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光合成で固定化される二酸化炭素の有効利用を指向したバイオマスの各成分の変換技術

Research Project

Project/Area Number 22H00578
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 64:Environmental conservation measure and related fields
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

山口 有朋  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究部門長 (90339119)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 峯 真也  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究員 (00913865)
佐藤 修  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (20357148)
三村 直樹  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (50358115)
日吉 範人  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究グループ長 (50415733)
山崎 清行  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究員 (80880781)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥37,180,000 (Direct Cost: ¥28,600,000、Indirect Cost: ¥8,580,000)
Fiscal Year 2025: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2024: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Fiscal Year 2023: ¥11,570,000 (Direct Cost: ¥8,900,000、Indirect Cost: ¥2,670,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000)
Keywordsバイオマス利活用
Outline of Research at the Start

非可食性バイオマスであるリグノセルロース(木質バイオマス)のセルロース・ヘミセルロース・リグニンの全成分を、それぞれの化学構造および反応性の違いを利用し有用化学物質に変換する技術開発を行い、植物が成長の際に取り込んだ二酸化炭素をすべて化学品原料に変換する。具体的には、木質バイオマスを反応物として担持金属触媒を用い、低い反応温度でセルロース・ヘミセルロースの水素化分解による糖アルコールへの変換、続いて、より高い反応温度でリグニンの分解反応による芳香族化合物への変換を行う。

Outline of Annual Research Achievements

非可食性バイオマスであるリグノセルロース(木質バイオマス)のセルロース・ヘミセルロース・リグニンの全成分を、それぞれの化学構造および反応性の違いを利用し有用化学物質に変換する技術開発を行い、植物が成長の際に取り込んだ二酸化炭素をすべて化学品原料に変換することを目的として研究を進めている。具体的には、木質バイオマスを反応物として担持金属触媒を用い、低い反応温度でセルロース・ヘミセルロースの水素化分解による糖アルコールへの変換、続いて、より高い反応温度でリグニンの分解反応による芳香族化合物への変換が可能となった。
本年度は、リグニンを芳香族化合物に変換できる触媒(Pt/Cなど)を用いて同じ条件(400 ℃)で、セルロース、ヘミセルロースを処理することにより、芳香族化合物(主にベンゼン、トルエン、フェノール、クレゾール)が生成することを見出した。その他、非フェノール類としてアルキルベンゼン、フェノール類として、アルキルフェノールが生成した。本研究により、リグニン分解と同様の反応条件において、芳香環をもたないセルロースあるいはヘミセルロースからも芳香族モノマーへ変換可能であることを見出した。さらに、セルロース、ヘミセルロースを構成する糖を反応物として用いたときも、芳香族化合物が生成することが明らかとなった。得られた芳香族化合物を有効利用するために、立体選択的に水素化反応を進めることができる触媒反応系を構築した。また、バイオマスの適用範囲を広げるためにキチンのモノマーであるNーアセチルグルコサミンを有用化学物質に変換できる触媒も開発した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は、特にセルロース、ヘミセルロースを担持金属触媒を用いて処理することにより芳香族化合物を製造することを検討した。特にリグニンの分解のみならず、セルロースを担持金属触媒と処理することにより、芳香族化合物を生成することを見出した(RSC Advances, 2023)。さらに、セルロース、ヘミセルロースを構成する糖を反応物として用いたときも、芳香族化合物が生成することを明らかにした( J. Jpn. Petrol. Inst., submitted.)。得られた芳香族化合物を有効利用するために、立体選択的に水素化反応を進めることができる触媒反応系を構築した(Catal. Today, 2023)。また、バイオマスの適用範囲を広げることも行い、キチンのモノマーであるN-アセチルグルコサミンを有用化学物質に変換できる触媒も開発した(ChemistryOpen、2023)。

Strategy for Future Research Activity

木質バイオマスを反応物として担持金属触媒を用い、低い反応温度でセルロース・ヘミセルロースの水素化分解による糖アルコールへの変換、続いて、より高い反応温度でリグニンの分解反応による芳香族化合物への変換を実現するために、両方の反応に高い活性を示す担持金属触媒を新たに開発する。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Comments on the Screening Results   Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Stereoselective hydrogenation of guaiacol to cis-2-methoxycyclohexanol using supported rhodium catalysts in supercritical carbon dioxide2024

    • Author(s)
      Yamaguchi Aritomo、Murakami Yuka、Yamazaki Kiyoyuki、Shirai Masayuki、Hiyoshi Norihito
    • Journal Title

