特開 2024-162178 半炭化片の製造方法および木材片

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024162178

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】半炭化片の製造方法および木材片

(51)【国際特許分類】

   C10L 5/44 20060101AFI20241114BHJP

【ＦＩ】

C10L5/44

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023077481

(22)【出願日】2023-05-09

(71)【出願人】

【識別番号】510236634

【氏名又は名称】株式会社ＺＥエナジー

(71)【出願人】

【識別番号】504035179

【氏名又は名称】松下 康平

(71)【出願人】

【識別番号】594173636

【氏名又は名称】株式会社タケエイ

(74)【代理人】

【識別番号】110002860

【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松下 康平

(72)【発明者】

【氏名】関口 裕司

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 貴典

【テーマコード（参考）】

4H015

【Ｆターム（参考）】

4H015AA13

4H015AB01

4H015BA01

4H015BA06

4H015BA08

4H015BA09

4H015BB03

4H015CB01

(57)【要約】

【課題】非バイオマス燃料との混燃において取り扱いが容易な半炭化バイオマス燃料を提供する。
【解決手段】製造方法は、含水量３７％超の木材片を加熱し、前記含水量を２０％乃至３０％に制御するともに、表面の少なくとも一部を熱分解させる工程を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

含水量が３７％超の木材片を加熱し、
前記含水量を２０％乃至３０％に制御するともに、
表面の少なくとも一部を熱分解させる工程を含む半炭化片の製造方法。

【請求項2】

前記熱分解させる工程は、前記木材片を摂氏３００度乃至４００度で、５分乃至１５分間加熱する工程を含む請求項１に記載の半炭化片の製造方法。

【請求項3】

前記木材片は、伐採後に乾燥処理がなされていない木材片である請求項１に記載の半炭化片の製造方法。

【請求項4】

前記熱分解させる工程では、前記木材片となっている樹木の種類または前記木材片の含水率に応じて加熱温度と加熱時間が設定される請求項１に記載の半炭化片の製造方法。

【請求項5】

前記加熱温度と加熱時間は、前記含水量を２０％乃至３０％に制御させるときの加熱温度と加熱時間の複数の組のうち、前記熱分解させる工程における電力消費量または燃料消費量が相対的に少ない組が選択される請求項４に記載の半炭化片の製造方法。

【請求項6】

前記加熱温度と加熱時間は、前記含水量を２０％乃至３０％に制御させるときの加熱温度と加熱時間の複数の組のうち、前記熱分解させる工程によって処理された後の半炭化片の疎水性が前記熱分解させる工程によって処理される前の木材片よりも１．０９倍に改善した組が選択される請求項４に記載の半炭化片の製造方法。

【請求項7】

含水量が２０％乃至３０％であり、表面の少なくとも一部が熱分解されている木材片。

【請求項8】

前記表面の少なくとも一部が熱分解される前の原料の木材片と比較して、前記熱分解によって、疎水性が少なくとも１．０９倍に改善している請求項７に記載の木材片。

【請求項9】

前記表面の少なくとも一部が熱分解される前の原料の木材片と比較して、前記熱分解によって、疎水性が少なくとも１．２倍に改善している請求項７に記載の木材片。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半炭化片の製造方法および木材片に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、バイオマスを半炭化したバイオマス燃料の製造方法が提案されている。例えば、特許文献１には、無酸素下又は低酸素下、かつ２００℃から３００℃の還元雰囲気下で、木質ペレットを熱分解する半炭化装置（半炭化炉）を主体とする装置が開示されている。特許文献３には、この発明の半炭化とは、バイオマスを加熱・加圧して完全脱水分解状態や、炭化して熱分解に至る前の状態であって、燃焼には寄与しない水分の脱水と、セルロースやヘミセルロースを変性・分解させ、リグニンは変性していない状態をいう、と開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第７１０８３５４号公報

【特許文献2】特開２０１９－４５０７８号公報

【特許文献3】特開２０１８－８３８７６号公報

【特許文献4】特開２０２１－１２７４４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、バイオマス燃料の用途として、石炭他、非バイオマス燃料とバイオマス燃料とを混合して燃焼させる混燃を例示できる。しかし、上記従来の技術では、バイオマス燃料と非バイオマス燃料とを混燃する場合の配慮がない。一般に、石炭に例示される非バイオマス燃料は、半炭化チップ等のバイオマス燃料よりも比重が重い。このため、バイオマス燃料を石炭等の非バイオマス燃料と混燃すると、燃焼炉において、熱風によって非バイオマス燃料が吹き上げられ、安定した混燃が継続できないことが予想される。

