BIOMAN – バイオマス消化のための超音波
- バイオガスから生産されるエネルギーは、最も重要な再生可能資源の一つであり、その生産は、耕作地の責任ある利用と安全な食品・飼料生産に適合する基質および廃棄物の供給を条件としています。
- BIOMANは、バイオガスプラント向けの複数の物理的・酵素的前処理戦略および技術を研究する、EUの資金援助を受けたプロジェクトです。
- 高出力超音波は、バイオマスの消化を改善し、それによってバイオガス収量を大幅に増加させる、実証済みの方法です。
再注入ループによるバイオガス生産
BIOMAN
糞尿や農業残渣などの生物由来の廃棄物は、欧州および世界各地で、生産のための豊富な資源となります。しかし、これらの基質はメタン生成ポテンシャルの低い繊維を多く含むため（乾物含有量の5–80%）、トン当たりのバイオガス収量が少なく、バイオガスプラントの運転による経済的利益は、採算を確保するには低すぎることがよくあります。バイオガス収量の改善には、前処理（例えば、機械的、熱的、化学的、生物学的処理）が有益であることが示されています（Angelidaki & Ahring, 2000; Uellendahl et al., 2007）。Biomanプロジェクトでは、廃棄バイオマスのトン当たりのバイオガス収量を増加させることを目標に、再注入ループの処理コンセプトを研究しています。その前提条件は、経済的持続可能性を確保するために、処理による利益が運転コストを上回ることです。
BIOMANは、複数の中小企業のために、バイオガスプラント向けの物理的・酵素的前処理戦略および技術を開発します。これにより、コンソーシアムに参加する中小企業は包括的なソリューションを市場に提供でき、農業部門は牛の糞尿とわらを直接原料としてバイオガスプラントを運転できるようになります。
再注入ループ
「再注入ループ」 ́は、さまざまな機械的処理と酵素処理を組み合わせることで、リグノセルロースを多く含む難分解性の低エネルギー基質からバイオガスを生産するためのものです。図1を参照してください。サイズ縮小、超音波処理、酵素処理は、再注入ループで使用される技術であり、事前に消化・脱水したバイオマスをバイオガス反応器に再循環させる前に適用されます。重点となるのは、全体としての経済的持続可能性です（Uellendahl et al. 2013）。
謝辞
BIOMANは、 REA – 研究執行機関が管理する欧州連合の第七次研究枠組み計画（FP7/2007-2013）の下で、助成契約n0 FP7-SME-2012, 315,664, “BIOMAN”に基づく資金援助を受けています。
知っておきたい基礎知識
バイオガスとは何で、何からできていますか？
バイオガスは、酸素が存在しない環境で有機物が分解されることによって生じる混合ガスです。その主成分はメタン（CH₄）と二酸化炭素（CO₂）です。バイオガスの主成分はメタン（CH₄）と二酸化炭素（CO₂）です。バイオガスは、農業廃棄物、糞尿、都市廃棄物、植物由来の物質、下水、剪定枝や刈草などの緑地廃棄物、食品廃棄物などの原料から生産できます。再生可能なエネルギー源であり、多くの場合、カーボンフットプリントは非常に小さくなります。
メタン、水素、一酸化炭素（CO）は酸素によって燃焼または酸化できるため、バイオガスは再生可能なエネルギー源として利用されます。このエネルギーは、主に燃料として、また暖房や加熱のために利用されるほか、ガスエンジンを介して電気と熱に変換されます。
バイオガス生産に前処理が必要なのはなぜですか？
糞尿や農業残渣などの生物由来の廃棄物は、メタン生成ポテンシャルの低い繊維を多く含みます（乾物の5–80%）。このため、トン当たりのバイオガス収量が少なく、バイオガスプラントは採算が取れないことがよくあります。収量を改善するために、前処理（機械的、熱的、化学的、生物学的処理）が用いられます。
高出力超音波はバイオマス消化においてどのような役割を果たしますか？
高出力超音波は、バイオマスの消化を改善し、バイオガス収量を大幅に増加させる、実証済みの方法です。再注入ループでは、超音波は、サイズ縮小および酵素処理と併用される主要な破砕技術の一つです。
自分のプロセスに適した超音波システムを見つけるにはどうすればよいですか？
Hielscherは、研究室用および産業用の超音波プロセッサー（最大16,000 W）を提供しており、お客様の具体的な要件について相談し、消化または前処理の設備構成に適したシステムを提供します。
超音波処理は余剰活性汚泥の好気性消化を改善しますか？
超音波処理は、汚泥の消化を促進する効果的な方法です。超音波は、細胞壁の破砕と基質の生物学的利用能を高めることによってプロセスを改善し、嫌気性消化では廃棄バイオマスのトン当たりのメタン収量を増加させます。余剰活性汚泥（WAS）の好気性消化でも、同じ超音波処理のメカニズムが破砕と加水分解を促進し、汚泥の体積を減少させることができます。 WASの好気性消化における超音波処理の利点をご覧ください！
文献・参考資料
- Karaalp, Duygu (2014): Enhancement of Biogas Production from Laying Hen Manure via Sonolysis as Pretreatment. Journal of Bioprocessing & Biotechniques 04(06), January 2014.
- Kavitha S., Jessin Brindha G.M., Sally Gloriana A., Rajashankar K., Yeom I.T., Rajesh Banu J. (2016): Enhancement of aerobic biodegradability potential of municipal waste activated sludge by ultrasonic aided bacterial disintegration. Bioresource Technology 2016 Jan;200:161-169.
- C. M. Braguglia, G. Mininni, A. Gianico (2008): Is sonication effective to improve biogas production and solids reduction in excess sludge digestion? Water Science Technology 1 March 2008; 57 (4): 479–483.
- Uellendahl, H., Njoku, S.I., Kragelund, C., Ottosen, L.,Ruiz , B.(2013): Boosting the economy of manure based biogas plants. Proceedings of the International Anaerobic Digestion Symposium at BiogasWorld 2013, April 23- 25, Berlin.
Hielscher Ultrasonicsは、 研究室規模 から 産業規模までの高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。