JP2014023484A - Method for manufacturing sugar from herbaceous biomass or woody biomass and method for manufacturing ethanol from sugar produced therewith - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、草本系バイオマスまたは木質系バイオマス中のセルロースまたはヘミセルロースを原料として、低コストで、糖を製造する方法および製造された糖から、低コストで、エタノールを製造する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing sugar at low cost using cellulose or hemicellulose in herbaceous biomass or woody biomass as a raw material, and a method for producing ethanol at low cost from the produced sugar.
近年、化石資源に依存しないカーボンニュートラルな液体燃料としてバイオエタノールが注目されており、様々なバイオマスを対象としたエタノールの製造技術が提案されている。 In recent years, bioethanol has attracted attention as a carbon-neutral liquid fuel that does not depend on fossil resources, and ethanol production technologies for various biomass have been proposed.
バイオマス中のセルロースからエタノールを製造する際には、バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロースを加水分解して、単糖やオリゴ糖に糖化する。 When ethanol is produced from cellulose in biomass, cellulose and hemicellulose contained in biomass are hydrolyzed to saccharify into monosaccharides and oligosaccharides.
草本系・木質系バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロースの糖化方法としては、酵素法が知られている。酵素法においては、草本系・木質系バイオマスに含まれるセルロースやヘミセルロースに対して、酵素が効果的に作用されるようにする必要があり、酵素が効果的に作用されるようにするために、酵素による加水分解に先立って、草本系・木質系バイオマスにアルカリ処理が施すことが知られている。 As a saccharification method for cellulose and hemicellulose contained in herbaceous / woody biomass, an enzymatic method is known. In the enzymatic method, it is necessary for the enzyme to act effectively on cellulose and hemicellulose contained in the herbaceous and woody biomass, and in order for the enzyme to act effectively, It is known that an alkaline treatment is applied to herbaceous / woody biomass prior to enzymatic hydrolysis.
たとえば、特開2012‐85544号公報(特許文献1)には、稲わらなどの草本系バイオマスをペレット化し、アルカリ溶液量に対する草本系バイオマスのペレット量が5%ないし20%となるように、ペレット化された草本系バイオマスを水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液と混合して、アルカリ処理を施し、所定時間経過後に、草本系バイオマスを含むアルカリ溶液に、硫酸などの酸を添加して中和し、中和した草本系バイオマスにセルラーゼ酵素処理を施すことにより、草本系バイオマス中のセルロースをセルラーゼにより単糖まで分解し、得られた糖を原料として、エタノール発酵を行い、エタノールを製造するように構成されたバイオマスを原料として、糖を製造し、エタノールを製造する方法が開示されている。 For example, JP 2012-85544 A (Patent Document 1) discloses that pellets of herbaceous biomass such as rice straw are pelletized so that the amount of pellets of herbaceous biomass relative to the amount of alkaline solution is 5% to 20%. The mixed herbaceous biomass is mixed with an alkali solution such as sodium hydroxide, subjected to alkali treatment, and after a predetermined time, neutralized by adding an acid such as sulfuric acid to the alkaline solution containing the herbaceous biomass, Cellulase enzyme treatment is applied to neutralized herbaceous biomass to decompose cellulose in herbaceous biomass to monosaccharides with cellulase, and ethanol is fermented using the resulting sugar as raw material to produce ethanol A method for producing sugar and producing ethanol using the produced biomass as a raw material is disclosed.
特開2012‐85544号公報(特許文献1)には、さらに、アルカリ溶液の酸による中和に先立って、アルカリ溶液を固液分離して、固体成分を回収し、その後、固体成分を酸性溶液に浸漬して、草本系バイオマスに含浸したアルカリを中和してもよいこと、および、アルカリ処理後の草本系バイオマスを原料として、セルラーゼ生成菌とエタノール発酵菌の同時発酵を行い、エタノールを生成してもよいということが開示されている。 In JP 2012-85544 A (Patent Document 1), prior to neutralization of an alkaline solution with an acid, the alkaline solution is solid-liquid separated to recover a solid component, and then the solid component is converted into an acidic solution. It is possible to neutralize the alkali impregnated in the herbaceous biomass by immersing it in and to produce ethanol by simultaneous fermentation of cellulase-producing bacteria and ethanol-fermenting bacteria using the herbaceous biomass after alkali treatment as a raw material It is disclosed that it may be.
しかしながら、特開2012‐85544号公報(特許文献1)に記載されるように、糖化処理に先立って、水酸化ナトリムを用いて、草本系バイオマスをアルカリ処理する場合には、多くの水酸化ナトリウムが必要で、必然的にコストが高くなるという問題がある。 However, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-85544 (Patent Document 1), in the case where a herbaceous biomass is alkali-treated using sodium hydroxide prior to saccharification, a large amount of sodium hydroxide is used. Is necessary and inevitably increases the cost.
