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技術 木質バイオマスからエネルギー発生させるプロセスと組み合わせた付加価値の高い農産物の効率的生産方法

出願人 林芳信
発明者 林芳信片山裕之山根守之
出願日 2016年6月27日 (2年4ヶ月経過) 出願番号 2016-126163
公開日 2018年1月11日 (10ヶ月経過) 公開番号 2018-000001
状態 未査定
技術分野 植物の栽培 潅水 捕獲、駆除 固体廃棄物の処理 物理的水処理 肥料
主要キーワード アクチノイド系元素 総合エネルギー 必要元素 熱水作用 次産業 後進波管 天照石 スケール効果
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年1月11日)のものです。
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図面 (2)

課題

木質バイオマスからのエネルギー発生プロセスからの副生物の有効利用などの技術を組み合わせることによって、農産物として付加価値の高いものを効率的に製造する。

解決手段

木質バイオマスをガス化して、そのガス燃焼して発電する設備に、土壌加熱・露地栽培用場を併設し、発生した温熱水を土壌の中に埋め込まれたパイプを通して供給して土壌を温める。温熱水あるいはそのエネルギーを変換して製造した温水を、土壌加熱・露地栽培場に灌漑用水として供給する。灌漑用の水を、テラヘルツ波を発生する鉱物を含むビーズの層を通過させる。土壌加熱・露地栽培の土壌に、テラヘルツ波発生物を含むビーズ状の成形物あるいはそれを破砕したものを、木質バイオマスの燃焼灰とともに撒布して土中菌を活性化する。土壌加熱・露地栽培の土壌表面あるいは作物表面に、雪柳の葉の破砕物から水を用いて抽出・熟成した液を噴霧・撒布して害虫忌避する。

概要

背景

日本の林業は、現在、木材の輸入率が高い、林地残材が多い、間伐不足による山林荒廃が進んでいるなどの問題を抱えており、木材用エネルギー用など総合的に考えて、全体としてコストダウンして国際競争力強化目指すことが必要である。そのためにはエネルギーとしての有効利用(FIT制度に全面依存でなく、コスト競争力があるものにする)を見直す必要がある。一方、農業については、コスト競争力を強化しなければ、輸入品に負けることから、付加価値の高い製品を、効率的に製造する体制を作ることが望まれる。

まず、木質エネルギー利用については、これまでの化石燃料原子力を利用した大規模発電がいろいろな問題に直面している中、再生可能エネルギーを利用した発電法の進展が期待されている。その1つが木質バイオマスを利用した発電法である。木質バイオマスは、植物が空気中の炭酸ガスを吸収して光合成によって形成された有機物体であり、それを発電などのエネルギー源として効率的に利用できれば、地球温暖化対応にも好ましい効果を発揮する。しかし、従来型の木質バイオマスをエネルギー源とする発電法の弱点は、そのエネルギー利用効率および経済性が高くないことである。たとえば、木質バイオマスを専焼あるいは石炭混焼してスチームを作り、それを用いてタービンを回して発電する方法では、木質バイオマスを燃やした時に発生する灰などは、発生熱をスチーム製造に変換する時に分離される。そして、タービンを回した後のスチームは海水などによって冷却され、その温海水は海に放散される。このプロセスで、スチームを製造する時に発生した排ガスの熱は有効利用されていないことが多い。また、発電タービンを回した後のスチームの熱量も有効に利用されていないことが多い。したがって、この方式は、大型設備で実施すれば、スケール効果を生かして熱効率は40〜50%にすることができるが、規模が小さくなるにつれて発電効率が低下するという問題がある。一方、まず、木質バイオマスをガス化して灰分を分離してから、得られたガス燃焼してガスエンジンガスタービン)によって発電する方式では、ガス化時に発生するおそれのあるタールなどの問題を回避しつついかにして発熱量の高いガスを得るかに関して技術の差があるが、発生ガスからの灰分の分離のために冷却する時の熱、また、ガスタービン(ガスエンジン)を出た後のガスのエネルギーが有効利用されない時には、熱効率は低い場合は20%以下、高い場合でも30%以下である。排熱温熱水として周辺に供給する方法はいくつかあるが、温熱水の需要は、地域の条件や季節の影響を受けるので、年間を通しての総合熱利用効率を十分に高めるには至っていないのが現状である。今後、追及すべきことの1つは、副生物の有効利用の量および質の向上である。

