JP2009124973A - Method for producing ethanol raw material and ethanol from lignocellulosic biomass - Google Patents

Method for producing ethanol raw material and ethanol from lignocellulosic biomass Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a practical and economical process for the production of ethanol, while suppressing the energy cost. <P>SOLUTION: The method for producing an ethanol raw material from a lignocellulosic biomass comprises a step of coarsely crushing a raw material containing lignocellulose, a step of finely crushing the roughly crushed material produced by the roughly crushing step, and a dehydration step for dehydrating finely crushed material, produced by the finely crushing step. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、木質系バイオマス(木材、樹皮などの林産残渣または廃材)および草木系バイオマス(稲藁などの農産残渣)の有効利用に関するものであり、より詳細には、木質系バイオマスおよび草木系バイオマスからエタノールを製造するための原料(「エタノール原料」という)を効率的に製造する方法、および当該原料を用いた効率的なエタノール製造方法に関するものである。   The present invention relates to effective use of woody biomass (forest residues or waste materials such as wood and bark) and grassy biomass (agricultural residues such as rice straw), and more specifically, woody biomass and grassy biomass. The present invention relates to a method for efficiently producing a raw material for producing ethanol from ethanol (referred to as “ethanol raw material”) and an efficient method for producing ethanol using the raw material.

木材や草などのリグノセルロース(林業残渣、廃材、農業残渣、水産業残渣など)からエタノールを製造するには、まずリグノセルロース中のセルロースおよびヘミセルロースを加水分解して遊離糖またはオリゴ糖に変換し、その後その遊離糖またはオリゴ糖を発酵させてエタノールに変換し、さらに得られた発酵液からエタノールを回収し、所定の品質まで精製する。   To produce ethanol from lignocellulose such as wood and grass (forestry residues, waste materials, agricultural residues, fishery residues, etc.), the cellulose and hemicellulose in lignocellulose are first hydrolyzed to free sugars or oligosaccharides. Thereafter, the free sugar or oligosaccharide is fermented and converted to ethanol, and ethanol is recovered from the obtained fermentation broth and purified to a predetermined quality.

最初の加水分解工程では、硫酸などの酸による加水分解が一般的に用いられるが、このような手法では、酸の回収、処理物の中和、中和物(例えば、硫酸を使用した場合は石膏が生成)の処理、耐腐食性の反応容器が必要となるだけでなく、加水分解反応が逐次的に進行することによる過分解に起因して糖化収率に限界がある。酸による加水分解以外には、セルラーゼなどの酵素を用いた糖化が用いられている。この手法は、選択性が高く(すなわち、過分解がない)、常温常圧で反応が進行するなどの理由から、環境に優しい方法として期待されている。しかしながら、リグノセルロースにそのまま糖化酵素を作用させても糖化はほとんど進行しない。よって、この手法を採用する場合は、酵素糖化のための前処理が必要である。   In the first hydrolysis step, hydrolysis with an acid such as sulfuric acid is generally used. However, in such a method, acid recovery, treatment neutralization, neutralized product (for example, when sulfuric acid is used) In addition to the need for a reaction vessel for the treatment of gypsum and the corrosion resistance, there is a limit to the saccharification yield due to the excessive decomposition due to the sequential progress of the hydrolysis reaction. In addition to hydrolysis with an acid, saccharification using an enzyme such as cellulase is used. This method is expected as an environmentally friendly method because of its high selectivity (ie, no excessive decomposition) and the reaction proceeds at normal temperature and pressure. However, saccharification hardly proceeds even if saccharification enzyme is allowed to act on lignocellulose as it is. Therefore, when this method is adopted, pretreatment for enzymatic saccharification is necessary.

酵素糖化の前処理として、様々な方法が提案されているが、酸などの化学薬品を使わない方法としては、微粉化のような機械的処理(例えば、特許文献1および2参照)と高温高圧の水(加圧熱水または亜臨界水)を利用する方法(例えば、特許文献3および4参照)がある。水熱処理と機械的処理を組み合わせて効率を高める方法(例えば、特許文献5および6参照)もある。   Various methods have been proposed as a pretreatment for enzymatic saccharification, but as a method that does not use chemicals such as acid, mechanical treatment such as pulverization (see, for example, Patent Documents 1 and 2), high temperature and high pressure (For example, see Patent Documents 3 and 4) using water (pressurized hot water or subcritical water). There is also a method for improving efficiency by combining hydrothermal treatment and mechanical treatment (see, for example, Patent Documents 5 and 6).

酵素糖化工程においては酵素価格が高く、経済性の課題がある。エタノール発酵工程においては、リグノセルロース中の五炭糖の発酵の課題があり、遺伝子組み換えのような検討が進められている(例えば、特許文献7および8参照)。
特開2007−185117号公報(平成19年7月26日公開) 特開2006−88136号公報(平成18年4月6日公開) 特開2006−255676号公報(平成18年9月28日公開) 特開2005−168335号公報(平成17年6月30日公開) 特開2006−136263号公報(平成18年6月1日公開) 特開2006−263570号公報(平成18年10月5日公開) 特開2006−246789号公報(平成18年9月21日公開) 特表2004−513632号公表(平成16年5月13日公表)
In the enzymatic saccharification process, the enzyme price is high and there is an economic problem. In the ethanol fermentation process, there is a problem of pentose fermentation in lignocellulose, and studies such as genetic recombination are underway (see, for example, Patent Documents 7 and 8).
JP 2007-185117 A (published July 26, 2007) JP 2006-88136 A (published April 6, 2006) JP 2006-255676 A (published September 28, 2006) JP 2005-168335 A (published June 30, 2005) JP 2006-136263 A (published June 1, 2006) JP 2006-263570 A (released on October 5, 2006) JP 2006-246789 A (published September 21, 2006) Announcement of Special Table 2004-513632 (announced on May 13, 2004)

しかしながら、特許文献1〜4に記載の技術では、機械的処理に必要な動力が大きく、特に、高温高圧水処理では過分解の問題、発酵阻害物質の生成の問題、原料濃度を高めることができないなどの課題がある。また、特許文献5〜6に記載の技術においても、原料濃度に関する課題が残されている。さらに、特許文献7〜8に記載の五炭糖発酵では、発酵時間が長い、基質濃度が高くできないなどの課題が残されている。   However, the technologies described in Patent Documents 1 to 4 require a large amount of power required for mechanical treatment, and in particular, high-temperature and high-pressure water treatment cannot increase the problem of overdegradation, the generation of fermentation inhibitors, and the concentration of raw materials. There are issues such as. Moreover, the technique regarding patent documents 5-6 also has the subject regarding raw material density | concentration. Furthermore, the pentose fermentation described in Patent Documents 7 to 8 still have problems such as a long fermentation time and a high substrate concentration.

エタノールの回収、精製工程においては、膜分離などの方法も提案されているものの、発酵液には酵母などの固形物が入っており、粗蒸留が必須である。蒸留工程では原液の加熱が必要であり、多くのエネルギーを費やすことになる。   In the ethanol recovery and purification process, although methods such as membrane separation have been proposed, solid fermentation such as yeast is contained in the fermentation broth, and crude distillation is essential. In the distillation process, the stock solution needs to be heated, and much energy is consumed.

糖化前処理、酵素糖化、エタノール発酵、粗蒸留、無水化(精製)の一連の工程を全体プロセスとして捉えた場合、エタノール発酵工程において、基質濃度が低いときに単位製品エタノールに対する発酵タンクが大きくなるだけでなく、発酵液中のエタノール濃度が低くなり、粗蒸留工程での蒸留塔の巨大化や必要熱エネルギーの増大を招くことになる。一方、基質濃度を高めようとすると、酵素糖化工程での固体/液体比が高くなり、酵素糖化ができなくなるという矛盾を抱えている。   When a series of steps of saccharification pretreatment, enzymatic saccharification, ethanol fermentation, crude distillation, and dehydration (purification) are considered as the overall process, the fermentation tank for the unit product ethanol becomes large when the substrate concentration is low in the ethanol fermentation step. In addition, the ethanol concentration in the fermentation solution is lowered, leading to an increase in the size of the distillation column and an increase in required heat energy in the rough distillation process. On the other hand, when trying to increase the substrate concentration, the solid / liquid ratio in the enzymatic saccharification step increases, and there is a contradiction that enzymatic saccharification cannot be performed.

