共同利用型バイオガスプラントのエネルギー収支

寒冷地における1000頭規模の共同利用型バイオガスプラントでは、安全のために液肥の殺菌を行っても、運転に要するエネルギーは概ねバイオガスで自給できる。特に、原料ふん尿が全てスラリーの場合に、大きな余剰電力が発生する。

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共同利用型バイオガスプラントは、雑草種子や病原菌の蔓延を防止するため、消化液を加熱して殺菌処理を行う必要がある。そのため、発酵槽の温度維持や撹拌などだけでなく、殺菌にもエネルギーを必要とする。特に、北海道のような寒冷地ではこのような共同利用型施設でのエネルギー自立性の検証が必要であるが、実例はない。
そのため乳牛1000頭のふん尿を処理する別海資源循環試験施設（以下、別海プラントと表記する）でのエネルギー収支の実測とシミュレーションを行い、寒冷地で稼働する共同利用型バイオガスプラントのエネルギー自立性の検証とエネルギー収支からみた効率的運転条件の検討を行う。

1. 別海プラントは、表１の現状に示した性状のふん尿を受け入れている。固形ふんは固液分離して、固分は堆肥化し、液分はスラリーおよび尿汚水とともにメタン発酵させている。メタン発酵で得られる消化液は55℃･7.5時間の殺菌処理を行っている。発酵で生じるバイオガスは､コジェネレータ（電力と熱を回収できる発電機）とバイオガスボイラーで電力･熱に変換している。このほか、補助熱源として重油ボイラーを有している｡発電量がプラントでの消費電力量を上回る場合は､余剰分を売電している。
2. プラントでのエネルギー消費は、電力・熱ともに冬期に多く、夏期は少ない。現状の運転では、固液分離などの作業がある昼間に電力消費のピークが生じる。そのため、バイオガスによる発電量だけでは不足する時間帯があり、わずかではあるが買電が必要である。しかし、温室などの研究用附帯設備でのエネルギー消費を除外すると、現状の運転でも、一年を通して殺菌した安全な液肥を生産しつつ、電力・熱ともに概ねバイオガスで所要のエネルギーを自給可能である（図１、図２）。
3. 表１のように運転条件を想定してシミュレーションしたエネルギー収支によると、固形ふん尿も受け入れる想定３および想定４では、余剰電力は生じるものの、コジェネレータのみでは熱が不足するため、わずかながら重油ボイラーによる熱供給が必要である。最も余剰電力が多くエネルギー的に自立可能なのは、ふん尿を全量スラリーで受け入れる場合である（表２）。なお、シミュレーション結果は、1)いずれのケースでも研究用付帯設備を利用しない、2)全量スラリーの場合では固液分離機や堆肥化施設を使わない、3)バイオガスはコジェネレータ2台のみで利用し不足熱は重油ボイラーで補う、4)受け入れふん尿量は別海プラントでの実績をもとに舎飼期（1月〜4月）に比べて放牧期（5月〜12月）で減少させる、という条件での計算によるものである。

1. 酪農家や農業団体等が殺菌槽を備えた共同利用型バイオガスプラントの新規導入を計画する場合、効率的な施設構成や運転方法の検討に資する。

平成16年度北海道農業試験会議（成績会議）における課題名および区分
「共同利用型バイオガスプラントのエネルギー収支からみた自立的運転条件」（普及推進）

研究課題名：エネルギー効率と生成エネルギーの有効利用の検討
予算区分：特別研究（積雪寒冷地における環境・資源循環プロジェクト）
研究期間：2001〜2004年度
研究担当者：大深正徳、石田哲也、大日方裕、栗田啓太郎、中山博敬、中村和正、石渡輝夫
発表論文等：栗田ら（2003）北海道開発土木研究所月報　603：10-18.