超臨界流体によるバイオマス資源の有用ケミカル及びエネルギー源への化学変換

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12460144
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 坂 志朗 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (50205697)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河本 晴雄 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教授 (80224864)
• Keywords: 超臨界流体 / 超臨界メタノール / 超臨界水 / バイオマス資源 / 有用ケミカルス / バイオマスエネルギー / セルロース / ヘミセルロース

Research Abstract

本研究では、クリーンで再生産可能・持続可能なバイオマス資源を取り上げ、それらの再資源化、再利用の技術革新のひとつとして、超臨界流体を用いたバイオマスの高速分解による効率的エネルギー化と有用ケミカルスヘの化学変換を検討している。これにより、地球環境と調和した自然の循環系の中で、未利用-廃バイオマス資源を有効に利用するための基礎的研究を推し進め、超臨界流体の持つポテンシャルを明らかにする。まず、各種バイオマスに対し超臨界メタノール処理を行い、350℃一43MPaの条件で、液化完了に要する時間が、アビセル7分、溶解パルプ及びリンター20分、ブナ及びスギ木粉共に30分程度であることを見出した。
さらにセルロース及びリグニンのモデル化合物を用いて、それらの反応機構について詳細な知見を得た。セルロースは超臨界メタノール中での加溶媒分解により、α-,β-メチルグルコシドを与え、これらの一部は熱分解によりレボグルコサン、ヒドロキシメチルフルフラール等の生成物を与えた。一方、リグニンは超臨界メタノール中で速やかに可溶化するが、木材べースで1.5-3%のリグニンが不溶残渣として回収された。2量体リグニンモデル化合物を用いた実験の結果、α-O-4、β-O-4等のエーテル型結合が速やかに解裂する一方、5-5、β-1等の縮合型構造は安定であることからリグニンの可溶化はエーテル結合の速やかな解裂により進行し、縮合型構造に富んだリグニンが残存することが明らかとなった。
一方、木材からのメタノール可溶部を模擬したモデル燃料の定容着火試験の結果、グアヤコールの添加により純粋メタノールよりも着火遅れが改善されるとの結果を得た。今後、超臨界メタノールによる分解機構の知見を基に、液体燃料化及び有用ケミカルス化技術を開発すると共に、液化物の液体燃料及び有用ケミカルスとしての解析、評価を行う。

Research Products

• [Publications] Y.Ishikawa: "Chemical conversion of various celluloses as treated in supercritical methanol"Cellulose. 8. 189-195 (2001)
• [Publications] J.Tsujino: "Reactivity of lignin in supercritical methanol studied with some lignin model compounds"Wood Sci. Technol.. (印刷中). (2001)
• [Publications] 坂 志朗: "バイオマス変換技術の動向と代替燃料利用の可能性"エンジンテクノロジー. 3(3). 29-34 (2001)
• [Publications] 坂 志朗: "バイオマス利用技術"月刊「BE建築設備」. 3. 57-65 (2002)
• [Publications] 南 英治: "我が国におけるバイオマス資源の発生量と利用可能量の推定"エネルギー・資源. 133(印刷中). (2002)
• [Publications] 坂 志朗: "バイオマスエネルギーの最新技術動向と将来展望"化学工学誌. 3(印刷中). (2002)
• [Publications] 坂 志朗: "超臨界メタノールによる木質系バイオマスの化学変換、バイオマスエネルギー利用の最新技術、湯川 英明 監修"シーエムシー出版. 15 (2001)