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廃棄物からのメタンガス製造方法 コモンズ

国内特許コード P150012357
整理番号 2014-17
掲載日 2015年10月14日
出願番号 特願2015-067470
公開番号 特開2016-185123
出願日 平成27年3月27日(2015.3.27)
公開日 平成28年10月27日(2016.10.27)
発明者
  • 古崎 康哲
  • 石川 宗孝
  • 田中 量也
出願人
  • 学校法人常翔学園
発明の名称 廃棄物からのメタンガス製造方法 コモンズ
発明の概要 【課題】本発明は、廃棄物から高濃度のメタンガスを製造する、簡便かつ安価な方法を提供することを課題とする。
【解決手段】以下の工程1)から3)を含む、炭水化物を含む廃棄物からメタンガスを製造する方法および、当該メタンガス製造方法のためのメタンガス製造装置による。
1)廃棄物と糖化酵素とを混合して糖化反応を行う、糖化工程。
2)工程1)にて得られた固液混合物と酵母とを混合して嫌気性発酵を行う、嫌気性発酵工程。
3)工程2)にて得られた嫌気性発酵液と嫌気性微生物とを混合してメタン発酵を行う、メタン発酵工程。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


近年、生ごみを初めとし、食品系廃棄物、し尿、下水汚泥、家畜糞尿などの廃棄物をバイオマス資源としてエネルギーに変換して効率的に利用することが注目されている。廃棄物をエネルギーに転換する技術の一つとして、メタン発酵の導入が進んでいる。20年ほど前から、生ごみ等の食品系廃棄物や家畜糞尿を基質として用いたメタン発酵の技術開発が盛んになり、実用化が進み、導入事例も増えつつある。メタン発酵とは嫌気性微生物の働きによって、嫌気条件下で有機物を分解する生物化学反応であり、分解生成物として主にメタンと二酸化炭素からなるバイオガスが発生する(非特許文献1)。バイオマスから生成されるメタンガスは燃料として熱や発電に利用することができ、カーボンニュートラルな燃料として大気中の二酸化炭素を増大させないことから、注目されている。



廃棄物の種類にもよるが、メタン発酵技術により廃棄物中の有機物の90 w/w%以上が分解され、廃棄物の有効活用が可能である。また含水率が高い廃棄物は焼却や堆肥化に不適であることからも、メタンガス発酵技術の適用が有効である。さらに廃棄物を好気的に分解する場合と比べて、メタン発酵はエネルギーの使用量が小さくて済み、得られたメタンガスを熱利用できるという利点がある。廃棄物処理とエネルギー有効利用の両方の観点から、今後さらに廃棄物のメタン発酵技術の重要性が高まると考えられる。



しかしながら従来のメタン発酵技術では、得られるバイオガス中のメタンガス濃度が低く、二酸化炭素が約50 v/v%含まれてしまう。このためバイオガスの容積当たりのカロリーが低く、熱利用設備を効率的に運用できないという問題がある。バイオガス中のメタンと二酸化炭素濃度の比率は、基質中の炭素、水素、酸素組成により化学量論的に決定されてしまう。バイオガス中のメタン純度を高めるためには、二酸化炭素を除去する設備が必要となり、設備コストが高くなる。生成されたバイオガス自体のメタン濃度を高めることができれば、熱利用設備を効率的に運用することができ、メタン発酵導入コスト削減に貢献することができる。



パルプ製造の際に生じる排液を用いて、バイオエタノールとメタンガスを製造する方法が報告されている(特許文献1および特許文献2)。これらの方法では、生成したエタノールを除去するため、メタンガスの実質的な生成量が減少してしまうとともに、バイオガス中のメタンガス濃度は従来と同様、低いままである。また、エタノールを基質としたメタン発酵方法についての開示がある(特許文献3)。メタン発酵では、中間生成物の揮発性有機酸(以下「VFA」と称する)が非電離VFAとして存在し、メタン発酵を阻害することが知られている。特許文献3は、pHを5.8~6.5に調整して発酵を行うことにより、非電離VFAを低減させることを開示する。しかしながら特許文献3には、廃棄物を利用して高濃度のメタンガスを製造することについては開示されていない。

産業上の利用分野


本発明は、炭水化物を含む廃棄物からメタンガスを製造する方法、および、当該メタンガスを製造する方法のためのメタンガス製造装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
以下の工程1)から3)を含む、炭水化物を含む廃棄物からメタンガスを製造する方法:
1)廃棄物と糖化酵素とを混合して糖化反応を行う、糖化工程;
2)工程1)にて得られた固液混合物と酵母とを混合して嫌気性発酵を行う、嫌気性発酵工程;
3)工程2)にて得られた嫌気性発酵液と嫌気性微生物とを混合してメタン発酵を行う、メタン発酵工程。

【請求項2】
工程2)の嫌気性発酵によりエタノールが生成され、工程3)において、嫌気性発酵液に含まれたエタノールがメタン発酵の基質となる、請求項1に記載のメタンガスを製造する方法。

【請求項3】
工程1)の糖化反応により、炭水化物に含まれる多糖類が、酵母による嫌気性発酵の基質となる糖類に分解されて、固液混合物に含まれる、請求項1または2に記載のメタンガスを製造する方法。

【請求項4】
工程1)の糖化反応を行う糖化槽と、工程2)の嫌気性発酵を行う酵母反応槽と、工程3)のメタン発酵を行うメタン発酵槽とを含む、請求項1~3のいずれか1に記載のメタンガスを製造する方法のためのメタンガス製造装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2015067470thum.jpg
出願権利状態 公開


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