一方、農作物について、品質の高いものを、効率を上げて生産し、経済性を高めるための切り口としては、温度の調整、土壌肥料灌漑水の改善、農薬に依存しない害虫防御策などが挙げられる。このうち、温度の調整について、実用化されているほとんどは、高価なエネルギー源を用いる温室である。土壌は、植物に対して、水分の供給、肥料分の供給、植物と共生する微生物などが活動する場の提供などの役割をする。土壌にこのような機能を十分に持たせるために添加されるものとしては、まず、ある条件以上の肥料効果を持つものが肥料と呼ばれている。また、肥料効果はその条件を満足しないが、植物の栽培に効果のあるものが堆肥腐植土土壌改良材などさまざまな名称で呼ばれている。このほかに液体状態で加えるものは液肥と呼ばれている。植物栽培のために土壌に要求される成分としては、肥料の3要素としてのチッソ、リン酸カリ、2次要素としてのマグネシウムカルシウムイオウ、さらには微量必要元素としてマンガンホウ素、鉄、銅、亜鉛モリブデン塩素などが知られている。これらは必要量以上存在すればいいというのではなく、それぞれ適正量が、あるバランスをもって存在していることが求められる。従来の肥料の中心をなしてきた化学肥料は、必要とする元素を供給するという点では的確な効果を有するが、土壌に肥料に随伴していた酸性成分などを残存することによる土壌酸性化などの問題を伴なっている。したがって、長期的な視点から見れば出来るだけ、その使用量を減らしてゆくことが望まれる。これに対して、家畜糞などを発酵させて成分条件を調整したものが堆肥である。適正な条件で作られた堆肥はチッソ、リン酸、カリウムなどの肥料成分を含むものとして、また土壌の物理特性を改善するものとして用いられる。しかし、堆肥化時の発酵の挙動原料組成温度条件などの影響を受ける。発酵が不十分な状態で得られた堆肥を土壌に施用すると、土壌中でバクテリアが急激に繁殖することによって作物の根が障害を受けるという根やけという現象窒素飢餓を引き起こすことがある。このように堆肥は品質がばらつきやすいので、一般的には農家では使いにくいという問題があり、有機農法用として拡大が期待されながらも、化学肥料になかなかに取って代われないというのが現状である。また、堆肥の製造条件によっては、雑草などの種や有害な細菌類の残存が問題になる。最近、廃棄物の有効利用という観点からも、家畜糞の有効利用の拡大が要望されているが、上記の課題を克服できていない状況にあり現在の堆肥は製造しても用途を拡大できにくい状況にある。また、最近、バイオベッド農法と呼ばれる、共存する微生物を制御する方法も注目されているが、まだ技術が体系化されていない状況である。

化学肥料に依存しないで作物の栽培を促進しようとする方法として、特許文献1に、リンゴ絞り滓を混合して蓄糞有機材料を発酵させて堆肥化する方法が示されている。特許文献2には園芸栽培用混合用土に陽イオン置換された人工ゼオライト混合して過剰施肥による肥料焼けや、栽培植物による産出される有機酸吸着または中和して担子菌類の増殖を抑制し、根腐れを防止する方法が示されている。ゼオライト吸収力吸着力脱臭力を利用して、厩肥の消臭、発酵促進材として使用されている。また、堆肥や肥料に混ぜて施すと、保肥性やリン酸の利用効率が高まることが知られている。特許文献3には、樹木枝葉短期間で完熟状態に堆肥化できる方法として、枝葉材に刈芝または雑草、米ぬか発酵菌および水分を添加して混合攪拌した後、かに殻を添加してから発酵工程に移る方法が示されている。かに殻などの甲殻類外皮粉砕するとチッソ、リンを含む普通肥料に利用できること、未粉砕でも特殊肥料に使われることが知られている。特許文献4には、有機性廃棄物火山灰軽石粉末、酸化アルミニウム酸化鉄カオリナイトおよび酸性白土からなる群から選ばれる1種または2種以上の無機触媒を添加して加熱乾燥処理した後、150〜200℃で8〜40時間保持する熱処理を行って有機質肥料を製造する方法が示されている。特許文献5には生ゴミ炭化するステップと、炭化した生ゴミにEM菌を配合するステップを有する肥料生成方法が示されている。特許文献6には、家畜糞を堆肥化過程を経ないで燃焼し、過剰に持ち込まれたチッソを系外に排出し、その過程で発生するエネルギーを発電に活用し、さらに生成した家畜糞燃焼灰鉱酸を反応された肥料組成物を得る方法が示されている。特許文献7には、土壌の団粒構造化に必要な資材を過不足なく含む土壌改良材として、土壌の粒子つなぐためのシルト粘土分を含む泥土焼却灰などの繋ぎ材料、有機物分解菌などの生育場所となる珪藻土やそれを高熱処理したものなどの多孔質資材、有機物を分解するための分解菌やバクテリアなどの微生物、および堆肥や合成肥料などの有機物を混合し、これにセメント系などの固化材混入して硬化させ粒状としたものが示されている。草木灰はカリウム、カルシウムなどを含むことから、土壌に全面に梳きこむなどの元肥としての使用、あるいはカリを含むことから追肥として使用することが知られている。しかし、草木灰は、アンモニア性窒素を含んだ肥料と混合使用すると、アンモニア揮発を促進したり、水溶性リン酸を含んだ肥料と混合すると、リン酸の不溶化を起こすこと、カリウムが過剰になると、カルシウム、マグネシウムの吸収を阻害するなどの過剰障害を起こすことも知られている。また、一般に堆肥化の過程ではアルカリ性が強すぎると微生物の活動を阻害すると考えられていた。また、木炭多孔質吸着性を有することから、土壌に添加すると土壌の透水性および保水性の改善、陽イオン交換能力の向上、有害微生物の吸着固定などの機能を有し、土壌改善効果を持つことが知られている。

