JP5942240B2 - ペーパースラッジ由来の水溶性糖類の高効率製造方法 - Google Patents
ペーパースラッジ由来の水溶性糖類の高効率製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5942240B2 JP5942240B2 JP2011104575A JP2011104575A JP5942240B2 JP 5942240 B2 JP5942240 B2 JP 5942240B2 JP 2011104575 A JP2011104575 A JP 2011104575A JP 2011104575 A JP2011104575 A JP 2011104575A JP 5942240 B2 JP5942240 B2 JP 5942240B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- paper sludge
- cellulose
- reaction
- subcritical water
- cooling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Description
その中でバイオマスも有力な候補である。すでに海外ではサトウキビやトウモロコシといったバイオマスを原料とした価格競争力のあるバイオエタノールの生産が行われているが、もう一方で、これらの原料は食糧や飼料としての需要もあり、そのエネルギー使用は食料や飼料の価格の高騰を引き起こし世界的な問題になっている。
一方、食糧と競合しない草木系や木質系バイオマスからエタノールを製造する場合、リグニン除去等の生産工程が複雑であること、高価なセルラーゼ酵素を大量に使用すること、山地に散在する廃木材等を原料とする場合には回収及び輸送コストがかかるといった幾つかの問題がある。
製紙工場から大量に排出するペーパースラッジは、製紙装置の網目等から流出したセルロース繊維や炭酸カルシウム等の添加剤から構成される汚泥であり、既にリグニン除去されているため、従来の木質系バイオマスに比べて、バイオエタノール原料に適した廃棄物といえる。
パルプ系有機廃棄物を原料として有用物質を獲得する方法は既に提案されている。例えば、特許文献1は排水中に含まれるパルプや粉末セルロースから濃酸加水分解+希酸加水分解の2段処理を行って糖類を生成する方法である。
特許文献2は、パルプ系有機廃棄物を亜臨界・超臨界水で処理することで、有用物質を取り出そうとする方法である。しかし、液状化することのみを技術の対象にしている。そのため様々な水溶性成分が生成することから、液状化後はメタン発酵や、河川法流のために湿式酸化等によるCOD低減処理等の技術との組み合わせに限られる。
ペーパースラッジを表面がほぐれる程度となるよう亜臨界水で反応温度180〜260℃、反応圧力2〜5MPa、反応時間1〜3分の処理条件で処理する処理工程と、前記処理工程で処理された被処理物を該被処理物中のセルロースが過分解しないように直接注入による冷却水で冷却する冷却工程と、前記冷却工程で冷却された被処理物中のセルロースを酵素により糖化反応させる糖化反応工程と、を備えることを特徴とするペーパースラッジ由来の水溶性糖類の高効率製造方法。
まず、セルロースを過分解せずに、セルロースの表面がほぐれる程度に処理することが可能となる。その結果セルロース表面が乱雑化し、表面積が大きく増えることにより、その後の糖化反応において反応速度やグルコース収率を大幅に増加させることができる。さらに、セルロースの過分解を抑えることにより、糖化後の発酵反応を阻害するフルフラール類の精製を完全に抑えることができる。また、製紙所で製紙汚泥中に添加する防腐剤は糖化・発酵反応という生物反応を大きく阻害するが、本発明によればセルロースを過分解することなく、防腐剤のみを分解することができる。
以下本発明をさらに詳しく説明する。
本発明においてはパルプ系有機廃棄物を原料とする。パルプ系有機廃棄物としては、セルロースを含むものであればよいが、ペーパースラッジが最適である。
本発明の亜臨界水処理温度は、180〜260℃の範囲であればよいが、好ましくは200〜240℃、より好ましくは200℃である。
本発明の亜臨界水反応圧力は3〜5MPaの範囲であればよいが、3MPaが最適である。
本発明の亜臨界水反応時間は1〜3分の範囲であればよいが、2分が最適である。
本発明を実現する装置としては、200℃付近の条件では反応時間が2〜3分と短いことから、通常の外部からの冷却では冷ますのに時間がかかるため、図1のように、処理物が反応器から出てきたところで、その配管内に直接水を注入し、生成物を冷却する機構を有する。ただし、反応器から排出された処理物を急速に冷却できる装置であればよく、冷却水以外の冷却装置でも代替できる。
[実施例1]
<亜臨界水処理前後のペーパースラッジのSEM観察>
ペーパースラッジを200℃、3MPa、2分の条件で亜臨界水処理を行い、走査型電子顕微鏡で観察した。結果を図2に示す。
前処理前の滑らかなセルロース繊維の表面が亜臨界水処理をすると凸凹に荒れて表面積の反応が起こりやすい個所の増加がみられた。この表面の変化が酵素糖化の促進に繋がっていると予想される。
[実施例2]
<採取日の異なるペーパースラッジからのグルコース収率の比較>
ペーパースラッジは廃棄物のために排出日によって組成や反応性が変わり、エタノール収率や回収した無機物の物性が大きく変動し、最悪の場合、商品にならない恐れがある。この原料の変動リスクを評価するために、1年間に6回、製紙所のペーパースラッジを採取し、有機物中のセルロースからグルコースを生産した時の収率の変動をチェックした。亜臨界処理条件は、200〜220℃、3〜5MPa、2分、酵素糖化条件は5℃、120hである。結果を図3に示す。
採取日や採取地点により組成変動が見られたが、亜臨界水前処理した時のグルコース収率は67〜83%、平均75%と高い値で比較的安定していた。
[実施例3]
<亜臨界水処理したペーパースラッジ中のセルロース分解率と生成物収率の反応温度依存性>
亜臨界水処理したペーパースラッジ中のセルロース分解率、生成物収率の反応温度依存性を検討した。結果を図4に示す。2分の反応時間では温度が高いほどセルロース分解率は高い。さらに、本反応条件では、フルフラール類は全く生成していない。セルロースを亜臨界・超臨界水処理すると、グルコースの過分解物であるフルフラール類が生成する。フルフラール類はグルコースを発酵させてエタノールを製造する際の阻害物質である。本亜臨界水処理条件によりフルフラールが生成されないことは予期せぬ有用な効果であり、効率的な発酵反応に極めて重要である。
