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公開番号2025105190
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-10
出願番号2023223558
出願日2023-12-28
発明の名称廃棄物処理システムおよび廃棄物をエネルギーに変換する方法
出願人財團法人工業技術研究院,INDUSTRIAL TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE
代理人前田・鈴木国際特許弁理士法人
主分類C02F 11/04 20060101AFI20250703BHJP(水,廃水,下水または汚泥の処理)
要約【課題】環境汚染および電力消費量の少ない、廃棄物をエネルギーに変換する方法およびシステムを提供する。
【解決手段】(a)油脂含有ベースを準備し、生体触媒と反応させて界面活性分子液体を生じさせるステップと、(b)界面活性分子液体で有機廃棄物に前処理を行って第1の有機液体を生じさせるステップと、(c)第1の有機液体に超音波処理を行って第2の有機液体を生じさせるステップと、(d)第2の有機液体に嫌気性生物処理を行ってメタンに変換するステップと、を含む。生体触媒は少なくとも1つのリパーゼを含む。また、界面活性分子液体はモノグリセリドおよびジグリセリドのうちの少なくとも1つを含む。廃棄物をエネルギーに変換する廃棄物処理システムも提供する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
廃棄物をエネルギーに変換する方法であって、
（ａ）油脂含有ベースを準備し、それを生体触媒と反応させて界面活性分子液体を生じさせるステップと、
（ｂ）前記界面活性分子液体で有機廃棄物に前処理を行って第１の有機液体を生じさせるステップと、
（ｃ）前記第１の有機液体に超音波処理を行って第２の有機液体を生じさせるステップと、
（ｄ）前記第２の有機液体に嫌気性生物処理を行ってメタンに変換するステップと、
を含み、
前記生体触媒が少なくとも１つのリパーゼを含み、前記生体触媒と前記油脂含有ベースとの重量百分率（ｗｔ％）が０．００５～０．０２：１であり、かつ前記界面活性分子液体がモノグリセリドおよびジグリセリドのうちの少なくとも１つを含む、廃棄物をエネルギーに変換する方法。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記油脂含有ベースには食品業廃水、製造業廃水、食用油、飼料用油、前述した油の再生油または前述の組み合わせが含まれ、かつ前記有機廃棄物には製造業廃棄物、石油化学産業廃棄物、農業廃棄物、畜産業廃棄物、食品廃棄物または前述の組み合わせが含まれる、請求項１に記載の廃棄物をエネルギーに変換する方法。
【請求項３】
前記油脂含有ベースが炭素数Ｃ１２－Ｃ２０のトリグリセリド（medium-and-long chain triglyceride，ＭＬＣＴ）を含む、請求項１に記載の廃棄物をエネルギーに変換する方法。
【請求項４】
ステップ（ａ）が、前記油脂含有ベースの油脂含量を３０ｗｔ％から５０ｗｔ％に調整することをさらに含む、請求項１に記載の廃棄物をエネルギーに変換する方法。
【請求項５】
ステップ（ａ）が、温度２５℃から４５℃、ｐＨ６．５からｐＨ７．５の条件下、１時間から９時間反応させる、請求項１に記載の廃棄物をエネルギーに変換する方法。
【請求項６】
前記リパーゼがトリグリセリドリパーゼ（ＥＣ３．１．１．３）を含む、請求項１に記載の廃棄物をエネルギーに変換する方法。
【請求項７】
前記リパーゼが、アスペルギルス・ニガー（Aspergillus niger）、ヤロウイア・リポリティカ（Yarrowia lipolytica）、枯草菌（Bacillus subtilis）のうちの少なくとも１つに由来する、請求項６に記載の廃棄物をエネルギーに変換する方法。
【請求項８】
前記リパーゼがアスペルギルス・ニガー、ヤロウイア・リポリティカおよび枯草菌に由来し、かつアスペルギルス・ニガー、ヤロウイア・リポリティカおよび枯草菌にそれぞれ由来するリパーゼの重量百分率が１～３：１～３：１～３である、請求項７に記載の廃棄物をエネルギーに変換する方法。
【請求項９】
ステップ（ｂ）において、前記界面活性分子液体と前記有機廃棄物との体積百分率が０．００５～０．０５：１である、請求項１に記載の廃棄物をエネルギーに変換する方法。
【請求項１０】
ステップ（ｃ）において、前記超音波処理の出力電力が３００ワットから１２００ワットであり、かつ周波数が２０ｋＨｚから１００ｋＨｚである、請求項１に記載の廃棄物をエネルギーに変換する方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、廃棄物処理システムおよび廃棄物をエネルギーに変換する方法に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
現在の製造業は、世界経済において相当程度の生産物の総量に寄与しているが、大量の廃棄物を生じさせてもいる。循環経済が主流になるのに伴って、如何にして廃棄物を資源に変え炭素排出量を減少するかについて、産業界および政府はより重視するようになってきている。
【０００３】