食糧資源の安定確保は重要な課題であるが、20世紀の後半以降の「品種改良」、「農薬と肥料の大量使用」を軸とする単位面積あたりの収穫量を上げるという方策は行きづまりの様相を呈しており、環境負荷が小さく、かつ農業の生産性高位に保つ方策が求められている。そのためには、各種の生物の機能を総合的に組み合わせて、永続性のあるシステムを作り上げることが望まれている。これに対して、これまで要素技術についてはいくつかの方法が示されているが、総合的に、効率と永続性を発揮できるものは確立されていない状況にある。

また、害虫対策としては、化学的に作られた殺虫剤を用いることが一般的であるが、食物となる農産物に適用してよいかについては疑問が残る。しかし、それに代わる有効な方法は確立されているとは言えない。このように、農業において、品質など付加価値が高いものを、効率的に製造する方式について,経済的な対応策が確立されているとは言えない状況にある。

概要

木質バイオマスからのエネルギー発生プロセスからの副生物の有効利用などの技術を組み合わせることによって、農産物として付加価値の高いものを効率的に製造する。木質バイオマスをガス化して、そのガスを燃焼して発電する設備に、土壌加熱・露地栽培用場を併設し、発生した温熱水を土壌の中に埋め込まれたパイプを通して供給して土壌を温める。温熱水あるいはそのエネルギーを変換して製造した温水を、土壌加熱・露地栽培場に灌漑用水として供給する。灌漑用の水を、テラヘルツ波を発生する鉱物を含むビーズの層を通過させる。土壌加熱・露地栽培の土壌に、テラヘルツ波発生物を含むビーズ状の成形物あるいはそれを破砕したものを、木質バイオマスの燃焼灰とともに撒布して土中菌を活性化する。土壌加熱・露地栽培の土壌表面あるいは作物表面に、雪柳の葉の破砕物から水を用いて抽出・熟成した液を噴霧・撒布して害虫を忌避する。

目的

そのためには、各種の生物の機能を総合的に組み合わせて、永続性のあるシステムを作り上げることが望まれている

効果

実績

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請求項1

木質バイオマスガス化して、そのガス燃焼して発電する設備に、農業生産用土壌加熱・露地栽培用場を併設し、木質バイオマスをガス化して、そのガスを燃焼して発電する設備から発生した温熱水を土壌の中に埋め込まれたパイプを通して供給して土壌を温めることを特徴とする木質バイオマスからエネルギー発生させるプロセスと組み合わせた農産物の効率的生産方法

請求項2

請求項1において、木質バイオマスをガス化して、そのガスを燃焼して発電する装置から副生する温熱水あるいはそのエネルギーを変換して製造した温水を、農業生産用の土壌加熱・露地栽培場に灌漑用水として供給することを特徴とする木質バイオマスからエネルギー発生させるプロセスと組み合わせた農産物の効率的生産方法。

請求項3

請求項2において、灌漑用の水を、テラヘルツ波を発生する鉱物を含むビーズの層を通過させることを特徴とする木質バイオマスからエネルギー発生させるプロセスと組み合わせた農産物の効率的生産方法。

請求項4

請求項3において、テラヘルツ波を発生するビーズを構成する鉱物として、原子番号が57以上の元素が1種あるいはそれ以上含まれているものを用いることを特徴とする木質バイオマスからエネルギー発生させるプロセスと組み合わせた農産物の効率的生産方法。

請求項5

請求項3又は請求項4において、テラヘルツ波を発生する天然鉱物として、天照石モナザイト、甦生石のいずれか、あるいはその混合物を用いることを特徴とする木質バイオマスからエネルギー発生させるプロセスと組み合わせた農産物の効率的生産方法。

請求項6

請求項1乃至請求項5において、土壌加熱・露地栽培の土壌に、テラヘルツ波発生物を含むビーズ状の成形物あるいはそれを破砕したものを、木質バイオマスの燃焼灰とともに撒布することを特徴とする木質バイオマスからエネルギー発生させるプロセスと組み合わせた農産物の効率的生産方法。

請求項7

請求項1乃至請求項6において、土壌加熱・露地栽培の土壌表面あるいは作物表面に、雪柳の葉の破砕物から水を用いて抽出・熟成した液を噴霧・撒布して害虫忌避することを特徴とする木質バイオマスからエネルギー発生させるプロセスと組み合わせた農産物の効率的生産方法.

