JPS6094090A - バイオマスからのエタノ−ル製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、バイオマスを原料とし２発酵法によりエタノ
ールを製造する方法に関するもので、特に省エネ化した
製造方法に関する。

〔発明の背景〕

エタノールは新しい燃料油として注目され、低コストで
大量のエタノール製造技術の開発が盛んである。工業的
な合成エタノールは、ケイ藻土にリン酸（８５〜９０％
）を含浸させた触媒を用い、エチレンを原料に、３００
　ｔｌ’、　７０に４／ｃｍ”　（１）条件テ、下記の
反応よシ得る直接水和法が採用されている。

Ｃ２Ｈ４＋ＨｚＯ→ＣｇＨｓＯＨ（１）しかし、石油価
格の急騰、供給不安など目前のエネルギー対策と同時に
、ボスト石油時代への対応をどうするか、長期的なスパ
ンでの問題が問われているいま、再生可能資源に基盤を
おくことが望まれる。したがって、植物資源を原料とす
るバイオマスからのエタノール発酵による液体燃料の製
造は、バイオマスが再生可能な資源であり、これを原料
とする限９、大気中の炭酸ガスを増すことはないし、そ
の他の自然環境の汚染も少ない。

一般に、バイオマスとは、光合成によって無機物から造
られる植物の有機物、それを食べる動物。

それら全分解する微生物という、いわゆる生態学用語で
い９生産者、消費者１分解者及びそれらに由来するすべ
ての有機物音いう。すなわち光合成によって造られる植
物源有機物及びそれに由来するすべての有機物をいう。

バイオマスからのエタノール製造プロセスは、一般に、
原料、前処理、液化、糖化１発酵、濃縮製品の各工程か
らなる。このプロセスにおいて、消費エネルギーに関し
て最大の問題点は濃縮工程にある。現在、この濃縮は蒸
留法によっているが、例えば％最新鋭のエタノール蒸留
プラントでも、発酵原液から１　ｇａ／、のエタノール
を蒸留するのに％　２０，０００　Ｂｔｕのエネルギー
を使い、これは全プロセスにおける消費エネルギーの４
１〜７０％に当る。したがって、この蒸留に代る省エネ
形の濃縮技術の開発が望まれている。これらの問題はこ
の前段工程の発酵において１発酵終了後の発酵液のエタ
ノール濃度が８〜１２％と非常に低いことに起因する。

もう１つの主要な問題点はセルロース系原料の脱リグニ
ンの前処理にある。現在、このＭｉＪ処理には物理処理
、化学処理及び微生物処理がある。

物理処理の代表的方法は微粉砕化で、木材細胞壁構造を
物理的に破壊して５表面積の増大とセルロースの非晶化
によって、酵素糖化率の向上を目的とする方法で、ボー
ルミリ／グなとの摩砕処理やｒ線照射処理がある。しか
し、直径１０〜３゜μｍの微粉にまで粉砕する必要がめ
９、かなシの粉砕エネルギーを要し、実用化の対象には
程遠いと考えられている。また、１勝照射処理でも、糖
化率の向上が得られるには少なくとも５Ｘ１０’ラドが
必要でアバ　この経費がトン当９１５０ドルと計算され
ている現在では問題にならない。

化学処理では、１００ｒ以下のアルカリ処理で十分なセ
ルロースの糖化を行うには、ＮａＯＨ濃度は１０％以上
必要でおり、過剰のアルカリの回収。

中和、洗浄などにコストがかかる。

微生物処理は白色腐朽菌を用いる方法が試みられている
が、長時間金製すること及びその過程でリグニンの分解
と同時に著量のセルロースやヘミセルロースの分解も進
行してしまうという問題点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は％前記した従来技術の問題点を解決し、
トータルシステム的に高い効率でバイオマスからエタノ
ール金製造する方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明を概説すれば１本発明はバイオマスから発酵法に
よジェタノールを製造する方法に関する発明であって、
バイオマスから発酵法によりエタノール金製造する方法
において、前処理、液化。

