JP2012100594A - バイオエタノールの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】植物体であるバイオマスを簡単な方法で効率よくエタノール化する方法を提供する。
【解決手段】セルロースを含有する植物体をｐＨ１２以上のカセイカリまたはカセイソーダの水溶液に浸漬するアルカリ処理工程、前記アルカリ処理工程で処理された植物体をｐＨ１〜５のクエン酸水溶液に浸漬し該クエン酸水溶液とともに９０〜１４０℃に加熱し、植物体を浸漬した状態の前記クエン酸水溶液にカセイカリまたはカセイソーダを加えて該クエン酸水溶液のｐＨを５を越えて７．５以下になるように調整し、調整された水溶液を発酵させる、発酵した水溶液からエタノールを抽出するバイオエタノールの製造方法である。
【選択図】なし

Description

本発明は、バイオエタノールを得る製造方法に関する。
バイオエタノールの製造方法としては、例えば、バイオマスの水スラリーを圧力４〜４０ＭＰａに加圧し、加圧された水スラリーを火力発電装置のボイラから供給される蒸気と反応器内で熱交換させることにより前記圧力での飽和温度以下かつ２５０〜４００℃の範囲の温度に加熱して前記バイオマスに含有されるヘミセルロースおよびセルロースを加水分解して糖を生成し、生成された糖を発酵させるバイオエタノールの製造方法が知られている。（例えば、特許文献１参照）また、セルロースを酵素糖化させて得た糖を発酵させてエタノールを得る方法が知られている。（例えば、特許文献２参照）
これらは大規模な高圧装置あるいは高価なセルロース糖化酵素を使用することが工業化のうえでネックとなっている。
特開２００８−１８２９２５号公報 特開２００８−１６１１２５号公報
本発明の目的は、植物体であるバイオマスを簡単な方法で効率よくエタノール化する方法を提供しようとすることである。
本発明の要旨とするところは、セルロースを含有する植物体をｐＨ１２以上のカセイカリまたはカセイソーダの水溶液に浸漬するアルカリ処理工程、
前記アルカリ処理工程で処理された植物体をｐＨ１〜５のクエン酸水溶液に浸漬し該クエン酸水溶液とともに９０〜１４０℃に加熱する加熱工程、
前記植物体を浸漬した状態の前記クエン酸水溶液にカセイカリまたはカセイソーダを加えて該クエン酸水溶液のｐＨを５を越えて７．５以下になるように調整するｐＨ調整工程、
調整された水溶液を発酵させる発酵工程、
発酵した水溶液からエタノールを抽出する抽出工程
を含むバイオエタノールの製造方法であることにある。
前記バイオエタノールの製造方法においては、前記発酵工程が、前記ｐＨ調整工程で調整された水溶液にさらに大根を加えた液を発酵させる工程であり得る。
本発明によると、植物体であるバイオマスから簡単な方法で効率よくバイオエタノールを得る製造方法が提供される。
本発明のバイオエタノールの製造方法は、
セルロースを含有する植物体をｐＨ１２以上のカセイカリまたはカセイソーダの水溶液に浸漬するアルカリ処理工程、
前記アルカリ処理工程で処理された植物体をｐＨ１〜５のクエン酸水溶液に浸漬し該クエン酸水溶液とともに９０〜１４０℃に加熱する加熱工程、
前記植物体を浸漬した状態の前記クエン酸水溶液にカセイカリまたはカセイソーダを加えて該クエン酸水溶液のｐＨを５を越えて７．５以下になるように調整するｐＨ調整工程、
調整された水溶液を発酵させる発酵工程、
発酵した水溶液からエタノールを抽出する抽出工程
を含んで構成される。
本発明に用いられる植物体はセルロースを含有するものであり、ほかにリグノセルロースが含有されていてもよい。本発明に用いられる植物体としては、松、杉、檜、その他の樹木などの山野に生息する樹木や山野に生息する草木類や湖沼などの水系環境に生息する藻類、水草類が例示される。
上記アルカリ処理工程にあっては、カセイカリまたはカセイソーダの水溶液１００重量部に対して植物体が５〜１５重量部（乾燥重量）用いられることが好ましい。アルカリ処理工程における処理液の温度は室温〜１００℃が好ましい。処理時間は、処理液の温度が室温の場合は２０〜４０時間が好ましい。適した処理時間は処理液の温度が高いほど短くなり、処理液の温度が１００℃の場合は１〜２分が好ましい。処理時間が長くなりすぎると液が黒ずんできて、上記加熱工程におけるセルロースの糖化が阻害される。
カセイカリまたはカセイソーダの水溶液には植物体の処理によりリグニン等の非セルロースの多糖類を含む不純物が溶出するので、アルカリ処理によりこれら不純物が植物体から除去され後工程での発酵が効率よく行われる。上記加熱工程にあっては、アルカリ処理工程で処理された植物体を水洗したのちｐＨ１〜５のクエン酸水溶液に浸漬し該クエン酸水溶液とともに９０〜１４０℃に加熱することが好ましい。加熱時間は１０〜５０時間が好ましい。上記加熱工程により、植物体のセルロースが糖化される。この加熱工程においてはクエン酸水溶液１００重量部に対して植物体がもとの乾燥重量換算で５〜１５重量部投入されていることが好ましい。
