超臨界水によるバイオマスの高速加水分解と分解生成物のアルコール発酵

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07456148
• Research Institution: SAGA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 林 信行 佐賀大学, 農学部, 助教授 (50173018)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坂木 剛 通産省, 九州工業技術研究所, 主任研究官 ; 藤田 修二 佐賀大学, 農学部, 教授 (90039339)
• Keywords: 超臨界水 / 加圧熱水 / バイオマス / 加水分解 / アルコール発酵 / 水熱分解

Research Abstract

微結晶性セルロースは加圧熱水中で高速に加水分解し、対セルロース比で表したグルコース収率は最高点を通過後2次分解により急速に低下したことから、2段階の反応機構を持つことを昨年度までの研究で明らかにした。そこで、本年度は、2次分解生成物のさらに詳細な検討を行い、各生成物を同定した。分解条件と得られた反応生成物との関係からは、その速度論的解析を行うことによって水熱分解反応速度定数を求めた。得られた速度定数をアレニウスプロットして、これまで報告されていた値との比較を行ったところ、セルロースの加水分解速度はほぼ同程度であったが、グルコースの熱分解速度は約1/10に抑えられていることが判明した。即ち、温度、圧力、反応時間などの水熱分解条件を適切に設定する事により、グルコース収率を向上させることが可能であることが示された。続いて、加水分解物中の発酵阻害物質について詳細な検討を行い、フルフラール、HMF(ハイドロキシメチルフルフラール)及びグリコールアルデヒドの生成量と発酵阻害性の関係を明らかにした。さらに、これらの発酵阻害物質の除去方法について検討し、HMF・フルフラールに関しては活性炭処理により、またグルコールアルデヒドに関してはアミノカルボニル反応を利用することによって容易に不活化出来ることを示した。以上の処理を行ったセルロース水熱分解物は、発酵試験の結果、理論収量のエタノールを与えた。このことにより、本法が酸加水分解や酵素法に代わるバイオマスの高速・高効率・低コストエネルギー変換法として有望であることが実証された。

Research Products

• [Publications] T.Sakai: "Decomposition of cellulose in near-critical water and fermentability of the products." Energy & Fuels. 10・3. 684-688 (1996)
• [Publications] T.Sakai: "Reaction model ofcellulose decomposition in near-critical water and fermentation of products." Bioresource Technology. 58. 197-202 (1996)
• [Publications] 坂木 剛: "セルロース系バイオマスの加圧熱水による糖化およびアルコール発酵" 日本エネルギー学会誌. 77・851. (1998)