JP2009102468A - 燃料ペレット - Google Patents

Abstract

【課題】原料価格が比較的安価であり、かつ未だ燃料として利用が促進されない樹皮と、産業廃棄物であるコーヒー抽出残渣とをバイオマス燃料として有効活用できる手段を提供する。
【解決手段】本発明にかかる燃料ペレットは、コーヒー抽出残渣と樹皮とを主成分とするものである。コーヒー抽出残渣を燃料として利用することにより、産業廃棄物であるコーヒー抽出残渣の利用が促進される。また、コーヒー抽出残渣を樹皮とともに燃料ペレットとすることによって、コーヒー抽出残渣がペレット形状に固められるので、ボイラーなどの燃焼装置の集塵機を目詰まりさせることがない。また、本発明にかかる燃料ペレットは、発熱量が高いので、燃料としての価値が高い。さらには、燃料ペレットが高温で燃焼されるので、樹皮からの灰分量が減少される。
【選択図】なし

Description

本発明は、コーヒー抽出残渣と樹皮とを主成分とする燃料ペレットに関する。

二酸化炭素などの温室効果ガスを削減する必要性が高まっている現状や、化石燃料の資源が枯渇する見通しから、木質燃料などのバイオマス燃料の利用が見直されている。この木質燃料の一つとして木質チップや木質ペレットが知られており、ストーブやボイラーの燃料として使用されている。木質チップは、原料となる木材が細断されたものである。木質ペレットは、木質チップより細かく木材が粉砕され、乾燥して固められたものである。

木質ペレットには、木材の芯部のみを原料とするものや、芯部のみならず樹皮をも原料とするものがある。後者が安価ではあるが、樹皮を含有することにより、燃焼カスである灰分やクリンカが多量に発生するという問題がある。一方、木質ペレットは、化石燃料に比べて発熱量（例えばＭＪ／ｋｇ）が劣るものの、燃料に伴い発生する硫黄酸化物や二酸化炭素の量が少ない。このため、地球温暖化などの環境に対して、化石燃料より優位な資源と考えられている。

前述された樹皮を含む木質ペレットの問題を解消すべく、クリンカが発生してもメンテナンスが煩雑とならない燃焼装置や、灰分が発生しても連続燃焼ができる燃焼装置が考案されている（例えば、特許文献１から特許文献３）。

一方、廃棄物の有効利用の一環として、コーヒー抽出残渣の利用が考えられている。この利用手段として、特許文献４に示されるような堆肥としての利用や、特許文献５に示されるような着色紙の原料としての利用が提案されている。

特開２００７−１４７１０４号公報 特開２００７−１４７１０５号公報 特開２００４−２７０９８０号公報 特開平８−２２８５９１号公報 特開平８−１５８２９８号公報

しかし、樹皮を含む安価な木質ペレットを利用するために、特許文献１から特許文献３に示されるような特殊な構造を有する燃焼装置が必要となると、新たな設備投資が要求されるという問題が生じる。また、木質ペレットの生産量は少なく、生産地となる山間部からの流通経路が未整備であるという問題がある。さらに、木質ペレットは、原料の集積や生産設備などに依存する生産コストが大きいことから、販売価格が比較的高いという問題もある。これらの事情から、木質ペレットの利用、特に樹皮を含む木質ペレットの利用は未だ進展していない。

一方、コーヒー抽出残渣の利用においては、堆肥や着色紙の需要がさほど多くないために、コーヒー抽出残渣の排出量に対して十分な利用手段が確保されていない。仮に、コーヒー抽出残渣を乾燥処理して燃料として利用することを考えると、コーヒー抽出残渣が粉体であるために空中に飛散し、ボイラーなどの燃焼装置の集塵機が目詰まりを起こすおそれがある。また。コーヒー抽出残渣自体では、発熱量が木質ペレットや化石燃料ほど高くないので、燃料効率が悪いという問題もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、原料価格が比較的安価であり、かつ未だ燃料として利用が促進されない樹皮と、産業廃棄物であるコーヒー抽出残渣とをバイオマス燃料として有効活用できる手段を提供することにある。

