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

• 研究課題/領域番号: 19K05684
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分36020:エネルギー関連化学
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 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)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: バイオマス / セルロース / グルコース / 水熱処理 / 自己触媒 / 空気酸化

研究開始時の研究の概要

比較的低温での空気酸化によりバイオマス内部の酸性官能基量を増加させ、その酸性官能基を自己触媒として機能させて残存したセルロースの加水分解を促進させる新規な方法を見出した。本研究では、まず【1】低温度での酸化による酸性官能基生成のメカニズム解明、官能基種の自己酸触媒機能の明確化を第一の目的とする。また【2】結晶化度、比表面積等の酸性官能基以外の要因についても系統的分析により水熱加水分解との相関関係を明確にする。さらに実用化を見据えた本プロセスの最適化を目的として【3】生成物を定量して反応速度解析を行い、水熱反応の機構を解明する。最終的に【4】最適な処理条件を導き出す。

研究成果の概要

エタノールや化学品の原料となるグルコース等の糖の製造について、製造コスト削減の観点から、従来の動力負荷、触媒、薬品、酵素を用いる技術の延長とは異なったアプローチとして、酸化としては比較的低温での空気酸化によりバイオマス内部の酸性官能基量を増加させ、その酸性官能基を自己触媒として機能させてセルロースの加水分解を促進させる新規な方法の開発を目指した。200℃程度の空気酸化ではセルロースの大部分を保持しつつ、酸性官能基量を増加することができ、後段の水熱処理においてセルロースの加水分解が促進させることを確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

グルコースのような糖はエタノールや化学品の原料となることから、バイオマスからのグルコース製造プロセスは低炭素社会を実現する有用な技術の一つであるが、従来の手法では、粉砕動力、薬品、触媒、酵素にコストがかかることから実用化に至っていなかった。本研究では、それらの要因を除いた新規な手法の開発を目指したもので、社会的意義が大きい。また、従来よりも低い温度の200℃程度での空気酸化におけるバイオマス中の酸性官能基の挙動を明らかにしたことは学術的にも意味がある。