バイオガス発生器を自作して、家で天然ガスを使う

家庭で出る多くの有機「廃棄物」から、料理や照明、暖房、給湯に使える自家製天然ガスを作ることができる。これは「バイオガス」と呼ばれ、化石燃料である天然ガスの代わりとして、エンジンやガス式冷蔵庫や冷凍庫などの吸収冷却システムの燃料にもなる。ガソリンエンジンの中には、天然ガスやプロパンガス、バイオガスに対応済みか改造して対応できるように設計されたものもある。ディーゼルエンジンでは80%までバイオガスを混合できる。

家庭で出る多くの有機「廃棄物」から、料理や照明、暖房、給湯に使える自家製天然ガスを作ることができる。これは「バイオガス」と呼ばれ、化石燃料である天然ガスの代わりとして、エンジンやガス式冷蔵庫や冷凍庫などの吸収冷却システムの燃料にもなる。ガソリンエンジンの中には、天然ガスやプロパンガス、バイオガスに対応済みか改造して対応できるように設計されたものもある。ディーゼルエンジンでは80%までバイオガスを混合できる。

 そもそもバイオガスは複数の可燃性ガスの混合物で、そのほとんどがメタンだ。また、有機物が嫌気的に(酸素抜きで)分解される際に発生する二酸化炭素も含まれている。例えば、水の中や廃棄物埋立地の地下深く、あるいは人間を含む動物の内臓の内部などでこの嫌気性分解が起こる。

 こういった自家製バイオガスを作る装置のことを「発生器(generator)」と呼ぶのが良いと思う。いかにも何かを生み出す感じがするから。一家に一台、バイオガス発生器があれば、料理に必要なエネルギーくらいは自前で賄える。慎ましやかな家庭料理を作るのに、少なくとも760Lの発生器をフル稼働させる必要がある。これだけのバイオガスがあれば、毎日1時間のガスレンジ調理ができる。まずは、210L容器を1つだけ使った小型の発生器から始めてみて、バイオガスの理解を深めてはどうだろうか。「The Homeowner’s Energy Handbook」に色んな案が載っている。

 

どのくらいの自家製バイオガスエネルギーが作れるか?

 理の行き届いたメタン分解装置(digester)なら毎日容量いっぱいのバイオガスを生成できる。固形物の10%から60%が分解の過程でバイオガスになる。つまり、乾燥した原料1kgから190Lないし1,120Lのバイオガスエネルギーを取り出せる。

 バイオガスの実際の組成は分解装置に何を投入するかによる。バイオガスの主成分はメタンだ。メタン(化学式はCH4)は従来の天然ガスの主成分で、炊事や暖房の燃料としてよく使われる。ただし、バイオガスのエネルギー密度はそれほど高くなく、メタン構成比はおそらく50%から80%程度。企業が提供する天然ガスなら70%から90%に上る。この違いは、天然ガスはプロパンやブタン、エタンといった他の可燃性ガスを最大で20%含むが、バイオガスには含まれないためだ。バイオガスに含まれる不燃性成分は、主に二酸化炭素や水蒸気、窒素などで、微量の硫化水素が含まれることも。

 発生量と入手のしやすさの点で、おすすめの原料といえば刈ったばかりの草だ。1kg当たり90Lほどのバイオガスを生成できる。これは9kgほどの刈り草から1時間の調理に必要な燃料が得られる計算になる(サイロで発酵させた牧草ならさらに効率が良く、4.5kgで済む)。生ゴミは刈り草よりほんの少し重量当たりのバイオガス生成量が多いが、大量に調達することを考えると、ほとんどの人には刈り草の方がお手軽だろう(様々な素材を比較したスライドを参照のこと)。もし牛を飼っているなら、新しい牛糞は、乾燥した場合の重量比での発生量は劣るものの、牧場でメタンを作るのにはぴったりだ。1頭の牛は毎日約64kg(68L)分の排泄をするが、ここから最終的に平均2,400Lのバイオガスが生成でき、3時間ほどの料理に必要な燃料が得られる。(もっとも放牧場にいる牛の糞を集めるのは相当大変だ)。

 

メタン分解装置でバイオガスを作る

 堆肥にできるなら、分解できるということ。バイオガスの原料としては、豊富にあり扱いやすく入手しやすいものであれば申し分なく、バイオガスを安定して実用に足る量を作ることができる。野菜であれ、残飯であれ、刈り草であれ、家畜の排泄物、肉、食品加工工場の廃棄物や脂身であれ、およそどんな組み合わせでも、炭素と窒素の配合を間違えない限り大丈夫。ただ、木片や藁などの木質のものは入れ過ぎないこと。これらはリグニン(植物細胞壁の一部として堆積し、微生物による分解から細胞を守る働きがある)を多く含み、分解プロセスの邪魔をする。

 一般的なメタン発生器は、メタン分解槽に原料を流し込むための供給管、分解済みの固形物や液体(「分解残渣」という)を取り出すための排出口、ガス取り出し口、発生したバイオガスを貯めておく集気タンクからなる。

 家庭でバイオガスを作るには、まず有機資材、すなわち「主原料」に水を混ぜる。バイオガス発生に最適な固形物の混合比は、2%から10%。つまり、発生器内部にある原料の90%から98%は水ということになる(有機資材にもともと含まれている水分を含む)。固形物は2、3cm以下に細かく砕いておくこと。表面積が増えるので、微生物による有機資材の分解がしやすくなる。繊維質のものは発生器に入れる前に数日置いておくと分解されやすくなる(その間に菌やバクテリアが繊維を分解し始める)。

