環境低負荷かつ低エネルギー化型のバイオエタノール生産プロセスの開発

• 研究課題/領域番号: 17K00669
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 持続可能システム
• 研究機関: 徳島大学
• 研究代表者: 佐々木 千鶴 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(生物資源産業学域), 准教授 (50452652)
• 研究分担者: ALCANTARA J.RAFAEL (アルカンタラ アビラ・ラファエル) 京都大学, 工学研究科, 講師 (50709219)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2018年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2017年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: リグノセルロース / バイオマス / 加水分解 / 水熱処理 / バイオエタノール / 蒸留 / セルロース / 糖化 / グルコース

研究成果の概要

リグノセルロース系バイオマスを原料としたバイオエタノール生産プロセスにおける「前処理」「酵素糖化」およびその後の「精製」について、低エネルギー化を目指した技術の開発を行った。セルロースモデルとしてタオルを用い、マイクロ波水熱処理により希硫酸を触媒としたセルロースの直接糖化での最適条件を見出した。また、マイクロ波処理と高濃度硫酸含侵を組み合わせることにより、さらに直接糖化率が向上することも明らかとした。一方、バイオエタノールの精製法について、環境低負荷な第三成分を添加した抽出蒸留法により高濃度のエタノールを得られることも明らかとした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

リグノセルロース系バイオマスを原料としたバイオエタノール生産プロセスの実現に向けて、環境低負荷やコストダウンに繋がる研究の進展に寄与した。セルロースを酵素加水分解する方法の代替法として、水熱処理による直接糖化法を開発し、また、バイオエタノールの精製法として環境低負荷な物質を添加する方法を見出した。

