広葉樹樹皮の燃料資源的基礎研究

概要

論文の詳細を見る
森林未利用資源の一つである樹皮を成型燃料として活用するために、三重大学農学部附属演習林における低質広葉樹林の林分構造と現存量および広葉樹樹皮の諸性質に関する一連の基礎研究を実施した。　1　低質広葉樹林の林分構造と現存量　(1)林分構造　かつて薪炭林として利用されていた低質広葉樹林には、ほぼ30～40種の木本類が生育しており、これらの樹種が、高さ14mから20mに達する高木層、7～13mの亜高木層、6m以下の低木層の三層を形成していた。高木層の構成種としては、コハウチワカエデ、イタヤカエデ、ヤマモミジ、ケヤキ、ミズキ、クマシデ、ヤマザクラなどが優占種であった。亜高木層ならびに低木層においては、エゴノキ、カマツカ、クロモジ、アブラチャン、ヤブムラサキなどが優占種であった。(2)現存量　層別刈取法により調査した部分別の乾重は、上・下層では、幹30.0～34.3kg、樹皮5.2～5.4kg、枝12.8～17.3kg、葉2.0～2.3kgで、各層合計乾重は、上層54.7kg、下層54.6kgであった。林床層では、幹0.075kg、樹皮0.008kg、落枝10.050kg、葉0.140kgで、下層合計乾重は10.3kgであった。各層におけるha当りの合計現存量は、上・下層がそれぞれ11t、林床層が2ｔで、ha当りの総現存量は24tと算定された。このうち樹皮現存量は、上層1.1ｔ、下層1.0ｔ、林床層0.002ｔであったが、成型燃料化にあたっては、上・下層に現存するha当り約2ｔの樹皮を利用対象とし、林床層は植生保続のうえから残存させることが得策であると考えられた。(3)樹皮率　広葉樹の樹皮率は2.4～55.6%にわたり、樹種により、同じ樹種でも異なった。そのため、各層における全樹種込みの樹皮率を求めた。その結果、上層10.1%、下層13.1%、林床層9.6%、平均10.9%となった。したがって、平倉演習林の低質広葉林における樹皮現存量は、皮付き幹現存量の約10%であることが推察された。　2　樹幹樹皮の物理化学的性質と成型性　（1）樹皮の粉砕性　材料の靭性に影響する内樹皮率は樹種によって異なるが、大部分の広葉樹樹幹樹皮の内樹皮率は針葉樹樹皮より大きく、80～90%であった。広葉樹樹皮の粉砕性は、針葉樹の場合と同様、原料の靭性、剛性および粉砕機の種類によって異なる。ウイレーミル試験によると、針葉樹樹皮は広葉樹樹皮より粉砕され易いが、他機種では異なった結果がえられ、特にヒノキ、ケヤキ、ミズナラ樹皮など靭性組織の多い試料は粉砕が困難であった。以上の試験によって、物性の大きく変化する木質系試料ではカッター型粉砕機の方が適当しているものと結論づけられる。(2)樹皮の抽出成分含有量とpH　気幹樹皮の熱水および1%NaOH抽出成分含有率は、それぞれ4.3～28.8%、および21.3～61.0%であり、特にカラマツ、キブシ、ムラサキシキブ、サルナシには多くの抽出物が含有している。また、熱水抽出液はpH3.8～5.7の弱酸性を示し、針葉樹樹皮や一般木材のそれと類似していた。なお、加圧成型試験に供した試料のうち、カラマツ、ミズキ、リョウブ、エゴノキ樹皮には多量のメタノール抽出物を含有していた。(3)樹皮の発熱量　一般的に、木材質の発熱量は4,500kcal/kgであるが、樹皮は灰分および抽出物含有量が大きく異なるため、発熱量の樹種による変動も大であると推定される。しかし、大部分の広葉樹樹皮の発熱量は4,000～5,000kcal/kgであり、針葉樹樹皮より約400kcal/kg小さな値を示した。また、樹皮の灰分含有率は木質部より大であり、灰分含有率と発熱量との間には負の相関関係が認められた。(4)　樹皮の加圧成型性　木質系バイオマスには、非結晶性成分を含んでいるが、これら非結晶性物質は熱可塑性を有しているため、加圧加熱によって自着性を示し、高密度物質とすることができる。ペレット状固形燃料化の難易を判定する指標をえるため、ウイレーミルと粉砕試料から5mm厚のボードを作製し、その平面引張り強さを測定した。試験の結果、スギ樹皮は最も成型性に劣り、カラマツ、エゴノキは易成型性樹皮であり、また一般的に抽出成分量の多い試料は、成型性にすぐれていた。なお、難成型性樹皮は、適当な材料の混入によって改善することが可能である。In order to utilize the stem bark of broad-leaved forest as fuel resources, a fundamental study of structure and biomass in Mie University Forest, and physicochemical nature and molding property of broad-leaved tree stem barks were carried out in the Forest.l. Structure and Biomass of the Forest.(1) Structure and species compositionThe structure and species cornposition of a coppice in the university forest were investigated. This forest is second growth which was used for firewood and chacoal and consisted of 30-40 woody species. Dominants in tree layer (above 14m) were Acer sieboldianum Miq., Acer mono Maxim., Acer palmatum var. mat-umurae (Koidz.) Makino, Zelkova serrata (Thunb.) Makino, Cornus controversa Hemsley, Carpinus japonica Blume, Prunus jamasakura Sieb.et Zucc., etc. Dominants in sub-tree layer (7-13m in height) and in shrub layer (under 6m) were Styrax japonica Sarg., Pourthiaea villosa var. laevis (Thunb.) Stapf., Lndella umbellata Thunb., Parabenzoin praecox (Sieb. et Zucc.) Nakai, Callicarpa mollis Sieb. et Zucc., etc. These deciduous trees are common species in temperate zone of Japan.(2) BiomassDry weight of the stem wood, stem bark, branches and leaves in a sample area (5x10m) were 30.02, 5.41, 17.27 and 2.02kg for the over storey (above 9m), 34.27, 5.17, 12.82 and 2.33kg for the under storey (2-9m), and 0.075, 0.008, 10.050 and 0.140kg for the floor storey (under 2m), respectively.Dry biomass of the parts for each storey per unit area (ha) were calculated as 6.0, 1.1, 3.5 and 0.4t for the over storey, 6.9, 1.0, 2.6 and 0.5t for the under storey, and 0.02, 0.002, 0.2 and 0.03t for the floor storey.