加えて、アルカリ処理後に、アルカリ溶液を固液分離して、固体成分を回収する場合には、アルカリ溶液中に燃料にできるリグニンやエタノールの製造に使用できるオリゴ糖などの有用物質が溶出しているため、別途、アルカリ溶液からリグニンやオリゴ糖などを回収場合、リグニンを回収するには溶液の濃縮が必要となり、オリゴ糖の回収には膜分離する等コストの高い方法が必要なり、製造コストがアップするという問題があった。 In addition, when recovering solid components by solid-liquid separation of the alkali solution after alkali treatment, useful substances such as lignin that can be made into fuel and oligosaccharides that can be used in the production of ethanol are eluted in the alkali solution. Therefore, when separately collecting lignin, oligosaccharides, etc. from an alkaline solution, it is necessary to concentrate the solution to collect lignin, and to collect oligosaccharides requires high-cost methods such as membrane separation. There was a problem of up.
木質系バイオマスにおいても同様の問題があった。 There was a similar problem with woody biomass.
したがって、本発明は、草本系バイオマスまたは木質系バイオマス中のセルロースまたはヘミセルロースを原料として、低コストで、糖を製造する方法および製造された糖から、低コストで、エタノールを製造する方法を提供することを目的とするものである。 Therefore, the present invention provides a method for producing sugar at low cost using cellulose or hemicellulose in herbaceous biomass or woody biomass as a raw material, and a method for producing ethanol at low cost from the produced sugar. It is for the purpose.
本発明のかかる目的は、草本系バイオマスまたは木質系バイオマスを、アルカリ溶液を用いて、アルカリ処理し、アルカリ処理された溶液をアルカリ溶液と固形成分とに固液分離し、分離されたアルカリ溶液にアルカリ物質を補充して、アルカリ処理工程にリサイクルし、繰り返し、アルカリ処理に用いることを特徴とする草本系バイオマスまたは木質系バイオマスから糖またはエタノールを製造する方法によって達成される。 Such an object of the present invention is to process a herbaceous biomass or a woody biomass using an alkaline solution, and subject the alkali-treated solution to a solid-liquid separation into an alkaline solution and a solid component. It is achieved by a method for producing sugar or ethanol from herbaceous biomass or woody biomass characterized in that it is supplemented with an alkaline substance, recycled to an alkaline treatment step, and repeatedly used for alkaline treatment.
本発明によれば、分離されたアルカリ溶液にアルカリ物質を補充して、繰り返し、草本系バイオマスまたは木質系バイオマスのアルカリ処理に用いるように構成されているので、アルカリ物質の使用量を大幅に低減することができ、草本系バイオマスまたは木質系バイオマスから糖またはエタノールを製造するためのコストを大幅に低減することが可能になる。 According to the present invention, the separated alkaline solution is replenished with an alkaline substance and repeatedly used for alkali treatment of herbaceous biomass or woody biomass, so the amount of alkaline substance used is greatly reduced. The cost for producing sugar or ethanol from herbaceous biomass or woody biomass can be greatly reduced.
また、本発明によれば、アルカリ処理に使用したアルカリ物質を固液分離し、繰り返し、アルカリ処理に用いるため、固液分離された固体成分を中和するために用いる酸の使用量を少なくすることができ、草本系バイオマスまたは木質系バイオマスから糖またはエタノールを製造するためのコストを低減することが可能になる。 In addition, according to the present invention, the alkaline substance used for the alkali treatment is solid-liquid separated and repeatedly used for the alkali treatment, so that the amount of acid used for neutralizing the solid component separated by solid-liquid separation is reduced. It is possible to reduce the cost for producing sugar or ethanol from herbaceous biomass or woody biomass.
本発明の好ましい実施態様においては、草本系バイオマスまたは木質系バイオマスから糖またはエタノールを製造する方法は、所定回数にわたって、アルカリ処理工程にリサイクルされたアルカリ溶液を酸性にして、リグニンを析出させて、分離するように構成されている。 In a preferred embodiment of the present invention, a method for producing sugar or ethanol from herbaceous biomass or woody biomass comprises acidifying an alkaline solution recycled to an alkali treatment step over a predetermined number of times to precipitate lignin, It is configured to separate.
草本系バイオマスまたは木質系バイオマスのアルカリ処理に用いたアルカリ溶液にはリグニンやオリゴ糖などが溶出しており、アルカリ溶液をアルカリ処理にリサイクルする回数が多いほど、アルカリ溶液中のリグニンやオリゴ糖などの濃度が高くなる。リグニンは燃料としての利用が可能であり、オリゴ糖は単糖に分解することで酵母などの微生物によりエタノール製造の原料として利用できる。しかるに、リグニンが存在すると、セルラーゼによりオリゴ糖を酵母などの微生物が利用しやすい単糖に分解することができないが、本発明の好ましい実施態様によれば、アルカリ処理工程にリサイクルして、草本系バイオマスまたは木質系バイオマスのアルカリ処理に所定回数にわたって用いたアルカリ溶液に酸を添加してpHを6以下にし、酸不溶性のリグニンを析出させて分離し、リグニンを回収するように構成されている。 Lignin, oligosaccharides, etc. are eluted in the alkaline solution used for the alkaline treatment of herbaceous biomass or woody biomass. The more frequently the alkaline solution is recycled to alkaline treatment, the more lignin, oligosaccharide, etc. in the alkaline solution. The concentration of becomes higher. Lignin can be used as a fuel, and oligosaccharide can be used as a raw material for ethanol production by microorganisms such as yeast by breaking down into monosaccharides. However, when lignin is present, the oligosaccharide cannot be decomposed by cellulase into a monosaccharide that can be easily used by microorganisms such as yeast. An acid is added to an alkaline solution used for alkali treatment of biomass or woody biomass over a predetermined number of times to adjust the pH to 6 or less, acid-insoluble lignin is precipitated and separated, and lignin is recovered.
