下水汚泥および木質系バイオ炭吸着剤によるPFAS汚染土壌の安定化 -1 / 熱分解装置 Biogreen / ガス化, 炭化, 油化

本熱分解装置 Biogreen の製造元 ETIA社の親会社 VOW社が発表した論文が、環境科学を対象とする科学雑誌 Science of the Total Environment （サイエンス・オブ・ザ・トータル・エンバイロメント）に掲載され、下記はその内容の抜粋です。-1

廃棄物由来のバイオ炭をカラム試験で現場におけるPFAS汚染土壌に適用した。

• 1%のバイオ炭投与量で、PFOSの浸出率を90%以上減少させるのに十分であった。

• 活性化木材および下水汚泥バイオ炭が、最も効果的に浸出を減少させた。

• さまざまなPFASの存在により、吸着は弱まった。

ペルフルオロアルキルスルホン酸塩(PFAS)で汚染された土壌の処理には、持続可能で効果的な修復技術が強く求められている。
本研究では、総有機炭素(TOC)含有量が0.57±0.04%と低く、かつての消防施設で散布されたAFFF(水成膜泡消火剤)由来のPFASに汚染された砂質土壌における、廃棄物由来バイオ炭のPFAS溶出への影響を調査した。
6種類のバイオ炭(700~900℃で熱分解)が試験され、これらはクリーンウッドチップ(CWC)、廃木材(WT)、活性化廃木材(aWT)、2種類の下水汚泥消化物(DSS-1およびDSS-2)、脱水下水汚泥(DWSS)から作られた。
1%のバイオ炭を用いた上昇流カラム浸透試験(15日間、16回の細孔体積交換)により、土壌中の主要な同族体であるペルフルオロオクタンスルホン酸(PFOS)が、aWTバイオ 、次いで汚泥ベースのDWSS(98.9%)、DSS-2およびDSS-1(それぞれ97.8%および91.6%)の順であった。
一方、未活性の木質系バイオ炭(CWCおよびWT)は、溶出を42.4%未満に減少させた。これを実際の現場条件に外挿すると、PFOSの溶出は、未処理土壌では15年後に90%となり、1%のDWSS処理およびaWTバイオ炭で処理した土壌では、それぞれ1200年後と12,000年後に90%となる。
aWTおよび3種類の汚泥ベースのバイオ炭による土壌からのPFASの溶出低減効果の高さは、大きなPFAS分子(>1.02–2.20 nm)を収容できる細孔サイズの範囲(>1.5 nm)における高い多孔性と、バイオ炭マトリックスへの高い親和性によるものである。
陰イオン交換容量のような他の要因も、寄与する役割を果たしている可能性がある。
PFASの短鎖よりも長鎖の方が吸着剤としての効果は高かった。これは、バイオ炭と後者のより短い疎水性CF2-尾部との間の弱い無極性相互作用によるものである。

この発見は、PFAS汚染土壌の場外安定化および場内修復に適した吸着剤として、地元で調達した木材廃棄物由来の活性バイオ炭および非活性下水汚泥由来のバイオ炭が適していることを初めて実証するものであり、この技術を実地試験の段階に一歩近づけるものです。

次回に続きます。

下記本論文はこちらをクリック頂ければダウンロードできます。

活性化木材とは、木材に物理的または化学的な処理を施すことで、その特性を大幅に改善したり、全く新しい機能を持たせた木材のことです。従来の木材が持つ自然な温もりや美しさはそのままに、耐水性、耐久性、防虫性、さらには導電性や発光性など、多様な機能を持たせることが可能となります。

活性化木材の主な処理方法と得られる効果

• 熱処理: 木材を加熱することで、寸法安定性や耐朽性を向上させます。また、木質成分の変化により、美しい褐色へと変色することも可能です。
• 薬剤処理: 防腐剤や防虫剤を木材に浸透させることで、木材の寿命を延ばし、害虫による被害を防ぎます。
• 化学修飾: 木材の表面に様々な化学物質を付着させることで、撥水性、親水性、耐薬品性などを付与することができます。
• ナノテクノロジー: ナノ粒子を木材に組み込むことで、導電性、発光性、自己修復性などを付与することが可能です。

活性化木材の応用例

活性化木材は、その特性を生かして、様々な分野で活用されています。

• 建築分野: 外壁材、内装材、構造材など、建物の様々な部分に利用することで、高耐久性、高機能な建物を実現できます。
• 家具分野: 耐水性、耐熱性、耐磨耗性に優れた家具を作ることが可能です。
• 土木分野: 橋梁、防波堤など、過酷な環境下で使用される構造物にも利用できます。
• 環境分野: 吸着材、浄水材など、環境問題の解決に貢献する材料としても期待されています。

