお本発明は少なくとも上記ステップ2、4及び6を含んでいればよく、以下では特に原料分析工程、原料保管槽選択工程および原料発酵制御工程について詳細に説明する。
図1のステップ2で示される原料分析工程は、ステップ1で受け入れた有機性エネルギー資源に含まれる栄養素の量を分析する工程である。
受入工程において受け入れられた有機性エネルギー資源は、必要に応じて粉砕工程を経て、原料分析工程に提供される。
なお、本実施形態のバイオマス原料保管方法において、有機性エネルギー資源とはいわゆるバイオマス原料となる資源であり、食品廃棄物、あるいは食品以外の有機性廃棄物を含む。食品廃棄物としては、例えば野菜、果物、魚、肉などの他、加工済みの食品、調味料、等も含まれる。一方で有機性廃棄物としては、木材、落ち葉、草花、等が含まれる。
そして従来、バイオガス発生システム中において、投入する有機性廃棄物の栄養素によって、メタンガスの発生効率が異なることが指摘されていた。この理由としては例えば、食品廃棄物中のタンパク質の分解により、アンモニア態窒素が生成され、メタン発酵を阻害すること等が挙げられる。
一方で、実際のメタン発酵においては、発酵温度、アンモニア態窒素の濃度、pH、VFA濃度などの発酵環境に発酵性能が左右される。
例えば赤外線分光法以外にも、原料中の栄養素の定性・定量ができる公知の分析方法を使用することができ、例えば、高速液体クロマトグラフィーや、蛍光X線元素分析などによる方法等であってもよい。
原料分析工程において分析される栄養素の種類としては、本実施形態においては、後述するように、「糖質、脂質、タンパク質、繊維質、混合タイプ」の5種類とした。しかしながら「混合タイプ」を必須とする限りにおいてこれらの分類に限られるものではなく、「混合タイプ」以外については適宜設定することが可能である。
そして、この分析結果に応じて、後の保管槽選択工程20において、前記有機性エネルギー資源がバイオマス原料として保管されるための適切な保管槽が選択されることとなる。
次に、本実施形態における原料保管槽選択工程について説明する。
図1のステップ4で示される保管槽選択工程は、上記した原料分析工程における分析結果に基づいて、有機性エネルギー資源に含まれる栄養素の量に応じて、有機性エネルギー資源をバイオマス原料として保管するための原料保管槽を選択するための工程である。すなわち、本実施形態においては、後述するとおりバイオマス原料を保管するための原料保管槽Tが複数設置されている。
なお第2実施形態で後述するとおり、混合タイプ槽T5は様々な栄養素が混在する槽であることから、栄養素の分析を行わずに優先的に原料を収容するための保管槽として設定してもよい。
本実施形態の保管槽選択工程においては、原料分析工程を経たある有機性エネルギー資源が、糖質リッチ槽T1、脂質リッチ槽T2、タンパク質リッチ槽T3、及び、繊維質リッチ槽T4のいずれに収容されるか選択され、上記4槽のいずれにも収容されない場合には混合タイプ槽T5に収容されることとなる。
なお、受け入れられる原料分析工程を経た原料は、多くの場合には混合タイプ槽T5に収容されることとなる。
いずれにせよ、本実施形態の保管槽選択工程では、主栄養素となる栄養素が存在しないと分析された場合に混合タイプ槽が選択されると共に、主栄養素となる栄養素を含む有機性エネルギー資源に対しては主栄養素によって区分けされた原料保管槽がそれぞれ選択される。
次に、本実施形態における原料発酵制御工程30について説明する。
図1のステップ6で示される原料発酵制御工程30は、上記保管槽選択工程において選択された原料保管槽T中において、原料のメタン発酵を制御させるために施される工程である。
そして、本実施形態においては、糖質リッチ槽T1、脂質リッチ槽T2、タンパク質リッチ槽T3、繊維質リッチ槽T4、混合タイプ槽T5が、それぞれ異なる条件で維持管理されていることが好ましい。なお各々の原料保管槽における管理条件は、発酵が制御されたコントロール下にある限り、上記のとおりそれぞれ異なる条件で維持管理されていてもよいし、ほぼ同じ条件で維持管理されていてもよい。
本実施形態においては、糖質リッチ槽T1には、糖質が50%以上含まれる原料が収容されている。糖質リッチ槽T1の維持管理のパラメータを「温度、pH、液体粘度」の3つとした場合、各々、以下の範囲内に維持されることが好ましい。
すなわち、糖質リッチ槽T1内においては、温度30±5℃、pH3〜6、液体粘度0.5〜20mPa・s、であることが、メタン発酵を制御するためには好ましい。
このように本実施形態では、前記原料発酵制御工程における原料保管槽の維持管理のパラメータが、少なくとも、原料保管槽内の温度、pH、液体粘度、のいずれかを含み、前記温度、前記pH、及び前記液体粘度の少なくとも1つは原料保管槽毎に異なるように管理されることが好ましい。