[実施例4]
<酵素糖化における防腐剤のグルコース収率への影響>
製紙所から排出される製紙汚泥中には防腐剤が含まれている場合があり、酵素糖化やエタノール発酵といった生物処理の大きな阻害要因になっている。そこで、亜臨界水処理で防腐剤を分解し、一方で、セルロースは過分解しないといった亜臨界水の最適処理条件を検討した。具体的には、セルロースに防腐剤を添加したものとしていないものについて実験を行った。結果を図5に示す。亜臨界水処理条件を、200℃、3MPa、2分とすることで、亜臨界水処理なしで直接酵素糖化するのに比べて、グルコース収率が大幅に増加した。
[実施例5]
<防腐剤が含まれるペーパースラッジからのグルコース生成に対する亜臨界水前処理及びpH緩衝溶液濃度の影響>
実際に防腐剤が含まれる製紙所から排出されたペーパースラッジについて、亜臨界水前処理及びpH緩衝溶液濃度の影響を検討した。結果を図6に示す。200℃、3MPa、2分の亜臨界水処理条件で処理することにより、処理しない場合に比べグルコース収率が上昇した。
[実施例6]
<内径と内表面積が異なる反応器を用いた際のグルコース収率の変化>
管型反応器の直径を短くし、一方で長さを長くして体積当たりの内表面積を増やすことによる影響を検討した。結果を図7に示す。ペーパースラッジの反応管内での滞留時間が同じでも、反応管内表面積を増やすことにより、高濃度の製紙汚泥を含むスラリーを短時間で反応温度まで加熱した結果、反応速度が速くなり、グルコースを高収率で生成できた
このように本発明によれば、セルロースの表面がほぐれて乱雑化し、表面積が大きく増えることにより、その後の糖化反応において反応速度やグルコース収率を大幅に増加させることができるのみでなく、フルフラール類が生成されないこと、セルロースを分解することなく防腐剤のみ分解することができるという予期せぬ効果も得ることができる。
Claims (1)
- ペーパースラッジを表面がほぐれる程度となるよう亜臨界水で反応温度180〜260℃、反応圧力2〜5MPa、反応時間1〜3分の処理条件で処理する処理工程と、
前記処理工程で処理された被処理物を該被処理物中のセルロースが過分解しないように直接注入による冷却水で冷却する冷却工程と、
前記冷却工程で冷却された被処理物中のセルロースを酵素により糖化反応させる糖化反応工程と、
を備えることを特徴とするペーパースラッジ由来の水溶性糖類の高効率製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011104575A JP5942240B2 (ja) | 2011-05-09 | 2011-05-09 | ペーパースラッジ由来の水溶性糖類の高効率製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011104575A JP5942240B2 (ja) | 2011-05-09 | 2011-05-09 | ペーパースラッジ由来の水溶性糖類の高効率製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012231770A JP2012231770A (ja) | 2012-11-29 |
JP5942240B2 true JP5942240B2 (ja) | 2016-06-29 |
Family
ID=47432787
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011104575A Expired - Fee Related JP5942240B2 (ja) | 2011-05-09 | 2011-05-09 | ペーパースラッジ由来の水溶性糖類の高効率製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5942240B2 (ja) |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4533496B2 (ja) * | 2000-03-15 | 2010-09-01 | 三菱重工業株式会社 | バイオマスからの燃料製造方法 |
JP2004306021A (ja) * | 2003-03-25 | 2004-11-04 | Nihon Zaikei Kk | 植物成分抽出装置 |
AU2005213794A1 (en) * | 2004-02-13 | 2005-08-25 | Osaka Prefecture University Public Corporation | Method for producing product decomposed with subcritical water and apparatus for decomposition treatment with subcritical water |
EP1990106A1 (en) * | 2006-09-28 | 2008-11-12 | Eco Material Co.Ltd. | Organic waste disposal system |
CN101235095B (zh) * | 2007-08-03 | 2013-06-05 | 方真 | 一种完全溶解木质纤维素生物质的方法及其设备和应用 |
JP2009183249A (ja) * | 2008-02-08 | 2009-08-20 | Gekkeikan Sake Co Ltd | バイオエタノールの製造方法 |
JP5320636B2 (ja) * | 2008-03-27 | 2013-10-23 | 国立大学法人静岡大学 | ペーパースラッジ由来の水溶性糖類製造装置およびペーパースラッジ由来の水溶性糖類製造方法 |
-
2011
- 2011-05-09 JP JP2011104575A patent/JP5942240B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012231770A (ja) | 2012-11-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wang et al. | Bioethanol production from cotton stalk: a comparative study of various pretreatments | |
