JP2008271910A - Method for producing ethanol and device for the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing ethanol by culturing sea algae in open sea for immobilizing carbon dioxide in the algae body of the sea algae by photosynthesis, aimed at reduction of the concentration of carbon dioxide in the atmosphere and protection of petroleum resources. <P>SOLUTION: This method for producing ethanol includes an ethanol production stage having: a process of harvesting and crushing the sea algae 1 forming air vesicles in its growth period and becoming self floating; a process of suspending the crushed plants with water; heating under a high temperature and high pressure, while avoiding ebullism and obtaining an insoluble part consisting mainly of cellulose by releasing the high temperature high pressure suspension to a normal atmosphere; a process of collecting a cellulose fraction by ozone-treating the insoluble parts obtained in the above process; a process of hydrolyzing the cellulose fraction; a process of ethanol fermentation of glucose solution; a process of collecting 60 to 90% ethanol containing water from ethanol fermentation liquid; a process of obtaining 98 to 99.8% ethanol from the 60 to 90% ethanol, containing water; and a waste liquid-treating process. The device of the method is also provided. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、大気中の炭酸ガス濃度削減と石油資源の保護を目的として、ガソリンエンジン用燃料として使用するエタノールを植物から製造する方法に係る。
更に詳しくは、外洋に浮体式藻場を設置し、海藻を栽培して、太陽エネルギーを利用する光合成反応によって炭酸ガスと水からセルロースを合成させて海藻を採取し、海藻に含まれるセルロースからエタノールを製造する方法及びその装置に関する。
The present invention relates to a method for producing ethanol used as a fuel for a gasoline engine from a plant for the purpose of reducing the concentration of carbon dioxide in the atmosphere and protecting petroleum resources.
More specifically, floating algae beds are installed in the open ocean, seaweed is cultivated, cellulose is synthesized from carbon dioxide and water by a photosynthesis reaction using solar energy, seaweed is collected, and ethanol from cellulose contained in seaweed is ethanol. The present invention relates to a method and an apparatus therefor.

石炭・石油等の大量使用は、石油、石炭等の化石燃料資源の枯渇と大気中の炭酸ガス濃度の上昇をもたらしている。特に、大気中の炭酸ガス濃度の上昇は、温室効果による地球温暖化を引き起こし、これが原因となって環境破壊が進行している。
この問題を解決する方法の1つとして、植物が炭酸ガスと水から光合成したバイオマス(資源作物)を、石油や石炭に代わるエネルギー源として利用する技術の開発が進められている。
The massive use of coal and oil has led to depletion of fossil fuel resources such as oil and coal, and an increase in the concentration of carbon dioxide in the atmosphere. In particular, an increase in the concentration of carbon dioxide in the atmosphere causes global warming due to the greenhouse effect, which causes environmental destruction.
As one of the methods for solving this problem, development of a technology that uses biomass (resource crop) that is photosynthesised from carbon dioxide and water by plants as an energy source to replace petroleum and coal is being promoted.

バイオマスの利用と大気中の炭酸ガス濃度との関係は、「バイオマスを燃焼して炭酸ガスを放出しても、バイオマスはもともと植物が太陽エネルギーを吸収して大気中の炭酸ガスと水から光合成したものなので、大気中の炭酸ガスの量は増加していない」というものである。   The relationship between the use of biomass and the concentration of carbon dioxide in the atmosphere is as follows: `` Even if the biomass is burned and carbon dioxide is released, the biomass was originally synthesized by the plant by absorbing solar energy and photosynthesis from carbon dioxide and water in the atmosphere. The amount of carbon dioxide in the atmosphere has not increased.

バイオマス利用方法の一つとして、バイオマスをエタノール醗酵させてエタノールを生産し、得られたエタノールを自動車のガソリンエンジン用燃料として使用することによって石油の消費量を削減する方法が開発された。   As one of the biomass utilization methods, a method has been developed in which biomass is ethanol-fermented to produce ethanol, and the obtained ethanol is used as a fuel for a gasoline engine of an automobile, thereby reducing oil consumption.

エタノールを生産する原料として、最初に利用されたのは農産物である。アメリカ合衆国ではとうもろこしを原料としてエタノールが製造されている。またブラジルではさとうきびを原料としてエタノールが製造されている。
これらの農産物の炭化水素の主成分であるでん粉は、そのまま酵母を用いてエタノール醗酵させることができるので、比較的容易にエタノールを製造できる。
Agricultural products were first used as raw materials for producing ethanol. In the United States, ethanol is produced from corn. In Brazil, ethanol is produced from sugarcane.
Since the starch which is the main component of the hydrocarbons of these agricultural products can be subjected to ethanol fermentation using yeast as it is, ethanol can be produced relatively easily.

エタノールを生産する第2の原料として、木材を利用する技術の開発が進められている。
木材の炭化水素の主成分であるセルロースはそのままではエタノール醗酵に使用できないので、セルロースを加水分解してグルコースを製造し、得られたグルコースをエタノール醗酵する方法が開発されている。
Development of technology using wood as a second raw material for producing ethanol is underway.
Since cellulose, which is the main component of wood hydrocarbons, cannot be used as it is in ethanol fermentation, a method has been developed in which cellulose is hydrolyzed to produce glucose and the resulting glucose is ethanol-fermented.

セルロースの加水分解には、酵素を用いる方法と、希硫酸のような酸触媒を用いている方法と、が用いられている。しかし、酵素を用いる方法は酵素が高価で経済性が悪く、また酸触媒を用いる方法は収率が低く、大量の酸性廃水が生じ、酸を中和するために廃棄物が生じるという問題点を有する。   For hydrolysis of cellulose, a method using an enzyme and a method using an acid catalyst such as dilute sulfuric acid are used. However, the method using an enzyme is expensive and not economical, and the method using an acid catalyst has a low yield, resulting in a large amount of acidic wastewater, and waste generated to neutralize the acid. Have.

また、木材に含まれるリグニンは酵母を用いるエタノール醗酵を阻害するので、エタノール醗酵を行う前に除去しなければならないが、リグニンの除去工程が木材からエタノールを製造する方法の総収率を低下させている。   Also, lignin contained in wood inhibits ethanol fermentation using yeast, so it must be removed before ethanol fermentation, but the lignin removal step reduces the overall yield of the process for producing ethanol from wood. ing.

更に、木材はC5単糖を多く含み、C5単糖はエタノール醗酵されないためにエタノールの収率が低いという欠点があった。
特許文献1、2には、テキーラの生産に使われている菌が持っていたエタノール醗酵遺伝子を大腸菌に組み込んだ遺伝子組替え細菌を用いて、C5単糖を含む木質材料から高収率でエタノールを生産する方法が開示されている。
Further, wood has a large amount of C5 monosaccharides, and C5 monosaccharides are not fermented with ethanol, so that the yield of ethanol is low.
In Patent Documents 1 and 2, ethanol is obtained in a high yield from a wood material containing C5 monosaccharide using a genetically modified bacterium in which the ethanol fermentation gene possessed by the bacterium used in the production of tequila is incorporated into Escherichia coli. A production method is disclosed.

木材のセルロースを加水分解する新しい方法として、特許文献3に木材を高温高圧の亜臨界水で蒸煮・爆碎処理してオリゴ糖を製造する方法が記載されている。しかし、この方法もリグニンを除去する工程で総収率が下がり、工業生産に実用可能な技術としてはまだ完成されていない。   As a new method for hydrolyzing cellulose in wood, Patent Document 3 describes a method for producing oligosaccharides by steaming and detonating wood with high-temperature and high-pressure subcritical water. However, this method also has not been completed as a technique that can be practically used for industrial production because the total yield is reduced in the process of removing lignin.

エタノールを生産する第3の原料として、今まで利用されていない海洋バイオマス(海洋資源作物)を挙げることができる。
特許文献4には、海洋で海藻を生育する海洋プランテーションと、海藻を収穫し、部分燃焼させてメタノールとギ酸と水素とを製造する洋上プラント船と、これを支援する海洋衛星システムが記載されている。
As a third raw material for producing ethanol, marine biomass (marine resource crops) that has not been used so far can be mentioned.
Patent Document 4 describes a marine plantation that grows seaweed in the ocean, an offshore plant ship that harvests seaweed and partially burns it to produce methanol, formic acid, and hydrogen, and a marine satellite system that supports this. Yes.

また、特許文献5には、海藻に含まれるでんぷん質を加熱して取り出し、これを原料としてエタノールを製造する方法が開示されている。しかし、通常の海藻に含まれるでんぷんの量は少ない。また海藻に含まれる糖質は陸上植物のものとは異なっており、海藻に特有な糖質からエタノールを製造する方法は報告されていない。   Patent Document 5 discloses a method for producing ethanol by using starch as a raw material by heating and removing starch contained in seaweed. However, the amount of starch contained in normal seaweed is small. The carbohydrates contained in seaweed are different from those of land plants, and no method for producing ethanol from carbohydrates unique to seaweed has been reported.

海藻を人工的に栽培する方法に関しては、特許文献6にはホンダワラの幼胚から養殖用の種苗を栽培する方法が記載されている。また、特許文献7にはホンダワラの幼芽のカルス培養によって養殖用の種苗を栽培する方法が記載されている。   Regarding a method for artificially cultivating seaweed, Patent Document 6 describes a method for cultivating seedlings for aquaculture from young embryos of Honda walla. Patent Document 7 describes a method for cultivating seedlings for aquaculture by callus culture of buds of Honda walla.

米国特許第5,000,000号明細書US Patent No. 5,000,000 specification 米国特許第5,821,093号明細書US Pat. No. 5,821,093 特開2004−229607号公報JP 2004-229607 A 特開2006−204264号公報JP 2006-204264 A 特開2003−310288号公報JP 2003-310288 A 特開2004−187574号公報JP 2004-187574 A 特開2006−129833号公報JP 2006-129833 A

自動車用燃料の一部をエタノールで置き換えるという計画は、大量のエタノールを必要とするので、既存のバイオマス原料を利用すれば原料の不足と原料価格の高騰を避けることが出来ない。
例えば、とうもろこしやさとうきびなどの農産物を原料とするエタノールの製造は、原料価格の高騰と食糧問題が現実に起っている。
The plan to replace part of the fuel for automobiles with ethanol requires a large amount of ethanol, so if existing biomass raw materials are used, the shortage of raw materials and the increase in raw material prices cannot be avoided.
For example, the production of ethanol from agricultural products such as corn and sugar cane is actually experiencing rising raw material prices and food problems.

また、樹木は成長に時間がかかり、森林は自己再生力が高くない。ガソリンの代替になるほど多量の木質バイオマスを森林から供給するためには、新たに広大な森林を造成しなければならず、莫大な努力と時間が必要である。   Also, trees take time to grow, and forests are not highly self-regenerating. In order to supply a large amount of woody biomass from forests to replace gasoline, it is necessary to create a new and vast forest, and enormous effort and time are required.

このために、今まで未利用であった新しいバイオマスの開発が必要とされている。
新しいバイオマスの候補として、海洋バイオマス(海洋資源作物)である海藻が注目される。海藻は成長が早く、光合成による炭酸ガスの固定化能力が高いので、効果的に炭酸ガスを固定化する新たなエネルギー資源として好都合であると期待される。
For this reason, development of new biomass that has not been used until now is required.
As a new biomass candidate, seaweed, which is marine biomass (marine resource crop), attracts attention. Seaweed grows quickly and has a high ability to immobilize carbon dioxide by photosynthesis, so it is expected to be advantageous as a new energy resource that effectively immobilizes carbon dioxide.

例えば褐藻類のアラメやカジメは、1mの海底あたり、年間に乾燥重量で2〜3kgの葉が生産されると言われており、これは陸上の森林の生産量より多い。また、同じ褐藻類のホンダワラ類は年間に乾燥重量で8kgの葉を生産すると言われており、これは熱帯雨林も凌ぐ生産量である。
しかし現状では、海藻によって固定された炭酸ガスは、海藻が枯死すると微生物によって炭酸ガスと水に分解されてしまい、海水を通じて大気中に再放出されている。
For example, Eisenia and beforehand of brown algae, per submarine 1m 2, it is said that the leaves of 2~3kg is produced by dry weight per year, which is greater than the production amount of land of the forest. Also, the same brown algae Honda Walla is said to produce 8 kg of leaf by dry weight annually, which is more than that of the rainforest.
However, at present, carbon dioxide fixed by seaweed is decomposed into carbon dioxide and water by microorganisms when seaweed dies, and is released again into the atmosphere through seawater.

また、海藻が自然に生息できるのは、太陽光が透過する水深2〜30mの浅海のみであり、それより水深の深い海洋に注がれる太陽エネルギーの大部分は海水に吸収されて海底まで届かない。また、海苔や昆布等の海藻、漁業の生簀、真珠などの養殖は沿岸設備が中心であった。沿岸では設置できる地形が限定され、設備の大規模化が困難であった。   In addition, seaweeds can naturally live only in shallow water with a depth of 2 to 30 meters where sunlight can penetrate, and most of the solar energy poured into the deeper ocean is absorbed by seawater and reaches the seabed. Absent. In addition, seaweed such as seaweed and kelp, fishery ginger, pearls and other aquaculture mainly consisted of coastal facilities. On the coast, the terrain that can be installed was limited, and it was difficult to enlarge the equipment.