酵素糖化工程の経済性を解決するためには、酵素調達費用の低減および酵素使用量の低減が必要である。酵素調達費用の低減にはオンサイトで酵素を製造する方法があるものの、これは外部からの購入費用との価格差で決定される。一方、酵素使用量の低減には、水熱処理よりも微紛化処理の方が適しているが、先に述べたように微紛化処理は必要な動力が多く、エネルギーコスト(すなわち経済性)を悪くしてしまう。水熱処理は酵素使用量を低減し得ないだけでなく、上述したように過分解が生じて発酵阻害物質が生成する。連続処理の場合に原料濃度を高くし得ないという課題がある。   In order to solve the economics of the enzymatic saccharification process, it is necessary to reduce the cost of enzyme procurement and the amount of enzyme used. Although there is a method for producing an enzyme on-site to reduce enzyme procurement costs, this is determined by the price difference from external purchase costs. On the other hand, pulverization treatment is more suitable than hydrothermal treatment for reducing the amount of enzyme used. However, as described above, pulverization treatment requires a lot of power and energy cost (ie, economic efficiency). Will make it worse. Hydrothermal treatment can not only reduce the amount of enzyme used, but also causes excessive decomposition as described above to produce a fermentation inhibitor. There is a problem that the raw material concentration cannot be increased in the case of continuous processing.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、エタノール製造において、プロセス工学に基づき、酸および/または化学薬品を用いない前処理、酵素糖化、エタノール発酵、エタノール回収/精製の、エネルギーコストを抑えた実用的かつ経済的なプロセスを実現可能に提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is based on process engineering in ethanol production, pretreatment without using acids and / or chemicals, enzymatic saccharification, ethanol fermentation, and ethanol recovery. / To provide a practical and economical process of refining with reduced energy costs.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、エタノール原料の製造方法を改善することによって、当該課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the problems can be solved by improving the method for producing an ethanol raw material, and have completed the present invention.

すなわち本発明に係る製造方法は、上記課題を解決するために、リグノセルロース系バイオマスからエタノール原料を製造する方法であって、リグノセルロースを含有する原料を粗粉砕する粗粉砕工程、粗粉砕工程において生成された粗粉砕物を微粉砕する微粉砕工程、および微粉砕工程において生成された微粉砕物を脱水する脱水工程、を包含している。   That is, the production method according to the present invention is a method for producing an ethanol raw material from lignocellulosic biomass in order to solve the above-mentioned problems, and in a coarse pulverization step and a coarse pulverization step for coarsely pulverizing a raw material containing lignocellulose. A fine pulverization step for finely pulverizing the produced coarsely pulverized product, and a dehydration step for dehydrating the finely pulverized product produced in the fine pulverization step.

また本発明に係る製造方法は、リグノセルロース系バイオマスからエタノール原料を製造する方法であって、リグノセルロースを含有する原料を粗粉砕する粗粉砕工程、粗粉砕工程において生成された粗粉砕物を水熱処理する水熱処理工程、水熱処理工程において生成された水熱処理物を微粉砕する微粉砕工程、および微粉砕工程において生成された微粉砕物を脱水する脱水工程、を包含する製造方法であってもよい。   The production method according to the present invention is a method for producing an ethanol raw material from lignocellulosic biomass, the coarse pulverization step for coarsely pulverizing the raw material containing lignocellulose, and the coarsely pulverized product produced in the coarse pulverization step. A manufacturing method including a hydrothermal treatment step for heat treatment, a fine pulverization step for finely pulverizing a hydrothermal treatment product generated in the hydrothermal treatment step, and a dehydration step for dehydrating the finely pulverized product generated in the fine pulverization step. Good.

また本発明に係る製造方法は、リグノセルロース系バイオマスからエタノール原料を製造する方法であって、リグノセルロースを含有する原料を粗粉砕する粗粉砕工程、粗粉砕工程において生成された粗粉砕物を微粉砕する微粉砕工程、微粉砕工程において生成された微粉砕物を水熱処理する水熱処理工程、および水熱処理工程において生成された水熱処理物を脱水する脱水工程、を包含する製造方法であってもよい。   The production method according to the present invention is a method for producing an ethanol raw material from lignocellulosic biomass, which comprises roughly pulverizing a raw material containing lignocellulose, and finely pulverizing the coarsely pulverized product produced in the coarse pulverization step. Even a manufacturing method including a pulverizing step of pulverizing, a hydrothermal treatment step of hydrothermally treating the finely pulverized product generated in the fine pulverizing step, and a dehydrating step of dehydrating the hydrothermally processed product generated in the hydrothermal treatment step Good.

また本発明に係る製造方法は、リグノセルロース系バイオマスからエタノール原料を製造する方法であって、リグノセルロースを含有する原料を粗粉砕する粗粉砕工程、粗粉砕工程において生成された粗粉砕物を微粉砕する第一微粉砕工程、第一微粉砕工程において生成された微粉砕物を水熱処理する水熱処理工程、水熱処理工程において生成された水熱処理物をさらに微粉砕する第二微粉砕工程、第二微粉砕工程において生成された微粉砕物を脱水する脱水工程、およびを包含する、製造方法であってもよい。   The production method according to the present invention is a method for producing an ethanol raw material from lignocellulosic biomass, which comprises roughly pulverizing a raw material containing lignocellulose, and finely pulverizing the coarsely pulverized product produced in the coarse pulverization step. A first pulverizing step for pulverization, a hydrothermal treatment step for hydrothermally treating the finely pulverized product produced in the first fine pulverization step, a second fine pulverization step for further finely pulverizing the hydrothermally treated product produced in the hydrothermal treatment step, And a dehydration step of dehydrating the finely pulverized product produced in the two fine pulverization steps.

また本発明に係る製造方法は、前記脱水工程において、微粉砕物の固形物濃度を14質量%以上にする製造方法であってもよい。   Moreover, the manufacturing method which concerns on this invention may be a manufacturing method which makes solid content concentration of a fine ground material 14 mass% or more in the said dehydration process.

また本発明に係る製造方法は、前記粗粉砕物が1mm以上の篩を通過する大きさであってもよい。   In the production method according to the present invention, the coarsely pulverized product may pass through a sieve having a size of 1 mm or more.

また本発明に係る製造方法は、前記水熱処理工程が飽和蒸気圧0.98MPa以下で行われる製造方法であってもよい。   The production method according to the present invention may be a production method in which the hydrothermal treatment step is performed at a saturated vapor pressure of 0.98 MPa or less.

また本発明に係る製造方法は、前記微粉砕物が、長径5000μm以下、且つ短径1μm以下である製造方法であってもよい。   The production method according to the present invention may be a production method in which the finely pulverized product has a major axis of 5000 μm or less and a minor axis of 1 μm or less.

また本発明に係るエタノールの製造方法は、上記リグノセルロース系バイオマスからエタノール原料を製造する方法によって得られたエタノール原料を用いることを特徴としている。   The ethanol production method according to the present invention is characterized by using an ethanol raw material obtained by a method for producing an ethanol raw material from the above lignocellulosic biomass.

また本発明に係るエタノールの製造方法は、前記エタノール原料を糖化酵素によって糖化する酵素糖化工程、酵素糖化工程において生成された糖化物をエタノール発酵させるエタノール発酵工程、エタノール発酵工程において生成された発酵物を粗蒸留する粗蒸留工程、および粗蒸留工程において生成された粗蒸留物を精製する精製工程を包含する製造方法であってもよい。   The ethanol production method according to the present invention includes an enzyme saccharification step in which the ethanol raw material is saccharified with a saccharification enzyme, an ethanol fermentation step in which the saccharification product produced in the enzyme saccharification step is ethanol-fermented, and a fermented product produced in the ethanol fermentation step. It may be a production method including a crude distillation step of roughly distilling and a purification step of purifying the crude distillate produced in the crude distillation step.