出典：Gemini

上昇流カラム浸透試験は、土壌や地盤の透水性を評価する試験方法の一つです。一般的に、土壌柱（カラム）を立て、その下部から水を供給し、土壌中を水が上昇していく様子を観察することで、透水係数などのパラメータを求めます。

試験の目的

• 透水係数の算出: 土壌中の水の動きやすさを定量的に評価し、地下水の流れや浸透速度を予測します。
• 土壌の異物混入の有無: 土壌中に異物が混入している場合、透水性が変化するため、その有無を評価できます。
• 土壌の汚染物質移動性の評価: 汚染物質の土壌中での移動速度は透水性と密接に関係するため、汚染物質の拡散や地下水への移行を予測する上で重要な情報となります。

試験方法

1. 土壌柱の準備: 試験に使用する土壌を採取し、一定の密度で土壌柱に充填します。
2. 水位設定: 土壌柱の下部から一定の水位に水を供給します。
3. 水位上昇の測定: 時間経過とともに、土壌中を水が上昇していく様子を測定します。
4. 透水係数の算出: 測定結果から、ダルシーの法則などを用いて透水係数を算出します。

試験結果の活用

• 土木設計: 基礎設計や盛土設計など、土構造物の設計に必要となる土壌の透水特性を把握することができます。
• 環境評価: 廃棄物処分場や汚染地域の環境影響評価において、汚染物質の地下水への浸透を評価する上で利用されます。
• 農業: 農地の排水設計や灌漑設計において、土壌の透水特性が重要な情報となります。

上昇流カラム浸透試験のメリット・デメリット

メリット	デメリット
小規模な装置で実施できる。	土壌の不均一性による影響を受けやすい。
比較的短時間で試験結果を得られる。	試験条件の設定が重要であり、操作が難しい場合がある。
現場条件に近い状態で試験ができる。	試験結果が、必ずしも現場の状況を正確に反映しているとは限らない。

その他

• 変水位法: 水位を一定に保ち、一定時間ごとの水量変化から透水係数を算出する方法です。
• 定水位法: 水位を一定に保ち、一定時間ごとの水位低下から透水係数を算出する方法です。

出典：Gemini

「外挿する」とは、既知のデータや情報から、新たに未知のデータや情報を推測することを指します。特に統計学や数学で使われる用語で、既存のデータポイントに基づいて、その範囲外の値を予測する際に用いられます。たとえば、ある地域の気温の変化を分析して、その地域の未来の気温を予測する場合などが該当します。

出典：ChatGPT

溶出とは、ある物質が、液体（溶媒）に溶け出して、その液体中に移動する現象のことです。

出典：Gemini

バイオ炭マトリックスは、このバイオ炭を基盤として、他の物質と複合化させ、特定の機能を持たせた材料のことです。バイオ炭の優れた特性（多孔性、吸着性、安定性など）を生かし、様々な分野で応用されています。

バイオ炭マトリックスの構造

バイオ炭マトリックスの構造は、バイオ炭の粒子の大きさや形状、複合化する物質の種類によって異なります。一般的には、バイオ炭粒子が三次元的にネットワークを形成しており、その隙間に他の物質が入り込む構造となっています。

バイオ炭マトリックスの機能と応用

バイオ炭マトリックスは、その特性を生かして、様々な分野で応用されています。

• 環境分野:
  • 水質浄化: 重金属や有機汚染物質の吸着
  • 土壌改良: 土壌の保水性や養分保持能力の向上
  • 温室効果ガスの削減: メタンや二酸化炭素の吸着
• 農業分野:
  • 肥料: 土壌に施用することで、植物の生育を促進
  • 飼料: 家畜の飼料に添加することで、消化率の向上やメタン排出量の削減
• エネルギー分野:
  • スーパーキャパシタ: 高性能な蓄電デバイスの電極材料
  • 燃料電池: 触媒担体
• その他:
  • 医薬品: 薬物送達システム
  • 化粧品: スキンケア製品

バイオ炭マトリックスのメリット

• 環境負荷の低減: 再生可能資源であるバイオマスから製造されるため、環境負荷が低い。
• 多機能性: 吸着性、触媒活性、導電性など、様々な機能を付与できる。
• 安定性: 高温や酸性、アルカリ性の環境下でも安定している。

出典：Gemini

陰イオン交換容量（Anion Exchange Capacity、AEC）とは、土壌中の陰イオンが他の陰イオンと交換される能力の指標です。より簡単に言うと、土壌が陰イオンをどれだけ保持できるかを示す尺度です。

陰イオン交換容量が大きい土壌の特徴

• 陰イオンの保持力が高い: リン酸イオンや硫酸イオンなどの陰イオンを多く保持することができます。
• 有機物の分解が活発: 有機物が分解される過程で生じる陰イオンを保持し、植物の栄養源となる有機酸などを供給します。
• 重金属の固定: 一部の重金属イオンは陰イオンと結合することで固定され、植物への吸収が抑制されます。

