JP4524351B2 - バイオマス原料を用いた有機原料の製造システム及び方法 - Google Patents
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Description
また、糖を出発原料として、化学工業原料生産(例えば乳酸発酵等)も考えられる。
ここで、バイオマスとは、地球生物圏の物質循環系に組み込まれた生物体又は生物体から派生する有機物の集積をいう(JIS K 3600 1258参照)。
図1に示すように、本実施例に係るバイオマス原料を用いたアルコール製造システム10−1は、バイオマス原料11を例えば粉砕処理する前処理装置12と、前処理したバイオマス原料(本実施例では、例えば麦わら等)であるバイオマス粉砕物13を加圧熱水15と対向接触させつつ水熱分解し、加圧熱水15中にリグニン成分及びヘミセルロース成分を移行し、バイオマス固体中からリグニン成分及びヘミセルロース成分を分離してなる水熱分解装置14と、前記水熱分解装置14から排出されるバイオマス固形分17中のセルロースを酵素処理して6炭糖を含む糖液に酵素(セルラーゼ)18で酵素分解する第1の酵素分解装置19−1と、第1の酵素分解装置19−1で得られた第1の糖液(6炭糖液)20−1を用いて、発酵処理によりアルコール類(本実施の形態ではエタノール)を製造する第1のアルコール発酵装置21−1と、第1のアルコール発酵液22−1を精製して目的生成物のエタノール23と残渣24とに分離処理する第1の精製装置25−1とを具備するものである。また、水熱分解装置14からはリグニン成分及びヘミセルロース成分が移行された加圧熱水を熱水排出液16として排出するようにしている。
本実施例では、前処理装置12として、粉砕装置を例示するが、本発明はこれに限定されるものではなく、前処理装置12として例えば洗浄装置等を用いることができる。
なお、バイオマス原料11として、例えば籾殻等の場合には、前処理装置を用いる粉砕は不要となり、そのまま水熱分解装置14に供給することができるものとなる。
これは、180℃未満の低温では、水熱分解速度が小さく、長い分解時間が必要となり、装置の大型化につながり、好ましくないからである。一方240℃を超える温度では、分解速度が過大となり、セルロース成分が固体から液体側へ移行するのを増大すると共に、ヘミセルロース系糖類の過分解が促進され、好ましくないからである。
また、ヘミセルロース成分は約140℃付近から、セルロースは約230℃付近から、リグニン成分は140℃付近から溶解するが、セルロースを固形分側に残し、且つヘミセルロース成分及びリグニン成分が十分な分解速度を持つ180℃〜240℃の範囲とするのがよい。
また、反応時間は20分以下、3分〜15分とするのが好ましい。これはあまり長く反応を行うと過分解物の割合が増大し、好ましくないからである。
ここで、供給するバイオマス原料と加圧熱水との重量比は、装置構成により適宜異なるが、例えば1:1〜1:10、より好ましくは1:1〜1:5とするのが好ましい。
そして、6炭糖に応じた発酵(最終製品に応じた発酵:本実施例では第1のアルコール発酵装置21−1を用いてエタノール23を発酵により求め、第1のアルコール発酵液22−1を精製する)プロセスを構築することができる。
さらに、対向接触させることで、熱回収ができシステム効率から好ましいものとなる。
図2に示すように、本実施例に係るバイオマス原料を用いたアルコールの製造システム10−2は、図1に示すシステム10−1において、水熱分解装置14から排出される熱水排出液16中に移行されたヘミセルロース成分を酵素処理して5炭糖を含む糖液20−2に酵素分解する第2の酵素分解装置19−2を設けてなるものである。
なお、酵素分解装置、アルコール発酵装置、精製装置は、それぞれ別途2機(第1の酵素分解装置19−1、第2の酵素分解装置19−2、第1のアルコール発酵装置21−1、第2のアルコール発酵装置21−2、第1の精製装置25−1、第2の精製装置25−2)設置している。そして、第1の糖液(6炭糖)20−1、第2の糖液(5炭糖)20−2に応じた酵素分解工程、アルコール発酵工程及び精製工程を行うようにして、エタノール23を得るようにしている。
そして、6炭糖、5炭糖の各々に適した酵母等を用いることでエタノールを効率的に個別に発酵により求めることができるものとなる。
12 前処理装置
13 バイオマス粉砕物
14 水熱分解装置
15 加圧熱水
16 熱水排出液
17 バイオマス固形分
18 酵素
19−1 第1の酵素分解装置
19−2 第2の酵素分解装置
20−1 第1の糖液(6炭糖)
20−2 第2の糖液(5炭糖)
21 発酵装置
22 アルコール発酵液
23 エタノール
24 残渣
25 精製装置
Claims (4)
- バイオマス原料を加圧熱水と対向接触させつつ水熱分解し、加圧熱水中にリグニン成分及びヘミセルロース成分を移行し、バイオマス固体中からリグニン成分及びヘミセルロース成分を分離してなる水熱分解装置と、
前記水熱分解装置から排出されるバイオマス固形分中のセルロースを酵素処理して6炭糖を含む糖液に酵素分解する第1の酵素分解装置と、
第1の酵素分解装置で得られた糖液を用いて、発酵処理によりアルコール類、石油代替品類又はアミノ酸類のいずれか一つを製造する発酵装置とを具備してなり、
前記水熱分解装置の反応温度が180〜240℃であると共に、加圧熱水の状態であることを特徴とするバイオマス原料を用いた有機原料の製造システム。 - 請求項1において、
熱水排出液中のヘミセルロース成分を酵素処理して5炭糖を含む糖液に酵素分解する第2の酵素分解装置と、
第2の酵素分解装置で得られた糖液を用いて、発酵処理によりアルコール類、石油代替品類又はアミノ酸類のいずれか一つを製造する発酵装置とを具備することを特徴とするバイオマス原料を用いた有機原料の製造システム。 - バイオマス原料を加圧熱水と対向接触させつつ水熱分解し、加圧熱水中にリグニン成分及びヘミセルロース成分を移行し、バイオマス固体中からリグニン成分及びヘミセルロース成分を分離してなる水熱分解工程と、
前記水熱分解装置から排出されるバイオマス固形分中のセルロースを酵素処理して6炭糖を含む糖液に酵素分解する第1の酵素分解工程と、
第1の酵素分解工程で得られた糖液を用いて、発酵処理によりアルコール類、石油代替品類又はアミノ酸類のいずれか一つを製造する発酵工程とを具備し、
前記水熱分解装置の反応温度が180〜240℃であると共に、加圧熱水の状態であることを特徴とするバイオマス原料を用いた有機原料の製造方法。 - 請求項3において、
熱水排出液中のヘミセルロース成分を酵素処理して5炭糖を含む糖液に酵素分解する第2の酵素分解工程と、
第2の酵素分解工程で得られた糖液を用いて、発酵処理によりアルコール類、石油代替品類又はアミノ酸類のいずれか一つを製造する発酵工程とを具備することを特徴とするバイオマス原料を用いた有機原料の製造方法。
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