本発明のさらに好ましい実施態様においては、析出したリグニンを分離した後の前記オリゴ糖が溶出した液を酵素が供給される糖化槽に供給して、オリゴ糖を単糖化し、得られた単糖を酵母が存在する発酵槽に供給して、発酵させて、エタノールを生成し、または、酵素および酵母が存在する同時糖化発酵槽に供給して、単糖化して、発酵させ、エタノールを生成するように構成されている。 In a further preferred embodiment of the present invention, the oligosaccharide eluted after separation of the precipitated lignin is supplied to a saccharification tank to which the enzyme is supplied to monosaccharide the oligosaccharide, and the resulting monosaccharide Is fed to a fermentor in which yeast is present and fermented to produce ethanol, or fed to a simultaneous saccharification and fermenter in which enzyme and yeast are present to be monosaccharified and fermented to produce ethanol It is configured as follows.
本発明において、アルカリ物質はとくに限定されるものではなく、たとえば、水酸化ナトリム、水酸化カルシウムなどの他のアルカリ物質を用いることができる。 In the present invention, the alkaline substance is not particularly limited, and other alkaline substances such as sodium hydroxide and calcium hydroxide can be used.
本発明によれば、草本系・木質系バイオマス中のセルロースまたはヘミセルロースを原料として、低コストで、糖を製造する方法および製造された糖から、低コストで、エタノールを製造する方法を提供することが可能になる。 According to the present invention, a method for producing sugar at low cost using cellulose or hemicellulose in herbaceous / woody biomass as a raw material and a method for producing ethanol at low cost from the produced sugar are provided. Is possible.
図1に示されるように、草本系バイオマスを原料として、エタノールを製造する本発明の好ましい実施態様にかかるエタノール製造方法においては、水酸化ナトリウム溶液が収容されているアルカリ処理槽1に、稲わらなどの草木系バイオマスが加えられ、水酸化ナトリウム溶液に浸漬される。この際、特開2012‐85544号公報(特許文献1)に開示されているように、稲わらなどの草木系バイオマスをペレット化して、水酸化ナトリウム溶液に浸漬するようにしてもよい。 As shown in FIG. 1, in an ethanol production method according to a preferred embodiment of the present invention in which ethanol is produced using herbaceous biomass as a raw material, rice straw is placed in an alkaline treatment tank 1 containing a sodium hydroxide solution. Plant biomass such as is added and immersed in sodium hydroxide solution. At this time, as disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-85544 (Patent Document 1), plant biomass such as rice straw may be pelletized and immersed in a sodium hydroxide solution.
水酸化ナトリウム溶液のpHは、pH9.5〜13.5、好ましくはpH10〜13、より好ましくはpH11〜12.5である。 The pH of the sodium hydroxide solution is pH 9.5 to 13.5, preferably pH 10 to 13, and more preferably pH 11 to 12.5.
水酸化ナトリウム溶液によるアルカリ処理は、常温以上で160℃以下、好ましくは常温以上で120℃以下の温度条件で行われる。 The alkali treatment with the sodium hydroxide solution is performed at a temperature of normal temperature to 160 ° C., preferably normal temperature to 120 ° C.
アルカリ処理において、酸化剤として過酸化水素を注入してもよい。なお、酸化剤としては、過酸化水素の他に、例えば過硫酸塩、過炭酸塩、過酢酸塩、オゾン、過酸化ナトリウムなどを用いることができる。 In the alkali treatment, hydrogen peroxide may be injected as an oxidizing agent. As the oxidizing agent, for example, persulfate, percarbonate, peracetate, ozone, sodium peroxide and the like can be used in addition to hydrogen peroxide.
アルカリ処理が完了すると、草本系バイオマスを含む水酸化ナトリウム溶液は第一の固液分離装置2に送られ、液体成分である水酸化ナトリウム溶液と固形成分とに分離される。 When the alkali treatment is completed, the sodium hydroxide solution containing the herbaceous biomass is sent to the first solid-liquid separator 2 and separated into a sodium hydroxide solution and a solid component which are liquid components.