陰イオン交換容量に影響を与える要因

• 粘土鉱物の種類: モンモリロナイトやバーミキュライトなどの粘土鉱物は、陰イオン交換容量が高い傾向があります。
• 有機物含量: 土壌中の有機物量が多いほど、陰イオン交換容量は高くなります。
• pH: pHが低いと、陰イオン交換容量は低下する傾向があります。

陰イオン交換容量の重要性

• 農業:
  • 肥料の効率的な利用: リン酸肥料などの陰イオン性の肥料を効率的に利用するために、陰イオン交換容量を知ることは重要です。
  • 土壌の酸性化防止: 陰イオン交換容量が高い土壌は、酸性化に耐性がある傾向があります。
• 環境:
  • 重金属汚染の防止: 陰イオン交換容量が高い土壌は、重金属を固定し、地下水への流出を抑制する効果が期待できます。
  • 水質の改善: リン酸などの栄養塩の流出を抑制し、水質汚染を防ぐ効果が期待できます。

陰イオン交換容

• バッチ法: 土壌試料に塩基性の溶液を加え、交換された陰イオンを測定する方法。
• カラム法: 土壌柱に塩基性の溶液を通し、溶出液中の陰イオンを測定する方法。

出典：Gemini

長鎖PFASとは、パーフルオロアルキル化合物及びポリフルオロアルキル化合物（PFAS）の一種で、その名の通り炭素鎖が長いPFASのことを指します。

長鎖PFASの特徴と問題点

• 炭素鎖が長い: 分子構造の中に、炭素原子が長く連なった鎖を持つため、長鎖PFASと呼ばれます。
• 環境への残留性: 長い炭素鎖が、環境中での分解を困難にし、土壌や水中に長期間残留する原因となります。
• 生体蓄積性: 生体内に蓄積されやすく、健康への影響が懸念されています。
• 難分解性: 強固な炭素-フッ素結合により、自然界での分解が非常に難しく、一度環境中に排出されると、長期にわたって残留する可能性があります。

出典：Gemini

短鎖PFASとは、パーフルオロアルキル化合物及びポリフルオロアルキル化合物（PFAS）の一種で、炭素鎖が短いPFASのことを指します。

PFASとの比較

PFASは、炭素とフッ素が強く結合した構造を持つ、非常に安定な人工化合物です。この安定性ゆえに、自然界では分解されにくく、環境中に蓄積されやすいという特徴があります。

• 長鎖PFAS: 炭素鎖が長く、環境中での残留性や生体蓄積性が高いことが特徴です。
• 短鎖PFAS: 炭素鎖が短く、長鎖PFASに比べて分解されやすく、環境への負荷が低いと考えられてきました。

短鎖PFASの特徴

• 炭素鎖が短い: 分子構造の中に、炭素原子が長く連なった鎖を持つ長鎖PFASと異なり、炭素鎖が短いです。
• 分解性: 長鎖PFASに比べて分解されやすく、環境中での残留性が低いと考えられてきました。
• 新たな課題: 一部の短鎖PFASは、長鎖PFASに代わる物質として注目されてきましたが、近年、一部の短鎖PFASにも環境への悪影響や健康へのリスクが指摘されるようになってきました。

短鎖PFASの問題点

• 新たな環境汚染物質: 一部の短鎖PFASは、環境中での分解性が低いことが明らかになり、新たな環境汚染物質として注目されています。
• 健康への影響: 一部の短鎖PFASは、長鎖PFASと同様に健康への悪影響が懸念されています。
• 規制の動向: 短鎖PFASに対する規制も強化される傾向にあります。

出典：Gemini

無極性相互作用とは、分子に永久的な電気的な極性がない物質同士の間で働く、弱い引力のことです。具体的には、ファンデルワールス力が代表的な無極性相互作用です。

ファンデルワールス力とは？

ファンデルワールス力は、分子内の電子の動きが常に変化することで、一時的に分極が生じ、その分極が隣の分子を誘起して、互いに引き合う力のことです。この力は、すべての分子間で働く非常に弱い力ですが、分子量が増えるほど大きくなります。

無極性相互作用の特徴

• 弱さ: 化学結合に比べて非常に弱い力です。
• 普遍性: すべての物質間に働く力です。
• 距離依存性: 分子間の距離が近づくほど力が強くなります。
• 温度依存性: 温度が低いほど、分子の熱運動が小さくなり、力が強くなります。