(3) Bark ratioBark ratio of the individual sample tree was in a range of 2.4 to 55.6%, but the bark ratio contained all sample trees in the over, under, and floor storey were 10.1, 13.1 and 9.6%, respectively.2. Physicochemical and Molding Property of the Stem Bark(1) Reducing property of bark into flourThe inner bark ratio to the whole bark in the most hardwood, which largely affects the toughness of the materials and depends on the species, was 80-90% and was much lager than SUGI ancl HINOKI barks.The ease of reducibility or pulverization of hardwood barks into flour, as well as softwood barks, depended largely on the toughness and rigidity of the materials and also on the type of pulverizer. With a Wiley mill, the stem bark preparations from softwood could be ground more easily than hardwood ones. When another type of mill was applied, however, different results were obtained. SUGI bark was converted easily into the fine powder but not HINOKI, KEYAKI or MIZUNARA bark, because they had more tough components.These results show that a cutter type pulverizer is more convenient for woody materials having a diversity of physical properties.(2) The extractive content and pH of barkThe hot water and the 1% NaOH extractives of the air-dried flour of barks were contained in a range of 4.3-28.8% and 21.3-61.0%, respectively. Especially, the extractives could be obtained in quantity from the barks of KARAMATSU, KIBUSHI, MURASAKISHIKIBU and SARUNASHI. The solution of the hot water extraction weak acidic nature ranging in pH frorn 3.8 to 5.7, which are almost similar to those of the aqueous solution from softwood bark or a common wood.The bark flour of KARAMATSU, MIZUKI, RYOUBU and EGONOKI, which was served for the pressure molding test, was also contained a large quantity of the rnethanol extractives.(3) Fuel value of barkThe average heat of cornbustion quantified by the calorific value of absolutely dry wood is 19 MJ/kg or 4,500kcal/kg, However, there seemed to be greater variation in this value for barks than wood rnaterials because of the difference in ash and extractive contents. Heat value among hardwood species exhibited a big difference, but most hardwood barks recorded 4,000-5,000kcal/kg, about 400kcal/kg less than those of softwood barks.Mineral or ash content of bark was much higher than wood, and a high content of certain soluble constituents such as phenolic compounds as well as oligosaccharides was also observed. Such alteration in the chemical constituents was responsible for the cmbustion nature. The experimental resuls indicated that calorific value of bark reduced with increasing ash content in the material and an approximately linear relationship existed between both values.(4) The pressure molding property of barkWoody biomass containes non-crystalline and amorphous constituents like relatively low-molecular phenolics and carbohydrates. Such constituents have thermoplasticity and exhibit auto-adhesion and produce densified material, if a polymeric material soften.To evaluate the molding property responsible for the ease of pelletizing, boards of 5mm thickness were made from the stem bark flour prepared by the Wiley mill, and the tensile strength perpendicular to the surface of the board was measured.Among the bark flour tested, lowest strength was 13kgf/6x6cm for SUGI ; KARAMATSU and EGONOKI were more adventageours as molding materials. As a general rule, the barks having larger quantities of extractives were better than the lower content ones in their molding property. However, the strength of such lower grade materials as SUGI bark could be improved by mixing with more appropriate materials.
1988-03-01

著者

島地岩根
三重大生物資源演習林

広葉樹樹皮の燃料資源的基礎研究

スポンサーリンク

概要

著者

関連論文

スポンサーリンク