糖化１発酵、及び抽出濃縮の各工程金、炭酸ガスが液化
又は超臨界状態となる圧力及び温度条件下で行うことを
特徴とする。

先に、本発明者等Ｆｉ、バイオマスから発酵法によジェ
タノールを製造する方法において、発酵と抽出濃縮とを
同一槽内で、かつ炭酸ガスが液化又は超臨界状態となる
圧力及び温度条件下で行う工程を包含する方法について
発明をした。

本発明は、上記発明の一実施の態様をなすものであり、
本発明によれば、全プロセスがは＃１同一の圧力下で運
転され、圧力の増減がない点で、操作上簡便である。

なお、本発明の実施の態様として下記の手段を包含させ
てもよい。

（υ　抽出濃縮工程後に得られる抽出されたエタノール
を含有する液化炭酸ガス又は超臨界炭酸ガスからエタノ
ールを分離する工程において、糖化工程終了後の液と該
分離工程の抽出液と全熱交換させ、抽出液中の炭酸ガス
分をガス化することによシ分ａを行う手段。

（２）セルロース系物質を含有するバイオマスを使用す
る場合に、該前処理工程は脱リグニン処理工程であシ、
該工程を、抽出工程より得られるエタノール抽出後の残
存発酵生成液を用いて。

生成液り液化工程終了後の液及び／又は前処理工程終了
後の液と熱交換させた後、該脱リグニン処理工程にリサ
イクルする手段。

以下、本発明の各工程について具体的に説明する。

本発明で１史用するバイオマスは、糖質系、デンプン質
系及びセルロース系に大別できる。そのうち、糖質系原
料は、直接発酵工程で発酵させることができる。他方、
デンプン質系原料は蒸煮処理また、セルロース系原料は
脱リグニン処理等の前処理を必要とする。

本発明の前処理工程における。デンプン質原料の蒸煮温
度は、１３００程度でよい。

他方、脱リグニン処理は５通常、空気湿式酸化法を利用
して行われる。しかして、空気湿式酸化法自体は、一般
に水を媒体として液中で有機物を炭酸ガスと水にまで酸
化分解するのが目的で必るた、め、通常の操作条件は、
温度２１０〜２５Ｏｒ。

圧力８０〜１２０気圧であるが、上記脱リグニン処理の
ように有機物を溶化するのみ金目的とする場合には、温
度１３０Ｃ程度、圧力４０〜７０気圧で十分である。ま
た本発明の好適な実施態様において、前記の（２）（に
（３）の手段に従って、残存発酵生成液を用いて脱リグ
ニン処理を高純度酸素湿式酸化によシ行う場合には、熱
交換によシ約８０Ｃに予熱された残存発酵生成液は、原
料及び冒純度の酸素と共に、脱リグニン処理塔内に入シ
、ここで比較的長時間、原料と酸素が滞留するため、酸
化分解熱によシ処理塔内の温度は約１３０Ｃに維持され
る。当該手段によれば、高圧の残存発酵液をほぼ同圧で
リサイクル使用するため、エネルギー損失が極めて小で
あシ、かつ残存発酵生成液中に残留しているエタノール
の回収が可能となシ収率が増大する。更に、残留エタノ
ールは、脱リグニン処理の際、その作用を促進する効果
をもたらす。また、高純度酸素による湿式酸化であるた
め、空気湿式酸化と比較して、排ガスとして窒素は生成
せず、はとんどが炭酸ガスと推定され、これは後段の発
酵工程で、液化又は超臨界炭酸ガスとして働くので、排
ガスの影響は小である。

次に、液化及び糖化工程は酵素を用いて行う。

次に、発酵工程では、エタノール発酵が行われてエタノ
ールと炭酸ガスが生成する。その際、炭酸ガスは、液化
又は超臨界状態となる。エタノールと炭酸ガスの生成は
同じポイントで起るため、エタノールの液化又は超臨界
炭酸ガス中への溶解は効率良く行い得る。すなわち２発
酵と抽出濃縮は同一発酵槽内で行われる。