また本発明に係るエタノールの製造方法は、前記酵素糖化工程および前記エタノール発酵工程を単一の培養槽内で行う製造方法であってもよい。   The ethanol production method according to the present invention may be a production method in which the enzyme saccharification step and the ethanol fermentation step are performed in a single culture tank.

また上記糖化酵素は、上記前処理物、上記微粉砕物または上記水熱処理物を原料に用いて糸状菌により生産されるものであってもよい。すなわち、本発明に係るエタノール製造方法は、酵素糖化工程において用いる糖化酵素を、前記前処理物、前記微粉砕物または前記水熱処理物を原料に用いて糸状菌により生産する工程をさらに包含してもよい。また、上記エタノール発酵工程において用いられる微生物は、上記糖化物を原料に用いて培養されるものであってもよい。すなわち、本発明に係るエタノール製造方法は、エタノール発酵工程において用いる微生物を、前記糖化物を原料に用いて培養して得る工程をさらに包含してもよい。このような微生物としては、エタノール発酵能を有する微生物であれば特に限定されないが、酵母(特に五炭糖発酵能を付加した遺伝子組換え酵母)が好適に利用され得る。   The saccharifying enzyme may be produced by filamentous fungi using the pretreated product, the finely pulverized product, or the hydrothermally treated product as a raw material. That is, the ethanol production method according to the present invention further includes a step of producing a saccharifying enzyme used in the enzymatic saccharification step with a filamentous fungus using the pretreated product, the finely pulverized product or the hydrothermally treated product as a raw material. Also good. Moreover, the microorganisms used in the ethanol fermentation step may be those cultured using the saccharified product as a raw material. That is, the ethanol production method according to the present invention may further include a step of culturing the microorganism used in the ethanol fermentation step using the saccharified product as a raw material. Such a microorganism is not particularly limited as long as it has an ethanol fermentation ability, but yeast (in particular, a genetically modified yeast added with a pentose fermentation ability) can be suitably used.

本発明に係るエタノール製造方法において、上記粗蒸留工程において、単蒸留および連続蒸留の組合せによって、エタノール濃度を80質量%以上にすることが好ましい。   In the ethanol production method according to the present invention, in the crude distillation step, the ethanol concentration is preferably 80% by mass or more by a combination of simple distillation and continuous distillation.

本発明に係るエタノール製造方法において、上記精製工程において、膜分離または吸着材によって無水エタノールを得ることが好ましい。   In the ethanol production method according to the present invention, it is preferable to obtain anhydrous ethanol by membrane separation or an adsorbent in the purification step.

本発明を用いれば、エネルギーコストを抑えて経済的かつ実用可能なエタノール製造プロセスの構築が可能になる。   By using the present invention, it is possible to construct an economical and practical ethanol production process with reduced energy costs.

本発明の一実施形態に係るエタノール製造方法を、図1に示すフローチャートに従って説明する。なお、以下において、本発明に係るエタノール原料の製造方法が含まれるエタノール製造方法として本発明の一実施形態を説明するが、本発明には本発明に係るエタノールの製造方法のみが含まれるのではなく、エタノール原料の製造方法も含まれる。   An ethanol production method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In the following, an embodiment of the present invention will be described as an ethanol production method including an ethanol raw material production method according to the present invention. However, the present invention includes only the ethanol production method according to the present invention. And a method for producing an ethanol raw material is also included.

ここで「リグノセルロース系バイオマス」とは、主としてセルロース、ヘミセルロース、およびリグニンから構成されるバイオマス(生物由来の有機資源)のことを意味する。リグノセルロース系バイオマスには、木質系バイオマス、木質系廃棄物、草本系バイオマス、草本系廃棄物などが含まれる。ここでリグノセルロース系バイオマスとしては例えば、木材、イナワラ、ムギワラ、バガス、竹、パルプ、コーンストーバー、もみがら、パーム椰子残渣、キャッサバ残渣、麻等が挙げられ、その他植物繊維質を有するバイオマスを指す。   Here, “lignocellulose-based biomass” means biomass (biologically derived organic resources) mainly composed of cellulose, hemicellulose, and lignin. Lignocellulosic biomass includes woody biomass, woody waste, herbaceous biomass, herbaceous waste, and the like. Here, examples of lignocellulosic biomass include wood, rice straw, wheat straw, bagasse, bamboo, pulp, corn stover, rice husk, palm eggplant residue, cassava residue, hemp, etc., and refers to biomass having other plant fiber. .

第1の実施形態に係るエタノール製造方法は、以下のステップ1〜7から構成されるプロセスである。なお、図においてはステップを「S」と略記する。具体的には、原料であるリグノセルロース系バイオマスを粗粉砕し(ステップ1)、得られた粗粉砕物を微粉砕し(ステップ2)、得られた微粉砕物を脱水することによって酵素糖化の前処理物が得られ(ステップ3)、この前処理物を酵素糖化し(ステップ4)、引き続いてエタノール発酵させ(ステップ5)、得られた発酵物を蒸留(粗蒸留)し(ステップ6)、蒸留物を精製することによってエタノールを精製する(ステップ7)。   The ethanol production method according to the first embodiment is a process including the following steps 1 to 7. In the figure, the step is abbreviated as “S”. Specifically, the raw lignocellulosic biomass is coarsely pulverized (step 1), the obtained coarsely pulverized product is finely pulverized (step 2), and the obtained finely pulverized product is dehydrated to dehydrate the enzyme. A pre-treated product is obtained (step 3), this pre-treated product is enzymatically saccharified (step 4), followed by ethanol fermentation (step 5), and the obtained fermented product is distilled (crude distillation) (step 6). The ethanol is purified by purifying the distillate (step 7).

粗粉砕工程(ステップ1)では原料が粉砕されればよく、具体的な手法は限定されず、公知の手段、およびその最適条件を適宜検討の上採用すればよい。本実施形態では、粉砕動力を抑えるために1mm以上の篩を通過する大きさのものを粗粉砕物とすることが好ましい。本発明者らが粗細粉砕物の大きさ(「粗粉砕物篩通過径」)とエタノール製造プロセスに必要なエネルギーとの関係をシミュレーションした結果を、図3に示す。このシミュレーションでは、エタノール製造プロセスに必要なエネルギーが、製造されるエタノールが有するエネルギー(23MJ/L)未満となれば実用的なプロセスとなると判断できる。図3によれば、23MJ/L未満となる粗細粉砕物の大きさは1mm以上であるということがわかった。   In the coarse pulverization step (step 1), the raw material may be pulverized, and the specific method is not limited, and publicly known means and optimum conditions thereof may be adopted after appropriate examination. In this embodiment, in order to suppress the pulverization power, it is preferable to use a coarsely pulverized product having a size that passes through a sieve of 1 mm or more. FIG. 3 shows the simulation results of the relationship between the size of the coarsely pulverized product (“crude pulverized product sieve passing diameter”) and the energy required for the ethanol production process. In this simulation, if the energy required for the ethanol production process is less than the energy (23 MJ / L) of the ethanol produced, it can be determined that the process is practical. According to FIG. 3, it was found that the size of the coarsely and finely pulverized product that is less than 23 MJ / L is 1 mm or more.

微粉砕工程(ステップ2)は、粗粉砕物をさらに細かく粉砕する工程であり、その具体的な手法は特に限定されず、公知の手段、およびその最適条件を適宜検討の上採用すればよい。例えば、公知の湿式ディスクミル(湿式磨砕型粉砕機)が好ましく利用され得る。湿式ディスクミル(湿式磨砕型粉砕機)を用いることによって粉砕動力を抑えることができる。表1に種々の方式の粉砕機の処理能力(表1中「規模」)および運転に必要なエネルギー(表1中「必要エネルギー」)を示す。   The fine pulverization step (Step 2) is a step of further finely pulverizing the coarsely pulverized product, and the specific technique thereof is not particularly limited, and publicly known means and optimal conditions thereof may be adopted after appropriate examination. For example, a known wet disk mill (wet grinding type pulverizer) can be preferably used. By using a wet disk mill (wet grinding type pulverizer), the pulverization power can be suppressed. Table 1 shows the processing capacity (“scale” in Table 1) and energy required for operation (“necessary energy” in Table 1) of various types of pulverizers.