【0005】

本発明の目的は、非バイオマス燃料との混燃において取り扱いが容易な半炭化バイオマス燃料を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

開示の実施形態は、半炭化片の製造方法によって例示できる。この製造方法は、含水量３７％超の木材片を加熱し、前記含水量を２０％乃至３０％に制御するともに、表面の少なくとも一部を熱分解させる工程を含む。また、開示の実施形態は、含水量が２０％乃至３０％であり、表面の少なくとも一部が熱分解されている木材片によって例示される。

【発明の効果】

【0007】

本製造方法によれば、非バイオマス燃料との混燃において取り扱いが容易な半炭化バイオマス燃料を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、一実施形態の製造設備の構成を例示する図である。

【図2】図２は、含水率データの一例である。

【図3】図３は、生木木材チップ、半炭化チップをそれぞれ水で浸漬させたときの経過時間に対する重量の変化を例示する図である。

【図4】図４は、半炭化チップでのドライスタートとウェットスタートの疎水性の測定結果を比較する図である。

【図5】図５は、生木木材チップとなる生木（樹木）の種類と、加熱温度、および加熱時間の関係を例示する制御テーブルの構成を例示する図である。

【図6】図６は、制御装置による製造工程を例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る半炭化チップ、半炭化チップの製造装置、および製造方法が説明される。１つの側面では、本実施形態の半炭化チップの製造装置、および製造方法は、非バイオマス燃料との混燃において取り扱いが容易な半炭化チップを製造することを課題とする。また、例えば、比重の小さい物質は、より比重の大きい物質とともに攪拌しても混ざり合いにくい、という特性がある。そのため、本実施形態の半炭化チップは、燃料の攪拌混合の取扱いを容易にするという側面も有している。

【0010】

＜製造装置の構成と動作＞
図１は、半炭化チップの製造装置１の構成を例示する図である。製造装置１は、炭化炉１０と、制御装置１１と、記憶装置１２を有する。半炭化チップは、半炭化片ということができる。

【0011】

炭化炉１０は、生木木材チップＣ１を投入され、炉内の空間で生木木材チップＣ１を加熱し、半炭化チップＣ２を製造する。生木木材チップＣ１および半炭化チップＣ２は、いずれも、木材を粉砕または切断したものであり、木材片の一例ということができる。また、半炭化チップＣ２は、半炭化片の一例ということができる。生木木材チップＣ１は、伐採後に乾燥処理がなされていない木材片の一例ということができる。半炭化チップＣ２は、表面の少なくとも一部が熱分解されている木材片の一例ということができる。すなわち、本実施形態では、半炭化片も木材片に含まれる。

【0012】

炭化炉１０の加熱方法に限定はない。炭化炉１０は、例えば、窒素、二酸化炭素または水蒸気などの酸素が少ない不活性の気体に生木木材チップＣ１をさらした不活性雰囲気において、生木木材チップＣ１を伝熱面からの伝熱または輻射により加熱するものである。また、炭化炉１０は、炉内の生木木材チップＣ１に、加熱した不活性なガスまたは水蒸気などの熱風を吹き付けるものであってもよい。さらに、このような加熱を行うための加熱機構にも限定はない。例えば、加熱機構は、電気ヒータを有するものでもよい。また、加熱機構は、重油、灯油、都市ガス、プロパンガス、メタンガス、天然ガス、バイオマスから生成される乾留ガス等の燃料を燃焼する燃焼炉を有するものであってもよい。

【0013】

制御装置１１は、炭化炉１０での加熱または炭化炉１０内の温度を制御する。制御装置１１は、例えば、炭化炉１０内の温度センサから炉内温度を計測する。温度センサは、例えば、熱電対である。また、温度センサは、炉内の高温ガスの一部を吸引して計測する吸引式温度計であってもよい。また、温度センサは、温度に応じて、形状または寸法が変化するセラミックス等の材料、または温度に応じて色が変化する材料を用いたものであってもよい。さらに、温度センサは、炭化炉１０内で処理中の生木木材チップＣ１および半炭化チップＣ２の表面温度を耐熱ガラス越しに計測するサーモグラフィであってもよい。要するに、制御装置１１は、炭化炉１０内の温度または炭化炉１０内で処理中の生木木材チップＣ１、または、生木木材チップＣ１が半炭化された半炭化チップＣ２の温度を測定できればよい。

