バイオマス燃焼排ガス浄化の新次元：中天威尔のセラミック一体化システムによる超低排出ソリューション

カーボンニュートラル社会の実現に向け、再生可能エネルギーとしてのバイオマス利用が世界的に拡大しています。しかし、木質チップ、農業残渣、パーム殻などのバイオマス燃料を燃焼させる際には、化石燃料とは異なる特性を持つ排ガスが発生し、その浄化には特有の技術的課題が伴います。特に、高濃度のアルカリ金属（カリウム、ナトリウム）、塩素、フッ素、重金属、そして粘着性の高い微細飛灰の存在は、従来の排ガス浄化装置にとって深刻な負荷となり、設備の目詰まり、腐食、触媒中毒を引き起こし、安定運転と超低排出基準の達成を困難にしてきました。

1. バイオマス燃焼排ガス浄化が直面する核心的課題

バイオマス燃焼排ガス浄化の難しさは、その排ガス組成の複雑さにあります。第一に、燃料中のアルカリ成分が高温で気化し、排ガス中に含まれるSO2やHClと反応して硫酸塩や塩化物を形成します。これらの微粒子は粘着性が高く、セラミックフィルターや従来のバグフィルターの表面に付着・堆積し、急激な圧力損失の上昇を招きます。第二に、塩素やフッ素は、排ガス脱硝に用いられる従来のSCR触媒に対して強力な中毒作用を示し、活性を著しく低下させます。第三に、バイオマス燃焼では不完全燃焼に伴う一酸化炭素（CO）や揮発性有機化合物（VOCs）、さらにはダイオキシン類の生成リスクも無視できません。

従来の解決策である「SCR脱硝 + バグフィルター集塵 + 乾式/半乾式脱硫」のプロセス組み合わせでは、これらの課題に対処するには限界がありました。装置が大型化し、プロセスが複雑になるため、投資コストと運転コストが膨らみ、メンテナンス負荷も増大します。特に、小規模なバイオマスボイラーや地域熱供給施設では、経済的に成り立たないケースが少なくありませんでした。

2. 革新的アプローチ：セラミック一体化多汚染物質除去システムの原理

中天威尔が独自開発した「セラミック一体化多汚染物質超低排出システム」は、上述の課題を根本から解決する画期的な技術です。このシステムの心臓部は、二種類の高性能セラミックフィルターです。

• セラミック触媒濾管（Ceramic Catalytic Filter, CCF）：多孔質セラミック基体の細孔壁内部に、脱硝（NOx除去）活性を持つ触媒成分を均一に担持しています。排ガスが濾管の壁を通過する際、粉塵は表面で捕捉されると同時に、NOxは壁内で触媒反応により無害な窒素と水に還元されます。つまり、「集塵」と「脱硝」が一つの工程で同時進行するのです。
• 無触媒高温集塵セラミック纖維濾管（High-Temperature Ceramic Filter, HTCF）：耐熱性に優れたセラミック纖維で構成され、高温（最大450℃以上）かつ腐蝕性ガス環境下でも安定した集塵性能を発揮します。アルカリ金属や重金属を含む粘着性飛灰に対しても、特殊表面処理により付着防止効果を持ちます。

システムは、これらの濾管を多数束ねたモジュールで構成され、必要に応じてCCFとHTCFを最適に配置します。排ガスはまず、脱硫剤（水酸化カルシウムや重曹など）が噴射されたダクトを通り、SO2、HCl、HFなどの酸性ガスが中和・除去されます。その後、一体化システムに導入され、以下のプロセスを経て浄化されます。

1. 一次浄化段階：HTCFモジュールで、粗大な粉塵と脱硫反応で生成された副生成物（CaSO4など）を効率的に捕集。これにより、後段のCCFへの負荷を軽減。
2. 核心浄化段階：CCFモジュールで、微細粉塵（PM2.5以下）の最終的な捕集と、排ガス脱硝を同時実行。濾管のナノレベル細孔が粒子を確実に捕捉。
3. 付加機能：濾管表面や触媒に特殊機能を付与することで、残留するVOCsやダイオキシンの分解除去も可能。

この一体化設計により、従来システムに比べて設備占有面積を40%以上削減でき、圧力損失も低く抑えられるため、送風機の動力消費が節約されます。これが、総合的かつ効率的なバイオマス燃焼排ガス浄化を実現する鍵です。

3. 中天威尔ソリューションの技術的優位性と多様な産業応用

中天威尔のシステムは、単なる装置の提供ではなく、お客様の具体的な燃料性状、運転条件、排出規制に合わせた最適化された工業炉排ガス処理ソリューションを提供します。その技術的優位性は多岐にわたります。

