特許 7453872 バイオガス製造システム及びバイオガス製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-12

(45)【発行日】2024-03-21

(54)【発明の名称】バイオガス製造システム及びバイオガス製造方法

(51)【国際特許分類】

   B09B 3/60 20220101AFI20240313BHJP

   B09B 3/70 20220101ALI20240313BHJP

   B09B 3/40 20220101ALI20240313BHJP

   B09B 3/45 20220101ALI20240313BHJP

   C12M 1/00 20060101ALI20240313BHJP

   C12N 1/00 20060101ALI20240313BHJP

   B09B 101/85 20220101ALN20240313BHJP

【ＦＩ】

B09B3/60 ZAB

B09B3/70

B09B3/40

B09B3/45

C12M1/00 H

C12N1/00 S

B09B101:85

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020128125

(22)【出願日】2020-07-29

(65)【公開番号】P2022025351

(43)【公開日】2022-02-10

【審査請求日】2023-01-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】中嶋 祐二

(72)【発明者】

【氏名】小川 尚樹

(72)【発明者】

【氏名】池 卓

(72)【発明者】

【氏名】鵜飼 展行

(72)【発明者】

【氏名】野間 彰

(72)【発明者】

【氏名】沖野 進

【審査官】中野 孝一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１４４００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１８３１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１６７１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２０７０９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０９Ｂ１／００－５／００

Ｃ１２Ｍ１／００

Ｃ１２Ｎ１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セルロースを含む廃棄物を加水分解する加水分解装置と、
前記加水分解装置で加水分解された廃棄物である処理物中のセルロースをセルラーゼで分解して、前記処理物を発酵させることでバイオガスを生成するバイオガス生成装置と、
前記バイオガス生成装置に供給される前記セルラーゼを貯留又は生産する供給源と
を備えるバイオガス製造システム。

【請求項2】

前記加水分解装置において１５０～２１０℃の温度で前記廃棄物が加水分解される、請求項１に記載のバイオガス製造システム。

【請求項3】

前記加水分解装置は、
前記廃棄物を加水分解する第１加水分解装置と、
前記第１加水分解装置で加水分解された前記廃棄物である処理物の少なくとも一部を加水分解する第２加水分解装置と
を含む、請求項１または２に記載のバイオガス製造システム。

【請求項4】

前記バイオガス生成装置は、
前記処理物中のセルロースを前記セルラーゼで分解する分解槽と、
前記分解槽で分解処理された処理物である分解処理物を発酵させることで前記バイオガスを生成する発酵槽と
を備える、請求項１～３のいずれか一項に記載のバイオガス製造システム。

【請求項5】

前記バイオガス生成装置は発酵槽を含み、
前記発酵槽において、前記処理物中のセルロースが前記セルラーゼで分解されて発酵されることで前記バイオガスが生成する、請求項１～３のいずれか一項に記載のバイオガス製造システム。

【請求項6】

前記バイオガス生成装置への前記セルラーゼの供給量を調整する供給量調整装置と、
制御装置と
を備え、
前記制御装置は、前記加水分解装置に供給される前記廃棄物の性状又は前記バイオガス生成装置内の前記処理物の性状に基づいて前記セルラーゼの供給量を決定し、決定した前記供給量で前記セルラーゼを前記バイオガス生成装置へ供給するように前記供給量調整装置を作動させる、請求項１～５のいずれか一項に記載のバイオガス製造システム。

【請求項7】

前記制御装置は、前記廃棄物の性状に関する情報と、前記廃棄物の性状との関係を機械学習により作成し、
前記制御装置は、前記廃棄物の性状に関する情報を取得し、前記関係に基づいて、前記廃棄物の性状を推定する、請求項６に記載のバイオガス製造システム。

【請求項8】

前記加水分解装置に供給される前記廃棄物を撮影する撮影装置を備え、
前記制御装置は、前記撮影装置によって撮影された前記廃棄物の画像に基づいて前記廃棄物の性状を推定する、請求項６に記載のバイオガス製造システム。

【請求項9】

前記バイオガス生成装置内の粒子のサイズに関する情報を検出する検出装置を備え、
前記制御装置は、前記検出装置による検出値に基づいて前記バイオガス生成装置内の前記処理物の性状を推定する、請求項６に記載のバイオガス製造システム。