【0014】

そして、制御装置１１は、温度センサによって検出された温度を所定時間継続して目標値に制御する。温度の制御の仕方に限定はない。例えば、炭化炉１０が電気ヒータを有する場合には、制御装置１１は、検出された温度が目標値に近づくように、電気ヒータに供給する電力を増減し、フィードバック制御すればよい。また、炭化炉１０が燃料を燃焼す
る燃焼炉を有する場合には、制御装置１１は、検出された温度が目標値に近づくように、燃焼炉に供給する燃料の投入量を調整し、フィードバック制御すればよい。

【0015】

記憶装置１２は、制御装置１１が炭化炉１０を制御するときの制御パラメータを記憶する。記憶装置１２は、制御装置１１と別体の構成であって、例えば、有線または無線通信で制御装置１１から入出力可能に構成されるものであってもよい。また、記憶装置１２は、制御装置１１と一体で構成されるもの、または、制御装置１１に内蔵される主記憶装置と呼ばれるものでもよい。記憶装置１２を内蔵した制御装置１１は、マイクロコントローラまたはマイクロコンピュータと呼ばれるのであってもよい。ただし、制御装置１１は主記憶装置を内蔵していて、記憶装置１２は、制御装置１１に内蔵される主記憶装置以外の外部記憶装置であってもよい。

【0016】

記憶装置１２が記憶する制御パラメータは、例えば、炉内温度３００度、３５０度、４００等である。また、制御パラメータは、例えば、加熱時間５分、１０分、あるいは１５分等である。本実施形態では、制御装置１１は比較的短時間の加熱で半炭化処理を実行するので、制御パラメータは、急速加熱条件のパラメータということもできる。

【0017】

炭化炉１０へ原料となる生木木材チップＣ１を投入する投入機構および炭化炉１０で生成された半炭化チップＣ２の排出機構に限定はない。炭化炉１０はバッチ式で運転されるものであってもよい。すなわち、炭化炉１０に、所定量の原料となる生木木材チップＣ１が投入され、記憶装置１２に記憶された急速加熱条件で生木木材チップＣ１が加熱され、加熱が停止された後に、製造された半炭化チップＣ２が排出されるものでもよい。生木木材チップＣ１は、例えば、開閉可能な投入口からコンベア等によって炭化炉１０へ投入されればよい。また、炭化炉１０は、炭化炉１０内で所定方向に平行移動し、半炭化チップＣ２を掻き取り可能なスクレーパまたはアクチュエータを有してもよい。製造された半炭化チップＣ２は、スクレーパ等によって、排出口から掻き出されればよい。

【0018】

ただし、炭化炉１０は、連続運転され、所定の製造速度で連続または断続的に、半炭化チップＣ２を製造するものであってもよい。連続運転において、生木木材チップＣ１は、例えば、開閉可能な投入口からコンベア等によって炭化炉１０へ所定時間ごとに所定量が投入される。炭化炉１０は、例えば、水平面に対して所定角度で傾いて、回転可能に保持される円筒容器を有する。円筒容器は、投入口が相対的に高く、排出口が相対的に低く保持される。円筒容器は、容器内の原料となる生木木材チップＣ１を加熱しつつ、回転することで、徐々に生木木材チップＣ１を排出口に移動させ、目標の加熱温度で所定時間加熱後に、半炭化チップＣ２を排出口から排出すればよい。なお、排出口付近に設けられたアクチュエータ等によって半炭化チップＣ２が排出口から掻き出されるようにしてもよい。ただし、炭化炉１０は、筒状の容器であって、鉛直方向上側に投入口を有し、鉛直方向下側に排出口を有するものでもよい。投入口と排出口には、例えば、バタフライ弁が設けられてもよい。所定時間ごとに投入口のバタフライ弁が開口することで、生木木材チップＣ１が炭化炉１０に投入されればよい。所定時間ごとに排出口のバタフライ弁が開口することで、半炭化チップＣ２が排出口から排出されればよい。

【0019】

制御装置１１は、製造装置１の運転開始とともに、記憶装置１２から制御パラメータを読み出し、炭化炉１０を制御する。すなわち、制御装置１１は、炭化炉１０が目標温度で燃焼するように制御するととともに、原料となる生木木材チップＣ１を炭化炉１０に投入する。制御装置１１は、所定の処理時間が経過後、炭化炉１０において製造された半炭化チップＣ２を炭化炉１０から排出させる。

【0020】

＜生木木材チップＣ１の含水率＞
生木木材チップＣ１は、含水率によって特徴付けられる。生木木材チップＣ１の含水率
は、生木の種類によってほぼ特定できることが知られている。例えば、図２は、長野県林業総合センターミニ技術情報Ｎｏ．５０、平成２６年５月（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｐｒｅｆ．ｎａｇａｎｏ．ｌｇ．ｊｐ／ｒｉｎｇｙｏｓｏｇｏ／ｊｏｈｏ／ｍｉｎｉｇｉｊｕｔｓｕ／ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ／５０ｃｈｉｐｍｃ．ｐｄｆ、２０２３年４月１５日検索）に掲載された含水率データである。

