2019 Fiscal Year Annual Research Report
新規バイオマスカスケード利用技術開発による統合的プロセスモデルの構築
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18H03421
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
白井 誠之 岩手大学, 理工学部, 教授 (70250850)
敷中 一洋 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 (00507189)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | バイオマス利用 / 低環境負荷技術 / フルフラール合成 / 高温水 / 超臨界二酸化炭素 / 固体触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低炭素社会の実現に向けたバイオマスの有効利用では、分離精製後の成分原料を対象とした反応率の追及だけでは不十分であり、実バイオマスの総合利用を想定した各構成成分の逐次変換プロセスの組合せによるカスケード利用技術の体系化が必要となる。本研究では、①水‐超臨界二酸化炭素の二相反応系で固体酸触媒を作用させる環境調和型のヘミセルロース‐フルフラール変換反応に続き、②セルロース成分に対する担持金属触媒による化学的ソルビトール変換反応と酵素による糖化（グルコース変換）、更に③②の各リグニン残渣に対する担持金属触媒による低分子（炭化水素）化反応とリグニン複合材料原料としての物性評価の検討を行う。単に個別反応の最適化を図るだけでなく、カスケード利用全体での最適化を目指すとともに、最終年度には④本研究で得られた知見を基に、コンピューターシミュレーションによるプロセスモデルの構築とエネルギー収支計算を行い、新規のバイオマスカスケード利用プロセスモデルとしての総合提案を行うものである。
研究2年目の平成31年度は、昨年度作成した半回分式の高温水-超臨界CO2二相系反応装置を用い、キシロースおよびキシラン（ヘミセルロース）からフルフラール合成用の触媒探索を行った。Nb2O5・nH2Oを不活性ガス中にて300℃、2時間処理したものが比較的低温条件でも高い反応性を示した。また、天然粘土鉱物でも反応促進効果を有するものを見出すことができた（課題①）。一方、反応処理後のセルロース成分に対する酵素・糖化（グルコース変換）処理実験も開始し、現在、酵素種ごとの最適処理条件を探索中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新型コロナウイルスの問題から、第４四半期には研究が停滞したものの、研究実績概要に示したように、課題①については自作した半回分式の高温水-超臨界CO2二相系反応装置を用いた反応探索用の固体触媒探索が進んでおり、本研究成果については論文・学会等で発表している。また前年度から実験用の実バイオマスサンプルの収集に努めた結果、杉、ユーカリ、竹、とうもろこし穂軸、バガスについては、今後の検討に必要な量を確保することができた。
一方、課題②の反応処理後のセルロース成分に対する酵素・糖化（グルコース変換）処理実験系の構築が遅れているが、酵素種毎の最適条件（温度等）が大きく異なることに気が付いたことから、現在、最適条件の探索を進めているところである。
更に課題④のプロセスフローや使用エネルギー計算用のプロセスシミュレーターについても、岩手大学の協力にて確保することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に引き続き、①各種実バイオマス（杉、ユーカリ、とうもろこし穂軸、バガス）を用いたヘミセルロース変換の検討を進めるとともに、②セルロース成分のソルビトール変換反応および酵素糖化用の処理残渣試料として必要量の確保に努める。回収の効率化と反応選択率の改善を図るため、流通式の二段階反応も試みる。
①②の実験データを基に、ヘミセルロース変換プロセスの基本モデル設計にも着手し、プロセスフローや使用エネルギー計算などのプロセスシミュレーションを、岩手大学の協力のもとで開始する。
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