上記ｐＨ調整工程においては、処理された植物体を含む加熱工程後の処理液を室温あるいは室温に近い温度に冷却した後カセイカリまたはカセイソーダを加えることが好ましい。また、この冷却の前または後に処理された植物体を含む加熱工程後の処理液をミキサーで攪拌することが好ましい。
上記発酵工程にあっては、ｐＨ調整工程で処理された植物体を含む加熱工程後の処理液に酵素、酵母、または微生物を添加して発酵を行わせる。ｐＨ調整工程で処理された植物体を含む加熱工程後の処理液を５時間以上、特に１０〜１００時間発酵可能温度に保つことが好ましい。この発酵可能温度としては酵素や酵母の種類にもよるが２０〜３７℃が好ましい。この発酵過程において、発酵にかかわる酵素がクエン酸塩に作用し、この作用が発酵の促進に寄与する。
また、上記発酵工程にあっては、ｐＨ調整工程で処理された植物体を含む加熱工程後の処理液に酵素、酵母、または微生物と大根を添加して発酵を行わせることがさらに好ましい。大根は当初投入された植物体１００重量部に対して３〜５重量部添加されることが好ましい。これにより、エタノールの収率が２〜３割程度向上する。
上記発酵工程において、処理液中の糖がエタノールに転化する。
上記抽出工程における、液中のエタノールを抽出する方法は特に限定されず、例えば、蒸留により多段濃縮する常法を用いることができる。
本発明により、乾燥した植物体に対して１５重量％以上のエタノールを得ることができる。
本発明の植物体糖化方法にあっては、草木類を用いる場合、カセイカリまたはカセイソーダの水溶液に浸漬する前に草木類を加圧盤で挟んで加圧して形態をほぐすことが糖化の効率上好ましい。
本発明により植物体に含まれるセルロースを効率よく糖化することができる。また、本発明は高圧装置や高価なセルロース糖化酵素を購入して使用することがないので経済的である。
実施例１
試料として琵琶湖に生息している水草（オオカナダモ）（乾燥重量３００ｇ）を用い、ｐＨ１３のカセイカリ水溶液３Ｌに２４時間浸漬したのち水洗し、ｐＨ２のクエン酸水溶液４Ｌに投入した。この試料を投入状態のクエン酸水溶液を１２１℃に昇温し、１０時間この温度にキープした。次いでこの試料を投入状態のクエン酸水溶液を室温に自然冷却後カセイカリを加えて中和し、ミキサーで攪拌した。次いでこの液に酵母（白神コダマ酵母 ドライ）を２ｇ加えて室温で２４時間発酵させた。発酵液を２段蒸留して濃度８０重量％のエタノール水溶液５０ｍＬを得た。
実施例２
試料として琵琶湖に生息している水草（オオカナダモ）（乾燥重量３００ｇ）を用い、ｐＨ１３のカセイカリ水溶液３Ｌに２４時間浸漬したのち水洗し、ｐＨ２のクエン酸水溶液４Ｌに投入した。この試料を投入状態のクエン酸水溶液を１２１℃に昇温し、１０時間この温度にキープした。次いでこの試料を投入状態のクエン酸水溶液を室温に自然冷却後カセイカリを加えて中和し、次いでこの液に大根１５ｇを加えてミキサーで攪拌した。次にこの液に酵母（白神コダマ酵母 ドライ）を２ｇと室温で２４時間発酵させた。発酵液を２段蒸留して濃度８０重量％のエタノール水溶液６７ｍＬを得た。
比較例１
試料として琵琶湖に生息している水草（オオカナダモ）（乾燥重量３００ｇ）を用い、ｐＨ２のクエン酸水溶液４Ｌに投入した。この試料を投入状態のクエン酸水溶液を１２１℃に昇温し、１０時間この温度にキープした。次いでこの試料を投入状態のクエン酸水溶液を室温に自然冷却後カセイカリを加えて中和し、ミキサーで攪拌した。次いでこの液に酵母（白神コダマ酵母 ドライ）を２ｇ加えて室温で２４時間発酵させた。発酵液を２段蒸留したがエタノールの生成は認められなかった。
本発明により得られるエタノールは石油系の燃料の代替として好適に使用できる。

Claims (2)

  1. セルロースを含有する植物体をｐＨ１２以上のカセイカリまたはカセイソーダの水溶液に浸漬するアルカリ処理工程、
    前記アルカリ処理工程で処理された植物体をｐＨ１〜５のクエン酸水溶液に浸漬し該クエン酸水溶液とともに９０〜１４０℃に加熱する加熱工程、
    前記植物体を浸漬した状態の前記クエン酸水溶液にカセイカリまたはカセイソーダを加えて該クエン酸水溶液のｐＨを５を越えて７．５以下になるように調整するｐＨ調整工程、
    調整された水溶液を発酵させる発酵工程、
    発酵した水溶液からエタノールを抽出する抽出工程
    を含むバイオエタノールの製造方法。
  2. 前記発酵工程が、前記ｐＨ調整工程で調整された水溶液にさらに大根を加えた液を発酵させる工程である、請求項１に記載のバイオエタノールの製造方法。
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