JP2004201599A - 廃建材からの糖の製造システムおよび製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】廃建材を原料とし、酸加水分解を効率的に行い、糖を収率良く製造するための製造システム、該製造システムを用いる糖の製造方法、および該製造システムを用いて得られた糖から発酵によりアルコールまたは有機酸を製造する方法を提供すること。
【解決手段】廃建材を原料として糖を製造する製造システムであって、廃建材を加水分解する加水分解装置と、前記加水分解装置に酸液を導入するための酸液ポンプと、前記加水分解装置から導出される加水分解懸濁液を貯蔵するための加水分解液タンクと、前記加水分解液タンク内の加水分解懸濁液のｐＨを測定するためのｐＨセンサーとを備えることを特徴とする糖の製造システム。前記製造システムを用いることを特徴とする廃建材を原料とする糖の製造方法。前記糖の製造システムを用いて得られた糖を、発酵させてアルコールまたは有機酸を製造することを特徴とするアルコール又は有機酸の製造方法。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃建材を原料とする糖の製造システムおよび該製造システムを用いる糖の製造方法に関するものである。また、該製造システムを用いて製造した糖を原料とするアルコールまたは有機酸の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球温暖化対策や、廃棄物の有効利用の観点から、植物資源を原料とするバイオマスの利用が注目されている。特に、次世代自動車燃料としても注目されるエタノールをバイオマスから製造する技術に注目が集まっている。
収集したバイオマス原料を、加水分解等の糖化により糖類に分解した後、微生物による発酵によりエタノールに変換して、エネルギーや化学原料として利用する研究が進められている。
【０００３】
一般に、バイオマスからエタノール等を製造するための原料としては、サトウキビ等の糖質、トウモロコシ等のデンプン質が多く用いられている。その他にも、バガスや稲わらのような草木系バイオマス、木材チップ等の木質系バイオマス等のセルロース系資源も原料として用いられている。
【０００４】
上述のようなバイオマスの中で、サトウキビ等の糖質、トウモロコシ等のデンプン質は、本来の用途は食用資源である。これらの食用資源を長期的、安定的に工業用利用資源とすることは、今後生じる人口増加問題と拮抗するため好ましくない。従って、将来的に有用な資源と考えられるのは、草木系バイオマスや木質系バイオマスのようなセルロース系資源である（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００５】
木質系バイオマスを用いて硫酸等の酸で加水分解し、糖からエタノール等の発酵製品を製造することは従来行われている。木材もこれに含まれるが、加工されていない木材チップが主な対象であった。
しかしながら、木質系バイオマスには相当量の加工された木材が含まれているにもかかわらず、これらの加工木材はエタノール等の製造における原料としては有効に活用されていない。
また、一般にバイオマスからエタノール等を製造する場合、原料の収集が困難であるという問題点もある。
【０００６】
上記のような問題点から、エタノール等製造の原料として、加工された木材を多く含む廃建材を用いることが有望であると考えられる。
現在、日本では年間約２４００万トンの木質建材が生産されている。これらの木質建材は、建築や、家具等への加工に使用される際、全てが有効に使用されるわけではなく、端材等が大量に廃棄されている。また、建築物取り壊し後の建材や、使用後の家具等は有効利用されることなく、廃棄されることが多い。
このような廃建材は、大量に排出され、収集が容易であり、また資源の再利用という観点からもバイオマス資源として非常に有望である。
【０００７】
木質建材の生産量を見ると、合板、パーティクルボード、ファイバーボードなど加工木材の割合は５０％程度に達している。廃建材をエタノール等製造の原料として用いる場合、これら加工木材に含まれるセルロース分を酸加水分解することにより糖を得る工程を効率的に行う必要がある。
【０００８】
【非特許文献１】
越島著、「セルロース資源」、学会出版センター、１９９１年
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、廃建材、特に加工木材を原料として用いた場合、加工されていない木材チップ等を原料とする場合に比べて、酸加水分解による糖化工程での糖の収率が低下するという問題があった。
【００１０】
従って、本発明は、廃建材を原料とし、酸加水分解を効率的に行い、糖を収率良く製造するための製造システム、該製造システムを用いる糖の製造方法、および該製造システムを用いて得られた糖から発酵によりアルコールまたは有機酸を製造する方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく、酸加水分解工程における反応液のｐＨに着目し、以下の検討を行った。
加水分解率はｐＨに依存するが、廃建材、特に加工木材には、接着剤、塗料等の不純物が含まれているため、これらの不純物が加水分解反応において酸と反応することにより、ｐＨの上昇を引き起こし加水分解反応を抑制していることが推定された。
そこで、不純物によるｐＨの上昇を予測して使用する酸を増量することも検討したが、酸を過剰に使用すると生成した糖の過分解が起こり、かえって糖の収率は低下してしまうことがわかった。
特に、廃建材原料中の加工木材の比率は不明であることが多く、原料の廃建材中に含有される不純物量をもとに、使用する酸の量を適切に決定することは非常に困難である。
そこで、さらに検討を重ねた結果、加水分解装置から導出される加水分解懸濁液のｐＨを測定し、その測定値によって酸液を加水分解装置へ導入する量を調節することによって、前記課題を解決できることを見出し本発明を完成させた。
【００１２】
すなわち、本発明の第一の発明は、廃建材を原料として糖を製造する製造システムであって、廃建材を加水分解する加水分解装置と、前記加水分解装置に酸液を導入するための酸液ポンプと、前記加水分解装置から導出される加水分解懸濁液を貯蔵するための加水分解液タンクと、前記加水分解液タンク内の加水分解液のｐＨを測定するためのｐＨセンサーとを備えることを特徴とするアルコールまたは有機酸の製造システムである。
本発明の第２の発明は、前記製造システムを用いることを特徴とする廃建材を原料とする糖の製造方法である。
また、本発明の第３の発明は、前記糖の製造システムを用いて得られた糖を、発酵させてアルコールまたは有機酸を製造することを特徴とするアルコール又は有機酸の製造方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。なお、この実施形態は本発明の要旨を説明するためのものであり、特に断りのない限り本発明を限定するものではない。
【００１４】
図１は、本発明に係るアルコールまたは有機酸の製造システムの一実施形態を示した模式図である。図１に示すように、本発明の製造システム１は、廃建材を糖に加水分解するための加水分解装置１０と、酸液を加水分解装置１０に供給するための酸液ポンプ２０と、加水分解装置１０から導出される加水分解懸濁液を貯液するための加水分解液タンク１５と、加水分解液タンク１５内の液のｐＨを測定するためのｐＨセンサー３０とから概略構成されている。
【００１５】
加水分解装置１０には、原料となる廃建材を貯蔵し、加水分解装置１０に供給するための原料タンク１１が接続されている。また、酸液ポンプ２０に接続して、加水分解装置１０に供給する酸液を貯液するための酸液タンク１２が設けられている。
ｐＨセンサー３０と酸液ポンプ２０との間には、電気配線を介して酸液量制御装置３５が備えられている。
また、加水分解液タンク１５に接続して、加水分解懸濁液を固液分離するための濾過装置４０が設けられており、この濾過装置４０には、濾過装置４０から得られた濾液である糖液を貯蔵して次工程に供給するための糖液タンク４１と、濾過残渣を貯蔵するための濾過残渣タンク４２とがそれぞれ接続されている。
さらに、濾過残渣タンク４２には、濾過残渣供給量制御装置４３を介して、濾過残渣を加水分解装置１０に再供給するための濾過残渣供給装置４４が設けられている。また、濾過残渣供給量制御装置４３は、電気配線によりｐＨセンサー３０と接続されている。
【００１６】
原料タンク１１は、原料である廃建材を加水分解装置１０へ供給するためのタンクである。原料タンク１１に廃建材を配し、加水分解装置１０の反応器に導入する。
本明細書に記載する廃建材としては、廃棄木質建材、廃パレット、廃梱包材等が挙げられる。廃棄木質建材の例として、製品に加工される際に出る端材のように有効に活用されないまま廃棄処分とされる製品製造工程残材、建築物を解体した後に廃棄される解体家屋残材、家具等に使用された後ごみとして廃棄される一般ゴミ木質廃棄物等が挙げられる。
【００１７】
別の観点からは、廃棄木質建材としては、例えば、合板、集成材、製材品、ファイバーボード、パーティクルボード、薬品処理木材等が挙げられる。こららのうち、合板、ファイバーボード、パーティクルボードのような加工木材が特に好ましい。このうち、特に生産量が多いのは合板であり、合板の中でも生産量の多い規格は、タイプＩ及びタイプIIである。
ここで、合板のタイプＩ及びタイプIIとは、合板の接着層の耐水性によってされた分類である。タイプＩは、煮沸繰り返し試験又はスチーミング処理試験に合格したものである。煮沸繰り返し試験とは、試験片を沸騰水中に４時間浸漬した後、６０℃±３℃で２０時間乾燥し、さらに沸騰水中に４時間浸漬し、室温の水中で冷ました後、ぬれたままで行う接着力試験である。スチーミング処理試験とは、試験片を室温の水中に２時間浸漬した後、１２０℃±２℃で３時間水蒸気処理をし、これを室温の水中で冷ました後、ぬれたままの状態で行う接着力試験である。屋内で使用される構造用合板、コンクリート型枠用合板などにはタイプＩが要求される。
タイプIIは、温冷水浸漬試験に合格したものである。温冷水浸漬試験とは、試験片を６０±３℃の温水中に３時間浸漬した後、室温水中で冷まし、ぬれたままで行う接着力試験である。タイプIIの合板の使用場所は主に室内で、湿気が少し多い場所でもある程度使用に耐えるとされている。
本発明の製造方法においては、これらの木質建材を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１８】
本発明の製造方法に用いられる廃建材には、通常、接着剤、塗料、防腐剤等の不純物が含まれている。
接着剤としては、例えば、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ユリアメラミン共縮合樹脂等が挙げられる。木質建材のうち、例えば、合板には４〜１０％、パーティクルボードには６〜１２％の接着剤が含まれている。合板のうち、タイプＩにはユリアメラミン共縮合樹脂、フェノール樹脂等が、タイプIIにはユリア樹脂、メラミン樹脂等が主に用いられている。
塗料としては、例えば、ポリウレタン樹脂塗料、不飽和ポリエステル樹脂塗料、アクリル樹脂塗料、ボイル油等が挙げられる。
防腐剤としては、例えば、クレオソート油、フェノール類、ＣＣＡ（クロム、銅、ヒ素の略である）が挙げられる。このうち、ＣＣＡについては、近年使用制限が進んでいるが、微量に含まれている場合がある。
染色剤としては、直接染料、酸性染料等が挙げられる。
漂白剤としては、例えば、塩素系、過酸化物系、水素化化合物系、硫黄化合物形のものが挙げられる。
【００１９】
本発明の製造方法に用いられる廃建材は、加水分解装置１０での反応に適した状態にするべく前処理してから原料タンク１１へ配されることが好ましい。かかる前処理方法としては、例えば、粉砕、蒸煮、爆砕等物理的処理や、酸、アルカリ等の化学的処理が挙げられる。
【００２０】
酸液タンク１２は、加水分解装置１０へ供給する酸液を貯液するためのタンクである。酸液は酸液タンク１２に配され、酸液ポンプ２０を経て加水分解装置１０の反応器に導入される。加水分解反応に用いられる酸液としては、例えば、塩酸水溶液、硫酸水溶液等が挙げられ、特に硫酸水溶液が好ましく用いられる。
酸液ポンプ２０は、酸液タンク１２に貯液されている酸液を加水分解装置１０へ導入するためのポンプである。かかるポンプとしては、従来公知のものを用いることができ、例えば、ダイヤフラムポンプ、ペリスタポンプ等を用いることができる。
【００２１】
加水分解装置１０は、原料タンク１１から導入された原料の廃建材中のセルロース分を糖に加水分解するための装置である。
加水分解装置１０としては、従来公知の装置を用いることができ、例えば、連続式加水分解装置、バッチ式加水分解装置等を用いることができる。
本実施形態においては、加水分解装置１０として、連続式加水分解装置が採用されている。連続式加水分解装置とは、反応器を一定の反応条件に保ちつつ原料及び酸液を少量ずつ連続的に供給し、反応器内で加水分解反応を行いながら、一方で加水分解懸濁液を少量ずつ連続的に排出させる装置である。連続式加水分解装置を用いると、一定条件下で反応を行うことができるため、反応温度の昇温時間等による反応のばらつきを防ぐことができ、また、１つの反応容器で大量の原料を続けて処理することができるため、量産に好適であり、コストを削減することもできる。
【００２２】
加水分解液タンク１５は、加水分解装置１０から導出される加水分解懸濁液を貯液するためのタンクである。この加水分解液タンク１５内の液のｐＨを測定するために、ｐＨセンサー３０が設けられている。
また、ｐＨセンサー３０には、ｐＨ測定値を電気信号として受信する酸液量制御装置３５が接続されている。酸液量制御装置３５は、電気信号として受信したｐＨ測定値によって、加水分解装置１０に供給する酸液量を調整する機能を備えており、酸液供給量を酸液ポンプ２０へ電気信号として送信することができる。
【００２３】
濾過装置４０は、加水分解液タンク１５から導出された加水分解懸濁液を固液分離するための装置である。固液分離することにより、加水分解により生成した糖が含まれる糖溶液である濾液と、加水分解されていない未反応のセルロース分が含まれる固体である濾過残渣とに分離することができる。
濾過装置４０としては、例えば、自然濾過装置、吸引濾過装置、加圧濾過装置、遠心濾過装置等が挙げられ、いずれの装置を用いてもよい。
【００２４】
糖液タンク４１は、濾過装置４０に接続して設けられ、濾過装置４０により濾過を行い固液分離した後の濾液、すなわち、加水分解により生成した糖が含まれる糖液を貯蔵するためのタンクであり、さらに次の装置に糖液を供給するためのものである。ここで次の装置とは、糖液が、後述するようにアルコール又は有機酸を製造するための原料となる場合に、発酵によりアルコール又は有機酸を製造するための装置、又は発酵に適した状態にするべく前処理を行うための装置等を示している。
【００２５】
濾過残渣タンク４２は、濾過装置４０に接続して設けられ、濾過装置４０により濾過を行い固液分離した後の濾過残渣を貯蔵するためのタンクである。
この濾過残渣タンク４２には濾過残渣供給量制御装置４３が接続されている。濾過残渣供給量制御装置４３は、ｐＨセンサー３０に電気配線により接続されており、ｐＨ測定値を電気信号として受信して、その値によって調整した量の濾過残渣を濾過残渣供給装置４４へと供給する機能を備えている。ここで、濾過残渣供給装置４４へ供給された残りの濾過残渣は、例えば、埋め立てや焼却処理等の廃棄処理を行うことができる。
【００２６】
濾過残渣供給装置４４は、濾過残渣供給量制御装置４３により分配されて再供給用とされた濾過残渣、すなわち、加水分解されていない未反応のセルロース分が含まれる固体を加水分解装置１０に再供給するための装置である。
濾過残渣供給装置４４としては、固体成分を反応器に導入するために用いられる公知の装置を用いることができ、例えば、ベルトコンベアー、スクリューコンベアー等を用いることができる。濾過残渣供給装置４４を用いることにより、濾過残渣を連続的に加水分解装置１０に再供給することができる。
なお、濾過残渣供給装置４４に原料供給タンク１１を接続して、原料供給タンク１１から供給される原料と再供給される濾過残渣とを混合してから濾過残渣供給装置４４により加水分解装置１０に供給するように構成してもよい。
【００２７】
次に、本実施形態の糖の製造システム１を用いた糖の製造方法を説明する。
まず、廃建材原料を原料タンク１１に導入する。好ましくは、廃建材原料を、上述のように加水分解装置１０での反応に適した状態にするべく前処理した後、原料タンク１１に配する。そして、原料タンク１１より、セルロースを含む廃建材原料を加水分解装置１０に導入する。
一方、酸液タンク１２から酸液ポンプ２０を経て、酸液を加水分解装置１０に併せて供給し、廃建材原料の酸加水分解を行う。反応開始時に導入される酸液の濃度は、硫酸水溶液の場合、０．０５〜１０質量％、好ましくは０．５〜３質量％である。また、加水分解反応時の、酸液と廃建材原料との比率（質量比）は、硫酸水溶液：廃建材原料として表すと好ましくは１：１〜５：１、さらに好ましくは、１：１〜３：１である。反応温度は、好ましくは、１２０〜２２０℃、さらに好ましくは、１５０〜１８０℃である。圧力は、好ましくは、０．２〜２．５ＭＰａ、さらに０．５〜１．０ＭＰａであることが好ましい。また、反応時間は、５〜６０分、さらに１０〜３０分であることが好ましい。
【００２８】
次に、加水分解装置１０から加水分解液タンク１５へ、加水分解懸濁液の一部を導出する。そして、加水分解液タンク１５内の液のｐＨをｐＨセンサー３０によって測定し、該測定値を電気信号として酸液量制御装置３５に送信する。
ｐＨの測定は、本来、加水分解装置１０内の反応液に対して行うことが好ましいが、通常加水分解装置内は１００℃以上の高温であり、大気圧以上の圧力で反応を行うことが多いため、直接反応液のｐＨを測定することは困難である。従って、加水分解液を加水分解装置１０から加水分解液タンク１５へ導出し、該加水分解タンク１５内にてｐＨ測定を行うことが好適な方法である。
【００２９】
酸液量制御装置３５は、ｐＨ測定値を受信し、その測定値によって酸液ポンプ２０から加水分解装置１０へ導入する酸液量を決定し、該導入酸液量を電気信号として酸液ポンプ２０へ送信する。
加水分解装置１０内の反応液のｐＨは、０〜１．０であることが好ましい。ｐＨが０より小さいと、生成した糖の過分解が進行するため糖の収率が低下し、１．０より大きいと、十分に加水分解反応が進行しないためである。
【００３０】
上記のように、加水分解装置１０内の反応液のｐＨを所望の値の範囲に調整するために、酸液量制御装置３５は、加水分解液タンク１５内の液のｐＨが所定の上限値より大きい場合は導入酸液量を増量し、所定の下限値より小さい場合は導入酸液量を減量する指令を送信する。ｐＨの所定の上限値としては、２．０が好ましく、さらに１．０がより好ましい。所定の下限値としては、０が好ましく、さらに０．５がより好ましい。
具体的には、加水分解液タンク１５内の液のｐＨが１．０より大きい場合は、導入酸液量を、反応開始時に導入した酸液量（以下、標準酸液量という。）に対して１０〜１００質量％増量し、さらに、ｐＨが２．０より大きい場合は導入酸液量を標準酸液量に対して１００〜２００質量％増量することが好ましい。また、加水分解液タンク１５内の液のｐＨが０．５より小さい場合は導入酸液量を標準酸液量に対して１０〜３０質量％減量し、さらに、ｐＨが０より小さい場合は導入酸液量を標準酸液量に対して３０〜６０質量％減量することが好ましい。
このように、ｐＨ測定値によって供給する酸液の量を調整することにより、加水分解装置１０内の反応液のｐＨを所望の範囲に保つことができ、加水分解率が上昇し糖の収率を上昇させることができる。
【００３１】
次いで、加水分解液タンク１５から加水分解懸濁液を濾過装置４０へ導入する。この濾過装置４０を用いて、遠心濾過、加圧濾過等の方法により濾過して、加水分解懸濁液の固液を分離する。これにより得られた濾液、すなわち加水分解装置１０において生成した糖を含む糖液を糖液タンク４１へと導入する。この糖液は糖液タンク４１に貯蔵され、さらに、後述するようなアルコールまたは有機酸の製造のための装置へと供給される。
一方、濾過装置４０で得られた濾過残渣は濾過残渣タンク４２に導入される。さらに、濾過残渣は、濾過残渣タンク４２から濾過残渣供給量制御装置４３へと導出される。
【００３２】
濾過残渣供給量制御装置４３は、ｐＨセンサー３０におけるｐＨ測定値を電気信号として受信し、その値によって濾過残渣供給装置４４へ供給する濾過残渣量と、排出する濾過残渣量を調整して、濾過残渣を分配し、濾過残渣供給装置４４へ供給する。すなわち、加水分解液タンク１５内の液のｐＨが所望の値よりも大きい場合は、酸加水分解が十分に進行しておらず濾過残渣中に未反応のセルロース分が残存していると考えられるため、濾過残渣供給装置４４へ供給する濾過残渣を増量し、小さい場合は濾過残渣量を減量する。具体的には、加水分解液タンク１５内の液のｐＨが１．０より大きい場合は再供給する濾過残渣量を全濾過残渣に対して５０〜７０質量％とし、さらに、ｐＨが２．０より大きい場合は７０〜１００質量％とすることが好ましい。また、加水分解液タンク１５内の液のｐＨが０．５より小さい場合は再供給する濾過残渣量を全濾過残渣に対して０〜２０質量％とし、さらに、ｐＨが０より小さい場合は０質量％とすることが好ましい。
【００３３】
次いで、濾過残渣供給量制御装置４３から導入された濾過残渣を、濾過残渣供給装置４４を用いて、加水分解装置１０に再供給する。これにより、濾過残渣中に含まれる未反応のセルロース分を加水分解し、糖の収率を向上させることができる。
また、加水分解装置１０に再供給する濾過残渣は、新たに原料タンク１１から供給される未反応のセルロース分を含む新規の廃建材原料と共に加水分解装置１０に導入されることが好ましい。これは、新規のバイオマス原料と濾過残渣をより均一に混合することで装置内での反応のむらが少なくなるからである。濾過残渣のうち、濾過残渣供給装置４４に提供しない残りについては、廃棄処理してもよいし、燃焼させて燃料として使用することもできる。
【００３４】
以上のように、本実施形態の糖の製造システム１および該製造システムを用いる製造方法によると、加水分解装置１０から導出された加水分解懸濁液のｐＨを測定し、その値によって酸液ポンプ２０から加水分解装置１０へ供給する酸液の量を調整することにより、加水分解装置１０内の反応液のｐＨを所望の値の範囲に維持することができ、得られる糖の収率を向上させることができる。また、一定量の糖を得るために必要とする酸液の量を減量して低コストに製造を行うことができる。
また、本実施形態の糖の製造システム１および該製造システムを用いる製造方法によると、加水分解装置１０から導出された加水分解懸濁液のｐＨを測定し、その値によって濾過残渣供給装置４４から加水分解装置１０へ再供給する濾過残渣の量を調整するため、未反応のセルロース分が含まれる濾過残渣に対して効率的に再度反応を行うことができ、糖の収率が向上する。
【００３５】
なお、本実施形態では、ｐＨの測定値による酸液量または濾過残渣供給量の調整を酸液量制御装置３５または濾過残渣供給量制御装置４３を用いて行ったが、酸液量または濾過残渣供給量の調整は、これらの制御装置によらず手動で行ってもよい。
また、本実施形態では濾過残渣供給装置４４を設けたが、該濾過残渣供給装置は省略することができ、濾過残渣の全量を廃棄処理または燃料として使用することができる。
【００３６】
さらに、本実施形態では加水分解装置１０として連続式加水分解装置を採用したが、この他に、バッチ式加水分解装置を採用することもできる。バッチ式加水分解装置とは、１回の反応ごとに反応器内に原料となる廃建材と、必要な酸液とを導入した後加熱等を行って、反応器内に一定時間原料を滞留させることにより加水分解を行った後、加水分解懸濁液を反応器外へ導出させる装置である。
バッチ式加水分解装置を採用した場合も、加水分解液タンク１５に導出された液のｐＨを測定することにより、原料である廃建材の不純物の含量を推定して次のバッチに使用する酸液の量を決定することができるため、本発明の製造システムおよび製造方法を好適に用いることができる。
【００３７】
次に、本発明の第３の発明である、上述の糖の製造システムを用いて得られた糖を、発酵させてアルコールまたは有機酸を製造することを特徴とするアルコール又は有機酸の製造方法について説明する。
上述したような本発明の糖の製造システムを用いて得られた糖の溶液を、発酵工程により発酵させて、アルコール又は有機酸を製造する。
このとき、糖溶液を発酵工程に適した状態にするべく前処理するための発酵前処理工程を、発酵工程の前に設けてもよい。発酵前処理としては、例えば、ｐＨ調整、加熱処理、減圧処理等が挙げられる。
【００３８】
本発明のアルコール又は有機酸の製造方法において、発酵工程とは、発酵前処理工程で得られた単糖〜２糖程度までの糖が含まれる糖溶液から、微生物による発酵によってアルコールや有機酸を得る工程をいう。発酵に用いられる微生物としては、酵母や細菌が例として挙げられるが、遺伝子組み換え微生物も好ましく用いられる。遺伝子組み換え微生物とは、アルコール等への変換に必要な酵素遺伝子を有していない微生物に、遺伝子工学技術によりこれら遺伝子を導入し、アルコール等への発酵を可能にしたものである。この遺伝子組み換え微生物としては、例としてアルコール発酵性を有する遺伝子組み換え大腸菌等が挙げられる。
発酵工程において製造されたアルコール又は有機酸は、必要に応じて分離精製処理される。精製法としては、公知の方法、例えば、蒸留等を用いることができる。
【００３９】
本発明のアルコール又は有機酸の製造システム及び製造方法において、製造されるアルコールは、炭素数２〜４のアルコールであり、エタノール、ｉ−プロパノール、ｎ−ブタノール等が挙げられ、エタノールが最も好ましい。また、製造される有機酸としては、乳酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、クエン酸、リンゴ酸、フマール酸、コハク酸等が挙げられ、乳酸が最も好ましい。
【００４０】
【実施例】
以下本発明の実施例を説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
以下の試験例、実施例および比較例において、回収糖量とは、溶液中のグルコース、キシロース、アラビノース、ガラクトース、マンノースの合計量を示す。回収糖量は、液体クロマトグラフィーにおいて分離カラムとしてＢＩＯ−ＲＡＤ製ＨＰＸ−８７Ｐを用いて測定した。
［試験例］
（目的）
この試験は、各種建材を原料として酸加水分解を行った場合、使用する硫酸量および反応後のｐＨが、糖の収量に及ぼす影響を調べる目的で実施した。
（加水分解および糖収量の測定）
本試験例では、原料の建材として、桧、杉、栂、ラワン合板（タイプＩＩ）、パーティクルボードおよびＭＤＦ（中密度木材繊維集積板）の６種類を用いた。上記の各建材原料１５０ｇを、各種濃度の硫酸水溶液４５０ｇを用い、１５０℃で１０分間加水分解反応を行った。この加水分解反応液のｐＨを測定した。
得られた加水分解懸濁液をヌッチェにより濾過して、生成した糖を含む濾液を回収し、濾液中の回収糖量を測定した。
得られた結果を表１に示す。また、使用した硫酸量と回収糖量との関係を図２に、反応液のｐＨと回収糖量との関係を図３に示す。
【００４１】
【表１】

【００４２】
（結果および考察）
図２からわかるように、同じ温度および反応時間で酸加水分解を行った場合、原料とした木材の種類によって、最大の回収糖量を得るために必要な硫酸量が異なる。ラワン合板、パーティクルボード、およびＭＤＦのような加工木材においては、接着剤等の不純物が含まれているため、桧、杉、および栂の場合と比較して、最大の回収糖量を得るために必要な硫酸量が多くなることが明らかとなった。従って、原料としてこれらの木材の混合比率が不明である廃建材を用いる場合には、最大回収糖量を得るための硫酸量の設定が困難になると考えられる。
また、木材種にかかわらず、最大回収糖量が得られる量以上の硫酸を使用した場合、回収糖量が減少した。すなわち、使用する酸液の量を一定量以上にすると、生成した糖の過分解がおこるため、かえって糖の収率が低下することがわかった。
一方、図３からわかるように、使用する木材種にかかわらず、最大の回収糖量が得られた場合のｐＨは、一定範囲にあり、およそ０．５〜１．０の範囲内であった。従って、糖の収率を向上させるためには、反応液のｐＨを一定範囲内になるよう調整することが有効であると考えられる。
【００４３】
［実施例１］
（１）原料準備：
杉（１４００ｇ）、ラワン合板（３００ｇ）、パーティクルボード（３００ｇ）を混合した後、平均粒子径が１ｍｍになるように粉砕して廃建材原料（２０００ｇ）とした。これを切り出しホッパーに配し、切り出しホッパーの下部から加水分解反応の１バッチごとに、１００ｇずつを切り出して、加水分解反応の反応器内に投入した。
（２）加水分解（第１バッチ）：
１バッチ目の加水分解では、上記の廃建材原料１００ｇを、４ｇの濃硫酸（第１バッチで添加した濃硫酸量を以下標準酸量という。）、を添加した硫酸水溶液３００ｇ（１．３質量％）を用い、１５０℃で１０分間加水分解反応を行った。
（３）ｐＨおよび回収糖量の測定（第１バッチ）：
（２）で得られた反応液である加水分解懸濁液を反応器から排出し、ｐＨを測定した。また、得られた加水分解懸濁液をヌッチェにより濾過して、生成した糖を含む濾液を回収し、濾液中の回収糖量を測定した。
（４）第２〜第２０バッチ
各バッチの加水分解反応において使用する濃硫酸添加量を、前バッチで得られた加水分解懸濁液のｐＨの値によって以下のように定めた。
（ａ）ｐＨが０．７〜１．０の範囲である場合、前バッチと同量。
（ｂ）ｐＨが０．７より小さい場合、標準酸量に対して２０質量％減量。
（ｃ）ｐＨが１．０より大きい場合、標準酸量に対して２０〜５０％増量。
上記のように定めた硫酸量を使用して、（２）と同様に加水分解反応を行った後、（３）と同様に加水分解液のｐＨを測定し、さらに回収糖量を測定した。この操作を第２バッチから第２０バッチまで繰り返して行った。
第１〜第２０バッチの合計硫酸添加量は８４ｇで、合計糖収量は２６７ｇであった。
バッチごとの硫酸添加量、硫酸濃度、反応後のｐＨ、糖の収量、さらに第１〜第２０バッチの合計硫酸添加量、合計糖収量を表２に示す。
【００４４】
【表２】

【００４５】
