水中リグニンのフロー分離、生化学変換系の探求

• 研究課題/領域番号: 20K21333
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分40:森林圏科学、水圏応用科学およびその関連分野
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 西村 裕志 京都大学, 生存圏研究所, 特定准教授 (50553989)
• 研究分担者: 高田 耕児 富山県産業技術研究開発センター, その他部局等, 主任研究員 (40530621)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: リグニン / リグノセルロース / 微粒子 / マイクロ流体デバイス / バイオマス / グリーンケミストリー / フロー分離

研究開始時の研究の概要

リグニンは疎水性芳香族高分子として知られる。長らく3次元網目構造で水不溶性の不定形ポリマーとして扱われ、限られた有機溶媒にしか溶解せず、その利活用の難しさが課題である。本研究では、リグニンを水中で均一分散体として展開し、生化学反応(酵素反応)によるリグニンの分解・修飾・重合反応を探索し、フロー法による分離および反応系を構築する。天然型高分子リグニンを基質として水系で行う生化学反応系の構築は、リグニンの根源的な性質の理解に結びつく。

研究成果の概要

森林を中心とした植物バイオマスを基幹とした循環型化学産業の実現は、脱炭素化、カーボンニュートラルに不可欠である。本研究で、研究代表者は新プロセスによって良質のリグニンを取得し、このリグニンを水中で微粒子分散体として展開できることを見出した。リグニン微粒子の分析と評価解析を実施した。微粒子サイズに基づいて、マイクロ流体デバイスを用いたフロー分離法によるサイズ分離が可能であることを実証した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

持続可能なエネルギーと有機資源の循環利用社会の実現には、森林を基盤とした植物バイオマスによる循環型化学産業が不可欠である。植物細胞壁の主要成分であるリグニンは、地球上でセルロースに次ぐ豊富な有機資源だが、その分離と利用には技術的な障壁が高い。本研究では、温和な条件で低変性のリグニンを抽出し、リグニンの自己組織化を利用した微粒子形成と新規分離法により、高性能素材原料として再生する革新技術を提案する。