固形成分から分離された水酸化ナトリウム溶液は第一のリサイクルパイプ3に導かれ、第一のリサイクルパイプ3によって、アルカリ処理槽1にリサイクルされる。固液分離装置2によって固液分離された水酸化ナトリウム溶液の濃度は、アルカリ処理槽1においてアルカリ処理を行うために必要な水酸化ナトリウム溶液の濃度よりも低く、また固形成分に含まれる量のみなのでアルカリ量そのものが少ない。水酸化ナトリウム溶液が所定の濃度及び量になるように、第一のリサイクルパイプ3を流れる水酸化ナトリウム溶液に水酸化ナトリウム及び水を補充するアルカリ補充部4が設けられている。 The sodium hydroxide solution separated from the solid component is guided to the first recycle pipe 3 and recycled to the alkali treatment tank 1 by the first recycle pipe 3. The concentration of the sodium hydroxide solution solid-liquid separated by the solid-liquid separator 2 is lower than the concentration of the sodium hydroxide solution necessary for performing the alkali treatment in the alkali treatment tank 1, and only the amount contained in the solid component So the amount of alkali itself is small. An alkali replenishment unit 4 for replenishing sodium hydroxide and water to the sodium hydroxide solution flowing through the first recycle pipe 3 is provided so that the sodium hydroxide solution has a predetermined concentration and amount.
本実施態様においては、アルカリ補充部4によって、第一の固液分離装置2によって分離されたアルカリ処理に用いられた後の水酸化ナトリウム溶液に、アルカリ処理槽1にリサイクルされる水酸化ナトリウムの濃度及び量がアルカリ処理槽1においてアルカリ処理を行うために必要な水酸化ナトリウムの濃度及び量と等しくなるように、水酸化ナトリウムが補充されるように構成されている。 In the present embodiment, sodium hydroxide solution recycled to the alkali treatment tank 1 is added to the sodium hydroxide solution used for the alkali treatment separated by the first solid-liquid separator 2 by the alkali replenishment unit 4. Sodium hydroxide is replenished so that the concentration and amount are equal to the concentration and amount of sodium hydroxide required for performing alkali treatment in the alkali treatment tank 1.
このように、本実施態様においては、アルカリ処理に用いられた水酸化ナトリウム溶液が、第一の固液分離装置2によって固形成分と分離されて、アルカリ処理槽1にリサイクルされ、その際、アルカリ処理槽1に必要な水酸化ナトリウムの濃度及び量に満たない分のみの水酸化ナトリウム及び水をアルカリ補充部4で補充すればよく、したがって、水酸化ナトリウムの消費量を大幅に低減させることができ、製造コストの大幅な低減を実現することが可能になる。 Thus, in this embodiment, the sodium hydroxide solution used for the alkali treatment is separated from the solid components by the first solid-liquid separation device 2 and recycled to the alkali treatment tank 1. It is only necessary to replenish sodium hydroxide and water in an amount that is less than the concentration and amount of sodium hydroxide necessary for the treatment tank 1 with the alkali replenishment unit 4, and therefore the consumption of sodium hydroxide can be greatly reduced. It is possible to achieve a significant reduction in manufacturing costs.
一方、第一の固液分離装置2によって固液分離された固形成分はpH調整槽5に送られる。
On the other hand, the solid component that has been solid-liquid separated by the first solid-liquid separation device 2 is sent to the
pH調整槽5においては、固形成分に硫酸と補充用の水とが加えられ、溶液のpHが調整される。本実施態様においては、第一の固液分離装置2によって固液分離された水酸化ナトリウム溶液が第一のリサイクルパイプ3を介して、アルカリ処理槽1にリサイクルされるので、pH調整槽5に送られるのは、第一の固液分離装置2によって水酸化ナトリウム溶液の大部分が分離された固形成分であり、したがって、pH調整槽5に送られる水酸化ナトリウムの量は、従来に比して少ないので、pH調整槽5に供給する硫酸の量を低減させることが可能になる。ここに、セルラーゼの分解に最も適したpHは4.6であるので、pH調整槽5によって固形成分のpHを4.6に調整することが好ましい。pHは4〜5の範囲にあってもよい。
In the
pH調整槽5によってpHが、たとえば、4.6に調整された溶液は、第二の固液分離装置6に送られる。
The solution whose pH is adjusted to 4.6, for example, by the pH adjusting
第二の固液分離装置6によって固液分離された液体成分は第二のリサイクルパイプ7を介して、pH調整槽5にリサイクルされる。
The liquid component separated into solid and liquid by the second solid-liquid separation device 6 is recycled to the pH adjusting
第二の固液分離装置6によって固液分離された固形成分は、同時糖化発酵槽8に送られる。 The solid component separated by the second solid-liquid separation device 6 is sent to the simultaneous saccharification and fermentation tank 8.
同時糖化発酵槽8に送られた固形成分には、酵素として、たとえば、エンドグルカナーゼ、セロビオハイドラーゼ、ベータグルコシダーゼの少なくとも1つを含むセルラーゼが供給され、酵母として、たとえば、Saccharomyces cerevisiaeが供給されて、草木系バイオマスが糖化され、エタノールが生成される。 The solid component sent to the simultaneous saccharification and fermentation tank 8 is supplied with cellulase including at least one of endoglucanase, cellobiohydrase, and betaglucosidase as an enzyme, and as yeast, for example, Saccharomyces cerevisiae. Thus, vegetation biomass is saccharified to produce ethanol.