かかる問題を解決するための本発明の課題は、エタノールの原料となる海藻を、外洋に浮体式藻場を設置して海藻を栽培する海藻養殖方法と前記海藻を効率的に収穫する海藻収穫方法とを確立することによって原料となる海藻を大量且つ安定に供給することと、前記海藻からセルロースを取り出してエタノールを製造する方法を確立することと、によって海藻からエタノールを製造する方法を開発することである。   An object of the present invention to solve such problems is a seaweed cultivation method for cultivating seaweed by installing a floating-type seaweed basin in the open ocean, and a seaweed harvesting method for efficiently harvesting the seaweed. To develop a method for producing ethanol from seaweed by establishing a method for producing a large amount of seaweed as a raw material in a stable manner and establishing a method for producing cellulose by extracting cellulose from the seaweed. It is.

上記課題を解決するための本発明の植物からエタノールを製造する方法は、
セルロースを含有する植物を収穫して粉砕する前処理段階と、粉砕された植物を水に懸濁し、沸騰を回避しながら高温高圧下で加熱しその後高温高圧の懸濁液を大気圧に放出してセルロースを主成分とする不溶部を得る蒸煮・爆砕段階と、不溶部を精製してセルロース画分を採取する精製段階と、セルロース画分を水に懸濁し、沸騰を回避しながら高温高圧下で加熱しその後高温高圧の懸濁液を大気圧に放出してグルコース溶液を製造する加水分解段階と、グルコース溶液をエタノール醗酵させるエタノール醗酵段階と、エタノール醗酵液から含水エタノールを採取するエタノール濃縮段階と、含水エタノールから水分を除去して乾燥エタノールを製造するエタノール乾燥段階と、からなることを特徴とする。
The method for producing ethanol from the plant of the present invention to solve the above problems is as follows.
A pretreatment stage in which plants containing cellulose are harvested and pulverized, and the pulverized plants are suspended in water, heated under high temperature and high pressure while avoiding boiling, and then the high temperature and high pressure suspension is released to atmospheric pressure. In order to obtain an insoluble part mainly composed of cellulose, a steaming / explosion stage, a purification stage in which the insoluble part is purified and a cellulose fraction is collected, and the cellulose fraction is suspended in water under high temperature and high pressure while avoiding boiling. And then hydrolyzing the high-temperature and high-pressure suspension to atmospheric pressure to produce a glucose solution, an ethanol fermentation step for fermenting the glucose solution in ethanol, and an ethanol concentration step for collecting hydrous ethanol from the ethanol fermentation solution And an ethanol drying step for producing dry ethanol by removing water from the hydrous ethanol.

請求項2によれば本発明は、前記植物は成長期に気胞をつけて自己浮遊性となる海藻1であって、植物の収穫は海藻1の付着器2を海藻保持器具15に保持させ、この保持状態で成熟させる栽培段階と、海藻1が成熟した後に、海藻保持器具15から付着器2と茎3を残して刈り取って海藻の主枝4を収穫する収穫段階とによってなされることが好ましい。   According to the present invention, the present invention is the seaweed 1 in which the plant attaches air vesicles during the growing period and becomes self-floating, and the harvesting of the plant causes the attachment device 2 of the seaweed 1 to be held by the seaweed holding device 15; It is preferable to be made by a cultivation stage for ripening in this holding state and a harvesting stage for harvesting the main branch 4 of seaweed by harvesting the attachment device 2 and stem 3 from the seaweed holding device 15 after the seaweed 1 has matured. .

請求項3によれば本発明は、海藻1がヒバマタ目ホンダワラ科の海藻であることが好ましい。   According to the third aspect of the present invention, it is preferable that the seaweed 1 is a seaweed of the genus Hidamataceae.

請求項4によれば本発明は、精製工程は不溶部をオゾンで処理してセルロース画分を精製する工程を含むことが好ましい。   According to the present invention, in the present invention, the purification step preferably includes a step of treating the insoluble part with ozone to purify the cellulose fraction.

請求項5によれば本発明は、不溶部から可溶部を分離した後、可溶部から有用物質を回収する有用物質回収工程、可溶部から醗酵阻害物質を除去する阻害物質除去工程、可溶部から不要物質を除去する不要物質除去工程、可溶部から糖質を回収する糖質回収工程、の中の何れか少なくとも1工程を行う事が好ましい。   According to claim 5, after separating the soluble part from the insoluble part, the present invention recovers the useful substance from the soluble part, the inhibitory substance removing process of removing the fermentation inhibitor from the soluble part, It is preferable to perform at least one of an unnecessary substance removing step for removing unnecessary substances from the soluble portion and a carbohydrate collecting step for collecting carbohydrates from the soluble portion.

請求項6によれば本発明は、回収する有用物質が、重金属、天然ウラン、アルギン酸、フコダイン、植物蛋白質、脂肪の中から選ばれる1種以上である。   According to the sixth aspect of the present invention, the useful substance to be recovered is one or more selected from heavy metals, natural uranium, alginic acid, fucodyne, plant protein, and fat.

請求項7によれば本発明の植物からエタノールを製造する装置は、収穫したセルロースを含有する植物を粉砕する前処理手段と、粉砕された植物を水に懸濁し、沸騰を回避しながら高温高圧下で加熱しその後高温高圧の懸濁液を大気圧に放出してセルロースを主成分とする不溶部を得る蒸煮・爆砕手段と、不溶部を精製してセルロース画分を採取する精製手段と、セルロース画分を加水分解してグルコース溶液を製造する加水分解手段と、グルコース溶液をエタノール醗酵させるエタノール醗酵手段と、エタノール醗酵液を濃縮して含水エタノールを採取するエタノール濃縮手段と、含水エタノールから水分を除去して乾燥エタノールを製造するエタノール乾燥手段と、を備えることが好ましい。   According to claim 7, an apparatus for producing ethanol from a plant according to the present invention comprises a pretreatment means for pulverizing a plant containing harvested cellulose, and the pulverized plant is suspended in water, while avoiding boiling and high temperature and pressure. Steaming / explosion means for obtaining an insoluble part mainly composed of cellulose by heating under and then releasing a high-temperature and high-pressure suspension to atmospheric pressure, and a purification means for collecting the cellulose fraction by purifying the insoluble part, Hydrolysis means for hydrolyzing the cellulose fraction to produce a glucose solution, ethanol fermentation means for fermenting the glucose solution in ethanol, ethanol concentration means for concentrating the ethanol fermentation liquid and collecting hydrous ethanol, and water from the hydrous ethanol It is preferable to provide an ethanol drying means for removing dry water to produce dry ethanol.

請求項8によれば本発明は、精製手段は
不溶部をオゾンで処理してセルロース画分を精製する手段であることが好ましい。
According to the eighth aspect of the present invention, the purification means is preferably means for treating the insoluble part with ozone to purify the cellulose fraction.

請求項9によれば本発明の植物からエタノールを製造する装置は、セルロースを含有する植物は海藻養殖装置によって収穫される海藻1であり、
当該海藻養殖装置は、前記海藻1の付着器2を保持するロープ状の海藻保持器具15とこの海藻保持器具15を浮沈させる浮力調節装置16とを備えたネット14が、海底に設置されたアンカー11と浮力体12とを連結する係留索13に海面下で略水平に係着された藻場ユニット9と、前記藻場ユニット9の複数が所定間隔で整列して集合した藻場セット8と、前記藻場セット8が所定間隔を開けて複数個設置された藻場7とを備えることが好ましい。
According to claim 9, in the apparatus for producing ethanol from the plant of the present invention, the plant containing cellulose is seaweed 1 harvested by a seaweed culture device,
The seaweed aquaculture device includes an anchor in which a net 14 having a rope-like seaweed holding device 15 for holding the attachment device 2 of the seaweed 1 and a buoyancy adjusting device 16 for floating and sinking the seaweed holding device 15 is installed on the seabed. A seaweed bed unit 9 that is anchored substantially horizontally below the sea surface to a mooring line 13 that connects the buoyant body 12 and the buoyant body 12; It is preferable that the seaweed bed set 8 includes a plurality of seaweed beds 7 installed at predetermined intervals.

海藻からエタノールを製造し、得られたエタノールを自動車用ガソリン燃料として使用することによって、大気中の炭酸ガスの増加を防ぎ、地球温暖化対策に資することができる。また、石油ガソリンの使用量を削減し、石油資源を保護することができる。   By producing ethanol from seaweed and using the obtained ethanol as gasoline fuel for automobiles, it is possible to prevent an increase in carbon dioxide in the atmosphere and contribute to global warming countermeasures. In addition, the amount of petroleum gasoline used can be reduced and oil resources can be protected.

海藻は海水から窒素やリン等の栄養分を吸収するので、本発明の藻場は設置された海域の水質を浄化することができる。また、浮遊ゴミの回収も行われる。
浮体式藻場は魚類の産卵場所や稚魚生育場所を提供するので、漁業の活性化に資することができる。
Since seaweed absorbs nutrients such as nitrogen and phosphorus from seawater, the seaweed bed of the present invention can purify the water quality of the sea area where it is installed. In addition, floating garbage is collected.
The floating seaweed pond provides a place for spawning fish and a place for growing fry, which can contribute to the activation of the fishery.

海藻は海水から重金属を取り込むので、海藻から重金属を採取することによって、海を貴重な重金属の資源として利用することが可能である。特に、原子力発電の原料である天然ウランの回収が期待される。   Since seaweed takes in heavy metals from seawater, it is possible to use the sea as a valuable heavy metal resource by collecting heavy metals from seaweed. In particular, recovery of natural uranium, which is a raw material for nuclear power generation, is expected.

海藻は陸上の植物と異なった化合物を生産するので、それらを採取して利用することが可能である。現在既に利用されているものとしては、アルギン酸、フコダイン、植物蛋白質等の大量・安価な製造が可能である。
海藻の脂肪分は回収し、バイオディーゼル油に改質して、本発明で使用する船舶の燃料として使用する。
Seaweeds produce different compounds than terrestrial plants, so they can be collected and used. As already used, large-scale and inexpensive production of alginic acid, fucodyne, plant protein, etc. is possible.
The seaweed fat content is recovered, reformed into biodiesel oil, and used as fuel for ships used in the present invention.

本発明に係る海藻からエタノールを製造する技術を開発する波及効果として、海洋生物に関する基礎研究と、外洋における大規模養殖技術の確立と、海洋資源の利用方法の確立が期待される。   As a ripple effect of developing technology for producing ethanol from seaweed according to the present invention, basic research on marine organisms, establishment of large-scale aquaculture technology in the open ocean, and establishment of a method for utilizing marine resources are expected.

本発明を実施するためには、例えば日本海に1万km程度の藻場を設置することを計画している。これは日本の国土総面積の3%にあたり、琵琶湖15個分の広さに相当する。 In order to carry out the present invention, for example, it is planned to install a seaweed bed of about 10,000 km 2 in the Sea of Japan. This is 3% of the total land area of Japan, which is equivalent to the size of 15 Lake Biwa.

この計画が実施されれば、大規模な藻場の形成による波及効果として新規産業創出に伴う地域科学技術振興が期待できる。漁業の振興を始めとして、藻場ユニット製造工場、種苗養殖物工場、蛋白質加工工場、バイオ燃料加工工場、海洋作業ロボットメンテナンス工場、洋上漂流ゴミ分別、処理工場、等による、近隣諸国を含めた環日本海経済圏の形成が期待できる。   If this plan is implemented, regional science and technology promotion accompanying the creation of new industries can be expected as a ripple effect by the formation of large-scale seaweed beds. Including the promotion of fisheries, the environment including neighboring countries, such as algae ground unit manufacturing factory, seedling culture plant, protein processing factory, biofuel processing factory, marine work robot maintenance factory, offshore waste sorting, processing factory, etc. The formation of the Sea of Japan economic zone can be expected.

本発明は、外洋に浮体式藻場を設置し、海藻1を栽培しこれを収穫することと、収穫した海藻からエタノールを製造することと、にその特徴がある。
以下に、図を参照しながら本発明の実施形態を説明する。以下の説明は本発明を明確に説明するためのものであって、本発明の権利範囲を何ら制限するものではない。
The present invention is characterized by installing a floating-type seaweed bed in the open ocean, cultivating and harvesting the seaweed 1, and producing ethanol from the harvested seaweed.
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following description is for clearly explaining the present invention, and does not limit the scope of rights of the present invention.

(A)海藻の栽培
(栽培する海藻の選択)
本発明は、気胞6をつけて自己浮遊性となる海藻1を栽培することを特徴とする。
海藻1が自己浮遊性になることによって、栽培装置にかかる海藻1の重量を軽減して装置の簡素化を図ることができる。又、収穫に際して、成熟した海藻1を海藻保持器具15から刈り取り、刈り取られて海面に浮遊する海藻1を中型作業船31によって収穫することによって、収穫作業を効率化することができる。
(A) Seaweed cultivation (selection of seaweed to grow)
The present invention is characterized by cultivating a seaweed 1 that is self-floating by attaching air bubbles 6.
By making the seaweed 1 self-floating, the weight of the seaweed 1 applied to the cultivation device can be reduced, and the device can be simplified. Further, at the time of harvesting, the harvested work can be made more efficient by cutting the mature seaweed 1 from the seaweed holding device 15 and harvesting the seaweed 1 that has been cut and floated on the sea surface by the medium-sized work boat 31.

また、高さが2m以上となる多年性の海藻であることがより好ましい。高さが2m以上となる大型の海藻であれば、藻場7の単位面積あたりの収量が増加することが期待され,海藻1が多年性であれば、2年目から種苗の育成から移植までの工程を省略できるので好ましい。   Further, it is more preferably a perennial seaweed having a height of 2 m or more. If it is a large seaweed with a height of 2 m or more, it is expected that the yield per unit area of the seaweed basin 7 will increase, and if the seaweed 1 is perennial, from the second year from seedling breeding to transplanting This step is preferable because it can be omitted.

