Environmental Performance and Operational Analysis of a Sewage Sludge Fermentation Solid Oxidation Fuel Cell System Using Fe₂O₃ and Kanuma Clay

抄録

本研究では，統合型間接ガス化固体酸化燃料電池（IIG-SOFC）についてLCAの観点から性能評価を行った。下水汚泥のようなバイオマス原料の利用は，カーボンニュートラルという特徴から，例えば，高効率なエネルギー変換が可能なSOFCの組み合わせにより，温暖化への貢献が可能となり，環境影響指標である地球温暖化係数（GWP）を大いに低下させることが期待できる。ただし，バイオマスをガス化した合成ガスに含まれるH₂Sのような不純物混入によるSOFCの性能劣化は，耐用年数を低下させるだけでなく，その効用を低下させることになるためH₂Sの除去（脱硫）は不可欠となる。一般的に，脱硫材にはFe₂O₃が使用されるが，環境影響指標である資源枯渇性（ADP）の値は大きくなる。このことから，GWP及びADPの低減策については，比較的環境負荷の小さく，かつ吸着性能が高い吸着材が必要となる。そこで，本研究では，天然素材でありH₂S吸着が期待できる鹿沼土（Kc）を吸着材として想定した。なお，これまでの知見からKcはFe₂O₃に比してH₂S 吸着容量が小さいという特徴が知られているため，吸着塔の大きさや吸着剤の交換頻度によっては，Kcを多量に使用しても高い脱硫率が得られるとは限らない。従って，Kcを利用した場合のIIG-SOFC全体の性能について，エクセルギー指標ならびに環境指標を用いて，Kcの最適な利用方法を検討した。この結果，システム全体のエクセルギー効率が最大の28.2%となった。同様に，GWPとADPについては，吸着温度120℃，脱硫率100%及びFe₂O₃の4.5% をKcに代替したときに最小の値となった。