【0021】

含水率は、乾量基準含水率と、湿量基準含水率の２種類の定義の仕方で算出される。乾量基準含水率は、（乾燥前重量－乾燥後重量）／乾燥後重量で定義される。また、湿量基準含水率は、（乾燥前重量－乾燥後重量）／乾燥前重量で定義される。以下、本実施形態では、含水率として、湿量基準含水率が用いられる。

【0022】

図２の例では、湿量基準含水率で見た場合、立木の幹または立木の枝では、最も湿量基準含水率が低いのは、ナラの梢端または枝の３７．７％である。また、最も湿量基準含水率が高いのは、スギの幹の５６．０％である。したがって、一般的には、生木木材チップＣ１の湿量基準含水率は、３７％から５６％の範囲と考えることができる。

【0023】

＜半炭化チップＣ２の特徴＞
発明者らは、種々の木材が混合された第１の生木木材チップ群を加熱温度摂氏３５０度で１１分加熱して、平均の湿量基準含水率２５．２％の半炭化チップＣ２１を得た。また、発明者らは、同様の第２の生木木材チップ群を摂氏３３０度で１１分加熱して、平均の湿量基準含水率１８．６％の半炭化チップＣ２２を得た（以下、摂氏は省略する）。この結果から、発明者らは、生木木材チップＣ１を加熱温度３００度から４００度程度で、５分以上１５分（または２０分）程度加熱することで、湿量基準含水率２０％から３０％程度の半炭化チップＣ２を得る見通しを得た。なお、半炭化チップＣ２１、Ｃ２２は、半炭化チップＣ２を細分化したものの例である。

【0024】

＜半炭化チップＣ２１、Ｃ２２の疎水性＞
図３は、生木木材チップＣ１、半炭化チップＣ２１および半炭化チップＣ２２をそれぞれ水で浸漬させたときの経過時間に対する重量の変化を例示する図である。材料が水で浸漬された後の重量の変化が大きい場合、当該材料は、吸水性が高く、疎水性が低いといえる。したがって、図３は、生木木材チップＣ１と比較して、半炭化チップＣ２１および半炭化チップＣ２２の疎水性を測定した結果を例示する図であるといえる。なお、生木木材チップＣ１は、半炭化前の原料の木材片の一例である。

【0025】

図３で横軸は、水で浸漬後の経過時間であり、縦軸は、生木木材チップＣ１、半炭化チップＣ２１および半炭化チップＣ２２の重量の変化量を％で例示したものである。また、図３の測定では、生木木材チップＣ１、半炭化チップＣ２１および半炭化チップＣ２２は、それぞれ、一旦、乾燥装置によって、重量の変化がなくなるまでの乾燥させた後、それぞれを水で浸漬させたときの結果である。このような重量の変化はドライスタートの重量の変化と呼ばれる。

【0026】

図３のように、例えば、浸漬後４０時間から８０時間の間では、半炭化チップＣ２１は、生木木材チップＣ１と比較して、重量の増加の割合（自身のドライスタート時の重量に対する増加の割合）が２５％程度少ない。また、半炭化チップＣ２２は、生木木材チップＣ１と比較して、重量の増加の割合（自身のドライスタート時の重量に対する割合）が５０％程度少ない。すなわち、図３の結果は、半炭化チップが生木木材チップＣ１と比較して、水で浸漬させたときの吸水性が低いこと、つまり、疎水性が高いことを例示している。

【0027】

すなわち、半炭化チップＣ２１は、生木木材チップＣ１と比較して、疎水性が高いとい
える。例えば、図３において、経過時間４０時間において、生木木材チップＣ１の重量増加の割合は３００％であり、半炭化チップＣ２１の重量増加の割合は、約２７５％である。これは、浸漬後４０時間から８０時間の間維持される。したがって、浸漬後４０時間から８０時間の間、半炭化チップＣ２１の吸水率は、概ね、生木木材チップＣ１に対して、２７５／３００＝９１％であることが分かる。逆に、半炭化チップＣ２１の疎水性が生木木材チップＣ１に対して３００／２７５＝１．０９倍に改善することが分かる。