これにより、草本系バイオマスを原料にした糖およびエタノールの製造コストを低減することが可能になる。 Thereby, it becomes possible to reduce the production cost of sugar and ethanol using herbaceous biomass as a raw material.
図2に示されるように、本発明の別の好ましい実施態様にかかる草本系・木質系バイオマスを原料として、エタノールを製造する方法においては、図1に示された本発明の好ましい実施態様と同様に、アルカリ処理槽1によってアルカリ処理が施された草本系バイオマスを含む水酸化ナトリウム溶液は第一の固液分離装置2に送られ、固形成分と固液分離された水酸化ナトリウム溶液は第一のリサイクルパイプ3に導かれ、アルカリ補充部4によって、水酸化ナトリウム及び水が補充されて、アルカリ処理槽1にリサイクルされる。 As shown in FIG. 2, the method for producing ethanol using herbaceous / woody biomass as another raw material according to another preferred embodiment of the present invention is the same as the preferred embodiment of the present invention shown in FIG. In addition, the sodium hydroxide solution containing the herbaceous biomass that has been subjected to the alkali treatment in the alkali treatment tank 1 is sent to the first solid-liquid separation device 2, and the sodium hydroxide solution separated from the solid components by the solid-liquid separation is the first. Then, the alkali replenishing unit 4 replenishes sodium hydroxide and water and recycles them to the alkali treatment tank 1.
図2に示されるように、本実施態様においては、アルカリ補充部4の上流側で、第一のリサイクルパイプ3からバイパスパイプ10が分岐し、pH調整槽11に接続されている。第一のリサイクルパイプ3のバイパスパイプ10の分岐部には、第一のゲート部材12が設けられており、固液分離装置2によって固形成分と固液分離された水酸化ナトリウム溶液を選択的にアルカリ処理槽1またはバイパスパイプ10を介して、pH調整槽11に送ることができるように構成されている。 As shown in FIG. 2, in this embodiment, a bypass pipe 10 branches from the first recycle pipe 3 on the upstream side of the alkali replenishment unit 4 and is connected to the pH adjustment tank 11. A first gate member 12 is provided at a branch portion of the bypass pipe 10 of the first recycle pipe 3, and the sodium hydroxide solution separated from the solid component by the solid-liquid separator 2 is selectively used. It is configured so that it can be sent to the pH adjustment tank 11 via the alkali treatment tank 1 or the bypass pipe 10.
pH調整槽11はリグニン分離槽13に接続され、リグニン分離槽13はさらに第二のゲート部材14によって、同時糖化発酵槽8と多糖分解槽15とに選択的に接続されている。多糖分解槽15にはエンドグルカナーゼ、セロビオハイドラーゼ、ベータグルコシダーゼの少なくとも1つを含むセルラーゼが供給されるように構成され同時糖化発酵槽8には、酵素として、たとえば、エンドグルカナーゼ、セロビオハイドラーゼ、ベータグルコシダーゼの少なくとも1つを含むセルラーゼが供給され、酵母として、たとえば、Saccharomyces cerevisiaeが供給されるように構成されている。 The pH adjustment tank 11 is connected to a lignin separation tank 13, and the lignin separation tank 13 is further selectively connected to the simultaneous saccharification and fermentation tank 8 and the polysaccharide decomposition tank 15 by a second gate member 14. The polysaccharide decomposition tank 15 is configured to be supplied with cellulase containing at least one of endoglucanase, cellobiohydrase, and betaglucosidase. The simultaneous saccharification and fermentation tank 8 includes, for example, endoglucanase, cellobiohydride as enzymes. A cellulase containing at least one of a lase and a beta glucosidase is supplied, and for example, Saccharomyces cerevisiae is supplied as yeast.
ここに、水酸化ナトリウム溶液には、リグニンやオリゴ糖などが溶出しており、水酸化ナトリウム溶液中のリグニンおよびオリゴ糖の濃度は、第一の固液分離装置2によって固液分離された水酸化ナトリウム溶液のリサイクル数が多くなるほど高くなる。オリゴ糖は酵素により酵母などの微生物が利用しやすい単糖に分解し、エタノール生成の原料として用いることができるが、リグニンが存在していると、多糖であるオリゴ糖を酵母などの微生物が利用しやすい単糖に分解することも、エタノール生成の原料として用いることもできない。一方、リグニンは燃料として使用可能であり、アルカリ溶解性であるが、酸には溶解しない性質を有している。 Here, lignin, oligosaccharides and the like are eluted in the sodium hydroxide solution, and the concentration of lignin and oligosaccharide in the sodium hydroxide solution is determined by the water solid-liquid separated by the first solid-liquid separator 2. The higher the number of recycled sodium oxide solutions, the higher. Oligosaccharides can be decomposed into monosaccharides that can be easily used by microorganisms such as yeast by enzymes and used as raw materials for ethanol production. However, if lignin is present, oligosaccharides that are polysaccharides can be used by microorganisms such as yeast. It cannot be decomposed into monosaccharides that are easy to form, or used as a raw material for ethanol production. On the other hand, lignin can be used as a fuel and has an alkali-soluble property but does not dissolve in an acid.
