オンサイト触媒によるセルロース系バイオマスのケミカルリサイクリングへの挑戦

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K22333
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 河本 晴雄 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (80224864)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2022-03-31
• キーワード: バイオマス / セルロース / リファイナリー / オンサイト触媒 / 熱分解反応制御

研究実績の概要

化石資源に頼らない持続可能な社会を実現するためには、地球上で唯一の再生可能な炭素資源であるバイオマスから材料・ケミカルスを製造する技術を今から確立しておくことは極めて重要である。本研究課題では、バイオマスの構成成分と結合した際にのみ触媒機能を発揮するオンサイト触媒を新規に提案することで、超高選択的に、セルロース系バイオマスを種々の低分子ケミカルスへと変換する技術に挑戦する。この目標に向けて、まず、アルコールや水と反応することで酸の構造を生成可能なスルホランに着目し、スギ木材を効果的に各構成成分に由来するケミカルスへと分解・分離することを試みた。その結果、通常の熱分解の進行する350℃よりも低温度域で、ヘミセルロースとリグニン由来物をスルホラン可溶部として分離でき、純度の高いセルロースが残渣として回収されることを明らかにした。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究の実施において、まず、オンサイト触媒としての作用が可能なスルホランを用い、木材の熱分解がどのように進行するのかを知ることが必要である。令和元年度の研究では、スルホラン中でスギ木材を熱分解することで、より温和な条件でヘミセルロースとリグニンを可溶物として回収できることを明らかにした。また、残渣は純度の高いセルロースであることが判明し、酸などを添加した系とは異なり、木材を焦がすことなく効率的に分解できることが明らかになった。このような結果は、スルホランが木材成分と結合した際にのみ酸として作用したことに起因すると考えられ、本研究での提案の方向性が正しいことを実証しているといえる。このような理由で、“概ね順調に進展している”との自己評価に至った。

今後の研究の推進方策

スルホラン中での熱分解により得られたリグニン及びヘミセルロース由来物のキャラクタリゼーションをさらに進めることで、熱分解におけるスルホランの役割を明らかにしていく。また、残渣として得られる純度の高いセルロースの利用方法についても検討する。具体的には、スルホラン中での再度の熱分解によるレボグルコセノンなどの有用ケミカルスへの変換、急速熱分解によるレボグルコサンの生産などの方向性を現時点では考えている。また、これとは別に、モデル化合物を用いた検討などにより、スルホランが共存する効果を調べることで、スルホランの作用機構を明らかにするとともに、理論計算を用いた評価なども行う予定である。

次年度使用額が生じた理由

令和元年度に次年度使用額として50万円が生じた理由は、コロナウイルスの感染リスクによる予定していた学会が中止になったことなどが主な理由である。この50万円については、令和2年度の学会参加旅費、薬品、実験器具などの消耗品経費として研究の遂行に効果的に利用する計画である。