【請求項10】

セルロースを含む廃棄物を加水分解するステップと、
セルラーゼを貯留又は生産するステップと、
前記加水分解するステップで加水分解された廃棄物である処理物に、貯留されている又は生産された前記セルラーゼを供給するステップと、
前記処理物中のセルロースを前記セルラーゼで分解して、前記処理物を発酵させることでバイオガスを生成するステップと
を備えるバイオガス製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、バイオガス製造システム及びバイオガス製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、生分解廃棄物を処理することによりメタンを製造するシステムが記載されている。このシステムでは、廃棄物に含まれる病原体を殺すために７０～１４０℃のお湯を廃棄物と混合し、脱水した後に、牛の胃からの流体であるルーメン液によって生物学的処理をすることでメタンガスが製造される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０１３－５０５１３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら特許文献１に記載のシステムにおいて、生物学的処理の前に行われる前処理は、あくまでも廃棄物に含まれる病原体を殺すために行われるものであり、この温度条件では、紙ごみ等に含まれるセルロースを加水分解できないため、紙ごみを多く含む都市ごみを原料とした場合には、メタンガスの生成量が低下してしまう。また、生物学的処理はルーメン液を使用して行われるが、ルーメン液に含まれる酵素は、セルロースを分解するセルラーゼの複合体であるセルロソームであり、セルロソームはセルラーゼよりも大きいことから、セルロース中の非晶領域に入り込めないため、セルロースを分解・発酵する能力がセルラーゼよりも劣る。このため、セルロースを多く含む原料を使用した場合、メタンガスの生成量が低下してしまう。

【0005】

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、セルロースを含む廃棄物からのバイオガスの生成を促進できるバイオガス製造システム及びバイオガス製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本開示に係るバイオガス製造システムは、セルロースを含む廃棄物を加水分解する加水分解装置と、前記加水分解装置で加水分解された廃棄物である処理物中のセルロースをセルラーゼで分解して、前記処理物を発酵させることでバイオガスを生成するバイオガス生成装置と、前記バイオガス生成装置に供給される前記セルラーゼを貯留又は生産する供給源とを備える。

【0007】

また、本開示に係るバイオガス製造方法は、セルロースを含む廃棄物を加水分解するステップと、セルラーゼを貯留又は生産するステップと、前記加水分解するステップで加水分解された廃棄物である処理物に、貯留されている又は生産された前記セルラーゼを供給するステップと、前記処理物中のセルロースを前記セルラーゼで分解して、前記処理物を発酵させることでバイオガスを生成するステップとを備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示のバイオガス製造システム及びバイオガス製造方法によれば、セルラーゼによってセルロースを分解することにより、セルロースをバイオガスへの発酵に適した状態にできるので、セルロースを含む廃棄物からのバイオガスの生成を促進することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の実施形態１に係るバイオガス製造システムの構成図である。

【図2】本開示の実施形態２に係るバイオガス製造システムの構成図である。

【図3】本開示の実施形態３に係るバイオガス製造システムの構成図である。

【図4】本開示の実施形態４に係るバイオガス製造システムの構成図である。

【図5】本開示の実施形態５に係るバイオガス製造システムの構成図である。

【図6】本開示の実施形態６に係るバイオガス製造システムの構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の実施の形態によるバイオガス製造システム及びバイオガス製造方法について、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

【0011】

（実施形態１）
＜本開示の実施形態１に係るバイオガス製造システムの構成＞
図１に示されるように、本開示の実施形態１に係るバイオガス製造システム１は、例えば都市ごみのような廃棄物を水又は蒸気共存下で加水分解する加水分解装置２と、加水分解装置２で加水分解された廃棄物である処理物中のセルロースをセルラーゼで分解して、処理物を発酵させることでメタン等を含むバイオガスを生成するバイオガス生成装置３とを備えている。

【0012】

加水分解装置２は、例えば、廃棄物を収集した車両又はプラント等から廃棄物をそのまま受け入れて蒸気によって廃棄物をバッチ式に加水分解するものであり、具体的には、廃棄物が投入される投入口１１及び処理物が排出される排出口１２を含む筐体１０を備えるバッチ式の加水分解装置である。投入口１１及び排出口１２にはそれぞれ開閉弁１８，１９が設けられ、開閉弁１８，１９をそれぞれ閉じることにより、筐体１０を密閉できる。加水分解装置２における廃棄物の加水分解は、蒸気が廃棄物に接触して廃棄物を加熱する湿式の加水分解であってもよいし、蒸気が廃棄物には接触しないで間接的に廃棄物を加熱する乾式の加水分解であってもよい。乾式の加水分解の場合には、筐体１０内の廃棄物中の水分が蒸発して水蒸気となり、その水蒸気によって筐体１０内の廃棄物が均一に加熱される。また、加水分解のためには水分が必要であるが、水蒸気によって水分が廃棄物の表面に付着することで水分が供給される。