Figure 2009124973
Figure 2009124973

表1によれば湿式磨砕型粉砕機が処理能力および運転に必要なエネルギーの点において特に優れていることが分かる。なお、必要に応じて湿式ディスクミルと繊維カッターとを組み合わせて本工程を実施してもよい。本実施形態では、微粉砕工程の後の微粉砕物が、長径5000μm以下(より好ましくは100μm以下)、且つ短径1μm以下であることが好ましい。微粉砕物が所望の大きさの物が得られたかどうかは顕微鏡観察によって確認することができる。   According to Table 1, it can be seen that the wet grinding type pulverizer is particularly excellent in terms of processing capacity and energy required for operation. In addition, you may implement this process combining a wet disk mill and a fiber cutter as needed. In the present embodiment, the finely pulverized product after the fine pulverization step preferably has a major axis of 5000 μm or less (more preferably 100 μm or less) and a minor axis of 1 μm or less. Whether or not the finely pulverized product has a desired size can be confirmed by microscopic observation.

本実施形態の脱水工程(ステップ3)は、微粉砕工程(ステップ2)で得られた微粉砕物を脱水し得る方法であれば、その具体的方法は特に限定されず、公知の手段、およびその最適条件を適宜検討の上採用すればよい。本発明者らの検討によれば、微粉砕物の脱水の際に、遠沈管を用いた通常の遠心分離を用いた場合には、微細粉末が沈殿しにくく、所望の程度の脱水を行うこと困難な場合があった。これに対して、公知の遠心脱水機を用いた場合は効率よく脱水を行うことができた。よって、本工程には遠心脱水機が好適に利用され得る。遠心脱水機としては例えば、月島機械株式会社製、巴工業株式会社製、寿工業株式会社製などのものが挙げられる。さらに、公知のスクリュープレス、ベルトプレスを用いて脱水工程が実施されてもよい。なお、遠心脱水機、スクリュープレス、ベルトプレスには様々なタイプがあるが、本発明においては特に限定されない。また脱水後の微粉砕物の固形物濃度も特に限定されるものではないが、微粉砕物の固形物濃度を14質量%以上(さらに好ましくは20質量%以上)にすることが好ましい。固形物濃度を上記好ましい範囲にすることにより、発酵槽の大きさを抑えることができるとともに、エタノール発酵後の発酵液中のエタノール濃度を高めて、粗蒸留工程での必要エネルギーを抑えることが可能となる。本発明者らが微細粉砕物の固形物濃度とエタノール製造プロセスに必要なエネルギーとの関係をシミュレーションした結果を、図4に示す。このシミュレーションでは、エタノール製造プロセスに必要なエネルギーが、製造されるエタノールが有するエネルギー(23MJ/L)未満となれば実用的なプロセスとなると判断できる。図4によれば、23MJ/L未満となる固形物濃度は14質量%以上であるということがわかった。   The dehydration step (step 3) of the present embodiment is not particularly limited as long as it is a method capable of dehydrating the finely pulverized product obtained in the fine pulverization step (step 2). The optimum conditions may be adopted after appropriate examination. According to the study by the present inventors, when ordinary centrifugal separation using a centrifuge tube is used for dewatering the finely pulverized product, it is difficult for the fine powder to settle and the desired degree of dewatering is performed. It was sometimes difficult. On the other hand, when a known centrifugal dehydrator was used, dehydration could be performed efficiently. Therefore, a centrifugal dehydrator can be suitably used for this step. Examples of the centrifugal dehydrator include those manufactured by Tsukishima Kikai Co., Ltd., Sakai Kogyo Co., Ltd. and Kotobuki Kogyo Co., Ltd. Furthermore, a dehydration process may be implemented using a well-known screw press and a belt press. There are various types of centrifugal dehydrators, screw presses, and belt presses, but there is no particular limitation in the present invention. The solid concentration of the finely pulverized product after dehydration is not particularly limited, but the solid concentration of the finely pulverized product is preferably 14% by mass or more (more preferably 20% by mass or more). By adjusting the solids concentration to the above preferred range, the size of the fermenter can be suppressed, and the ethanol concentration in the fermentation broth after ethanol fermentation can be increased to reduce the energy required in the rough distillation process. It becomes. FIG. 4 shows the result of the simulation of the relationship between the solid concentration of the finely pulverized product and the energy required for the ethanol production process by the present inventors. In this simulation, if the energy required for the ethanol production process is less than the energy (23 MJ / L) of the ethanol produced, it can be determined that the process is practical. According to FIG. 4, it turned out that the solid substance density | concentration used as less than 23 MJ / L is 14 mass% or more.

酵素糖化工程(ステップ4)では、糖化酵素によりセルロースやヘミセルロースが遊離糖またはオリゴ糖にまで加水分解される。糖化酵素としては当該分野で周知のものが利用され得、市販品を用いても、本実施形態に係るプロセス内にてオンサイトで生産したものを用いてもよい。また糖化条件も従来公知の方法が適宜採用され得る。糖化酵素をオンサイトで生産する場合、糖化酵素は糸状菌により生産させればよく、この糸状菌の生育にはステップ2で得られた微粉砕物、またはステップ3で得られた前処理物を利用することが好ましい。   In the enzymatic saccharification step (step 4), cellulose or hemicellulose is hydrolyzed to free sugar or oligosaccharide by the saccharifying enzyme. As the saccharifying enzyme, those well known in the art may be used, and commercially available products may be used, or those produced on-site within the process according to the present embodiment may be used. As saccharification conditions, conventionally known methods can be appropriately employed. When producing a saccharification enzyme on-site, the saccharification enzyme may be produced by a filamentous fungus. For the growth of this filamentous fungus, the finely ground product obtained in Step 2 or the pre-treatment product obtained in Step 3 is used. It is preferable to use it.

エタノール発酵工程(ステップ5)では、エタノール発酵能を有する微生物を用いて糖化物がエタノールに変換される。このような微生物としては酵母が好ましく、五炭糖発酵能を付加した遺伝子組換え酵母を用いてもよい。本実施形態において、上記微生物(例えば酵母)の前培養には酵素糖化工程(ステップ4)で得られる糖化物を用いることができる。すなわち、酵素糖化工程(ステップ4)とエタノール発酵工程(ステップ5)を単一の培養槽内で行うことができる。この場合、糖化酵素と微生物とを培養槽に同時に添加(同時糖化発酵)してもよく、あるいは予め糖化酵素を添加して前処理物を糖化した後に微生物を添加して発酵させてもよい。これらの方式のいずれを採用するかについては、バイオマス原料の適性および前処理物の性状に基づいて当業者によって容易に選択される。   In the ethanol fermentation process (step 5), the saccharified product is converted into ethanol using a microorganism having ethanol fermentation ability. As such a microorganism, yeast is preferable, and a genetically modified yeast added with pentose fermentation ability may be used. In this embodiment, the saccharified product obtained in the enzymatic saccharification step (step 4) can be used for the pre-culture of the microorganism (eg, yeast). That is, the enzymatic saccharification step (step 4) and the ethanol fermentation step (step 5) can be performed in a single culture tank. In this case, the saccharification enzyme and the microorganism may be simultaneously added to the culture tank (simultaneous saccharification and fermentation), or the saccharification enzyme may be added in advance to saccharify the pretreated product, and then the microorganism may be added and fermented. Which of these methods is adopted is easily selected by a person skilled in the art based on the suitability of the biomass raw material and the properties of the pretreatment product.

粗蒸留工程(ステップ6)では、エタノール濃度を80質量%以上とする。蒸留方式としては様々なタイプが挙げられるが、特に限定されない。なお、蒸留塔の汚れを防止するために、単蒸留によって固体と液体とを予め分離しておくことが望ましい。   In the crude distillation step (step 6), the ethanol concentration is set to 80% by mass or more. Although various types are mentioned as a distillation system, it is not specifically limited. In order to prevent contamination of the distillation tower, it is desirable to separate the solid and the liquid in advance by simple distillation.