 主原料を入れたら、水をたっぷり加えてどろどろにし、それからメタンを作る微生物の種培養を入れる。この微生物は「メタンガス生成細菌」と呼ばれ、ほとんどの動物の糞に生息しているので、排泄物を使う場合は別途加える必要はない。しかし、残飯や草だけを分解する場合には、微生物を注入してこの生物学的プロセスが起こるようにする必要がある(うまくいけば、はじめの1回だけで十分だ)。

 容器内の温度を体温に近い、3238℃に保てば、1週間ほどでバイオガスが発生するはず。外からあまり加熱しなくて済むように、発生器を日当たりの良い場所か温室に置くと良い。さらに断熱性を高めるために、薄く柔らかい発泡断熱材や「プチプチ(Bubble Wrap)で発生器を覆い、その上から紫外線に強い6mm厚の黒か透明のポリエチレンプラスチック製のカバーを被せること。

 バイオガスが出てきたら、(水で満たした大きな筒状の容器の中に逆さに入れた小さな容器などの)集気容器にパイプを差し込み、ガスを集める(スライドショー参照)。ガスを貯める貯蔵容器は、気密性が高くガスの量に応じて膨らんだりしぼんだりするものであればどんなものでも良い。ガスを利用する際には、使うガス器具に合った圧力が得られるように貯蔵容器の外から力を加えること。

 どのくらいの時間をかけて固形物がバイオガスになるか、直に観察して見当をつけよう。発生器が稼働し始めたら、ガス貯蔵容器の膨らみ具合を見て、生成量を記録しておく。膨らみ方が少なくなってきたら、分解が進まなくなってきた証拠なので、また原料を継ぎ足そう。この作業が毎日必要か週1回でよいかは、原料の配合や発生器内部の状態による。レシピに従って投入するのがベストだ。(「The Homeowner’s Energy Handbook」にあるレシピの作り方を参照。)

 廃液は匂いが少なく、よい堆肥になる固形物と豊富な養分を持つ液体の混合物で、バイオガス発生器から取り出せる。そのまま庭の土壌改良用に使うのも良いが、まずは堆肥化して病原菌を死滅させるのが賢明だろう。

 

バイオガス発生器の温度:もっとも重要な内容の詳細

 ほとんどの場合、21〜41℃の温度範囲で動作する手入れの行き届いたメタン発生器に入れた材料は約1ヶ月でよく分解される(材料が分解されるにつれ、原料を継続的に追加する)。手本にしたい発生器内部の条件は、動物の消化器管内部のようなもの。発生器内部の生物の活性で、熱がいくらか発成するが、気候に応じて、熱を加える必要があるかもしれない。

 寒冷地で冬の間にガスを製造するためには、熱源を追加する必要がある。大きな発生器は、継続的に水を熱するのに十分なガスを生成することができ、ガスは熱交換器の役割をするよう系の閉じた配管を介して循環させることができる。

 または、断熱材で覆われた曲げられるチューブでバレルの外側を包み、チューブで温水を押し出すこともできる。(ソーラーバッチコレクターを構築する方法はこちら)。別の選択肢としては、水中型で、サーモスタット制御の電気温水器があり、家畜用給水器の凍結を避けるよう設計されたもの。ガス生産の利益と熱を提供する費用を天秤にかけてみる。暑い場所に住んでいる場合は発生器内部の温度が41℃を越えないように、日陰を作る。安全性に関する注意事項

 絶対にバイオガスを屋内または閉鎖空間で作らない。メタンガスは燃性ガスであり、空気と混ざり、火が近くにあると発火する。圧力が低下し、火が配管を通じて戻ってくる場合に、バイオガス発生器が爆発する可能性がある。こういったリスクは従来型天然ガスの取り扱い及び貯蔵と同様である。

 

無料の設計案

 オンラインにある「The Complete Biogas Handbook(バイオガスハンドブック完全版)」で最大9,990Lサイズの発生器を構築する設計案を見られる。バイオガス発生があると、もう一つ食べさせなければならない口が増えるようなものだが、正しく設定し、原料を安定供給することで、農的暮らしの様々なエネルギーのニーズに合わせて化石燃料フリーのガスを生産できるだろう。

 

 

埋立地メタンからバイオガスエネルギー

 都市にある固形廃棄物埋立地は、米国で3番目に大きいメタン排出源。気候変動を悪化させるメタンを空気中に放出するよりも、電気を作るために集めることができる。米国環境保護庁によると、約600の米国内にある埋立地ではメタンを集め、ガラス吹きや陶芸窯、温室の温め、さらにはスケートリンクへの電力供給など、様々な方法で使用している。その他の計画中のプロジェクトでは、自動車の代替燃料として使用するために埋立地ガスをメタノールに変換している。-ケール・ロバーツ(Kale Roberts)

 

ポール・シェクレル(Paul Scheckel)は、実践的なオフグリッドの自作農者で、電力会社、住宅所有者や企業の効率化コンサルタント。「The Homeowner’s Energy Handbook(自作農者のエネルギーハンドブック)」を注文しよう。

 

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Make a Biogas Generator to Produce Your Own Natural Gas

By Paul Scheckel

August/September 2014

 

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コメント: 2
  • #1

    浮田 昌利 (土曜日, 03 2月 2018 21:33)

    参考になりました。50年程前から興味がありました。5月ごろ家庭で使えるぐらいの装置を
    作りたいと思っています。

  • #2

    沓名 輝政 (土曜日, 03 2月 2018 22:47)

    浮田 昌利 さま、ありがとうございます。お役に立てて何よりです。