そこで、本実施態様においては、第一の固液分離装置2によって、固形成分から分離された水酸化ナトリウム溶液のアルカリ処理槽1へのリサイクル回数がN回、たとえば、10回に達すると、ゲート部材15によって、第一の固液分離装置2によって固形成分と固液分離された水酸化ナトリウム溶液がpH調整槽11に送られ、硫酸などの酸がpH調整槽11に供給されて、pH調整槽11に送られた水酸化ナトリウム溶液が酸性に、たとえば、そのpHがセルラーゼの分解に適したpHである4.6に調整される。 Therefore, in this embodiment, when the number of times of recycling the sodium hydroxide solution separated from the solid component into the alkali treatment tank 1 by the first solid-liquid separation device 2 reaches N times, for example, 10 times, The sodium hydroxide solution separated from the solid component by the first solid-liquid separation device 2 is sent to the pH adjusting tank 11 by the member 15, and an acid such as sulfuric acid is supplied to the pH adjusting tank 11 to adjust the pH. The sodium hydroxide solution sent to the tank 11 is acidified, for example, its pH is adjusted to 4.6 which is a pH suitable for cellulase degradation.
その結果、水酸化ナトリウム溶液に溶解していたリグニンが析出する。析出したリグニンを含む溶液はリグニン分離槽13に送られ、図示しないフィルターろ過や遠心分離によって、リグニンが溶液から分離される。溶液から分離されたリグニンは乾燥し、あるいは、そのまま燃料として使用される。 As a result, lignin dissolved in the sodium hydroxide solution is precipitated. The solution containing the precipitated lignin is sent to the lignin separation tank 13, and the lignin is separated from the solution by filter filtration or centrifugation (not shown). The lignin separated from the solution is dried or used as a fuel as it is.
一方、リグニンが分離除去された溶液は、ゲート部材14によって、同時糖化発酵槽8または多糖分解槽15に選択的に送られる。リグニンが分離除去された溶液は高濃度のオリゴ糖を含んでいるので、同時糖化発酵槽8に供給して、第二の固液分離装置6によって固液分離された固形成分とともに、エタノールの原料とすることができ、また、酵素として、たとえば、エンドグルカナーゼ、セロビオハイドラーゼ、ベータグルコシダーゼの少なくとも1つを含むセルラーゼが供給される多糖分解槽15に供給して、酵母などの微生物が利用しやすい単糖に分解することができる。 On the other hand, the solution from which lignin has been separated and removed is selectively sent to the simultaneous saccharification and fermentation tank 8 or the polysaccharide decomposition tank 15 by the gate member 14. Since the solution from which lignin has been separated and removed contains high-concentration oligosaccharides, it is supplied to the simultaneous saccharification and fermentation tank 8 and solid components separated by the second solid-liquid separation device 6 together with the raw material of ethanol. In addition, as an enzyme, for example, it is supplied to a polysaccharide decomposition tank 15 to which cellulase containing at least one of endoglucanase, cellobiohydrase, and betaglucosidase is supplied, and is used by microorganisms such as yeast. It can be broken down into easy monosaccharides.
本実施態様によれば、図1に示された実施態様と同様に、第一の固液分離装置2によって固形成分から分離された水酸化ナトリウム溶液は、第一のリサイクルパイプ3に導かれ、アルカリ補充部4によって水酸化ナトリウムが補充されて、アルカリ処理槽1にリサイクルされるから、草本系バイオマスを原料にした糖およびエタノールの製造コストを大幅に低減することが可能になる。 According to this embodiment, as in the embodiment shown in FIG. 1, the sodium hydroxide solution separated from the solid component by the first solid-liquid separation device 2 is guided to the first recycling pipe 3, Since sodium hydroxide is replenished by the alkali replenishment unit 4 and recycled to the alkali treatment tank 1, the production cost of sugar and ethanol using herbaceous biomass as a raw material can be greatly reduced.