例えば、糖質リッチ槽T1内の温度を上記範囲内に維持するため、原料保管槽内に温度計を設置し、所定の時間ごとに温度を測定して、公知の加熱冷却装置により適宜加熱冷却を行ってもよい。
また、糖質リッチ槽T1内のpHを上記の範囲内に維持するため、原料保管槽内のpHを所定の時間ごとに測定し、公知の酸性液体(例えば、ギ酸、酢酸等の有機酸)やアルカリ性液体(例えば、水酸化ナトリウム水溶液など)を添加してもよい。
(1)脂質リッチ槽T2
温度:40±5℃
pH:3〜6
液体粘度:0.5〜20mPa・s
(2)タンパク質リッチ槽T3
温度:30〜70℃
pH:3〜6
液体粘度:1〜15mPa・s
(3)繊維質リッチ槽T4
温度:20〜50℃
pH:3〜6
液体粘度:5〜20mPa・s
本実施形態においては、上述したように、分析された有機性エネルギー資源において、糖質リッチ槽T1、脂質リッチ槽T2、タンパク質リッチ槽T3、及び、繊維質リッチ槽T4のいずれの収容条件にも合致しなかった場合には、混合タイプ槽T5に収容される。
よって、本実施形態においては、混合タイプ槽T5の維持管理のパラメータにおいて、設定範囲を、新たなバイオマス原料としての有機性エネルギー資源の投入の都度、変更することが可能である。
この時点で、混合タイプ槽T5の各パラメータの範囲は以下のように設定されている。
温度:20〜35℃
pH:3〜6
液体粘度:10〜20mPa・s
そうすると、混合タイプ槽T5内にバイオマス原料N2が新たに追加された時点において、混合タイプ槽T5内の栄養素の含有量は、糖質40重量%、脂質35重量%、タンパク質17.5重量%、繊維質7.5重量%となる。
温度:20〜40℃
pH:3〜6
液体粘度:10〜20mPa・s
なお上記の例では温度のみ条件を変更したが、温度、pH、および液体粘度の少なくとも1つを変更するようにしてもよい。
なお設定範囲の変更のタイミングに関しては、新たな原料の投入した時点でもよいし、定期的に槽内の栄養素を検出し、その時点で最適な範囲に変更してもよい。
また上記設定範囲の上限及び下限については、原料中における栄養素の種類や、周囲の温度等に鑑みて適切に設定することが可能である。
次に図2を参照しつつ、本実施形態におけるバイオマス原料保管システム200について説明する。
同図に示されるとおり、バイオマス原料保管システム200は、バイオマス発電設備BPGを有するバイオマス発電事業者CM1、CM2とインターネットなどの公知のネットワークNを介して通信可能となっている。なお図示では合計2つの事業者がそれぞれPCやスマートフォンなどの情報端末ITを具備して例示されているが、ネットワークNを介して接続される事業者やその所在地は特に限定されず、局所的な地域や全国各地に無数存在することができる。
これにより、例えばバイオマス発電事業者CM1におけるバイオマス発電設備BPGにおいて糖質分の多いバイオマス原料が必要な場合に、このニーズに対応して糖質リッチ槽T1から糖質分の多いバイオマス原料を、供給車両Cbを介してバイオマス発電事業者CM1へ供給することが可能となる。
粉砕手段210bは、公知のローラーミルやジェットミルを備えた容器であり、上記した液状物や汚泥に比して粒度が高い有機性エネルギー資源が貯留される。
また、図示から明らかなとおり、混合タイプ槽T5は他の原料保管槽に比して大きな容量となっている。さらに、各原料保管槽Tには、それぞれ不図示のセンサーが配置されており、それぞれの保管槽内でどの程度のバイオマス原料が保管されているか検出することが可能となっている。
一例として、本実施形態では、日本ビュッヒ株式会社製の近赤外分析計NIRMasterを使用しているが、これに限られるものではない。
なお、上記した選択優先順位は、電子データとして上記メモリに格納されていてもよい。
なお、上記実施形態においては、原料の発酵を制御することに主眼をおいて説明したが、本発明を効率的なメタン発酵及び高効率なメタンガス発生に適用することも可能である。
210 資源受入手段
220 栄養素分析手段
230 主栄養素特定手段
240 原料保管槽選択手段
250 原料発酵制御手段
260 受信手段
270 供給バイオマス原料決定手段
BPG バイオマス発電設備
CM バイオマス発電事業者
Claims (9)
- 受け入れした有機性エネルギー資源に含まれる栄養素の量を分析する原料分析工程と、
前記分析の結果に基づき、前記有機性エネルギー資源に含まれる栄養素の量に応じて、複数の原料保管槽の中から、前記分析した有機性エネルギー資源をバイオマス原料として保管するための原料保管槽を選択する原料保管槽選択工程と、
前記バイオマス原料が保管された原料保管槽内で、前記バイオマス原料の発酵を制御する原料発酵制御工程と、