上記の条件を満たす海藻1として、具体的にはヒバマタ目ホンダワラ科の海藻が好ましい。ホンダワラ科の海藻は気胞を有することを特徴としている。
ホンダワラ科の海藻は複数の属に分かれて多品種あるが、好ましい例として、ホンダワラ属ホンダワラ、同アカモク、同イソモク、同サレバモク、同ツクシモク、同マジリモク、同フシスジモク、同アツバモク、同トサカモク、同フタエモク、同ヒジキ、同ノコギリモク、同ミヤベモク、同オオバモク、同ヨレモク、スギモク属スギモク、ウガノモク属ウガノモク、ヤバネモク属ヤバネモク、ジョロモク属ジョロモクを挙げることが出来る。
As the seaweed 1 that satisfies the above-described conditions, specifically, seaweeds of the order Hibamatidae are preferred. The seaweeds of the family Honda are characterized by having air vesicles.
There are many varieties of seaweeds belonging to the genus Hondaraceae, but preferred examples include the genus Hondawala, Akamoku, Isomoku, Salebamok, Tsukushimoku, Majirimoku, Fushijimoku, Atsubamoku, Tosakamoku and Futaemok. , Hijiki, Yokomoku, Miyabemoku, Oobamoku, Yoremoku, Sugimoku Sugimoku, Uganomok Uganomok, Yabamoku Yabanmoku, Joromoku Joromok.

これらの中で最も好ましい例として、ヒバマタ目ホンダワラ科ホンダワラ属ホンダワラ(以下ホンダワラと略す)を挙げることが出来る。ホンダワラは成長すると高さ2〜4mになる多年性海藻である。   Among these, the most preferred example is Hibamataceae Honda Wallaceae Honda Walla (hereinafter abbreviated as Honda Walla). Honda Walla is a perennial seaweed that grows to 2-4 meters in height.

(ホンダワラの生態)
ホンダワラは本州の北端から九州にかけての日本海側と、三陸沖から瀬戸内海にかけての太平洋側に分布する褐藻である。生育する水深は海域によって異なるが、通常水深3〜10mの岩場に生育し、水深20mが生育の下限であるといわれる。
(Ecology of Honda Walla)
Honda Walla is a brown algae distributed in the Sea of Japan from the northern tip of Honshu to Kyushu and on the Pacific Ocean from off Sanriku to the Seto Inland Sea. Although the water depth to grow varies depending on the sea area, it usually grows in a rocky area with a depth of 3 to 10 m, and a depth of 20 m is said to be the lower limit of growth.

ホンダワラは春に受精卵が発芽して幼胚となる。幼胚の大きさは0.25〜0.3mm程度である。約4ヶ月で、体長0.5〜15mmの幼体となる。その後成長期に入るが、体長が50mm程度となる2年目の秋までの1年半の間は生長が遅い。2年目の秋以降急速に生長し、気胞をつけて、2年目の冬から3年目の夏にかけて成熟する。   In Honda Walla, fertilized eggs germinate in the spring to become young embryos. The size of the young embryo is about 0.25 to 0.3 mm. In about 4 months, it becomes a young body with a body length of 0.5 to 15 mm. After that, the growth period begins, but growth is slow for a year and a half until the fall of the second year when the body length is about 50 mm. It grows rapidly after the fall of the second year, and then matures from the winter of the second year to the summer of the third year.

図1にホンダワラを示す。成熟したホンダワラは、海底の岩に藻体を付着させるための付着器2と円盤型の茎3とを備える。茎3の上部から数本の主枝4が伸長し、高さは2〜4mに成長する。主枝4には多数のへら型または楕円形の葉5と、突起を持った卵型の多数の気胞6と、を付け、水に浮かぶ(自己浮遊性)になる。   FIG. 1 shows a Honda walla. The mature Honda walla is provided with an attachment device 2 and a disk-shaped stem 3 for attaching algae to the rocks on the seabed. Several main branches 4 extend from the top of the stem 3 and grow to a height of 2 to 4 m. The main branch 4 is provided with a large number of spatula-shaped or elliptical leaves 5 and a large number of egg-shaped airves 6 having protrusions and floats in water (self-floating).

成熟後しばらくすると上部は切れて流れ藻となり、付着器2と茎3だけが海底に残り、翌年春に茎3から再び新しい主枝4が伸びる。このようにして主枝4が毎年生え替わり、3年程度の寿命を保つ。従って、ホンダワラを収穫するには、付着器2と茎3とを残し、主枝4のみを刈り取ることが重要である。
流れ藻となったホンダワラは、イカの産卵場所や稚魚の隠れ場所として重要である。藻体は食用に供される。
After a while after maturity, the upper part is cut off to become a flowing algae, and only the attachment device 2 and the stem 3 remain on the seabed, and a new main branch 4 extends from the stem 3 again in the spring of the following year. In this way, the main branch 4 is renewed every year and has a life of about 3 years. Therefore, in order to harvest Honda straw, it is important to leave the applicator 2 and the stem 3 and cut only the main branch 4.
Honda Walla, which has become a floating algae, is important as a place for spawning eggs and fry. Algae is edible.

(海藻を栽培する装置)
図2は本発明による藻場7の構成を示す図である。
本発明における海藻1を栽培する藻場7は、実効栽培面積が1,000〜50,000kmのものが好ましく、実効栽培面積が5,000〜40,000kmのものがより好ましい。
(Equipment for cultivating seaweed)
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the seaweed bed 7 according to the present invention.
Seaweed bed 7 for cultivating seaweed 1 of the present invention, the effective cultivation area thereof is preferably 1,000~50,000Km 2, the effective cultivation area is more preferably from 5,000~40,000km 2.

実効栽培面積が1,000kmより狭いと、藻場の大型化の効果が発揮できず、操業効率が悪くなる。実効栽培面積の上限に制限はないが、40,000kmを越えると、藻場7の1辺が200kmを越えるので管理が行き届かなくなる。 If the effective cultivation area is smaller than 1,000 km 2 , the effect of increasing the size of the seaweed bed cannot be exhibited, and the operation efficiency is deteriorated. Although there is no restriction | limiting in the upper limit of an effective cultivation area, when it exceeds 40,000 km 2 , since one side of the algae ground 7 will exceed 200 km, management will become inadequate.

藻場7は、図示していない地上集中支援システムによって支援される。
藻場7には管理センター26が設置される。管理センター26は、藻場7を支援する地上集中支援システムと連携して、藻場7全体を管理する。
The seaweed basin 7 is supported by a ground concentration support system (not shown).
A management center 26 is installed in the seaweed bed 7. The management center 26 manages the entire algae ground 7 in cooperation with the ground concentration support system that supports the algae ground 7.

藻場7は、1辺が100kmにも及ぶ広大なものであるので、特許文献4に記載した複数の人工衛星からなる海洋衛星システム27を用いて管理されることが好ましい。
海洋衛星システム27は、GPS衛星、通信衛星、海洋観測衛星、及び気象衛星を含むことが好ましい。海洋観測衛星と気象衛星は、海藻発育状況、イソ焼けや養殖装置の損壊状況、気象、海流、浮遊ごみ等の情報収集を行う。
Since the seaweed bed 7 is a vast one with a side of 100 km, it is preferably managed using the marine satellite system 27 composed of a plurality of artificial satellites described in Patent Document 4.
The marine satellite system 27 preferably includes a GPS satellite, a communication satellite, an ocean observation satellite, and a weather satellite. Ocean observation satellites and meteorological satellites collect information on seaweed growth, iso-burning and damage to aquaculture equipment, weather, ocean currents, and suspended waste.

又、海洋衛星システム27は、小型高速海藻カッター艇32の自動運転や、浮力調節装置16の自動浮力調節等の無人運転に関する指令と伝達を、GPS通信衛星からの遠隔操作指令によって行う。更に海洋衛星システム27は、前記藻場セット8の管理拠点28に伝達する情報伝達や、藻場7を支援する地上集中支援システムとの情報交換を通信衛星を経由して行う。   In addition, the marine satellite system 27 performs commands and transmissions related to unmanned operation such as automatic operation of the small high-speed seaweed cutter boat 32 and automatic buoyancy adjustment of the buoyancy adjustment device 16 by remote operation commands from the GPS communication satellite. Further, the marine satellite system 27 transmits information to the management base 28 of the seaweed bed set 8 and exchanges information with the ground concentration support system that supports the seaweed bed 7 via a communication satellite.

このように大規模な藻場7を沿岸部に設置することは事実上不可能なので、本発明は浮体式藻場を外洋に設置する。   Since it is practically impossible to install such a large-scale seaweed bed 7 in the coastal area, the present invention installs a floating-type seaweed bed in the open ocean.

図2(A)に示すように、藻場7は一般船舶の航路24や漁場25となる開水面を開けて複数個の藻場セット8が設置されて構成される。藻場7に設置される藻場セット8の数は、2〜100個、より好ましくは5〜50個、最も好ましくは5〜20個である。
藻場セット8は、海藻養殖設備とエタノール製造設備29とを有する養殖−製造設備の複合セットである。藻場セット8は、管理拠点28と、排水量30万トンクラスの海藻運搬タンカー30と、積載重量600トンの中型作業船31と、小型高速海藻カッター艇32と、を備える。
As shown in FIG. 2 (A), the seaweed basin 7 is configured by opening a water surface that will be a route 24 and a fishing ground 25 for a general ship, and a plurality of seaweed basin sets 8 are installed. The number of seaweed bed sets 8 installed in the seaweed bed 7 is 2 to 100, more preferably 5 to 50, and most preferably 5 to 20.
The seaweed basin set 8 is a combined set of aquaculture-manufacturing equipment having a seaweed aquaculture equipment and an ethanol production equipment 29. The seaweed bed set 8 includes a management base 28, a seaweed transport tanker 30 with a displacement of 300,000 tons, a medium-sized work boat 31 with a loading weight of 600 tons, and a small high-speed seaweed cutter boat 32.

中型作業船31は双胴船で、ホンダワラの収穫や、収穫したホンダワラの水洗や、藻場の新設作業や、損壊した箇所の修復作業を行う。そのために中型作業船31は、船舶用コジェネレーション発電機を搭載して、多機能を備えている。
小型高速海藻カッター艇32は、ウオータージェット推進装置を備え、海洋衛星システムからの指令で遠隔操作される。
中型作業船31や小型高速海藻カッター艇32の燃料は、ホンダワラ中の脂肪分を回収し、改質して得たバイオディーゼル燃料であることが好ましい。
The medium-sized work ship 31 is a catamaran, and performs harvesting of Honda straw, washing of the harvested Honda straw, construction of a seaweed pit, and repair of damaged parts. For this purpose, the medium-sized work boat 31 is equipped with a marine cogeneration generator and has multiple functions.
The small high-speed seaweed cutter boat 32 includes a water jet propulsion device and is remotely operated in accordance with a command from the marine satellite system.
The fuel of the medium-sized work boat 31 and the small high-speed seaweed cutter boat 32 is preferably a biodiesel fuel obtained by collecting and reforming fat content in Honda straw.

図1(B)に示すように、藻場セット8は、小型高速海藻カッター艇32が通行可能な小水路21と、中型作業船31が通行可能な中水路22と、海藻運搬タンカー30の航路である大水路23が設置され、各種の水路で分画された海面に藻場ユニット9が複数個整列・並置されて形成される。
藻場セット8に設置される藻場ユニット9の数は、1,000〜50,000個、好ましくは4,000〜40,000個、最も好ましくは5,000〜20,000個である。
As shown in FIG. 1 (B), the seaweed bed set 8 includes a small water passage 21 through which a small high-speed seaweed cutter boat 32 can pass, a middle water passage 22 through which a medium-sized work boat 31 can pass, and a sea route of the seaweed transport tanker 30. A large water channel 23 is installed, and a plurality of seaweed units 9 are arranged and juxtaposed on the sea surface divided by various water channels.
The number of seaweed bed units 9 installed in the seaweed bed set 8 is 1,000 to 50,000, preferably 4,000 to 40,000, and most preferably 5,000 to 20,000.

図1(C)及び(D)に示すように、本発明の藻場7の最小構成単位は藻場ユニット9である。藻場ユニット9は海底17に設置されたアンカー11と浮力体12とを連結する係留索13に水面下で略水平に係着された一辺が10〜1000mの正方形ないし長方形のネット14と、海藻1の付着器2を保持する海藻保持器具15と、海藻保持器具15を浮沈降させるための1以上の浮力調節装置16と、を含む浮体式藻場である。   As shown in FIGS. 1 (C) and (D), the minimum constituent unit of the seaweed bed 7 of the present invention is a seaweed bed unit 9. The seaweed bed unit 9 has a square or rectangular net 14 with a side of 10 to 1000 m, which is anchored approximately horizontally below the surface of the mooring line 13 connecting the anchor 11 and the buoyant body 12 installed on the seabed 17, and seaweed. 1 is a floating seaweed bed including a seaweed holding device 15 for holding one attachment device 2 and one or more buoyancy adjusting devices 16 for floating and sinking the seaweed holding device 15.