【0013】

バイオガス生成装置３は、処理物中のセルロースをセルラーゼで分解する分解槽４と、分解槽４で分解処理された処理物である分解処理物を発酵させることでバイオガスを生成する発酵槽５とを備えている。分解槽４は、セルラーゼの供給源６と連通している。セルラーゼの供給源６は、セルラーゼを水溶液の形態で貯留するタンクであってもよいし、セルラーゼ生産微生物からセルラーゼを生産するセルラーゼ生産装置であってもよい。尚、廃棄物が都市ごみの場合には、紙ごみが多く含まれるため、処理物中のセルロースの多くは、紙ごみに由来するものである。

【0014】

この実施形態１で使用されるセルラーゼは、至適ｐＨが４．０～６．０の範囲のものが好ましく、約５であるものがさらに好ましい。このようなセルラーゼとして、例えば、三菱ケミカルフーズ株式会社から市販されるスクラーゼ（商標）Ｃを使用することができる。スクラーゼ（商標）Ｃには、セルラーゼの他にキシラナーゼやペクチナーゼ等が含まれ、セルラーゼによるセルロースの分解と共に植物組織の分解等への相乗効果が期待できる。

【0015】

＜本開示の実施形態１に係るバイオガス製造システムの動作＞
次に、本開示の実施形態１に係るバイオガス製造システム１の動作について説明する。加水分解装置２の投入口１１を介して筐体１０に受け入れられた廃棄物は蒸気によって加熱される。これにより、廃棄物において加水分解反応が起こる。本出願人の検討によれば、加水分解装置２における加水分解の温度とバイオガス生成装置３におけるバイオガスの生成効率とは相関があり、加水分解装置２における加水分解の温度は１５０～２１０℃の範囲が好ましく、さらに好ましくは１５０～２００℃の範囲、最も好ましくは１５０～１８０℃である。この加水分解では、廃棄物中のセルロースが必ずしも低分子化されるわけではないが、後段の分解層でセルラーゼが入り込みやすい非晶領域がセルロース中に形成されていると考えられる。

【0016】

加水分解装置２の処理物は分解槽４に供給される。分解槽４には、セルラーゼの供給源６からセルラーゼが供給される。分解槽４内のｐＨは、セルラーゼの至適ｐＨとなるように、４．０～６．０の範囲に調整されることが好ましく、５近辺に調整されることがさらに好ましい。この条件で、セルロースがセルラーゼによって分解、すなわち低分子化される。

【0017】

分解槽４の分解処理物は発酵槽５に供給される。発酵槽５では、加水分解装置２での加水分解や分解槽４での分解により生じた低分子化合物、すなわち糖類や有機酸等が微生物や細菌等の生物作用によって発酵し、メタン等のバイオガスが生成する。

【0018】

このように、セルラーゼによってセルロースを分解することにより、セルロースをバイオガスへの発酵に適した状態にできるので、セルロースを含む廃棄物からのバイオガスの生成を促進することができる。

【0019】

（実施形態２）
次に、実施形態２に係るバイオガス製造システムについて説明する。実施形態２に係るバイオガス製造システムは、実施形態１に対して、バイオガス生成装置３の構成を変更したものである。尚、実施形態２において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【0020】

＜本開示の実施形態２に係るバイオガス製造システムの構成＞
図２に示されるように、本開示の実施形態２に係るバイオガス製造システム１において、バイオガス生成装置３はセルラーゼの供給源６と連通する発酵槽５のみを含み、実施形態１とは分解槽４（図１参照）を含まない点で異なる。また、実施形態２では、発酵槽５内においてセルラーゼによるセルロースの低分子化と糖類や有機酸等の微生物や細菌等による生物作用とが一緒に行われるため、発酵槽５内の環境下で機能し得るセルラーゼを用いる必要がある。発酵槽５内のｐＨは弱アルカリ性（ｐＨが約８）であるため、セルラーゼの至適ｐＨは、７～１０が好ましくは、約８がさらに好ましい。このようなセルラーゼとして、洗濯洗剤等に使用されるアルカリセルラーゼが既に公知であり、例えば特開平０６－３３９３７０号公報にはその生産方法が開示されている。その他の構成は実施形態１と同じである。

【0021】

＜本開示の実施形態２に係るバイオガス製造システムの動作＞
次に、本開示の実施形態２に係るバイオガス製造システム１の動作について説明する。廃棄物が加水分解装置２において加水分解される動作までは実施形態１と同じである。加水分解装置２の処理物は発酵槽５に供給される。発酵槽５には、セルラーゼの供給源６からセルラーゼが供給される。発酵槽５内のｐＨは、セルラーゼの至適ｐＨとなるように、７～１０の範囲に調整されることが好ましく、８近辺に調整されることがさらに好ましい。この条件で、セルロースがセルラーゼによって分解されるとともに、加水分解装置２での加水分解や発酵槽５でのセルラーゼによる分解により生じた低分子化合物、すなわち糖類や有機酸等が微生物や細菌等の生物作用によって発酵し、メタン等のバイオガスが生成する。