【0028】

また、経過時間４０時間において、半炭化チップＣ２２の重量増加の割合は、約２５０％である。したがって、浸漬後４０時間から８０時間の間、半炭化チップＣ２２の吸水率は、概ね、生木木材チップＣ１に対して、２５０／３００＝８３％であることが分かる。逆に、半炭化チップＣ２２の疎水性が生木木材チップＣ１に対して３００／２５０＝１．２倍に改善することが分かる。

【0029】

図４は、生木木材チップ群を３３０度で１１分加熱し、含水率１８．６１７％となった半炭化チップＣ２２での、ドライスタートとウェットスタートの疎水性の測定結果を比較する図である。図４も図３と同様、横軸は、水で浸漬後の経過時間であり、縦軸は、半炭化チップＣ２２の重量の変化量を％で例示したものである。図３で説明したように半炭化チップＣ２２を一旦、重量の変化がなくなるまでの乾燥させることをしないで、製造装置１によって製造された半炭化チップＣ２２に、そのまま水を浸漬させる処理はウェットスタートと呼ぶことができる。

【0030】

ただし、ウェットスタートの場合、半炭化チップＣ２２は、平均含水率１８．６１７％を有することから、浸漬後の重量の変化率は、ドライスタートと比較して小さくなる。そこで、図４では、ドライスタートでの半炭化チップＣ２２（含水率０％）を基準とするため、ウェットスタートでの重量変化の測定結果は、２９．６６％の増加率を増加補正している。３３０度で半炭化したチップの含水率（湿潤基準）は平均１８．６１７％であった。これはドライチップ１ｇに対して水０．２２８７５ｇを含んでいる。ウェットスタートのグラフ（Ｄ２２）は、水０．２２８７５ｇを含んだウェットチップを１ｇとして、浸漬開始時（経過時間０）から重量が変化する曲線となる。このウェットチップ１ｇを乾燥させたドライチップの重量は１－０．２２８７５＝０．７７１２５ｇである。ウェットスタートのグラフ（Ｄ２２）とドライスタートのグラフ（Ｃ２２）とを浸漬後の重量の増加率（％）で比較する場合、浸漬開始時（経過時間０）での双方の重量の基準を一致させる必要がある。そこで、例えば、ドライチップ量１ｇを基準とする場合は、ウェットチップは、１／（１－０．２２８７５）＝１．２９６６倍とする必要があり、ウェットチップの重量の増加率（％）のグラフ（Ｄ２２）は、２９．６６％だけベースを上げることとなる（Ｅ２２）。

【0031】

図４で、Ｃ２２は、図３と同一の半炭化チップＣ２２の重量の変化を例示するグラフである。Ｄ２２は、ウェットスタートの場合の半炭化チップＣ２２の重量の変化を例示するグラフである。Ｅ２２は、ウェットスタートの場合の半炭化チップＣ２２の重量の変化を２９．６６％の増加率で補正したグラフである。図４のようにドライスタートでの重量の変化（Ｃ２２）と、補正されたウェットスタートでの重量の変化（Ｅ２２）はほぼ一致する。したがって、ドライスタートか、ウェットスタートかによらず、浸漬後の重量の変化率は、半炭化チップＣ２２において、適正に測定されていることが分かる。また、半炭化チップＣ２１、生木木材チップＣ１においても、図４と同様の結果が得られると推定できる。

【0032】

＜製造方法の手順＞
図５は、生木木材チップＣ１となる生木（樹木）の種類と、加熱温度、および加熱時間の関係を例示する制御テーブルの構成を例示する図である。図２のように、生木木材チッ
プＣ１の含水率は、生木の種類によってほぼ特定できる。したがって、生木の種類ごとに加熱温度と、加熱時間を変化させて実験することで、半炭化チップＣ２の湿量基準含水率を適正値、例えば、２０％から３０％程度とするための加熱温度と、加熱時間を求め、図５の制御テーブルを得ることができる。図５は、記憶装置１２が実験結果を基に記憶する制御テーブルの構成を例示する図である。すなわち、加熱温度と加熱時間とは、生木（樹木）の種類または木材片の含水率に応じて設定することができる。

【0033】

図５の例では、生木の種類ごとに、適正な加熱温度と適正な加熱時間との関係が例示されている。図５においては、生木の種類ごとに、複数の加熱温度と加熱時間が例示されている。ただし、これらの加熱温度と加熱時間の複数の組の中から、さらに、最適な加熱温度と加熱時間が選択されてもよい。なお、図５の例では、表の１行が生木木材チップＣ１を半炭化する加熱制御に対応している。図５の例で、生木木材チップＣ１を半炭化する加熱制御において、単一な一定の加熱温度と、その加熱温度での加熱時間が設定されている。しかし、製造装置１による製造方法は、このような手順に限定されない。製造装置１例えば、複数の加熱温度ＴＭＰｋと加熱時間ＴＭｋの複数の組（ＴＭＰｋ、ＴＭｋ）、ｋ＝１，２，３，によって、生木木材チップＣ１を半炭化してもよい。