藻場ユニット9は大きいほど栽培や収穫する際の効率は高いが、海藻保持器具15を張るための張力が大きくなる。これらの点を考慮すると、藻場ユニット9は一辺が1〜10、000mの正方形ないし長方形が好ましく、一辺が10〜1,000mの正方形ないし長方形がより好ましく、一辺が50〜500mの正方形が最も好ましい。   As the seaweed bed unit 9 is larger, the efficiency at the time of cultivation and harvesting is higher, but the tension for stretching the seaweed holding device 15 is increased. Considering these points, the seaweed bed unit 9 is preferably a square or rectangle having a side of 1 to 10,000 m, more preferably a square or rectangle having a side of 10 to 1,000 m, and a square having a side of 50 to 500 m being the most. preferable.

海藻は、陸上植物の「根」に相当する器官を有しておらず、付着器2(仮根)で海底に付着している。従って、海藻1を栽培するためには海藻1の付着器2を保持する海藻保持器具15が必要である。   The seaweed does not have an organ corresponding to the “root” of the land plant, and is attached to the seabed with the attachment device 2 (provisional root). Therefore, in order to cultivate the seaweed 1, the seaweed holding device 15 for holding the attachment device 2 of the seaweed 1 is necessary.

海藻保持器具15の形式は海藻1の付着器2をしっかりと保持できるものであれば何れでも良いが、収穫の便利さを考えると、ロープのような索状の器具が好ましい。大量に使用され、数年間使用した後は廃棄されるるものなので、環境に対する影響を考えると生分解性のある天然素材がより好ましい。最も好ましい例として、稲藁の縄を天然繊維で補強したロープを例示することが出来る。稲藁の縄は、廃棄の際に海藻と混ぜてエタノールの原料として使用できる。   Any type of seaweed holding device 15 may be used as long as it can firmly hold the attachment device 2 of seaweed 1, but in consideration of convenience of harvesting, a rope-like device is preferable. Since it is used in large quantities and discarded after being used for several years, biodegradable natural materials are more preferable in view of environmental impact. As a most preferable example, a rope in which a rope of rice straw is reinforced with natural fibers can be exemplified. The rice straw rope can be used as a raw material for ethanol by mixing with seaweed at the time of disposal.

水深が深い場所に藻場7を設置する為にはアンカー11、浮力体12、係留索13を大きくしなければならないので、経済的ではない。藻場7を建設する場所の水深700m以内であることが好ましく、水深500m以内であることがより好ましい。   Since the anchor 11, the buoyant body 12, and the mooring line 13 must be enlarged in order to install the seaweed bed 7 at a deep water depth, it is not economical. The depth of the place where the seaweed basin 7 is constructed is preferably within 700 m, more preferably within 500 m.

本発明の藻場ユニット9は、海藻保持器具15を浮沈させるための1以上の浮力調節装置16を備えることを特徴とする。浮力調節装置16は1以上のブイであって、浮上・沈降は浮力調節装置16に封入する気体の体積の増減及び/又は水温に応じて気化・凝縮するような液化ガスを封入することによって行うことができる。   The seaweed bed unit 9 of the present invention includes one or more buoyancy control devices 16 for floating and sinking the seaweed holding device 15. The buoyancy control device 16 is one or more buoys, and levitation / sedimentation is performed by enclosing a liquefied gas that vaporizes / condenses in accordance with the increase / decrease of the volume of gas sealed in the buoyancy control device 16 and / or the water temperature. be able to.

封入する気体の体積を増減して浮上、沈下させる場合は、気体の体積の調節は遠隔操作で自動的に行うことが好ましく、指令の伝達は海洋衛星システム27のGPS衛星を経由する通信網を通じて行われるようにすることが好ましい。海藻保持器具15を浮上・沈降させるかどうかの天候判断に資する情報は気象衛星によって蒐集する。
海藻保持器具15を沈降させる深さは、冬季に長期間沈降させる場合は、7〜13mとすることが好ましく、大時化で短期間沈降させる場合でもホンダワラの自然生息限界である20mを限度とする。
In the case where the volume of the gas to be sealed is increased and decreased to rise and sink, it is preferable to automatically adjust the volume of the gas by remote control, and the command is transmitted through a communication network via the GPS satellite of the marine satellite system 27. It is preferable to do so. Information that contributes to the weather judgment as to whether or not the seaweed retainer 15 is to be levitated / sinked is collected by a meteorological satellite.
The depth of sinking the seaweed holding device 15 is preferably 7 to 13 m when settling for a long time in winter, and even if it is settling for a short period of time due to storminess, it is limited to the natural habitat limit of 20 m. To do.

(種苗の育成)
ホンダワラは、雄雌異株であるので、雄性生殖器床と雌性生殖器床を取り出して人工受精させる。受精後1年半の間は陸上に設置した種苗育成施設で育成することが好ましい。
4月に受精卵が発芽して0.25〜0.3mmの幼胚を水槽で育成する。受精後4〜6ヶ月で幼胚が体長0.5〜15mmの幼体となり、それ以後は茎伸長期となる。種苗の育成は成長に合わせて順次大きな水槽に移しながら、水槽の下から光を照射し、空気を送って空気撹拌しながら行う。受精後1年半経った2年目の秋に体長200mm程度に成長したホンダワラを種苗として藻場に移植し海藻保持器具15に付着させて外洋での栽培を始める。
(Growing seedlings)
Since Honda Walla is a male and female different strain, male and female genital beds are taken out and fertilized artificially. It is preferable to grow at a seedling breeding facility installed on land for one and a half years after fertilization.
In April, fertilized eggs germinate and 0.25-0.3 mm embryos are grown in a water tank. In 4 to 6 months after fertilization, the young embryo becomes a young body having a body length of 0.5 to 15 mm, and after that, it becomes a stem elongation stage. The seedlings are grown while being transferred to a large water tank as they grow, irradiating light from under the water tank, sending air, and stirring the air. In the fall of the second year, one and a half years after fertilization, Honda Walla grown to a length of about 200 mm is transplanted as a seedling into a seaweed bed and attached to the seaweed holding device 15 to start cultivation in the open sea.

茎から幼芽細胞を採取し、2〜3mmm角の前記幼芽細胞をクローン技術によって培養・育成して種苗とすることも可能である。   It is also possible to collect seedlings from stems and cultivate and grow the above-mentioned seedlings of 2 to 3 mm square by a clone technique.

(海藻の栽培)
2年目の秋に種苗として藻場に移植したホンダワラは急速に生長し、気胞を付けて自己浮遊性となり2〜4mに成長する。栽培は、翌年の早春から夏にかけて、気胞を付けて自己浮遊性となったホンダワラの上部の葉が海面で漂い、太陽の光を充分に受けるようにすることが好ましい。
(Culture of seaweed)
In the fall of the second year, Honda Walla transplanted to the seaweed as a seedling grows rapidly, becomes airborne and becomes self-floating, and grows to 2-4 m. Cultivation is preferably carried out from early spring to summer of the following year so that the upper leaves of hondawala, which has become airborne by air bubbles, float on the sea surface and receive sufficient sunlight.

本発明の藻場7は外洋に設置するが、外洋は沿岸海域より波が大きくなる。低気圧の通過や台風によって大荒れになることもある。藻場7を日本側に設置した場合は、冬季は季節風によって海が荒れる日が多くなる。冬季は、海藻保持器具15に保持した海藻1を育成する季節である。
海が荒れたときに藻場ユニット9を海面の近くに浮上させておくと、波に揉まれて海藻1の藻体が切れたり、栽培装置が損壊したりする可能性がある。荒天の場合には、藻場ユニット9を海面下に沈めて荒波の影響を避けるようにすることが望ましい。
The seaweed bed 7 of the present invention is installed in the open ocean, but the open ocean has larger waves than the coastal sea area. It may become rough due to low pressure passing or typhoon. When the seaweed basin 7 is installed on the Japanese side, the days when the sea is rough due to the seasonal wind increase in winter. The winter season is a season in which the seaweed 1 held in the seaweed holding device 15 is grown.
If the seaweed bed unit 9 is floated near the sea surface when the sea is rough, there is a possibility that the seaweed 1 will be cut off by the waves and the cultivation apparatus may be damaged. In the case of stormy weather, it is desirable to sink the seaweed bed unit 9 below the sea surface so as to avoid the influence of rough waves.

(海藻の収穫)
海藻1の収穫は、3年目の春から始め、少なくとも台風の季節までには収穫を終えるようにする。
収穫は、海藻1の付着器2と茎3とを残して、主枝4を海藻保持器具15から刈り取る小型高速海藻カッター艇32と、刈り取られて海上に浮遊するホンダワラ1を巻き取り、或いは海面の水と共に吸引して、ホンダワラ1を濾し取って収穫する中型作業船31と、の共同作業で行う。
(Seaweed harvest)
The harvest of seaweed 1 begins in the spring of the third year and ends at least by the typhoon season.
Harvesting winds up the small high-speed seaweed cutter boat 32 that cuts off the main branch 4 from the seaweed holding device 15 and the honda walla 1 that is cut off and floats on the sea, leaving the attachment device 2 and stem 3 of the seaweed 1. This is carried out in collaboration with a medium-sized work boat 31 that sucks and harvests the Honda Walla 1 with water.

海藻1の単位面積収穫量は乾燥重量で年間5.5〜8.0kg/mまたはそれ以上であることが望ましい。
現行のエタノールの製造原料であるとうもろこしの単位面積収穫量は年間0.4kg/m程度であるので、ホンダワラは新しいバイオマスとして有望である。
The unit area yield of seaweed 1 is desirably 5.5 to 8.0 kg / m 2 or more per year in dry weight.
Since the unit area yield of corn, the current raw material for ethanol production, is about 0.4 kg / m 2 per year, Honda Walla is promising as a new biomass.

(B)エタノールの製造
従来は、セルロースを含有する植物から蒸煮・爆砕工程を応用してエタノールを製造する方法は、原料のセルロースを1工程でグルコースまで分解していた。
しかし海藻を原料として用いた場合はこの方法では、海藻はセルロース以外の糖質も含み、得られるグルコース溶液はグルコース以外の糖を多く含むものとなった。また、リグニンを含む原料を用いた場合には、リグニンを除くためにグルコース及びヘミセルロースの過分解を伴う条件で操業が行われ、その結果として糖加水分解収率が低く、エタノールの総合収率を30%以上にあげることは困難であった。
(B) Production of ethanol Conventionally, a method for producing ethanol by applying a steaming / explosion process from a plant containing cellulose has decomposed the raw material cellulose to glucose in one step.
However, when seaweed is used as a raw material, in this method, seaweed also contains carbohydrates other than cellulose, and the resulting glucose solution contains a large amount of sugars other than glucose. In addition, when a raw material containing lignin is used, operation is performed under conditions involving excessive decomposition of glucose and hemicellulose to remove lignin. As a result, the sugar hydrolysis yield is low, and the overall yield of ethanol is reduced. It was difficult to increase it to 30% or more.

本発明は、原料を130〜230℃で加熱しその後前記高温高圧の懸濁液を大気圧に放出してセルロースを主成分とする不溶部を得る蒸煮・爆砕工程を行うことを特徴とする。
この、蒸煮・爆砕工程としては緩和な温度条件では、セルロースとグルコースは分解されず、ヘミセルロースは分解されて可溶性となる。
The present invention is characterized in that the raw material is heated at 130 to 230 ° C., and then the high-temperature and high-pressure suspension is discharged to atmospheric pressure to perform a steaming / explosion process to obtain an insoluble part mainly composed of cellulose.
Under this mild cooking / explosion process, cellulose and glucose are not decomposed, and hemicellulose is decomposed and becomes soluble.

原料植物として海藻を選択した場合は、この条件による蒸煮・爆砕工程を行うことによってセルロース以外の糖は分解されて可溶性となるので、簡単な精製工程によって純度の高いセルロースを、不溶物として得ることが出来る。また、原料植物としてリグニンを含有する植物を適用した場合は、この条件による蒸煮・爆砕工程に引き続きオゾン処理を含む精製工程を行うことによって効率よくリグニンを分解・除去できる。
精製工程に引き続き、得られたセルロースを230〜260℃で蒸煮・爆砕工程を行うことによってグルコースを収率良く製造できる。
以下に、 図3のフローチャートに従ってエタノール製造段階の各工程について説明する。
When seaweed is selected as the raw material plant, sugars other than cellulose are decomposed and become soluble by performing the steaming / explosion process under these conditions, so that high-purity cellulose is obtained as an insoluble matter by a simple purification process. I can do it. Moreover, when a plant containing lignin is applied as a raw material plant, lignin can be efficiently decomposed and removed by performing a purification step including ozone treatment following the cooking / explosion step under these conditions.
Subsequent to the purification step, glucose can be produced with good yield by subjecting the obtained cellulose to a steaming / explosion step at 230 to 260 ° C.
Below, each process of an ethanol manufacturing stage is demonstrated according to the flowchart of FIG.

(第1工程)前処理
収穫した海藻を、水洗して付着する塩分を除去し、細断、粉砕、若しくは50〜90℃に加熱しながら磨砕して原料を製造する。加温するのは海藻中の成分がゲル化するのを防ぐ為である。
更に、原料にアルカリ金属塩を添加することが好ましい。アルカリ金属塩としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムを例示できる。アルカリ性物質の添加は、蒸煮・爆砕工程においてセルロースを主成分とする不溶部の収率の向上と、海藻中の成分がゲル化するのを防ぐのと、が目的である。
また、流木等の木質系の浮遊物や、使用済の海藻保持器具15なども、粉砕して原料に加えて使用することが出来る。
(First step) Pretreatment The harvested seaweed is washed with water to remove the adhering salt, and is chopped, pulverized, or ground while being heated to 50 to 90 ° C. to produce a raw material. The reason for heating is to prevent the components in seaweed from gelling.
Furthermore, it is preferable to add an alkali metal salt to the raw material. Examples of the alkali metal salt include sodium hydroxide, potassium hydroxide, and sodium carbonate. The purpose of the addition of the alkaline substance is to improve the yield of the insoluble part mainly composed of cellulose in the steaming / explosion process and to prevent the components in the seaweed from gelling.
In addition, woody floats such as driftwood, used seaweed retainer 15 and the like can be crushed and used in addition to the raw materials.

