2023 Fiscal Year Annual Research Report
光合成で固定化される二酸化炭素の有効利用を指向したバイオマスの各成分の変換技術
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22H00578
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
山口 有朋 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究部門長 (90339119)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
三村 直樹 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 (50358115)
日吉 範人 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究グループ長 (50415733)
峯 真也 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究員 (00913865)
山崎 清行 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究員 (80880781)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | バイオマス利活用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
非可食性バイオマスであるリグノセルロース（木質バイオマス）のセルロース・ヘミセルロース・リグニンの全成分を、それぞれの化学構造および反応性の違いを利用し有用化学物質に変換する技術開発を行い、植物が成長の際に取り込んだ二酸化炭素をすべて化学品原料に変換することを目的として研究を進めている。具体的には、木質バイオマスを反応物として担持金属触媒を用い、低い反応温度でセルロース・ヘミセルロースの水素化分解による糖アルコールへの変換、続いて、より高い反応温度でリグニンの分解反応による芳香族化合物への変換が可能となった。
本年度は、リグニンを芳香族化合物に変換できる触媒（Pt/Cなど）を用いて同じ条件（400 ℃）で、セルロース、ヘミセルロースを処理することにより、芳香族化合物（主にベンゼン、トルエン、フェノール、クレゾール）が生成することを見出した。その他、非フェノール類としてアルキルベンゼン、フェノール類として、アルキルフェノールが生成した。本研究により、リグニン分解と同様の反応条件において、芳香環をもたないセルロースあるいはヘミセルロースからも芳香族モノマーへ変換可能であることを見出した。さらに、セルロース、ヘミセルロースを構成する糖を反応物として用いたときも、芳香族化合物が生成することが明らかとなった。得られた芳香族化合物を有効利用するために、立体選択的に水素化反応を進めることができる触媒反応系を構築した。また、バイオマスの適用範囲を広げるためにキチンのモノマーであるNーアセチルグルコサミンを有用化学物質に変換できる触媒も開発した。
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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
本年度は、特にセルロース、ヘミセルロースを担持金属触媒を用いて処理することにより芳香族化合物を製造することを検討した。特にリグニンの分解のみならず、セルロースを担持金属触媒と処理することにより、芳香族化合物を生成することを見出した（RSC Advances, 2023）。さらに、セルロース、ヘミセルロースを構成する糖を反応物として用いたときも、芳香族化合物が生成することを明らかにした（ J. Jpn. Petrol. Inst., submitted.）。得られた芳香族化合物を有効利用するために、立体選択的に水素化反応を進めることができる触媒反応系を構築した（Catal. Today, 2023）。また、バイオマスの適用範囲を広げることも行い、キチンのモノマーであるN-アセチルグルコサミンを有用化学物質に変換できる触媒も開発した（ChemistryOpen、2023）。
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| Strategy for Future Research Activity |
木質バイオマスを反応物として担持金属触媒を用い、低い反応温度でセルロース・ヘミセルロースの水素化分解による糖アルコールへの変換、続いて、より高い反応温度でリグニンの分解反応による芳香族化合物への変換を実現するために、両方の反応に高い活性を示す担持金属触媒を新たに開発する。
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