【0034】

例えば、制御装置１１は、製造装置１における電力消費量または燃料消費量を加熱温度と加熱時間の組毎に記録しておき、電力消費量または燃料消費量が経験的に最も小さくなる加熱温度と加熱時間の組を最適なものと決定すればよい。また、例えば、制御装置１１は、加熱温度と加熱時間の複数の組によって製造された半炭化チップＣ２について、図３と同様のデータである浸漬後の重量の変化データの入力を受け、記録してもよい。そして、制御装置１１は、相対的に重量変化の少ない半炭化チップＣ２（または、重量変化が最小の半炭化チップＣ２）での加熱温度と加熱時間を最適なものと決定してもよい。また、制御装置１１は、例えば、含水量が２０％乃至３０％に制御させるときの加熱温度と加熱時間の複数の組のうち、半炭化処理された後の半炭化チップＣ２の疎水性が半炭化処理される前の生木木材チップＣ１よりも少なくとも１．０９倍、または、１．２倍に改善した組を選択すればよい。また、制御装置１１は、例えば、含水量が２０％乃至３０％に制御させるときの加熱温度と加熱時間の複数の組のうち、半炭化処理された後の半炭化チップＣ２の浸漬後の重量の変化の少ない組（疎水性が相対的に高く改善した組）を選択してもよい。また、制御装置１１は、例えば、炭化処理された後の半炭化チップＣ２の疎水性が相対的に高く改善した複数組のうち、電力消費量または燃料消費量が経験的に最も小さくなる加熱温度と加熱時間の組を最適なものと決定すればよい。このような最適な加熱温度と加熱時間の組は、複数の加熱温度と加熱時間を含んでもよい。

【0035】

また、製造装置１は、加熱処理前に、原料となる生木木材チップＣ１の含水率をオペレータからの入力により取得してもよい。原料となる生木木材チップＣ１の含水率が得られる場合には、図５の表に代えて、生木木材チップＣ１の含水率の範囲と、加熱温度と、加熱時間との関係を用いて、半炭化チップＣ２の含水率を適正値とするための制御テーブルが作成されてもよい。ここで、生木木材チップＣ１の含水率の範囲は、数％ごと、例えば、５％、あるいは１０％ごとに区切られた範囲である。

【0036】

さらに、生木の種類、生木の含水率等によって、原料を分類しないで、平均的な含水率を想定して、加熱温度と加熱時間と関係を用いて、半炭化チップＣ２の含水率を適正値とする制御テーブルが作成されてもよい。

【0037】

制御装置１１は、平均的な含水率を得るため、例えば、製造装置１に投入される生木木材チップＣ１の生木の種類又は生木木材チップＣ１の含水率の入力を常時受け付けてモニタすればよい。そして、制御装置１１は、現在時点で得られている平均の含水率の実績値を現在処理中の生木木材チップＣ１の含水率として用いてもよい。なお、制御装置１１は
、制御装置１１の入力装置等から、オペレータが入力した生木木材チップＣ１の生木の種類を順次記録しておけばよい。また、制御装置１１は、制御装置１１の入力装置等から、オペレータが入力した原料サンプルの含水率を順次記録しておけばよい。

【0038】

以上のように、常時、生木木材チップＣ１の平均的な含水率がモニタされている場合には、制御装置１１は、含水率の範囲と、加熱温度と、加熱時間と関係を規定した制御テーブルを参照すればよい。ただし、制御装置１１は、このようなモニタによる生木木材チップＣ１の平均的な含水率を所定期間、例えば、１ヶ月、１年等の期間継続して用いてもよい。また、制御装置１１は、このようなモニタによる生木木材チップＣ１の平均的な含水率を日々または毎時更新してもよい。

【0039】

なお、制御装置１１は、生木木材チップＣ１の種類（または生木木材チップＣ１の含水率）、加熱温度、加熱時間、および目標とする半炭化チップＣ２の含水率の関係を回帰分析によって実験式で特定してもよい。制御装置１１は、制御テーブルではなく、回帰分析による実験式に、生木木材チップＣ１の種類（または含水率）、加熱温度、加熱時間、および目標とする半炭化チップＣ２の含水率のいずれか１つを目的変数とする。また、制御装置１１は、残りのパラメータを独立変数とする実験式を求めて、メモリ上に記憶すればよい。そして、制御装置１１は、例えば、加熱時間を目的変数とし、独立変数（加熱時間以外の加熱温度等）に値を入力し、加熱時間を求めてもよい。また、制御装置１１は、加熱時間に代えて、加熱温度を目的変数とし、加熱温度以外を独立変数とする実験式をメモリ上に記憶し、加熱温度を求めてもよい。