(第2工程)蒸煮・爆砕工程
図4に蒸煮・爆砕装置40を示す。
前記蒸煮・爆砕装置40は、1)上方に設置された原料供給部41と、2)原料を高温高圧水蒸気46で前処理する広い前処理部48を上部に有する縦長の圧力釜43であって、原料供給部41と接続した原料の圧入口44と、原料供給部41に蒸気を供給するプレヒーティング手段45と、高温高圧水蒸気46を供給する配管47と、圧力釜43の下部に貯留された亜臨界水49と、底部に設置された断熱膨張ノズル50と、を含んで構成される蒸煮部42と、3)断熱膨張ノズル50と接続し、常圧蒸気出口51と、可溶部出口52と、固体−液体分離装置53と、を含んで構成される断熱膨張部54と、を含んで構成される。
(2nd process) Steaming / explosion process The steaming / explosion apparatus 40 is shown in FIG.
The steaming / explosion device 40 is a vertically long pressure cooker 43 having 1) a raw material supply unit 41 installed above, and 2) a wide pretreatment unit 48 for pretreatment of the raw material with high-temperature and high-pressure steam 46 at the top. The raw material pressure inlet 44 connected to the raw material supply unit 41, preheating means 45 for supplying steam to the raw material supply unit 41, piping 47 for supplying high-temperature and high-pressure steam 46, and a lower portion of the pressure cooker 43 are stored. A sub-critical water 49 and an adiabatic expansion nozzle 50 installed at the bottom, and 3) a steaming part 42 connected to the adiabatic expansion nozzle 50, an atmospheric pressure steam outlet 51, and a soluble part outlet. 52 and an adiabatic expansion section 54 including a solid-liquid separation device 53.

海藻1は原料供給部41に於いてプレヒーティング手段45で予熱された後、圧入口44から圧力釜43へ供給され、上部の前処理部48に於いて高温高圧水蒸気46で前処理された後に下部の亜臨界水49へ落下し、沸騰を回避しながら加圧下において130〜230℃で蒸煮される。この温度領域に於いては、ヘミセルロースは加水分解されるが、セルロースは加水分解されない。130℃未満ではヘミセルロースは加水分解されず、230℃以上ではセルロースも速やかに加水分解される。反応時間は反応温度に影響されるが、1〜60分の範囲が好ましく、5〜20分の範囲がより好ましい。反応温度と反応時間の最適条件は装置や目的に応じて事前に検討し決定されることが好ましい。   The seaweed 1 is preheated by the preheating means 45 in the raw material supply section 41, then supplied from the pressure inlet 44 to the pressure cooker 43, and pretreated by the high temperature and high pressure steam 46 in the upper pretreatment section 48. Later it falls into the lower subcritical water 49 and is cooked at 130-230 ° C. under pressure while avoiding boiling. In this temperature range, hemicellulose is hydrolyzed, but cellulose is not hydrolyzed. Below 130 ° C, hemicellulose is not hydrolyzed, and above 230 ° C, cellulose is also rapidly hydrolyzed. Although reaction time is influenced by reaction temperature, the range for 1 to 60 minutes is preferable, and the range for 5 to 20 minutes is more preferable. It is preferable that the optimum conditions for the reaction temperature and reaction time be determined in advance in accordance with the apparatus and purpose.

蒸煮された原料は断熱膨張ノズル50から断熱膨張部54へ噴出されることによって急激に大気圧に減圧されて爆砕される。生成したスラリーは固体−液体分離装置53によって可溶部と不溶部とに分離される。目的のセルロースは不溶部に含まれる。固体−液体分離装置53の好ましい例としては、スクリュ−プレス、濾過装置、遠心分離機を挙げることが出来る。   The steamed raw material is expelled from the adiabatic expansion nozzle 50 to the adiabatic expansion part 54 by suddenly reducing the pressure to atmospheric pressure. The produced slurry is separated into a soluble part and an insoluble part by the solid-liquid separator 53. The target cellulose is contained in the insoluble part. Preferable examples of the solid-liquid separation device 53 include a screw press, a filtration device, and a centrifuge.

常圧蒸気からはヨウ素やフルフラールなどの低沸点成分や水蒸気蒸留で流出する有用成分が回収される。常圧蒸気を凝縮した液は、有用物や糖質の回収を行うときは第8工程へ、回収を行わないときは第11工程へ送るか、そのまま廃水として放流する。可溶部52は第8工程へ送る。   Low-boiling components such as iodine and furfural and useful components flowing out by steam distillation are recovered from atmospheric steam. The liquid obtained by condensing the atmospheric pressure vapor is sent to the eighth step when recovering useful substances and carbohydrates, and is sent to the eleventh step when not recovering, or discharged as waste water as it is. The soluble part 52 is sent to the eighth step.

(第3工程)精製工程
海藻を原料とした場合は、セルロース以外の糖質は水洗して除き、セルロースを分離する。脂肪などの油溶性部分は有機溶媒で抽出する。有機溶媒は本プロジェクトの生産物であるエタノールが好ましい。脂肪は回収してバイオディーゼル油に改質して、中型作業船の燃料として使用し、抽出溶媒のエタノールは回収して再利用する。
使用済みの海藻保持器具15や流木等、リグニンを含有する原料を用いた場合は、前記不溶部は醗酵阻害物質となるリグニンを含むので、薬品処理してリグニンを分解する。
(3rd process) Purification process When seaweed is used as a raw material, carbohydrates other than cellulose are removed by washing with water, and cellulose is separated. Oil-soluble parts such as fat are extracted with an organic solvent. The organic solvent is preferably ethanol, which is a product of this project. Fat is recovered and reformed into biodiesel oil and used as fuel for medium-sized workboats, and ethanol as an extraction solvent is recovered and reused.
When a raw material containing lignin, such as used seaweed holding device 15 or driftwood, is used, the insoluble part contains lignin that becomes a fermentation inhibitor, so that the lignin is decomposed by chemical treatment.

好ましい薬品としては、オゾン、塩素、次亜塩素酸塩、過酸化水素などを例示でき、その内では、オゾンを最も好ましい実例として上げることが出来る。オゾンは電力を用いて製造でき、リグニンなどの不飽和結合を有する化合物の分解力が強く、セルロースとは反応せず、それ自身で水質浄化作用を有し、放置すれば酸素を放出して分解するので環境への悪影響がない。   Preferable chemicals include ozone, chlorine, hypochlorite, hydrogen peroxide, etc. Among them, ozone can be given as the most preferable example. Ozone can be produced using electric power, and has a strong decomposing power for compounds with unsaturated bonds such as lignin, does not react with cellulose, has its own water purification effect, and decomposes by releasing oxygen if left untreated. So there is no negative impact on the environment.

なお、第2工程の蒸煮・爆砕工程で純度の高いセルロースが得られた場合は、精製工程を行わずに、第2工程で得られた不溶物をそのまま第4工程の加水分解工程へ送ることができる。
第3工程で薬品を用いた精製工程の排出液は、他の排出液とは別個にして有用物の回収と廃液の処理を行うか、又は廃水処理工程へ送ることが好ましい。
In addition, when high purity cellulose is obtained in the steaming / explosion process of the second step, the insoluble matter obtained in the second step is sent as it is to the hydrolysis step of the fourth step without performing the purification step. Can do.
The effluent of the purification process using chemicals in the third step is preferably collected separately from other effluents to recover useful materials and treat the waste liquid, or send it to the waste water treatment process.

(第4工程)加水分解工程
セルロースを加水分解する方法は特に限定されるものではなく、何れの方法も用いることが出来る。以下に、その代表的なものを例示する。
木質バイオエタノールの工業生産に現在用いられているセルロースの加水分解法は、酸触媒法である。酸触媒法は希硫酸法を用いて140〜260℃でセルロースを加水分解する方法で、簡便な方法であるが糖分の分解が多く収率が低い。濃硫酸と蒸気蒸煮と組み合わせた酸触媒法もあるが、硫酸の使用量が多い。また、酸触媒法は共通して、得られるグルコース溶液の濃度が低く、又多量の酸性排出液が生じるという問題点がある。
(4th process) Hydrolysis process The method of hydrolyzing a cellulose is not specifically limited, Any method can be used. Below, the typical thing is illustrated.
The hydrolysis method of cellulose currently used for industrial production of woody bioethanol is an acid catalyst method. The acid catalyst method is a method in which cellulose is hydrolyzed at 140 to 260 ° C. using a dilute sulfuric acid method, and is a simple method, but has a large yield of sugar and a low yield. Although there is an acid catalyst method combined with concentrated sulfuric acid and steam cooking, the amount of sulfuric acid used is large. In addition, the acid catalyst method has a common problem that the concentration of the resulting glucose solution is low and a large amount of acidic effluent is generated.

酵素法はグルコース溶液と酵素を所定温度で接触させる方法なので、使用するエネルギーが少なく、クリーンな方法であるが、使用する酵素が高価である。また、酵素は基質特異性が高く、糖化酵素阻害物質の影響を受けることもある。酵素としては、従来からの生菌を用いる方法と固定化酵素を用いる方法との他に、新しい方法として遺伝子組み替え菌を用いる方法がある。工業生産で酵素を使用するためには、更に活性が高く、基質特異性が低く、安価な酵素を開発する基礎研究が必要である。   Since the enzyme method is a method in which a glucose solution and an enzyme are brought into contact with each other at a predetermined temperature, it uses less energy and is a clean method, but the enzyme to be used is expensive. In addition, enzymes have high substrate specificity and may be affected by saccharifying enzyme inhibitors. As an enzyme, there is a method using a genetically modified bacterium as a new method, in addition to a conventional method using a living bacterium and a method using an immobilized enzyme. In order to use enzymes in industrial production, basic research is required to develop enzymes with higher activity, lower substrate specificity, and lower costs.

蒸煮・爆砕法は、第2工程で用いた蒸煮・爆砕装置で加水分解を230〜280℃で行う方法である。
これらの方法の内では、蒸煮・爆砕法が好ましい。特に好ましい方法として、海藻を原料として用いる場合は、第2工程の蒸煮・爆砕法と、第3工程のセルロースを分離する工程と、第4工程の蒸煮・爆砕法によるセルロースの加水分解法によってグルコース溶液を製造する工程の組合せを例示でき、リグニンを含む原料を用いる場合は、第2工程の蒸煮・爆砕法と、第3工程のオゾン処理によってリグニンを分解する工程と、第4工程の蒸煮・爆砕法によるセルロースの加水分解法によってグルコース溶液を製造する工程の組合せを例示できる。
The steaming / explosion method is a method of performing hydrolysis at 230 to 280 ° C. with the steaming / explosion device used in the second step.
Of these methods, steaming and blasting are preferred. As a particularly preferred method, when seaweed is used as a raw material, glucose is obtained by the second step of steaming / explosion method, the step of separating cellulose in the third step, and the step of hydrolysis / explosion method of cellulose in the fourth step. A combination of steps for producing a solution can be exemplified. When a raw material containing lignin is used, the second step of steaming / explosion method, the step of decomposing lignin by the ozone treatment of the third step, and the step of steaming / The combination of the process of manufacturing a glucose solution by the hydrolysis method of the cellulose by the explosion method can be illustrated.

グルコースを単離する場合は、反応終了後、グルコース溶液を濃縮してグルコースを濃厚溶液とし、種結晶を加えて結晶化する。反応液の濃縮方法としては、逆浸透圧膜法、蒸留法、機能性膜を利用する方法、ハイドロキシアパタイトゲルや親水性高分子物質などの吸着剤を利用する方法がある。結晶化の際にはエタノールやメタノールのような親水性の有機溶媒を加えて結晶化の促進や分離操作を効率化することが出来る。
また、前記吸着剤を利用して精製することができる。
When isolating glucose, after completion of the reaction, the glucose solution is concentrated to make glucose a concentrated solution and crystallized by adding a seed crystal. As a method for concentrating the reaction solution, there are a reverse osmotic pressure membrane method, a distillation method, a method using a functional membrane, and a method using an adsorbent such as a hydroxyapatite gel or a hydrophilic polymer substance. In the case of crystallization, a hydrophilic organic solvent such as ethanol or methanol can be added to promote the crystallization and make the separation operation more efficient.
Moreover, it can refine | purify using the said adsorption agent.

場合によってはグルコースの精製操作を行わず、反応液を濃縮した液をグルコース溶液を第5工程に送ることができる。
この工程の排出液は、酸触媒法を用いたときは中和して廃棄されることが好ましい。その他の方法を用いたときは、有用物や糖質の回収を行うときは第8工程へ、回収を行わないときは第11工程へ送られることが好ましい。
Depending on the case, the glucose solution can be sent to the fifth step as a concentrated solution of the reaction solution without purifying glucose.
The effluent from this step is preferably neutralized and discarded when the acid catalyst method is used. When other methods are used, it is preferably sent to the eighth step when recovering useful substances and carbohydrates, and to the eleventh step when not recovering.

