工业废水的新用途：从工厂废水中提取出高纯度沼气用于燃料电池发电

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摘   要：日本朝日品质与创新株式会社在朝日啤酒茨城工厂利用从工厂废水中提取的沼气进行燃料电池发电的实证项目，并确立了将沼气纯化为高纯度气体的新技术，与九州大学共同进行燃料电池发电试验，以削减二氧化碳排放量，改善环境问题。

关键字：高纯度沼气、燃料电池发电、固体氧化物燃料电池、氢燃料电池、微生物分解、硫化物、新发电模式

为实现可持续发展社会，许多企业都开始发展相关业务。在这种背景下，大型食品制造商朝日集团的独立研究子公司——朝日品质与创新株式会社（Asahi Quality and Innovations Co., 以下简称“AQI”）开始了将从朝日集团下属啤酒工厂的废水中提取出的沼气用于燃料电池发电的实证研究。

利用啤酒工厂废水的高效发电方法

2015年9月，联合国可持续发展峰会上通过了“可持续发展目标(SDGs)”。现在，很多企业都赞同该目标，并致力于改善地球环境问题。朝日集团也是推进这一举措的集团企业之一。

朝日集团一直在积极进行有关环境保护的活动，例如，此前一直采用的水资源的可持续利用——“水中和”方法，使生产啤酒的用水量等于公司拥有的森林的蓄水量，以及为开发耐气候变化的农作物而进行的废弃啤酒酵母的功能性研究等。此外还提出了“朝日零碳”目标，争取在2050年实现集团全部相关设施的温室气体零排放。

在这种情况下，作为削减CO₂排放量的新发电模式，AQI于2020年10月开始了在朝日集团下属的朝日啤酒茨城工厂利用从工厂废水中提取的沼气进行燃料电池发电的实证项目。

该实证项目使用三菱电力（旧称“三菱日立电力系统”）开发的固体氧化物燃料电池“MEGAMIE”，目标是截止到2021年12月连续运行1万小时（该项目预计在2022年3月完成）。

安装于朝日啤酒茨城工厂的MEGAMIE。此次试验是首次使用沼气作为燃料进行发电的试验。

如果这一方案得以实现，预计工厂排放的CO₂每年可减少1000吨左右，并且每年可产生约160万千瓦时（相当于350户普通家庭）的电量。

今后的设想为，如果在该实证研究完成后将方案引入朝日集团内部，则茨城工厂将组合使用利用废热的二次发电和利用太阳能的氢燃料电池等，以补充工厂内的电力。

提高燃料电池发电用沼气的纯度

此次发电所利用的沼气是利用微生物分解啤酒厂废水中的有机物而得到的。

分解工程分为3个阶段。首先，将运送到处理槽的废水中的多糖和蛋白质等分解成糖和氨基酸，接着，将这些成分分解为醋酸，最后由醋酸生成甲烷。甲烷相当于该项目中的“沼气”。

实际上，朝日集团此前也一直在日本国内的啤酒厂、饮料厂等地，使用这种废水处理方法纯化沼气。通过锅炉等燃烧，作为热能进行再利用。

据了解，此次从减少CO₂排放量的角度出发，为实现向更环保、更高效的能源生产方法转换，首次将沼气作为燃料电池的动力源。

最初从废水得到的沼气中含有使燃料电池电极失去活性的硫化物成分等杂质，因此要想继续利用沼气作为燃料电池的动力源，还需要进行技术开发。

因此，AQI确立了将沼气纯化为高纯度气体的新技术，并与九州大学共同进行了小规模的燃料电池发电试验。在不降低发电性能的情况下实现了1万小时的连续发电。在此基础上，开始对使用沼气的燃料电池发电进行本次的实用规模实证。

本次实证项目将明确长时间运行导致的发电性能下降能否控制在一定水平以下，并以此作为实用化的判断依据。