研究成果

• [雑誌論文] Microwave-assisted hydrolysis of cotton waste to glucose in combination with the concentrated sulfuric acid impregnation method (2020)
  • 著者名/発表者名: Chizuru Sasaki, Tomoya Nakagawa, Chikako Asada, Yoshitoshi Nakamura
  • 雑誌名: Waste and Biomass Valorization 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ethanol Production from Sugarcane Bagasse Using Pressurized Microwave Treatment with Inorganic Salts and Salt-Tolerant Yeast (2020)
  • 著者名/発表者名: Chikako Asada, Chizuru Sasaki, Chihiro Oka and Yoshitoshi Nakamura
  • 雑誌名: Waste and Biomass Valorization 巻: 11 ページ: 2001-2007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microwave-assisted glucose production from bode (Styrax tonkinensis) woody biomass for bioethanol production (2019)
  • 著者名/発表者名: Chizuru Sasaki, Haruka Negoro, Chikako Asada, Yoshitoshi Nakamura
  • 雑誌名: Journal of Material Cycles and Waste Management 巻: 21 ページ: 201-204
  • 査読あり
• [雑誌論文] Glucose and Valuable chemicals production from cotton waste using hydrothermal method (2019)
  • 著者名/発表者名: Chizuru Sasaki, Ami Kiyokawa, Chikako Asada and Yoshitoshi Nakamura
  • 雑誌名: Waste and Biomass Valorization 巻: 10 ページ: 599-607
  • 査読あり
• [雑誌論文] Production of cellulose nanofibers from Aspen and Bode chopsticks using a high temperature and high pressure steam treatment combined with milling (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Suzuki, C. Sasaki, C. Asada, Y. Nakamura
  • 雑誌名: Carbohydrate Polymers 巻: - ページ: 303-310
  • DOI: 10.1016/j.carbpol.2018.04.047
  • 査読あり
• [雑誌論文] Total Biorefinery Process of Lignocellulosic Waste Using Steam Explosion Followed by Water and Acetone Extractions (2018)
  • 著者名/発表者名: Asada C.、Sasaki C.、Suzuki A.、Nakamura Y.
  • 雑誌名: Waste and Biomass Valorization 巻: 印刷中 号: 12 ページ: 2423-2432
  • DOI: 10.1007/s12649-017-0157-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Glucose and Valuable Chemicals Production from Cotton Waste Using Hydrothermal Method (2018)
  • 著者名/発表者名: Chizuru Sasaki, Ami Kiyokawa, Chikako Asada and Yoshitoshi Nakamura
  • 雑誌名: Waste and Biomass Valorization 巻: 印刷中 号: 3 ページ: 599-607
  • DOI: 10.1007/s12649-017-0084-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] High concentration ethanol production from mixed softwood sawdust waste (2018)
  • 著者名/発表者名: Chikako Asada, Chizuru Sasaki, Yoshitoshi Nakamura
  • 雑誌名: Waste and Biomass Valorization 巻: 印刷中 号: 2 ページ: 433-439
  • DOI: 10.1007/s12649-017-0073-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of cellulose nanofiber from steam exploded Japanese cedar (2017)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Suzuki, Chizuru Sasaki, Chikako Asada, Yoshitoshi Nakamura
  • 雑誌名: BioResources 巻: 12 ページ: 7628-7641
  • 査読あり
• [学会発表] 塩による効果を用いたエタノール精製プロセスの開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中村友紀, アルカンタラアヴィラ ヘスース ラファエル, 佐々木千鶴
  • 学会等名: 化学工学会第85年会
• [学会発表] 塩含有溶媒を用いた抽出蒸留によるバイオエタノール脱水プロセスに関する研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: トマ ガブリエル, アルカンタラアヴィラ ヘスース ラファエル, 佐々木千鶴
  • 学会等名: 化学工学会第85年会
• [学会発表] アルカリ凍結融解と水熱処理を併用した木質バイオマス中のセルロースの糖化に関する研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小田島海, 佐々木千鶴, 淺田元子, 中村嘉利
  • 学会等名: 2019年度日本化学会中国四国支部大会徳島大会
• [学会発表] 高活性水蒸気処理を用いたセルロースナノファイバーの製造とバイオマスコンポジットへの応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 橋本和紀、淺田元子、佐々木千鶴、中村嘉利
  • 学会等名: 生物工学会
• [学会発表] 高活性水蒸気処理と粉砕処理を併用したバイオリファイナリーシステムの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木昭浩、淺田元子、佐々木千鶴、中村嘉利
  • 学会等名: 生物工学会
• [学会発表] Synthesis of ecomaterial from plant biomass and its physical properties (2017)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Suzuki, Chikako Asada, Chizuru Sasaki, Yoshitoshi Nakamura
  • 学会等名: International Conference on Ecomaterials
  • 国際学会
• [学会発表] Comparison of steam explosion and steaming followed by milling treatment for bioethanol production from woody baiomss (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuta Danura, Chikako Asada, Chizuru Sasaki, Yoshitoshi Nakamura
  • 学会等名: International Conference on Ecomaterials
  • 国際学会
• [学会発表] Organosolv lignin extracted from hydrolyzed residue of steam exploded hardwood: a potential candidate for epoxy resin (2017)
  • 著者名/発表者名: Takuya Yamamoto, Chikako Asada, Chizuru Sasaki, Yoshitoshi Nakamura
  • 学会等名: International Conference on Ecomaterials
  • 国際学会
• [学会発表] Glucose production from cotton-waste using hydrothermal methods (2017)
  • 著者名/発表者名: Chizuru Sasaki, Chikako Asada, Yoshitoshi Nakamura
  • 学会等名: The 4th International Cellullose Conference
  • 国際学会
• [学会発表] バイオマスへの応用を考慮した耐熱性セルラーゼ利用のための酵素カクテルの相乗効果検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 髙田弥生、淺田元子、佐々木千鶴、中村嘉利
  • 学会等名: 第9回日本醸造学会 若手シンポジウム
• [学会発表] ファルカタを原料としたバイオエタノール製造のための水蒸気爆砕前処理の最適条件の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 妹尾政都、浅田元子、佐々木千鶴、中村嘉利
  • 学会等名: 第9回日本醸造学会 若手シンポジウム
• [学会発表] バイオエタノール残渣となるモデルリグニンを用いたエポキシ樹脂合成の抽出溶媒検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤井萌、浅田元子、佐々木千鶴、中村嘉利
  • 学会等名: 第9回日本醸造学会 若手シンポジウム
• [図書] 枯渇資源と技術開発, --- 徳島大学における分野融合型枯渇資源対応技術の開発 --- (2020)
  • 著者名/発表者名: 杉山茂、森賀 俊広, 加藤 雅裕, 村井 啓一郎, 堀河 俊英, 霜田 直宏, 古部 昭広, 柳谷 伸一郎, 小笠原 正道, 山本 孝, 中村 嘉利, 浅田 元子, 佐々木 千鶴、田中 秀治, 竹内 政樹, 竹谷 豊, 奥村 仙示, 増田 真志, 岡本 敏弘
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 徳島大学産業院出版部