JP2004149408A - 複合事業体及び複合事業体におけるエネルギー交換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 バイオマス資源の有効利用を図るとともに、併せてセメント製造過程で発生する未利用エネルギーの利用により、バイオマス資源の処理施設の確保を可能とした複合事業体を提供する。さらに、バイオマス資源のバイオマスエネルギーとしての利用の円滑化を図るようにしたエネルギー交換方法を提供する。
【解決手段】 バイオマス資源の処理施設と、セメント製造施設を含む複合事業体であり、上記セメント製造から上記処理施設に未利用エネルギーが供給され、上記処理施設で供給された未利用エネルギーを活用してバイオマス資源の処理が行われ、上記処理施設からの廃棄物又は上記原燃料化された原燃料は、上記セメント製造施設でのセメント製造過程で原燃料の一部として用いられることとした。また、原燃料をセメント製造に用いるに際し、原燃料のバイオマスエネルギーとしての価値評価を行って、未利用エネルギーの供給を行うようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、セメント製造事業（セメント製造施設）とバイオマス関連事業（バイオマス資源の処理施設）とを含む複合事業体及び該複合事業体におけるエネルギー交換方法に関する。

昨今、未利用資源の活用や環境問題等の観点からバイオマス資源の有効かつ適切な利用について、その必要性が叫ばれている。
木質バイオマスに関しては、年間３１００万ｍ³の木質系産業廃材（うち、製材工場等残材１５００万ｍ³、木質系建築廃材１６００万ｍ³）、１０００万ｍ³の林地残材の計４１００万ｍ³が発生している。製材工場等の残材はチップ化等でリサイクルされているが、木質系建築廃材の約６割が未利用であり、林地残材にいたってはほとんどがそのまま放置されており、健全な山林の育成を妨害する一因となっている。
一方、木質系廃材の約４割が焼却処分されているが、大気汚染、土壌汚染の問題を引き起こしていることから、２００２年１２月よりダイオキシン規制が強化されることとなり、適切な処理設備による処分が規定される。しかしながら、現状ではそのような処理設備を備えた処理場が不足している。

木質系バイオマス資源に関しては、バイオマス廃材の範疇に入るもののみならず、有用資源として利用されるものに関してもその処理の問題点がある。例えば、２０００年４月に「住宅の品質確保の促進等に関する法律」(品確法)が施行され、建材メーカー、建築業者およびハウスメーカーは、住宅構造部等に１０年間の品質保証義務が課せられた。そのため、建設業者では狂いのない木材の確保が急務になっている。
また、品確法施行前（平成１３年以前）は生木を天日乾燥で数ヶ月〜数年充分乾燥させた後、住宅施工に使用されていたが、住宅施工のシステム化、プレカット化が進むにつれ、不十分な未乾燥材が流通する傾向にある。このため、住宅建設後木材の乾燥収縮に起因する構造材の反り、割れ等の狂いによる建具や床の不具合、場合によっては構造自体の不具合になる場合がある。充分に乾燥された自然乾燥の木材は高価で数も少なく、人工乾燥された木材はまだ流通数も少ない。人工乾燥するには、新規の熱量が必要となり、コストも高くつくことや新規の熱量を得るために新たに化石燃料を使用した場合等は、新たにＣＯ2を排出することにもなる。
したがって、このような木材を新たに過大なエネルギー消費なしに、低コストで処理する対策が望まれている。

また、畜産系のバイオマス廃材である家畜糞尿は乳用牛、肉用牛、豚、採卵鶏、ブロイラー合わせて年間９４４０万トン排出されており、全産業廃材に占める割合は、汚泥に次いで第二位である。その９０％は堆肥として農業に利用され、残り１０％が浄化処理又は焼却して埋め立てられている。
しかしながら、国内農地の窒素許容量はほぼ飽和状態であり、堆肥としての利用が困難となっており、堆肥使用量のミニマム化および堆肥以外の利用用途の開発が必要とされている。また、平成１６年１１月から家畜糞尿の野積みや素堀り等が禁止されることにもより、適切な処理施設の整備が要望されているものの、その具体案は十分提示されていない。

さらに、食品廃棄物として、食品の製造、流通、消費の各過程で生ずる動物性・植物性の残さがある。これらは、廃棄物総排出量の約４％であり、一般廃棄物の排出量のみに限ると、その約３割に達する。再資源化率は、産業廃棄物に分類されるもので約５割、一般廃棄物に分類されるものにいたっては約０．３％に過ぎず、リサイクルの遅れが見られる。

リサイクルされない食品廃棄物は、年間１，７７２万ｔもあり、これは焼却又は埋立処理されている。ところが、最終処分場や焼却施設の新規設置は、ダイオキシン、環境汚染問題等を背景として、困難である。また、都市化の進展や農畜産分野の経営形態の変化等により、従来の食品事業者等と、農業従事者や畜産業者との間の伝統的な資源循環の輪は崩壊している。

そこで、あえて新たな資源循環等により食品廃棄物の有効利用を図ろうとすると、以下のような問題点が生ずる。
１．食品廃棄物の有効利用にあたってのコスト負担増
多くの事業者にあっては、初期投資がかさむことや、現状の形態による廃棄物処理では、採算があわないために、実施を見合わせがちになるのが現状である。