技術分野

0001

本発明は、木質バイオマス原料とする発電法と組み合わせて、付加価値の高い農産物を効率的に生産するための方法に関する。

背景技術

0002

日本の林業は、現在、木材の輸入率が高い、林地残材が多い、間伐不足による山林荒廃が進んでいるなどの問題を抱えており、木材用エネルギー用など総合的に考えて、全体としてコストダウンして国際競争力強化目指すことが必要である。そのためにはエネルギーとしての有効利用(FIT制度に全面依存でなく、コスト競争力があるものにする)を見直す必要がある。一方、農業については、コスト競争力を強化しなければ、輸入品に負けることから、付加価値の高い製品を、効率的に製造する体制を作ることが望まれる。

0003

まず、木質エネルギー利用については、これまでの化石燃料原子力を利用した大規模発電がいろいろな問題に直面している中、再生可能エネルギーを利用した発電法の進展が期待されている。その1つが木質バイオマスを利用した発電法である。木質バイオマスは、植物が空気中の炭酸ガスを吸収して光合成によって形成された有機物体であり、それを発電などのエネルギー源として効率的に利用できれば、地球温暖化対応にも好ましい効果を発揮する。しかし、従来型の木質バイオマスをエネルギー源とする発電法の弱点は、そのエネルギー利用効率および経済性が高くないことである。たとえば、木質バイオマスを専焼あるいは石炭混焼してスチームを作り、それを用いてタービンを回して発電する方法では、木質バイオマスを燃やした時に発生する灰などは、発生熱をスチーム製造に変換する時に分離される。そして、タービンを回した後のスチームは海水などによって冷却され、その温海水は海に放散される。このプロセスで、スチームを製造する時に発生した排ガスの熱は有効利用されていないことが多い。また、発電タービンを回した後のスチームの熱量も有効に利用されていないことが多い。したがって、この方式は、大型設備で実施すれば、スケール効果を生かして熱効率は40〜50%にすることができるが、規模が小さくなるにつれて発電効率が低下するという問題がある。一方、まず、木質バイオマスをガス化して灰分を分離してから、得られたガス燃焼してガスエンジンガスタービン)によって発電する方式では、ガス化時に発生するおそれのあるタールなどの問題を回避しつついかにして発熱量の高いガスを得るかに関して技術の差があるが、発生ガスからの灰分の分離のために冷却する時の熱、また、ガスタービン(ガスエンジン)を出た後のガスのエネルギーが有効利用されない時には、熱効率は低い場合は20%以下、高い場合でも30%以下である。排熱温熱水として周辺に供給する方法はいくつかあるが、温熱水の需要は、地域の条件や季節の影響を受けるので、年間を通しての総合熱利用効率を十分に高めるには至っていないのが現状である。今後、追及すべきことの1つは、副生物の有効利用の量および質の向上である。

0004

一方、農作物について、品質の高いものを、効率を上げて生産し、経済性を高めるための切り口としては、温度の調整、土壌肥料灌漑水の改善、農薬に依存しない害虫防御策などが挙げられる。このうち、温度の調整について、実用化されているほとんどは、高価なエネルギー源を用いる温室である。土壌は、植物に対して、水分の供給、肥料分の供給、植物と共生する微生物などが活動する場の提供などの役割をする。土壌にこのような機能を十分に持たせるために添加されるものとしては、まず、ある条件以上の肥料効果を持つものが肥料と呼ばれている。また、肥料効果はその条件を満足しないが、植物の栽培に効果のあるものが堆肥腐植土土壌改良材などさまざまな名称で呼ばれている。このほかに液体状態で加えるものは液肥と呼ばれている。植物栽培のために土壌に要求される成分としては、肥料の3要素としてのチッソ、リン酸カリ、2次要素としてのマグネシウムカルシウムイオウ、さらには微量必要元素としてマンガンホウ素、鉄、銅、亜鉛モリブデン塩素などが知られている。これらは必要量以上存在すればいいというのではなく、それぞれ適正量が、あるバランスをもって存在していることが求められる。従来の肥料の中心をなしてきた化学肥料は、必要とする元素を供給するという点では的確な効果を有するが、土壌に肥料に随伴していた酸性成分などを残存することによる土壌酸性化などの問題を伴なっている。したがって、長期的な視点から見れば出来るだけ、その使用量を減らしてゆくことが望まれる。これに対して、家畜糞などを発酵させて成分条件を調整したものが堆肥である。適正な条件で作られた堆肥はチッソ、リン酸、カリウムなどの肥料成分を含むものとして、また土壌の物理特性を改善するものとして用いられる。しかし、堆肥化時の発酵の挙動は原料の組成温度条件などの影響を受ける。発酵が不十分な状態で得られた堆肥を土壌に施用すると、土壌中でバクテリアが急激に繁殖することによって作物の根が障害を受けるという根やけという現象窒素飢餓を引き起こすことがある。このように堆肥は品質がばらつきやすいので、一般的には農家では使いにくいという問題があり、有機農法用として拡大が期待されながらも、化学肥料になかなかに取って代われないというのが現状である。また、堆肥の製造条件によっては、雑草などの種や有害な細菌類の残存が問題になる。最近、廃棄物の有効利用という観点からも、家畜糞の有効利用の拡大が要望されているが、上記の課題を克服できていない状況にあり現在の堆肥は製造しても用途を拡大できにくい状況にある。また、最近、バイオベッド農法と呼ばれる、共存する微生物を制御する方法も注目されているが、まだ技術が体系化されていない状況である。