【0022】

実施形態２においても、実施形態１と同様に、セルロースを含む廃棄物からのバイオガスの生成を促進することができる。また、実施形態２では、バイオガス生成装置３は発酵槽５のみを含むので、実施形態１に比べてバイオガス製造システム１の構成を簡素化することができる。

【0023】

（実施形態３）
次に、実施形態３に係るバイオガス製造システムについて説明する。実施形態３に係るバイオガス製造システムは、実施形態１又は２に対して、加水分解装置２の構成を変更したものである。以下では、実施形態１に対して加水分解装置２の構成を変更した形態で実施形態３を説明するが、実施形態２に対して加水分解装置２の構成を変更して実施形態３を構成してもよい。尚、実施形態３において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【0024】

＜本開示の実施形態３に係るバイオガス製造システムの構成＞
図３に示されるように、本開示の実施形態３に係るバイオガス製造システム１において、加水分解装置２は、直列に接続された第１加水分解装置２ａ及び第２加水分解装置２ｂを備えている。第１加水分解装置２ａと第２加水分解装置２ｂとの間には固液分離装置３０を設けることができ、第１加水分解装置２ａの処理物を固液分離した固体のみを第２加水分解装置２ｂに移送するようにしてもよい。また、第２加水分解装置２ｂと分解槽４との間には、任意のメッシュサイズを有するスクリーンのような分離装置３１を設けることができる。その他の構成は実施形態１と同じである。

【0025】

＜本開示の実施形態３に係るバイオガス製造システムの動作＞
次に、本開示の実施形態３に係るバイオガス製造システム１の動作について説明する。第１加水分解装置２ａで廃棄物は蒸気によって加熱されて加水分解される。第１加水分解装置２ａの処理物は第２加水分解装置２ｂに移送され、蒸気によって加熱されて加水分解される。固液分離装置３０及び分離装置３１がバイオガス製造システム１に設けられる場合、第１加水分解装置２ａの処理物を固液分離した固体のみが第２加水分解装置２ｂに移送され、固液分離装置３０で固液分離された液体と、第２加水分解装置２ｂの処理物から分離装置３１で粒径の大きい成分が除去された成分とが分解槽４に供給される。バイオガス生成装置３における動作は実施形態１と同じである。

【0026】

タンパク質などの窒素化合物を含む廃棄物を１５０℃以上の高温で水熱処理すると、メイラード反応によりメラノイジンが生成するおそれがある。メラノイジンのような窒素含有抗酸化物質は、バイオガス生成装置３に流入すると、発酵を阻害する。これに対し、実施形態３では、第１加水分解装置２ａにおいてメイラード反応を抑制できる温度（例えば１３０℃）で加水分解することにより、第１加水分解装置２ａでのメラノイジンの生成を抑制することができる。また、第１加水分解装置２ａの処理物を固液分離装置３０によって固液分離すれば、メラノイジンの生成の原因となるタンパク質などの窒素化合物を可溶化またはスラリー化して、処理物を固液分離した液体又はスラリーとして分離することができ、処理物を固液分離した固体のみを第２加水分解装置２ｂで加水分解するようにすれば、固体中の窒素化合物の量を低減できるので、第２加水分解装置２ｂにおける加水分解の温度を第１加水分解装置２ａおける加水分解の温度より高く（例えば１５０℃以上）しても、第２加水分解装置２ｂにおける加水分解でのメラノイジンの生成を抑えることができる。その結果、バイオガス生成装置３において発酵が阻害されるおそれを低減することができる。

【0027】

また、上述したように、分離装置３１では、第２加水分解装置２ｂの処理物中の粒径の大きい成分が除去される。このような粒径の大きい成分は、第１加水分解装置２ａ及び第２加水分解装置２ｂにおける加水分解によっても比較的大きな粒径を有する成分であり、プラスチックごみに由来するものや金属のように、バイオガス生成装置３で低分子化及び発酵され得ないもの（反応不適物）である。実施形態３では、このような反応不適物を除去した処理物をバイオガス生成装置３に供給するので、バイオガス生成装置３へ供給される反応不適物の量を減らすことができる。その結果、バイオガス生成装置３において低分子化及び発酵が阻害されるおそれを低減し、バイオガスの生成を効率よく行うことができる。

