自己触媒加水分解によるバイオマスからの糖製造技術の開発

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K05684
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 藤本 真司 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 (40415740)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: バイオマス / セルロース / グルコース / 水熱処理 / 自己触媒

Outline of Annual Research Achievements

バイオマスを比較的低温度で空気酸化した後に水熱処理することで、バイオマスの構成成分の一つであるセルロースを加水分解する自己触媒加水分解法のメカニズム解明を検討している。これまでに実バイオマスサンプルとしてスギを用いていたが、他の樹種への適応性について検討するため、今年度はユーカリを用いて低温空気酸化、水熱処理の一連の実験を主に実施した。
まず、180～200℃の温度で空気酸化を行い、構成成分の変化量を分析した。その結果、スギの場合と同様に、ユーカリでもヘミセルロースが選択的に分解され、セルロースの大部分が保持されることを確認した。次に、Boehm滴定法で酸性官能基量を定量した。その結果、空気酸化時間の増加に伴い、カルボキシ基が顕著に増加することを確認した。これはスギの結果と同じ傾向であった。また、空気酸化異時間の増加に伴い、酸性官能基の全量が増加するものの、ある時間以降は減少することを確認した。このピークはスギでは確認されていたかった。今後、スギにおいてもピークの存在を確認する必要があるが、本結果より、酸性官能基量を最大化する最適な処理温度と時間が存在することが確認できた。
次に、空気酸化処理したユーカリの水熱処理を実施した。その結果、未処理のユーカリと比べて、分解速度が大幅に増加していることを確認した。本手法がスギ以外の樹種にも適応できることが示された。また、液相中の生成物量をHPLCで分析し、生成物の挙動を調べた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

前年度までにバイオマスを空気酸化することで、酸性官能基量が増加することを確認したが、今年度実施したユーカリでは、ある処理時間以降は酸性官能基量が減少すること、すなわちピークが存在することを確認した。このピークの存在の妥当性の確認するという新たな課題を検討したため、全体的にややスケジュールが遅れた。ただし、最適な空気酸化温度および時間が存在することを確認できた。

Strategy for Future Research Activity

今年度までに、空気酸化処理したサンプルを水熱処理することで得られる、糖類やフルフラール類、有機酸などの生成物の分析が終了した。次年度は、さらに処理条件を変えて実験を実施してデータの追加を行う。得られたデータから速度パラメーターを導き出し、セルロースからグルコース、加分解物までの一連の分解反応を推定し、水熱処理における反応のメカニズム解明を目指す。また、得られた速度パラメーターを用いて反応のシミュレーションを実施して、最適な実験条件を検討するとともに、シミュレーションにより生成物量を推算し、実験結果との比較を行い、実験結果予測の可能性を検討する。

Causes of Carryover

予定していた学会への参加ができなかったことにより旅費が、論文作成が遅れたことにより論文掲載に関わる費用を使用できなかった。次年度の実験補助員の人件費、および学会参加、論文作成に使用する。