Improved solid biofuel stoves/ja

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このページでは、通常は固形燃料を使用するストーブについて説明しています。太陽光発電式については、ソーラークッキングをご覧ください。

改良型固形バイオ燃料ストーブ、無煙ストーブ、または木材節約ストーブは、通常の固形バイオ燃料ストーブよりも少なくとも10%燃料効率が高く、従来の調理用火による健​​康被害を軽減するように設計された固形バイオ燃料ストーブです。これらは発展途上国で広く使用されており、多くの場合非常にシンプルな設計です。これらの設計は、意図されたとおりに機能すれば、家の中に有害な煙が充満することがありません（より効率的な燃焼による煙の低減と、煙突や排気口による煙の排出により）。また、燃料消費量も少なくなります。現地で入手可能な材料、環境条件、地域社会のニーズに応じて、いくつかの設計が開発されています。

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  図1：改良された調理ストーブの選択
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  図1a: オープンファイアークッキングストーブ
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  図1b: レンガとモルタルとルーブルで作られたパツァリの改良型調理ストーブ
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  図C：版築で作られたロレーナの調理ストーブ
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  図d：女性は改良された調理ストーブを設計・製造できる。©Simon Ekless/Practical Action

Appropediaのプロジェクト

牛糞燃料の効率的な調理用ストーブ

健康への影響

木材、家畜糞尿、石炭、作物廃棄物などの固形燃料を直火や煙突のないストーブで調理したり暖房したりすると、室内空気汚染につながる可能性があります。この室内の煙には、一酸化炭素、ベンゼン、アルデヒド、小さなすすや塵の粒子、その他の健康を害する汚染物質が含まれています。WHOの評価によると、室内空気汚染は病気の8番目に重要な危険因子です。特に、気管支炎や肺炎などの急性呼吸器感染症（ARI）の重要な危険因子です。毎年、IAPは160万人の死に関係しています（20秒ごとに1人の死亡）。女性と子供は家庭の暖炉の近くで最も多くの時間を過ごすため、特に脆弱です。^{[ 1 ]}

よりクリーンな燃料の使用、改良されたストーブへのアクセス、および/または行動の変化により、屋内の煙への曝露とそれに関連する疾患を大幅に減らすことができます。^{[ 2 ]}

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  図2a：直火またはフォゴンが使用されている間、改良型調理ストーブは使われていない。これは、直火の好みや伝統、あるいは家庭内の調理人が全員、改良型ストーブでの調理方法を知らない、あるいは調理をしたくないという理由から起こる可能性がある。
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  図 2b: 屋根は長年の火災により黒ずんでおり、屋根と壁の間に空気を循環させるための大きな開口部があっても、煙は上昇し、外部に逃げずに沈んでいきます。
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  図2c：調理テスト中に蓋をせずに調理する女性。蓋をして調理すると燃料使用量が40%削減され、改良された調理器具に切り替えるよりも多くの燃料を節約できます。^{[ 3 ]}
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  ^{図2d：改良型調理ストーブ。コマルW}を使用せず、調理器具に直接熱が伝わる。午前中はほとんど煙が出ないが、午後になると煙突から煙が出なくなり、コマル開口部から家の中に上がってくる。
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  図2e：ケニアの改良型調理ストーブ ©Neil Cooper/Practical Action

燃料節約と燃費効率

世界の森林は、農業や製材活動による多大な圧力を受けて減少している。一部の地域では、南部の主な調理燃料である薪の探索が激化しており、これがこの問題の重要な一因となっている。この薪のほとんどは、焚き火や非効率的なストーブで燃やされている。薪があまりにも高価だったり、入手が遠すぎたりする場合は、以前は肥料として土に還っていた動物の糞尿や作物の残渣が燃料として燃やされることがよくある。この慣行は、アフリカや南アジアの多くの地域でますます一般的になりつつあるが、土壌の肥沃度の低下を招いている。丘陵の樹木や植生が伐採されると、雨水の流出や洪水によって土壌浸食が急速に進み、土地が砂漠化してしまう可能性がある。したがって、世界における現在の日常的な薪の消費パターンは、深刻化する環境危機の重要な要因となっている。