精製工程(ステップ7)では、要求される品質のエタノールが精製される。この精製では膜分離または吸着剤が好適に用いられるが、特に限定されない。   In the purification step (Step 7), the required quality of ethanol is purified. In this purification, a membrane separation or an adsorbent is preferably used, but is not particularly limited.

このように、第1の実施形態に係るエタノール製造方法は、リグノセルロースを含有する原料を粗粉砕する粗粉砕工程、粗粉砕工程において生成された粗粉砕物を微粉砕する微粉砕工程、微粉砕工程において生成された微粉砕物の水分を調整する水分調整工程、水分調整工程を経た前処理物を糖化酵素によって糖化する酵素糖化工程、酵素糖化工程において生成された糖化物をエタノール発酵させるエタノール発酵工程、エタノール発酵工程において生成された発酵物を粗蒸留する粗蒸留工程、および粗蒸留工程において生成された粗蒸留物を精製する精製工程を包含していればよいといえる。   As described above, the ethanol production method according to the first embodiment includes a coarse pulverization process for coarsely pulverizing a raw material containing lignocellulose, a fine pulverization process for finely pulverizing a coarsely pulverized product generated in the coarse pulverization process, and a fine pulverization process. Moisture adjustment step for adjusting the water content of the finely pulverized product produced in the process, enzyme saccharification step for saccharifying the pre-treated product after the water content adjustment step with saccharification enzyme, ethanol fermentation for saccharification product produced in the enzyme saccharification step for ethanol fermentation It can be said that it includes a process, a crude distillation process of roughly distilling the fermented product produced in the ethanol fermentation process, and a purification process of purifying the crude distillate produced in the crude distillation process.

第2の実施形態に係るエタノール製造方法は、微粉砕物を水熱処理する水熱処理工程(ステップ8)をさらに包含する。図1に示すように、第2の実施形態において、ステップ8は第1の実施形態のステップ2と3との間に行われる。   The ethanol production method according to the second embodiment further includes a hydrothermal treatment step (step 8) in which the finely pulverized product is hydrothermally treated. As shown in FIG. 1, in the second embodiment, step 8 is performed between steps 2 and 3 of the first embodiment.

水熱処理工程(ステップ8)は、過分解を抑えるため、0.98MPa以下(飽和蒸気として、約180℃以下)の圧力下にて行われることが好ましい。また、圧力を0.98MPa以下とすることによって、反応器の建設コストも低減し得る。さらに、ステップ8で得られた水熱処理物もまた、糖化酵素をオンサイトで生産する場合に使用される糸状菌の生育に利用可能である。   The hydrothermal treatment step (step 8) is preferably performed under a pressure of 0.98 MPa or less (as saturated steam, about 180 ° C. or less) in order to suppress excessive decomposition. Moreover, the construction cost of a reactor can also be reduced by making a pressure into 0.98 Mpa or less. Furthermore, the hydrothermally treated product obtained in Step 8 can also be used for the growth of filamentous fungi used when producing saccharifying enzymes on-site.

このような水熱処理工程は、粗粉砕工程と微粉砕工程との間に行われてもよい。すなわち、第3の実施形態に係るエタノール製造方法は、図1に示すように、ステップ1、9,10を包含し、引き続いて第1および第2の実施形態と同様にステップ3〜7を包含する。   Such a hydrothermal treatment step may be performed between the coarse pulverization step and the fine pulverization step. That is, as shown in FIG. 1, the ethanol production method according to the third embodiment includes steps 1, 9, and 10, and subsequently includes steps 3 to 7 as in the first and second embodiments. To do.

また、水熱処理工程の前後に微粉砕工程が行われてもよい。すなわち、第4の実施形態に係るエタノール製造方法は、図1に示すように、ステップ1、2、9、10を包含し、引き続いて第1〜第3の実施形態と同様にステップ3〜7を包含する。ステップ9で得られた水熱処理物もまた、糖化酵素をオンサイトで生産する場合に使用される糸状菌の生育に利用可能である。   Moreover, a fine grinding process may be performed before and after the hydrothermal treatment process. That is, the ethanol production method according to the fourth embodiment includes steps 1, 2, 9, and 10 as shown in FIG. 1, and subsequently steps 3 to 7 as in the first to third embodiments. Is included. The hydrothermally-treated product obtained in Step 9 can also be used for the growth of filamentous fungi used in producing saccharifying enzymes on-site.

このように、第2の実施形態に係るエタノール製造方法は、リグノセルロースを含有する原料を粗粉砕する粗粉砕工程、粗粉砕工程において生成された粗粉砕物を水熱処理する水熱処理工程、水熱処理工程において生成された水熱処理物を微粉砕する微粉砕工程、微粉砕工程において生成された微粉砕物を脱水する脱水工程、脱水工程を経た前処理物を糖化酵素によって糖化する酵素糖化工程、酵素糖化工程において生成された糖化物をエタノール発酵させるエタノール発酵工程、エタノール発酵工程において生成された発酵物を粗蒸留する粗蒸留工程、および粗蒸留工程において生成された粗蒸留物を精製する精製工程を包含していればよいといえる。   As described above, the ethanol production method according to the second embodiment includes a coarse pulverization step of roughly pulverizing a raw material containing lignocellulose, a hydrothermal treatment step of hydrothermally treating the coarsely pulverized product generated in the coarse pulverization step, and a hydrothermal treatment. A finely pulverizing step for finely pulverizing the hydrothermally-treated product generated in the step, a dehydrating step for dehydrating the finely pulverized product generated in the finely pulverizing step, an enzymatic saccharification step for saccharifying the pre-treated product after the dehydrating step with a saccharifying enzyme, an enzyme An ethanol fermentation process for ethanol fermentation of the saccharified product produced in the saccharification process, a crude distillation process for crude distillation of the fermented product produced in the ethanol fermentation process, and a purification process for purifying the crude distillate produced in the crude distillation process It can be said that it should be included.

また、第3の実施形態に係るエタノール製造方法は、リグノセルロースを含有する原料を粗粉砕する粗粉砕工程、粗粉砕工程において生成された粗粉砕物を微粉砕する微粉砕工程、微粉砕工程において生成された微粉砕物を水熱処理する水熱処理工程、水熱処理工程において生成された水熱処理物を脱水する脱水工程、脱水工程を経た前処理物を糖化酵素によって糖化する酵素糖化工程、酵素糖化工程において生成された糖化物をエタノール発酵させるエタノール発酵工程、エタノール発酵工程において生成された発酵物を粗蒸留する粗蒸留工程、および粗蒸留工程において生成された粗蒸留物を精製する精製工程を包含していればよいといえる。   Further, the ethanol production method according to the third embodiment includes a coarse pulverization step for coarsely pulverizing a raw material containing lignocellulose, a fine pulverization step for finely pulverizing a coarsely pulverized product generated in the coarse pulverization step, and a fine pulverization step. Hydrothermal treatment process for hydrothermal treatment of the finely pulverized product, dehydration process for dehydrating the hydrothermal treatment product generated in the hydrothermal treatment process, enzymatic saccharification process for saccharifying the pre-treated product after the dehydration process with a saccharifying enzyme, enzymatic saccharification process Including an ethanol fermentation process for ethanol fermentation of the saccharified product produced in step 1, a crude distillation step for crude distillation of the fermentation product produced in the ethanol fermentation step, and a purification step for purifying the crude distillate produced in the crude distillation step. You can say that.