さらに、本実施態様によれば、図1に示された実施態様と同様に、第一の固液分離装置2によって固液分離された水酸化ナトリウム溶液が第一のリサイクルパイプ3を介して、アルカリ処理槽1にリサイクルされるから、pH調整槽5に送られるのは、第一の固液分離装置2によって水酸化ナトリウム溶液の大部分が分離された固形成分であり、したがって、pHを調整するために、pH調整槽5に供給する硫酸の量を低減させることが可能になる。
Furthermore, according to this embodiment, as in the embodiment shown in FIG. 1, the sodium hydroxide solution separated by solid-liquid separation by the first solid-liquid separation device 2 passes through the first recycling pipe 3. Since it is recycled to the alkali treatment tank 1, it is the solid component from which most of the sodium hydroxide solution has been separated by the first solid-liquid separation device 2, so that the pH is adjusted. Therefore, the amount of sulfuric acid supplied to the
さらに、第一の固液分離装置2によって固形成分から固液分離され、第一のリサイクルパイプ3に導かれた水酸化ナトリウム溶液中のリグニンおよびオリゴ糖の濃度は、第一の固液分離装置2によって固液分離された水酸化ナトリウム溶液のリサイクル数が多くなるほど高くなり、本実施態様においては、水酸化ナトリウム溶液のアルカリ処理槽1へのリサイクル回数がN回、たとえば、10回になると、第一のゲート部材12によって、水酸化ナトリウム水溶液は、バイパスパイプ10を介して、pH調整槽11に導かれる。ここに、水酸化ナトリウム溶液に溶出されているオリゴ糖は酵素により酵母などの微生物が利用しやすい単糖に分解し、あるいは、エタノール生成の原料として用いることができるが、リグニンが存在すると、多糖であるオリゴ糖を酵母などの微生物が利用しやすい単糖に分解することも、エタノール生成の原料として用いることもできない。したがって、本実施態様においては、pH調整槽11に導かれたリグニンとオリゴ糖が溶出された溶液に硫酸が供給されて、酸性に、たとえば、そのpHがセルラーゼの分解に適したpHである4.6に調整され、その結果、酸不溶性のリグニンが析出し、オリゴ糖とリグニンを分離することによって、オリゴ糖を高濃度で含まれた溶液を生成し、同時糖化発酵槽8に供給して、第二の固液分離装置6によって固液分離された固形成分とともに、エタノールの原料とすることができ、あるいは、酵素として、たとえば、エンドグルカナーゼ、セロビオハイドラーゼ、ベータグルコシダーゼの少なくとも1つを含むセルラーゼが供給される多糖分解槽15に供給して、酵母などの微生物が利用しやすい単糖に分解することができる。したがって、本実施態様によれば、第一の固液分離装置2によって固形成分から分離され水酸化ナトリウム溶液から、エタノールを生成し、あるいは、酵母などの微生物が利用しやすい単糖に分解することができるオリゴ糖を回収し、糖あるいはエタノールを製造する原料として用いているから、低コストで、糖を製造し、エタノールを製造することが可能になる。 Further, the concentration of lignin and oligosaccharide in the sodium hydroxide solution separated from the solid component by the first solid-liquid separator 2 and led to the first recycle pipe 3 is determined by the first solid-liquid separator. In this embodiment, the number of recyclings of the sodium hydroxide solution into the alkaline treatment tank 1 is N times, for example, 10 times. By the first gate member 12, the aqueous sodium hydroxide solution is guided to the pH adjusting tank 11 through the bypass pipe 10. Here, the oligosaccharide eluted in the sodium hydroxide solution can be decomposed by enzymes into monosaccharides that can be easily used by microorganisms such as yeast, or can be used as a raw material for ethanol production. These oligosaccharides cannot be decomposed into monosaccharides that can be easily used by microorganisms such as yeast, nor can they be used as raw materials for ethanol production. Therefore, in the present embodiment, sulfuric acid is supplied to the solution from which the lignin and oligosaccharide eluted in the pH adjusting tank 11 are eluted, so that it is acidic, for example, the pH is a pH suitable for cellulase decomposition 4 As a result, acid-insoluble lignin is precipitated, and the oligosaccharide and lignin are separated to form a solution containing the oligosaccharide at a high concentration and supplied to the simultaneous saccharification and fermentation tank 8. In addition to the solid components separated by solid-liquid separation by the second solid-liquid separation device 6, it can be used as a raw material for ethanol, or as an enzyme, for example, at least one of endoglucanase, cellobiohydrase, and beta-glucosidase. It can be supplied to the polysaccharide decomposition tank 15 to which the cellulase is supplied, and decomposed into monosaccharides that can be easily used by microorganisms such as yeast. Therefore, according to this embodiment, ethanol is produced from the sodium hydroxide solution separated from the solid components by the first solid-liquid separation device 2, or decomposed into monosaccharides that can be easily used by microorganisms such as yeast. Since the oligosaccharide that can be recovered is used as a raw material for producing sugar or ethanol, it is possible to produce sugar and produce ethanol at low cost.
また、本実施態様によれば、オリゴ糖を原料にして、単糖やエタノールを生成することを妨害するリグニンを、pH調整槽11に硫酸を供給して、pH調整槽11内の溶液のpHを4.6に調整することによって析出させて、燃料として分離するように構成されているから、地球資源の消費を抑制することが可能になる。 In addition, according to this embodiment, lignin that prevents production of monosaccharides and ethanol using oligosaccharide as a raw material is supplied to sulfuric acid in the pH adjustment tank 11, and the pH of the solution in the pH adjustment tank 11 is increased. Is adjusted to 4.6 and separated as fuel, so that it is possible to suppress consumption of earth resources.
本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention. Needless to say.
たとえば、前記実施態様においては、草本系バイオマスにつき説明が加えられているが、バイオマスが草本系であることは必ずしも必要でなく、木質系バイオマスを用いて、同様にして、糖やエタノールを製造することもできる。 For example, in the said embodiment, although explanation is added about herbaceous biomass, it is not necessarily required that biomass is herbaceous, and sugar and ethanol are manufactured similarly using woody biomass. You can also.