① 卓越した耐毒性能と長寿命
従来のSCR触媒は、バイオマス排ガス中のアルカリ金属やP, Ca, Znなどの重金属により急速に活性を失います。中天威尔のCCFは、セラミック基体と触媒成分の結合を強化する独自技術により、これらの毒物成分に対する耐性を飛躍的に向上させています。また、濾管自体の強度が高く、繰り返しの圧縮空気による清掃（パルスジェット清灰）に耐え、設計寿命は5年以上を保証しています。これは、2-3年で交換が必要な場合のある従来触媒やバグフィルターに比べて、ライフサイクルコストを大幅に低減します。

② 広範な適用性と柔軟な設計
当社のシステムは、様々な規模と業種のバイオマス燃焼排ガス浄化ニーズに対応できます。

• 発電・熱供給：木質バイオマス専焼ボイラー、石炭との混焼ボイラー、廃棄物系バイオマス（RDF/SRF）燃焼設備。
• 製造業：製紙パルプ工場の黒液ボイラー、食品工場の残渣燃焼炉、セメントキルンでのバイオマス燃料利用。
• 地域施設：ごみ焼却施設（特にバイオマス分類ごみ）、下水汚泥焼却炉。

排ガス流量が小規模な場合でも、コンパクトな標準モジュールを組み合わせることで、経済的なシステム構築が可能です。逆に大規模プラントでは、モジュールを並列に配置して対応します。

③ 真の「超低排出」の実現
本システムは、各国で厳格化される排出基準を容易にクリアします。例えば、粉塵排出濃度を1 mg/Nm³以下、NOxを50 ppm以下（場合により30 ppm以下）、SO2を10 ppm以下にまで抑制可能です。これは、多汚染物質除去を単一装置で達成するからこそ可能な、安定した高性能です。従来のように各プロセスが独立していると、前段の変動が後段に影響を与え、全体の排出値が不安定になるリスクがありました。

④ メンテナンス性と運転コストの低減
システムがコンパクトでプロセスが単純化されているため、点検経路が確保しやすく、メンテナンス作業が軽減されます。また、圧力損失が低く保たれるため、送風機の電力消費が少なく、ランニングコスト削減に直結します。濾管の長寿命化も、部品交換コストとダウンタイムの削減に寄与します。

4. 導入事例と将来展望：持続可能なエネルギー利用を支える技術

中天威尔のセラミック一体化システムは、すでに国内外の多数のプロジェクトで実績を積み重ねています。例えば、東南アジアのパーム殻発電所では、高カリウム・高塩素含有の排ガスによる従来設備の頻繁な故障に悩まされていましたが、当社システム導入後は、超低排出を安定して維持しながら、年間を通じた継続運転を実現しています。また、北欧の木質チップ地域熱供給プラントでは、厳しい冬期環境下でも、システムが高い信頼性を発揮し、クリーンな熱供給を支えています。

これらの成功は、単一のバイオマス燃焼排ガス浄化技術としてだけでなく、より広い工業炉排ガス処理のパラダイムシフトを示唆しています。ガラス溶融炉、鋼鉄焼結炉、アルミニウム二次精練炉など、従来から難処理とされてきた高温・高腐蝕・高粉塵排ガスへの応用も加速しています。当社のセラミック触媒とセラミックフィルター技術は、これらの分野でも、SCRやバグフィルターでは成し得なかったコンパクトで堅牢な浄化を実現しつつあります。

将来に向けて、中天威尔はさらなる技術開発に取り組んでいます。AIを用いたシステム運転最適化による省エネ性能の向上、濾管のリサイクル技術の開発、そしてCO2回収・利用技術とのシステム統合など、次の環境課題を見据えたイノベーションを推進しています。

結論として、バイオマスエネルギーの持続可能な普及には、その環境負荷を最小限に抑える確かな排ガス浄化技術が不可欠です。複雑化・高コスト化していた従来技術の限界を打破する中天威尔のセラミック一体化多汚染物質超低排出システムは、排ガス脱硝、排ガス脱硫、集塵を高いレベルで統合し、お客様に「コンパクトで、経済的で、確実な」バイオマス燃焼排ガス浄化ソリューションを提供します。厳しい排出規制と経済性の両立にお悩みの事業者様は、ぜひ当社の専門技術チームにご相談ください。最適なソリューションのご提案からアフターサポートまで、トータルでサポートいたします。