を有し、
前記複数の原料保管槽が、少なくとも、糖質リッチ槽、脂質リッチ槽、タンパク質リッチ槽、繊維質リッチ槽、及び、混合タイプ槽を含み、各々の槽がそれぞれ異なる条件で維持管理されていることを特徴とする、バイオマス原料保管方法。 - 前記保管槽選択工程では、
主栄養素となる前記栄養素が存在しないと分析された場合に前記混合タイプ槽が選択されると共に、
前記主栄養素となる栄養素を含む前記有機性エネルギー資源に対しては、当該主栄養素となる栄養素によって区分けされた前記原料保管槽がそれぞれ選択される
ことを特徴とする、請求項1に記載のバイオマス原料保管方法。 - 前記保管槽選択工程では、
前記混合タイプ槽を最優先の選択先とし、
次いで主栄養素となる栄養素を含む前記有機性エネルギー資源に対し、当該主栄養素となる栄養素によって区分けされた前記原料保管槽が選択される
ことを特徴とする、請求項1に記載のバイオマス原料保管方法。 - 前記原料発酵制御工程における原料保管槽の維持管理のパラメータが、少なくとも、原料保管槽内の温度、pH、のいずれかを含み、
前記温度、又は前記pHは原料保管槽毎に異なるように管理されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のバイオマス原料保管方法。 - 有機性エネルギー資源を受け入れる資源受入手段と、
前記資源受入手段に受け入れられた前記有機性エネルギー資源の栄養素を分析する栄養素分析手段と、
前記分析した栄養素のうち主栄養素となる主栄養素を特定する主栄養素特定手段と、
前記有機性エネルギー資源をバイオマス原料として保管する複数の原料保管槽と、
特定した前記主栄養素に基づいて、主栄養素毎に区分された異なる前記複数の原料保管槽の中から保管先を選択する原料保管槽選択手段と、
前記バイオマス原料が保管された保管槽内で、前記バイオマス原料の発酵を制御する原料発酵制御手段と、
を有し、
前記資源受入手段は、
液状物又は汚泥を含む前記有機性エネルギー資源を流動化させる中和混合流動化手段と、
前記液状物又は前記汚泥以外の前記有機性エネルギー資源を粉砕する粉砕機を有する粉砕手段と、を含んで構成されることを特徴とする、バイオマス原料保管システム。 - 有機性エネルギー資源を受け入れる資源受入手段と、
前記資源受入手段に受け入れられた前記有機性エネルギー資源の栄養素を分析する栄養素分析手段と、
前記分析した栄養素のうち主栄養素となる主栄養素を特定する主栄養素特定手段と、
前記有機性エネルギー資源をバイオマス原料として保管する複数の原料保管槽と、
特定した前記主栄養素に基づいて、主栄養素毎に区分された異なる前記複数の原料保管槽の中から保管先を選択する原料保管槽選択手段と、
前記バイオマス原料が保管された保管槽内で、前記バイオマス原料の発酵を制御する原料発酵制御手段と、を有し、
前記複数の原料保管槽が、少なくとも、糖質リッチ槽、脂質リッチ槽、タンパク質リッチ槽、繊維質リッチ槽、及び、混合タイプ槽を含むことを特徴とする、バイオマス原料保管システム。 - 前記原料保管槽選択手段は、予め定められた選択優先順位に基づいて前記保管先を選択し、
前記選択優先順位は、前記混合タイプ槽を最優先の選択先とし、次いで前記分析した主栄養素に対応した保管先を選択するように順位付けされていることを特徴とする、請求項5又は6に記載のバイオマス原料保管システム。 - 有機性エネルギー資源を受け入れる資源受入手段と、
前記資源受入手段に受け入れられた前記有機性エネルギー資源の栄養素を分析する栄養素分析手段と、
前記分析した栄養素のうち主栄養素となる主栄養素を特定する主栄養素特定手段と、
前記有機性エネルギー資源をバイオマス原料として保管する複数の原料保管槽と、
特定した前記主栄養素に基づいて、主栄養素毎に区分された異なる前記複数の原料保管槽の中から保管先を選択する原料保管槽選択手段と、
前記バイオマス原料が保管された保管槽内で、前記バイオマス原料の発酵を制御する原料発酵制御手段と、
取引先で用いられるバイオマス原料の情報を受信する受信手段と、
当該取引先のバイオマス原料の成分に基づいて、前記取引先へ供給する前記バイオマス原料の保管槽を決定する供給バイオマス原料決定手段と、を有することを特徴とする、バイオマス原料保管システム。 - 取引先で用いられるバイオマス原料の情報を受信する受信手段と、
当該取引先のバイオマス原料の成分に基づいて、前記取引先へ供給する前記バイオマス原料の保管槽を決定する供給バイオマス原料決定手段と、をさらに含むことを特徴とする、請求項5〜7のいずれか一項に記載のバイオマス原料保管システム。
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