さらに、第4の実施形態に係るエタノール製造方法は、リグノセルロースを含有する原料を粗粉砕する粗粉砕工程、粗粉砕工程において生成された粗粉砕物を微粉砕する第一微粉砕工程、第一微粉砕工程において生成された微粉砕物を水熱処理する水熱処理工程、水熱処理工程において生成された水熱処理物をさらに微粉砕する第二微粉砕工程、第二微粉砕工程において生成された微粉砕物を脱水する脱水工程、脱水工程を経た前処理物を糖化酵素によって糖化する酵素糖化工程、酵素糖化工程において生成された糖化物をエタノール発酵させるエタノール発酵工程、エタノール発酵工程において生成された発酵物を粗蒸留する粗蒸留工程、および粗蒸留工程において生成された粗蒸留物を精製する精製工程を包含していればよいといえる。   Furthermore, the ethanol production method according to the fourth embodiment includes a coarse pulverization step of coarsely pulverizing a raw material containing lignocellulose, a first fine pulverization step of finely pulverizing a coarsely pulverized product generated in the coarse pulverization step, Hydrothermal treatment step of hydrothermally treating the finely pulverized product produced in the fine pulverization step, second fine pulverization step of further finely pulverizing the hydrothermally treated product produced in the hydrothermal treatment step, and fine pulverization produced in the second fine pulverization step Dehydration process for dehydrating products, enzymatic saccharification process for saccharifying saccharification enzyme from pre-treated product after dehydration process, ethanol fermentation process for ethanol fermentation of saccharification product generated in enzyme saccharification process, fermented product generated in ethanol fermentation process It can be said that it may include a crude distillation step of roughly distilling and a purification step of purifying the crude distillate produced in the crude distillation step.

なお、本発明において、水熱処理工程をどの段階で行うのかについては、扱うバイオマス原料の適性に基づいて当業者が適宜選択し得る。   In the present invention, the stage in which the hydrothermal treatment step is performed can be appropriately selected by those skilled in the art based on the suitability of the biomass raw material to be handled.

本発明に係るエタノール製造方法は、さらなる工程を包含する方法であってもよく、上述した工程から構成される方法であってもよい。例えば、本発明に係るエタノール製造方法は、酵素糖化工程において用いる糖化酵素を、前記前処理物、前記微粉砕物または前記水熱処理物を用いて糸状菌によって生産させる工程をさらに包含してもよく、エタノール発酵工程において用いる微生物を、前記糖化物を用いて培養する工程をさらに包含してもよい。   The ethanol production method according to the present invention may be a method including further steps, or may be a method including the steps described above. For example, the ethanol production method according to the present invention may further include a step of producing a saccharifying enzyme used in the enzymatic saccharification step by a filamentous fungus using the pretreated product, the finely pulverized product, or the hydrothermally treated product. A step of culturing a microorganism used in the ethanol fermentation step using the saccharified product may be further included.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

また、本明細書中に記載された学術文献および特許文献の全てが、本明細書中において参考として援用される。   Moreover, all the academic literatures and patent literatures described in this specification are incorporated herein by reference.

〔実施例1〕
(方法)
市販のカッターミルで2mm以下に粗粉砕した木粉を5質量%となるように水と混合させてスラリーを調製した。次に、増幸産業社製ディスクミル(MKZA10-15J)にこのスラリーを投入して微粉砕処理を行った。この時、ディスクミルの処理速度に合わせてスラリーを投入した。この処理によって得られた微粉砕物スラリーを再び上記ディスクミルに投入して再度微粉砕処理(微粉砕物:長径100μm以下、短径1μm以下)した。この操作を5回以上繰り返し、ジャム状の微細繊維スラリーを得た。なお、微粉砕処理の繰り返し回数は、原料の状態、粉砕機の性能などにより異なる。
[Example 1]
(Method)
A wood powder coarsely pulverized to 2 mm or less by a commercially available cutter mill was mixed with water so as to be 5% by mass to prepare a slurry. Next, this slurry was put into a disk mill (MKZA10-15J) manufactured by Masuko Sangyo Co., Ltd. and finely pulverized. At this time, slurry was added in accordance with the processing speed of the disk mill. The finely pulverized product slurry obtained by this treatment was again put into the disk mill, and pulverized again (finely pulverized product: major axis: 100 μm or less, minor axis: 1 μm or less). This operation was repeated 5 times or more to obtain a jam-like fine fiber slurry. Note that the number of repetitions of the fine pulverization process varies depending on the state of the raw material and the performance of the pulverizer.

湿式微粉砕処理後のスラリー(固形物濃度5質量%)を、遠心脱水機で3000rpm10分間脱水を行った。脱水後のスラリーの固形物濃度は24質量%であった。上記で得られた脱水後のスラリーに、アクレモニウムセルラーゼ(明治製菓社製、添加濃度:40FPU/g-乾燥木粉)、およびセルロシンGM5(エイチビィアイ社製、添加濃度:1v/v%)を添加し、45℃で3日間保持した。   The slurry (solid concentration 5 mass%) after the wet pulverization treatment was dehydrated with a centrifugal dehydrator at 3000 rpm for 10 minutes. The solid concentration of the slurry after dehydration was 24% by mass. Acremonium cellulase (manufactured by Meiji Seika Co., Ltd., addition concentration: 40 FPU / g-dried wood flour) and cellulosin GM5 (manufactured by HBI Corporation, addition concentration: 1 v / v%) are added to the slurry obtained above after dehydration. And kept at 45 ° C. for 3 days.

上記処理後のスラリー中のグルコースおよびマンノース濃度を高速液体クロマトグラフィー(Jasco社 PU-2080 RI-2031、カラム:バイオラッド社 Aminex HPX-87H)で定量した。   The glucose and mannose concentrations in the slurry after the above treatment were quantified by high-performance liquid chromatography (Jasco PU-2080 RI-2031, column: Bio-Rad Aminex HPX-87H).

(結果)
糖化酵素を加えたスラリーからは、グルコースおよびマンノースの生成が確認された(383mg/g-乾燥木粉)。一方、糖化酵素を加えないスラリーからは、液体クロマトグラフィーで単糖を検出しなかった。よって、本実施例によって製造されたエタノール原料は、セルラーゼおよびヘミセルラーゼで単糖化でき、通常の酵母がエタノール発酵することができる濃度の糖溶液となることが示された。
(result)
Production of glucose and mannose was confirmed from the slurry to which saccharifying enzyme was added (383 mg / g-dried wood flour). On the other hand, no monosaccharide was detected by liquid chromatography from the slurry to which saccharifying enzyme was not added. Therefore, it was shown that the ethanol raw material manufactured by the present Example can be monosaccharified with cellulase and hemicellulase, resulting in a sugar solution having a concentration that allows normal yeast to undergo ethanol fermentation.

〔実施例2〕
本発明に係るエタノール製造方法を実施するため図2に示すプロセスフローの基本設計を実施した。
[Example 2]
In order to carry out the ethanol production method according to the present invention, the basic design of the process flow shown in FIG. 2 was carried out.

木粉、バガスなどを含むリグノセルロース系バイオマス(以下「原料バイオマス」)200kg(約1m3)をフレコンバックで小型サイロ(102)に受け入れる。小型サイロにはスクリュータイプの切り出しコンベアを付属させる構造とする。小型サイロ(102)から原料バイオマスを切り出し、計量機(107)を介して粗粉砕機1(増幸産業社製相当品)(104)および粗粉砕機2(増幸産業社製相当品)(105)に投入し、粗粉砕工程(図1のS1工程)を実施する。 200 kg (about 1 m 3 ) of lignocellulosic biomass (hereinafter “raw biomass”) containing wood flour, bagasse, etc. is received in a small silo (102) with a flexible container bag. A small silo will be equipped with a screw-type cutting conveyor. Raw material biomass is cut out from the small silo (102), and the coarse pulverizer 1 (equivalent to Masuko Sangyo) (104) and the coarse pulverizer 2 (equivalent to Masuko Sangyo) (105) are passed through the weighing machine (107). The coarse pulverization step (step S1 in FIG. 1) is performed.

図1に示すS2→S9→S10の工程を実現するため、(第一)微粉砕工程用にバッチ式振動ミル(中央化工機社製相当品)(311)を配する。   In order to realize the process of S2 → S9 → S10 shown in FIG. 1, a batch type vibration mill (corresponding product made by Chuo Kako Co., Ltd.) (311) is arranged for the (first) pulverization process.