0005

化学肥料に依存しないで作物の栽培を促進しようとする方法として、特許文献1に、リンゴ絞り滓を混合して蓄糞有機材料を発酵させて堆肥化する方法が示されている。特許文献2には園芸栽培用混合用土に陽イオン置換された人工ゼオライト混合して過剰施肥による肥料焼けや、栽培植物による産出される有機酸吸着または中和して担子菌類の増殖を抑制し、根腐れを防止する方法が示されている。ゼオライト吸収力吸着力脱臭力を利用して、厩肥の消臭、発酵促進材として使用されている。また、堆肥や肥料に混ぜて施すと、保肥性やリン酸の利用効率が高まることが知られている。特許文献3には、樹木枝葉短期間で完熟状態に堆肥化できる方法として、枝葉材に刈芝または雑草、米ぬか発酵菌および水分を添加して混合攪拌した後、かに殻を添加してから発酵工程に移る方法が示されている。かに殻などの甲殻類外皮粉砕するとチッソ、リンを含む普通肥料に利用できること、未粉砕でも特殊肥料に使われることが知られている。特許文献4には、有機性廃棄物火山灰軽石粉末、酸化アルミニウム酸化鉄カオリナイトおよび酸性白土からなる群から選ばれる1種または2種以上の無機触媒を添加して加熱乾燥処理した後、150〜200℃で8〜40時間保持する熱処理を行って有機質肥料を製造する方法が示されている。特許文献5には生ゴミ炭化するステップと、炭化した生ゴミにEM菌を配合するステップを有する肥料生成方法が示されている。特許文献6には、家畜糞を堆肥化過程を経ないで燃焼し、過剰に持ち込まれたチッソを系外に排出し、その過程で発生するエネルギーを発電に活用し、さらに生成した家畜糞燃焼灰鉱酸を反応された肥料組成物を得る方法が示されている。特許文献7には、土壌の団粒構造化に必要な資材を過不足なく含む土壌改良材として、土壌の粒子つなぐためのシルト粘土分を含む泥土焼却灰などの繋ぎ材料、有機物分解菌などの生育場所となる珪藻土やそれを高熱処理したものなどの多孔質資材、有機物を分解するための分解菌やバクテリアなどの微生物、および堆肥や合成肥料などの有機物を混合し、これにセメント系などの固化材混入して硬化させ粒状としたものが示されている。草木灰はカリウム、カルシウムなどを含むことから、土壌に全面に梳きこむなどの元肥としての使用、あるいはカリを含むことから追肥として使用することが知られている。しかし、草木灰は、アンモニア性窒素を含んだ肥料と混合使用すると、アンモニア揮発を促進したり、水溶性リン酸を含んだ肥料と混合すると、リン酸の不溶化を起こすこと、カリウムが過剰になると、カルシウム、マグネシウムの吸収を阻害するなどの過剰障害を起こすことも知られている。また、一般に堆肥化の過程ではアルカリ性が強すぎると微生物の活動を阻害すると考えられていた。また、木炭多孔質吸着性を有することから、土壌に添加すると土壌の透水性および保水性の改善、陽イオン交換能力の向上、有害微生物の吸着固定などの機能を有し、土壌改善効果を持つことが知られている。

0006

食糧資源の安定確保は重要な課題であるが、20世紀の後半以降の「品種改良」、「農薬と肥料の大量使用」を軸とする単位面積あたりの収穫量を上げるという方策は行きづまりの様相を呈しており、環境負荷が小さく、かつ農業の生産性高位に保つ方策が求められている。そのためには、各種の生物の機能を総合的に組み合わせて、永続性のあるシステムを作り上げることが望まれている。これに対して、これまで要素技術についてはいくつかの方法が示されているが、総合的に、効率と永続性を発揮できるものは確立されていない状況にある。

0007

また、害虫対策としては、化学的に作られた殺虫剤を用いることが一般的であるが、食物となる農産物に適用してよいかについては疑問が残る。しかし、それに代わる有効な方法は確立されているとは言えない。このように、農業において、品質など付加価値が高いものを、効率的に製造する方式について,経済的な対応策が確立されているとは言えない状況にある。

先行技術

0008

特開2004−196580号公報
特開2002−84877号公報
特開2000−239084号公報
特開2004−168614号公報
特開2001−302378号公報
特開2006−297187号公報
特開2003−327963号公報

発明が解決しようとする課題

0009

木質バイオマスからのエネルギー発生プロセスからの副生物の有効利用をはじめとするいくつかの技術を組み合わせることによって、農産物として付加価値の高いものを効率的に製造するによって、林業と農業を総合的に振興するための方法に関する。