無極性相互作用の例

• 液体窒素: 窒素分子は極性を持たないため、ファンデルワールス力によって液体状態を保っています。
• 貴ガス: ヘリウム、ネオンなど、貴ガス原子も極性を持たないため、ファンデルワールス力によって液体や固体になることがあります。
• 有機化合物: 炭素と水素からなる有機化合物も、多くの場合、極性を持たないため、ファンデルワールス力が主な分子間力となります。

無極性相互作用が重要な理由

• 物質の状態: 分子の集まり方、つまり物質の状態（気体、液体、固体）は、分子間力の強弱によって決まります。無極性相互作用は、特に低分子量の物質の凝縮に重要な役割を果たしています。
• 溶解性: 無極性分子は、無極性溶媒によく溶けます。これは、溶質と溶媒の分子間に働くファンデルワールス力が、溶解を促進するためです。
• 生物学: 生体分子間の相互作用にも、無極性相互作用は重要な役割を果たしています。例えば、細胞膜の脂質二重層は、脂肪酸の疎水性部分（無極性部分）同士のファンデルワールス力によって安定化されています。

出典：Gemini

Spirajoule 電熱スクリュー

ペルフルオロアルキル化合物及びポリフルオロアルキル化合物（ペルフルオロアルキルかごうぶつおよびポリフルオロアルキルかごうぶつ、英語： Per- and Polyfluoroalkyl Substances、略称：PFAS（ピーファス）、PFASs ）は、アルキル鎖に複数のフッ素原子が結合した有機フッ素化合物の総称である。PFASは、強力な化学結合である炭素 – フッ素結合（F – C）を持つため分解されにくく、2018年のワシントン・ポスト紙の論説を受けて「永遠の化学物質（英語：Forever Chemicals）」と呼ばれている。PFASのうち、ペルフルオロオクタン酸(PFOA) 、ペルフルオロオクタンスルホン酸(PFOS)などの物質については、人体に蓄積し、毒性があり、環境汚染物質と知られている。なおすべてのPFASが人体に有害であるわけではない。

PFAS構造図

PFASの人体への影響

出典：Wiki ペルフルオロアルキル化合物及びポリフルオロアルキル化合物

バイオ炭とは、生物資源を材料とした、生物の活性化および環境の改善に効果のある炭化物のことです。 日本バイオ炭普及会によると、バイオ炭は、難分解性の炭素を農地に固定し、土壌改良資材として使用することで、気候変動対策に貢献する吸収源活動です。 また、バイオ炭は、食品ロスや木材、廃棄物などの生物資源を「炭化」したもので、燃焼しない水準に管理された酸素濃度の下、350℃超えの温度でバイオマスを加熱して作られる固形物と定義されています。

バイオ炭は、生物資源を原料とし、酸素の少ない状態で加熱して作られる固形物です。木材や竹、農業廃棄物など、さまざまな生物資源から作ることができます。
バイオ炭には、以下の3つの特徴があります。

• 炭素貯留性
• 土壌改良性
• 水質浄化性

炭素貯留性

バイオ炭は、炭素を大量に含んでいます。バイオ炭を土壌に施用することで、土壌中に炭素を貯留することができます。

土壌改良性

バイオ炭は、土壌の透水性や保水性、団粒性を改善する効果があります。また、土壌の酸度を中和する効果もあります。

水質浄化性

バイオ炭は、水中の汚染物質を吸着する効果があります。また、水中の微生物の活性化を促す効果もあります。

バイオ炭の用途

• 土壌改良
• 温室効果ガス削減
• 水質浄化
• 飼料添加
• 肥料
• 燃料

バイオ炭の期待される効果

• 温室効果ガス削減
• 土壌保全
• 農業生産性向上
• 水質保全
• 災害リスク軽減

バイオ炭の課題

• 製造コストの高さ
• 製造時のエネルギー消費量
• 土壌への影響

まとめ

バイオ炭は、炭素貯留性、土壌改良性、水質浄化性などの特徴を有する、注目されている素材です。バイオ炭の普及が進むことで、温室効果ガス削減や環境保全に貢献することが期待されています。

出典：日本バイオ普及会　ChatGPT 及び Gemini

バイオコークスは、バイオマスと呼ばれる有機物を、高温で酸素を制限して熱分解（炭化）して作られる、石炭コークスに似た性質を持つ固形燃料です。木炭の一種と捉えることもできます。

従来のバイオマス燃料とは異なり、以下の特徴を持ちます。

• 圧縮強度が高い: 従来のバイオマス燃料よりも密度が高いため、輸送や貯蔵が容易で、燃焼効率も向上します。
• 高温環境下での長時間燃焼が可能: 石炭と同等の燃焼特性を持ち、高温で長時間燃焼することができます。
• 製造時に廃棄物を出さない: 燃焼工程で発生するガスは、発電や熱水供給に利用することができます。
• CO2排出量が少ない: 石炭コークスと比べて、CO2排出量が大幅に少ないカーボンニュートラルな燃料です。