【0028】

（実施形態４）
次に、実施形態４に係るバイオガス製造システムについて説明する。実施形態４に係るバイオガス製造システムは、実施形態１～３のいずれかに対して、バイオガス生成装置３へのセルラーゼの供給量を調整する供給量調整装置を付加したものである。以下では、実施形態１に対して供給量調整装置を付加した形態で実施形態４を説明するが、実施形態２又は３に対して供給量調整装置を付加して実施形態４を構成してもよい。尚、実施形態４において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【0029】

＜本開示の実施形態４に係るバイオガス製造システムの構成＞
図４に示されるように、本開示の実施形態４に係るバイオガス製造システム１は、セルラーゼの供給源６から分解槽４へのセルラーゼの供給量を調整する供給量調整装置であるポンプ４０と、ポンプ４０の動作を制御する制御装置４１とを備えている。尚、供給量調整装置はポンプの形態に限定するものではなく、セルラーゼの供給量を調整可能なものであれば任意の装置を使用してもよい。その他の構成は実施形態１と同じである。

【0030】

＜本開示の実施形態４に係るバイオガス製造システムの動作＞
次に、本開示の実施形態４に係るバイオガス製造システム１の動作について説明する。実施形態４において、加水分解装置２で廃棄物を処理し、その処理物を分解槽４で分解した後に発酵槽５における生物作用によってバイオガスが生成される動作は実施形態１と同じである。実施形態４では、分解槽４へのセルラーゼの供給量を調整する点が実施形態１と異なる。以下では、分解槽４へのセルラーゼの供給量を調整する動作について説明する。

【0031】

制御装置４１は、加水分解装置２に供給される廃棄物の性状を取得し、廃棄物の性状に基づいてセルラーゼの供給量を決定し、決定した供給量でセルラーゼを分解槽４へ供給するようにポンプ４０を作動させる。実施形態４における廃棄物の性状は、廃棄物に含まれるセルロースの量に関する性状であり、例えば、廃棄物中の紙ごみの重量比や、紙ごみの水分量に関する指標となる紙ごみの質等が挙げられる。廃棄物中の紙ごみの重量比が多ければ、廃棄物中に含まれるセルロースの量が多くなるので、セルラーゼの供給量を多くする必要がある。

【0032】

このような廃棄物の性状を制御装置４１が直接取得することは難しいことが多い。この場合には、制御装置４１は、廃棄物の性状に関する情報を取得し、この情報に基づいて廃棄物の性状を推定することが好ましい。廃棄物の性状に関する情報としては、例えば、季節（又は日時）や、廃棄物の回収地域の居住者の家族構成等を挙げることができるが、これらに限定するものではない。季節の情報は、制御装置４１に設定されている日時から入手可能である。居住者の家族構成等の情報は、バイオガス製造システム１が設置される地域を制御装置４１に設定しておけば、インターネットを介して国や地方公共団体のホームページ等にアクセスすることで入手可能である。

【0033】

廃棄物の性状に関する情報として季節を利用する場合には、例えば、夏場及び冬場は贈答品が多いので廃棄物中の紙ごみの重量比が多くなる傾向があり、逆に春や秋は贈答品が少ないので廃棄物中の紙ごみの重量比が少なくなる傾向があることを利用して、紙ごみの重量比を推定することができる。また、贈答品が多い季節は、通常の紙ごみとは紙ごみの質が異なることから、紙ごみの質に相当する紙ごみの水分量を廃棄物の性状としてもよい。さらに、１年単位のインターバルではなく、１週間単位のインターバルである日時の情報を利用して、廃棄物を回収した曜日から、各曜日に回収される廃棄物の種類に基づいて廃棄物中の紙ごみの重量比を推定することもできる。

【0034】

廃棄物の性状に関する情報として廃棄物の回収地域の居住者の家族構成を利用する場合には、例えば、単身者や若者が多い地域では、宅配利用が多くなるので廃棄物中の紙ごみの重量比が多くなる傾向があり、年配者が多い地域ではその逆に廃棄物中の紙ごみの重量比が少なくなる傾向があることを利用して、紙ごみの重量比を推定することができる。

【0035】

制御装置４１は、上述したような廃棄物の性状に関する情報と、上述したような廃棄物の性状との関係を機械学習により作成してもよい。これにより、制御装置４１は、廃棄物の性状に関する情報を取得し、作成した関係に基づいて、廃棄物の性状を推定することができ、推定した廃棄物の性状に基づいてセルラーゼの供給量を決定し、決定した供給量でセルラーゼを分解槽４へ供給するようにポンプ４０を作動させることができる。

【0036】

セルラーゼを用いることはバイオガスの製造のコストアップとなる。しかし、この実施形態４では、加水分解装置２に供給される廃棄物の性状に基づいてセルラーゼの供給量を適切に調整できるので、セルラーゼを用いることによるコストアップを抑制することができる。

