Co-processing of Poultry Biowaste in MSW-to-Energy Kilns: Technical and Financial Feasibility of Wet Flue-Gas Desulfurization Sorbent Isolation in Varanasi, India

発電所や廃棄物発電施設は、燃料を燃焼させて電力を生成すると同時に、排ガスが大気中に放出される前に毒性のある二酸化硫黄ガスを除去しなければならないという、二重の課題に常に直面しています。このガスを洗浄するために、これらの施設は伝統的に、水と粉砕した石灰石のスラリーを噴霧して酸を吸収する巨大な塔である「ウェットスクラバー」に依存してきました。しかし、石灰石自体が問題です。それは、景観を損ない、生息地を破壊し、輸送中に多大な炭素排出を発生させる破壊的な露天掘り採掘によって、地中から掘り出されなければなりません。同時に、インドの急速に成長する都市では、鶏の卵殻を含む有機廃棄物の山が生成されており、これらは通常、腐敗して臭いを発し、土壌を汚染する埋立地に投棄されています。研究者が問いかけたのは、これら二つの別々の問題を、一つの単純な解決策で解決できるのではないか、ということでした。すなわち、廃棄された卵殻が、採掘された石灰石の代わりになれるのではないか、という問いです。

NTPCリミテッドのV S Narasimha Sai Sangapu氏率いる研究チームは、この可能性を特にインドのバラナシ地区に焦点を当てて調査しました。彼らは、NTPC廃棄物発電施設と、その近くにあるヴィンディヤチャル脱硫プラントに注目しました。彼らの研究は、卵殻がカルシウム・カーボネート（炭酸カルシウム）を約95パーセント含んでおり、化学的に高品質な石灰石とほぼ同一であることを裏付けています。しかし、それらをそのまま使用することは不可能です。なぜなら、生の卵殻は丈夫で水を弾く膜で覆われているからです。もしこれを水ベースのスクラバーシステムに投入すると、この膜が原因で殻が適切に混ざり合わず、パイプを詰まらせ、ポンプを破壊する厚く粘着性のあるスラッジ（泥状の物質）を作り出してしまいます。研究者は、単純な熱処理がこの問題を解決することを見出しました。卵殻を摂氏500度に加熱することで、有機膜が完全に燃え尽き、標準的な石灰石と全く同じ挙動を示す、脆く水に馴染みやすい粉末が残るのです。

この研究は、現実の世界でこれを機能させるための完全なクローズドループ・システムを提示しています。まず、研究者は、大規模な地元人口と年間数百万人もの観光客に支えられたバラナシ地区が、毎日3.3〜5.1メトリックトンの生の卵殻廃棄物を生成していると推定しました。この廃棄物は、商業的な厨房や屋台から回収されます。埋立地に送られる代わりに、殻はプラントのリアクター内で一般廃棄物と共に共同焙焼されます。この加熱プロセスは、問題となる膜を除去するだけでなく、有機物を炭化させ、「グリーンチャコール（緑の炭）」として知られる燃料源へと変えます。

次に、研究者はこれら二つの材料を分離するための機械的システムを設計しました。熱い混合物がリアクターから排出される際、一連のローラーと振動スクリーンを通過します。焙焼された卵殻は脆くなっており、一方でチャコールは密度が高く頑丈なままであるため、機械によって卵殻は微細な粉塵へと容易に粉砕され、チャコールは塊のまま維持されます。最終的な空気流システムが、軽い卵殻の粉塵をスクラバー用の回収室へと吹き飛ばし、一方でより重いチャコールはプラントの燃料サイロへと送られます。この分離は極めて重要です。これにより、プラントの動力源となる燃料は清潔であり、かつ粉塵は化学的な洗浄剤として使用できるほど純粋であることが保証されるからです。

この焙焼された卵殻の粉末がウェットスクラバーに導入されると、排ガス中の二酸化硫黄と反応します。この化学反応は酸を中和し、建設や農業に使用できる高純度の材料である「石膏」と呼ばれる固形副産物を生成します。研究によれば、このシステムは、一日に1.86〜2.88メトリックトンの二酸化硫黄排出量を捕捉し、6メトリックトン以上の販売可能な石膏を生産できる計算になります。

財務分析は、これが単なる環境的なアイデアではなく、収益性の高いビジネスモデルであることを示唆しています。研究者は、採掘された石灰石を購入・輸送するコストと比較して、加工された卵殻を使用する方が大幅に安価であることを算出しました。これは、廃棄物の埋立地からの転換に対する補助金や、石膏の販売による収益を考慮に入れた場合でも同様です。15年間の期間において、このプロジェクトはわずか3年余りで初期設備コストを回収できると予測されています。研究は強力な投資収益率を示しており、卵殻の回収効率が予想よりも低かったとしても、プロジェクトは黒字を維持できることを示しています。このモデルは、少なくとも利用可能な卵殻廃棄物の半分が回収される限り、燃料価格の変動や供給の問題にも耐えられることを示しています。

数字を超えて、この研究はより広範な環境への影響を強調しています。卵殻を使用することで、プラントは年間最大1,350トンの天然石灰石の採掘を回避でき、地元の生態系を保護し、採掘と輸送に伴う炭素足跡を削減できます。また、埋立地における腐敗した卵殻による環境への危険、例えば悪臭を放つガスの放出や土壌の汚染も排除します。研究の結論として、このアプローチは、一般的な廃棄物を重要な産業資源へと変える、実現可能で経済的に健全な道筋を提供しており、都市の廃棄物が産業を動かし、浄化するという循環型経済（サーキュラーエコノミー）を創出するものとしています。