原料となるバイオマス:

• 木くず、木片
• 農作物の残渣（稲わら、麦わら、トウモロコシの茎など）
• 食品残渣
• 動物の糞尿

製造方法:

• 従来の炭化法に加え、熱水蒸気法やスクリュー式炭化法などの新しい技術も開発されています。

バイオコークスの用途

バイオコークスは、様々な用途で利用することができます。

• 鉄鋼業: 高炉の燃料として利用することで、石炭コークスの代替となります。
• セメント製造: 窯の燃料として利用することで、CO2排出量を削減することができます。
• 発電: 発電所の燃料として利用することで、化石燃料に頼らない発電が可能になります。
• 暖房: 家庭や施設の暖房燃料として利用することができます。
• 土壌改良剤: バイオ炭を土壌に混ぜ込むことで、土壌の保水性や保肥性を向上させることができます。

バイオコークスのメリット

バイオコークスには、以下のようなメリットがあります。

• 石炭コークスの代替となる: バイオコークスは、石炭コークスの代替燃料として利用することで、CO2排出量を削減することができます。
• 再生可能エネルギー: バイオマスを原料としているため、再生可能エネルギー源として利用することができます。
• 廃棄物利用: 食品残渣や農作物の残渣などの廃棄物を有効活用することができます。
• 地域活性化: バイオコークスの製造・販売を通して、地域経済の活性化に貢献することができます。

バイオコークスの課題

バイオコークスには、以下のような課題もあります。

• コスト: バイオコークスの生産コストは、石炭コークスよりも高くなっています。
• 原料調達: バイオマスの安定的な調達が課題となっています。
• 規格・基準: バイオコークスの規格や基準はまだ十分に整備されていません。
• 公衆理解: バイオコークスに対する公衆理解が十分ではありません。

出典：Gemini

バイオ炭とバイオコークスは、いずれもバイオマスを利用して生成される炭素リッチな物質ですが、その生成プロセスや用途にはいくつかの違いがあります。

生成プロセスの違い

• バイオ炭:
  • 生成プロセス：バイオ炭は、バイオマスを低酸素環境で高温（通常350～700°C）で熱分解（ピロリシス）することによって生成されます。
  • 主な目的：土壌改良や炭素固定を目的としています。
• バイオコークス:
  • 生成プロセス：バイオコークスは、バイオマスを高温・高圧環境で処理して炭化（カーボナイゼーション）することによって生成されます。このプロセスでは、通常800～1200°Cの高温が使用されます。
  • 主な目的：高エネルギー密度の燃料として利用されます。

用途の違い

• バイオ炭:
  • 土壌改良材として使用され、土壌の保水性や通気性、肥沃度の向上に寄与します。
  • 炭素固定材として、二酸化炭素の長期貯留に役立ちます。
  • 環境保護材として、土壌中の有害物質の吸着や浄化にも利用されます。
• バイオコークス:
  • 固体燃料として、発電所、製鉄所、セメント工場などで使用されます。
  • 家庭用の暖房や調理用燃料としても利用可能です。

特性の違い

• バイオ炭:
  • 多孔質で軽量
  • 主に土壌に混ぜることでその効果を発揮
  • 土壌改良と炭素固定に優れている
• バイオコークス:
  • 高エネルギー密度で重い
  • 燃焼時に高い熱エネルギーを発生
  • 硫黄や灰分が少なく、クリーンな燃料として使用可能

結論

バイオ炭とバイオコークスは、バイオマスの利用による持続可能な技術ですが、用途や生成プロセス、特性が異なります。バイオ炭は主に土壌改良と環境保護に、バイオコークスは高エネルギー密度の燃料として利用されます。

 

出典：ChatGPT

バイオ炭をコンクリートの骨材として利用することは、近年注目されている非常に興味深い取り組みです。この手法は、環境負荷の低減と新たな可能性を秘めています。

バイオ炭をコンクリート骨材として利用するメリット

• CO2固定化: バイオ炭は、植物由来の有機物を酸素の少ない環境で高温加熱して作られます。この過程でCO2が固定されるため、大気中のCO2濃度を削減する効果が期待できます。
• 強度向上: バイオ炭の多孔質構造は、コンクリートとの間に良好な界面を形成し、コンクリートの強度を向上させる可能性があります。
• 耐久性向上: バイオ炭の添加により、コンクリートの耐久性が向上するとの報告もあります。これは、バイオ炭の吸水性やアルカリ耐性によるものと考えられています。
• 軽量化: バイオ炭は軽量であるため、コンクリートの軽量化に貢献し、輸送や施工の際の負荷を軽減できます。
• 廃棄物利用: 農業廃棄物などを原料とするバイオ炭の利用は、廃棄物処理問題の解決にもつながります。