水熱処理工程(図1のS8、S9工程)を実施するため水熱処理装置(加藤製缶鉄工所社製相当品)(201)を配する。粗粉砕工程・(第一)微粉砕工程と水熱処理工程間あるいは粗粉砕物を直接微粉砕工程に原料バイオマスを移送するために、木紛移送装置(気流搬送型)(106)を配する。これにより、図1に示した様々な処理工程の組合せが実現できる。   In order to carry out the hydrothermal treatment step (steps S8 and S9 in FIG. 1), a hydrothermal treatment device (equivalent to Kato Steel Works) (201) is arranged. In order to transfer the raw material biomass between the coarse pulverization step / (first) fine pulverization step and the hydrothermal treatment step or the coarsely pulverized product directly into the fine pulverization step, a wood powder transfer device (air flow type) (106) is provided. Thereby, the combination of various processing steps shown in FIG. 1 can be realized.

水熱処理がされた粗粉砕物または(第一)微粉砕物、または水熱処理装置(201)によって水熱処理がされていない粗粉砕物をスラリータンク(305)へ投入する。そして原料バイオマスを5質量%となるように水と混合させてスラリーを調製する。   The coarsely pulverized product subjected to hydrothermal treatment, the (first) finely pulverized product, or the coarsely pulverized product which has not been hydrothermally treated by the hydrothermal treatment apparatus (201) is charged into the slurry tank (305). And raw material biomass is mixed with water so that it may become 5 mass%, and a slurry is prepared.

MC処理装置(増幸産業社製相当品)(301および302)を用いて、このスラリーの微粉砕処理を行う。   The slurry is finely pulverized using an MC processing apparatus (manufactured by Masuko Sangyo Co., Ltd.) (301 and 302).

この処理によって得られた微粉砕物スラリーをカッターミル(増幸産業社製相当品)(303)に投入して再度微粉砕処理を行うことによって、微粉砕物(長径100μm以下、短径1μm以下)を得ることができる。   The finely pulverized product slurry obtained by this treatment is put into a cutter mill (equivalent to Masuko Sangyo Co., Ltd.) (303) and subjected to pulverization again to obtain a finely pulverized product (major axis 100 μm or less, minor axis 1 μm or less). Can be obtained.

微粉砕処理後のスラリー(固形物濃度5質量%)の脱水を行うため、遠心脱水機(402)で脱水する。遠心脱水機の回転数、処理時間を調整することで脱水後のスラリーの固形物濃度を20質量%にする。これにより請求項1〜8記載および実施例1記載のエタノール原料を製造できる。   In order to dehydrate the finely pulverized slurry (solid concentration: 5% by mass), the slurry is dehydrated by a centrifugal dehydrator (402). The solid content concentration of the slurry after dehydration is adjusted to 20% by mass by adjusting the rotation speed and processing time of the centrifugal dehydrator. Thereby, the ethanol raw material of Claims 1-8 and Example 1 can be manufactured.

この脱水スラリー(エタノール原料)を主糖化発酵タンク(501)および糸状菌本培養タンク(521)へ投入する。糖化工程・発酵工程に関わる工程には各容量の培養タンク(丸菱バイオエンジ社製相当品)を各配置する。すなわち、糸状菌前培養タンク(見かけ容量60L)(511)で酵素生産菌の前培養を行い、糸状菌本培養タンク(見かけ容量400L)(521)で酵素を生産する。酵母前培養タンク(見かけ容量100L)(531)でエタノール発酵酵母の前培養を行い、主糖化発酵タンク(見かけ容量2000L)(501)で糖化と発酵を行う。糖化運転と発酵運転は同時に行うことも、日にちをずらして行うことも可能である。   This dehydration slurry (ethanol raw material) is put into the main saccharification and fermentation tank (501) and the filamentous fungus main culture tank (521). Culture tanks of various capacities (equivalent to Maruryo Bio-Engineering Co., Ltd.) are arranged in the processes related to the saccharification process and fermentation process. That is, pre-culture of the enzyme-producing bacteria is performed in the filamentous fungus pre-culture tank (apparent volume 60 L) (511), and the enzyme is produced in the filamentous fungus main culture tank (apparent volume 400 L) (521). Ethanol-fermenting yeast is precultured in a yeast preculture tank (apparent volume 100 L) (531), and saccharification and fermentation are carried out in a main saccharification and fermentation tank (apparent volume 2000 L) (501). The saccharification operation and the fermentation operation can be performed at the same time or by shifting the date.

エタノール発酵後の発酵液(エタノール濃度約4〜5重量%程度)をもろみ塔(601)で一次蒸留し、エタノール濃度10〜20重量%程度に濃縮する。これにより固液分離も同時に行うことができる。   The fermented liquor after ethanol fermentation (ethanol concentration of about 4 to 5% by weight) is subjected to primary distillation in a mash tower (601) and concentrated to an ethanol concentration of about 10 to 20% by weight. Thereby, solid-liquid separation can be performed simultaneously.

濃縮液を連続蒸留器(ラボ連続蒸留器)(三菱重工業社製相当品)(611)を用いて蒸留を行い、エタノール濃度90%(v/v)以上の共沸濃度の粗蒸留液を得る。   The concentrated liquid is distilled using a continuous distiller (lab continuous distiller) (equivalent to Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.) (611) to obtain a crude distillate having an azeotropic concentration of 90% (v / v) or higher in ethanol concentration. .

粗蒸留液を膜脱水機(三井造船社製相当品)(621)で精製し、最終的に99.5%(v/v)のエタノールを得ることができる。   The crude distillate can be purified with a membrane dehydrator (equivalent to Mitsui Engineering & Shipbuilding) (621), and finally 99.5% (v / v) ethanol can be obtained.

本発明を用いれば、エネルギーコストを抑えて経済的かつ実用可能なプロセスの構築が可能になり、バイオマスの有効利用を低コストにて行うことができる。   By using the present invention, it becomes possible to construct an economical and practical process while suppressing the energy cost, and the biomass can be effectively used at a low cost.

本発明の一実施形態に係るエタノール製造方法のフローチャートである。It is a flowchart of the ethanol manufacturing method which concerns on one Embodiment of this invention. 実施例2におけるエタノール製造方法のフローチャートである。3 is a flowchart of an ethanol production method in Example 2. 粗細粉砕物の大きさとエタノール製造プロセスに必要なエネルギーとの関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having simulated the relationship between the magnitude | size of a coarsely pulverized material, and the energy required for an ethanol manufacturing process. 微細粉砕物の固形物濃度とエタノール製造プロセスに必要なエネルギーとの関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having simulated the relationship between the solid substance density | concentration of a fine ground material, and the energy required for an ethanol manufacturing process.

符号の説明Explanation of symbols

104 粗粉砕機1
105 粗粉砕機2
311 バッチ式振動
201 水熱処理装置
301 MC処理装置一式1
302 MC処理装置一式2
303 カッターミル
402 遠心脱水機
501 主糖化発酵タンク
611 ラボ連続蒸留器
621 膜脱水機
104 Coarse grinder 1
105 Coarse grinder 2
311 Batch type vibration 201 Hydrothermal treatment equipment 301 MC treatment equipment 1
302 MC processing equipment set 2
303 Cutter mill 402 Centrifugal dehydrator 501 Main saccharification and fermentation tank 611 Laboratory continuous distiller 621 Membrane dehydrator

Claims (11)