(1) 本発明にかかる燃料ペレットは、コーヒー抽出残渣と樹皮とを主成分とするものである。

コーヒー抽出残渣を燃料として利用することにより、産業廃棄物であるコーヒー抽出残渣の利用が促進される。特に、コーヒー抽出残渣は原料として安定供給が見込まれる上に、既に細粉体として使用されていることから乾燥が容易である。このコーヒー抽出残渣を主成分の一つとすることにより、従来の木質ペレットにおいてコスト高の一因であった原木のチップ化工程や乾燥工程を簡易にできるので、製造コストの観点からも優位である。

また、コーヒー抽出残渣を樹皮とともに燃料ペレットとすることによって、コーヒー抽出残渣がペレット形状に固められるので、ボイラーなどの燃焼装置の集塵機を目詰まりさせることがない。また、本発明にかかる燃料ペレットは、発熱量が高いので、燃料としての価値が高い。さらには、燃料ペレットが高温で燃焼されるので、樹皮からの灰分量が減少される。

(2) また、本発明は、上記コーヒー残渣の細粉体と上記樹皮の細粉体とを含む原料がペレット化されたものであってもよい。

コーヒー抽出残渣及び樹皮をそれぞれ細粉体として混合し、この混合体を原料としてペレット化することが好適である。

(3) また、上記コーヒー抽出残渣と上記樹皮との比率が、７：３であることが好ましい。

この混合比率により、発熱量を高くするとともに灰分量を抑制することができる。

(4) また、上記樹皮としては、リグニン又はヘミセルロースを含有するものが好ましい。

樹皮がリグニン又はヘミセルロースを含有することにより、これらが接着剤又は結合材としての役割を果たし、コーヒー抽出残渣を含む原料をペレット化しやすくなる。

本発明にかかる燃料ペレットによれば、コーヒー抽出残渣と樹皮とを主成分とするので、産業廃棄物であるコーヒー抽出残渣を燃料として利用することができるとともに、燃料ペレットによる発熱量を高くして樹皮による灰分を減少させることができる。

以下に、本発明の好ましい実施形態が説明される。なお、本実施形態は本発明の一実施態様にすぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で実施態様が変更されてもよいことは言うまでもない。

本発明にかかる燃料ペレットは、原料である細粉体ないし破砕体が、数センチメートル程度のペレット形状に固められたものである。原料となる細粉体ないし破砕体の大きさや形状は特に限定されないが、一例として、コーヒー抽出残渣については１〜５ｍｍ程度の細粉体が、樹皮については５〜１０ｍｍ程度の細粉体が使用される。ペレット形状は特に限定されないが、円柱形状が一般的である。燃料ペレットの寸法も特に限定されないが、円柱形状の燃料ペレットの一例として、直径が数ｍｍ、長さが数十ｍｍ程度のものがあげられる。燃料ペレットは、製造後の保管や輸送の際にペレット形状が容易に破壊されない強度を有する。

コーヒー抽出残渣は、コーヒー豆の細粉体ないし破砕体であってコーヒーの抽出加工を終えた残渣である。コーヒー豆の種類やロースト方法、コーヒーの抽出加工方法は特に限定されない。このようなコーヒー抽出残渣は、主として飲料製造工場などから産業廃棄物として排出される。コーヒー抽出残渣は水分を含むが、これは後に乾燥される。コーヒー抽出残渣を含む原料は、最終的に含水率が１５重量％以下、好ましくは８〜１０重量％程度の含水率とされるが、飲料製造工場から排出されたときにおいては、含水率が１５重量％より大きくてもよい。例えば、飲料製造工場で乾燥処理されて排出されるコーヒー抽出残渣は、一般に含水率が３０〜６０重量％程度である。

樹皮は、木の幹や枝を覆う皮状の部分である。木の種類は特に限定されず、針葉樹や広葉樹が広く採用できるが、杉や檜など、林業に用いられる木であって間伐材などから得られるものが廃棄物の有効活用という観点から好適である。この樹皮は、リグニン又はヘミセルロースを含有するものが好ましい。これらが、燃料ペレットにおいて、コーヒー抽出残渣を接着させる接着剤又は結合材としての作用を発揮すると考えられる。