【0040】

図６は、制御装置１１による製造工程を例示する図である。この処理は、例えば、制御装置１１内のCentral Processing Unit（ＣＰＵ）またはプロセッサ等が制御装置１１内
のメモリに実行可能に展開されたコンピュータプログラムにより実行される。

【0041】

この処理では、まず、制御装置１１は、処理対象の生木木材チップＣ１の種類から、目標温度、加熱時間を取得する（Ｓ１）。処理対象の生木木材チップの種類は、例えば、制御装置１１に接続される入力装置上のユーザインターフェースから、オペレータの操作によって入力される。入力装置は、例えば、キーボード、タッチパネル、またはディプレイとポインティングデバイスとの組み合わせ等である。

【0042】

そして、制御装置１１は、炭化炉１０を目標値の温度まで加熱する（Ｓ２）。目標値の温度とは、炉内の空間の温度、原料の表面温度、または原料を加熱するガスの温度等である。Ｓ２の処理は、炭化炉１０を目標の運転状態にするための初期加熱ということができる。

【0043】

次に、制御装置１１は、炭化炉１０の投入口から、生木木材チップＣ１を投入する（Ｓ３）。次に、制御装置１１は、炭化炉１０が目標温度で維持されるように加熱制御する（Ｓ４）。そして、制御装置１１は、所定の加熱時間が経過したか否かを判定する（Ｓ５）。所定の加熱時間が経過していない場合、制御装置１１は、処理をＳ４に戻す。Ｓ４、Ｓ５の処理では、生木木材チップＣ１は、例えば、摂氏３００度乃至４００度で、５分乃至１５分間加熱される。一方、所定の加熱時間が経過した場合には、制御装置１１は、半炭化チップを炭化炉１０から排出する（Ｓ６）。

【0044】

次に、制御装置１１は、処理を終了するか否かを判定する（Ｓ７）。処理を終了しない場合、制御装置１１は、処理をＳ３に戻し、次の生木木材チップＣ１を投入する。次の生木木材チップＣ１を処理しない場合、例えば、制御装置１１は、オペレータの操作のしたがって処理を終了する。なお、Ｓ１からＳ６までの処理は、１つのバッチ処理ということができる。ただし、連続処理または断続処理においては、Ｓ３からＳ６の処理が所定時間
ごとに繰り替えされことになる。

【0045】

＜実施形態の効果＞
本実施形態では、製造装置１および製造装置１による製造方法は、含水量３７％超の生木木材チップＣ１を加熱し、含水量が２０％乃至３０％に制御するともに、表面の少なくとも一部を熱分解させる工程により、半炭化チップＣ２を製造する。したがって、生木木材チップＣ１により、安定して大量に含水量が２０％乃至３０％の半炭化チップＣ２を製造できる。

【0046】

上記表面の少なくとも一部を熱分解させる工程は、例えば、生木木材チップＣ１を摂氏３００度乃至４００度で、５分乃至１５分間加熱する工程を含む。したがって、製造装置１および製造装置１による製造方法は、１５分以内の比較的短時間の処理で、半炭化チップＣ２を製造できる。また、製造装置１および製造装置１による製造方法は、生木木材チップＣ１の生木の種類、原料の含水率に応じて、適切な加熱温度と加熱時間を選択し、炭化炉１０での電力消費量、または、燃料消費量を抑制できる。また、製造装置１および製造装置１による製造方法は、生木木材チップＣ１の生木の種類、原料の含水率に応じて、適切な加熱温度と加熱時間を選択することで、製造される半炭化チップＣ２の疎水性を向上できる。

【0047】

原料である生木木材チップＣ１は、伐採後に乾燥処理がなされていない木材片である。したがった、製造装置１および製造装置１による製造方法は、前処理のされていない生木の原料を使用して、大量の半炭化チップＣ２を製造できる。