【0037】

（実施形態５）
次に、実施形態５に係るバイオガス製造システムについて説明する。実施形態５に係るバイオガス製造システムは、実施形態４に対して、廃棄物の性状を取得する動作を変更したものである。尚、実施形態５において、実施形態４の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【0038】

＜本開示の実施形態５に係るバイオガス製造システムの構成＞
図５に示されるように、本開示の実施形態５に係るバイオガス製造システム１は、加水分解装置２の投入口１１に投入される廃棄物を撮影する撮影装置であるカメラ５０を備えている。カメラ５０によって撮影された廃棄物の画像を制御装置４１に伝送可能なように、カメラ５０と制御装置４１とは電気的に接続されている。その他の構成は実施形態４と同じである。

【0039】

＜本開示の実施形態５に係るバイオガス製造システムの動作＞
次に、本開示の実施形態５に係るバイオガス製造システム１の動作について説明する。実施形態５は実施形態４に対して、廃棄物の性状を取得する動作が異なるので、以下では廃棄物の性状を取得する動作について説明する。

【0040】

廃棄物を加水分解装置２の投入口１１に投入する際に、カメラ５０が廃棄物を撮影する。カメラ５０によって撮影された廃棄物の画像のデータが制御装置４１に伝送される。制御装置４１は、伝送された廃棄物の画像に基づいて廃棄物の性状を推定する。実施形態５においても実施形態４と同様に、廃棄物の性状は、廃棄物に含まれるセルロースの量に関する性状、例えば、廃棄物中の紙ごみの重量比である。紙ごみは明らかに、生ごみやプラごみ、金属等とは形状が異なることから、画像によってこれらと区別することができる。このため、廃棄物の画像に基づいて廃棄物中の紙ごみの重量比を推定することが可能である。推定した紙ごみの重量比に基づいて制御装置４１が分解槽４へのセルラーゼの供給量を調整する動作は実施形態４と同じである。

【0041】

このように、加水分解装置２に供給される廃棄物の性状に基づいてセルラーゼの供給量を適切に調整できるので、セルラーゼを用いることによるコストアップを抑制することができる。

【0042】

（実施形態６）
次に、実施形態６に係るバイオガス製造システムについて説明する。実施形態６に係るバイオガス製造システムは、実施形態４に対して、バイオガス生成装置３内の処理物の性状に基づいてセルラーゼの供給量を調整するようにしたものである。尚、実施形態６において、実施形態４の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【0043】

＜本開示の実施形態６に係るバイオガス製造システムの構成＞
図６に示されるように、本開示の実施形態６に係るバイオガス製造システム１は、分解槽４内の粒子のサイズに関する情報を検出する検出装置、例えば、分解槽４内の濁度を検出する濁度センサ６０と、発酵槽５内の粒子のサイズに関する情報を検出する検出装置、例えば、発酵槽５内の濁度を検出する濁度センサ６１とを備えている。濁度センサ６０，６１はそれぞれ、検出した濁度のデータを制御装置４１に伝送可能なように、制御装置４１と電気的に接続されている。尚、濁度センサ６０，６１の両方を設ける構成に限定するものではなく、いずれか一方が設けられる構成であってもよい。その他の構成は実施形態４と同じである。

【0044】

＜本開示の実施形態６に係るバイオガス製造システムの動作＞
次に、本開示の実施形態６に係るバイオガス製造システム１の動作について説明する。実施形態６は実施形態４に対して、バイオガス生成装置３内の処理物の性状に基づいてセルラーゼの供給量を調整する点が異なるので、以下では、この点に関する動作について説明する。

【0045】

分解槽４における処理物の分解中に濁度センサ６０が分解槽４内の濁度を検出し、その検出値が制御装置４１に伝送される。発酵槽５における分解処理物の発酵中に濁度センサ６１が発酵槽５内の濁度を検出し、その検出値が制御装置４１に伝送される。分解槽４内及び発酵槽５内のそれぞれの濁度は、分解槽４内及び発酵槽５内のそれぞれの粒子のサイズに相当するので、制御装置４１は、濁度センサ６０，６１の検出値に基づいて、分解槽４内及び発酵槽５内のそれぞれにおける反応の進行度合いを推定することができる。