(第5工程)エタノール醗酵工程
グルコースを水に溶解した溶液にエタノール醗酵酵母を接触させてエタノール醗酵を行う。
エタノール醗酵酵母としては、従来からの生菌を用いる方法と固定化酵素を用いる方法の他に、新しい方法として遺伝子組み替え菌を用いる方法と生存非依存性細菌(RITE菌)を用いる方法がある。木質原料を用いる場合は、特許文献1、2に記載されたC5炭糖を分解できる遺伝子組換え菌を用いることが好ましい。
これらの方法の間に、酵母阻害物質に対する抵抗性や、基質選択性に差が認められるので、原料に応じて最適な酵母を選択する事が望ましい。
本発明では、エタノール醗酵酵母は特に限定されず、何れの方法も用いることが出来る。
(5th process) Ethanol fermentation process Ethanol fermentation is performed by making ethanol fermentation yeast contact the solution which melt | dissolved glucose in water.
As ethanol-fermenting yeast, there are a method using a genetically modified bacterium and a method using a survival-independent bacterium (RITE bacterium) in addition to a conventional method using a living bacterium and a method using an immobilized enzyme. When using a woody raw material, it is preferable to use a genetically modified bacterium capable of degrading C5 carbon sugar described in Patent Documents 1 and 2.
Since there are differences in resistance to yeast inhibitors and substrate selectivity between these methods, it is desirable to select the optimal yeast according to the raw material.
In the present invention, the ethanol-fermenting yeast is not particularly limited, and any method can be used.

第4工程に於いて、セルロースの結晶化による精製を行わず、セルロース画分を加水分解した反応液をそのままエタノール醗酵させる場合の問題点は、反応液中の醗酵阻害物質の有無と原料の糖液中に含まれるエタノール醗酵に利用可能な単糖の量とである。
エタノール醗酵の反応収率が悪い場合は、第4工程に於いてグルコースの結晶化による精製精製を行うか、第8工程に記載した有用物質の回収、醗酵阻害物質、不用物資の除去プロセスを実行してから糖分を回収してエタノール醗酵工程を行う必要がある。
In the fourth step, when the reaction liquid obtained by hydrolyzing the cellulose fraction is subjected to ethanol fermentation as it is without purification by crystallization of cellulose, the problems are the presence or absence of fermentation inhibitors in the reaction liquid and the sugar of the raw material. And the amount of monosaccharides available for ethanol fermentation contained in the liquid.
If the reaction yield of ethanol fermentation is poor, purify and purify by crystallization of glucose in the fourth step, or carry out the recovery of useful substances, fermentation inhibitory substances, and waste materials described in the eighth step. Then, it is necessary to recover the sugar and perform the ethanol fermentation process.

海藻を原料とした場合の可溶部を第8、9工程によって処理した回収糖質液はエタノール醗酵に利用できない単糖を多く含んでいる可能性がある。グルコース以外の糖類を利用してエタノール醗酵する酵母の開発や、糖をグルコースに異性化する酵素の開発が望まれる。   The recovered carbohydrate solution obtained by treating the soluble part when seaweed is used as the raw material in the eighth and ninth steps may contain a large amount of monosaccharides that cannot be used for ethanol fermentation. Development of yeast that ferments ethanol using saccharides other than glucose and development of enzymes that isomerize sugars to glucose are desired.

(第6工程)エタノール濃縮工程
エタノールの濃縮方法は効率の良いものであればよく、方法は特に限定されない。
従来は、エタノール醗酵液を蒸留して共沸エタノールを製造していた。この方法で共沸エタノールを製造すると、大量の燃料を消費し、このエネルギーを得るために炭酸ガスを放出するので、炭酸ガスの削減効果が上がらないという問題点があった。
(6th process) Ethanol concentration process The ethanol concentration method should just be an efficient thing, and a method is not specifically limited.
Conventionally, ethanol fermentation liquid was distilled to produce azeotropic ethanol. When azeotropic ethanol is produced by this method, a large amount of fuel is consumed, and carbon dioxide gas is released to obtain this energy. Therefore, there is a problem in that the effect of reducing carbon dioxide gas does not increase.

エタノール−水系の分離には各種の膜分離法が検討されている。その中で最近、ゲート膜の原理を応用したエタノール濃縮法が開発された。この膜は、エタノール透過性のポリエチレン膜に開けられた微細な孔の内側に、エタノール濃度が高くなると収縮して孔を開かせる特殊なポリマーを塗布し、孔が開くエタノール濃度をポリマーの成分によって調節した分子認識性の機能性膜であって、この膜を利用することによって60〜90%エタノールを得ることが出来る。
この工程の排出液は、有用物質や糖質の回収を行うときは第8工程へ、回収を行わないときは第11工程へ送られる。
Various membrane separation methods have been studied for ethanol-water separation. Recently, an ethanol concentration method using the principle of the gate film was developed. This membrane is coated with a special polymer that shrinks and opens the pores when the ethanol concentration increases, inside the fine pores formed in the ethanol-permeable polyethylene membrane. A regulated molecular recognizing functional membrane, and 60 to 90% ethanol can be obtained by using this membrane.
The effluent from this step is sent to the eighth step when recovering useful substances and carbohydrates, and to the eleventh step when not recovering.

(第7工程)エタノール乾燥工程
ゼオライトのカラムにエタノールを通過させて水分を吸収させる。水分を吸収したゼオライトは加熱した空気を送って乾燥させて再使用する。99.5%のエタノールが得られる。
(Seventh step) Ethanol drying step Ethanol is passed through a zeolite column to absorb moisture. The zeolite that has absorbed moisture is dried by sending heated air and reused. 99.5% ethanol is obtained.

(第8工程)有用物質回収、醗酵阻害物質除去、不要物質除去、糖質回収工程
この工程は、プロセス全体のバランスを調節する工程であるので、操業時点における種々の要因に応じて単位反応を選択して実行されることが好ましい。この工程に含まれる単位工程を記載する。
第2工程の蒸煮・爆砕工程の常圧蒸気を凝縮して得られる排出液から、フルフラール等の低沸点有機物質を凝縮液の分別蒸留によって回収する。ヨウ素は、凝縮液をたとえば次亜塩素酸塩で酸化して、ヨウ素イオンをヨウ素に変換し、ヨウ素を完全に析出させてから水蒸気蒸留して回収する。
(Eighth step) Useful substance recovery, fermentation inhibitor removal, unnecessary substance removal, carbohydrate recovery process Since this process is a process of adjusting the balance of the entire process, the unit reaction is performed according to various factors at the time of operation. It is preferable that the selection is executed. The unit process included in this process is described.
Low-boiling organic substances such as furfural are recovered by fractional distillation of the condensate from the effluent obtained by condensing the atmospheric steam in the second steaming / explosion process. Iodine is recovered by oxidizing the condensate with, for example, hypochlorite, converting iodine ions into iodine, and depositing iodine completely, followed by steam distillation.

第2工程の蒸煮・爆砕工程の可溶部42と、第4工程の加水分解工程の排出液(酸分解法以外)と、第6工程のエタノール濃縮工程の排出液と、は必要に応じて夫々別個に及び/又は合わせて有用物質の回収を行う。
重金属は、イオン交換樹脂を用いて回収する。
天然ウランは、アルギン酸中に濃縮されている天然ウランをタンニン吸着剤のカラムを通過させることによって吸着し、0.01モル塩酸で溶出して回収する。
As needed, the soluble part 42 of the steaming / explosion process of the second step, the effluent (other than the acid decomposition method) of the hydrolysis step of the fourth step, and the effluent of the ethanol concentration step of the sixth step The useful substances are collected separately and / or together.
The heavy metal is recovered using an ion exchange resin.
Natural uranium is adsorbed by passing natural uranium concentrated in alginic acid through a column of tannin adsorbent, and eluted with 0.01 molar hydrochloric acid and recovered.

排出液中の脂肪は、静置して油液分離するか、水に不溶性の有機溶媒で抽出して回収する。回収した脂肪は、メタノリシス反応でバイオディーゼル油に改質して中型作業船の燃料として使用する。
未分解のアルギン酸は排出液を酸性にするか、カルシウム塩を加えて析出させて回収する。
植物蛋白質は半透膜を用いて分離するか吸着剤に吸着させて分離する。吸着剤としてはアルギン酸も使用できる。
The fat in the effluent is left to stand for oil-liquid separation or extracted with an organic solvent insoluble in water and recovered. The recovered fat is reformed into biodiesel oil by a methanolysis reaction and used as fuel for medium-sized work boats.
Undecomposed alginic acid is recovered by acidifying the effluent or by adding a calcium salt to precipitate.
Plant proteins are separated using a semipermeable membrane or adsorbed on an adsorbent. Alginate can also be used as the adsorbent.

排出液から有用物質を回収した後に、利用可能な量と純度の糖質が含有されている場合は阻害物質と不要物質を除去して糖質を回収する。利用可能な量と純度の糖質が含有されていない場合には、不溶物質・阻害物質液として第11工程の廃液処理工程に送る。
予測される醗酵阻害物質の除去方法は以下のとおりである。
醗酵阻害物質が重金属である場合は、イオン交換樹脂を用いて除去する。
醗酵阻害物質がリグニンである場合は、オゾンを加えてリグニンを分解除去する。
排出液中の不要物質として最も多量に含まれるのは水であるので、濃縮を行う、濃縮方法は逆浸透圧法、蒸留法、機能性膜を利用する方法、ハイドロキシアパタイトゲルや親水性高分子物質などの吸着剤を利用する方法がある。
After recovering the useful substance from the effluent, if the saccharide has a usable amount and purity, the inhibitory substance and unnecessary substance are removed to recover the saccharide. When the available amount and purity of saccharide is not contained, it is sent to the waste liquid treatment process of the eleventh step as an insoluble substance / inhibitor substance liquid.
The expected method for removing the fermentation inhibitor is as follows.
When the fermentation inhibitor is a heavy metal, it is removed using an ion exchange resin.
When the fermentation inhibitor is lignin, ozone is added to decompose and remove lignin.
Since water is the most abundant substance in the effluent, concentration is performed. Concentration methods include reverse osmosis, distillation, functional membrane, hydroxyapatite gel, and hydrophilic polymer. There is a method using an adsorbent such as.

排出液中の糖質を回収する方法は、
1)ハイドロキシアパタイトゲルや親水性高分子物質などの吸着剤を利用して回収する。
2)水溶液を濃縮して結晶化して回収する。濃縮方法としては、逆浸透圧法、蒸留法、機能性膜を利用する方法があり、前記の吸着剤を使用する方法も応用できる。結晶化の際にはエタノールやメタノールのような親水性の有機溶媒を加えて結晶化を促進することが出来る。
3)場合によっては糖質の分離操作を行わず、排出液中の有用物質、醗酵阻害物質を除去し、糖質濃度が5〜50%になるまで濃縮した液を回収糖質液として第9工程の加水分解工程に送る。
The method of collecting carbohydrates in the effluent is
1) Collect using an adsorbent such as hydroxyapatite gel or hydrophilic polymer.
2) The aqueous solution is concentrated and crystallized and collected. As a concentration method, there are a reverse osmotic pressure method, a distillation method, and a method using a functional membrane, and a method using the adsorbent can also be applied. During crystallization, a hydrophilic organic solvent such as ethanol or methanol can be added to promote crystallization.
3) In some cases, the separation of carbohydrates is not performed, and useful substances and fermentation-inhibiting substances in the effluent are removed, and a liquid concentrated until the sugar concentration becomes 5 to 50% is used as the recovered sugar liquid. Send to process hydrolysis step.

(第9工程)加水分解工程
第2工程の蒸煮・爆砕工程の可溶部と、第6工程のエタノール濃縮の排出液と、を第8工程で処理した回収糖質は、一度は加水分解工程を経ているが、未反応のオリゴ糖を含んでいる可能性がある。検査によってオリゴ糖の含有量が無視できる場合を除き、回収糖質液の加水分解を行うことが好ましい。方法は第4工程と同様である。
(9th process) Hydrolysis process The recovered carbohydrate which processed the soluble part of the cooking / explosion process of the 2nd process, and the waste liquid of the ethanol concentration of the 6th process at the 8th process is once a hydrolysis process. However, it may contain unreacted oligosaccharides. Unless the content of oligosaccharide is negligible by inspection, it is preferable to hydrolyze the recovered carbohydrate solution. The method is the same as in the fourth step.

(第10工程)廃水処理工程
第2〜4、6、8,9工程の排出液を合わせて膜ろ過法によって濃縮してバイオマスを回収する。本発明のエタノール製造段階は、少量の無機物しか使わず、公害物質を使用せずに運転できるので、排出液の濃縮液は炭化水素が主成分となる。これを廃液回収ボイラーで燃焼させて発電すれば、エタノール製造設備の必要電力を上回る電力を供給出来る。また、蒸気を濃縮した蒸留水と、温水を供給できる。実際の計算例は実施例に示す。
発電に抽気背圧タービン発電機を用いれば、第2,4工程に必要な高温高圧水蒸気をタービンから抽気して供給出来る。
(10th process) Waste water treatment process The waste liquids of the 2nd to 4th, 6th, 8th and 9th processes are combined and concentrated by membrane filtration to recover biomass. The ethanol production stage of the present invention uses only a small amount of inorganic substances and can be operated without using pollutants, so the concentrated liquid of the effluent is mainly composed of hydrocarbons. If this is burned with a waste liquid recovery boiler to generate electricity, it is possible to supply more power than the required power of the ethanol production facility. Moreover, distilled water condensed with steam and hot water can be supplied. An actual calculation example is shown in the examples.
If an extraction back pressure turbine generator is used for power generation, high temperature and high pressure steam necessary for the second and fourth steps can be extracted from the turbine and supplied.