バイオ炭をコンクリート骨材として利用する課題

• 品質の安定化: バイオ炭の品質は、原料や製造条件によって大きく変動するため、コンクリートの品質に安定して影響を与えることが難しいという課題があります。
• コスト: 現時点では、バイオ炭の製造コストが高いため、コンクリートの製造コストを上昇させる可能性があります。
• 長期的な耐久性: バイオ炭の長期的な耐久性については、まだ十分なデータが蓄積されていません。
• 大規模な生産体制: バイオ炭をコンクリートの骨材として大量に利用するためには、大規模な生産体制を構築する必要があります。

今後の展望

バイオ炭をコンクリートの骨材として利用する技術は、まだ発展途上ですが、その可能性は非常に高いです。今後、以下の点が期待されます。

• バイオ炭の品質管理: バイオ炭の品質を安定化させるための技術開発
• コスト削減: バイオ炭の製造コストを削減するための技術開発
• 長期的な耐久性評価: バイオ炭を混入したコンクリートの長期的な耐久性評価
• 大規模な実証実験: 実用化に向けた大規模な実証実験

バイオ炭コンクリートは、カーボンニュートラルな社会の実現に向けて重要な役割を果たすことが期待されています。

出典：Gemini

2024年現在も、日本は深刻な木材不足に直面しており、建設や家具などの木材需要に対して供給が追いついていない状況です。

＜2021年から続くウッドショックの影響＞

2021年から2022年にかけて発生したウッドショックの影響は、2024年現在も依然として続いています。ウッドショックとは、北米を中心とした木材供給量の減少と需要の急増により、世界的に木材価格が高騰した現象です。

• 住宅メーカーや木材業者は、木材調達の困難や価格高騰の影響を受け続けています。
• 新築住宅の建築費用上昇や、木材を使った家具の価格改定などが相次いでいます。

＜構造的な木材不足の背景＞

ウッドショック以外にも、日本の木材不足には構造的な背景が存在します。

• 国内産木材の伐採量の減少：戦後の高度経済成長期における住宅建設ラッシュで大量の木材が伐採された後、植林活動が十分に行われず、現在伐採できる木材量が減っています。
• 山間部の過疎化と林業従事者の減少：山間部の過疎化が進み、林業に従事する人が減少しています。
• 海外からの木材輸入量の増加：日本の経済成長に伴い、木材需要が急増し、国内産木材だけでは需要を満たせなくなり、海外からの木材輸入量が増加しています。
• 木材自給率の低さ：2020年の木材自給率は37％で、過去最低の水準となっています。

＜政府の取り組みと課題＞

木材不足の解決に向けて、政府は様々な取り組みを進めています。

• 国産材の利用促進：国産材の品質向上や流通の円滑化、国産材利用に関する補助金制度の拡充、木造建築に関する技術開発など
• 森林資源の管理・整備：植林活動の推進、山間部の森林管理の強化、森林の多面的機能の維持・向上
• 海外からの木材輸入の安定化：輸出国との連携強化、輸送手段の多様化

しかし、これらの取り組みは長期的な視点での継続が必要であり、短期的には木材不足の解消は難しい状況です。

＜2024年における木材価格の動向＞

2024年における木材価格の動向は、引き続き不透明な状況です。

• ウッドショックの影響や世界経済の動向によって、木材価格が上下に変動する可能性があります。
• 短期的な視点では、木材価格の高止まりが続く可能性が高いと考えられます。
• 中長期的な視点では、国産材の利用促進や森林資源の管理・整備などの取り組みが奏功し、木材価格が安定化する可能性もありますが、現時点では明確な展望はありません。

出典：Gemini

有機汚泥の炭化物、いわゆる「バイオチャー（biochar）」は、多岐にわたる用途があります。以下に主要な使用用途を挙げます：

1. 土壌改良剤

• 土壌肥沃度の向上：バイオチャーは土壌の物理的特性を改善し、水分保持能力を高め、土壌の通気性を良くします。
• 栄養分の保持：多孔質構造により、肥料や栄養素を吸着してゆっくり放出するため、作物の成長を助けます。
• pH調整：酸性土壌の中和に役立ち、植物の成長環境を最適化します。

2. 環境保護

• 炭素の固定：バイオチャーは炭素を安定した形で土壌に固定するため、温室効果ガスの削減に貢献します。
• 水質浄化：水中の重金属や有害物質を吸着し、浄化に寄与します。

