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産廃が純国産エネルギーに変わる！？～放置竹林の有効利用～

福岡大学 工学部 機械工学科

助教 麻生 裕之

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竹の種類

◆ 日本 : モウソウチク マダケ ハチク

マダケ ハチク : 日本に自生していたもの

モウソウチク : 200～300年前に中国から渡ってきた

中国から渡来してまだ間がないため病気などの外敵が存在せず爆発的に繁殖

◆ 荒廃した竹林内は、地下茎が枯れている

土砂崩れの危険がある

曲渕ダム(福岡市)

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竹の現状

非常に繁殖力が強いため定期的な伐採が必要

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◆ 竹林保護のため伐採された竹廃材（廃棄物）が大量発生

【問題点】

竹廃材の有効利用が求められている

◆ 放置された竹林は約9億m2

(竹林には1m2当たり10本程度の竹が生えている)

竹の現状

非常に繁殖力が強いため定期的な伐採が必要

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バイオマスとは？？

バイオマスとは、生物資源（bio）の量（mass）を表す概念で、一般的には「再生可能な、生物由来の有機性資源で化石資源を除いたもの」をバイオマスと呼ぶ。

1. 廃棄物系バイオマス … 廃棄される紙、家畜排せつ物、食品廃棄物、建設発生木材、製材工場残材、下水汚泥等

2. 未利用バイオマス … 稲わら・麦わら・もみ殻等

3. 資源作物 … さとうきびやトウモロコシなど（エネルギーや製品の製造を目的に

栽培される植物）

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なぜ普及しない？？

・ 廃棄物系バイオマス

廃棄物は多岐にわたり、回収にもコストがかかり、処理・加工装置も非常に大型化になる

Q. なぜバイオマスエネルギーは普及しないのか？？

・ 資源作物

当初、アメリカなどで比較的うまくいっていたが、燃料として使用するものが食用にもなりうる”さとうきび”や”トウモロコシ”などといった農作物であるため、人道問題として”食物”をわざわざエネルギーにする必要があるのか？という世論が生じ、トーンダウン

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バイオマス燃料

・ 未利用バイオマス

これまでは、バイオマス燃料の製造が主流で、生産コストが全く合わず、さらに大量生産が出来ない

本学の産学官連携担当教授から、「竹チップを使って、何か有効的な利用はできないか？」

Keyword ： 地元中小企業との連携・放置竹林・産業廃棄物・大量消費・CO2トレード

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竹チップボイラー

竹チップの直接燃焼による熱の利用であれば、コストもかからず、大量消費が可能ではないか？？

竹チップ

チャレンジ スタート！！

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竹チップバイオマスボイラーへの可能性

古くから竹は生息していたが、なぜ『竹ボイラー』なるものが存在しないのか？？

２つの大きな問題が発覚！

・ 疑問点

調査結果１

・ 含水率が非常に高い！（乾燥重量と同等の水分を含むことも…）

・ 燃焼によりタール状の燃えカスが残る（ボイラーのバーナー部に付着し、失火）

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竹チップバイオマスボイラーへの可能性

一方で、ものすごい可能性も…

調査結果２

・発熱量（単位質量あたり）が一般木材よりも高い！！

竹の熱量は、約4600kcal/kg（参照： http://keyaki2.cocolog-nifty.com/blog/2006/05/post_c6d2.html）

なお、木質ペレットと灯油、石炭の熱量は1kgあたり木質ペレット： 4,037kcal灯油 ： 8,767kcalA重油 ： 9,341kcal

http://www.pref.iwate.jp/~hp0552/biomass/outline/outline.htm より

石炭（瀝青炭）： 6,400kcal石炭（褐炭） ： 4,500kcal

http://www.kobelco.co.jp/ICSFiles/afieldfile/2006/07/05/ubc_ppt.pdfより

上記より、木質ペレットより発熱量14%増、褐炭とほぼ同じ、A重油のほぼ50%と考えられる。

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竹エネルギーファーム構想

・ 竹は驚異的なスピードで成長！！（10～20m/年）２～３年で成竹になり、その高さは20m以上！！

さらに…

つまり…

まずは、放置竹林の処理により出てくる竹を使用

将来的には、平地に管理竹林を造り、４区画に分割し、1年ごとに1区画をカットしていけば、４区画目をカットした翌年は…

『短期循環型』の再生エネルギー資源になり、まさに純国産のエネルギーになる！！

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竹の地産地消…その先

“３大”キーワード！！

“地産地消”

“1次産業による地方創生”

“純国産エネルギー”

本研究における …

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竹利用の従来の考え方

【従来技術】

竹の伐採 燃 焼

乾燥（長時間・屋内）

放置竹を有効利用するためには、乾燥処理や燃焼効率の向上などの改良が必要である

◆竹の空隙率が高いため、単位質量あたりの輸送コストがかかる

◆含水比が高いため、乾燥までに相当な時間が必要

【問題点】

チップ化

運搬（高コスト）

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竹利用の新しい考え方

自動乾燥＋燃焼伐採＋現地で粉砕

＋

＝

【新技術】

運 搬

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粒子の乾燥方法

原理的には、”気流乾燥機”【粒子の乾燥】

・高温空気はボイラーからの輻射熱を利用→排ガスは水分を多く含むため、利用不可→ボイラーを断熱材で囲み、輻射熱を回収ボイラーからの熱を逃がさずに有効利用

○ 特徴

未利用エネルギーの有効利用

※気流乾燥機とは？？

垂直管内を10～30m/sの高速で流れる熱ガス中に粒粉体材料を連続投入し，瞬時に分散浮遊させて空気輸送する間に急速乾燥させる方式で，粒粉状，フレーク状材料に適している。