      Catalysis Today

      Volume: 425 Pages: 114356-114356

    • DOI

      10.1016/j.cattod.2023.114356

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Conversion of cellulose into aromatic compounds using supported metal catalysts in high-temperature water2023

    • Author(s)
      Yamazaki Kiyoyuki、Segawa Atsushi、Mazaki Hitoshi、Hiyoshi Norihito、Mimura Naoki、Sato Osamu、Yamaguchi Aritomo
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 13 Issue: 20 Pages: 13472-13476

    • DOI

      10.1039/d3ra01939j

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Conversion of N‐Acetylglucosamine to 3‐Acetamido‐5‐Acetylfuran over Al‐Exchanged Montmorillonite2023

    • Author(s)
      Yamazaki Kiyoyuki、Hiyoshi Norihito、Yamaguchi Aritomo
    • Journal Title

      ChemistryOpen

      Volume: 12 Issue: 12

    • DOI

      10.1002/open.202300148

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Conversion of cellulose into aromatic compounds using supported metal catalysts in high-temperature water2023

    • Author(s)
      K. Yamazaki, A. Segawa, H. Mazaki, N. Hiyoshi, N. Mimura, O. Sato and A. Yamaguchi*
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: in press.

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] バイオマスに含まれるリグニンの有用化学物質への変換2022

    • Author(s)
      山口有朋
    • Journal Title

      月刊ファインケミカル

      Volume: 51 Pages: 5-10

    • NAID

      130007778277

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Stereoselective Hydrogenation of Guaiacol to cis-2-Methoxycyclohexanol Using Supported Metal Catalysts in Supercritical Carbon Dioxide2023

    • Author(s)
      A. Yamaguchi, Y. Murakami, K. Yamazaki, M. Shirai, N. Hiyoshi
    • Organizer
      19th Korea-Japan Symposium on Catalysis (19KJSC)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Catalytic conversion of lignocellulosic biomass into valuable chemicals2023

    • Author(s)
      A. Yamaguchi
    • Organizer
      The Korean Society of Industrial and Engineering Chemistry Meeting
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Valorisation of Lignocellulosic Biomass Using Supported Metal Catalysts2023

    • Author(s)
      A. Yamaguchi, K. Yamazaki, O. Sato
    • Organizer
      Materials Research Meeting 2023/ International Union of Materials Research Societies-International Conference in Asia 2023 (MRM2023/IUMRS-ICA2023)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 担持金属触媒による高温水中での糖類から芳香族化合物への変換反応2023

    • Author(s)
      山崎清行、佐藤 修、日吉範人、山口有朋
    • Organizer
      第132回触媒討論会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Production of aromatic compounds from cellulose and hemicellulose over supported metal catalysts in high-temperature water2023

    • Author(s)
      K. Yamazaki, O. Sato, N. Hiyoshi, A. Yamaguchi
    • Organizer
      Materials Research Meeting 2023/ International Union of Materials Research Societies-International Conference in Asia 2023 (MRM2023/IUMRS-ICA2023)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] キシロースからプロピレングリコールへの変換反応2022

    • Author(s)
      山口有朋、村上由香、山崎清行
    • Organizer
      石油学会第70回研究発表会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 糖からグリコール類への変換反応2022

    • Author(s)
      山口有朋、村上由香、山崎清行
    • Organizer
      第11回JACI/GSCシンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Conversion of lignocellulosic biomass to chemicals using supported metal catalysts in high-temperature water2022

    • Author(s)
      A. Yamaguchi, N. Mimura, N. Hiyoshi and O. Sato
    • Organizer
      The 9th Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT9)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] グアイアコールの立体選択的水素化反応2022

    • Author(s)
      山口有朋、村上由香、日吉範人
    • Organizer
      令和4年度化学系学協会東北大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] バイオマスの各成分を化成品原料へ変換する技術2022

    • Author(s)
      山口有朋
    • Organizer
      第130回触媒討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 超臨界二酸化炭素を溶媒とする担持金属触媒を用いたメトキシフェノールの水素化反応2022

    • Author(s)
      山口有朋、村上由香、日吉範人
    • Organizer
      第52回石油・石油化学討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 未利用資源を化成品原料へと変換する技術2022

    • Author(s)
      山口有朋
    • Organizer
      第6回東日本キャタリシスセミナー
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2025-04-17  

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