1970年代後半以降、シンプルで低コストな改良型調理ストーブの設計と普及に向けた多くの研究が行われてきました。このようなストーブは、通常の直火で消費される薪燃料の最大40%、典型的な伝統的ストーブで消費される燃料の25～35%を節約できます。この研究の集大成は「Burning Issues」に掲載されています。ストーブの個人製作を促進するための様々な戦略が熱心に検討された結果、経験豊富な観察者たちは、小規模な産業によるストーブの生産が最も有望な方法の一つであると結論づけています。このアプローチの利点は、個人製作よりも優れた品質管理によって効率が向上し、ストーブの寿命が長くなることです。1台あたり1～5ドルのコストで、燃料を購入すれば1～2ヶ月以内に燃料費を節約できるため、多くの場合、元が取れます。燃料の大部分が採取されている農村部では、非常に安価なストーブを一部の人々に販売することは可能ですが、流通の問題ははるかに困難であり、明らかに効果的な戦略はまだ確立されていません。

改良型調理ストーブによる燃料節約は、国家が新たなエネルギー源に投資する最も安価な方法であると思われる。薪を35%節約する典型的な職人製作の調理ストーブのコストは5ドル未満である。改良型ストーブ3台は、家庭用バイオガスプラント1基（40～50倍のコストがかかる）と同等の燃料供給効果があり、どちらも1世帯分の調理用燃料需要を賄えることになる。電気ストーブや灯油ストーブの場合は資本投資額が高く、発電能力の増強や送電網の拡張にかかるコストも考慮する必要がある。電気ストーブと灯油ストーブはどちらも日々の燃料費が追加されるが、改良型ストーブの場合は燃料費はゼロである（効率向上だけで全ての利益が賄われるため）。共通の補助金や外貨要件により、多くの国では灯油輸入が国家経済の重荷となっている。

既存の調理システムの二次的影響を理解した上で、適切な改善を行う必要があります。多くの地域では、屋内調理用の火から発生する煙が肺疾患や眼疾患の大きな原因となっています。しかし、この煙は調理場に吊るした作物を乾燥させたり、茅葺き屋根を虫害から守ったりする役割も担っています。高地やその他の寒冷地域では、屋内調理用の火の暖房機能を調理ストーブの設計に組み込む必要があるかもしれません。ストーブ普及活動の成功は、調理用の火のこれらの二次的機能に対する効果的な改良が可能かどうかにかかっていると言えるでしょう。

経験から、大規模な木材保全の必要性にもかかわらず、改良型ストーブの導入を国全体、あるいは地域全体ですぐに実現することはできないことが分かっています。導入には、地元の人々が協力し、試験と調理方法を重視した慎重かつ体系的な作業に取り組むことが不可欠です。既存のストーブや新しい試作品は、最小限の設備で試験できます。試験方法については、このセクションのいくつかの書籍で解説されています。

知識豊富な人々の大半は、一般的な新型ストーブで実現可能な燃料節約量の見積もりを見直しました。より優れた設計のストーブであれば、35%の節約は現実的な数字とされています。同様に、改良型ストーブの普及だけでは、ほとんどの地域で森林伐採の速度に大きな影響を与えることはないと多くの人が同意しています。しかしながら、改良型調理ストーブは、一部の国では森林再生プログラムにおいて費用対効果の高い要素とみなされており、家族の資金と時間という資源を節約し、調理場の煙を減らすことで、生活の質を向上させる上で明らかに役割を果たしています。

最初のコンテンツを提供してくれたVillage Earthの David Bartecchi 氏に感謝します。

主な設計特徴

以下の設計上の特徴の一部またはすべては、ストーブの燃料効率を高めたり、伝統的な調理時の火に関連する健康上の問題を軽減したりするのに役立ちます。

• 長い煙突または通気口 - 煙を屋外に排出し、火を通る空気の流れを改善します。
• 空気の流入を制御可能 - 調整可能な入口を備えた囲いの中に火を入れる必要があり、必要に応じて燃焼速度を下げることができます。
• ストーブの内壁には断熱性に優れた素材（通常はセラミック）を使用します。
• アフターバーニング - 煙道（排気ガス）を少量の新しい空気と混合し、最後に残った炭化水素と一酸化炭素を炎なしで燃焼させます。
• 調理容器にジャケットを付ける、つまり高温の煙道が調理器と鍋の間の狭い通路を通るようにする。つまり、鍋と調理器のサイズを合わせる必要がある。
• 排気ガス熱を暖房（寒冷地）や給湯に利用します。排気ガスが室内に漏れるのを防ぐため、熱交換器が必要です。高価な製品では複雑なステンレス鋼製の装置が使用される場合もありますが、発展途上国ではシンプルな金属製の煙突管で済む場合もあります。^{[拡張が必要]}
• 多くの社会では、調理する食品の種類が限られているため、その特定のニーズに合わせてコンロを設計する必要があります。

