室温でバイオマスをペレット燃料として利用することは、バイオマスエネルギーをシンプルかつ直接的に活用する方法です。作物のわらペレットの機械成形技術について、ぜひご相談ください。

構造が緩く密度が低いバイオマス材料は、外力を受けると、再配列、機械的変形、弾性変形、塑性変形といった段階を経て、非弾性または粘弾性のセルロース分子が絡み合い、ねじれ、体積が減少し、密度が増加します。

バイオマスペレット機械設備のリングダイの圧縮比は、成形圧力の大きさを決定します。トウモロコシの茎や葦などの原料はセルロース含有量が少なく、外力によって押し出された際に変形しやすいため、成形に必要なリングダイの圧縮比は小さくなります。つまり、成形圧力は小さくなります。おがくずはセルロース含有量が高く、成形に必要なリングダイの圧縮比は大きくなります。つまり、成形圧力は大きくなります。したがって、成形ペレット燃料を製造するには、異なるバイオマス原料を使用し、異なるリングダイ圧縮を使用する必要があります。原料中のセルロース含有量が同様のバイオマス材料については、同じ圧縮比のリングダイを使用できます。上記の原料の場合、リングダイの圧縮比が高くなると、粒子密度が増加し、エネルギー消費が増加し、出力が増加します。ある圧縮比に達すると、形成された粒子の密度がわずかに増加し、それに応じてエネルギー消費が増加しますが、出力は減少します。圧縮比4.5のリングダイを使用しています。おがくずを原料とし、圧縮比5.0のリングダイを使用することで、ペレット燃料の密度は品質要件を満たすことができ、設備システムのエネルギー消費も少なくなります。

同じ原料を異なる圧縮比のリングダイで成形すると、圧縮比の上昇に伴いペレット燃料の密度は徐々に増加し、一定の圧縮比の範囲内では密度は比較的安定しています。しかし、圧縮比が一定以上になると、原料は過剰な圧力によって成形できなくなります。籾殻は粒度が大きく、灰分も高いため、籾殻が粒子を形成することは困難です。同じ原料でより大きな粒子密度を得るには、より大きなリングダイ圧縮比で設計する必要があります。
原料粒子径が成形条件に与える影響

バイオマス原料の粒子径は成形条件に大きな影響を与えます。トウモロコシの茎や葦などの原料の粒子径が大きくなると、成形粒子の密度は徐々に低下します。原料の粒子径が小さすぎると、粒子密度にも影響を及ぼします。そのため、トウモロコシの茎や葦などのバイオマスを粒子燃料製造の原料として使用する場合は、粒子径を1～5nmに保つことがより適切です。

ペレット燃料の密度に対する原料中の水分の影響

生体内には適量の結合水と自由水があり、潤滑剤の機能を持ち、粒子間の内部摩擦を減らし、流動性を高め、圧力の作用下での粒子の滑りとフィットを促進します。バイオマス原料の水分含有量が低すぎると、粒子が十分に伸びることができず、周囲の粒子としっかりと結合しないため、形成されません。水分含有量が高すぎると、粒子は最大主応力に垂直な方向に十分に伸びることができ、粒子は互いに噛み合うことができますが、原料中のより多くの水分が押し出されて粒子層間に分配されるため、粒子層が密接に付着できず、形成されません。

したがって、バイオマスペレット機械設備がトウモロコシの茎や葦などのバイオマスをペレット燃料の製造原料として使用する場合、原料の水分含有量を12％〜18％に保つ必要があります。

常温条件下では、バイオマス原料の圧縮成形工程において、粒子は互いに噛み合う形で変形・結合し、粒子層は互いに結合した形で結合します。原料中のセルロース含有量は成形の難しさを決定します。セルロース含有量が高いほど、成形は容易になります。原料の粒子径と水分含有量は、成形条件に大きな影響を与えます。