リグノセルロース系バイオマスからエタノール原料を製造する方法であって、
リグノセルロースを含有する原料を粗粉砕する粗粉砕工程、
粗粉砕工程において生成された粗粉砕物を微粉砕する微粉砕工程、および
微粉砕工程において生成された微粉砕物を脱水する脱水工程、
を包含する、製造方法。
A method for producing an ethanol raw material from lignocellulosic biomass,
A coarse pulverization step for coarsely pulverizing a raw material containing lignocellulose;
A fine pulverization step for finely pulverizing the coarsely pulverized product produced in the coarse pulverization step, and a dehydration step for dehydrating the fine pulverized product produced in the fine pulverization step;
Manufacturing method.
リグノセルロース系バイオマスからエタノール原料を製造する方法であって、
リグノセルロースを含有する原料を粗粉砕する粗粉砕工程、
粗粉砕工程において生成された粗粉砕物を水熱処理する水熱処理工程、
水熱処理工程において生成された水熱処理物を微粉砕する微粉砕工程、および
微粉砕工程において生成された微粉砕物を脱水する脱水工程、
を包含する、製造方法。
A method for producing an ethanol raw material from lignocellulosic biomass,
A coarse pulverization step for coarsely pulverizing a raw material containing lignocellulose;
Hydrothermal treatment step of hydrothermally treating the coarsely pulverized product produced in the coarse pulverization step,
A fine pulverization step for finely pulverizing the hydrothermal treatment product generated in the hydrothermal treatment step, and a dehydration step for dehydrating the fine pulverized product generated in the fine pulverization step,
Manufacturing method.
リグノセルロース系バイオマスからエタノール原料を製造する方法であって、
リグノセルロースを含有する原料を粗粉砕する粗粉砕工程、
粗粉砕工程において生成された粗粉砕物を微粉砕する微粉砕工程、
微粉砕工程において生成された微粉砕物を水熱処理する水熱処理工程、および
水熱処理工程において生成された水熱処理物を脱水する脱水工程、
を包含する、製造方法。
A method for producing an ethanol raw material from lignocellulosic biomass,
A coarse pulverization step for coarsely pulverizing a raw material containing lignocellulose;
A fine pulverization step for finely pulverizing the coarsely pulverized product produced in the coarse pulverization step,
A hydrothermal treatment step of hydrothermally treating the finely pulverized product produced in the fine pulverization step; and a dehydration step of dehydrating the hydrothermal treatment product produced in the hydrothermal treatment step;
Manufacturing method.
リグノセルロース系バイオマスからエタノール原料を製造する方法であって、
リグノセルロースを含有する原料を粗粉砕する粗粉砕工程、
粗粉砕工程において生成された粗粉砕物を微粉砕する第一微粉砕工程、
第一微粉砕工程において生成された微粉砕物を水熱処理する水熱処理工程、
水熱処理工程において生成された水熱処理物をさらに微粉砕する第二微粉砕工程、および
第二微粉砕工程において生成された微粉砕物を脱水する脱水工程、
を包含する、製造方法。
A method for producing an ethanol raw material from lignocellulosic biomass,
A coarse pulverization step for coarsely pulverizing a raw material containing lignocellulose;
A first fine pulverization step for finely pulverizing the coarsely pulverized product produced in the coarse pulverization step,
A hydrothermal treatment step of hydrothermally treating the finely pulverized product produced in the first fine pulverization step;
A second fine pulverization step for further finely pulverizing the hydrothermally treated product generated in the hydrothermal treatment step, and a dehydration step for dehydrating the fine pulverized product generated in the second fine pulverization step;
Manufacturing method.
前記脱水工程において、微粉砕物の固形物濃度を14質量%以上にする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。   The manufacturing method of any one of Claims 1-4 which makes the solid density | concentration of a finely ground material 14 mass% or more in the said dehydration process. 前記粗粉砕物が1mm以上の篩を通過する大きさである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。   The manufacturing method of any one of Claims 1-5 which is a magnitude | size which the said coarsely pulverized material passes a 1 mm or more sieve. 前記水熱処理工程が飽和蒸気圧0.98MPa以下で行われる、請求項2〜6のいずれか1項に記載の製造方法。   The manufacturing method according to any one of claims 2 to 6, wherein the hydrothermal treatment step is performed at a saturated vapor pressure of 0.98 MPa or less. 前記微粉砕物が、長径5000μm以下、且つ短径1μm以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the finely pulverized product has a major axis of 5000 μm or less and a minor axis of 1 μm or less. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の製造方法によって得られたエタノール原料を用いることを特徴とする、エタノールの製造方法。   The manufacturing method of ethanol using the ethanol raw material obtained by the manufacturing method of any one of Claims 1-8. 前記エタノール原料を糖化酵素によって糖化する酵素糖化工程、
酵素糖化工程において生成された糖化物をエタノール発酵させるエタノール発酵工程、
エタノール発酵工程において生成された発酵物を粗蒸留する粗蒸留工程、および
粗蒸留工程において生成された粗蒸留物を精製する精製工程
を包含する、請求項9に記載の製造方法。
An enzymatic saccharification step of saccharifying the ethanol raw material with a saccharifying enzyme;
An ethanol fermentation process in which the saccharified product produced in the enzymatic saccharification process is ethanol-fermented;
The production method according to claim 9, comprising a crude distillation step of roughly distilling the fermented product produced in the ethanol fermentation step, and a purification step of purifying the crude distillate produced in the crude distillation step.
前記酵素糖化工程および前記エタノール発酵工程を単一の培養槽内で行う、請求項10に記載の製造方法。   The manufacturing method of Claim 10 which performs the said enzyme saccharification process and the said ethanol fermentation process in a single culture tank.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011162249A1 (en) * 2010-06-22 2011-12-29 花王株式会社 Method for manufacturing a monosaccharide, a disaccharide, and/or an oligosaccharide
WO2012056872A1 (en) * 2010-10-31 2012-05-03 バダン プンカジアン ダン プヌラパン テクノロジ Method and apparatus for production of saccharified solution of cellulose-type biomass
JP4930650B1 (en) * 2010-11-15 2012-05-16 王子製紙株式会社 Method for producing ethanol from lignocellulose-containing biomass
JP2013240320A (en) * 2012-04-26 2013-12-05 Oji Holdings Corp Pretreatment method for lignocellulose-containing biomass
JP2014030366A (en) * 2012-08-01 2014-02-20 Honda Motor Co Ltd Method for preserving slurry of distillation residue
JP2014171417A (en) * 2013-03-07 2014-09-22 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Bioethanol recovering method and bioethanol recovering system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62126999A (en) * 1985-11-29 1987-06-09 工業技術院長 Pretreatment of wood
JPS62127000A (en) * 1985-11-29 1987-06-09 工業技術院長 Grinding treatment of wooden material
JPS63137692A (en) * 1986-11-28 1988-06-09 Kobe Steel Ltd Repulverization of wood
US20020164730A1 (en) * 2000-02-24 2002-11-07 Centro De Investigaciones Energeticas, Medioambientales Y Tecnologicas (C.I.E.M.A.T.) Procedure for the production of ethanol from lignocellulosic biomass using a new heat-tolerant yeast
JP2006136263A (en) * 2004-11-12 2006-06-01 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Method for treating lignocellulosic biomass

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62126999A (en) * 1985-11-29 1987-06-09 工業技術院長 Pretreatment of wood
JPS62127000A (en) * 1985-11-29 1987-06-09 工業技術院長 Grinding treatment of wooden material
JPS63137692A (en) * 1986-11-28 1988-06-09 Kobe Steel Ltd Repulverization of wood
US20020164730A1 (en) * 2000-02-24 2002-11-07 Centro De Investigaciones Energeticas, Medioambientales Y Tecnologicas (C.I.E.M.A.T.) Procedure for the production of ethanol from lignocellulosic biomass using a new heat-tolerant yeast
JP2006136263A (en) * 2004-11-12 2006-06-01 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Method for treating lignocellulosic biomass

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6009050147; Mokuzai Gakkaishi Vol.33, 1987, pp.785-791 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011162249A1 (en) * 2010-06-22 2011-12-29 花王株式会社 Method for manufacturing a monosaccharide, a disaccharide, and/or an oligosaccharide
WO2012056872A1 (en) * 2010-10-31 2012-05-03 バダン プンカジアン ダン プヌラパン テクノロジ Method and apparatus for production of saccharified solution of cellulose-type biomass
JP2012095576A (en) * 2010-10-31 2012-05-24 Badan Pengkajian Dan Penerapan Teknologi Method and apparatus for production of saccharified solution of cellulose-based biomass
JP4930650B1 (en) * 2010-11-15 2012-05-16 王子製紙株式会社 Method for producing ethanol from lignocellulose-containing biomass
JP2013240320A (en) * 2012-04-26 2013-12-05 Oji Holdings Corp Pretreatment method for lignocellulose-containing biomass
JP2014030366A (en) * 2012-08-01 2014-02-20 Honda Motor Co Ltd Method for preserving slurry of distillation residue
JP2014171417A (en) * 2013-03-07 2014-09-22 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Bioethanol recovering method and bioethanol recovering system

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