• 濃厚な材料を混ぜる場合は、調理器を安定させるためにしっかりと支えられたベースが必要になります。
• 鍋と調理器具の間には、空気の流れを確保するための最適な間隔が設けられています。鍋に合わせてコンロを設計し、この間隔を維持してください。

• バーナーに材料を詰め込みすぎると、炭化水素がすべて消費されないため、可燃性材料を置くスペースを制限することを検討してください。また、燃焼エリアを設計する際には、どのような種類の材料が燃焼されるかを考慮してください。
• 難民キャンプなどの人口密集地域では、複数の世帯がストーブを共有することになるため、断熱ハンドルの設置を検討してください。
• 適切な技術を用いる場合と同様に、ストーブは地元の材料と技術を用いて地元で建設されるべきです。こうすることで、あなたが去った後も、ストーブの製造、販売、修理を行う起業家を育成することができます。
• 熱を保つための囲まれた火
• 火から鍋への熱伝達を最大限に高める鍋つかみの慎重な設計
• 乱流を発生させて熱伝達を改善するバッフル
• 空気の流れを制御・最適化するダンパー
• 熱損失を最小限に抑えるためのセラミックインサート
• さまざまな燃料を使用でき、灰を除去できる火格子
• 強度と耐久性を高める金属製ケース
• 熱利用を最大化し、複数の鍋を同時に加熱できるマルチポットシステム

開発途上国の農村地域におけるバイオマス技術に関する研究開発の多くは、伝統的なストーブの改良に基づいています。これは当初、森林伐採の脅威への対応として行われましたが、燃料収集時間の短縮や煙の除去による台所環境の改善といった女性のニーズにも焦点が当てられてきました。ストーブの改良には様々なアプローチがあり、地域レベルで実施されたものもあれば、国際機関が運営するより広範なプログラムの一環として実施されたものもありました。下の図2は、改良に成功した様々なタイプのストーブを示しています。小型の持ち運び可能なストーブもあれば、家庭に常設するように設計されたものもあります。

ストーブの設計改善は、多くの問題を幅広く理解する必要がある複雑なプロセスです。設計プロセスへのユーザーの参加は、ユーザーのニーズとストーブに対する要件を徹底的に理解するために不可欠です。ストーブは（西洋社会で見られるように）単に食品を温める器具ではなく、社会的な中心、照明、そして空間暖房の手段として機能することが多々あります。火から出るタールは茅葺き屋根を保護し、煙は昆虫やその他の害虫を寄せ付けません。調理習慣だけでなく、ユーザーのライフスタイルも考慮する必要があります。肉や野菜を調理するために使用される軽量の炭火ストーブは、大きな鍋と激しいかき混ぜを必要とするウガリなどの主食を持つ人々にはほとんど役に立ちません。燃料の種類は大きく異なり、特に木材が不足している国では、牛糞が一般的な燃料源として使用されています。低所得層にとって、コストも大きな要因です。これらの重要な社会経済的問題を特定できなければ、ストーブプログラムは失敗に終わるでしょう。改良されたストーブの機能は、単に燃料を節約することだけではありません。

改良された調理用ストーブの材料

調理用ストーブの設計を改良する上で最も重要な側面の 1 つは、使用する材料です。

重要な考慮事項:

• 材料は熱サイクルに耐えられなければならない
• 価格：高価なストーブは買わない
• 材料は入手可能でなければならない（当たり前だが言う価値はある）

検討すべき材料

• 耐火レンガ（断熱性と熱サイクルへの耐性を持つように設計）
• 粘土/泥レンガ（安価）
• 耐火コンクリート
• 通常のコンクリート
• 板金（火傷を起こさないストーブはとても重要です）
• 通常のタイル
• 断熱タイル