熱風で粒子を浮遊させ、”空気の熱”と”粒子摩擦による熱”で粒子を乾燥させる

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粒子の乾燥方法

【粒子の含水率による分別】

・粒子の浮遊速度（沈降速度）の違いを利用→乾燥した粒子と含水率の高い粒子の浮遊高さの違い

○ 特徴

含水率３0％以下含水率５0％程度

含水率７0％程度

乾燥して軽くなった竹チップだけが排出されるシステム

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自動乾燥分別装置

① ブロワ② キャンバス③ 垂直管乾燥器 (輸送管)④ 粒子分離フィルタ⑤ 回収・供給器⑥ 竹チップボイラ⑦ 排煙筒⑧ 断熱ボックス

暖められた空気

高湿度の空気

外部へ逃がす空気

竹チップの流れ

水分含有率30％以下の竹チップ

④

③

②

①

⑦

⑥

⑤

⑧

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エネルギーの地産地消

【ポイント】

・竹チップを軽トラなど小型運搬機で輸送

・小型の粉砕機で竹林の傍で伐採した竹を粉砕

近隣のビニールハウスなどのボイラーとして使用

・自動乾燥機能付きボイラーで生竹をそのまま燃焼

『地域型のエネルギーの地産地消』

まさに …

（実用化すれば、多岐にわたる応用も…）

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エネルギーの地産地消のイメージ

【エネルギーの地産地消のイメージ】

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エネルギーの地方創生のイメージ

【竹チップボイラーの普及による地方創生のイメージ】

（第１次産業(農業・林業)の再生）

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ま と め

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従来技術とその問題点

竹をバイオマスボイラーの燃料として実用化した例は過去に全くなく、周知の事実として、

・ 含水率が高く、乾燥に時間とコスト

・ 燃焼時のクリンカの発生により失火

という２つの大きな問題があり、これまで様々な企業や自治体などがチャレンジするものの、いまだ成功例がない。

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新技術の特徴・従来技術との比較

• 従来の最大の問題点であった、乾燥のプロセスを大幅に改良し、非常に簡便でローコストな乾燥システムを発明することに成功した。

• 本技術の適用により、乾燥プロセスにおいて、竹材の運搬コストや長期保管用倉庫の確保などを含めた乾燥にかかるコストは、従来に比べてトータルで1/5～1/10以下程度まで削減されることが期待される。

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想定される用途

• 本技術を生かすためには、竹チップ専用ボイラーを開発し、農業ビニールハウスに適用することで農家の大きな負担となっている燃料費を大幅に削減できると考えられる。

• 上記以外に、農村部で地方再生の効果が得られることも期待される。

• また、竹チップを用いたバイオマスボイラーが完成すると、温泉や温浴施設などに展開することも可能と思われる。

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実用化に向けた課題

• 現在、乾燥システムにおいて自動分別が可能なところまで開発済み。しかし、粒子径が揃っていない場合の精度について未解決である。

• 今後、乾燥システムからボイラー供給する方法について実験を行い、実際のボイラーに適用していく場合の条件設定を行っていく。

• 実用化に向けて、自動分別の精度を粒子量が増えた場合を想定して技術を確立する。

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企業への期待

• 未解決のクリンカの問題については、炉内の燃焼技術により克服できると考えている。

• 既存のバイオマスボイラーにて高い技術とノウハウ持ち、燃焼についてしっかりとした研究開発部門を有する企業との共同研究を希望。

• また、バイオマスエネルギーの有効利用（バイオマス発電を含む）への展開を考えている企業には、本技術の導入が有効と思われる。

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本技術に関する知的財産権

• 発明の名称 ：竹破砕片乾燥選別システム• 出願番号 ：特願2014-82707• 出願人 ：福岡大学

• 発明者 ：麻生裕之

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産学連携の経歴

• 2007年-2009年 佐賀県新エネルギー産業振興課，分担者

『先導的小型排熱エネルギー利用発電システムの研究開発』

• 2010年-2012年 NEDO技術開発機構，分担者

『革新的凝縮器を有するアンモニア/水を用いた新しい海洋温度差発電の研究開発』

• 2013年-2014年 佐賀県中小企業・小規模事業者ものづくり・商業・サービス革新事業，共同研究者

『生竹の直接燃焼による農業ハウス栽培に適したバイオマス空調技術の開発』

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お問い合わせ先

福岡大学 研究推進部 産学官連携センター

担当コーディネーター 川上 由基人

ＴＥＬ 092-871-6631（内線：2806）

ＦＡＸ 092-866-2308

e-mail sanchi@adm.fukuoka-u.ac.jp