２．リサイクル製品の品質の確保の困難性、及び成分・供給量の安定等による需要の確保の困難性
食品廃棄物は、食品の多様性により、組成や排出実態等が複雑であり、リサイクル製品の品質が安定しづらい。また、肥料用に発酵させる場合、熟成不足により、農作物に悪影響を与える細菌が繁殖し、生産された肥料の品質が問われる場合がある。飼料用に乾燥させる場合でも、大量処理しようとすると乾燥速度が遅かったり、乾燥時間が不足して変質や腐敗が起こるおそれがあり、同様に製品の品質が安定しない。

３．処理施設の不足
一定規模の食品工場であれば、同質の食品廃棄物を大量に排出するため、自主投資を行ってリサイクルに取り組みやすい。しかし、このように一定規模以上の食品工場であっても、自社廃棄物がもっぱら対象であり、しかも初期投資やランニングコストがかさむ点で問題がある。
一方、外食店舗のように日々少量ずつ多種類の食品廃棄物を排出する場合には、専門業者に委託してリサイクルする方法が現実的である。しかし、食品廃棄物のリサイクルに関しては、専門業者が絶対的に不足している。

このように、現状では、バイオマス廃材を含めたバイオマス資源について、有効かつ適切な処理手段が十分提供されているとは言い難い。なお、燃料廃棄物やエネルギーについてセメント工場と他の事業との連携を図った概念的なものとしてプラント集合体が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、上記バイオマス資源についての上記問題点を解決する具体的な方策は未だ提案されていない。
さらに、現状では、セメント工場でも一部バイオマス資源が利用されているものの、セメント工場とバイオマス処理施設との間で、双方向又は循環してのエネルギーや廃棄物の活用は図られておらず、また、この活用により発生するエネルギー収支についても検討されていない。

特開平１１−１９５０４号公報

本発明は、上記事情に対してなされたものであり、新たに過大なエネルギー消費やコスト負担の増加を伴うことなく、未利用又は処分に苦慮しているバイオマス資源の有効利用を図るとともに、併せてセメント製造過程で発生する未利用エネルギーの利用により、その処理施設の確保を可能とした複合事業体を提供することを目的とする。さらに、本発明は、このような複合事業体において、バイオマス資源のバイオマスエネルギー評価を定め、双方向でのバイオマス資源による廃棄物やエネルギーの利用の円滑化を図るようにしたエネルギー交換方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る複合事業体は、バイオマス資源の処理施設と、セメント製造施設を含む複合事業体であって：上記セメント製造施設ではセメント製造が行われるとともに、 上記セメント製造施設から上記バイオマス資源の処理施設にはセメント製造施設における未利用エネルギーが供給され、 上記バイオマス資源の処理施設では、１）バイオマス資源の原燃料化、２）肥料、土壌改良材、飼料、乾燥木材、木材チップのうち少なくとも一以上の製造、３）木材、飼料、牧草、農作物のうち少なくとも一以上の乾燥・滅菌・消毒処理や洗浄処理におけるこれら１）〜３）のうちの少なくとも一以上の処理が行われ、上記バイオマス資源の処理施設から排出される廃棄物又は上記原燃料化によって得られる原燃料は、上記セメント製造施設でのセメント製造過程で原燃料の一部として用いられることを特徴とする。
「バイオマス資源の処理施設」は、複数のバイオマス処理施設を指すことも含む用語である。したがって、複数ある処理施設の一処理施設から排出される廃棄物又は原燃料をセメント製造施設でのセメント製造過程で原燃料の一部として用い、このセメント製造施設における未利用エネルギーを、別のバイオマス処理施設に供給することも本発明の概念に含まれる。なお、勿論、同一のバイオマス処理施設を指すことも本発明の概念に含まれる。

また、本発明は、別の側面においてエネルギー交換方法に関する発明であり、すなわち、バイオマス資源の処理施設とセメント製造施設を含む複合事業体におけるエネルギー交換方法であって：上記バイオマス資源の処理施設から排出される廃棄物又は上記原燃料化された原燃料がバイオマス原燃料として上記セメント製造施設にエネルギー供給され、供給された上記バイオマス原燃料は、バイオマスエネルギーとしての価値評価がなされた後、上記セメント製造施設でのセメント製造過程で原燃料の一部として用いられるとともに、上記セメント製造施設でのセメント製造過程で発生する未利用エネルギーを、上記価値評価結果や相互のエネルギーを考慮しつつ、先方の求めに応じて上記バイオマス原燃料を提供した上記バイオマス資源の処理施設に供給するようにしたことを特徴とする。

本明細書中、「バイオマス資源」とは、利用中又は未利用にいかんにかかわらず、生物起源の物質からなる食料、資材、又は燃料を広義に含む。木質（林業）系のものとして原木等、畜産系のものとして配合飼料等の飼料原料等、農業系のものとして、米糠、菜種、大豆、草本類等のエネルギー作物等を挙げることができる。さらに、本明細書では、「バイオマス資源」として、「バイオマス廃材」も含む。このようなバイオマス廃材としては、建設廃木材、バーク、端材、製材屑、おがくず等の木質（林業）系廃材、家畜糞尿等の畜産系廃材、動物性残さ、植物性残さ、売れ残り食品等の食品廃棄物、調理屑、食残し等の農業系廃材、水産加工残さ等の水産系廃材を挙げることができる。また、本明細書では、バイオマス廃材を処理施設で処理し、出てきた廃棄物を特に「バイオマス廃棄物」ということがある。
「複合事業体」とは、異業種が連携して行う事業形態をいう。

なお、本発明は、その概念として、上記セメント製造施設でセメント製造が行われるとともに、上記セメント製造施設から上記バイオマス資源の処理施設にはセメント製造施設における未利用エネルギーが供給され、上記バイオマス資源の処理施設では、１）バイオマス資源の原燃料化、２）肥料、土壌改良材、飼料、乾燥木材、木材チップのうち少なくとも一以上の製造、３）木材、飼料、牧草、農作物のうち少なくとも一以上の乾燥・滅菌・消毒処理や洗浄処理におけるこれら１）〜３）のうちの少なくとも一以上の処理が行われ、上記バイオマス資源の処理施設から排出される廃棄物及び上記原燃料化によって得られる原燃料は、上記セメント製造施設でのセメント製造過程で原燃料の一部として用いるバイオマス資源の取扱方法（システム）も含む。

「バイオマス資源の処理施設」では、１）バイオマス資源の原燃料化、２）肥料、土壌改良材、飼料、乾燥木材、木材チップのうち少なくとも一以上の製造、３）木材、飼料、牧草、農作物のうちのうち少なくとも一以上の乾燥・滅菌・消毒処理や洗浄処理におけるこれら１）〜３）のうちの少なくとも一以上の処理が行われる。
「原燃料化」とは、セメント製造施設で、セメント原料の一部として用いることができるようにすること、又はセメント製造等のための燃料として用いることができるようにすることをいう。具体的には、家畜糞尿又は食品廃棄物からのメタンガスの製造、廃木材のチップ化等である。なお、家畜糞尿又は食品廃棄物は、セメント製造にあたって、原燃料化のための脱水等の処理操作なしに、製造設備に直接投入することもできる。

「セメント製造施設」とは、通常、セメント工場であり、プレヒータ、仮焼炉、セメント焼成キルン（ロータリーキルン等）を備え、さらに好適には、施設操業用の発電施設を備えたものをいう。なお、バイオマス資源の処理施設には、セメント製造施設中の未利用施設も含まれる。

本発明に係る複合事業体では、好適には、バイオマス資源の上記処理施設を上記セメント製造施設に隣設する。すなわち、好適には、上記処理施設を上記セメント製造施設の近隣に設ける。「近隣」とは、上記セメント製造過程で生じる未利用エネルギーを、敷設された供給ライン（パイプ、ケーブル等）を通じて、直接供給し、上記処理施設で有効に活用できる位置関係をいう。距離的には半径２ｋｍの範囲内にあるのが好ましい。ここで、「未利用エネルギー」とは、熱、電力、蒸気等のいずれの形態を取るものであっても良い。すなわち、発電施設で得られる電力のうち余剰のもの、排熱（排ガスの形態を含む）の形の排エネルギー、キルン輻射熱等の未回収エネルギー等のあらゆる形態の未利用エネルギーを含む概念である。

本発明に係るエネルギー交換方法で行う「バイオマスエネルギーとしての価値評価」とは、バイオマス資源をセメント製造過程で原燃料として利用する際のクリンカ原料代替及び燃料代替としての価値、又は副産物製造原料としての価値を示す客観的評価である。

ここで、例えばセメントクリンカの焼成に要する石油・石炭等の化石燃料の燃焼による焼成エネルギーは、長年のセメント製造に関するデータの蓄積により、客観的に把握することができる。したがって、セメント製造業者が代替燃料に対して行っている公知の評価方法を用いれば、提供されたバイオマス原燃料による化石燃料代替としての価値評価は、客観的に把握することができる。

本発明に係るエネルギー交換システムでは、上述のように、バイオマス資源の処理施設が近隣にある場合は、蒸気や電気や温水（熱水）の形で供給すればよい。該処理施設が近隣にない場合は、未利用エネルギーを電池、ガスボンベ又は水素貯蔵燃料等の形に変えて、これらを供給すればよい。セメント製造で原燃料として用いる際のエネルギー評価の結果や相互の供給エネルギー（原料部分も含む）収支を考慮しつつ、先方の求めに応じてセメント製造過程で発生する未利用エネルギーを蒸気、電気、熱、電池、ガス等の種々の形態に変えてバイオマス資源の処理施設に供給する。

上記評価では、はじめに上記バイオマス原燃料の代替燃料としての価値評価を行うこととし、バイオマス資源自体のエネルギー賦存量とセメント製造施設で利用した場合のエネルギー利用可能性及び時間当たりのエネルギー効率から、まずバイオマス資源をセメント製造施設で代替燃料として利用した場合のエネルギーとして絶対評価を行う。その後、現在セメント製造施設で使用している燃料とのエネルギー収支を計算し、プラスマイナスの相対評価を行う。なお、エネルギー賦存量とは、エネルギー利用に伴う技術的、経済的、社会的条件を考慮せず、理論的に試算したエネルギー値である。

プラス評価の場合は、セメント製造施設がバイオマス資源の処理施設に対し、上述した未利用エネルギーを上記処理施設の求めに応じて同等分又は一部分配し、差額が生じた場合は、金銭的対価を支払う。

マイナス評価の場合は、クリンカ原料又は副産物製造原料代替としての可能性について検討し、これら原料としての価値評価を行う。この評価は、例えば、カロリーロス率及び成分ロス率から費用算定するといったようにして行う。

以上のようなバイオマスエネルギーとしての価値評価は、複合事業体のエネルギー評価システムで行う。このような、エネルギー評価システムによる評価は、一般的には、バイオマスエネルギーを受け入れる側のセメント製造業者が行えばよい。

上述したようにセメント製造施設のキルン輻射熱や発電用ボイラの使用済み蒸気や排ガス中の排熱等を未利用エネルギーとして回収し、バイオマス資源の処理施設へ供給する。この際、処理施設が必要とするエネルギー形態（熱、蒸気、温水、電気等）に合わせる。エネルギー評価システムでは、処理施設で現在利用しているエネルギーからセメント工場の未利用エネルギーに代替した場合のエネルギー収支を計算し、プラスマイナスの相対評価を行う。

本明細書中「バイオマス資源の処理施設から排出される廃棄物又は原燃料化によって得られる原燃料」とは、廃棄物、原燃料のいずれか一方の場合の他、「廃棄物及び原燃料」の両方の場合も含む意味である。
なお、セメント製造施設でのセメント製造は、通常、セメント工場で行われているセメント製造であればよく、特に限定されるものではない。

上記したところから明かなように、本発明によれば、新たに大量のエネルギー消費やコスト負担の増加を伴うことなく、未利用又は処分に苦慮しているバイオマス資源についての、有効利用を図るとともに、併せてセメント製造過程で発生する未利用エネルギーの利用により、その処理施設の確保を可能とした複合事業体が提供される。さらに、本発明によれば、バイオマス資源のバイオマスエネルギーとしての評価を定め、双方向でのバイオマス資源による廃棄物やエネルギーの利用の円滑化を図るようにしたエネルギー交換方法が提供される。

以下に添付図面に示した実施の形態を参照しながら、本発明に係る複合事業体及びそれにおけるエネルギー交換方法を説明する。
図１は、本発明に係る複合事業体の一実施の形態について、その概要を説明する概念図である。
この複合事業体１では、バイオマス廃材に分類されるバイオマス資源として、木質系バイオマス資源（以下木質系資源という）２、畜産系バイオマス資源（以下畜産系資源という）４、農業系バイオマス資源（以下農業系資源という）６が処理される。
木質系資源２として、建設業からの建設廃木材、山林管理事業からの林地残材、間伐材、製材業からのバーク、端材、おがくず、研磨粉を含む製材屑が処理される。なお、正確には、林地残材、間伐材は、バイオマス廃材ではない。しかし、説明の便宜上、本実施の形態では、バイオマス廃材に含めている。

畜産系資源４として、畜産業からの家畜糞尿が処理される。
農業系資源６として、食品製造業からの動物性残さ、植物性残さ等の食品廃棄物、食品流通業からの売れ残り、食品廃棄物、外食産業からの調理くず、食品廃棄物、食べ残しが処理される。

複合事業体１は、バイオマス廃材の処理施設８、１０、１２、１４を備える。処理施設８は、木質系資源２を処理するチップ製造工場である。処理施設１０は、メタン発酵槽１６を含むメタンガス製造設備である。処理施設１２は、畜産系資源４を選別処理及び固液分離処理し、それらを短期的に貯蔵する施設である。選別処理は燃料源、セメント原料、飼料や肥料等の副産物の製造原料を得ることを目的にして行われる。処理施設１４は、農業系資源６を選別処理及び固液分離処理し、短期的に貯蔵する施設である。選別処理は前記と同様である。

また、複合事業体１は、セメント製造施設としてセメント工場１８を備える。セメント工場１８は、セメント製造のためのセメント製造装置２０及び施設内の機器を稼動するための発電設備２２も備える。さらに、セメント工場１８は、エネルギー評価システム２４を備えている。エネルギー評価システム２４は、受け入れる対象となるメタンガス等のバイオガス、チップ等の固体状燃料及び現在、セメント工場で使用している石油や石炭等の化石燃料についての熱量、熱効率、環境負荷、成分分析結果等に関する各種データを蓄えている。すなわち、セメント製造にあたって、燃料の一部を代替した場合のプラス・マイナスのエネルギー評価に関する基礎データを蓄えており、それに基づいて、まず受け入れ対象となったバイオマス原燃料に対するエネルギー評価を、その量、品質等に基づいて行う。エネルギー評価手法は、現在、各種廃棄物をセメント製造における原燃料として受け入れる際用いている評価手法やＬＣＡを適宜用いればよい。
エネルギー評価システム２４は、上記したようなデータを蓄え、処理するためのサーバコンピュータを備え、バイオガス等の気体燃料や、チップ等の固体状燃料の性状をチェックするための測定機器を備えることが好適である。
セメント製造装置２０のロータリーキルン２５は、輻射熱の熱回収設備２６を備え、該熱回収設備２６は、回収した熱（熱風）を飼料製造施設２７内の乾燥機２８に送ることができるように構成されている。

セメント工場１８内の発電設備２２は、蒸気回収設備３０を備え、使用済みの蒸気を回収し、バイオマス資源の処理施設３１内の乾燥釜３２に送ることができるように構成されている。

以上のような諸設備及び機器を備えた本発明に係る複合事業体の上記実施の形態について、以下にさらにその作用等も含めて詳細な説明を加えるとともに、本発明に係るエネルギー交換方法の実施の形態を説明する。
木質系資源２は、チップ製造工場（処理施設）８でチップ化される。チップ製造工場では、木質系資源２が破砕装置で破砕処理されることによって、チップ化３４される。

畜産系資源４は、メタン発酵に使用可能なものについては処理施設１２内のタンク３６に貯蔵後、メタンガス製造処理施設１０内のメタン発酵槽１６に送られる。または、セメントの原燃料として使用可能なものについては、処理施設１２内のプレス（脱水機）４０で脱水し、残存液４２と、固形分４４に分けられる。残存液４２は、後述するように揮発、焼却廃棄される。固形分は、セメント原料として、セメント製造装置２０のロータリーキルン２５に投入される。

農業系資源６は、処理施設１４でセメント原燃料用資源４８と、飼料用資源５０に選別処理される。セメント原燃料用資源４８は、メタン発酵に使用可能なものについては処理施設１４内のタンク５２に貯蔵後、メタンガス製造処理施設１０内のメタン発酵槽１６に送られる。または、処理施設１４内のプレス（脱水機）５４で脱水し、残存液５６と、固形分５８に分けられる。残存液５６は、後述するように揮発、焼却廃棄される。固形分は、セメント原料として、セメント製造装置２０のロータリーキルン２５に投入される。
飼料用資源５０は、処理施設１４内のプレス（脱水機）６０で脱水され、残存液６２と、固形分６４に分けられる。残存液６２は、後述するように揮発、焼却廃棄される。固形分６４は、飼料用原料として、飼料製造施設２７内の乾燥機２８に送られる。

上記したようにタンク３６からの畜産系資源４及びタンク５２からのセメント原燃料用資源４８は、メタン発酵槽１６に送られる。
メタン発酵槽１６は、有機物を分解するメタン菌等の生物を用いて、有機物を嫌気的に分解するものである。メタン発酵槽１６では、資源４、４８に含まれるＣ成分、Ｈ成分等の一部がメタンガス化される。メタン発酵槽１６では、温度、ｐＨ等が、資源４、４８からメタンを生成するメタン菌が生息できる環境に管理される。このように、メタン発酵槽１６ではメタン菌により、供給された資源４、４８がメタン発酵され、メタンを含むメタンガスが得られる。
メタンガスは、脱硫塔６６で硫化水素等のイオウ成分が脱硫された後、タンク６８に貯留される。
なお、メタン発酵槽１６の発酵液は、その一部が取り出され、メタン発酵槽１６の液量を適正に保ち、取り出された発酵液は、固液分離等し、固形分はセメント原燃料として利用することができる。

チップ製造工場８で製造されたチップ３４及びタンク６８に貯留されるメタンガスは、セメント工場１８に提供される際、前記エネルギー評価システム２４で、バイオマスエネルギーとしての価値評価を受ける。メタンガスは、一般的に、プラス評価となる。一方、チップ３４は、その燃焼に補助燃料をさらに加える必要がある場合もある。かかる場合には、その分だけマイナス評価となる。

セメント用燃料としてプラス評価の場合は、セメント工場１８が上記気体燃料や上記固体燃料を提供したバイオマス資源の処理施設８、１０、１２、１４又は燃料源を提供した木質系資源２、畜産系資源４、農業系資源６の事業者に対し、上述した未利用エネルギーを同等分又は一部供給し、差額が生じた場合は金銭的処理をする。未利用エネルギーの供給は、バイオマス資源の処理施設８、１０、１２、１４、２７、３１等がセメント工場１８の近隣にある場合は、これらの間にパイプやケーブルを敷設し、該処理施設からの求めに応じて蒸気や熱水や電気の形で供給すればよい。該処理施設が近隣にない場合は、必要に応じてセメント工場１８内に水素貯蔵燃料や電池等のエネルギー製造設備を新たに設置し、これらを製造し供給すればよい。

マイナス評価の場合は、クリンカ原料代替又は副産物製造原料代替としての可能性について検討し、これら原料としての価値評価を行う。具体的には、含有成分量及び含水率などより成分ロス率から費用を算定するといったように行う。
このようにして、本発明に係る複合事業体１では、このようなエネルギー交換方法により、バイオマス原燃料のバイオマスエネルギーとしての価値評価がなされる。

上記チップ３４及びメタンガスは、そのいずれか一方又は両方を、ロータリーキルン２５のバーナ７０、ボイラ７２用のバーナ７４、乾燥機２８のバーナ７６、乾燥釜３２のバーナ７８に供給することができ、これらの機器の燃料の一部又は全部を代替することができる。

セメント製造装置２０では、プレヒータ７９でセメント配合原料の余熱が行われ、ロータリーキルン２５を回転させながら、バーナ７０でセメントのクリンカ焼成が行われる。すなわち、セメントが製造される。バーナ７０は、バイオマス廃材に由来する燃料を燃焼させることができる。そして、ロータリーキルン２５には、前記固形分４４、５８が投入され、セメント原料の一部を代替する。結果として、本実施の形態に係る複合事業体１は、セメント製造にあたっての、セメント原燃料の削減を図ることができる。さらに、図中の点線で示したラインを経て、前記残存液４２、５６、６２が、ロータリーキルン２５に投入され、その蒸発・焼却処分が行われる。また、メタン発酵槽１６から取り出された発酵液から分離された残存液も同様に、ロータリーキルン２５に投入され、その蒸発・焼却処分が行われる。

ロータリーキルン２５からの焼却灰は、図示しない肥料製造施設又は土壌改良材製造施設に提供され、必要に応じて脱リン、脱窒した後、肥料又は土壌改良材８０として、農地（農家）８２に還元することも可能である。なお、ここでいう土壌改良材には人工土壌も含める。
一方、プレヒータ７９、ロータリーキルン２５等の熱機器周辺の余剰の熱（輻射熱）は、未利用エネルギーとして、例えば、ロータリーキルン２５の周囲に設けた断熱（保温）フード等の熱回収設備２６を流れる空気が熱風となって、配合飼料製造施設２７内の乾燥機２８に送られる。その熱風温度は、３０℃〜２５０℃程度となり得る。

乾燥機２８には、固形分６４が送り込まれ、これがバーナ７６及びロータリーキルン２５からの回収熱によって乾燥される。ここで、バーナ７６の燃料の一部又は全部は、上記したようにバイオマス廃材由来の燃料で代替できる。
そして、乾燥後の固形分６４は、そのまま飼料として畜産農家に提供するか、又は処理施設２７内のブリケットマシン、ペレタイザー８４等により造粒され、飼料８６として畜産農家８８に還元される。この際、セメント工場１８に多量に存在する石灰石等のカルシウム原料の一部をミル９０によって、粉砕し、これを飼料８６に混合すればカルシウム分に富んだ飼料を簡便に得ることができる。
ここで了解されるように、飼料の原料である固形分６４自体が、本来廃材であったものであり、かつその乾燥にあたって、十分な熱量を供給することができると共に、熱量の元となる燃料の一部又は全部も本来、有効利用が不十分だったものである。したがって、本実施の形態に係る複合事業体１は、省資源、省エネルギーの観点からも優れている。

他方、発電設備２２では、バーナ７４によって水を加熱し、ボイラ７２で発生する蒸気で蒸気タービン９２を回転させ、発電機９４によって電力を得る。得られる電力は、セメント工場１８の機器類を稼動させるために消費される。ここで、燃料の一部は、バイオマス廃材由来の燃料により代替され得る。
一方、セメント工場１８で消費し切れない未利用の電力は、処理施設８、１０、１２、１４、２７、３１に送り、それらの処理施設を稼動するための電力として有効利用が図られる。さらに、余剰の電力は、第三者に提供することができる。
また、発電設備２２の使用済み蒸気は、蒸気回収設備３０によって、木材の乾燥処理施設又は木材の滅菌・消毒処理施設等の処理施設３１内の乾燥釜３２に送られる。なお、蒸気回収設備３０は、発電設備２２から抽気した蒸気を送るラインを備えている。この蒸気は、例えば１００℃〜２３０℃、常圧〜１７ｋｇ．ａｔｇの飽和蒸気となっている。

乾燥釜３２では、木材の乾燥処理、木材の滅菌・消毒処理を行うことができる。乾燥釜３２は、オートクレーブのように、湿熱処理装置として実施することができる。セメント工場１８からの蒸気を乾燥釜３２に供給することによって１．２〜５気圧に昇圧し、飽和蒸気雰囲気で被処理品を湿熱処理し、しかる後に真空減圧処理する。このような乾燥釜３２としては、コンクリート二次製品であるコンクリートパイル又はＡＬＣパネルをオートクレーブ養生するためのオートクレーブ装置と同等のものを好ましいものとして挙げることができるが、これらに限定されるものではない。このようなオートクレーブによる処理を行えば、木材の乾燥処理のみならず、条件を変えることによって滅菌・消毒処理を行うことができる。

本発明で、木材の概念には、木製品の原材を含み、かつ角材等を含む概念であり、例えば、建築用高規格材等の建築用材、輸出用梱包に使用される木材の他、輸出用木材そのものも含む。乾燥釜３２を利用した処理は、消毒に加えて乾燥処理が必須の建築用高規格材に特に好適である。また、木製梱包材を初め椅子、机等の木製品もこのような乾燥釜３２で処理することができる。

ここで、製材工場で製材することとの関係でより具体的には、例えば、原木９６を製材する。発生するバーク、端材９８は、木質系資源２としてチップ工場８に送る。製材後の木材１００を乾燥釜３２に投入する。乾燥釜３２では、バーナ７８の燃料の一部又は全部がバイオマス廃材によって代替され、送り込まれる蒸気も蒸気回収設備３０からのものを利用することができる。
処理後の木材１００を表面仕上げする場合には、削り屑１０２を木質系資源２として利用することができる。得られた製品木材１０４は、建設用に用い（図中１０６）、廃材となった場合には、木質系資源２となる。また、乾燥釜３２での処理中に副生する廃液１０８は、木酢液用原料１１０として農地（農家）８２に提供することも可能である。

なお、乾燥釜３２では、牧草、飼料の乾燥（同時に滅菌・消毒）を行うこともでき、消毒済牧草又は飼料１１２として畜産農家８８又は飼料業者に提供することができる。この場合も、バーナ７８の燃料の一部又は全部がバイオマス廃材によって代替され、送り込まれる蒸気も蒸気回収設備３０からのものを利用することができる。なお、生産農家からの稲わら、籾殻１１４等の乾燥処理も行うことができる。
蒸気回収機構３０で回収した蒸気の一部又は全部は、農作物１１６の図示しない熱洗浄処理施設における熱洗浄１１６に用いることができる。熱洗浄１１６は、３０℃〜５０℃の温水又は飽和蒸気等の蒸気によって行う。熱洗浄後、農作物１１８は、消費者１２０に供給される。

ここで、乾燥釜３２は、コンクリート二次製品であるコンクリートパイル又はＡＬＣパネルをオートクレーブ養生するためのオートクレーブ装置と同等のものを好ましいものとしたが、これらに限定されるものではない。
図２には、前記木材の乾燥処理のより具体的な一形態として、直接蒸気と間接蒸気を用いてより好適に木材を乾燥させるようにした木材乾燥機２００を用いた実施の形態を示す。すなわち、図２は、このような木材乾燥機２００を含む木材乾燥システムを概念的に示す。
この木材乾燥システム２００では、図１について説明したようなセメント工場内の発電施設２２からの飽和蒸気を活用している。図１について先に説明した形態では、発電設備２２（発電機９４）の使用済み蒸気を蒸気回収設備３０で回収して使用していた。しかし、図２の実施の形態では、ボイラ７２で発生した飽和蒸気（通常１００ｋｇ／ｃｍ²又はその前後）を蒸気タービン９２の前で分岐し、ライン２０１から弁２０２を経由して取り出している。これは、発電機９４を経た蒸気よりも蒸気圧の調整容易であることによる。

ライン２０１は、ライン２０３と、ライン２０４とにさらに分岐する。そして、飽和蒸気は、約１０ｋｇ／ｃｍ²まで調整弁２０５、２０６で調整される。
ここで、ライン２０３からの飽和蒸気は、直接蒸気として、ライン２０４からの飽和蒸気は間接蒸気として、各々木材乾燥機２００に導入される。間接蒸気は、木材乾燥機２００に設けた配管を通して供給される。このような構成では、直接蒸気により、直接木材へ蒸気を噴霧することで木材乾燥時の表面乾燥によるひび割れを防止しつつ、間接蒸気（乾燥熱）により木材乾燥を促進できるといった効果を期待することができる。なお、間接蒸気は、ライン２０８から取り出し、発電設備２２へ戻すことができる。
乾燥が終了した木材は、トラック２０７等の搬出手段によって搬出される。
ここで、木材乾燥機２００は、製材された木材を乾燥する。したがって、本実施の形態に係る木材乾燥システムは、バイオマス資源の処理施設に含まれる。すなわち、図２の木材乾燥システムは、図１について説明した複合事業体中のバイオマス資源の処理施設に含めて実施することができる。
一方、この木材乾燥システムでは、一般的には、製材された木材を乾燥処理する。製材に伴って副生した製材屑は、図1に説明したと同様の木質系資源２として図1と同様の処理施設８に供給される。ここで生産されたチップ３４は、バーナ７４の燃料として供給することができる。

木材乾燥機２００内における一般的乾燥条件は、以下の通りである。
蒸気性状：飽和蒸気
蒸気圧力：５〜９ｋｇ／ｃｍ²
蒸気温度：１５０〜１８０℃
蒸気量：２００〜４５０ｋｇ／ｃｍ²
湿球温度：２０〜１００℃
乾球温度：２０〜１３０℃

本発明者らは、上記木材乾燥システムにより、Ｔ３５×Ｗ１３５×Ｌ３０００ｍｍの大分県産杉板材５６本（平均含水率８５．６２％）を目標含水率１１％に設定し、乾燥を行った。
上記乾燥条件をもとに、最大乾湿球温度差５６℃（乾球温度８０℃×湿球温度２５℃）、乾燥時間１１６時間のスケジュールにより平均含水率８．２４％の乾燥状態を得ることができた。

なお、図１において、処理施設２７のバーナ７６、処理施設３１のバーナ７８は、供給される蒸気、熱風で十分な処理効果を得られる場合には、必ずしも必要ではない。また、セメント製造工場１８の稼動余力がある場合、例えば遊休のロータリーキルンがある場合には、バイオマス資源の処理施設の一部として利用し、バイオマス資源の乾燥処理等を行わせるようにすることもできる。
なおまた、輻射熱に関する情報は、点線で示したライン７５、８１、回収した蒸気に関する情報は、点線で示したライン９５によって、エネルギー評価システム２４に伝達される。
本実施の形態で了解されるように、複合事業体１におけるエネルギー交換方法では、セメント工場１８のキルン輻射熱や発電設備２２の使用済み蒸気等を未利用エネルギーとして回収し、バイオマス資源の処理施設２７、３１へ供給する。この際、処理施設２７、３１が必要とするエネルギー形態（熱、蒸気、温水等）に合わせて、係る未利用エネルギーを供給する。複合事業体１のエネルギー評価システム２４では、処理施設２７、３１で現在利用しているエネルギーからセメント工場１８の未利用エネルギーに代替した場合のエネルギー収支を計算し、プラスマイナスの相対評価を行う。

本実施の形態から了解されるように、本発明に係る複合事業体では、セメント製造施設と、バイオマス資源の処理施設とが連携されることにより、バイオマス資源及びセメント製造施設での未利用エネルギーの有効かつ適切な処理・利用が行われている。すなわち、セメント製造のためのセメント原燃料をバイオマス資源で代替しながら、セメント製造施設の未利用エネルギーをバイオマス資源の処理施設で活用できる。したがって、単にバイオマス資源の処理のみに大きな投資やランニングコストを行う必要がない。かつ、複数の処理内容のバイオマス資源の処理施設がセメント製造施設を核として統合されることも可能なので、バイオマス資源に由来する製品の品質、成分及び供給量の安定を図りやすくなるとともに、バイオマス資源や本発明の処理によって得られる副産物を介して、該処理施設間や大元の農家、畜産場等との連携を図ることもできる。また、この複合事業体では、優れたエネルギー交換方法によって、このようなセメント製造施設と、処理施設の間のエネルギー収支が有効かつ適切に調整される。

図１は、本発明に係る複合事業体の一実施の形態について、その概要を説明する概念図である。 図２は、本発明に係る複合事業体に組み込むことのできる木材乾燥システムについて、その概要を説明する概念図である。

符号の説明

１ 複合事業体
２ 木質系資源
４ 畜産系資源
６ 農業系資源
８、１０、１２、１４、２７、３１ 処理施設
１６ メタン発酵槽
１８ セメント工場
２０ セメント製造装置
２２ 発電設備
２４ エネルギー評価システム
２５ ロータリーキルン
２６ 熱回収設備
２８ 乾燥機
３０ 蒸気回収設備
３２ 乾燥釜
３４ チップ
３６、５２ タンク
４０、５４、６０ プレス
４２、５６、６２ 残存液
４４、５８、６４ 固形分
４８ セメント原燃料用資源
５０ 飼料用資源
６６ 脱硫塔
６８ タンク
７０、７４、７６、７８ バーナ
７２ ボイラ
７９ プレヒータ
８０ 土壌改良材
８２ 農地（農家）
８４ ブリケットマシン、ペレタイザー
８６ 飼料
８８ 畜産農家
９０ ミル
９２ 蒸気タービン
９４ 発電機
９６ 原木
９８ バーク、端材
１００ 木材
１０２ 削り屑
１０４ 製品木材
１０８ 廃液
１１０ 木酢液
１１２ 消毒済み牧草又は飼料
１１４ 稲わら、籾殻
１１６ 熱洗浄
１１８ 農作物
１２０ 消費者
２００ 木材乾燥機
２０１、２０３、２０４ ライン
２０２ 弁
２０５、２０６ 調整弁
２０７ トラック

Claims (2)

1. バイオマス資源の処理施設と、セメント製造施設を含む複合事業体であって：
   上記セメント製造施設ではセメント製造が行われるとともに、
   上記セメント製造施設から上記バイオマス資源の処理施設にはセメント製造施設における未利用エネルギーが供給され、
   上記バイオマス資源の処理施設では、１）バイオマス資源の原燃料化、２）肥料、土壌改良材、飼料、乾燥木材、木材チップのうち少なくとも一以上の製造、３）木材、飼料、牧草、農作物のうち少なくとも一以上の乾燥・滅菌・消毒処理や洗浄処理におけるこれら１）〜３）のうちの少なくとも一以上の処理が行われ、
   上記バイオマス資源の処理施設から排出される廃棄物又は上記原燃料化によって得られる原燃料は、上記セメント製造施設でのセメント製造過程で原燃料の一部として用いられる
   ことを特徴とする複合事業体。
2. バイオマス資源の処理施設とセメント製造施設を含む複合事業体におけるエネルギー交換方法であって：
   上記バイオマス資源の処理施設から排出される廃棄物又は上記原燃料化された原燃料がバイオマス原燃料として上記セメント製造施設にエネルギー供給され、
   供給された上記バイオマス原燃料は、バイオマスエネルギーとしての価値評価がなされた後、上記セメント製造施設でのセメント製造過程で原燃料の一部として用いられるとともに、
   上記セメント製造施設でのセメント製造過程で発生する未利用エネルギーを、上記価値評価結果や相互のエネルギーを考慮しつつ、先方の求めに応じて上記バイオマス原燃料を提供した上記バイオマス資源の処理施設に供給するようにしたことを特徴とするエネルギー交換方法。

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