JP5771278B2 (ja) | セルロース系バイオマスを原料とするエタノール製造方法 | |
Zhang et al. | Recent developments in pretreatment technologies for production of lignocellulosic biofuels | |
JP4958166B2 (ja) | 酸素存在下におけるアルコールによる植物系バイオマスの処理方法 | |
CN103189521A (zh) | 含木质纤维素的生物质的酶解糖化处理方法以及由含木质纤维素的生物质制造乙醇的方法 | |
JP2009125050A (ja) | 草本系バイオマスの酵素加水分解の前処理方法、草本系バイオマスを原料とするエタノール製造方法及びパームヤシ空果房を原料とするエタノール製造方法 | |
JP2012075357A (ja) | セルロース系バイオマスを原料とするエタノール製造方法 | |
KR102136842B1 (ko) | 목질계 바이오매스의 전처리방법 | |
JP2008043328A (ja) | 木質系バイオマスの糖化方法 | |
Wu et al. | Characterize the physicochemical structure and enzymatic efficiency of agricultural residues exposed to γ-irradiation pretreatment | |
JP2007074992A (ja) | セルロースを含むバイオマスの糖化方法、及びそれによって得られた糖 | |
Lv et al. | Enhancement of glucose production from sugarcane bagasse through an HCl-catalyzed ethylene glycol pretreatment and Tween 80 | |
JP2011045277A (ja) | セルロース系エタノール生産システムおよび生産方法 | |
JP5278991B2 (ja) | リグノセルロース系バイオマスからエタノール原料およびエタノールを製造する方法 | |
FR2999604A1 (fr) | Procede de production de solutions de sucres et d'alcools a partir de biomasse lignocellulosique avec traitement complementaire du residu solide par un sel inorganique hydrate | |
JP5942240B2 (ja) | ペーパースラッジ由来の水溶性糖類の高効率製造方法 | |
FR3092118A1 (fr) | Procede de traitement d’une biomasse lignocellulosique | |
JP2009022165A (ja) | エタノール製造方法 | |
JP6206017B2 (ja) | バイオマス原料からの酢酸の製造方法 | |
Sivanarutselvi et al. | Studies on effect of alkali pretreatment of banana pseudostem for fermentable sugar production for biobutanol production | |
Upajak et al. | Effect of combination of liquid hot water system and hydrogen peroxide pretreatment on enzymatic saccharification of corn cob | |
JP6263792B2 (ja) | バイオマスを用いた液体燃料製造方法 | |
Javanmard et al. | Breaking Barriers for a Green Future: A Comprehensive Study on Pre-treatment Techniques for Empty Fruit Bunches in the Bio-Based Economy | |
JP6177535B2 (ja) | 前加水分解液の処理システム | |
JP2012085544A (ja) | 草本系バイオマスの糖化方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140502 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150212 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150303 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150421 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150929 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151008 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160216 |
|
R155 | Notification before disposition of declining of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R155 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160428 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5942240 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |