JP2008297531A - Method for producing biofuel and apparatus therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To produce a biofuel by culturing seaweed on the open sea to fix carbon dioxide inside the body of seaweed through photosynthesis to decrease the carbon dioxide concentration in the air and protects petroleum resource. <P>SOLUTION: The method for producing biofuel comprises a step for crushing oceanic biomass, a step for suspending the crushed oceanic biomass into hot water of 120 to 280°C, heating under high temperature and high pressure, then ejecting it in the atmospheric pressure to obtain the insoluble portion, a step for treating the insoluble portion with ozone to collect a cellulose fraction, a step for hydrolyzing the cellulose fraction to obtain a glucose solution, a step for fermenting the glucose solution into the biofuel, a step for collecting the biofuel from the biofuel fermentation solution, a step for obtaining the biofuel, and a step for treating the waste liquor. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、大気中の炭酸ガス濃度を削減する方法に係り、より詳しくは、石油燃料の代替品として、海洋性バイオマスからバイオ燃料を製造する方法及びその装置に関する。
なお、「海洋性バイオマス」は海洋において採取可能なバイオマス(資源作物)を意味し、海藻と共に、流木等の海上に浮遊する漂流物と、養殖装置の廃棄物等の海洋で発生する廃棄物と、を含むこととする。
また、「バイオ燃料」は、バイオマスを原料として製造したエタノール、イソプロパノール、ブタノール、脂肪酸メチルエステル(バイオディーゼル)、エチレン、プロピレンの内の何れか1種または2種以上の混合物を示す。
The present invention relates to a method for reducing carbon dioxide concentration in the atmosphere, and more particularly to a method and apparatus for producing biofuel from marine biomass as an alternative to petroleum fuel.
“Marine biomass” means biomass (resource crops) that can be harvested in the ocean, floating seafloor and other floating materials, and waste generated in the ocean such as aquaculture equipment waste. , Including.
In addition, “biofuel” indicates one or a mixture of two or more of ethanol, isopropanol, butanol, fatty acid methyl ester (biodiesel), ethylene, and propylene produced using biomass as a raw material.

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策の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からバイオ燃料を製造し、石油燃料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 measures to solve this problem, the development of technology for producing biofuel from biomass photosynthesised from carbon dioxide and water by plants and using it as an energy source to replace petroleum fuel 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、「バイオマスをバイオ燃料に変換して燃焼してエネルギーと炭酸ガスを放出しても、バイオマスは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炭酸ガス量の増加にはあたらない」という、カーボンニュートラルの概念に基づくものである。   The relationship between the use of biomass and the concentration of carbon dioxide in the atmosphere is as follows: `` Even if biomass is converted into biofuel and burned to release energy and carbon dioxide, the biomass absorbs solar energy and the plant absorbs solar energy. It is based on the concept of carbon neutral that it does not increase the amount of carbon dioxide because it is photo-synthesized from carbon dioxide and water.

(バイオ燃料を製造する発酵法の生合成経路)
発酵法を利用してバイオマスからバイオ燃料を製造する反応は、生合成的にはグルコース解糖系の最終産物であるピルビン酸を経由して脂肪を生合成する代謝系の産物を利用する。図1に概略を示す。
ピルビン酸がデカルボキシラーゼによって脱炭酸されて生成したアセトアルデヒドが還元されてエタノールが生成される。
得られたエタノールは自動車ガソリンエンジン燃料として使用することができる。
(Biosynthetic pathway of fermentation method for producing biofuel)
The reaction of producing biofuel from biomass using fermentation methods uses metabolic products that biosynthesize fat via pyruvic acid, which is the final product of glucose glycolysis. An outline is shown in FIG.
Acetaldehyde produced by decarboxylation of pyruvate by decarboxylase is reduced to produce ethanol.
The obtained ethanol can be used as automobile gasoline engine fuel.

ピルビン酸から得られるアセチルCoAの2分子からアセトアセチルCoAが生成され、それから3段階でブチリルCoAが生成され、ブチルアルデヒドを経由してブタノールが生成される。また、アセトアセチルCoAからアセトンを経由してイソプロパノールを生成する。この経路はアセトン・ブタノール発酵とも言われる。得られたブタノールとイソプロパノールは自動車燃料として使用することができる。   Acetacetyl CoA is produced from two molecules of acetyl CoA obtained from pyruvic acid, butyryl CoA is produced in three stages, and butanol is produced via butyraldehyde. In addition, isopropanol is produced from acetoacetyl CoA via acetone. This route is also called acetone / butanol fermentation. The resulting butanol and isopropanol can be used as automobile fuel.

ブチリルCoAとアセチルCoAからブチロイルアセチルCoAが生成され、同様の反応で2炭素づつの炭素鎖の伸長が行われて脂肪酸が生成され、グリセリンエステル化されて最終産物として脂肪(トリアシルグリセリド)が生成される。得られた脂肪を、ナトリウムメトキシドを触媒としてバイオディーゼル(脂肪酸メチルエステル)を製造し、これをディーゼルエンジン用燃料として使用する。   Butyroylacetyl CoA is produced from butyryl CoA and acetyl CoA, and a carbon chain is extended by two carbons in the same reaction to produce a fatty acid, which is glycerin esterified to produce fat (triacylglyceride) as a final product. Generated. Biodiesel (fatty acid methyl ester) is produced from the obtained fat using sodium methoxide as a catalyst, and this is used as a fuel for a diesel engine.

このように、本発明のバイオ燃料製造方法で用いる反応はグルコースの脂肪酸代謝経路産物が大部分であり、グルコースを原料として用いて発酵菌を変換すれば、製造装置を変えることなく生産物を変換できる。
更に、エタノールを脱水してエチレンが製造でき、イソプロパノールを脱水してプロピレンが製造でき、ブタノールを脱水してブチレンとイソブテンが製造できる。エチレンとプロピレンとブチレンとイソブテンとはバイオ燃料に変換することが可能である。また、ポリエチレン、ポリプロピレンはじめ種々の石油化学製品の原料であって、石油化学製品の原料をバイオ原料に転換することが可能となる。
Thus, the reaction used in the biofuel production method of the present invention is mostly glucose fatty acid metabolic pathway products, and if glucose is used as a raw material to convert fermentative bacteria, the product can be converted without changing the production apparatus. it can.
Furthermore, ethanol can be dehydrated to produce ethylene, isopropanol can be dehydrated to produce propylene, and butanol can be dehydrated to produce butylene and isobutene. Ethylene, propylene, butylene and isobutene can be converted to biofuel. In addition, it is possible to convert raw materials of various petrochemical products such as polyethylene and polypropylene into bio raw materials.

(バイオ燃料の製造)
バイオマスからバイオ燃料を製造し、石油燃料に代わるエネルギー源として利用する技術として、発酵法によるエタノールの生産技術の開発が進められている。
バイオ燃料を生産するための原料として、最初に利用されたのは農産物である。
農産物の炭化水素の主成分であるでん粉は、加熱して可溶性澱粉とした後に、酵母を用いてエタノール発酵を行うことができるので、比較的容易にエタノールを製造できる。ブタノール、プロパノールもエタノールと同じ原料を使用して生産される。
(Manufacture of biofuels)
Development of production technology for ethanol by fermentation is underway as a technology for producing biofuel from biomass and using it as an energy source to replace petroleum fuel.
Agricultural products were first used as raw materials for producing biofuels.
Since starch, which is the main component of agricultural hydrocarbons, can be heated to form soluble starch, and then ethanol fermentation can be performed using yeast, ethanol can be produced relatively easily. Butanol and propanol are also produced using the same raw materials as ethanol.

バイオ燃料を生産する第2の原料として、木材やソフトバイオマス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発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発酵する方法が開発されている。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発酵を阻害するので、エタノール発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バイオ燃料を製造する方法のコスト高の要因となっている。
Development of technology using wood and soft biomass as a second raw material for producing biofuels is in progress.
Since cellulose, which is the main component of wood hydrocarbons, cannot be used as it is for fermentation, a method of hydrolyzing cellulose to produce glucose and fermenting the resulting glucose has been developed. In addition, lignin contained in wood inhibits ethanol fermentation using yeast, so it must be removed before ethanol fermentation. However, the lignin removal process is a high cost factor in the method of producing biofuel from wood. It has become.

セルロースの加水分解には、従来から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現状では酵素の活性が不十分である上に酵素が高価なので経済性が悪い。
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、生石灰で酸を中和するために廃棄物として硫酸カルシウムが生じるという問題点を有する。
For hydrolysis of cellulose, conventionally, 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 not economical because the enzyme activity is insufficient and the enzyme is expensive.
In addition, the method using an acid catalyst has a problem in that the yield is low, a large amount of acidic waste water is generated, and calcium sulfate is generated as waste because the acid is neutralized with quick lime.

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1、2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、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。
更に、木材はC5単糖を多く含み、C5単糖はエタノール発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3、4には、テキーラの醸造に使われている菌のエタノール発酵遺伝子を大腸菌に組み込んだ遺伝子組替え菌を用いて、C5単糖の一種であるキシロースを含む木質バイオマス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。
As a new method for hydrolyzing cellulose in wood, Patent Documents 1 and 2 describe methods of producing oligosaccharides by steaming and detonating wood with high-temperature and high-pressure subcritical water. However, this method also reduces the total yield in the step of removing lignin, resulting in a low sugar hydrolysis yield, and it has been difficult to increase the total yield of ethanol to 30% or more.
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 3 and 4, a genetically modified bacterium in which an ethanol fermentation gene of a bacterium used for tequila brewing is incorporated into Escherichia coli is used to obtain a high yield from a woody biomass containing xylose, a kind of C5 monosaccharide. A method for producing ethanol is disclosed.

(海洋性バイオマス)
バイオ燃料を生産する第3の原料として、今まで利用されていない海洋性バイオマスである海藻を挙げることができる。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。
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。
(Marine biomass)
As a third raw material for producing biofuel, seaweed, which is marine biomass that has not been used so far, can be mentioned. 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.
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.

日本に広く繁殖する海藻として、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)がある。
図2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。陸上植物の根に相当するような、地中から水分と栄養分を吸収する器官はなく、藻体全体で栄養分の吸収と光合成を行う。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、自己浮遊性になる(水に浮かぶ)。
成熟後しばらくすると主枝4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。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。藻体は食用される。
As a seaweed that propagates widely in Japan, there is the Hibamataceae Honda Wallaceae Honda Walla (hereinafter referred to as Honda Walla).
Fig. 2 shows the 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. There is no organ that absorbs moisture and nutrients from the ground like the roots of land plants, and the entire alga body absorbs and photosynthesizes nutrients. 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 becomes self-floating (floats in water).
After a while after maturation, the main branch 4 is cut and becomes 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. Honda Walla, which has become a floating algae, is important as a place for spawning eggs and fry. Algae is edible.

ホンダワラを人工的に養殖する方法に関しては、特許文献5にホンダワラの幼胚から養殖用の種苗を養殖する方法が記載されている。また、特許文献6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養殖する方法が記載されている。
しかし、これらの方法の目的は食用としての利用であり、工業的利用を目的としてホンダワラを大量培養方法や、収穫方法は記載されていない。
Regarding a method for artificially cultivating Honda straw, Patent Document 5 describes a method for cultivating seedlings for cultivation from young embryos of Honda Walla. Patent Document 6 describes a method for cultivating seedlings for aquaculture by callus culture of buds of Honda straw.
However, the purpose of these methods is edible use, and there is no description of a method for mass-cultivating or harvesting Honda straw for industrial use.

海藻の工業的利用に関しては、特許文献7に、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と、が記載されている。
また、特許文献8に、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バイオ燃料を製造する方法は報告されていない。
Regarding the industrial use of seaweed, Patent Document 7 describes an ocean plantation where seaweed grows in the ocean, an offshore plant ship that harvests and partially burns seaweed to produce methanol, formic acid, and hydrogen, and the ocean that supports this. And a satellite system.
Further, Patent Document 8 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. In addition, the carbohydrates contained in seaweed are different from those of land plants, and no method for producing biofuel from carbohydrates specific to seaweed has been reported.

(総収率)
バイオ燃料の総収率は、使用した有効原料の重量に対する生成したバイオ燃料の重量の百分率で表される。
(生成したバイオ燃料の重量/使用した有効原料の重量)×100
グルコースをエタノールに変換する場合に変換率が100%とすると、
(エタノールの分子×2/グルコースの分子量)×100
=(92.14×2/180.162)×100
=51.14[%]
≒50[%]
発酵法によってグルコースをエタノールに変換する場合は、変換率が100%の場合でも総収率は約50%である。
(Total yield)
The total yield of biofuel is expressed as a percentage of the weight of biofuel produced relative to the weight of the effective raw material used.
(Weight of generated biofuel / Weight of effective raw material used) × 100
If the conversion rate is 100% when converting glucose to ethanol,
(Ethanol molecule × 2 / glucose molecular weight) × 100
= (92.14 × 2 / 180.162) × 100
= 51.14 [%]
≒ 50 [%]
When converting glucose to ethanol by fermentation, the total yield is about 50% even when the conversion rate is 100%.

特開2004−229607号公報JP 2004-229607 A 特開平10−327900号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-327900 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2004−187574号公報JP 2004-187574 A 特開2006−129833号公報JP 2006-129833 A 特開2006−204264号公報JP 2006-204264 A 特開2003−310288号公報JP 2003-310288 A

本発明の課題は、海洋性バイオマスからバイオ燃料を製造する方法及びその装置を開発することである。   An object of the present invention is to develop a method and apparatus for producing biofuel from marine biomass.

かかる課題を解決するための本発明のバイオ燃料製造方法は、海洋性バイオマスが、気胞をつけて自己浮遊性となる多年生海藻であって、(1)海藻1が成熟した後に海藻1の付着器2と茎3を残して主枝4を刈り取って収穫する海洋性バイオマス収穫段階と、(2)収穫した海洋性バイオマスを細断・粉砕する前処理段階と、細断・粉砕された海洋性バイオマスを120〜280℃の熱水に懸濁し、その後大気圧中に噴出して沸騰させ、蒸発熱で100℃まで急冷させる蒸煮・爆砕段階と、蒸煮・爆砕段階の生成物から不溶部を採取し精製してセルロース画分を得るセルロース画分精製段階と、セルロース画分を120〜280℃の熱水に加え、その後大気圧中に噴出して沸騰させ、蒸発熱で100℃まで急冷させてグルコース溶液を製造する加水分解段階と、を含むバイオ燃料製造段階と、を含むことを特徴とする。   The biofuel production method of the present invention for solving such a problem is that the marine biomass is a perennial seaweed that is self-floating by attaching air follicles, and (1) the seaweed 1 attacher after the seaweed 1 has matured Marine biomass harvesting stage that cuts and harvests main branch 4 while leaving 2 and stem 3; (2) Pretreatment stage to shred and pulverize harvested marine biomass; Shredded and crushed marine biomass Is suspended in hot water at 120 to 280 ° C, then boiled into atmospheric pressure, boiled, and rapidly cooled to 100 ° C with the heat of evaporation. Cellulose fraction purification step to obtain a cellulose fraction by purification, and the cellulose fraction is added to hot water at 120 to 280 ° C., then blown into the atmospheric pressure to boil, and rapidly cooled to 100 ° C. with the heat of evaporation to give glucose Manufacturing solution Characterized in that it comprises that a hydrolysis stage, and biofuel production phase including, a.

また本発明は、セルロース画分精製段階が、不溶部をオゾン、水酸化ナトリム、炭酸ナトリウムの群からなる処理剤の内の1以上を用いて処理してセルロース画分を採取する段階であることが好ましい。   Further, in the present invention, the cellulose fraction purification step is a step of collecting the cellulose fraction by treating the insoluble part with one or more treatment agents consisting of ozone, sodium hydroxide and sodium carbonate. Is preferred.

また本発明は、蒸煮・爆砕段階の生成物から可溶部を採取し糖質を回収する糖質回収段階と、回収した糖質を120〜280℃の熱水に加え、その後大気圧中に噴出して沸騰させ、蒸発熱で100℃まで急冷させて単糖溶液を製造する糖質加水分解段階と、を含むことことが好ましい。   The present invention also includes a saccharide recovery stage in which a soluble part is collected from the product of the steaming / explosion stage and the saccharide is recovered, and the recovered saccharide is added to hot water at 120 to 280 ° C., and then into atmospheric pressure. Preferably, the method includes a carbohydrate hydrolysis step in which a monosaccharide solution is produced by jetting to boil and quenching to 100 ° C. with heat of evaporation.

また本発明は、グルコース溶液を発酵させることによって発酵液を得る発酵段階と、前記発酵液から粗バイオ燃料を採取する採取段階と、粗バイオ燃料を精製するバイオ燃料精製段階と、を含むことが好ましい。
また本発明は、グルコース溶液を還元して糖アルコールを製造する還元段階と、糖アルコールから流動床水素化分解触媒を用いてエチレンを製造する水素化分解段階と、からなるバイオ燃料製造段階を含むことが好ましい。
Further, the present invention includes a fermentation stage for obtaining a fermentation broth by fermenting a glucose solution, a collection stage for collecting crude biofuel from the fermentation broth, and a biofuel purification stage for refining the crude biofuel. preferable.
The present invention also includes a biofuel production stage comprising a reduction stage for producing a sugar alcohol by reducing a glucose solution, and a hydrocracking stage for producing ethylene from the sugar alcohol using a fluidized bed hydrocracking catalyst. It is preferable.

また本発明は、単糖溶液を発酵させることによって発酵液を得る発酵段階と、前記発酵液から粗バイオ燃料を採取する採取段階と、粗バイオ燃料を精製するバイオ燃料精製段階と、を含むことが好ましい。
また本発明は、単糖溶液を還元して糖アルコールを製造する還元段階と、糖アルコールから流動床水素化分解触媒を用いてエチレンを製造する水素化分解段階と、からなるバイオ燃料製造段階を含むことが好ましい。
The present invention also includes a fermentation stage for obtaining a fermentation broth by fermenting a monosaccharide solution, a collection stage for collecting crude biofuel from the fermentation broth, and a biofuel purification stage for refining the crude biofuel. Is preferred.
The present invention also comprises a biofuel production stage comprising a reduction stage for producing a sugar alcohol by reducing a monosaccharide solution, and a hydrocracking stage for producing ethylene from the sugar alcohol using a fluidized bed hydrocracking catalyst. It is preferable to include.

また本発明は、バイオ燃料製造段階の各段階において生成する排出液の1以上を合わせて有機物を回収する廃液回収段階と、有機物を廃液回収ボイラーで燃焼させ、廃液回収ボイラーで発生した蒸気を用いて発電する発電段階と、を有することが好ましい。   In addition, the present invention uses a waste liquid recovery stage in which one or more of the effluents generated in each stage of the biofuel production stage are combined to recover organic matter, and the organic matter is combusted in a waste liquid recovery boiler and steam generated in the waste liquid recovery boiler is used. It is preferable to have a power generation stage for generating power.

また本発明は、発電段階に抽気背圧タービン発電機を用いて、発電すると共に蒸煮・爆砕段階と、加水分解段階と、糖質加水分解段階と、の中の1以上に水蒸気を供給することが好ましい。   In addition, the present invention is to supply water vapor to one or more of a steaming / explosion stage, a hydrolysis stage, and a saccharide hydrolysis stage while using a bleed back pressure turbine generator for the power generation stage. Is preferred.

また本発明は、海藻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。   In the present invention, it is preferable that the seaweed is a seaweed of the genus Hidamataceae.

本発明のバイオ燃料製造装置は、海洋性バイオマスが、気胞をつけて自己浮遊性となる多年生海藻であって、(1)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を浮沈させる浮力調節装置16と、を備えるネット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、藻場ユニット9の複数が所定間隔で整列して集合された藻場セット8と、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、を備える海洋性バイオマス養殖手段と、海藻1の付着器2と茎3とを残して主枝4を刈り取って収穫する海洋性バイオマス収穫手段と、を備える海洋性バイオマス収穫手段と、(2)バイオ燃料製造手段と、からなる。   The biofuel production apparatus of the present invention is a perennial seaweed in which marine biomass is self-floating with air bubbles attached to it, and (1) a seaweed holding device 15 for holding an attachment device 2 for seaweed 1 and a seaweed holding device. A buoyancy adjusting device 16 that floats and sinks 15; a seaweed bed unit 9 that is anchored substantially horizontally below the sea surface to a mooring line 13 that connects an anchor 11 and a buoyant body 12 on which a net 14 is installed on the seabed; A marine biomass culture means comprising: a seaweed bed set 8 in which a plurality of seaweed bed units 9 are arranged and arranged at predetermined intervals; and a seaweed bed 7 in which a plurality of seaweed bed sets 8 are installed at predetermined intervals. The marine biomass harvesting means comprises the marine biomass harvesting means for harvesting the main branch 4 while leaving the attachment device 2 and the stem 3 of the seaweed 1 and (2) biofuel production means.

また本発明のバイオ燃料製造手段は、収穫した海洋性バイオマスを細断・粉砕する前処理手段と、細断・粉砕された海洋性バイオマスを120〜280℃の熱水に懸濁し、その後大気圧中に噴出して沸騰させ、蒸発熱で100℃まで急冷させる蒸煮・爆砕手段と、蒸煮・爆砕手段の生成物から不溶部を採取し精製してセルロース画分を採取するセルロース画分精製手段と、セルロース画分を120〜280℃の熱水に加え、その後大気圧中に噴出して沸騰させ、蒸発熱で100℃まで急冷させてグルコース溶液を製造する加水分解手段と、グルコース溶液を発酵させることによって発酵液を得る発酵手段と、発酵液から粗バイオ燃料を採取する採取手段と、粗バイオ燃料を精製するバイオ燃料精製手段と、各手段において生成する排出液の1以上を合わせて有機物を回収する廃液回収手段と、回収した有機物を廃液回収ボイラーで燃焼させ、廃液回収ボイラーで発生した蒸気を用いて発電する発電手段と、を有することが好ましい。 Moreover, the biofuel production means of the present invention comprises pretreatment means for chopping and pulverizing the harvested marine biomass, suspending the chopped and pulverized marine biomass in hot water at 120 to 280 ° C., and then atmospheric pressure. Steaming / explosion means that is boiled in and boiled and rapidly cooled to 100 ° C. by evaporating heat; and a cellulose fraction purification means for collecting and purifying the cellulose fraction by collecting and purifying insoluble parts from the products of the steaming / explosion means The cellulose fraction is added to hot water at 120 to 280 ° C., then blown into the atmospheric pressure to boil, hydrolyzed to produce a glucose solution by quenching to 100 ° C. with heat of evaporation, and the glucose solution is fermented Fermenting means for obtaining a fermented liquor, a collecting means for collecting crude biofuel from the fermented liquor, a biofuel purifying means for purifying the crude biofuel, and an effluent produced in each means A waste liquid recovery unit for recovering the organics combined on the recovered organics were burned in waste recovery boiler, it is preferable to have a power generating means for generating electric power using the steam generated in waste recovery boiler.

また本発明は、発電手段が抽気背圧タービン発電機であることが好ましい。   In the present invention, the power generation means is preferably a bleed back pressure turbine generator.

海洋性バイオマスからバイオ燃料を製造し、得られたバイオ燃料を石油燃料の代替品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、石油燃料の使用量を削減し、石油資源を保護することができる。   By producing biofuel from marine biomass and using the resulting biofuel as a substitute for petroleum fuel, 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 fuel used can be reduced and petroleum resources can be protected.

農業生産物を用いてバイオ燃料を製造することによって、食糧問題が起っている。また、質バイオマスを大量に使用すると、将来的にはパルプ工業との競合が懸念される。今まで利用されていなかった海洋性バイオマスを利用してバイオ燃料を製造することによって、他産業に影響を与えないでバイオ燃料を製造できる。   Food problems have arisen from the production of biofuels using agricultural products. In addition, if a large amount of quality biomass is used, there is a concern about future competition with the pulp industry. By producing biofuel using marine biomass that has not been used so far, biofuel can be produced without affecting other industries.

外洋に浮体式藻場を設置して、気泡をつけて自己浮遊性となる海藻を養殖することによって、海洋性バイオマスを大量に、且つ安定的に供給できる。   Marine biomass can be stably supplied in large quantities by installing floating algae beds in the open ocean and culturing seaweeds that are self-floating with bubbles.

気泡を発生する多年性の海藻を養殖することによって、収穫装置にかかる海藻の重量を軽減し、収穫装置を簡素化する効果が得られ、また浮遊する海藻を収穫することによって収穫を容易にする効果が得られる。   By cultivating perennial seaweed that generates bubbles, the weight of seaweed on the harvesting device is reduced, the effect of simplifying the harvesting device is obtained, and harvesting is facilitated by harvesting floating seaweed An effect is obtained.

多年生海藻1の主枝4は茎3から発芽するが、従来の収穫方法では、茎3やそれを支える付着器2を痛めていたので、2年目以降の収穫が落ちていた。本発明の装置によって海藻1の付着器2と茎3を残して主枝4を刈り取る方法によって、翌年確実に主枝4を発芽させて、2年目以降の収穫量を増加させることができる。   Although the main branch 4 of the perennial seaweed 1 germinates from the stem 3, since the conventional harvesting method damaged the stem 3 and the attachment device 2 that supports it, the harvest after the second year fell. By the method of cutting the main branch 4 while leaving the attachment device 2 and stem 3 of the seaweed 1 with the apparatus of the present invention, the main branch 4 can be germinated reliably in the following year, and the yield after the second year can be increased.

海洋性バイオマスを蒸煮・爆砕段階と精製段階と加水分解段階との3段階の加水分解を行う本発明のセルロース加水分解方法によって、リグニンを含む原料を用いた場合に、糖化収率を落とさずにリグニンを含まないグルコースを高収率で得ることができる。また、海藻を原料として用いた場合に、純度の高いグルコース溶液を得ることができる。   By using the cellulose hydrolysis method of the present invention in which marine biomass is hydrolyzed in three stages including a steaming / explosion stage, a purification stage, and a hydrolysis stage, when a raw material containing lignin is used, the saccharification yield is not reduced. Glucose free from lignin can be obtained in high yield. Moreover, when seaweed is used as a raw material, a highly pure glucose solution can be obtained.

海洋性バイオマス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できる。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。また海藻の脂肪分を回収し、バイオディーゼル油に改質して使用できる。
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。
Marine biomass produces compounds different from 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. It can also be used by collecting the seaweed fat and modifying it into biodiesel oil.
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.

廃液から有機物を回収することによって、排出する廃液の量を削減して設備の環境負担を軽減すると共に、回収した有機物を燃焼して発電することによってバイオマスのエネルギーを回収して操業に必要な電力及び水蒸気を全量供給する自立型システムを構成して、トータル・システムが経済的に採算を取って操業することが可能になる。また、これによって、電力などのインフラ整備が遅れている地域でも直ちにシステムを稼動させることができる。   By collecting organic matter from the waste liquid, the amount of waste liquid to be discharged is reduced to reduce the environmental burden of the facility. At the same time, biomass energy is recovered by burning the collected organic matter to generate electricity, and the power required for operation And a self-supporting system that supplies the entire amount of water vapor, the total system can be operated economically. In addition, this makes it possible to immediately operate the system even in areas where infrastructure such as electric power is delayed.

バイオ燃料を製造する発酵菌を変えることによって、工場設備を替えずに製造目的物の変化に対応するシステムにすることができる。これよって、バイオ燃料の短期的な需給変動や中長期的な需要構造変化に対して生産品目と生産量を柔軟に調整できるようなシステム構成を開発することができる。   By changing the fermenting bacteria that produce biofuel, it is possible to provide a system that can respond to changes in the production object without changing the factory equipment. Accordingly, it is possible to develop a system configuration that can flexibly adjust the production items and the production amount in response to short-term fluctuations in the supply and demand of biofuels and changes in the medium- to long-term demand structure.

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。
(A)海洋性バイオマスの養殖と収穫
(バイオマス原料の選択)
自動車用燃料をバイオ燃料で置き換えるという計画は、原料として大量のバイオマスを必要とする。
従って、原料に既存の農産物原料を利用すれば、原料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バイオ燃料の製造によって、原料価格の高騰と食糧不足による食品価格の高騰が起っている。
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) Marine biomass farming and harvesting (selection of biomass raw materials)
The plan to replace automotive fuel with biofuel requires a large amount of biomass as a raw material.
Therefore, if existing agricultural raw materials are used as raw materials, shortage of raw materials and rising raw material prices cannot be avoided. For example, the production of biofuels made from agricultural products such as corn and sugar cane has led to soaring raw material prices and food prices due to food shortages.

バイオ燃料を製造する原料として、木材を利用する技術の開発が進められている。しかし、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。また、国土が狭小な我が国には新たな森林を造成できる土地は少ない。   Development of technology using wood as a raw material for producing biofuels is in progress. However, 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. In Japan, where the land is small, there are few lands where new forests can be created.

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拓が必要とされている。
新しいバイオマスとして海藻が注目されている。
本発明は、外洋に浮体式藻場を設置して海藻を養殖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、原料となる海洋性バイオマスを大量、且つ安定的に供給することを目的とする。
また、海洋には海域によっては多量の流木が浮遊しており、また海洋には、本発明に係る藻場の廃棄物を含め大量の植物性バイオマスが排出されている。これらはリグニンを含有するバイオマスに属する。本発明ではこれらの植物性バイオマスもバイオ燃料を製造する原料として使用可能な方法を開発し、海洋性バイオマスとして使用すると共に、併せて海洋の環境保全にも資することを課題に包含する。
For this reason, it is necessary to develop new biomass that has not been used so far.
Seaweed is attracting attention as a new biomass.
The present invention establishes a seaweed cultivation method for culturing seaweed by installing a floating seaweed basin in the open ocean, and a seaweed harvesting method for efficiently harvesting the seaweed, thereby producing a large amount of marine biomass as a raw material, and The purpose is to provide a stable supply.
In addition, a large amount of driftwood floats in the ocean depending on the sea area, and a large amount of plant biomass including waste from the seaweed beds according to the present invention is discharged into the ocean. These belong to biomass containing lignin. In the present invention, it is an object to develop a method in which these plant biomass can be used as a raw material for producing biofuel, and to use it as marine biomass, and also contribute to marine environmental conservation.

(養殖する海藻の選択)
本発明は気胞6をつけて自己浮遊性となる多年性の海藻を養殖することを特徴とする。
気泡を発生する多年性の海藻を養殖することによって、収穫装置にかかる海藻の重量を軽減し、収穫装置を簡素化する効果が得られ、また浮遊する海藻1を収穫することによって収穫を容易にする効果が得られる。また海藻1の付着器2と茎3を残して主枝4を刈り取って収穫することによって、多年性の海藻1から翌年に確実に主枝4を発生させることができ、多年生海藻の特徴を生かして養殖作業の生産性を上げると共に、海藻1の種苗を供給する施設を小型化することができる。
また、成長すると高さが2m以上となる海藻1であることがより好ましい。大型の海藻1を収穫することのよって生産性を上げることができる。
(Selection of seaweed to be cultured)
The present invention is characterized by culturing perennial seaweed that is self-floating by attaching air vesicles 6.
By cultivating perennial seaweed that generates air bubbles, the weight of seaweed on the harvesting device can be reduced and the harvesting device can be simplified, and harvesting can be facilitated by harvesting floating seaweed 1 Effect is obtained. Also, by harvesting the main branch 4 by harvesting the main branch 4 while leaving the attachment 2 and stem 3 of the seaweed 1, the main branch 4 can be reliably generated in the following year from the perennial seaweed 1, and the characteristics of the perennial seaweed are utilized. As a result, the productivity of the aquaculture work can be increased and the facility for supplying seedlings of seaweed 1 can be reduced in size.
Moreover, it is more preferable that it is the seaweed 1 which becomes 2 m or more in height when growing. Productivity can be increased by harvesting large seaweed 1.

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1が好ましい。ホンダワラ科の海藻1は気胞6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-mentioned conditions, specifically, the seaweed 1 of the genus Clevisidae is preferred. The seaweed 1 of the Honda Wallaceae is characterized by having air cells 6.
The seaweeds of the family Hawkella are divided into a plurality of genera and are of various varieties. , Hijiki, Yokomoku, Miyabemoku, Obamoku, Yoremoku, Sugimoku Sugimoku, Uganomok Uganomok, Yabamoku Yaebanoku, Joromok 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を挙げることが出来る。ホンダワラは成長すると気泡6をつけて自己浮遊性となり、高さ2〜4mになる多年性海藻である。   Among these, the most preferred example is Hibamatidae (Hondamataceae). When grown, Honda Walla is a perennial seaweed that becomes self-floating with bubbles 6 and has a height of 2 to 4 m.

(海洋性バイオマスを養殖する装置)
図3に本発明による海洋性バイオマスを養殖する藻場7の構成を示す。
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。
実効栽培面積が1,000kmより狭いと、藻場7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。
(Equipment for aquaculture of marine biomass)
FIG. 3 shows the configuration of the algae ground 7 for cultivating marine biomass according to the present invention.
Seagrass beds 7, effective cultivation area thereof is preferably 1,000~50,000Km 2, the effective cultivation area is more preferably from 5,000~40,000km 2.
If the effective cultivation area is smaller than 1,000 km 2 , the effect of increasing the size of the algae ground 7 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.

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。
図3(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、海藻養殖設備とバイオ燃料製造設備29とを有する養殖−製造設備の複合セットである。バイオ燃料製造設備29を陸上に建設するのか海上に建設するのかは藻場セット8の設置場所の条件に従って決定されることが好ましい。
藻場セット8は、管理拠点28と、積載量5〜50万トンの海洋性バイオマス運搬タンカー30と、積載量100〜1,000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。
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.
As shown in FIG. 3 (A), the seaweed basin 7 is configured by opening a water surface to be a route 24 and a fishing ground 25 for a general ship and installing a plurality of seaweed basins 8. 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 bed set 8 is a combined set of aquaculture-manufacturing equipment having seaweed aquaculture equipment and biofuel production equipment 29. Whether the biofuel production facility 29 is constructed on land or on the sea is preferably determined according to the conditions of the place where the seaweed bed set 8 is installed.
The seaweed bed set 8 includes a management site 28, a marine biomass transport tanker 30 with a loading capacity of 5 to 500,000 tons, a medium-sized work boat 31 with a loading capacity of 100 to 1,000 tons, a small high-speed seaweed cutter boat 32, Is provided.

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作業や、運搬を行う。また、ホンダワラの収穫を行わない時期には、損壊した箇所の修復作業や藻場の新設作業を行う。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ことが好ましい。
さらに、小型高速海藻カッター艇32は、水中センサー装置を備え、海藻1の付着器2と茎3を残して海藻1の主枝4を刈り取る機能を有することが好ましい。刈り取る高さは海藻保持器具15から5〜30cmの高さであることが好ましく、海藻保持器具15から10〜20cmの高さであることがより好ましい。
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、改質して製造したバイオディーゼルであることが好ましい。
The medium-sized work ship 31 is a catamaran, and harvests the Honda walla, performs the water washing work of the harvested Honda walla, and carries it. Also, when harvesting of Honda walla is not performed, repair work for damaged parts and new construction of seaweed beds will be conducted. Therefore, it is preferable that the medium-sized work boat 31 is equipped with a marine cogeneration generator and has multiple functions.
Furthermore, it is preferable that the small high-speed seaweed cutter boat 32 includes an underwater sensor device and has a function of cutting the main branch 4 of the seaweed 1 while leaving the attachment device 2 and the stem 3 of the seaweed 1. The height of cutting is preferably 5 to 30 cm from the seaweed holding device 15, and more preferably 10 to 20 cm from the seaweed holding device 15.
The fuel for the medium-sized work boat 31 and the small high-speed seaweed cutter boat 32 is preferably biodiesel produced by recovering and modifying the 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、海洋性バイオマス運搬タンカー30の航路である大水路23と、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、10,000〜500,000個、好ましくは40,000〜400,000個、最も好ましくは50,000〜200,000個である。
As shown in FIG. 1B, 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 an oceanic biomass transport tanker 30. And a large water channel 23, which is a water channel, and a plurality of seaweed beds 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 10,000 to 500,000, preferably 40,000 to 400,000, and most preferably 50,000 to 200,000.

図3(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。
海洋には、ミネラル分の豊かな中層以下と表層との間に水温の異なる温度躍層があり、表層と中間層は交じり合わない。このため中層以下のミネラル分が表層に届かない。
温度躍層をかく乱する攪拌装置を温度躍層付近の係留索13に設置して、波による上下動を利用して温度躍層をかく乱し、表層にミネラル分を補給することが好ましい。殊に、種苗を植え付けた後の冬季は、温度躍層が水面下15m付近に上昇し、波も大きいので、波動を利用する攪拌装置は有効である。
As shown in FIGS. 3C and 3D, 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 net 14 that is anchored substantially horizontally below the surface of the mooring line 13 that connects the anchor 11 and the buoyant body 12 installed on the seabed 17, and a seaweed holder that holds the attachment device 2 of the seaweed 1. It is a floating-type seaweed bed including the instrument 15 and one or more buoyancy adjusting devices 16 for floating and sinking the seaweed holding instrument 15.
In the ocean, there are thermocline layers with different water temperatures between the middle and lower layers rich in minerals and the surface layer, and the surface layer and the middle layer do not cross. For this reason, minerals below the middle layer do not reach the surface layer.
It is preferable to install a stirrer that disturbs the thermal climatic layer on the mooring line 13 near the thermal climatic layer, disturb the thermal climatic layer using the vertical movement caused by waves, and replenish the surface layer with a mineral component. In particular, in the winter season after planting seedlings, the temperature climbing layer rises to about 15 m below the surface of the water and the waves are large, so a stirring device using wave motion is effective.

藻場ユニット9は大きいほど養殖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10〜10,000mの正方形ないし長方形が好ましく、一辺が20〜500mの正方形ないし長方形がより好ましく、一辺が50〜200mの正方形ないし長方形が最も好ましい。   The larger the seaweed bed unit 9 is, the higher is the efficiency in culturing and harvesting, 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 10 to 10,000 m, more preferably a square or rectangle having a side of 20 to 500 m, and most preferably a square or rectangle having a side of 50 to 200 m. 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を養殖するためには海藻1の付着器2を保持する海藻保持器具15が必要である。
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ものなので、環境に対する影響を考えると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、廃棄の際に海洋性バイオマスと混ぜてバイオマスの原料として使用できる。
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, a seaweed holding device 15 for holding the attachment device 2 for the seaweed 1 is necessary.
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, 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 mixed with marine biomass and used as a raw material for biomass.

藻場7を設置する場所の水深が深い場合はアンカー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。
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海が大荒れになることもある。また、日本側に藻場7を設置した場合は、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、荒波に揉まれて海藻1の藻体が切れたり、養殖装置が損壊したりする可能性がある。荒天の場合には、浮力調節装置16の浮力を減少させて藻場ユニット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。
Since the anchor 11, the buoyant body 12, and the mooring line 13 must be enlarged when the water depth of the place where the seaweed basin 7 is installed is deep, 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.
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. The sea can become rough due to low pressures and typhoons. In addition, when the seaweed bed 7 is installed on the Japanese side, the days when the sea gets 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 levitated near the sea surface when the sea is rough, there is a possibility that the seaweed body of the seaweed 1 may be cut or the aquaculture device may be damaged due to rough waves. In the case of stormy weather, it is desirable to reduce the buoyancy of the buoyancy adjusting device 16 so that the seaweed bed unit 9 is submerged under the sea surface to avoid the influence of rough waves.

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個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。
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。
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. It can be carried out.
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.

(海洋性バイオマスの収穫)
海藻1の収穫は、ホンダワラの幼体が発生して3年目に入った春から始め、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海藻1を巻き取り、或いは海面の水と共に吸引して、海藻1を濾し取って収穫して、収穫した海藻1を海洋性バイオマス運搬タンカー30へ運搬する中型作業船31と、の共同作業で行う。
海藻の収穫を上記の方法で行うことにより、効率的に収穫作業を行うことができる。
海洋性バイオマス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。
(Marine biomass harvesting)
The harvest of seaweed 1 begins in the spring of the third year after the emergence of the young dragonfly, and the harvest ends at least by the typhoon season.
Harvesting leaves the attachment device 2 and the stem 3 of the seaweed 1 and winds up the small high-speed seaweed cutter boat 32 that cuts the main branch 4 from the seaweed holding device 15 and the seaweed 1 that is cut off and floats on the sea. And a medium-sized work ship 31 that transports the harvested seaweed 1 to the marine biomass transport tanker 30.
By harvesting seaweed by the above method, harvesting work can be performed efficiently.
The unit area yield of the marine biomass 1 is desirably 5.5 to 8.0 kg / m 2 or more in dry weight per year.

(B)バイオ燃料の製造
図4に本発明の基本プロセスを示す。
(セルロースの加水分解)
本発明の海洋性バイオマスはセルロースを含む植物である。セルロースはそのままでは発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発酵する方法が開発されている。
海洋性バイオマスの内、海藻を原料として用いた場合は、海藻の多糖はセルロース以外の多糖を多く含むので、海藻を加水分解して得た単糖はグルコース以外の単糖を含む。発酵反応で、グルコース以外の単糖は利用されず、またグルコースと競合阻害作用を示す傾向があり発酵収率を低下させる。従って、海藻を原料として用いる場合は、海藻中のセルロースやヘミセルロース以外の多糖を分別して、純度の高いセルロースやヘミセルロースを採取する方法の開発が必要である。
(B) Production of biofuel FIG. 4 shows the basic process of the present invention.
(Hydrolysis of cellulose)
The marine biomass of the present invention is a plant containing cellulose. Since cellulose cannot be used for fermentation as it is, a method of hydrolyzing cellulose to produce glucose and fermenting the obtained glucose has been developed.
Among marine biomass, when seaweed is used as a raw material, the seaweed polysaccharide contains a large amount of polysaccharides other than cellulose, so the monosaccharide obtained by hydrolyzing seaweed contains a monosaccharide other than glucose. In the fermentation reaction, monosaccharides other than glucose are not used, and tend to exhibit a competitive inhibitory action with glucose, thus reducing the fermentation yield. Therefore, when seaweed is used as a raw material, it is necessary to develop a method for collecting highly pure cellulose and hemicellulose by separating polysaccharides other than cellulose and hemicellulose in seaweed.

一方、海洋性バイオマスの内、流木などの木材の木質バイオマスやソフトバイオマスを利用する場合は、リグニンを除去する方法を開発しなければならない。   On the other hand, when using woody biomass such as driftwood and soft biomass among marine biomass, a method for removing lignin must be developed.

バイオマスを加水分解する新しい方法として、120〜280℃の熱水で蒸煮・爆碎処理してグルコースを製造する方法が検討されている。
海洋バイオマスの蒸煮・爆碎工程による加水分解では、原料としてリグニンを含むバイオマスを用いる場合は、グルコースの収率を上げると生成物中にリグニンが残り、リグニンの発酵阻害作用によってバイオ燃料の収率が低下する。リグニンを分解する条件で加水分解すると糖質の過分解が進行してグルコースの収率が低下する。
現在は、リグニンを除くためにグルコース及びキシ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、エタノールを製造する場合は総合収率を30%以上にあげることは困難であると言われている。
As a new method for hydrolyzing biomass, a method of producing glucose by steaming and detonating with hot water at 120 to 280 ° C. has been studied.
In the hydrolysis of marine biomass by steaming and detonation processes, when biomass containing lignin is used as a raw material, the lignin remains in the product when the yield of glucose is increased. Decreases. When hydrolysis is performed under the conditions for decomposing lignin, excessive decomposition of carbohydrates proceeds and the yield of glucose decreases.
Currently, operation is performed under conditions involving excessive decomposition of glucose and xylose in order to remove lignin. As a result, the yield of hydrolysis of sugar is low. When producing ethanol, the overall yield should be increased to 30% or more. Is said to be difficult.

一方、グルコースからエタノールへの発酵段階は、実験室レベルでは変換率はほぼ100%が達成され、工業レベルでも90%以上であるといわれている。
また、木質バイオマスに多く含まれるC5単糖の一種であるキシロースを資化できるように遺伝子組替をおこなった細菌も開発された。
即ち、グルコースとキシロースとからなる糖質を、発酵阻害物質を含まずに、収率よく製造できれば、バイオ燃料の収率上げることができる。
よって、海洋性バイオマスからグルコースを収率よく製造する方法を開発することを本発明の課題の一側面とする。
On the other hand, in the fermentation stage from glucose to ethanol, a conversion rate of almost 100% is achieved at the laboratory level, and it is said that it is 90% or more even at the industrial level.
In addition, a bacterium that has been genetically modified so as to assimilate xylose, which is a kind of C5 monosaccharide contained in a large amount in woody biomass, has also been developed.
That is, if a saccharide composed of glucose and xylose can be produced in high yield without containing a fermentation inhibitor, the yield of biofuel can be increased.
Therefore, it is an object of the present invention to develop a method for producing glucose from marine biomass with high yield.

(本発明の加水分解方法)
本発明は、1)セルロースは分解されないがでん粉やその他の糖質は分解されて可溶性となる条件において蒸煮・爆砕を行って不溶部を採取する蒸煮・爆砕段階と、2)不溶部からセルロース以外の物質を除去する精製段階と、3)不溶部を再度蒸煮・爆砕によって加水分解してグルコースを得る加水分解段階と、の3段階を含む海洋性バイオマスの加水分解工程を提供する。
(Hydrolysis method of the present invention)
The present invention includes: 1) a cooking / explosion stage in which insoluble parts are not decomposed, but starch and other saccharides are decomposed and become soluble by being decomposed, and the insoluble part is collected by 2). A marine biomass hydrolysis process comprising three stages: a purification stage for removing the above substances, and 3) a hydrolysis stage for hydrolyzing the insoluble part by steaming and explosion again to obtain glucose.

原料として海藻を使用した場合は、1)の段階で、120〜180℃で蒸煮・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、セルロース以外の糖を水洗して除去できる。不溶物にアルギン酸が含まれるが、これは2)段階において水酸化ナトリウムの溶液で洗浄することによって除去できる。このようにして純度の高いセルロースを得ることができる。
リグニンを含む海洋性バイオマスを原料として用いた場合は、上記1)の蒸煮・爆砕工程によってセルロースとリグニンで構成された強固な木質構造が部分的に破壊される。このように変性した木質バイオマスは2)の段階において処理剤を作用させることによってリグニンをはじめとする不要物を容易に溶解するか、または分解して可溶化して除去することができる。
When seaweed is used as a raw material, sugars other than cellulose are decomposed and become soluble by performing a steaming / explosion process at 120 to 180 ° C. in step 1). it can. Insoluble matter contains alginic acid, which can be removed by washing with a solution of sodium hydroxide in step 2). In this way, highly pure cellulose can be obtained.
When marine biomass containing lignin is used as a raw material, the solid wood structure composed of cellulose and lignin is partially destroyed by the steaming / explosion process of 1) above. The woody biomass modified in this way can be easily dissolved or decomposed and solubilized and removed by causing the treating agent to act in the step 2), or by dissolving or dissolving it.

処理剤としては、オゾン、過酸化水素、水酸化ナトリム、硫化ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、塩素、次亜塩素酸、次亜塩素酸ナトリウム、炭酸ナトリウムを例示できる。最も好ましい例としてオゾンを挙げることができる
精製工程に引き続き、得られたセルロースを3)の段階において230〜260℃で蒸煮・爆砕工程を行うことによって純度の高いグルコースを収率良く製造できる。
Examples of the treating agent include ozone, hydrogen peroxide, sodium hydroxide, sodium sulfide, sodium hydrogen sulfite, sodium sulfite, sodium sulfate, chlorine, hypochlorous acid, sodium hypochlorite, and sodium carbonate. As the most preferable example, ozone can be mentioned. Following the purification step, high purity glucose can be produced with high yield by subjecting the obtained cellulose to a steaming / explosion step at 230 to 260 ° C. in the step 3).

(アルギン酸の利用)
分別した海藻中のセルロースやヘミセルロース以外の多糖にはアルギン酸が30%程度含まれる。アルギン酸は、β−D−マンヌロン酸とα−L−グルロン酸が1−4結合した直鎖状のポリマーである。アルギン酸は、有用物質として販売することもできるが、市場規模と比べて膨大な量のアルギン酸が回収される。
また、糖質が過分解されて大量の発酵阻害物質が生成される。従来はこの発酵阻害物質は廃棄されて、総収率の低下を招く原因になっていた。
(Use of alginic acid)
Polysaccharides other than cellulose and hemicellulose in the sorted seaweed contain about 30% alginic acid. Alginic acid is a linear polymer in which β-D-mannuronic acid and α-L-guluronic acid are linked by 1-4. Alginic acid can be sold as a useful substance, but a huge amount of alginic acid is recovered compared to the market scale.
In addition, carbohydrates are excessively decomposed to produce a large amount of fermentation inhibiting substances. Conventionally, this fermentation inhibitor has been discarded, causing a reduction in the total yield.

かかる問題を解決するために本発明は、アルギン酸からバイオ燃料を製造する新たな方法を開発することも課題の一部とする。これは、グルコースやキシロースなどの単糖にも適用することを包含する。
また、D−グルコースと−D−マンヌロン酸とL−グルロン酸とからなる糖質が過分解されて生成された発酵阻害物質に対しては、生成物の高選択性技術および人工酵素を開発してバイオ燃料を製造する。
In order to solve such a problem, the present invention also includes developing a new method for producing biofuel from alginic acid. This includes application to monosaccharides such as glucose and xylose.
For fermentation inhibitors produced by overdegradation of carbohydrates composed of D-glucose, -D-mannuronic acid, and L-guluronic acid, we developed a high selectivity technology and artificial enzyme. To produce biofuel.

(廃液の回収利用)
バイオマスを大規模に処理する場合には廃液残渣が大量に発生する。例えば、木質バイオマスからエタノールを製造する場合の収率が30%とすると、原料の約40%のバイオマスが廃液中に排出されることになる。これをそのまま排出すると新たな環境汚染問題を引き起こすことになる。更に、本発明の方法は、電力や高温高圧の水蒸気を大量に使用できることを前提にしているが、これらを直接的または間接的に石油を燃焼させて供給していては、石油資源の保護と大気中の炭酸ガスの削減という本発明の目的に合わないことになる。
(Recovery and use of waste liquid)
When biomass is processed on a large scale, a large amount of waste liquid residue is generated. For example, assuming that the yield in the case of producing ethanol from woody biomass is 30%, biomass of about 40% of the raw material is discharged into the waste liquid. If this is discharged as it is, a new environmental pollution problem will be caused. Furthermore, the method of the present invention is based on the premise that a large amount of electric power and high-temperature and high-pressure steam can be used. However, if these are directly or indirectly burned and supplied, it is necessary to protect petroleum resources. It does not meet the object of the present invention, ie, reduction of carbon dioxide in the atmosphere.

本発明は、各工程からの排出液から廃棄されるバイオマスを回収し、これを回収ボイラーで燃焼させて処理材を回収し、燃焼熱を利用して発電し、高温高圧の蒸気を自給することができる自立型システムを提供する。
廃液回収から得られるエネルギーは膨大なものであり、これによってバイオ燃料のコストダウンが可能となる。廃液からエネルギーを回収することによって本発明に係るバイオ燃料の製造設備が経済的に成立できるという効果が得られる。
さらに、環境汚染の原因になることを回避することができるという効果も得られる。
The present invention recovers biomass discarded from the effluent from each process, burns it with a recovery boiler, recovers the treated material, generates electricity using the combustion heat, and self-supplies high-temperature and high-pressure steam. Provide a self-supporting system that can
The energy obtained from waste liquid recovery is enormous, which makes it possible to reduce the cost of biofuel. By collecting energy from the waste liquid, an effect that the production facility for biofuel according to the present invention can be established economically is obtained.
Furthermore, it is possible to avoid the cause of environmental pollution.

(バイオ燃料の需要構造変化対応)
海洋性バイオマスを利用するためには大規模の人工藻場を建設しなければならず、又、海洋性生物に関する基礎な学術研究も必要である。即ち、新たなバイオマス資源として、海洋性バイオマスを利用するためには莫大な投資と長期にわたる開発期間が要求される。
一方、バイオエタノールが石油代替自動車燃料として直ちに普及することは期待できない。また、欧米におけるディーゼルエンジン車の新車販売台数の急上昇を考えると、中長期的にはバイオディーゼルに対する需要の増加が予想される。また、燃料電池車の開発動向などを考えると、将来は自動車用燃料の需給構造が変化する可能性がある。
このような事情を勘案すると、バイオマスの開発の目的物を現在開発が行われているバイオエタノールに限定することには危険が伴う。
(Responding to changes in the demand structure of biofuels)
In order to use marine biomass, a large-scale artificial seaweed bed must be constructed, and basic academic research on marine organisms is also necessary. That is, enormous investment and a long development period are required to use marine biomass as a new biomass resource.
On the other hand, bioethanol cannot be expected to spread immediately as an alternative fuel for petroleum. In addition, considering the rapid increase in the number of new diesel engine vehicles sold in Europe and the United States, demand for biodiesel is expected to increase in the medium to long term. In addition, considering the development trend of fuel cell vehicles, there is a possibility that the fuel supply and demand structure for automobiles will change in the future.
Considering such circumstances, it is dangerous to limit the target of biomass development to bioethanol that is currently being developed.

よって本発明は、バイオ燃料の短期的な需給変動や中長期的な需要構造変化に対して生産品目と生産量を柔軟に調整できるようなシステム構成を開発することを課題の一部として包含する。
即ち本発明は、海洋性バイオマスから収率よくグルコースを製造する段階と、廃液を回収して燃焼させてそのエネルギーを電力と高温高圧水蒸気と処理剤とを回収する段階を基盤として、バイオ燃料を発酵法で得る方法を提供する。
Therefore, the present invention includes, as part of the problem, developing a system configuration that can flexibly adjust the production items and production volume in response to short-term fluctuations in the supply and demand of biofuels and changes in demand structure over the medium to long term .
That is, the present invention is based on the steps of producing glucose with high yield from marine biomass, and recovering and burning the waste liquid and recovering its energy from electric power, high-temperature and high-pressure steam, and a treatment agent. Provided is a method obtained by fermentation.

バイオ燃料を得る発酵工程は基本的には既知の方法を応用する。エタノールとイソプロパノールとブタノールの発酵工程は既知である。
脂肪の生合成経路は微生物から高等生物まで共通しており、脂肪を生産する菌も既知である。しかし、発酵によってグルコースを油脂(脂肪酸トリグリセリド)に変換する工業的なプロセスは開発されていない。これは、発酵によって得られた油脂は食料にすることが出来ないので、発酵生産された油脂に需要がなかったためである。しかし、将来のバイオディーゼルの製造にあたっては、農作物とグルコースを原料とする発酵法との有用性の比較が必要である。
廃液に含まれるフルフラール等の有用成分からバイオエチレンを製造し、バイオ燃料や化成品に変換する。
このように本発明は、発酵する菌を変更すれば製造装置を変更せずにバイオ燃料の製造品目を変更できるので、本発明の方法によればバイオ燃料の短期的な需給変動や中長期的な需要構造変化に対して生産品目と生産量とを調整できる。
A known method is basically applied to the fermentation process for obtaining biofuel. The fermentation process of ethanol, isopropanol and butanol is known.
The biosynthetic pathway of fat is common from microorganisms to higher organisms, and bacteria that produce fat are also known. However, an industrial process for converting glucose into fats and oils (fatty acid triglycerides) by fermentation has not been developed. This is because the fats and oils obtained by fermentation cannot be used as food, so there was no demand for the fats and oils produced by fermentation. However, in the future production of biodiesel, it is necessary to compare the usefulness between agricultural products and fermentation methods using glucose as a raw material.
Bioethylene is produced from useful components such as furfural contained in the waste liquid and converted into biofuels and chemical products.
As described above, the present invention can change the production item of biofuel without changing the production apparatus if the bacteria to be fermented is changed. Therefore, according to the method of the present invention, short-term fluctuations in the supply and demand of biofuel and medium to long term It is possible to adjust the production items and the production volume for various demand structure changes.

以下に、図5のフローチャートに従ってバイオ燃料製造段階の各工程について説明する。
(第1工程)前処理段階
海洋性バイオマスを、細断、粉砕して原料を製造する。海藻を原料として用いる場合は、水洗して塩分を除いたあとに脂肪などの油溶性部分を有機溶媒で抽出することが好ましい。有機溶媒は本プロジェクトの生産物であるバイオ燃料が好ましい。回収した脂肪はメタノール中でナトリウムメトキシドを触媒としてメチルエステル化し、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。抽出溶媒として用いたバイオ燃料は回収して再利用する。
また、原料植物が海藻の場合は海藻中の成分がゲル化するのを防ぐために50〜95℃に加温するのが好ましい。
Below, each process of the biofuel manufacturing stage is demonstrated according to the flowchart of FIG.
(First step) Pretreatment stage Marine biomass is shredded and pulverized to produce raw materials. When using seaweed as a raw material, it is preferable to extract an oil-soluble part such as fat with an organic solvent after washing with water and removing salt. The organic solvent is preferably biofuel which is a product of this project. The recovered fat is methyl esterified in methanol using sodium methoxide as a catalyst, reformed into biodiesel oil, and used as fuel for medium-sized work boats. The biofuel used as the extraction solvent is recovered and reused.
Moreover, when a raw material plant is a seaweed, in order to prevent the component in seaweed to gelatinize, it is preferable to heat at 50-95 degreeC.

更に、原料にアルカリ金属塩を添加することができる。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、硫化ナトリウムを例示できる。最も好ましくは、水酸化ナトリウムと硫化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、アルギン酸を溶解するのと、が目的である。   Furthermore, an alkali metal salt can be added to the raw material. Examples of the alkali metal salt include sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, and sodium sulfide. Most preferably, sodium hydroxide and sodium sulfide can be exemplified. The purpose of adding an alkaline substance is to improve the yield of insoluble parts mainly composed of cellulose in the steaming / explosion process, to prevent the components in seaweed from gelling, and to dissolve alginic acid. is there.

(第2工程)蒸煮・爆砕段階
<2−1>リグニンを含有する原料を用いた場合
図6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)原料を水蒸気46で前処理する前処理部48を上部に有する圧力釜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、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熱水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。
(Second Step) Steaming / Explosion Stage <2-1> Using Raw Material Containing Lignin FIG.
The steaming / explosion device 40 is a pressure cooker 43 having a 1) a raw material supply unit 41 installed above, and 2) a pretreatment unit 48 for pretreatment of the raw material with water vapor 46, and a raw material supply unit 41. A raw material pressure inlet 44, a preheating means 45 for supplying steam to the raw material supply unit 41, a pipe 47 for supplying water vapor 46, hot water 49 stored in the lower portion of the pressure cooker 43, and a bottom portion A steaming part 42 comprising an adiabatic expansion nozzle 50 installed on the surface, and 3) connected to the adiabatic expansion nozzle 50, an atmospheric pressure steam outlet 51, a soluble part outlet 52, and a solid-liquid separator. 53, and a heat-insulating / expanding portion 54 that includes 53.

海洋性バイオマスは原料供給部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熱水49へ落下し、加圧下において120〜180℃で蒸煮される。
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、5〜30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。
蒸煮された海洋性バイオマスは断熱膨張ノズル50から大気圧の断熱膨張部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沸騰して爆砕され、蒸発熱で100℃まで急冷される。
The marine biomass is preheated by the preheating means 45 in the raw material supply section 41, then supplied from the pressure inlet 44 to the pressure kettle 43, and pretreated by the high temperature and high pressure steam 46 in the upper pretreatment section 48. After that, it falls into the lower hot water 49 and is cooked at 120-180 ° C. under pressure.
Although reaction time is influenced by reaction temperature, the range for 1 to 60 minutes is preferable, and the range for 5 to 30 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.
The steamed marine biomass is ejected from the adiabatic expansion nozzle 50 to the adiabatic expansion part 54 at atmospheric pressure, thereby rapidly depressurizing to atmospheric pressure, boiling and exploding, and rapidly cooled to 100 ° C. with the heat of evaporation.

断熱膨張部54は図7に示す膨張タービン55であることが好ましい。断熱膨張部54に膨張タービン55用いる場合は、断熱膨張ノズル50が膨張タービン55の蒸気入口に接続され、反応生成物と蒸気と熱水とは膨張タービン出口56から排出される。
膨張タービン55はラジアルタービン型の回転翼を有するタービンで、膨張タービン55を具備する膨張タービン発電機は排気ガスからのエネルギーの回収に汎用される発電機である。膨張タービン発電機によって熱水49が大気圧に放出される断熱膨張によって発生されるエネルギーの回収を行うことができる。また、断熱膨張部54は大きな騒音を発生するが、断熱膨張部54を膨張タービン55にすることによって騒音の発生を防ぐことができるという効果も有する。
断熱膨張部54で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。目的物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、ろ過装置、遠心分離機、カントリクリーナーを挙げることが出来る。
The adiabatic expansion part 54 is preferably an expansion turbine 55 shown in FIG. When the expansion turbine 55 is used for the adiabatic expansion section 54, the adiabatic expansion nozzle 50 is connected to the steam inlet of the expansion turbine 55, and the reaction product, steam, and hot water are discharged from the expansion turbine outlet 56.
The expansion turbine 55 is a turbine having a radial turbine type rotor blade, and the expansion turbine generator provided with the expansion turbine 55 is a generator that is generally used for recovering energy from exhaust gas. The energy generated by the adiabatic expansion in which the hot water 49 is released to the atmospheric pressure by the expansion turbine generator can be recovered. Moreover, although the adiabatic expansion part 54 generates a large noise, the adiabatic expansion part 54 can be prevented from being generated by using the adiabatic expansion part 54 as an expansion turbine 55.
The slurry generated in the adiabatic expansion part 54 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, a centrifuge, and a country cleaner.

蒸気を凝縮した液から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を回収する。凝縮液は、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10工程へ送るか、そのまま廃水として放流する。
可溶部は第8工程へ送るか、第10工程の廃水処理工程へ送る。
Low boiling components such as iodine and furfural and useful components that flow out by steam distillation are recovered from the liquid condensed steam. The condensate is sent to the eighth step when recovering useful substances and carbohydrates, and is sent to the tenth step when not recovering or discharged as waste water as it is.
The soluble part is sent to the eighth step or sent to the waste water treatment step of the tenth step.

<2−2>海藻を原料として用いた場合
{2−2A}中性で蒸煮・爆砕工程を行う場合
細断、粉砕された海洋性バイオマスにアルカリ金属塩を添加して中性とし、<2−1>と同じ条件で蒸煮・爆砕工程を行い、不溶部を得る。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、海洋性バイオマス中の成分がゲル化するのを防ぐのと、が目的である。この場合、不溶部にはセルロースとアルギン酸が含まれる。
<2-2> When seaweed is used as a raw material {2-2A} When neutral and steaming / explosion process is performed Neutralize by adding alkali metal salt to shredded and ground marine biomass, <2 A steaming / explosion process is performed under the same conditions as -1> to obtain an insoluble part. 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 marine biomass from gelling. In this case, the insoluble part contains cellulose and alginic acid.

<2−2B>アルカリを添加して蒸煮・爆砕工程を行う場合
原料に含まれるアルギン酸の中和等量より過剰の苛性アルカリを加えて、上記<2−1A>と同様の条件で蒸煮・爆砕工程を行い、セルロースを主成分とする不溶部を得る。ヘミセルロースとアルギン酸アルカリ金属塩とは可溶部に含まれる。不溶部を水洗してセルロースを分離する。苛性アルカリとしては、水酸化ナトリウムが好ましい。
<2-2B> When adding alkali and performing steaming / explosion process Add excess caustic alkali than neutralization equivalent of alginic acid contained in the raw material, and cook / explode under the same conditions as in <2-1A> above A process is performed and the insoluble part which has a cellulose as a main component is obtained. Hemicellulose and alkali metal alginate are contained in the soluble part. The insoluble part is washed with water to separate the cellulose. As the caustic, sodium hydroxide is preferable.

(第3工程)精製工程
<3−1>リグニンを含有する原料を用いる場合
リグニンを含有する海洋性バイオマスを原料を用いた場合は、前記不溶部は発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。
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。
(Third step) Purification step <3-1> When using raw material containing lignin When using raw material of marine biomass containing lignin, the insoluble part contains lignin that becomes a fermentation inhibitor, so chemicals Treat to degrade lignin.
Examples of preferable chemicals include ozone, chlorine, hypochlorite, and hydrogen peroxide. Among them, ozone can be given as the most preferable example.

<3−2>海藻を原料として用いる場合
{3−2A}中性で蒸煮・爆砕工程を行う場合
得られた不溶物をアルギン酸の等量以上のアルカリ性物質を含む水溶液で加熱する。アルカリ性物質としては、水酸化ナトリウムと炭酸ナトリウムを好ましい例として挙げることが出来る。アルギン酸はアルギン酸ナトリウムとなって溶解する。
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。
溶液に酸を加えて酸性にするか、カルシウム塩を加えてアルギン酸をアルギン酸又はアルギン酸カルシウムとして沈殿させて分離する。
<3-2> When seaweed is used as a raw material {3-2A} When neutral and steaming / explosion is performed The obtained insoluble matter is heated with an aqueous solution containing an alkaline substance equal to or more than alginic acid. Preferred examples of the alkaline substance include sodium hydroxide and sodium carbonate. Alginic acid dissolves as sodium alginate.
Carbohydrates other than cellulose are removed by washing with water to separate the cellulose.
Acid is added to the solution to make it acidic, or calcium salt is added to precipitate alginic acid as alginic acid or calcium alginate and separate.

{3−2B}アルカリを添加して蒸煮・爆砕工程を行う場合
不溶部を水洗することによってセルロース以外の糖質は水洗で除去でき、セルロース画分を得ることができる。
アルギン酸ナトリウムとヘミセルロースを含む可溶部に酸を加えるかカルシウム塩を加えて、アルギン酸又はアルギン酸カルシウムを沈殿させて分離する。ヘミセルロースは可溶部に残る。
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、第3工程の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工程の精製工程で処理材を用いた排出液は、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。その他の排出液は、有用物や糖質の回収を行うときは第8工程の有用物質回収工程へ、回収を行わないときは第10工程の廃液処理工程へ送ることが好ましい。
When {3-2B} alkali is added to perform the steaming / explosion process By washing the insoluble part with water, carbohydrates other than cellulose can be removed by washing with water, and a cellulose fraction can be obtained.
An acid is added to a soluble part containing sodium alginate and hemicellulose, or a calcium salt is added to precipitate and separate alginic acid or calcium alginate. Hemicellulose remains in the soluble part.
In addition, when high purity cellulose is obtained in the steaming / explosion process in the second step, the insoluble matter obtained in the second step is directly hydrolyzed in the fourth step without performing the purification step in the third step. Can be sent to the process.
The effluent using the treatment material in the purification step of 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. The other discharged liquid is preferably sent to the useful substance recovery step of the eighth step when recovering useful substances and carbohydrates, and to the waste liquid treatment step of the tenth step when not recovering.

(第4工程)加水分解工程
第3工程で得られたセルロースを、第2工程で用いた蒸煮・爆砕装置によって230〜280℃で加水分解を行い、グルコース溶液を得る。
反応終了後、グルコース溶液を濃縮してグルコース濃厚溶液とし、種結晶を加えて結晶化する。反応液の濃縮方法としては、蒸留法の他に、逆浸透圧膜法、機能性膜法を利用することができる。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の促進や分離操作を効率化することが好ましい。
第4工程の加水分解工程の反応液は、グルコースの結晶化による精製操作を行わずに濃縮または希釈によって濃度を調整して第5工程の発酵工程に送ってバイオ燃料発酵反応に用いることができる。
本工程の排出液は、有用物や糖質の回収を行うときは第8工程の有用物質回収工程へ、回収を行わないときは第10工程の廃液処理工程へ送ることが好ましい。
(4th process) Hydrolysis process The cellulose obtained at the 3rd process is hydrolyzed at 230-280 degreeC with the steaming / explosion apparatus used at the 2nd process, and a glucose solution is obtained.
After completion of the reaction, the glucose solution is concentrated to obtain a concentrated glucose solution and crystallized by adding seed crystals. As a method for concentrating the reaction solution, a reverse osmotic pressure membrane method and a functional membrane method can be used in addition to the distillation method. In the crystallization, it is preferable to add a hydrophilic organic solvent such as ethanol or methanol to accelerate the crystallization or make the separation operation more efficient.
The reaction solution of the hydrolysis step of the fourth step can be used for biofuel fermentation reaction by adjusting the concentration by concentration or dilution without performing purification operation by crystallization of glucose and sending it to the fermentation step of the fifth step. .
The discharged liquid in this step is preferably sent to the useful substance recovery step of the eighth step when recovering useful substances and carbohydrates, and to the waste liquid treatment step of the tenth step when not recovering.

(第5工程)バイオ燃料発酵工程
第5工程の問題点は、反応液中の発酵阻害物質の有無と原料の糖液中に含まれるバイオ燃料発酵に利用可能な単糖の量とである。発酵阻害物質とを除去し、発酵に利用できない単糖の量を減らすことが大切である。
発酵阻害物質の影響を受けない酵素や、グルコース以外の糖類を利用してバイオ燃料を発酵する酵素の開発や、糖を利用可能な単糖に異性化する酵素の開発が望まれる。
(Fifth Step) Biofuel Fermentation Step The problems of the fifth step are the presence or absence of a fermentation inhibitor in the reaction solution and the amount of monosaccharide available for biofuel fermentation contained in the raw sugar solution. It is important to remove fermentation inhibitors and reduce the amount of monosaccharides that are not available for fermentation.
Development of enzymes that are not affected by fermentation-inhibiting substances, enzymes that ferment biofuels using sugars other than glucose, and enzymes that isomerize sugars into usable monosaccharides is desired.

<5−1>エタノール発酵工程
グルコースを水に溶解した溶液にエタノール発酵酵母を接触させてエタノール発酵を行う。
エタノール発酵酵素は特に限定されず、何れの酵素も用いることが出来る。
エタノール発酵酵素の利用形態としては、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と生存非依存性細菌(RITE菌)を用いる方法とを用いることが出来る。
これらの方法の間に、発酵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素を選択する事が望ましい。
木質バイオマスを用いる場合は、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。
<5-1> Ethanol fermentation process Ethanol fermentation is performed by bringing ethanol fermentation yeast into contact with a solution of glucose dissolved in water.
The ethanol fermentation enzyme is not particularly limited, and any enzyme can be used.
As a form of utilization of ethanol fermentation enzyme, in addition to the conventional method using live bacteria and the method using immobilized enzyme, as a new method, a method using genetically modified bacteria and a survival-independent bacterium (RITE bacteria) are used. Method.
Since there are differences in resistance to fermentation inhibitors and substrate selectivity between these methods, it is desirable to select an optimal enzyme according to the raw material.
When using woody biomass, it is preferable to use a genetically modified bacterium capable of degrading C5 carbon sugar described in Patent Documents 1 and 2.

<5−2>ブタノール発酵工程
グルコースを水に溶解した溶液にアセトン・ブタノール発酵菌を接触させてアセトン・ブタノール発酵を行う。本発明では、アセトン・ブタノール発酵菌は特に限定されず、何れの酵素も用いることが出来る。好ましい例として、Clostridium属の菌を例示できる。
また、アセトンの生成を抑えた、ブタノール生産の生産性の高いアセトン・ブタノール発酵菌の開発が望まれる。
<5−3>イソプロパノール発酵工程
グルコースを水に溶解した溶液にイソプロパノール生産菌を加えてイソプロパノール発酵を行う。前項のブタノール発酵とは逆に、ブタノールの生成を抑えた、イソプロパノールの生産性の高い菌の開発が望まれる。
<5−4>脂肪発酵工程
グルコースを水に溶解した溶液に脂肪生産菌を加えて発酵させる。
<5-2> Butanol fermentation step Acetone / butanol fermentation is carried out by bringing acetone / butanol fermentation bacteria into contact with a solution of glucose dissolved in water. In the present invention, acetone-butanol fermenting bacteria are not particularly limited, and any enzyme can be used. As a preferable example, bacteria of the genus Clostridium can be exemplified.
In addition, it is desired to develop an acetone-butanol fermenting bacterium having a high productivity in producing butanol with suppressed production of acetone.
<5-3> Isopropanol fermentation step An isopropanol-producing bacterium is added to a solution in which glucose is dissolved in water to carry out isopropanol fermentation. Contrary to the butanol fermentation of the previous section, it is desired to develop a fungus with high isopropanol productivity that suppresses the production of butanol.
<5-4> Fat Fermentation Step A fat-producing bacterium is added to a solution in which glucose is dissolved in water and fermented.

<5−5>エチレン製造工程
エチレン製造工程には、グルコースやアルギン酸を加水分解物した単糖からからバイオ燃料を製造する工程と、グルコースやアルギン酸の過分解生成物からバイオ燃料を製造する工程との2種類の工程がある。
(単糖からエチレンを製造する工程)
グルコースやアルギン酸を加水分解物して得たD−グルコースとL−グルクロン酸とD−マンニュロン酸とを含む単糖またはウロン酸を、還元して糖アルコールを製造する。ここで用いる糖アルコールは炭素数が6個の糖アルコールであればどの立体構造を有する糖でも良い。
単糖またはウロン酸の還元は白金、パラジウム、ニッケル、コバルトなどの金属触媒を用いた水素による接触還元法や、水素化ホウ素ナトリウム、水素化リチウムアルミニウム等の還元剤を用いる方法など、既知の反応を用いて行うことができる。
エチレンやプロピレンは、流動床水素化分解触媒を用いて水素の存在下に分解反応によって製造する。
流動床水素化分解触媒は40〜80μmの微粒子状に造粒された固体酸触媒で、石油のクラッキング反応等では実用化されている。触媒や担体の形状や細孔の大きさによって反応選択性が発揮される。
(単過分解生成物からエチレンを製造する方法)
グルコースやアルギン酸の過分解生成物からバイオ燃料を製造する工程は、生成物の高選択性技術および人工酵素を開発してバイオ燃料を製造する。
<5-5> Ethylene Production Process In the ethylene production process, a process for producing biofuel from monosaccharides obtained by hydrolyzing glucose and alginic acid, and a process for producing biofuel from hyperdegradation products of glucose and alginic acid, There are two types of processes.
(Process for producing ethylene from monosaccharides)
A monoalcohol or uronic acid containing D-glucose, L-glucuronic acid and D-mannuronic acid obtained by hydrolyzing glucose or alginic acid is reduced to produce a sugar alcohol. The sugar alcohol used here may be a sugar having any three-dimensional structure as long as the sugar alcohol has 6 carbon atoms.
Monosaccharide or uronic acid is reduced by known reactions such as catalytic reduction using hydrogen with a metal catalyst such as platinum, palladium, nickel, cobalt, or using a reducing agent such as sodium borohydride or lithium aluminum hydride. Can be used.
Ethylene and propylene are produced by a cracking reaction in the presence of hydrogen using a fluidized bed hydrocracking catalyst.
The fluidized bed hydrocracking catalyst is a solid acid catalyst granulated into fine particles of 40 to 80 μm, and has been put to practical use in petroleum cracking reactions and the like. Reaction selectivity is exhibited depending on the shape of the catalyst and carrier and the size of the pores.
(Method for producing ethylene from single overdecomposition product)
In the process of producing biofuel from the hyperdegradation products of glucose and alginic acid, biofuel is produced by developing high selectivity technology and artificial enzymes of the product.

<5−6>需給調整工程
実施例では、以下の通り生産量目標値(有効原料の重量比率(%))を設定した。
バイオエタノール生産量目標 66%(=58/88)
バイオブタノール生産量目標 34%(=30/88)
バイオプロパノール生産量目標 0%
バイオエチレン生産量目標 0%
脂肪生産量目標 0%
セルロース出荷量 0%
アルギン酸出荷量 0%
<5-6> Supply and demand adjustment process In the Example, the production target value (weight ratio (%) of effective raw materials) was set as follows.
Bioethanol production target 66% (= 58/88)
Biobutanol production target 34% (= 30/88)
Biopropanol production target 0%
Bioethylene production target 0%
Fat production target 0%
Cellulose shipment volume 0%
Alginic acid shipment volume 0%

(第6工程)バイオ燃料濃縮工程
<6−1>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、エタノール発酵液を蒸留してエタノールを製造していた。しかし、この方法でエタノールを製造すると、大量のエネルギーを消費し、このエネルギーを得るために燃料を燃やして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。
(Sixth Step) Biofuel Concentration Step <6-1> Ethanol Concentration Step The ethanol concentration method is not particularly limited as long as it is efficient.
Conventionally, ethanol was produced by distilling an ethanol fermentation broth. However, when ethanol is produced by this method, a large amount of energy is consumed, and in order to obtain this energy, fuel is burned and carbon dioxide gas is released, so that there is a problem that the effect of reducing carbon dioxide gas does not increase.

この問題を解決するために、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バイオ燃料濃縮法が開発された。この膜は、バイオ燃料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、バイオ燃料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、孔が開くバイオ燃料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%バイオ燃料を、少ないエネルギー消費で得ることが出来る。
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10工程へ送られる。
In order to solve this problem, various membrane separation methods have been studied for ethanol-water separation. Recently, a biofuel enrichment method using the principle of gate membrane has been developed. This membrane is coated with a special polymer that shrinks and opens the pores when the biofuel concentration increases, inside the fine pores opened in the biofuel-permeable polyethylene membrane. A functional membrane with molecular recognition that is controlled by the above components. By using this membrane, 60 to 90% biofuel can be obtained with low energy consumption.
The discharged liquid in this step is sent to the eighth step when recovering useful substances and carbohydrates, and to the tenth step when not recovering.

<6−2>イソプロパノール濃縮工程
イソプロパ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。エタノールの濃縮工程で使われる方法と同様の方法が応用可能である。
<6−3>ブタノール濃縮工程
ブ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。エタノールの濃縮工程で使われる方法の他に、抽出法を用いることも可能である。また、ブタノールは水と共沸し、分離するので、水蒸気蒸留法も応用可能である。
<6−4>脂肪濃縮工程
脂肪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。次工程のメタノリシス工程は酸を含むと好ましくないので。酸を除くことが重要である。
<6-2> Isopropanol concentration step The concentration method of isopropanol is not particularly limited as long as it is efficient. The same method as that used in the ethanol concentration step can be applied.
<6-3> Butanol concentration step The concentration method of butanol is not particularly limited as long as it is efficient. In addition to the method used in the ethanol concentration step, an extraction method can also be used. Also, since butanol azeotropes with water and separates, steam distillation can also be applied.
<6-4> Fat Concentration Step The fat concentration method is not particularly limited as long as it is efficient. Since it is not preferable that the methanolysis process of the next process contains an acid. It is important to remove the acid.

(第7工程)バイオ燃料精製工程
<7−1>エタノール精製工程
ゼオライトのカラムにバイオ燃料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。
<7−2>ブタノール精製工程
蒸留法によって精製する。
<7−3>イソプロパノール精製工程
蒸留法によって精製する。
<7−4>脂肪(バイオディーゼル)精製工程
得られた脂肪をメタノール3〜20部に溶解し、原料の脂肪の0.01〜10%のナトリウムメトキシドを加えて脂肪酸メチルエステルを合成する。
反応液からメタノールを蒸留法で除き、得られた粗脂肪酸メチルエステルを水洗した後に蒸留法で精製する。
(Seventh step) Biofuel purification step <7-1> Ethanol purification step The biofuel 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.
<7-2> Butanol purification step Purify by distillation.
<7-3> Isopropanol purification step Purified by a distillation method.
<7-4> Fat (Biodiesel) Purification Step The obtained fat is dissolved in 3 to 20 parts of methanol, and 0.01 to 10% sodium methoxide of the raw material fat is added to synthesize fatty acid methyl ester.
Methanol is removed from the reaction solution by distillation, and the resulting crude fatty acid methyl ester is washed with water and then purified by distillation.

(第8工程)有用物質回収、発酵阻害物質除去、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を総合し、それぞれの単位工程とその工程の稼働率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、ヨウ素とフルフラールとを回収する。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 Inhibitory Substance Removal, Unnecessary Substance Removal, Carbohydrate Recovery Step Since this step is a step of adjusting the balance of the entire process, various factors at the time of operation are combined, It is preferable to execute by selecting a unit process and an operation rate of the process. The unit process included in this process is described.
Iodine and furfural are recovered from the effluent obtained by condensing the normal pressure steam of the steaming / explosion process of the second step. 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工程のバイオ燃料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。
The soluble part 42 in the steaming / explosion process in the second step, the effluent in the hydrolysis step in the fourth step (other than the acid decomposition method), and the effluent in the biofuel concentration step in the sixth step are as necessary. 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。
アルギン酸、フコダイン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.
Alginic acid and fucodyne are collected 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発酵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10工程の廃液処理工程に送る。
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がある。
After recovering the useful substance from the effluent, if the saccharide has a usable amount and purity, the fermentation inhibitor and the 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 step of the tenth step as an insoluble substance / inhibitor substance liquid.
Since water contains the largest amount as an unnecessary substance in the effluent, concentration is carried out by a reverse osmotic pressure method, a distillation method, or a method using a functional membrane.

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選択的に回収する。ただしこの方法は大量製造に適用するのは困難である。
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)半透膜を利用して分離する。この方法は原則的には濃縮のみが行われ、精製は行われない。
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、発酵阻害物質を除去し、糖質濃度を調節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。
糖質を回収する方法において、糖質の純度を上げるのは困難な場合が多い。第5工程において純度の高いセルロースまたは/及びキシロースを用いて発酵工程の変換率を上げて、糖類の回収工程を行わなくて済むようにすることが好ましい。
The method of collecting carbohydrates in the effluent is
1) Selectively recover using an adsorbent such as hydroxyapatite gel or hydrophilic polymer substance. However, this method is difficult to apply to mass production.
2) The aqueous solution is concentrated and crystallized and collected. As the concentration method, a reverse osmotic pressure method, a distillation method, or a functional membrane can be used. During crystallization, a hydrophilic organic solvent such as ethanol or methanol can be added to promote crystallization.
3) Separation using a semipermeable membrane. In principle, this method is only concentrated and not purified.
In some cases, carbohydrate separation operation is not performed, and useful substances and fermentation-inhibiting substances in the effluent are removed, and a liquid in which the sugar concentration is adjusted is sent as a recovered sugar liquid to the hydrolysis process in the ninth step.
In methods for recovering carbohydrates, it is often difficult to increase the purity of carbohydrates. In the fifth step, it is preferable to increase the conversion rate of the fermentation step using cellulose or / and xylose having high purity so that the sugar recovery step is not required.

(第9工程)糖加水分解工程
第2工程の蒸煮・爆砕工程の可溶部と、第6工程のバイオ燃料濃縮の排出液と、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。
第2工程の蒸煮・爆砕工程の可溶部と第6工程のバイオ燃料濃縮の排出液と第8工程で処理した回収糖質との1以上を合わせ、180〜230℃で加熱しその後大気圧中に噴出して沸騰させ、蒸発熱で100℃まで急冷させて単糖溶液を得る。前記単糖溶液は第5工程の発酵工程に送る。
(9th process) Sugar hydrolysis process The recovered carbohydrate which processed the soluble part of the cooking / explosion process of the 2nd process, and the discharge | emission liquid of the biofuel concentration of the 6th process at the 8th process is once hydrolyzed. Although it has undergone a decomposition process, it may contain unreacted oligosaccharides. Unless the content of oligosaccharide is negligible by inspection, it is preferable to hydrolyze the recovered carbohydrate solution.
One or more of the soluble part of the steaming / explosion process of the second step, the effluent of the biofuel concentration of the sixth step, and the recovered carbohydrate processed in the eighth step are combined, heated at 180 to 230 ° C., and then atmospheric pressure A monosaccharide solution is obtained by injecting into boiling and quenching to 100 ° C. with heat of evaporation. The monosaccharide solution is sent to the fifth fermentation 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。バイオマスの回収率は50〜80%に設定することが好ましい。回収したバイオマスを廃液回収ボイラーで燃焼させて発電すれば、バイオ燃料製造設備の必要電力を上回る電力を供給出来る。
(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 biomass recovery rate is preferably set to 50 to 80%. If the recovered biomass is burned with a waste liquid recovery boiler to generate power, it is possible to supply more power than the required power of the biofuel production facility.

前記廃液回収ボイラーには、ソーダ回収ボイラーを用いることが好ましい。
ソーダ回収ボイラーは、製紙工場の製造工程で排出される廃液を燃料としてエネルギーを回収利用するボイラーである。廃液をボイラー炉内に噴射し燃焼させ、燃焼エネルギーを利用して蒸気を発生させて発電する。
燃焼させた後に炉の下部に残渣として炭酸ナトリウムと硫化ナトリウムが溶融状態で残る。これを取り出して生石灰を加えることにより、炭酸ナトリウムを水酸化ナトリウムに変換することが出来、これを前記処理材として再利用することが出来る。ここでの処理剤回収率は98%以上に達し新しい処理剤の補給は少量で済むという効果がある。
It is preferable to use a soda recovery boiler as the waste liquid recovery boiler.
A soda recovery boiler is a boiler that recovers and uses energy by using waste liquid discharged in the manufacturing process of a paper mill as fuel. Waste liquid is injected into a boiler furnace and burned, and steam is generated using combustion energy to generate electricity.
After burning, sodium carbonate and sodium sulfide remain in the molten state as residues at the bottom of the furnace. By taking this out and adding quicklime, sodium carbonate can be converted into sodium hydroxide, which can be reused as the treatment material. The treatment agent recovery rate here reaches 98% or more, and there is an effect that a small amount of new treatment agent needs to be replenished.

また、発電機としては抽気背圧タービン発電機を用いることが好ましい。
抽気背圧タービン発電機は、タービンの中間段から蒸気を抽出し工場用として利用可能なタービン発電機で、工場プロセス蒸気として2種類以上の圧力の水蒸気を必要とする工場の発電機として広く用いられている。タービンに供給された高温高圧の蒸気は所要圧力で取り出され、それらの蒸気の使用量に応じて発電を行う合理的なタービンである。

この場合、抽気される蒸気の温度圧力は必ずしも1種類ではなく、必要に応じて2種類以上の抽気を行い、工場プロセス蒸気として供することができる。
本発明で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2種類の高温高圧水蒸気の全量を廃液回収プロセスのタービンから供給出来る。
Moreover, it is preferable to use an extraction back pressure turbine generator as a generator.
The extraction back pressure turbine generator is a turbine generator that can extract steam from the intermediate stage of the turbine and can be used as a factory, and is widely used as a factory generator that requires steam at two or more pressures as factory process steam. It has been. The high-temperature and high-pressure steam supplied to the turbine is taken out at a required pressure, and is a rational turbine that generates electric power according to the amount of use of the steam.

In this case, the temperature and pressure of the steam to be extracted is not necessarily one type, and two or more types of extraction can be performed as necessary to provide factory process steam.
If a bleed back pressure turbine generator is used for power generation in the present invention, the total amount of the two types of high-temperature and high-pressure steam necessary for the second and fourth steps can be supplied from the turbine of the waste liquid recovery process.

以下に、本発明の実施形態を、1,000kmの藻場セット8においてホンダワラを養殖・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。
(実施形態)
(A)ホンダワラの養殖
(藻場セット)
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100,000個整列・並置して形成した。
藻場セット8には、管理拠点28と、海洋性バイオマス輸送手段として積載量30万トンの海洋性バイオマス運搬タンカー30と、収穫・運搬手段として積載量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、陸上に設置したバイオ燃料製造設備29と、を設備した。
In the following, an embodiment of the present invention will be described together with a calculation example showing a substance balance, in which an example of the production of ethanol by cultivating and harvesting hondawald in a 1,000 km 2 algae bed set 8 is shown.
(Embodiment)
(A) Honda aquaculture (algae set)
As shown in FIG. 2 (B), the seaweed bed set 8 has 100,000 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 28, a marine biomass transport tanker 30 with a loading capacity of 300,000 tons as a marine biomass transportation means, and 10 medium-sized work vessels 31 with a loading capacity of 600 tons as a harvesting and transportation means. Ten small high-speed seaweed cutter ships 32 and a biofuel production facility 29 installed on land were installed.

藻場セット8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、を備える。
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。
The minimum structural unit of the seaweed bed set 8 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 with 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. One buoyancy adjusting device 16.
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.

(ホンダワラの養殖)
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養殖を始めた。
(Culture 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, so it was transplanted to the algae ground 7 as a seedling. 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 aquaculture 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、これによって、1m当たり6.5kg(乾燥重量換算)の収穫があり、藻場セット8全体で650万トン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.
By media work ship 31, the Sargassum floating in clippings by sea harvested else taking strainer inhalation with seawater, thereby, there is harvest 1 m 2 per 6.5 kg (dry weight basis) throughout the seagrass beds set 8 Harvested 6.5 million tons of Honda Walla.

(B)エタノール製造
以下に、図5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中和して原料を製造した。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, an ethanol production stage from seaweed harvested according to the flowchart of FIG. 5 will be described.
(First step) Pre-treatment The harvested seaweed is washed with water to remove the adhering components, and pulverized with a fine crusher while heating to 50 to 90 ° C., and neutralized by adding a small amount of sodium hydroxide. The raw material was manufactured. 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6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150℃の水蒸気46で処理した後に下部の120〜280℃の熱水49へ加え、150℃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沸騰させ、蒸発熱で100℃まで急冷させて爆砕した。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。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, then supplied from the pressure inlet 44 to the pressure kettle 43, and 150 ° C in the upper pretreatment unit 48 during the fall. After treating with water vapor 46, it was added to hot water 49 at 120-280 ° C. at the bottom and steamed at 150 ° C. for 5 minutes. The cooked raw material was boiled by being jetted from the adiabatic expansion nozzle 50 to the adiabatic expansion part 54, and rapidly boiled to 100 ° C. with the heat of evaporation and crushed. The produced slurry was separated into a soluble part and an insoluble part by a screw press. In the present example, the liquid condensed with the vapor and the soluble part were sent to the tenth step without recovering useful substances and carbohydrates, and were subjected to waste liquid treatment.

(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、エタノールを回収した。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10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 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 tenth 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38℃で10時間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 at 38 degreeC for 10 hours 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
第5工程の発酵液から、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。
650万トンのホンダワラ(乾燥重量)から、約200万m(2,000,000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 from the fermentation liquid of the 5th process 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.
650 million tons Sargassum (dry weight), ethanol approximately 2 million m 2 (2,000,000 kiloliters) was produced.

(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。
上記実施形態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 embodiment is shown.

1)ホンダワラの収量
作付面積: 1,000km
単位面積当たり収穫量: 6.5kg/m/年
年間収穫量: 650万トン
2)バイオ燃料生産量
セルロース含有率: 30%
アルギン酸含有率: 30%
その他炭水化物含有率: 28%
灰分 12%
2−1)バイオエタノール生産量:その他炭水化物から製造
エタノール収量推定値: 289kg/トン※1)÷0.79(比重)
=0.356キロリットル/トン・ホンダワラ(乾重)
エタノール年間生産量: 650×0.58×0.365
=137.6万キロリットル/年)
(全量割当の場合:=207.8万キロリットル/年)
*1)出典:(独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年時点の予想値
2−2)バイオブタノール生産量
ブタノール総合収率推定値:0.88×0.80/2=0.352
ここで、糖化収率=0.88、発酵効率=0.90と想定
ブタノール収量推定量: 0.352÷0.81(比重)
=0.434キロリットル/トン(乾重)
ブタノール年間生産量: 650×0.30×0.434
=84.6万キロリットル/年
1) Yield of Honda Wallet Planting area: 1,000 km 2
Yield per unit area: 6.5 kg / m 2 / year Annual yield: 6.5 million tons 2) Biofuel production Cellulose content: 30%
Alginic acid content: 30%
Other carbohydrate content: 28%
12% ash
2-1) Bioethanol production: Manufactured from other carbohydrates Estimated ethanol yield: 289 kg / ton * 1) ÷ 0.79 (specific gravity)
= 0.356 kiloliters / ton Honda Walla (dry weight)
Ethanol annual production: 650 x 0.58 x 0.365
= 137.6 million kiloliters / year)
(In the case of total allocation: = 207.8 million kiloliters / year)
* 1) Source: (Source: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology China Center Biomass Research Center)
Expected value as of 2010 2-2) Biobutanol production Butanol overall yield estimate: 0.88 × 0.80 / 2 = 0.352
Here, saccharification yield = 0.88, fermentation efficiency = 0.90 Assumed butanol yield: 0.352 ÷ 0.81 (specific gravity)
= 0.434 kiloliters / ton (dry weight)
Butanol annual production: 650 × 0.30 × 0.434
= 846,000 kiloliters / year

3)廃液エネルギー回収(概算)
設定条件:
可燃性残渣回収率 65%
ボイラー効率: 0.7
発電機効率: 0.35
炭化水素燃焼熱: 4,020Kcal/kg(低位発熱量)
分子量:炭水化物/エタノール
=180/(46×2)
≒2
可燃性残渣回収量
(650×0.88)−(137×0.79×2)
−(84×0.81×2×0.65)
=143万トン/年
廃液回収ボイラー熱量
143×4020×0.7×(1,000/860)
=468万MWh/年
発電機出力
468×0.35×10/(365日×24時間)
=189MW
3) Waste liquid energy recovery (approximate)
Setting conditions:
Combustible residue recovery rate 65%
Boiler efficiency: 0.7
Generator efficiency: 0.35
Hydrocarbon combustion heat: 4,020 Kcal / kg (low heating value)
Molecular weight: carbohydrate / ethanol
= 180 / (46 × 2)
≒ 2
Amount of flammable residue recovered
(650 × 0.88) − (137 × 0.79 × 2)
-(84 x 0.81 x 2 x 0.65)
= 14.3 million tons / year Waste heat recovery boiler calorific value
143 x 4020 x 0.7 x (1,000 / 860)
= 4.68 million MWh / year Generator output
468 × 0.35 × 10 4 / (365 days × 24 hours)
= 189MW

廃液エネルギー回収による発電量は、バイオ燃料製造工場の全使用電力を大幅に上回っており、外部に売電することができる。
記載していない経費バランスから見ると、概算によれば、本発明の海藻からバイオ燃料を製造する方法は、実施例に記載したバイオ燃料の製造方法のみで経済的に成立すると推定された。さらに有用物質の回収や廃液エネルギー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た。
The amount of power generated by waste liquid energy recovery greatly exceeds the total power used by the biofuel manufacturing plant, and can be sold to the outside.
From the cost balance not described, it was estimated that the method for producing biofuel from the seaweed of the present invention was economically established only by the method for producing biofuel described in the examples. Furthermore, it is estimated that sufficient profits can be obtained by collecting useful substances and selling power for waste energy recovery power generation.

バイオ燃料の発酵生産に関する生化学反応経路の概略図である。It is the schematic of the biochemical reaction path | route regarding the fermentative production of biofuel. ホンダワラを示す概略図である。It is the schematic which shows a Honda walla. 藻場と、藻場セットと、藻場ユニットとの概略図である。It is the schematic of a seaweed bed, a seaweed bed set, and a seaweed bed unit. バイオ燃料製造システムの概略図である。It is the schematic of a biofuel manufacturing system. バイオ燃料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 biofuel. 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. 膨張タービンを装備した蒸煮・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 the steaming and detonation apparatus equipped with the expansion turbine.

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 バイオ燃料製造設備
30 海洋性バイオマス運搬タンカー
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 水蒸気
47 配管
48 前処理部
49 熱水
50 断熱膨張ノズル
51 常圧蒸気出口
52 可溶部出口
53 固体−液体分離装置
54 断熱膨張部
55 膨張タービン
56 膨張タービン出口
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 Channel 25 Fishing Ground 26 Management Center 27 Marine Satellite System 28 Management Base 29 Biofuel Production Equipment 30 Marine Biomass Transport Tanker 31 Medium Work Ship 32 Small High-Speed Seaweed Cutter Boat 40 Steaming and Detonation Equipment 41 Raw Material Supply Part 42 steaming part 43 pressure kettle 44 pressure inlet 45 preheating means 46 steam 47 piping 48 pretreatment part 49 hot water 50 adiabatic expansion nozzle 51 atmospheric pressure steam outlet 52 soluble part outlet 53 solid-liquid separation device 54 adiabatic expansion part 55 Expansion turbine 56 Expansion turbine outlet

Claims (13)

海洋性バイオマスが、気胞をつけて自己浮遊性となる多年生海藻であって、
(1)前記海藻が成熟した後に前記海藻の付着器と茎を残して主枝を刈り取って収穫する海洋性バイオマス収穫段階と、
(2)収穫した海洋性バイオマスを細断・粉砕する前処理段階と、細断・粉砕された海洋性バイオマスを120〜280℃の熱水に懸濁し、その後大気圧中に噴出して沸騰させ、蒸発熱で100℃まで急冷させる蒸煮・爆砕段階と、前記蒸煮・爆砕段階の生成物から不溶部を採取し精製してセルロース画分を得るセルロース画分精製段階と、前記セルロース画分を120〜280℃の熱水に加え、その後大気圧中に噴出して沸騰させ、蒸発熱で100℃まで急冷させてグルコース溶液を製造する加水分解段階と、を含むバイオ燃料製造段階と、
を含むことを特徴とするバイオ燃料製造方法。
Marine biomass is a perennial seaweed that becomes self-floating with air bubbles,
(1) A marine biomass harvesting stage for harvesting by harvesting the main branch leaving the seaweed attachment and stem after the seaweed has matured;
(2) A pre-treatment stage for chopping and pulverizing the harvested marine biomass, and suspending the chopped and crushed marine biomass in hot water at 120 to 280 ° C., and then ejecting it to atmospheric pressure to bring it to a boil , A steaming / explosion stage that is rapidly cooled to 100 ° C. by heat of evaporation, a cellulose fraction purification stage that collects an insoluble part from the product of the steaming / explosion stage and purifies it to obtain a cellulose fraction, and 120 parts of the cellulose fraction. A biofuel production stage comprising: a hydrolyzing stage in addition to hot water of ˜280 ° C., followed by jetting into the atmospheric pressure to boil and quenching to 100 ° C. with the heat of evaporation to produce a glucose solution;
A biofuel production method comprising:
前記セルロース画分精製段階が、前記不溶部をオゾン、水酸化ナトリム、炭酸ナトリウムの群からなる処理剤の内の1以上を用いて処理してセルロース画分を採取する段階であることを特徴とする請求項1に記載のバイオ燃料製造方法。   The cellulose fraction purification step is a step of collecting the cellulose fraction by treating the insoluble part with one or more treatment agents consisting of ozone, sodium hydroxide and sodium carbonate. The biofuel production method according to claim 1. 前記蒸煮・爆砕段階の生成物から可溶部を採取し糖質を回収する糖質回収段階と、前記回収した糖質を120〜280℃の熱水に加え、その後大気圧中に噴出して沸騰させ、蒸発熱で100℃まで急冷させて単糖溶液を製造する糖質加水分解段階と、を含むことを特徴とする請求項1に記載のバイオ燃料製造方法。   A saccharide recovery stage in which soluble parts are collected from the product of the steaming / explosion stage and the saccharide is recovered, and the recovered saccharide is added to hot water at 120 to 280 ° C., and then blown into atmospheric pressure. The method for producing biofuel according to claim 1, further comprising: a carbohydrate hydrolysis step in which a monosaccharide solution is produced by boiling and rapidly cooling to 100 ° C. with heat of evaporation. 前記グルコース溶液を発酵させることによって発酵液を得る発酵段階と、前記発酵液から粗バイオ燃料を採取する採取段階と、前記粗バイオ燃料を精製するバイオ燃料精製段階と、を含むことを特徴とする請求項1に記載のバイオ燃料製造方法。   A fermentation stage for obtaining a fermentation broth by fermenting the glucose solution; a collection stage for collecting a crude biofuel from the fermentation broth; and a biofuel purification stage for refining the crude biofuel. The biofuel manufacturing method according to claim 1. 前記グルコース溶液を還元して糖アルコールを製造する還元段階と、前記糖アルコールから流動床水素化分解触媒を用いてエチレンを製造する水素化分解段階と、を含むバイオ燃料製造段階を含むことを特徴とする請求項1に記載のバイオ燃料製造方法。   A biofuel production step comprising: a reduction step of producing a sugar alcohol by reducing the glucose solution; and a hydrocracking step of producing ethylene from the sugar alcohol using a fluidized bed hydrocracking catalyst. The biofuel production method according to claim 1. 前記単糖溶液を発酵させることによって発酵液を得る発酵段階と、前記発酵液から粗バイオ燃料を採取する採取段階と、前記粗バイオ燃料を精製するバイオ燃料精製段階と、を含むことを特徴とする請求項3に記載のバイオ燃料製造方法。   A fermentation stage for obtaining a fermentation broth by fermenting the monosaccharide solution; a collection stage for collecting crude biofuel from the fermentation broth; and a biofuel purification stage for refining the crude biofuel. The biofuel production method according to claim 3. 前記単糖溶液を還元して糖アルコールを製造する還元段階と、前記糖アルコールから流動床水素化分解触媒を用いてエチレンを製造する水素化分解段階と、を含むバイオ燃料製造段階を含むことを特徴とする請求項3に記載のバイオ燃料製造方法。   A biofuel production step comprising: a reduction step of producing a sugar alcohol by reducing the monosaccharide solution; and a hydrocracking step of producing ethylene from the sugar alcohol using a fluidized bed hydrocracking catalyst. The biofuel production method according to claim 3, wherein 前記バイオ燃料製造段階の各段階において生成する排出液の1以上を合わせて有機物を回収する廃液回収段階と、前記有機物を廃液回収ボイラーで燃焼させ、前記廃液回収ボイラーで発生した蒸気を用いて発電する発電段階と、を有することを特徴とする請求項1ないし7の何れか1項に記載のバイオ燃料製造方法。   A waste liquid recovery stage in which one or more of the effluents generated in each stage of the biofuel production stage are combined to recover organic matter, and the organic matter is combusted in a waste liquid recovery boiler, and power is generated using steam generated in the waste liquid recovery boiler. The method for producing biofuel according to any one of claims 1 to 7, further comprising: a power generation stage. 前記発電段階に抽気背圧タービン発電機を用いて、発電すると共に前記蒸煮・爆砕段階と、前記加水分解段階と、前記糖質加水分解段階と、の中の1以上に水蒸気を供給することを特徴とする請求項8に記載のバイオ燃料製造方法。   Using an extraction back pressure turbine generator in the power generation stage to generate power and supply steam to one or more of the steaming / explosion stage, the hydrolysis stage, and the carbohydrate hydrolysis stage. The biofuel production method according to claim 8, wherein 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1に記載のバイオ燃料製造方法。   The method for producing biofuel according to claim 1, wherein the seaweed is a seaweed belonging to the order of the scorpionidae. 海洋性バイオマスが、気胞をつけて自己浮遊性となる多年生海藻であって、
(1)前記海藻の付着器を保持する海藻保持器具と、前記海藻保持器具を浮沈させる浮力調節装置と、を備える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された藻場セットと、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、を備える養殖手段と、前記海藻の付着器と茎とを残して主枝を刈り取って収穫する収穫手段と、を備える海洋性バイオマス収穫手段と、
(2)バイオ燃料製造手段と、
からなることを特徴とするバイオ燃料製造装置。
Marine biomass is a perennial seaweed that becomes self-floating with air bubbles,
(1) A seaweed holding device for holding the seaweed attachment device and a buoyancy adjusting device for floating and sinking the seaweed holding device, and a net connected to a mooring line connecting an anchor and a buoyant body installed on the seabed A seaweed bed unit attached substantially horizontally, a seaweed bed set in which a plurality of the seaweed bed units are aligned and gathered at a predetermined interval, and a plurality of algae beds set at predetermined intervals. A marine biomass harvesting means comprising: a farming means, and a harvesting means for cutting and harvesting the main branches leaving the seaweed attachment and stems;
(2) biofuel production means;
A biofuel production apparatus comprising:
前記バイオ燃料製造手段が、
収穫した海洋性バイオマスを細断・粉砕する前処理手段と、細断・粉砕された海洋性バイオマスを120〜280℃の熱水に懸濁し、その後大気圧中に噴出して沸騰させ、蒸発熱で100℃まで急冷させる蒸煮・爆砕手段と、前記蒸煮・爆砕手段の生成物から不溶部を採取し精製してセルロース画分を採取するセルロース画分精製手段と、前記セルロース画分を120〜280℃の熱水に加え、その後大気圧中に噴出して沸騰させ、蒸発熱で100℃まで急冷させ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発酵させることによって発酵液を得る発酵手段と、前記発酵液から粗バイオ燃料を採取する採取手段と、前記粗バイオ燃料を精製するバイオ燃料精製手段と、前記各手段において生成する排出液の1以上を合わせて有機物を回収する廃液回収手段と、前記有機物を廃液回収ボイラーで燃焼させ、前記廃液回収ボイラーで発生した蒸気を用いて発電する発電手段と、を有することを特徴とする請求項11に記載のバイオ燃料製造装置。
The biofuel production means comprises
Pretreatment means for shredding and crushing harvested marine biomass, and suspending the shredded and crushed marine biomass in hot water at 120 to 280 ° C, then ejecting it to atmospheric pressure to boil, and evaporating heat Cooking / explosion means for rapid cooling to 100 ° C., cellulose fraction purification means for collecting an insoluble part from the product of the steaming / explosion means and collecting the cellulose fraction, and the cellulose fraction for 120 to 280 In addition to hot water at ℃, then boiled and boiled into atmospheric pressure, rapidly hydrolyzed to 100 ℃ with the heat of evaporation to produce a glucose solution, and fermentation to obtain a fermentation broth by fermenting the glucose solution Means, a collecting means for collecting the crude biofuel from the fermentation broth, a biofuel purification means for purifying the crude biofuel, and one or more of the effluents produced in each of the means The waste liquid recovery means for recovering the organic matter, and the power generation means for combusting the organic matter with the waste liquid recovery boiler and generating electric power using the steam generated in the waste liquid recovery boiler. Biofuel production equipment.
前記発電手段が抽気背圧タービン発電機であることを特徴とする請求項10に記載のバイオ燃料製造装置。   The biofuel production apparatus according to claim 10, wherein the power generation means is a bleed back pressure turbine generator.
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