新技術説明会バイオ燃料 n 光触媒を用いたリグノセルロース糖化前処理技術宮崎大学工学部物質環境化学科（宮崎大学大学院農学工学総合研究科）田畑研二 2009. 8. 5 宮崎の豊富なバイオマス資源の活用を目指す宮崎大学キャンパスセルロース系バイオマスの酵素分解キシランセルロースリグニン（ヘミセルロース）キシラナーゼキシロビオースセルラーゼセロオリゴ糖キシロオリゴ糖ーキシロシダーゼーグルコシダーゼグルコースキシロース発酵酸処理法採用の前処理施設の課題第二次加水分解建築廃材を第一次加水分解 0.5～1.0wt% 希硫酸数mm以下に粉砕 0.5～1.0wt% 希硫酸 230～250℃ 150～180℃ 30～50 kg/cm2 約10 kg/cm2 ヘミセルロースの加水分解課題 (1) セルロースグルコースセルロースの加水分解過分解生成物の反応を制御できない。 (2) リグニンの一部が可溶化 (3) 酸回収、耐酸性の反応器等コストがかかる。バイオエタノール製造プロセスアルカリ前処理方式糖前処理２前処理１木質系バイオマス（アルカリ処理）（糖化酵素処理）グルコースソフトバイオマス｛リグニン可溶化｝アルコール濃度99.5 % アルコール濃度20 % 濃縮塔もろみ塔キシロース残渣キシロースエタノール濃度100% 無水化処理施設アルコール濃度5 % キシロース発酵槽（KO-11使用）アルカリ前処理の期待される効果 ①セルロースとヘミセルロースを被覆しているリグニンやケイ酸はアルカリ可溶で、処理により、被覆物が除去でき、分解酵素と構造性炭水化物の接触界面が拡大され、消化率（分解率）の向上が期待される。 ②ヘミセルロースとリグニンとの間の化学結合がアルカリ処理により切断され、ヘミセルロースの消化率が向上する。 ③アルカリ処理によりセルロース繊維束の膨潤が起こり、分解酵素の繊維への侵入が容易となり、消化率の向上が期待される。アルカリ処理による農産残渣のセルラーゼ消化率の向上 NaOH濃度 g/NaOH/kg 稲わら小麦わらもみ殻乾物消化率（％） (溶媒処理＋セルラーゼ処理） 0 30 100 31.2 48.9 65.7 0 30 100 26.8 38.5 53.1 0 30 100 4.4 10.0 17.6 バイオエタノール通信 2009, No 2 より抜粋クズ茎部アルカリ(NaOH)前処理濃度の影響クズ茎部 GOD-POD グルコース量変化（ g/ l） 8 7 6 NaOH 0% NaOH 0.1% 5 NaOH 0.5% 4 NaOH 1% 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 時間（ｈ）分解酵素処理時間（分解酵素：アクレモニウム）還元性光触媒 H2/H2O O2/H2O Relation between the band structure of a semiconductor and the photodegradation of water 閉鎖循環型光反応装置１．アルカリ処理・バイオマス 10 g (300 m >sample>212 m) ・1 ｗｔ% NaOH 100 ml スターラー付きオイルバス ( 100 ℃、1 h) 乾燥洗浄（脱塩）２．光処理・アルカリ処理バイオマス 1.0 g ・Silicon 0.4 g ・dH2O 75 ml ハロゲンランプ ( 10 A 、2 h ) 中和３．糖化処理・光処理バイオマス液 75 ml ・Accremonium cellulase 0.1 g ・0.2 M 酢酸Naバッファー(pH 5) 25 ml 恒温槽 ( 45 ℃ 、0 ～ 72 h ) 糖化度の測定 GOD POD法 Somogyi Nelson法クズ茎部 GOD-POD グルコース量変化(mg/ml) 5 4.5 4 3.5 3 １％NaOH 2.5 １％NaOH Si 2h 2 1.5 1 0.5 0 0 20 40 60 80 クズ茎部還元糖量変化（ mg/ml） 7 6 5 １％ NaOH 4 １％NaOH Si 2h 3 2 1 0 0 20 40 60 分解酵素処理時間 80 クズ茎部（光照射時間24 h) GOD-POD グルコース量 (mg/ml) 4.5 4 3.5 3 2.5 １％ NaOH １％ NaOH PCAT24h 2 1.5 1 0.5 0 0 10 20 30 40 50 分解酵素処理時間 (h) 60 70 80 ネピアグラスネピアグラス（GOD・POD法）グルコース量分解酵素処理時間 (h｝ネピアグラス（ソモギ・ネルソン法）還元糖量分解酵素処理時間 (h) 実用化に向けた最大の課題実用化の可能性を明らかにするため、現行システムとの比較を可能にするベンチプラントが必要。企業への期待ベンチプラント設計への参画を期待本技術に関する知的財産権発明の名称：光触媒を使ったバイオマス由来の燃料および/または燃料前駆体の製造方法出願番号出願人発明者：特願2008-29817 ：宮崎大学：田畑研二お問い合わせ先技術移転機関（株）みやざきＴＬＯ特許流通アドバイザー嶋貫祐次（しまぬきゆうじ）ＴＥＬ 0985－58－7942 ＦＡＸ 0985－58－7945 e-mail [email protected]