以下に、本発明を実施する実施例として、10,000kmの藻場においてホンダワラを栽培・収穫し、エタノールを製造した例を物質バランスを示す計算例と共に示す。 Below, as an example for carrying out the present invention, an example of cultivating and harvesting hondawala in a 10,000 km 2 algae bed and producing ethanol together with a calculation example showing a substance balance will be shown.

(A)ホンダワラの栽培
(藻場)
図2は藻場7の構成を示す概略図である。藻場7は日本海の大和堆の平均水深約400mの海域に設置した。
藻場7は図2(A)に示すように、少なくとも幅1km以上の航路24や漁場25となる開水面を空けて10個の藻場セット8を設置して構成した。実効栽培面積は10,000kmである。
藻場7には管理センターを設置した。管理センターは、藻場7を支援する図に示していない地上集中支援システムと連携して、藻場全体を管理した。
(A) Honda Walla cultivation (algae)
FIG. 2 is a schematic view showing the configuration of the seaweed bed 7. The seaweed place 7 was installed in the sea area with an average water depth of about 400 m of Daiwa Bank in the Sea of Japan.
As shown in FIG. 2 (A), the seaweed basin 7 was configured by installing ten seaweed basins 8 with an open water surface serving as a channel 24 or a fishing ground 25 having a width of 1 km or more. The effective cultivation area is 10,000 km 2 .
A management center was set up in Mogaba 7. The management center managed the entire algae basin in cooperation with a ground concentration support system (not shown in the figure) that supports the algae basin 7.

藻場7は、海洋衛星システムを用いて管理した。海洋衛星システムは、GPS衛星、通信衛星、海洋観測衛星、及び気象衛星を含む。海洋衛星システムは、ホンダワラの発育状況、イソ焼け等の損壊状況、気象、海流、浮遊ごみ等の情報収集を行った。又、小型高速海藻カッター艇32や浮力調節装置16の無人運転に関する指令伝達を行うと共に、管理情報を衛星監視システムを経由して前記藻場セットの管理拠点に伝達する情報伝達、藻場7を支援する地上集中支援システムとの情報交換も行った。   The seaweed bed 7 was managed using a marine satellite system. The marine satellite system includes a GPS satellite, a communication satellite, a marine observation satellite, and a weather satellite. The marine satellite system collected information on the development status of Honda straw, damage status such as isoburning, weather, ocean currents, and floating waste. In addition, command transmission related to the unmanned operation of the small high-speed seaweed cutter boat 32 and the buoyancy control device 16 and information transmission for transmitting management information to the management base of the seaweed bed set via the satellite monitoring system, We also exchanged information with the ground-based support system.

藻場セット8は、図2(B)に示すように、小水路21と、中水路22と、大水路23で分画された海面に藻場ユニット9を10,000個整列・並置して形成した。
藻場セット8には、管理拠点と、海藻輸送手段として30万総トンクラスの海藻運搬タンカーと、収穫手段として積載量600トンの中型作業船31を10隻及び小型高速海藻カッター船32を10隻と、エタノール製造設備29と、を設備した。
As shown in FIG. 2 (B), the seaweed bed set 8 has 10,000 seaweed bed units 9 aligned and juxtaposed on the sea surface divided by the small waterway 21, the middle waterway 22, and the large waterway 23. Formed.
The seaweed bed set 8 includes 10 management bases, 300,000 gross ton class seaweed transport tankers as seaweed transportation means, 10 medium-sized workboats 31 with a loading capacity of 600 tons and 10 small high-speed seaweed cutter ships 32 as harvesting means. A ship and an ethanol production facility 29 were installed.

藻場7の最小構成単位は、図2(C)及び(D)に示す藻場ユニット9である。藻場ユニット9は海底17に設置されたアンカー11と浮力体12とを連結する係留索13に略水平に海面下で略水平に係着された一辺が100mの正方形のネット14と、ホンダワラの付着器2を保持する稲藁の縄を棕櫚で補強したロープで製造された海藻保持器具15と、封入する気体の体積を増減することによってネット14及び海藻保持器具15を浮上、沈降させるための1個の浮力調節装置16と、を備えている。   The minimum structural unit of the seaweed bed 7 is the seaweed bed unit 9 shown in FIGS. 2 (C) and (D). The seaweed bed unit 9 has a square net 14 with a side of 100 m that is anchored substantially horizontally below the sea surface to a mooring line 13 that connects the anchor 11 and the buoyant body 12 installed on the seabed 17, A seaweed holding device 15 made of a rope reinforced by a rice bran rope holding the applicator 2 and a net 14 and a seaweed holding device 15 for rising and sinking by increasing or decreasing the volume of gas to be sealed. And one buoyancy adjusting device 16.

封入する気体の体積の増減は遠隔操作で自動的に行い、指令の伝達は海洋監視衛星を経由する通信網を通じて行った。
沈降させる深さは、冬季に長期間沈降させる場合は、10mであり、暴風で短期間沈降させる場合でも20mを限度とした。
浮上、沈下させるかどうかの天候判断に資する情報は海洋監視衛星のデータから収集した。
The volume of the enclosed gas was automatically increased or decreased by remote control, and the command was transmitted through a communication network via a marine surveillance satellite.
The depth of settling is 10 m when settling for a long time in winter, and the limit is 20 m even when settling for a short period due to a storm.
Information that contributes to the weather judgment on whether to ascend and sink is collected from the data of the marine surveillance satellites.

(ホンダワラの栽培)
4月にホンダワラの雄性生殖器床と雌性生殖器床を取り出して人工受精させた。0.25〜0.3mmの幼胚を水槽で育成した。育成はホンダワラの成長に合わせて順次大きな水槽に移しながら、透明な水槽の下から光を照射し、空気を送って空気撹拌しながら育成した。受精後4〜6月で幼胚が体長0.5〜15mmの幼体となり、それ以後茎伸長期になった。受精後1年半経った2年目の10月に体長200mm程度の茎伸長期のホンダワラとなったので種苗として藻場7に移植した。海藻保持器具15の間隔は1mとし、10cm間隔で1m当たり10本のホンダワラを付着させて外洋での栽培を始めた。
(Cultivation of Honda Walla)
In April, Honda's male and female genital beds were taken out and fertilized. 0.25-0.3 mm embryos were grown in a water tank. The breeding was carried out with light agitation from the bottom of a transparent aquarium, sending air, and agitating the air while moving to a large aquarium with the growth of Honda Walla. From 4 to 6 months after fertilization, the young embryo became a juvenile with a length of 0.5 to 15 mm. In October of the second year, one and a half years after fertilization, it became a Honda Walla at a stem elongation period of about 200 mm in length. The interval between the seaweed holding devices 15 was 1 m, and 10 honda straw per 1 m was attached at an interval of 10 cm to start cultivation in the open ocean.

冬季は海藻保持器具15を水深10mに沈めて育成した。早春から夏にかけては、海が穏かなときは海藻保持器具15を水深4mに保持し、気胞6を付けて自己浮遊性となったホンダワラの上部の葉5が海面で漂い、太陽の光を充分に受けるようにした。ホンダワラは急速に生長し、2〜4mに成長した。   In winter, the seaweed holding device 15 was submerged to a depth of 10 m and grown. From early spring to summer, when the sea is calm, the seaweed retainer 15 is kept at a depth of 4 m, and the leaves 5 of the upper part of Honda Walla, which is self-floating with air bubbles 6 drifts on the surface of the sea, and the sunlight is sufficient I tried to receive it. Honda Walla grew rapidly and grew to 2-4 m.

(ホンダワラの収穫)
3年目の5月に、小型カッター艇32によってを海藻保持器具15からホンダワラの主枝4を付着器2と茎と3を残して刈り取った。
中型作業船31によって、刈り取られて海上に浮遊するホンダワラを海水と共に吸入し濾しとって収穫した。
これによって、1m当たり年間6.5kgの収穫があり、10個の藻場セット(藻場全体)で6,500万トン(乾燥重量換算)のホンダワラを収穫した。
(Honda Walla harvest)
In May of the third year, a small cutter boat 32 was used to cut the main branch 4 of the seaweed from the seaweed holding device 15, leaving the applicator 2, stem and 3.
The medium-sized workboat 31 harvested the Honda Walla that had been cut and floated on the sea with seawater and filtered.
As a result, 6.5 kg per year was harvested per 1 m 2 , and 65 million tons (converted to dry weight) of Honda Walla were harvested with 10 sets of seaweed beds (whole seaweed beds).

(B)エタノール製造
以下に、図3のフローチャートに従って収穫した海藻からエタノール製造段階を説明する。
(第1工程)前処理
収穫した海藻を、水洗して付着する成分を除去し、微破砕機で、50〜90℃に加熱しながら粉砕し、少量の水酸化ナトリウムを加えて原料を製造した。流木等の木質系の浮遊物や、使用済の海藻保持器具15なども粉砕して粉末にして原料に加えて使用した。
(B) Ethanol Production Hereinafter, the steps for producing ethanol from seaweed harvested according to the flowchart of FIG. 3 will be described.
(First step) Pretreatment The harvested seaweed was washed with water to remove the adhering components, and pulverized with a fine crusher while heating to 50 to 90 ° C, and a small amount of sodium hydroxide was added to produce a raw material. . Woody floats such as driftwood, used seaweed holding device 15 and the like were also pulverized into powder and used in addition to the raw materials.

(第2工程)蒸煮・爆砕工程
図4に蒸煮・爆砕装置40を示す。
原料を原料供給部41に於いてプレヒーティング手段45から蒸気を供給して予熱した後、圧入口44から圧力釜43へ供給し、落下中に上部の前処理部48に於いて130〜230℃の水蒸気46で処理された後に下部の亜臨界水49へ加えられ、130〜230℃で、この反応温度に於いて亜臨界水49が沸騰しない程度の加圧下で5分間蒸煮した。
蒸煮した原料を断熱膨張ノズル50から断熱膨張部54へ噴出することによって急激に大気圧に減圧して爆砕した。生成したスラリーはスクリュープレスによって可溶部と不溶部に分離した。常圧蒸気を凝縮した液と可溶部とは、本実施例では有用物や糖質の回収を行わずに第10工程へ送って廃液処理した。
(2nd process) Steaming / explosion process The steaming / explosion apparatus 40 is shown in FIG.
The raw material is preheated by supplying steam from the preheating means 45 in the raw material supply unit 41, and then supplied from the pressure inlet 44 to the pressure cooker 43, and 130-230 in the upper pretreatment unit 48 during the fall. After being treated with steam 46 at 0 ° C., it was added to the lower subcritical water 49 and steamed at 130-230 ° C. for 5 minutes under such a pressure that the subcritical water 49 would not boil at this reaction temperature.
The steamed raw material was explosively depressurized to atmospheric pressure by ejecting it from the adiabatic expansion nozzle 50 to the adiabatic expansion part 54. The produced slurry was separated into a soluble part and an insoluble part by a screw press. In this example, the liquid obtained by condensing the normal-pressure vapor and the soluble part were sent to the 10th step for waste liquid treatment without collecting useful substances and carbohydrates.

(第3工程)精製工程
第2工程で得た不溶部をエタノールで数回洗い、洗液は合わせて濃縮して、脂肪分とエタノールとを回収した。不溶部をオゾン含有水で処理して、リグニンを含む着色物質を分解してセルロース画分を得た。この工程の排出液は、第11工程へ送った。
(Third step) Purification step The insoluble part obtained in the second step was washed several times with ethanol, and the washings were combined and concentrated to recover fat and ethanol. The insoluble part was treated with ozone-containing water to decompose the colored substance containing lignin to obtain a cellulose fraction. The effluent from this step was sent to the eleventh step.

(第4工程)加水分解工程
第3工程で得たセルロース画分を、再度第2工程で用いた蒸煮・爆砕装置で、但し加水分解を230〜280℃で5分間行ってグルコース溶液を得た。
(第5工程)エタノール醗酵工程
グルコース溶液を生存非依存性としたエタノール醗酵菌(RITE菌)を加えたカラムに通してエタノール醗酵を行った。
(Fourth Step) Hydrolysis Step The cellulose fraction obtained in the third step was again used in the steaming / explosion apparatus used in the second step, except that hydrolysis was performed at 230 to 280 ° C. for 5 minutes to obtain a glucose solution. .
(5th process) Ethanol fermentation process The ethanol fermentation was performed through the column which added the ethanol fermentation microbe (RITE microbe) which made the glucose solution the living independence.

(第6工程)エタノール濃縮工程
ゲート膜の原理を応用したエタノール濃縮法によって60〜90%エタノールを得ることが出来た。
(第7工程)エタノール乾燥工程
ゼオライトのカラムにエタノールを通過させて水分を吸着させて99.5%のエタノールを得た。
6,500万トンのホンダワラ(乾燥重量)から、約2,000万m(20,000,000キロリットル)のエタノールが製造された。
(6th process) Ethanol concentration process 60-90% ethanol was able to be obtained by the ethanol concentration method which applied the principle of the gate membrane.
(Seventh Step) Ethanol Drying Step Ethanol was passed through a zeolite column to adsorb moisture to obtain 99.5% ethanol.
About 65 million tons of Honda Walla (dry weight) produced about 20 million m 2 (20,000,000 kiloliters) of ethanol.