3. 廃水処理

• 吸着材としての利用：バイオチャーはその多孔質構造により、有害物質や汚染物質を効率よく吸着します。これにより、工業廃水や都市下水の浄化に使用されます。

4. エネルギー源

• 固形燃料：バイオチャーは高エネルギー密度を持つため、固形燃料として利用可能です。また、炭化プロセス中に生成されるガスもエネルギー源として利用されます。

5. 建築材料

• コンクリートやアスファルトの補強材：バイオチャーを添加することで、材料の強度や耐久性を向上させることができます。

6. 飼料添加物

• 動物飼料の品質向上：バイオチャーを飼料に混ぜることで、消化器系の健康を促進し、家畜の成長を助けます。

7. バイオフィルター

• 大気浄化：工場や農場から排出されるガスの浄化にバイオチャーを使用し、有害物質や臭気を吸着します。

8. 園芸用資材

• 培養土の改良：鉢植えや庭園の土壌に混ぜることで、植物の成長を促進します。

9. カーボンクレジット

• 炭素取引：バイオチャーを利用することで、カーボンオフセットの一環としてカーボンクレジットを取得し、温室効果ガス排出削減のための経済的インセンティブを得ることができます。

これらの用途は、有機汚泥の炭化物が環境保全や持続可能な農業、エネルギー効率の向上に貢献する可能性を示しています。

出典：ChatGPT

コークスは、鉄鋼製造などで重要な還元剤として使用されていますが、持続可能性や環境負荷の観点から、コークスの代替として利用できる炭化物が注目されています。以下は、コークスの代替となり得る炭化物の具体例です。

1. バイオコークス（バイオ炭）

• 竹炭：竹から得られる炭は、高い密度と炭素含有量を持ち、鉄鉱石の還元に適しています。
• ココナッツ殻炭：高い炭素含有量と硬度があり、製鋼プロセスでのコークスの代替として利用可能です。

2. 農業廃棄物由来の炭化物

• 米の籾殻炭：シリカを含む米の籾殻炭は、特定の還元プロセスで利用できますが、鉄鋼製造にも適応可能な場合があります。
• トウモロコシの芯炭：高い炭素含有量があり、製鉄業での還元剤として有望です。

3. 食品廃棄物由来の炭化物

• コーヒーかす炭：コーヒーかすから得られる炭化物は、還元力が強く、金属の精錬や触媒のサポート材として利用できます。

4. 動物由来の炭化物

• 骨炭：骨から得られる炭化物は、リン酸カルシウムを含み、特定の化学工業での還元剤として使用されます。

5. 庭園廃棄物由来の炭化物

• 葉や草の炭：庭園廃棄物から得られる炭化物も還元剤として利用可能で、特に小規模な工業プロセスや農業用途に適しています。

利点と考慮点

利点

• 持続可能性：これらの代替炭化物は再生可能な資源から作られており、環境負荷が低い。
• 廃棄物の再利用：農業廃棄物や食品廃棄物を利用することで、廃棄物処理問題を軽減します。
• 炭素固定：炭化物を利用することで、二酸化炭素の排出を抑え、炭素を固定化できます。

考慮点

• 性能の安定性：コークスの代替として使用するためには、代替炭化物の性能が安定していることが重要です。
• 製造コスト：新しいプロセスを導入するためのコストと技術的な課題を考慮する必要があります。
• 供給の安定性：大量生産に対応するための安定した供給源が必要です。

具体例：バイオコークスの製造と利用

• 製造方法：バイオマス原料を炭化し、高温で処理してバイオコークスを生成します。
• 鉄鋼業での利用：高炉での鉄鉱石の還元プロセスにおいて、バイオコークスをコークスの代替として使用します。これにより、炭素排出量の削減が期待されます。

コークスの代替炭化物は、持続可能な鉄鋼製造と環境保全の両立を目指す上で重要な役割を果たす可能性があります。今後の研究と技術開発により、これらの代替炭化物の利用がさらに進むことが期待されます。

出典：ChatGPT

飲料粕（ビール粕、ワイン粕など）を炭化して得られる炭化物には、多くの利用用途があります。以下に具体的な用途を示します。

1. 土壌改良剤

• 肥沃度の向上：飲料粕炭化物は多孔質であり、土壌の水分保持能力や通気性を改善します。
• 栄養素の保持と放出：多孔質構造が肥料や栄養素を吸着し、必要に応じて徐々に放出します。
• pH調整：土壌の酸性度を調整し、植物の成長環境を改善します。