課題を解決するための手段

0010

上記の課題を解決するための具体的手段の第1は、木質バイオマスをガス化して、そのガスを燃焼して発電する設備に、農業生産用の土壌加熱・露地栽培場を併設し、木質バイオマスをガス化し、そのガスを燃焼して発電する設備から発生した温熱水を土壌の中に埋め込まれたパイプを通して供給して土壌を温めることである。

0011

具体的手段の第2は、0010において木質バイオマスをガス化して、そのガスを燃焼して発電する装置から副生する温熱水あるいはそのエネルギーを変換して製造した温水を、農業生産用の土壌加熱・露地栽培場に灌漑用水として供給することである。

0012

具体的手段の第3は、0011において、灌漑用の水を、テラヘルツ波を発生する鉱物を含むビーズの層を通過させることである。

0013

具体的手段の第4は、0012において,テラヘルツ波を発生するビーズを構成する鉱物として、原子番号が57以上の元素が1種あるいはそれ以上含まれているものを用いることである。

0014

具体的手段の第5は、0012乃至0013において、テラヘルツ波を発生する天然鉱物として、天照石モナザイト、甦生石のいずれか、あるいはその混合物を用いることである。

0015

具体的手段の第6は、0010乃至0014において土壌加熱・露地栽培の土壌に、テラヘルツ波発生物を含むビーズ状の成形物あるいはそれを破砕したものを、木質バイオマスの燃焼灰とともに撒布することである。

0016

具体的手段の第7は、0010乃至0015において土壌加熱・露地栽培の土壌表面あるいは作物表面に、雪柳の葉の破砕物から水を用いて抽出・熟成した液を噴霧・撒布して害虫を忌避することである。

発明の効果

0017

0010および0011の方法によって、総合エネルギー利用効率を高めることができる。0012乃至0015の方法によって、栽培植物の成長を促進することができる。0016の方法によって、農薬に依存せずに、害虫の害を予防することができる。

図面の簡単な説明

0018

本発明のシステムフローの説明図を示す。

0019

本発明の着眼点は、露地栽培による農産物生産において、木質バイオマスガス化・発電時の副生物であるガス状余熱、温熱水、また燃焼灰を有効利用すること、さらに生体活性化する物質としてテラヘルツ波を発生するもの、また、殺虫剤に依存せずに害虫の害を防ぐために害虫などを忌避する効果をもつもの雪柳の葉の破砕物から水で抽出した液を利用することによって、付加価値の高い農産物を効率的に生産することを可能にすることである。ここで言う付加価値の高い農産物とは、通常の農産物とは収穫の季節をずらせること、また農薬などの化学製品汚染されていないことなど品質的に優れているものである。本発明のシステムフローを図1に示す。

0020

本発明では、0003で述べた理由により、木質バイオマスを用いて発電する方法として、一旦、ガス化して、灰分などを分離し、得られたガスを燃焼してガスエンジン(ガスタービン)で発電する方法を採用する。木質原料ガス化装置としては、固定床型、流動床型、ロータリーキルン型などの種々の炉形式があるが、その中で、木質原料として、木質チップペレットブリケットやその他の種類(など)、種々の形状のバイオマス原料を用いることができ、またタール生成に起因するトラブルなどを抑制できるという点から固定床型が適している。必要に応じて粒度調整し、またシステム内の余熱で乾燥したバイオマス原料を装入し、空気のような、酸素を含むガスを吹きこんで部分燃焼し、炉内温度を700℃以上にしてガス化する。酸素を含むガスとして空気を用いた場合には、得られるガスは、たとえばCO=22±2%、H2=22±2%、CH3=1〜2%、CO2=8〜10%、残りN2のガスである。なお、この空気に酸素ガスを加えたものを加えることで、生成ガスに共存する窒素ガスの濃素を下げることによって熱効率を高めることができる。ガス化されたものは、一旦、約80℃以下まで冷却して水分の凝集分離タール除去、未撚分、灰分などの分離を行ったのち、得られたガスを燃焼して、ガスエンジン(ガスタービン)方式で発電する。この工程で得られる副生物としては、中高温排ガス、装置の冷却に用いた温熱水、排ガスから分離された灰分などがある。

0021

中高温排ガスは、ガス状でエネルギー源として利用することもできるが、本発明においては温熱水に変換したものを用いる。その利用方法の第1は、温熱水の発生場所と、土壌加熱・露地栽培場栽培地の間をパイプを通して搬送・循環させる。温熱水の発生場所から土壌加熱・露地栽培場栽培地に至るまでは、パイプの外周に断熱材を巻き、土壌加熱・露地栽培場栽培地および、そこから木質バイオマスの燃焼、発電する設備まで復路はパイプをにする。戻ってきた水は、木質バイオマスの燃焼、発電する設備で冷却用などに循環しようする。露地栽培場では設置場所栽培作物種などよっても異なるが、この熱供給は、7〜9月以外の時期に行う。なお、7〜9月は、温熱水は、加熱・露地栽培場栽培地の手前で循環させる。