燃焼室については、木材をかなりの力で押し込むことができるため、燃焼室はある程度の酷使に耐えられる必要があることを念頭に置いてください。

金属:

• 亜鉛は融点が比較的低いため、高熱用途には使用しないでください。
• ステンレス鋼は燃焼室に適している
• 鋳鉄は非常によく機能しますが、非常に高価です。

ストーブの現地製造

1982年以来、都市市場をターゲットとした改良型木炭ストーブ、ケニア・セラミック・ジコ（KCJ）が、多数の小規模生産者によって開発・製造されてきました。KCJは、金属と焼成粘土という2つの主要部品で構成されています。どちらの部品も起業家によって製造されており、金属部分（クラッディング）は小規模企業または個人の職人によって、粘土部分（ライナー）はやや大規模で組織化された企業または女性グループによって製造されています。KCJは、職人から直接顧客に販売されるか、小売店やスーパーマーケットなどの商業施設を通じて販売されます。当初、このストーブは、NGO団体KENGOとケニアエネルギー省によって、マスメディア、市場デモ、見本市などを通じて、市場開拓のために大々的に宣伝されました。この積極的な宣伝活動の結果、現在では200以上の職人と小規模企業が、毎月約13,600台の改良ストーブを製造しています。現在までに、ケニアの家庭では約70万台のストーブが使用されていると推定されています。これは、ケニア全世帯の16.8%、都市部全世帯の56%に普及していることを意味します。^{[ 4 ]}

進行中の研究開発

Kobus VenterのVuthisa Technologies ^{[ 5 ]}やEWBサンフランシスコプロフェッショナル支部^{[ 6 ]}などのグループは、廃棄バイオマス（農業廃棄物など）から作られたブリケットを簡単なブリケットプレスで使用して、そのようなストーブを最適化する研究を行っています。

使用する燃料は、発生する煙の量だけでなく、環境への影響にも大きな影響を与える可能性があります。木炭^は木材や糞よりもはるかにクリーンな燃焼を実現しますが、通常は木材から作られています。

エイミー・スミス^・Wは、他の形態のバイオマスから木炭を製造する研究を行っています。バイオマスを凝集させるために、バインダーが使用されます。（ブリケットの凝集性を高める別の方法として、バイオマスを数日間水中に浸してわずかに分解させる方法があります。）バイオマスの選択は、広く入手可能なものによって異なりますが、キャッサバの根（キャッサバまたはタピオカとも呼ばれる）のペーストをバガス（サトウキビの廃棄物）に結合したもの^や、通常純粋な糞尿を燃焼させる地域では、少量の糞尿を結合した小麦または稲わらなどがあります。^{[ 7 ]}

CFD-GEOMと呼ばれるプログラムを使用して、調理ストーブの設計をモデル化できます。

木材ガス化ストーブは、おそらく最も効率的なストーブの設計です。

改良された調理ストーブのさまざまなデザイン

• Aprovecho ロケットストーブ、オレゴン州コテージグローブ
• HSUチアパス改良型調理ストーブ、パツァリとロレーナの調理ストーブをメキシコで比較
• グアテマラのHELPSプランチャストーブ
• ニカラグアのPROLENAエコストーブ
• ホンジュラスのジャスタストーブ
• 南アフリカのProBecストーブ
• アフリカのGTZストーブ
• BioLiteホームストーブ：発電機も内蔵した薪ストーブ

注釈と参考文献 =

参照:

• 牛糞燃料の効率的な調理用ストーブ
• 燃料としてのトウモロコシ
• おがくずストーブ
• 臼井炊飯器

外部リンク

• アプロベコ研究センター
• ブルックヘブン国立研究所、2023年、木材ヒーター設計チャレンジワークショップ報告書、米国エネルギー省バイオエネルギー技術局向け報告書、報告書番号224406、https://www.energy.gov/eere/bioenergy/articles/just-released-new-wood-heater-design-challenge-workshop-report
• BuildItSolar: 薪ストーブ。特に興味深いのはRootSimpleロケットストーブと温水式薪ストーブです。
• 薪ストーブの設計原則
• 各種改良型調理ストーブに関する情報
• http://iapstoves.blogspot.com/
• 大量の調理ストーブ情報- 活発な電子メールディスカッショングループを含む
• Wikipedia:調理用コンロ