【0048】

本実施形態における半炭化チップＣ２は、含水量が２０％乃至３０％であり、表面の少なくとも一部が熱分解されている。半炭化チップＣ２は、通常の半炭化チップと比較して、比較的高い含水率を有し、質量が重い。その結果、半炭化チップＣ２は、燃焼炉で、石炭等、他の燃料と混燃される場合でも、燃焼炉内に発生する熱風によって吹き上げられる可能性を低減し、安定した混燃の実施に効果を発揮する。すなわち、本実施形態の半炭化チップの製造装置、および製造方法は、非バイオマス燃料との混燃において取り扱いが容易な半炭化チップを製造することを可能にする。また、例えば、比重の小さい物質は、より比重の大きい物質とともに攪拌しても混ざり合いにくい、という特性がある。そのため、本実施形態の半炭化チップは、燃料の攪拌混合の取扱いを容易にすることができる。

【0049】

本実施形態における半炭化チップＣ２１（生木木材チップ群を加熱温度３５０度で１１分加熱）は、原料である生木木材チップＣ１と比較して、浸漬後４０時間から８０時間の間では、疎水性が少なくとも１．０９倍に改善した。また、半炭化チップＣ２２（生木木材チップ群を加熱温度３３０度で１１分加熱）は、原料である生木木材チップＣ１と比較して、浸漬後４０時間から８０時間の間では、疎水性が少なくとも１．２倍に改善した。したがって、本実施形態の半炭化チップＣ２１、Ｃ２２は、屋外において、雨にさらされるような環境においても、含水率等の特性を維持しやすい。

【符号の説明】

【0050】

１ 製造装置
１０ 炭化炉
１１ 制御装置
１２ 記憶装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2024-08-26

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

含水量が３７％超の複数種類の木材が混合された木材片を加熱し、
前記含水量を２０％乃至３０％に制御するとともに、
表面の少なくとも一部を熱分解させる工程を含む半炭化片の製造方法。

【請求項2】

前記熱分解させる工程は、前記木材片を摂氏３００度乃至４００度で、５分乃至１５分間加熱する工程を含む請求項１に記載の半炭化片の製造方法。

【請求項3】

前記木材片は、伐採後に乾燥処理がなされていない木材片である請求項１に記載の半炭化片の製造方法。

【請求項4】

前記熱分解させる工程では、前記木材片となっている樹木の種類または前記木材片の含水率に応じて加熱温度と加熱時間が設定される請求項１に記載の半炭化片の製造方法。

【請求項5】

前記加熱温度と加熱時間は、前記含水量を２０％乃至３０％に制御させるときの加熱温度と加熱時間の複数の組のうち、前記熱分解させる工程における電力消費量または燃料消費量が相対的に少ない組が選択される請求項４に記載の半炭化片の製造方法。

【請求項6】

木材片を水で浸漬後の経過時間の所定範囲における重量の増加率の逆数によって疎水性を定義した場合に、前記加熱温度と加熱時間は、前記含水量を２０％乃至３０％に制御させるときの加熱温度と加熱時間の複数の組のうち、前記熱分解させる工程によって処理された後の半炭化片の前記疎水性が前記熱分解させる工程によって処理される前の木材片よりも１．０９倍に改善した組が選択される請求項４に記載の半炭化片の製造方法。

【請求項7】

含水量が２０％乃至３０％であり、表面の少なくとも一部が熱分解されている、複数種
類の木材が混合された木材片。

【請求項8】

木材片を水で浸漬後の経過時間の所定範囲における重量の増加率の逆数によって疎水性を定義した場合に、前記表面の少なくとも一部が熱分解される前の原料の木材片と比較して、前記熱分解によって、前記疎水性が少なくとも１．０９倍に改善している請求項７に記載の木材片。

【請求項9】

木材片を水で浸漬後の経過時間の所定範囲における重量の増加率の逆数によって疎水性を定義した場合に、前記含水量が少なくとも１８％であり、前記表面の少なくとも一部が熱分解される前の原料の木材片と比較して、前記熱分解によって、前記疎水性が少なくとも１．２倍に改善している請求項７に記載の木材片。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0006】

開示の実施形態は、半炭化片の製造方法によって例示できる。この製造方法は、含水量３７％超の木材片を加熱し、前記含水量を２０％乃至３０％に制御するとともに、表面の少なくとも一部を熱分解させる工程を含む。また、開示の実施形態は、含水量が２０％乃至３０％であり、表面の少なくとも一部が熱分解されている木材片によって例示される。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0045】

＜実施形態の効果＞
本実施形態では、製造装置１および製造装置１による製造方法は、含水量３７％超の生木木材チップＣ１を加熱し、含水量が２０％乃至３０％に制御するとともに、表面の少なくとも一部を熱分解させる工程により、半炭化チップＣ２を製造する。したがって、生木木材チップＣ１により、安定して大量に含水量が２０％乃至３０％の半炭化チップＣ２を製造できる。