0022

このほかに農業用施設(土壌加熱・露地栽培場)に、木質バイオマス燃焼・発電の過程で生じた温水を、灌漑用水として有効に用いることができる。その場合、灌漑用水の温度は、30℃以下になるように調整する。この水温が通常の水に比べて高いことは、栽培促進に効果がある。なお、この水として、バイオマスを燃焼したものを冷却した時に液体化したものを用いることができる。

0023

それに加えて本発明では、灌漑用水を活性化するために、テラヘルツ波を発生する鉱物を含むビーズの層を通過させる処理を行う。テラヘルツ波とは、周波数が0.1〜100THzの領域の電磁波で、電波と、光の一種である赤外線の中間の領域にあり、光と電波の性質を併せもっている。これを生体に照射することによって生体を活性化することができる。テラヘルツ波の発生法としては、ジャオロトロン後進波管遠赤外線レーザー量子カスケードレーザー自由電子レーザーシンクロトロン放射フォトミキシングソースなどがある。また、いくつかの物質からも発生するが、ほとんどの場合にきわめて微弱である。それに対して、本発明では、原子番号が57以上の元素、とくに好ましくは、ランタノイド系元素アクチノイド系元素が1種あるいはそれ以上含まれている鉱物を用いる。これらの条件を満足する天然鉱物として、たとえば大分県高千から産出する天照石、モナザイト、甦生石などがある。これらの条件を満足する鉱物の1種あるいは2種以上を粉状にして、あるいは粉状物にしたものを多孔質のセラミックスボールのようなセラミックス成型物にして液中に浸漬する。成型物にする時には、これらの鉱物の微粉に、シリカ分主体とする粗めの粉を混合してボンドを加えて、たとえば、直径2〜6mmの球状として、250℃以上、600℃以下の温度で焼成する。このようにして得られたテラヘルツ波を発生するビーズと接触した灌漑用水は、栽培する農産物自体、さらには土中の各種微生物の働きを活性化する効果を発揮する。このように灌漑用水は温度の効果と各種生体の活性化の効果を合わせて栽培促進の効果を持つ。

0024

土中の各種微生物を活性化することのより農作物の栽培を促進する効果は、0023の方法のほかにも、テラヘルツ波発生物を含むビーズ状の成形物あるいはそれを破砕したものを散布することによっても得られる。

0025

木質バイオマスをガス化した時に生成する灰にはカリウム分などの農作物に肥料効果を持つ成分が含まれているので、農作物の栽培用土壌に加えることは効果がある。本発明の場合にはガス化条件によっては、1部、タール分が灰に付着することがある。タール分は農作物栽培には負の効果をもつので、それを除くためには、生成した灰に水を加えて、上澄み液を除いてことが望ましい。なお、これと0024で述べたテラヘルツ波発生物を含むビーズ状の成形物あるいはそれを破砕したものを合わせて散布することによって、幅広い栽培促進効果が得られる。

0026

土壌の活性化を促進して、本発明の効果をさらに高めるための補助的な方法の第1は、土壌に光合成菌を加えることである。光合成菌とは、酸素非発生型光合成をする細菌の総称であり、紅色細菌紅色非硫黄細菌緑色硫黄細菌、緑色非硫黄細菌などがある。これらの菌の1つあるいは2つ以上を加えると、土壌を団粒構造にするため空気が土に入やすくなりの農作物の発根を助けるなどの効果がある。なお、この光合成菌の増殖のために、テラヘルツ波発生物を加えて活性化した水を用いることが効果的である。本発明の効果をさらに高めるための補助的な方法の第2は、土壌に麦飯石微粉末を加えることである。麦飯石は、石英斑岩の一種で熱水作用風化作用などを受け、多孔質で吸着作用があり、ミネラル溶出量の多い、淡黄色のものである。本発明においてこれを加えることは、多孔質であることと、ミネラル含有量が多いことから農作物へのミネラル分の供給、および多孔質であるため有害物質の吸着などの効果がある。農作物のミネラルの吸収を促進することによって、植物本来の力を引き出して連作病気に対する抵抗力を大きくする効果がある。