本発明にかかる燃料ペレットは、コーヒー抽出残渣及び樹皮を主成分とするものであるが、その他の添加物が加えられてもよい。添加物としては、木質建築廃材や紙くずなどがあげられる。接着剤や結合材、プラスチックなどが添加されてもよいが、これらは燃焼によってダイオキシンなどの人体に有害なおそれがある物質を発生させることがあるので好ましくない。

以下に、本発明にかかる燃料ペレットの製造方法の一例が説明される。図１は、燃料ペレットの製造方法を示すフローチャートである。同図に示されるように、まず、原料であるコーヒー抽出残渣及び樹皮が均一な細粉体に破砕される（第１工程：Ｓ１）。第１工程は、必ずしもコーヒー抽出残渣と樹皮とが混合された状態で行われる必要はなく、各々が別途に所望の大きさの細粉体に破砕されてもよい。また、飲料製造工場から排出される際に、既にコーヒー抽出残渣が所望の大きさの細粉体である場合には、コーヒー抽出残渣について第１工程が省略されてもよい。一方、例えば杉や檜の間伐材などから得られた樹皮が輸送に適した大きさのシート形状やチップ形状である場合には、さらに所望の大きさの細粉体に破砕する。この樹皮の破砕は、例えばミル形粉砕装置などを用いて行われ、さらに所望の大きさのメッシュを備えた振動篩い機などにより所望の大きさの細粉体が選別される。

つづいて、細粉体とされたコーヒー抽出残渣及び樹皮が乾燥される（第２工程：Ｓ２）。第２工程は、必ずしもコーヒー抽出残渣と樹皮とが混合された状態で行われる必要はなく、各々が別途に乾燥されてもよい。乾燥は、例えばロータリードラム乾燥機を用いて行われ、コーヒー抽出残渣及び樹皮の含水率が１５重量％以下、好ましくは８〜１０重量％程度になるように乾燥される。また、製造工程において必要であれば、コーヒー抽出残渣及び樹皮の含水率が１５重量％程度となるように加水されてもよい。

つづいて、コーヒー抽出残渣及び樹皮を主成分としてペレット成形が行われる（第３工程：Ｓ３）。ペレット成形は、例えばペレタイザーと称される木質ペレット製造器により行われる。ペレタイザーのホッパには、コーヒー抽出残渣の細粉体及び樹皮の細粉体が所定の割合で混合された原料が投入される。ただし、コーヒー抽出残渣及び樹皮の混合は、必ずしもペレット成形の際に行われる必要はなく、例えば乾燥工程（第１工程）において混合されていてもよい。コーヒー抽出残渣の細粉体と樹皮の細粉体との混合割合は、２：８〜８：２とすることが好ましく、特に（コーヒー抽出残渣）：（樹皮）をほぼ３：７とすることが、燃料ペレットの発熱量を化石燃料と同等以上としつつ燃焼後の灰分量を少なくするという観点から好適である。なお、この混合比は重量比であって、その際のコーヒー抽出残渣及び樹皮の含水率は８〜１５重量％である。

また、前述されたように燃料ペレットの形状や寸法は特に限定されず、使用するペレタイザーや燃焼効率などを考慮して形状及び寸法が適宜設定される。また、添加剤を使用することは必ずしも排除されないが、樹皮に含まれるリグニン又はヘミセルロースが接着剤又は結合材の役割を果たすので、接着剤又は結合材の如き添加剤は一般に不要である。

ペレット成形により得られた燃料ペレットは、冷却される（第４工程：Ｓ４）。この冷却は、ペレタイザーによりペレット成形されて順次排出される燃料ペレットに対して、ファンなどによって送風されることにより行われる。この冷却によって、樹皮に含まれるリグニン又はヘミセルロースが硬化して、燃料ペレットが所望の強度となる。

つづいて、冷却された燃料ペレットから、ペレット成形されずに残った原料やペレット成形の際に生ずる欠片などの残留物が、冷却された燃料ペレットから除去される（第５工程：Ｓ５）。除去された残留物は、原料に混入されて再びペレット成形されてもよい。そして、残留物が除去された燃料ペレットが所望の容量の袋に袋詰めされる（第６工程：Ｓ６）。