［比較例１］
ｐＨ測定値に関わらず濃硫酸添加量を各バッチ４ｇ（硫酸濃度１．３質量％）に固定したこと以外は実施例１と同様にして、第１〜第２０バッチの加水分解反応を行った。第１〜第２０バッチの合計硫酸添加量は８０ｇで、合計糖収量は２１２ｇであった。
バッチごとの硫酸添加量、硫酸濃度、反応後のｐＨ、糖の収量、さらに第１〜第２０バッチの合計硫酸添加量、合計糖収量を表３に示す。
【００４６】
［比較例２］
ｐＨ測定値に関わらず濃硫酸添加量を各バッチ６ｇ（硫酸濃度２．０質量％）に固定したこと以外は実施例１と同様にして、第１〜第２０バッチの加水分解反応を行った。
第１〜第２０バッチの合計硫酸添加量は１２０ｇで、合計糖収量は２６４ｇであった。
バッチごとの硫酸添加量、硫酸濃度、反応後のｐＨ、糖の収量、さらに第１〜第２０バッチの合計硫酸添加量、合計糖収量を表３に示す。
【００４７】
【表３】

【００４８】
実施例１と比較例１を比較すると、ほぼ同量の硫酸を使用した場合、バッチごとにｐＨを測定し、各バッチの硫酸使用量を調整した実施例１の場合の方が、糖の収量が約２５％上昇した。
また、実施例１と比較例２を比較すると、ほぼ同量の糖収量を得るために使用する硫酸量は、約３０％削減できることがわかった。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の糖の製造システムおよび製造方法を用いると、廃建材を原料として、酸加水分解を効率的に行い、高収率で糖を製造することができる。また、この糖の製造システムを用いて製造された糖を原料とすることにより、効率的にアルコールまたは有機酸の製造を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる糖の製造システムの一例を表した模式図である。
【図２】試験例の各種木材の酸加水分解における硫酸量と回収糖量との関係を表すグラフである。
【図３】試験例の各種木材の酸加水分解における反応液のｐＨと回収糖量との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
１・・糖の製造システム、１０・・加水分解装置、１１・・原料タンク、１２・・酸液タンク、１５・・加水分解液タンク、２０・・酸液ポンプ、３０・・ｐＨセンサー、３５・・酸液量制御装置、４０・・濾過装置、４１・・糖液タンク、４２・・濾過残渣タンク、４３・・濾過残渣供給量制御装置、４４・・濾過残渣供給装置

Claims (6)

1. 廃建材を原料として糖を製造する製造システムであって、廃建材を加水分解する加水分解装置と、前記加水分解装置に酸液を導入するための酸液ポンプと、前記加水分解装置から導出される加水分解懸濁液を貯蔵するための加水分解液タンクと、前記加水分解液タンク内の加水分解懸濁液のｐＨを測定するためのｐＨセンサーとを備えることを特徴とする糖の製造システム。
2. さらに、前記ｐＨセンサーにより測定したｐＨ測定値を電気信号として受信し、該ｐＨ測定値によって前記酸液ポンプから前記加水分解装置へ導入する酸液の量を調整する酸液量制御装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の糖の製造システム。
3. さらに、前記加水分解液タンクから導出される加水分解液を濾過して固液分離する濾過装置と、前記濾過装置で得られた濾過残渣を前記加水分解装置に再供給する濾過残渣供給装置とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の糖の製造システム。
4. さらに、前記ｐＨセンサーにより測定したｐＨ測定値を電気信号として受信し、該ｐＨ測定値によって前記濾過残渣供給装置から前記加水分解装置に再供給する濾過残渣量を調整する濾過残渣供給量制御装置を備えることを特徴とする請求項３に記載の糖の製造システム。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の製造システムを用いることを特徴とする廃建材を原料とする糖の製造方法。
6. 請求項１乃至４のいずれかに記載の糖の製造システムを用いて得られた糖を、発酵させてアルコールまたは有機酸を製造することを特徴とするアルコール又は有機酸の製造方法。

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