0027

農作物の害虫対策としては、一般的には化学製品である殺虫剤が用いられる。殺虫剤は害虫駆除には効果的ではあっても、それを農作物に噴霧することは、製品である農作物を汚染するおそれがある。それに対して、本発明では、雪柳が有する害虫に対する忌避効果を利用して、雪柳の葉の破砕物から水を用いて抽出・熟成した液を散布することによって害虫を忌避する方策を取る。雪柳はバラ科シモツケ属に属する植物で、シモツケ属は別名スピラエ属とも呼ばれる。これは山根の開発した方法(特開2006−193500号公報)に基づくが、5,6月ごろ雪柳の葉が出そろった時点で枝を切り取って、好ましくは生葉の状態で、葉を分離して集め、水を加えてから、ミキサーなどにかけて破砕する。これらの葉と水の混合割合は、葉100gに対して、水200〜800ccの範囲が適当である。ミキサーで破(粉)砕すると、数分間で泡状になるが、これを静置しておくと泡は消え、繊維分沈殿して上澄み液が分離してくる。この上澄み液を取り、蓋をした状態で、室温で静置して熟成する。そしてその熟成の期間が35日以上になると透明度増してきて透明茶褐色の液体になる。そして長期間、たとえば9年間、熟成継続してもpHが4.0±0.2で安定する。本発明で用いるのは、35日以上熟成して、透明の状態になり、pHは5.5以下、特に好ましくはppが4.5以下、3.6以上になったものである。この液を、土壌加熱・露地栽培や温室栽培において土壌表面あるいは作物表面に、噴霧しておくことによって害虫を忌避することができる。なお、雪柳が有する効果は、害虫は忌避するが交配などに必要な昆虫などには忌避作用を有しない。なお、この方法で栽培された農作物にたとえ微量残留しても、化学製品ではなく天然の植物から得たものであって悪影響の心配はない。なお、この方法によって、害虫のほかにも悪影響を及ぼす微生物や菌類を忌避する効果が得られる。

0028

0020で示した木質バイオマスチップをガス化し、得られたガスを燃焼してガスエンジンで発電する設備(1200kW)と、それに隣接する5haの露地栽培用地(それぞれも中心から中心まで距離が800m)の間を鉄パイプつなぎ、木質バイオマスのガス化チップ、ガス化時に発生した温熱水(70〜95℃)を循環させた。露地栽培用地内での鉄パイプ間の距離は、約3mである。温熱水を流したのは10月〜6月の間である。温熱水を流したゾーンと、流さないゾーンでの、栽培収量を比較すると次の通りであった。
栽培物トマトの場合:
温熱水を流したゾーンの収穫量;温熱水を流したゾーンの収穫量=1.4:1.0
・栽培物が玉ねぎの場合;
温熱水を流したゾーンの収穫量;温熱水を流したゾーンの収穫量=1.5:1.0

0029

実施例1の温熱水を流した条件で、灌漑用水として、通常の水を用いた場合と、温熱水
バイオマス燃焼ガスを冷却した時に生成する水を含まない場合)の1部を30℃以下に
調整して用いた場合の収穫量の比較;
・栽培物がトマトの場合の収穫量:
灌漑用水として温水を用いた場合;灌漑用水は通常の冷水の場合= 1.2:1.0
・栽培物が玉ねぎの場合;
灌漑用水として温水を用いた場合;灌漑用水は通常の冷水の場合= 1.1;1.0

0030

実施例2において、灌漑用水として、通常の水を用いた場合と、温熱水(バイオマス燃
焼ガスを冷却した時に生成する水を20〜30%含む場合)25〜29℃に調整して用いた場合の収穫量の比較;
・栽培物がトマトの場合:
灌漑用水として温水を用いた場合;灌漑用水は通常の冷水の場合= 1.2:1.0
・栽培物が玉ねぎの場合;
灌漑用水として温水を用いた場合;灌漑用水は通常の冷水の場合= 1.1;1.0

0031

実施例3の灌漑用水として、温熱水(バイオマス燃焼ガスを冷却した時に生成する水を20〜30%含む場合)で、この灌漑用水をテラヘルツ波発生物を含むビーズ状の成形物の層(天照石5、モナザイト5、甦生石5、珪石85に量配合して粉砕したものを粒状化)を通した場合と、通さない場合の収穫量の比較;
・栽培物がトマトの場合:
灌漑用水として温水を用いた場合;灌漑用水は通常の冷水の場合= 1.3;1.0
・栽培物が玉ねぎの場合;
灌漑用水として温水を用いた場合;灌漑用水は通常の冷水の場合= 1.2;1.0

0032

栽培用土壌について、実施例1と同じものと、テラヘルツ波発生物を含むビーズ状を破砕したものと木灰を重量で1:9に混合したものを、250g/m2散布して耕うんしたものを比較して、他は実施例4の条件で栽培を行った。
・栽培物がトマトの場合:
土壌にテラヘルツ波発生物を含むビーズ状を破砕したものと木灰の混合物を散布した場合;実施例1の土壌条件と同じの場合=1.3;1.0
・栽培物が玉ねぎの場合;
土壌にテラヘルツ波発生物を含むビーズ状を破砕したものと木灰の混合物を散布した
場合;実施例1の土壌条件と同じの場合=1.2;1.0

実施例

0033

実施例1の土壌加熱・露地栽培場で、殺虫剤を用いないで、0030で述べた方法によって得られた雪柳の葉を破砕して水で抽出して5ケ月間、熟成した液を用いた以下に示す栽培試験を行った。
試験栽培物トマト;植え付け時に土壌表面に撒布
この結果、害虫による問題は認められなかった。また、この処理に起因すると思われる
問題は認められなかった。

0034

本発明により、木質バイオマスをエネルギー利用する方法の副生物を農業生産に有効に結び付け、総合利用効率を上げて、品質の高いものを生産することを可能にし、1次産業の振興に結び付けることができる。

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