【0046】

例えば、濁度センサ６０，６１の検出値が小さい場合には、分解槽４内及び発酵槽５内のそれぞれの粒子のサイズが大きいことを意味することから、制御装置４１は、分解槽４内及び発酵槽５内のそれぞれにおける反応があまり進んでいないと判断する。このような場合には、制御装置４１は、濁度センサ６０，６１の検出値に基づいて、分解槽４へのセルラーゼの供給量を増加する。逆に、濁度センサ６０，６１の検出値が大きい場合には、分解槽４内及び発酵槽５内のそれぞれにおける反応が十分に進んでいて、分解槽４へのセルラーゼの供給量が過剰になっていると判断できるので、制御装置４１は、濁度センサ６０，６１の検出値に基づいて、分解槽４へのセルラーゼの供給量を減少する。

【0047】

このように、バイオガス生成装置３内の処理物の性状に基づいてセルラーゼの供給量を適切に調整できるので、セルラーゼを用いることによるコストアップを抑制することができる。

【0048】

実施形態６では、分解槽４内及び発酵槽５内の粒子のサイズに関する情報を検出する検出装置として濁度センサ６０，６１を使用しているが、濁度センサに限定するものではない。粒子のサイズに関する情報を検出できるものであれば任意の装置を使用してもよく、例えば、分解槽４内及び発酵槽５内を監視する監視カメラや、処理物の粘度を測定する粘度計等を使用してもよい（セルラーゼによる分解作用が進むほど粘度は増加する）。

【0049】

実施形態１～６において、加水分解装置２は、廃棄物をバッチ式に加水分解するものであるが、廃棄物を流通式に加水分解するものであってもよい。ただし、流通式に加水分解する加水分解装置では、廃棄物を加水分解装置に供給するために、廃棄物に流動性を持たせ、例えば、廃棄物を小径化して大量の水に供給したスラリーとして供給する方法が考えられる。この場合、廃棄物を小径化するためのエネルギーや、加水分解時にスラリー中の水を昇温するためのエネルギーといった余分なエネルギーが必要になる。これに対し、バッチ式に加水分解する加水分解装置であれば、廃棄物を小径化する必要はなく、そのままの状態で加水分解装置内に供給できるので、流通式に加水分解する加水分解装置で必要となる上記余分なエネルギーを不要とすることができる。

【0050】

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

【0051】

［１］一の態様に係るバイオガス製造システムは、
セルロースを含む廃棄物を加水分解する加水分解装置（２）と、
前記加水分解装置（２）で加水分解された廃棄物である処理物中のセルロースをセルラーゼで分解して、前記処理物を発酵させることでバイオガスを生成するバイオガス生成装置（３）と
を備える。

【0052】

本開示のバイオガス製造システムによれば、セルラーゼによってセルロースを分解することにより、セルロースをバイオガスへの発酵に適した状態にできるので、セルロースを含む廃棄物からのバイオガスの生成を促進することができる。

【0053】

［２］別の態様に係るバイオガス製造システムは、［１］のバイオガス製造システムであって、
前記加水分解装置（２）において１５０～２１０℃の温度で前記廃棄物が加水分解される。

【0054】

このような構成によれば、廃棄物が加水分解されて、廃棄物中のセルロースがセルラーゼによる分解をされやすい状態になるので、セルラーゼによるセルロースの分解を促進することができる。

【0055】

［３］さらに別の態様に係るバイオガス製造システムは、［１］または［２］のバイオガス製造システムであって、
前記加水分解装置（２）は、
前記廃棄物を加水分解する第１加水分解装置（２ａ）と、
前記第１加水分解装置（２ａ）で加水分解された前記廃棄物である処理物の少なくとも一部を加水分解する第２加水分解装置（２ｂ）と
を含む。

【0056】

タンパク質などの窒素化合物を含む廃棄物を１５０℃以上の高温で水熱処理すると、メイラード反応によりメラノイジンが生成するおそれがある。メラノイジンのような窒素含有抗酸化物質は、バイオガス生成装置に流入すると、発酵を阻害する。これに対し、上記［３］の構成によると、第１加水分解装置においてメイラード反応を抑制できる温度で水熱処理することにより、第１加水分解装置でのメラノイジンの生成を抑制することができる。また、第１加水分解装置の処理物を固液分離すれば、メラノイジンの生成の原因となるタンパク質などの窒素化合物を可溶化またはスラリー化して、処理物を固液分離した液体又はスラリーとして分離することができ、処理物を固液分離した固体のみを第２加水分解装置で加水分解するようにすれば、固体中の窒素化合物の量を低減できるので、第２加水分解装置における加水分解の温度を第１加水分解装置おける加水分解の温度より高くしても、第２加水分解装置における加水分解でのメラノイジンの生成を抑えることができる。