(第8工程)有用物質回収、醗酵阻害物質除去、不要物質除去、糖質回収工程及び(第9工程)糖加水分解
この2工程は行わず、全ての排出液を廃液処理工程(第10工程)へ送った。
(Eighth Step) Useful Substance Recovery, Fermentation Inhibitory Substance Removal, Unnecessary Substance Removal, Carbohydrate Recovery Step and (Ninth Step) Sugar Hydrolysis )

(第10工程)廃水処理工程
第2、4、6工程の排出液を合わせて膜濾過法によって濃縮してバイオマスを回収した。回収率は65%であった。これを廃液回収ボイラーで燃焼させて、抽気背圧タービン発電機を用いて発電した。
上記実施例に基づく物質及びエネルギーバランスの計算例を示す。
(Tenth step) The wastewater treatment steps 2, 4, and 6 were combined and concentrated by membrane filtration to recover biomass. The recovery rate was 65%. This was burned with a waste liquid recovery boiler, and power was generated using a bleed back pressure turbine generator.
The calculation example of the substance and energy balance based on the said Example is shown.

(バランス計算例)
1)ホンダワラの収量
作付面積: 10,000km
単位面積あたり収穫量: 6.5kg/m
総収穫量: 6,500万トン
(Example of balance calculation)
1) Yield of Honda Wallet Planting area: 10,000 km 2
Yield per unit area: 6.5 kg / m 2
Total yield: 65 million tons

2)エタノール生産量
炭水化物含量: 88%
エタノール収量推定値: 289kg/トン*1)÷0.79(比重)
=0.365キロリットル/トン・ホンダワラ
エタノール年間生産量: 6,500×0.88×0.365
=2,078万キロリットル
*1) 出典: 産業技術総合研究所 中国センター バイオマス研究センター資料 2010年時点の予想置
2) Ethanol production Carbohydrate content: 88%
Estimated ethanol yield: 289 kg / ton * 1) ÷ 0.79 (specific gravity)
= 0.365 kiloliters / ton Honda Walla ethanol annual production: 6,500 x 0.88 x 0.365
= 20.78 million kiloliters * 1) Source: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology China Center Biomass Research Center data

3)廃液回収(概算)
設定条件:バイオマス回収率 65%
ボイラー効率 0.7
発電機効率 0.35
炭化水素燃焼熱 4020Kcal
分子量:炭水化物/エタノール=180/(46×2)
=2
バイオマス回収量
(6,500×0.88−2、000×0.79×2)×0.65
=1,660万トン
廃液回収ボイラー熱量
1,660×4020×0.7×(1,000/860)
=5430万MWh
発電機出力
(5430×0.34)/(365日×24時間)
=2,100MW
3) Waste liquid recovery (approximate)
Setting conditions: Biomass recovery rate 65%
Boiler efficiency 0.7
Generator efficiency 0.35
Hydrocarbon combustion heat 4020Kcal
Molecular weight: Carbohydrate / ethanol = 180 / (46 × 2)
= 2
Biomass recovery amount
(6,500 x 0.88-2, 000 x 0.79 x 2) x 0.65
= 16.6 million tons Waste heat recovery boiler calorific value
1,660 × 4020 × 0.7 × (1,000 / 860)
= 54.3 million MWh
Generator output
(5430 × 0.34) / (365 days × 24 hours)
= 2,100 MW

廃液回収による発電量は、藻場およびエタノール製造工場の使用電力を大幅に上回っており、外部に売電することが出来る。
概算による経費バランスから見ると、本発明の海藻からエタノールを製造する方法は、実施例に記載したエタノールの製造方法のみで経済的に成立すると推定された。更に回収糖質の利用による収率向上や、有用物質の回収や,廃液回収発電の売電等を実施すれば、十分な利益が得られるものと推定される。
The amount of power generated by waste liquid recovery is much higher than the power consumed by the seaweed beds and ethanol production factories, and can be sold to the outside.
In view of the estimated cost balance, it was estimated that the method for producing ethanol from the seaweed of the present invention was economically established only by the method for producing ethanol described in the Examples. Furthermore, it is estimated that sufficient profits can be obtained if the yield is improved by using the recovered carbohydrate, the recovery of useful substances, the sale of power from the waste liquid recovery power generation, and the like.

ホンダワラの模式図である。It is a schematic diagram of Honda Walla. 海藻からエタノールを製造するシステムの藻場の形態を説明する模式図である。(2A)は藻場を、(2B)は藻場セットを、(2C)は藻場ユニットを、(2D)は(2C)のa−a断面図を示す。It is a schematic diagram explaining the form of the seaweed bed of the system which manufactures ethanol from seaweed. (2A) shows the algae field, (2B) shows the algae field set, (2C) shows the algae field unit, and (2D) shows the aa sectional view of (2C). エタノールを製造する工程の概略を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline of the process of manufacturing ethanol. 蒸煮・爆碎装置の断面を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the cross section of a steaming and detonation apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 海藻
2 付着器
3 茎
4 主枝
5 葉
6 気胞
7 藻場
8 藻場セット
9 藻場ユニット
11 アンカー
12 浮力体
13 係留索
14 ネット
15 海藻保持器具
16 浮力調節装置
17 海底
18 海面
21 小水路
22 中水路
23 大水路
24 航路
25 漁場
26 管理センター
27 海洋衛星システム
28 管理拠点
29 エタノール製造設備
30 海藻運搬タンカー
31 中型作業船
32 小型高速海藻カッター艇
40 蒸煮・爆碎装置
41 原料供給部
42 蒸煮部
43 圧力釜
44 圧入口
45 プレヒーティング手段
46 高温高圧水蒸気
47 配管
48 前処理部
49 亜臨界水
50 断熱膨張ノズル
51 常圧蒸気出口
52 可溶部
53 固体−液体分離装置
54 断熱膨張部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Seaweed 2 Adhering device 3 Stem 4 Main branch 5 Leaf 6 Air vesicle 7 Algae field 8 Algae field set 9 Algae field unit 11 Anchor 12 Buoyant body 13 Mooring line 14 Net 15 Seaweed holding device 16 Buoyancy control device 17 Sea bottom 18 Sea surface 21 Small waterway 22 Middle Waterway 23 Large Waterway 24 Route 25 Fishing Ground 26 Management Center 27 Marine Satellite System 28 Management Base 29 Ethanol Production Equipment 30 Seaweed Transport Tanker 31 Medium Work Ship 32 Small High-Speed Seaweed Cutter Boat 40 Steaming / Detonation Equipment 41 Raw Material Supply Section 42 Steaming Part 43 pressure kettle 44 pressure inlet 45 preheating means 46 high-temperature high-pressure steam 47 piping 48 pretreatment part 49 subcritical water 50 adiabatic expansion nozzle 51 atmospheric pressure steam outlet 52 soluble part 53 solid-liquid separator 54 adiabatic expansion part

Claims (9)

セルロースを含有する植物を収穫して粉砕する前処理段階と、粉砕された植物を水に懸濁し、沸騰を回避しながら高温高圧下で加熱しその後前記高温高圧の懸濁液を大気圧に放出してセルロースを主成分とする不溶部を得る蒸煮・爆砕段階と、前記不溶部を精製してセルロース画分を採取する精製段階と、前記セルロース画分を水に懸濁し、沸騰を回避しながら高温高圧下で加熱しその後前記高温高圧の懸濁液を大気圧に放出してグルコース溶液を製造する加水分解段階と、前記グルコース溶液をエタノール醗酵させるエタノール醗酵段階と、前記エタノール醗酵液から含水エタノールを採取するエタノール濃縮段階と、前記含水エタノールから水分を除去して乾燥エタノールを製造するエタノール乾燥段階と、
からなることを特徴とするエタノール製造方法。
A pretreatment stage for harvesting and pulverizing plants containing cellulose, suspending the pulverized plants in water, heating under high temperature and high pressure while avoiding boiling, and then releasing the high temperature and high pressure suspension to atmospheric pressure Then, a steaming / explosion stage for obtaining an insoluble part mainly composed of cellulose, a purification stage for purifying the insoluble part and collecting a cellulose fraction, and suspending the cellulose fraction in water while avoiding boiling A hydrolysis step for producing a glucose solution by heating under high temperature and high pressure and then releasing the high temperature and high pressure suspension to atmospheric pressure, an ethanol fermentation step for ethanol fermentation of the glucose solution, and hydrous ethanol from the ethanol fermentation solution An ethanol concentration step of collecting the ethanol, and an ethanol drying step of producing dry ethanol by removing water from the water-containing ethanol,
An ethanol production method comprising:
前記植物は成長期に気胞をつけて自己浮遊性となる海藻であって、前記植物の収穫は前記海藻の付着器を前記海藻保持器具に保持させ、この保持状態で成熟させる栽培段階と、前記海藻が成熟した後に、前記海藻保持器具から前記付着器と茎を残して刈り取って海藻の主枝を収穫する収穫段階とによってなされることを特徴とする請求項1に記載のエタノール製造方法。   The plant is a seaweed that becomes self-floating by attaching air vesicles during the growth period, and the harvesting of the plant is performed by causing the seaweed attachment device to be held in the seaweed holding device and maturing in this holding state, 2. The method for producing ethanol according to claim 1, wherein after the seaweed has matured, the harvesting step is carried out by harvesting the main branch of the seaweed by cutting off the attachment device and the stem from the seaweed holding device. 前記海藻がヒバマタ目ホンダワラ科の海藻であることを特徴とする請求項2に記載のエタノール製造方法。   The method for producing ethanol according to claim 2, wherein the seaweed is a seaweed belonging to the order of the scorpionidae. 前記精製段階が、前記不溶部をオゾンで処理してセルロース画分を精製する段階を含むことを特徴とする請求項1に記載のエタノール製造方法。   The method for producing ethanol according to claim 1, wherein the purification step includes a step of purifying the cellulose fraction by treating the insoluble part with ozone. 前記不溶部から可溶部を分離した後、前記可溶部から有用物質を回収する有用物質回収工程、前記可溶部から醗酵阻害物質を除去する阻害物質除去工程、前記可溶部から不要物質を除去する不要物質除去工程、前記可溶部から糖質を回収する糖質回収工程、の中の何れか少なくとも1工程を行う事を特徴とする請求項1に記載のエタノール製造方法。   After separating the soluble part from the insoluble part, the useful substance recovery step of recovering the useful substance from the soluble part, the inhibitory substance removing step of removing the fermentation inhibitor from the soluble part, the unnecessary substance from the soluble part The method for producing ethanol according to claim 1, wherein at least one of an unnecessary substance removing step of removing saccharide and a saccharide collecting step of collecting saccharide from the soluble part is performed. 前記有用物質が、重金属、天然ウラン、アルギン酸、フコダイン、植物蛋白質、脂肪の中から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項5に記載のエタノール製造方法。   6. The method for producing ethanol according to claim 5, wherein the useful substance is one or more selected from heavy metals, natural uranium, alginic acid, fucodyne, plant protein, and fat. 収穫したセルロースを含有する植物を粉砕する前処理手段と、粉砕された植物を水に懸濁し、沸騰を回避しながら高温高圧下で加熱しその後前記高温高圧の懸濁液を大気圧に放出してセルロースを主成分とする不溶部を得る蒸煮・爆砕手段と、前記不溶部を精製してセルロース画分を採取する精製手段と、前記セルロース画分を加水分解してグルコース溶液を製造する加水分解手段と、前記グルコース溶液をエタノール醗酵させるエタノール醗酵手段と、前記エタノール醗酵液を濃縮して含水エタノールを採取するエタノール濃縮手段と、前記含水エタノールから水分を除去して乾燥エタノールを製造するエタノール乾燥手段と、を備えることを特徴とするエタノール製造装置。   Pretreatment means for pulverizing the plant containing the harvested cellulose, suspending the pulverized plant in water, heating under high temperature and high pressure while avoiding boiling, and then releasing the high temperature and high pressure suspension to atmospheric pressure Cooking / explosion means for obtaining an insoluble part mainly composed of cellulose, purification means for purifying the insoluble part and collecting a cellulose fraction, and hydrolysis for producing a glucose solution by hydrolyzing the cellulose fraction Means, ethanol fermentation means for subjecting the glucose solution to ethanol fermentation, ethanol concentration means for concentrating the ethanol fermentation liquid to collect hydrous ethanol, and ethanol drying means for removing water from the hydrous ethanol to produce dry ethanol An ethanol production apparatus comprising: 前記精製手段が、前記不溶部をオゾン処理してセルロース画分を精製する精製段階であることを特徴とする請求項7に記載のエタノール製造装置。   The ethanol production apparatus according to claim 7, wherein the purification means is a purification stage in which the cellulose fraction is purified by ozone treatment of the insoluble part. 前記セルロースを含有する植物は海藻養殖装置によって収穫される海藻であり、
当該海藻養殖装置は、前記海藻の付着器を保持するロープ状の海藻保持器具とこの海藻保持器具を浮沈させる浮力調節装置とを備えたネットが、海底に設置されたアンカーと浮力体とを連結する係留索に海面下で略水平に係着された藻場ユニットと、前記藻場ユニットの複数が所定間隔で整列して集合した藻場セットと、前記藻場セットが所定間隔を開けて複数個設置された藻場とを備えることを特徴とする請求項7に記載のエタノール製造装置。
The plant containing cellulose is a seaweed harvested by a seaweed culture device,
The seaweed aquaculture device has a net including a rope-like seaweed holding device for holding the seaweed attachment device and a buoyancy adjusting device for floating and sinking the seaweed holding device, and connects an anchor and a buoyant body installed on the seabed. A seaweed bed unit anchored substantially horizontally below the surface of the mooring line, a seaweed bed set in which a plurality of the seaweed bed units are aligned and gathered at predetermined intervals, and a plurality of the seaweed bed sets at predetermined intervals. The ethanol production apparatus according to claim 7, further comprising a seaweed bed installed individually.
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