2. 吸着材

• 水質浄化：有害物質や重金属を吸着し、水の浄化に使用されます。
• 大気浄化：工業排水や農業排水中の汚染物質を吸着するために使用されます。

3. 飼料添加物

• 動物の健康促進：飲料粕炭化物を飼料に添加することで、家畜の消化器系の健康を改善し、成長を促進します。

4. バイオフィルター

• 脱臭と汚染物質の除去：養殖場や農業施設での臭気や汚染物質を除去するためのフィルターとして使用されます。

5. エネルギー源

• 固形燃料：高エネルギー密度を持ち、固形燃料として利用できます。
• 発電：バイオマス発電の燃料として利用され、再生可能エネルギー源として役立ちます。

6. 建材

• コンクリートの補強材：炭化物をコンクリートに混ぜることで、強度や耐久性を向上させることができます。

7. 炭素の固定

• 炭素吸収：炭化物として土壌に埋めることで、二酸化炭素の固定化を図り、気候変動対策に寄与します。

8. 農業用途

• 堆肥の改善：堆肥に混ぜることで、その品質を向上させ、土壌の健康を促進します。
• 害虫駆除：土壌に混ぜることで、特定の害虫を抑制する効果が期待されます。

9. 健康・美容

• 化粧品原料：飲料粕炭化物は、肌の浄化やデトックス効果を持つ成分として化粧品に利用されることがあります。

利点と考慮点

利点

• 持続可能性：廃棄物を有効活用するため、環境負荷が低く、持続可能な方法です。
• 経済的価値：廃棄物から高価値の製品を生産することで、経済的価値を創出します。
• 多機能性：多くの用途に適しており、さまざまな産業で利用可能です。

考慮点

• 製造コスト：炭化プロセスにはエネルギーが必要であり、コスト効率を考慮する必要があります。
• 品質管理：炭化物の品質は原料やプロセスに依存するため、安定した品質を保つための管理が重要です。

飲料粕炭化物は、環境保護、持続可能な農業、エネルギー効率の向上など、さまざまな分野での利用が期待されています。適切な技術と管理によって、そのポテンシャルを最大限に引き出すことができます。

出典：ChatGPT

Spirajouleは国際特許取得済みの熱分解装置です。Biogreenシステムの心臓部と言えます。最適な熱分解処理は滞留時間と加熱温度の調整で行います。この調整がこの装置では簡単に行えます。

熱分解装置 Spirajouleは 電気式です。火気、石油燃料を一切使用しないため、地球温暖化ガスが発生しない脱炭素装置です。しかも連続式です。
熱分解は 無酸素状態の密閉された Spirajoule 熱分解装置内のスクリューで行われます。スクリューへ電流を通しそのジュール熱で投入された原料を加熱し熱分解を行なっています。そのスクリューが回転することで原料を熱分解を行ないながら搬送しています。
熱分解の温度はジュール熱の大きさで調整し、原料の滞留時間はスクリューの回転数調整により行ないます。その調整はいずれも制御盤のタッチパネルで簡単にできます。熱分解で最も重要な温度と滞留時間の調整は電気式のため簡単に行なえるとも言えます。火気、石油燃料を使用する装置と比較しても非常に安全で衛生面で優れています。又、処理はバッチ式ではなく連続式ですので人を張り付ける必要がありません。

下記パンフレットはこちらをクリック頂ければダウンロードできます。

Spirajoule 連続式電気炉

Biogreen は投入された原料を無酸素での加熱、熱分解を行ないます。熱分解により原料より炭素分のみを残し、原料に含まれる可燃性ガス等の合成ガスを発散させます。投入原料を選ばず、熱分解処理でガス、炭、オイルを製造発生させそれぞれが利活用ができ、その廃棄物が持つエネルギーは最大限利活用され廃棄物はなくなります。
Biogreen の熱分解処理は化石燃料、火気は一切使用しない低圧電流のジュール効果で行なう電気での加熱そして連続式での運転のため、24時間連続運転が可能で運転状況はモニターで監視し、運転管理操作はタッチパネルで楽にでき、人手を必要としません。Biogreen は国際特許技術で他にはない独自の熱分解装置ですが、構造は単純で部品点数は少なく壊れにくくメンテナンスは楽で長持ちし長時間使用ができます。熱分解処理にとり非常に重要な温度、機内滞留時間の管理調整はモニターで管理しタッチパネル操作で簡単にでき、安全衛生面でもとても優れています。装置の設置面積は小さくコンパクトでコンテナー内設置も可能で移動もでき、場所を選びません。
Biogreen は熱分解時の加熱温度によりガス、炭化物を作り出す産出の割合が異なります。そのため、熱分解装置 Biogreen は炭化装置、炭化炉あるいはガス化装置、ガス化炉とも言えます。熱分解後のその産出製造物の利用目的に合わせ加熱温度の調整を行ないますが、その温度調整、管理は、Biogreenであれば電気加熱式ですので簡単に確実に行なえます。又、その加熱は石油燃料を一切使用せず火気は未使用のため安全衛生面、運転操作面で火気使用熱分解装置、炭化炉、ガス化炉と比較すると非常に優れていると言えます。

ガス化

油　化

炭化、半炭化