【0057】

［４］さらに別の態様に係るバイオガス製造システムは、［１］～［３］のいずれかのバイオガス製造システムであって、
前記バイオガス生成装置（３）は、
前記処理物中のセルロースを前記セルラーゼで分解する分解槽（４）と、
前記分解槽（４）で分解処理された処理物である分解処理物を発酵させることで前記バイオガスを生成する発酵槽（５）と
を備える。

【0058】

このような構成によれば、分解層において処理物中のセルロースをセルラーゼで分解した分解処理物を発酵槽で発酵させるので、発酵を促進することができる。

【0059】

［５］さらに別の態様に係るバイオガス製造システムは、［１］～［３］のいずれかのバイオガス製造システムであって、
前記バイオガス生成装置（３）は発酵槽（５）を含み、
前記発酵槽（５）において、前記処理物中のセルロースが前記セルラーゼで分解されて発酵されることで前記バイオガスが生成する。

【0060】

このような構成によれば、バイオガス生成装置は発酵槽のみを含むので、上記［４］に比べてバイオガス製造システムの構成を簡素化することができる。

【0061】

［６］さらに別の態様に係るバイオガス製造システムは、［１］～［５］のいずれかのバイオガス製造システムであって、
前記バイオガス生成装置（３）への前記セルラーゼの供給量を調整する供給量調整装置（ポンプ４０）と、
制御装置（４１）と
を備え、
前記制御装置（４１）は、前記加水分解装置（２）に供給される前記廃棄物の性状又は前記バイオガス生成装置（３）内の前記処理物の性状に基づいて前記セルラーゼの供給量を決定し、決定した前記供給量で前記セルラーゼを前記バイオガス生成装置（３）へ供給するように前記供給量調整装置（４０）を作動させる。

【0062】

セルラーゼを用いることはバイオガスの製造のコストアップとなるが、加水分解装置に供給される廃棄物の性状又はバイオガス生成装置内の処理物の性状に基づいてセルラーゼの供給量を適切に調整できるので、セルラーゼを用いることによるコストアップを抑制することができる。

【0063】

［７］さらに別の態様に係るバイオガス製造システムは、［６］のバイオガス製造システムであって、
前記制御装置（４１）は、前記廃棄物の性状に関する情報と、前記廃棄物の性状との関係を機械学習により作成し、
前記制御装置（４１）は、前記廃棄物の性状に関する情報を取得し、前記関係に基づいて、前記廃棄物の性状を推定する。

【0064】

このような構成によれば、加水分解装置に供給される廃棄物の性状に基づいてセルラーゼの供給量を適切に調整できるので、セルラーゼを用いることによるコストアップを抑制することができる。

【0065】

［８］さらに別の態様に係るバイオガス製造システムは、［６］のバイオガス製造システムであって、
前記加水分解装置（２）に供給される前記廃棄物を撮影する撮影装置（カメラ５０）を備え、
前記制御装置（４１）は、前記撮影装置（５０）によって撮影された前記廃棄物の画像に基づいて前記廃棄物の性状を推定する。

【0066】

このような構成によれば、加水分解装置に供給される廃棄物の性状に基づいてセルラーゼの供給量を適切に調整できるので、セルラーゼを用いることによるコストアップを抑制することができる。

【0067】

［９］さらに別の態様に係るバイオガス製造システムは、［６］のバイオガス製造システムであって、
前記バイオガス生成装置（３）内の粒子のサイズに関する情報を検出する検出装置（濁度センサ６０，６１）を備え、
前記制御装置（４１）は、前記検出装置（６０，６１）による検出値に基づいて前記バイオガス生成装置（３）内の前記処理物の性状を推定する。

【0068】

このような構成によれば、バイオガス生成装置内の処理物の性状に基づいてセルラーゼの供給量を適切に調整できるので、セルラーゼを用いることによるコストアップを抑制することができる。

【0069】

［１０］一の態様に係るバイオガス製造方法は、
セルロースを含む廃棄物を加水分解するステップと、
前記加水分解するステップで加水分解された廃棄物である処理物中のセルロースをセルラーゼで分解して、前記処理物を発酵させることでバイオガスを生成するステップと
を備える。

【0070】

本開示のバイオガス製造方法によれば、セルラーゼによってセルロースを分解することにより、セルロースをバイオガスへの発酵に適した状態にできるので、セルロースを含む廃棄物からのバイオガスの生成を促進することができる。

【符号の説明】

【0071】

１ バイオガス製造システム
２ 加水分解装置
２ａ 第１加水分解装置
２ｂ 第２加水分解装置
３ バイオガス生成装置
４ 分解槽
５ 発酵槽
４０ ポンプ（供給量調整装置）
４１ 制御装置
５０ カメラ（撮影装置）
６０ 濁度センサ（検出装置）
６１ 濁度センサ（検出装置）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】