天然ゼオライトを利用した二酸化炭素濃縮装置とハウス栽培への応用島根県産業技術センター環境技術科共同開発科長田島政弘大福工業（株）、早稲田大学 1 二酸化炭素利用の問題点・ハウスが密閉される冬季は、ハウス内の二酸化炭素が不足植物の育成が悪くなる・二酸化炭素供給は、灯油等の燃焼器からの供給が主流また、二酸化炭素ガスをボンベから供給する方法もある燃料は、高騰により収益が減少する重いボンベは、山間地のハウスには配達が困難 2 新規な二酸化炭素供給方法新装置の開発コンセプト大気中から二酸化炭素を回収し、ハウスへ供給するエネルギーは、電気だけ 3 新開発の二酸化炭素濃縮装置簡単な装置構成天然ゼオライト（フェリエライト型）を利用した圧力スイング（PSA）型吸着装置本装置の効果大気中の低濃度二酸化炭素を10～20倍に濃縮 4 天然フェリエライトについて天然フェリエライトを工業利用規模で採掘できるのは、島根県だけ高強度（天然ゼオライトで最高水準）岩石を粉砕するだけで使用可能（合成ゼオライトのように、造粒する必要がない） 5 島根県産天然フェリエライト採掘場所 6 天然フェリエライト岩石 7 天然ゼオライトの比較ゼオライト種類フェリエライトモルデナイトクリノプチロライト細孔径(nm) 0.43×0.55 0.34×0.48 0.67×0.70 0.29×0.57 0.44×0.72 0.40×0.55 Si/Al比 5 5 5 耐酸性強い強い弱い硬さ（圧壊強度）非常に硬い（16ｋｇ以上）硬い（約12ｋｇ）柔らかい 8 二酸化炭素濃縮装置について圧力スイング方式天然ゼオライトを吸着材に使用大気中から二酸化炭素を濃縮回収する 9 園芸施設における二酸化炭素の役割植物の成長には、光合成のために二酸化炭素が必要ハウスでは、日中に二酸化炭素が不足する二酸化炭素を供給することにより、収穫量が増加する茨城県農業総合センター園芸研究所データ 10 今までの二酸化炭素供給方法１．燃料の燃焼により、二酸化炭素を発生させる（日中）暖房以外に、余分に燃料が必要であるため、燃料の高騰により、収益が低下。２．夜間の暖房に使用する暖房器の排ガスを一部利用する午前中は二酸化炭素濃度が高いが、午後は二酸化炭素が足りなくなる 11 栽培用二酸化炭素供給装置の問題点燃料燃焼法：燃料の高騰により、収益を圧迫炭酸ガスをボンベで供給：ガス供給設備が高価山間部では、ガスの配達が困難暖房器の燃焼ガスから二酸化炭素を回収：水分除去，NOx，SOx除去が必要であり、大掛かりな装置となる大気から二酸化炭素を回収できないか？？天然フェリエライトを使用した濃縮装置を開発！！ 12 二酸化炭素濃縮基礎実験圧力スイング吸着（PSA）法二酸化炭素の濃縮試験は、水分を除去した空気をポンプで供給し、加圧下で二酸化炭素を吸着後、減圧しながら二酸化炭素を脱着させる。前処理 400℃で吸着水の除去 ↓ 室温で二酸化炭素を飽和吸着 ↓ 乾燥空気を流して、脱離する二酸化炭素を除去 13 二酸化炭濃縮試験結果（２Lカラム）排気時間実験条件空気流量： 20L/min 吸着圧： 2kg/cm2 吸着時間： 20分排気圧： 0.2kPa 排気時間： 10,15,20分回収量： 10L （大気圧の戻してから採取）二酸化炭素を10倍以上濃縮できることを確認した。 14 二酸化炭素の回収量ＣＯ２を１０Ｌ中に４０００ｐｐｍ回収すると、ＣＯ２量は１０Ｌ×０．００４／２２．４Ｌ＊４４＝０．０７８ｇゼオライト２Ｌ（２ｋｇ）に対して０．００３９％となる。これは、二酸化炭素濃度が４００ｐｐｍと非常に低く、脱着圧力が０．２ｋＰａと低真空であるためである。１００％二酸化炭素では、最大７％吸着する 15 開発装置外観（10アール以下用）装置仕様ゼオライト：２ｋｇ／塔２塔式二酸化炭素濃度：８，０００ｐｐｍ以上二酸化炭素濃縮ガス供給量：１～１．５L／ｍｉｎ吸着・脱着サイクル：１０分電源：１００V １５A 16 小型ハウスでの実証試験（冬季） 17 二酸化炭素の効果二酸化炭素供給の苗の方が、イチゴの実が早く赤くなった。成長速度が速いことを示す。 18 二酸化炭素施用の効果 CO2施用あり CO2施用なし開花時期 42日後 57日後収穫量 13.7kg 10.1kg 糖度 10.7度 9.3度二酸化炭素の効果で、開花時期が早くなり、収穫量の増加、糖度の増加が認められた。 19 二酸化炭素の効果（夏季）トマトの栽培においても二酸化炭素供給の苗の方が、成長が速くなった。 20 大型ハウス用装置装置仕様ゼオライト二酸化炭素濃度：８ｋｇ／塔２塔式：４０００ｐｐｍ以上二酸化炭素濃縮ガス供給量：７L／ｍｉｎ吸着・脱着サイクル：３分対象面積： 1０アール以上電源：２００V １．８５A 21 大型ハウスでの実証試験（３０アールのハウスで実施） 22 大型ハウスの二酸化炭素濃度の推移晴天の日雨天の日装置稼働時間装置稼働時間晴天もで二酸化炭素濃度を400ppm以上に維持できた。 23 従来技術とその問題点燃料燃焼法：灯油等を完全燃焼して二酸化炭素を供給装置は安いが、一酸化炭素のモニターは必須燃料が高騰すると、収益を圧迫する炭酸ガスをボンベで供給供給用の装置だけで良く、燃料が不要山間部では、ボンベの配達が敬遠されやすいハウスまで運ぶのも、敬遠されやすい 24 新技術の特徴・従来技術との比較天然ゼオライトを使用し、大気中から二酸化炭素を回収する装置を開発した大気中の二酸化炭素を10～20倍に濃縮可能電気だけで稼働する 25 想定される用途中・小型植物工場用への二酸化炭素供給ハウス栽培への二酸化炭素供給冬だけでなく、葉への供給により、一年中使用可能他のガスの濃縮回収に利用可能 26 実用化に向けた課題大気中の二酸化炭素濃度が400pp以下と低い濃縮しても、４０００ppm～８０００ｐｐｍまでしか濃縮できないそのため、ハウス全体への二酸化炭素供給は困難葉部分への効果的な供給が必要 27 企業への期待ビニールハウスメーカー・植物工場メーカー（装置設置等は、共同研究企業が実施）農業分野への展開を考えている企業本技術の導入により、収量増加が見込まれる 28 本技術に関する知的財産権知財出願番号：特願2015-517104 出願人発明者：島根県、大福工業（株）、早稲田大学：田島政弘等 29 お問い合わせ先島根県産業技術センター ○総務調整課青戸崇年ＴＥＬ０８５２－６０－５１４１ＦＡＸ０８５２－６０－５１４４ E-mail [email protected] ○環境技術科田島政弘ＴＥＬ０８５２－６０－５１２５ＦＡＸ０８５２－６０－５１３５Ｅ-mail [email protected] 30