また、前記実施態様においては、pH処理槽5において、pHが調整された溶液を第二の固液分離装置6によって固液を分離して、液体成分を第二のリサイクルパイプ7を介して、pH処理槽5にリサイクルするように構成されているが、pHが調整された溶液を固液分離し、液体成分をpH処理槽5にリサイクルすることは必ずしも必要でなく、pH処理槽5において、pHが調整された溶液を直接に同時糖化発酵槽8に供給するようにしてもよい。
Moreover, in the said embodiment, in the
さらに、図1に示された実施態様においては、第二の固液分離装置6によって液体成分が分離された固形成分は、酵素として、たとえば、エンドグルカナーゼ、セロビオハイドラーゼ、ベータグルコシダーゼの少なくとも1つを含むセルラーゼが供給され、酵母として、たとえば、Saccharomyces cerevisiaeが供給される同時糖化発酵槽8に供給されて、糖化され、得られた糖からエタノールが生成されるように構成されているが、第二の固液分離装置6によって液体成分が分離された固形成分を、同時糖化発酵槽8に代えて、酵素が供給される糖化槽に供給して、糖化し、得られた糖を酵母が供給される発酵槽に供給して、エタノールを生成するようにしてもよい。同様に、図2に示された実施態様においては、pHが調整され、リグニンが分離された溶液を、酵素が供給される糖化槽15に供給して、糖化し、あるいは、酵素および酵母が供給される同時糖化発酵槽8に供給して、糖化し、得られた糖を発酵させて、エタノールを生成するように構成されているが、同時糖化発酵槽8に代えて、酵母が供給される発酵槽を設け、糖化槽15において生成された糖を発酵槽に送って、発酵させて、エタノールを生成するように構成してもよい。 Further, in the embodiment shown in FIG. 1, the solid component from which the liquid component has been separated by the second solid-liquid separation device 6 is an enzyme, for example, at least one of endoglucanase, cellobiohydrase, and beta-glucosidase. Is supplied to a simultaneous saccharification and fermentation tank 8 to which, for example, Saccharomyces cerevisiae is supplied, and saccharified, and ethanol is produced from the resulting sugar. Instead of the simultaneous saccharification and fermentation tank 8, the solid component from which the liquid component has been separated by the second solid-liquid separation device 6 is supplied to a saccharification tank to which enzymes are supplied, and saccharification is performed. You may make it produce | generate ethanol by supplying to the fermenter supplied. Similarly, in the embodiment shown in FIG. 2, the solution in which the pH is adjusted and the lignin is separated is supplied to the saccharification tank 15 to which the enzyme is supplied, saccharified, or supplied by the enzyme and yeast. Is supplied to the simultaneous saccharification and fermentation tank 8 and saccharified, and the resulting sugar is fermented to produce ethanol, but yeast is supplied instead of the simultaneous saccharification and fermentation tank 8. A fermenter may be provided, and the sugar produced in the saccharification tank 15 may be sent to the fermenter and fermented to produce ethanol.
また、前記実施態様においては、アルカリ物質として、水酸化ナトリウムを用いているが、水酸化ナトリウムを用いていることは必ずしも必要でなく、水酸化ナトリウムに代えて、水酸化カルシウムなどの他のアルカリ物質を用いることができる。 Further, in the above embodiment, sodium hydroxide is used as the alkaline substance, but it is not always necessary to use sodium hydroxide. Instead of sodium hydroxide, other alkalis such as calcium hydroxide are used. Substances can be used.
さらに、前記実施態様においては、酸として硫酸が用いられているが、硫酸を用いることは必ずしも必要ではなく、硫酸に代えて、他の酸を用いるようにしてもよい。 Furthermore, in the above embodiment, sulfuric acid is used as the acid, but it is not always necessary to use sulfuric acid, and other acids may be used instead of sulfuric acid.
1 アルカリ処理槽
2 第一の固液分離装置
3 第一のリサイクルパイプ
4 アルカリ補充部
5 pH調整槽5
6 第二の固液分離装置
7 第二のリサイクルパイプ
8 同時糖化発酵槽
10 バイパスパイプ
11 pH調整槽
12 第一のゲート部材
13 リグニン分離槽
14 第二のゲート部材
15 多糖分解槽
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Alkali processing tank 2 1st solid-liquid separator 3 1st recycle pipe 4
6 Second solid-liquid separator 7 Second recycling pipe 8 Simultaneous saccharification and fermentation tank 10 Bypass pipe 11 pH adjustment tank 12 First gate member 13 Lignin separation tank 14 Second gate member 15 Polysaccharide decomposition tank
Claims (3)
The precipitated lignin is separated, the oligosaccharide in the alkaline solution is recovered, supplied to the saccharification tank to which the enzyme is supplied, the oligosaccharide is monosaccharided, and the resulting monosaccharide is fed to the yeast. It is fed to a tank and fermented to produce ethanol, or fed to a simultaneous saccharification and fermentation tank to which enzymes and yeast are fed, and saccharified and fermented to produce ethanol. A method for producing sugar or ethanol from the herbaceous biomass or woody biomass according to claim 2.
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