環境保護の目指すところは持続可能な環境となっているが、大量の有機廃棄物を含む製造産業による汚泥は、リサイクル可能な資源であるとみなされており、如何に有効に処理し、廃棄汚泥を利用するかが、目下、製造産業における重要課題となっている。現行の汚泥処理技術のうち、超音波をベースとした物理的な前処理の方法は環境汚染を減らすという点では優れているが、電力消費面は依然大きな課題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述したように、既存の廃棄汚泥処理技術は、もともと見込んでいた用途を大方満たしてはいるが、各種方面全てにおいて完全に要求を満たしているわけではない。よって、超音波処理の効率を維持しながら、処理時間を短縮または処理効率を向上させた省エネルギーの廃棄汚泥処理方式を開発することが、関連分野において注視されている課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示のいくつかの実施形態により、（ａ）油脂含有ベースを準備し、それを生体触媒と反応させて界面活性分子液体を生じさせるステップと、（ｂ）界面活性分子液体で有機廃棄物に前処理を行って第１の有機液体を生じさせるステップと、（ｃ）第１の有機液体に超音波処理を行って第２の有機液体を生じさせるステップと、（ｄ）第２の有機液体に嫌気性生物処理を行ってメタンに変換するステップと、を含む廃棄物をエネルギーに変換する方法を提供する。生体触媒は少なくとも１つのリパーゼを含み、生体触媒と油脂含有ベースとの重量百分率は０．００５～０．０２：１であり、かつ界面活性分子液体はモノグリセリドおよびジグリセリドのうちの少なくとも１つを含む、
【０００６】
本開示のいくつかの実施形態により、界面活性分子液体生成器、超音波発生器および嫌気性生物リアクターを含む廃棄物処理システムも提供する。界面活性分子液体生成器は、生体触媒を含み、生体触媒は、油脂含有ベースを処理して界面活性分子液体を生じさせるのに用いられる。超音波発生器は界面活性分子液体生成器と接続し、有機廃棄物および界面活性分子液体を混合して生じた有機液体を処理するのに用いられる。嫌気性生物リアクターは超音波発生器と接続し、有機液体を処理してメタンを生成するのに用いられる。生体触媒は少なくとも１つのリパーゼを含み、生体触媒と油脂含有ベースとの重量百分率（ｗｔ％）は０．００５～０．０２：１であり、かつ界面活性分子液体はモノグリセリドおよびジグリセリドのうちの少なくとも１つを含む。
【０００７】
添付の図面を参照にしながら、以下の実施形態において詳細な説明を行う。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
添付の図面を参照にして、以下の詳細な説明および例を読むことにより、本発明をより充分に理解することができる。
本開示のいくつかの実施形態による廃棄物処理システムの説明図を示している。
リパーゼ（lipase）（ＥＣ３．１．１．３）がトリグリセリド加水分解反応を触媒するのを説明する説明図を示している。
本開示のいくつかの実施形態による廃棄物をエネルギーに変換する方法のステップフロー図を示している。
本開示のいくつかの実施形態による、各種菌株由来のリパーゼおよび各種組成配合比の生体触媒の油脂変換率試験の結果を示しており、ＢＳＬは枯草菌（Bacillus subtilis）に由来するリパーゼの群、ＹＬＬはヤロウイア・リポリティカ（Yarrowia lipolytica）に由来するリパーゼの群、ＡＮＬはアスペルギルス・ニガー（Aspergillus niger）に由来するリパーゼの群、ＢＳＬ＋ＹＬＬ＋ＡＮＬ（１：１：１）は枯草菌、ヤロウイア・リポリティカおよびアスペルギルス・ニガーに由来するリパーゼの群であり、かつ枯草菌、ヤロウイア・リポリティカおよびアスペルギルス・ニガーにそれぞれ由来するリパーゼに使用する重量百分率は１：１：１であり、ＢＳＬ＋ＹＬＬ＋ＡＮＬ（１：２：３）は枯草菌、ヤロウイア・リポリティカおよびアスペルギルス・ニガーに由来するリパーゼの群であり、かつ枯草菌、ヤロウイア・リポリティカおよびアスペルギルス・ニガーにそれぞれ由来するリパーゼに使用する重量百分率は１：２：３である。
本開示のいくつかの実施形態による、界面活性分子液体の添加による有機廃棄物の超音波処理に対する影響を試験した分析結果を示している。
本開示のいくつかの実施形態による、界面活性分子液体の添加による有機廃棄物の超音波処理に対する影響を試験した分析結果を示している。
本開示のいくつかの実施形態による、界面活性分子液体の添加による有機廃棄物の嫌気性生物処理（メタン生成能）に対する影響を試験した分析結果を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の説明において、本開示の廃棄物処理システムおよび廃棄物をエネルギーに変換する方法が詳細に記載される。以下の詳細な説明においては、説明の目的で、本開示がより充分に理解されるよう多数の特定の詳細および実施形態が示される、ということが理解されなければならない。以下の詳細な説明において記載される特定の要素および構成は、本開示を明瞭にするために示されるものである。ここに示される例示的な実施形態が単に説明の目的で用いられ、本開示を限定するものではないということは、明らかであろう。
【００１０】
例示的な実施形態の記載は添付の図面と関連して読まれるよう意図されており、それらは全体の記載の一部であるとみなされる。図は正確な縮尺で描かれていないという点を理解しなければならない。実際に、本開示の特徴を明瞭に表すために、要素のサイズは任意に拡大または縮小されることがある。
（【００１１】以降は省略されています）

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