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バイオガスの基本

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バイオマス資源

有機性廃棄物の処理方法ですが、適切な方法を採用すると廃棄物ではなく有効な資源として活用することができ、これらを「バイオマス資源」と呼びます。バイオマスとは生物を表す「Bio」と量を示す「Mass」の二つをあわせた合成語です。もう少し詳しく説明すると「エネルギー源や工業原料に利用される生物体および生物体に由来する資源」または「植物や動物から生まれた再生できる資源」と解釈されています。

有機性廃棄物はバイオマス資源が多く含まれているので、様々な再利用方法が行われています。代表的なバイオマス資源として、生ゴミや下水汚泥、家畜糞尿はコンポスト化することでたい肥として昔から利用されてきました。現在では、たい肥の原料ではなく化石燃料の代わりとなるエネルギーを生み出す原料として着目されています。その中でも注目されているのが「メタン発酵処理」です。有機性廃棄物を原料として微生物の働きにより「バイオガス」が発生します。このバイオガスには可燃性ガスのメタン(CH4)と二酸化炭素(CO2)がほとんどで、その他に硫化水素やアンモニアなどの微量成分が含まれています。

実はメタン発酵は私たち人間も毎日行っています。それは「おなら」です。メタン発酵は効率よくおならを作っているとわかりやすいかもしれません。

発酵とは?

発酵と聞くと、私たちの生活では様々なものに利用されています。食品だったりお酒を作ったり、たい肥を発酵させるなどあります。

発酵とは、有機物が微生物の働きにより分解され、別の物へ変化すること事です。発酵にも「好気性発酵」と「嫌気性発酵」の方法があります。

好気性発酵では、微生物が酸素を消費しながら有機物を分解するため、酸素が無いと生育できない微生物の集まりになります。コンポスト化する時に働く微生物は多くの酸素を消費しながら汚泥や家畜糞尿を分解してたい肥をつくります。嫌気性発酵はその逆で、酸素が無くても生育できて分解を進める微生物の集まりです。嫌気性の微生物には、酸素があると生育できない偏性嫌気性の微生物と、酸素があっても好気性菌と同じくらい元気に生育する通性嫌気性微生物がいます。メタン発酵菌は偏性嫌気性で、ヨーグルトやお酒を作る乳酸菌や酵母菌は通性嫌気性菌に分かれます。

メタン発酵とは

メタン発酵とは

メタン発酵はバイオガス化や嫌気性消化ともよばれています。メタン発酵では有機物が酸素の無い嫌気性の条件で様々な微生物の働きによりメタンガスと二酸化炭素のバイオガスを発生させる反応です。下水や有機物を多く含んだ工場排水を処理する時に、微生物の力を使い廃棄物からメタンガスへ変換することができます。空気が無い状態で有機物が微生物によって分解されると様々な物質に分解されながら、最終的にはメタンガスが生成されます。これをメタン発酵と呼び、メタンガスを作り出すのがメタン菌です。メタン発酵は、有機物からバイオガスへの分解と発酵は、図に示すようなプロセスで進みます。メタン菌は酸素がある環境では生きられませんが、酸素が無い川や沼の泥、牛やヤギなどの反芻動物の胃の中に生息してメタンガスを発生させています。

メタン発酵に使われる原料をもう少し詳しく見てみると、「炭水化物」「タンパク質」「脂質」「繊維素(セルロース系)」となり、多くの原料は私たちが食べる食材に似ています。このような原料はすぐにメタンガスに変換するのではなく、メタン菌が働く前にほかの微生物が有機物を分解してもらう必要があります。主に、有機物を「酢酸」(つまり、お酢)になどのメタン菌が食べられる物質に分解してもらう必要があります。メタン発酵はそのような有機物分解菌とメタン菌の共同作業によって成り立っています。

しかし、メタン発酵で処理できない物も多くあります。例えば、食品廃棄物に混じっている骨や卵の殻、ビニールやプラスチックはバイオガスへ変換することができません。これらは微生物が分解することができないほか、大量に含まれるとメタン発酵装置の配管が詰まり、ポンプの故障を引き起こす原因となるので、なるべく除去する必要があります。

微生物の分解方法