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リグノセルロースの糖化前処理として多くの研究開発が行われている。本研究では、その中で水熱前処理と粉砕処理に注目する。水熱前処理の利点は酸などの化学薬品を用いることなく分解処理を行うことができる点であり、また、ヘミセルロースとリグニンを加圧熱水中に溶解させて除去する能力に優れるが、セルロースの結晶性低下には必ずしも有効ではない。一方、粉砕処理は衝撃によるセルロースの結晶性低下に有効であることが確認されているが、リグニンおよびヘミセルロースで強固に固められた構造を粉砕するのに動力が必要となっている。そこで、粉砕を行うミルを水熱条件仕様とし、水熱条件下で粉砕を行う水熱粉砕前処理を検討する。
初年度である本年度は、内容量800mLの超臨界ボールミル実験装置を設計、制作し、基本的な運転条件(バイオマススラリー量100g、バイオマス濃度10wt%、回転数0～200rpm、温度180～220℃、ボールサイズ3～10mm径、ボール添加量1kg)において運転を行い、水熱条件下でボールミル粉砕を行いながら前処理が行われることを確認した。引き続き、実際にセルラーゼを用いて後段の酵素加水分解処理を行い、生成物である糖(グルコース)の定量を、高速液体クロマトグラフ(HPLC)を用いて行った。水熱粉砕前処理実験が可能となり、生成物の分析手順も確立できた。
得られた結果に基づいて、実機プロセスにおいて削減できる動力、生成物収率を計算し、実際に本プロセスを導入する効果と、最適なシステムを確認するため、初年度である本年度は、リグノセルロースからのエタノール発酵に関する基礎データを整理し、既存のプロセス(NEDOで開発された濃硫酸糖化、NRELで開発している希硫酸前処理-酵素糖化、産総研で開発している水熱・微粉砕前処理-酵素糖化)についてのLCAならびに経済性評価を整理した。
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