Hydrothermal treatment of cellulosic biomass by hot press

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K15011
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 芋生 憲司 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (40184832)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: バイオ燃料 / バイオマス / エタノール

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、セルロース系バイオマスからのエタノール製造におけるエネルギー消費とコストの低減を目的として、加熱圧縮プロセスによる酵素糖化前処理技術を開発する。加熱圧縮処理は試料をピストンで加圧し間隙をなくすことにより試料中の水を液体の状態で維持することで、水分30%前後の低水分の状態でも水熱反応を可能とする処理方法である。
本年度は、発酵を阻害していると考えられるヘミセルロース過分解物の同定、加熱圧縮処理時の試料の温度の測定、加熱圧縮処理における消費エネルギーの評価を行った。
エタノール、アセトンにより加熱処理をした試料からヘミセルロース過分解物を抽出し、分析を行った。ヘミセルロースの過分解によりフルフラールが生成することは確認されたが、その他の成分に関しては同定に至らなかった。
加熱圧縮処理に使用する金型を改良し、加熱圧縮処理時の金型内部の試料温度の測定を試みたが、高い圧力により処理時間の経過とともに試料が変形するため十分な精度での温度計測を行うことができなかった。
加熱圧縮処理は水分30％の条件（固液比=3:7）で反応を行う。一般的な水熱処理では固液比=1:9である。同量の試料を処理すると想定した場合、加熱圧縮処理では反応場に存在する水の量が一般的な水熱処理と比べ約1/4となる。そのため、加熱圧縮処理では、一般的な水熱処理と比べ大きく消費エネルギーを削減できることが確認された。また、加熱圧縮処理により試料の密度が1.0 g/cm3以上になる。一般に、セルロース系バイオマスは嵩高く輸送効率が低い。例えば、稲わらはロールベール状で輸送されるが、そのかさ密度は0.10-0.15 g/cm3である。加熱圧縮処理によりバイオマス原料の輸送効率が大きく向上することが確認された。