脱炭素化を目指した汚染バイオマスの先進的エネルギー変換技術システムの開発と実装シナリオの設計及び評価（令和 3年度）
Development of Advanced Energy Conversion Technology Systems for Utilization of Radioactively-contaminated Biomass and Implementation Scenarios towards Decarbonized Society

研究概要

事故由来放射性物質汚染という特殊事情からの脱炭素まちづくりへの貢献を目指して、バイオマス利活用技術の開発と開発技術の実装のために、三つの研究課題（サブテーマ）を行う。サブテーマ1では、汚染樹皮(バーク)を含む木質バイオマスの発電技術の確立を目指し、実施設試験調査及びラボ流動床炉等を用いてバークと木質チップとの混合燃焼やガス化の二種類のエネルギー変換技術を開発し、両変換過程における放射性セシウムの挙動を明らかにする。また、残渣利用や技術特性の数値化も検討する。サブテーマ2では、家畜糞尿等の廃棄物系バイオマスの利活用を目指し、サブテーマ1のガス化と連携した炭素利用・貯留（CCUS）付き連携発電システムの核となる先進的メタン発酵技術を開発する。また、放射性セシウムを含めて物質・エネルギー収支モデルを構築する。サブテーマ3では、福島県浜通りの自治体を対象に、サブテーマ1-2の研究開発を踏まえた地域将来シナリオと、バイオマス生産・サプライチェーン整備に資する地域資源データベースを開発する。また得られた成果から創生される地域循環共生圏における持続可能性等を評価し、社会実装における課題を整理し施策を提言する。

研究の性格

• 主たるもの：技術開発・評価
• 従たるもの：応用科学研究

全体計画

サブテーマ1では、汚染バークと木質チップから高温熱処理により発電するための安定燃焼及びガス化技術を開発し、放射性セシウムの挙動を明らかにして安全な熱処理技術を確立する。加えて、処理残渣の安全性の評価を通して残渣の適正処分法もしくは炭素貯留法を提案する。これらの熱処理技術に対して放射性物質を含めた物質・エネルギー収支モデルを提示する。
サブテーマ2では、バイオマスのメタン発酵技術に、CCUS技術として金属触媒等を利用しつつ、ガス化や発酵において副生成するCO2等をメタンへ変換する技術（バイオメタネーション）を付加した新技術を開発するとともに、炭素収支を明らかにする。また、物質・エネルギー収支解析に加えて、放射性セシウムの挙動を解明し、放射性セシウムを安定的に制御する手法を構築する。
サブテーマ3では、上記の開発技術をキーとして、具体の対象地域において、脱炭素化に資するバイオマスエネルギー転換を中心とした復興実装シナリオを開発する。社会実装を検討するための地域資源データベースを構築し、サプライチェーンを提案する。新産業創出も含め復興の進展に伴う段階的技術導入シナリオを提案する。地域協働により導入計画を検証しつつ、脱炭素化がもたらす総合的な地域創生効果を検討し、災害からの復旧の際にバイオマスエネルギーを導入するための方法論を整理する。

今年度の研究概要

サブテーマ1では、燃焼技術開発の研究に力点を置き、実施設試験調査及び実機想定したラボ流動床燃焼実験による安定燃焼条件を検討し、放射性セシウムの挙動把握と無機系残渣の安全性評価を実施する。
また、ガス化技術開発の研究では、熱分析装置による熱分解特性の予備的把握を行う。
サブテーマ2では、ラボバイオリアクターによる嫌気性金属腐食を利用したCO2バイオメタネーションもしくは炭酸塩化の基礎的条件を明らかにする。また、ガス化-メタン発酵連結装置において、ガス化ガスのメタン発酵槽におけるCO及びCO2の挙動及びガス熱量を最大化するガス発酵条件を検討する。
サブテーマ3では、対象地域とその周辺地域において、未利用森林資源、農業残渣、畜産廃棄物などの現在の利用状況調査と将来予測を行い、バイオマス地域資源に関するデータベースを構築する。そのデータベースを用いて新産業創出も含め幅広の熱需要家・技術の経済性も含めたカタログとして整備する。対象地域等の事情に沿った、復興の進展の段階性を考慮し、地域社会システムの将来シナリオを開発する。

外部との連携

農研機構、福島県環境創造センター、ヤンマーエネルギーシステム、栗田工業、福島県、福島県再生可能エネルギー関連産業推進研究会