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ひとつであり、耕地の責任ある利用と安全な食料・飼料生産に適合する基質と廃棄物の供給が条件となる。
- BIOMANは、バイオガスプラントのためのいくつかの物理的・酵素的前処理戦略と技術を調査するEUの資金提供プロジェクトである。
- パワー超音波は、バイオマスの消化を改善し、それによってバイオガスの収量を大幅に増加させる方法として実証されている。
BIOMAN
糞尿や農業残渣のような生物学的廃棄物は、ヨーロッパのみならず世界中で、バイオガス製造のための豊富な資源となっている。しかし、これらの基質には、メタンポテンシャルの低い繊維質(乾物含量の5~80%)が多く含まれているため、バイオガスプラントの運転に対する経済的利益は、トン当たりのバイオガス収量が低いため、経済的に採算が合わないことが多い。バイオガス収率を向上させるためには、前処理(機械的、熱的、化学的、生物学的など)が有効であることが示されている(Angelidaki & Ahring, 2000; Uellendahl et al., 2007)。Biomanプロジェクトでは、廃棄物バイオマス1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る。
BIOMANは、一連の中小企業のために、バイオガスプラントのための物理的・酵素的前処理戦略と技術を開発する。これにより、中小企業のコンソーシアム・メンバーが完全なソリューションを市場に提供し、農業部門が牛糞と藁で直接バイオガスプラントを稼働できるようになる。
再注入ループ
“再注入ループ” は、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、様々な機械的・酵素的処理を組み合わせてバイオガスを製造するためのものである(図1参照)。ダウンサイジング、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、バイオガス反応器への再循環前に、前消化および脱水されたバイオマスに適用される。
謝辞
BIOMANは、欧州連合(EU)の第7次フレームワーク・プログラムから資金援助を受けている。 REA – リサーチ・エグゼクティブ・エージェンシーFP7-SME-2012,315664の助成金契約に基づく(FP7/2007-2013)、 “BIOMAN”.
知っておくべき事実
バイオガスとは何ですか?また、どのような成分からできているのですか?
バイオガスとは、酸素のない状態で有機物が分解されることによって生成されるガスの混合物です。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、家畜ふん尿、都市ごみ、植物性物質、下水、緑ごみ、食品廃棄物などの原料から生産することができます。これは再生可能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が極めて小さいのが特徴です。
メタン、水素、一酸化炭素(CO)は酸素で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ている。このエネルギーは主に燃料や暖房用として利用されるか、ガスエンジンを介して電気や熱に変換される。
バイオガス生産には、なぜ前処理が必要なのでしょうか?
家畜ふん尿や農業残渣などの生物由来廃棄物には、繊維が大量に含まれており(乾物分の5~80%)、メタン生成能が低いため、1トンあたりのバイオガス収量が少なく、バイオガスプラントの採算が合わないことがよくあります。 この収量を向上させるために、前処理(機械的、熱的、化学的、生物学的)が行われる。
バイオマスの消化において、高出力超音波はどのような役割を果たすのでしょうか?
高出力超音波は、バイオマスの消化を促進し、バイオガスの収量を大幅に増加させることが実証されている手法です。「再注入ループ」において、超音波は、微細化や酵素処理と並んで適用される主要な分解技術の一つです。
自分のプロセスに適した超音波システムをどのように見つければよいでしょうか?
Hielscher社は、実験室用および産業用グレードの超音波処理装置(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ご相談の上、お客様の消化処理や前処理のセットアップに適したシステムをご提案いたします。
超音波処理は、廃活性汚泥の好気性消化を促進するのでしょうか?
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、細胞壁の破壊と基質の生物学的利用能を高めることでプロセスを改善し、嫌気性消化においては廃棄物バイオマス1トンあたりのメタン収量を増加させます。廃活性汚泥(WAS)の好気性消化においても、同様の超音波処理のメカニズムにより、分解と加水分解が促進され、汚泥の体積を削減することができます。 好気性WAS消化における超音波処理のメリットをご覧ください!
文献/参考文献
- 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.