このように、コーヒー抽出残渣を燃料ペレットとして利用することにより、産業廃棄物であるコーヒー抽出残渣の利用が促進される。また、コーヒー抽出残渣を樹皮とともに燃料ペレットとすることによって、コーヒー抽出残渣がペレット形状に固められるので、ボイラーなどの燃焼装置の集塵機を目詰まりさせることがない。また、前述された燃料ペレットは、発熱量が高いので、燃料としての価値が高い。さらには、燃料ペレットが高温で燃焼されるので、樹皮からの灰分量が減少される。

以下、本発明にかかる燃料ペレットの実施例について説明する。なお、本発明が以下の実施例に限定されないことは勿論である。

（実施例）
［燃料ペレット］
細粉体の径が約１〜２ｍｍ、含水率が６０重量％のコーヒー抽出残渣を、１９０〜２００℃に温度設定されたロータリ温風乾燥機（株式会社土佐テック製）によって含水率が１５重量％となるまで乾燥した。また、杉の樹皮をチッパーで裁断して約６ｍｍの細粉体として、１９０〜２００℃に温度設定されたロータリ温風乾燥機によって含水率が１５重量％となるまで乾燥した。そして、乾燥されたコーヒー抽出残渣の細粉体及び杉の樹皮の細粉体を、７：３の比率で混合して、ペレタイザー（株式会社土佐テック製）によって燃料ペレットに成形加工した。

［灰分定量試験］
実施例で得られた燃料ペレットについて、日本工業規格「ＪＩＳ Ｍ ８８１２ 石炭及びコークス類の工業分析方法」における「灰分定量法」に準じて灰分定量試験を行った。また、比較例として、コーヒー抽出残渣のみについても同様に灰分定量試験を行った。その結果を表１に示す。

［発熱量試験］
実施例で得られた燃料ペレットについて、日本工業規格「ＪＩＳ Ｋ ２２７９ 原油及び石油製品」における「発熱量試験方法」に準じて発熱量試験を行った。また、比較例として、コーヒー抽出残渣のみについても同様に発熱量試験を行った。コーヒー抽出残渣は、含水量が６０重量％のものを実施例と同様にして１５重量％まで乾燥し、さらに乾燥したものを試料として用いた。その結果を表２に示す。

［評価］
実施例にかかる燃料ペレットの灰分量は、１．８％であった。一般に、樹皮以外の木部のみで製造されるホワイトペレットの灰分量は１％程度であり、樹皮及び木部より製造されるグレーペレットの灰分量は３％程度である。また、樹皮のみで製造されるバークペレットの灰分量は７％程度である。これらと比較すると、実施例にかかる燃料ペレットの灰分量は、コーヒー抽出残渣のみより多いものの、グレーペレットやバークペレットより少なかった。

また、実施例にかかる燃料ペレットの発熱量は４５００kcal/hであった。一般に、ホワイトペレットの発熱量は３８００〜４３００kcal/hであり、グレーペレットの発熱量は４０００kcal/hであり、バークペレットの発熱量は３８００〜４０００kcal/hである。これらと比較すると、実施例にかかる燃料ペレットの発熱量は、コーヒー抽出残渣のみより高いことはもちろん、ホワイトペレット、グレーペレット及びバークペレットのいずれよりも高い発熱量であった。なお、比較例にかかるコーヒー抽出残渣は、ホワイトペレット、グレーペレット及びバークペレットと同等以上の発熱量であったが、これはコーヒー抽出残渣の含水量を１５重量％より少なくなるまで乾燥した結果、高い発熱量が得られたものと考えられる。

図１は、燃料ペレットの製造方法を示すフローチャートである。

Claims (4)

1. コーヒー抽出残渣と樹皮とを主成分とする燃料ペレット。
2. 上記コーヒー残渣の細粉体と上記樹皮の細粉体とを含む原料がペレット化された請求項１に記載の燃料ペレット。
3. 上記コーヒー抽出残渣と上記樹皮との比率が、７：３である請求項１又は２に記載の燃料ペレット。
4. 上記樹皮は、リグニン又はヘミセルロースを含有する請求項１から３のいずれかに記載の燃料ペレット。

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