上記工程で得られる、抽出されたエタノールを含有する
炭酸ガス液からのエタノールの分離は、炭酸カス分をカ
ス化することによって簡単に行うことができる。その際
、既述の実施の態様で述べた（１）の手段で、糖化工程
終了後の液と熱交換してガス化を行うのが好適である。

他方、カス化した炭酸ガスは、液化又は超臨界状態に凝
縮し、必要に応じて、その一部又は全部を発酵糖に導入
する。これは、エタノールを溶解するためと、反応熱に
よる昇温を防止し、発酵槽内温度を所定値に保つために
有用である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明方法を実施例によシ更に具体的に説明する
が、本発明はこれに限定されない。

実施例１ 第１図に２本発明のエタノール製造方法の１例を図示す
る。すなわち第１図はエタノール製造の１例の工程図で
メ＃）％第１図において、符−号１は前処理工程、２は
液化工程、３は糖化工程、４はエタノールの発酵、抽出
濃縮及び分離工程、５は発酵タンク％　７は充てん層、
８はポンプ、９は液化炭酸カスのガス化タンク、１０は
凝縮器％　１１は炭酸ガス管路、５１は残存発酵生成液
管路、５２は液化炭酸ガス液管路、６１及び６２は熱交
換器を意味する。

本実施例は、セルロース系バイオマスを原料とした例で
ある。

発酵タンク５よシ得た残存発酵生成液金、管路５１を通
じて取出し、熱交換器６１及び６２で熱交換して約８０
Ｃに予熱して前処理工程１に導入し、原料及び高純度の
酸素も導入して脱リグニン処理を行う。脱リグニン処理
された原料及び液は、熱交換器６２により８０〜９０Ｃ
に温度を低下させて、液化工程２に移送され、酵素によ
シ液化される。これらは更に熱交換器６１によシ５５〜
５８Ｃに冷却されで、糖化工程３に移送され、酵素によ
り糖化される。糖化液は、液化炭酸ガスのガス化タンク
９において、５２からの液と熱交換させる。そして糖化
液は、はぼ常温（２０〜３５Ｃ）となって発酵タンク５
中に導入される。充てん層７には、固定化酵素あるいは
固定化微生物を光てんしておく。発酵タンク５は例えば
常温、７０気圧程度に調整され、上記糖化液（発酵原液
）は発酵タンク５の上部より導入てれ、充てん層７を通
過時に、エタノール発酵が行われ、エタノールと炭酸ガ
スが生成する。この際、炭酸ガスは液化する。エタノー
ルと炭酸ガスの生成は同じポイントで起るため、エタノ
ールの液化炭酸ガスへの溶解は効率良く行い得る。液化
炭酸ガスの密度は約０．８、発酵液の密度は１０％エタ
ノール水溶液と考えれば０．９８であるため、生成した
液化炭酸ガスはエタノールを溶解しながら上昇する。他
方、発酵液は下降する。発酵が一過で不十分である場合
には、発酵液の一部あるいは全部をポンプ８により循環
する。発酵タンク５の上部にたまった液化炭酸ガスは、
液化炭酸ガスのガス化タンク９に移送され、ここで前述
のように、熱交換で加温されて、ガス化する。液化炭酸
ガス中に溶解していタエタノールは液化炭酸ガスのガス
化タンク９の下部にたまシ、これよシ取出される。他方
、炭酸ガスは管路１１よシ凝縮器１０に移送され、適当
な温度の液化炭酸ガスとし、必要に応じて、その一部あ
るいは全部が発酵タンク５の下部より導入される。これ
は、生成液化炭酸ガスによシ溶解しきれなかったエタノ
ールを溶解するためと１反応熱による昇温を防止し、発
酵タンク内温度を所定−値に保つためである。

以上、固定化酵素又は固定化微生物を発酵タンク内に充
てんする方式について述べてきたが１発酵タンク内で通
常の流動層方式で発酵を行わせても良いことは言うまで
もない。

実施例２ 実施例１における液化炭酸ガスの代りに超臨界炭酸カス
を使用してエタノール発酵を行った。

本例において、発酵タンク５は、常温％７３気圧程度に
調整した。また、超臨界炭酸ガスの密度は、操作圧力及
び温度によシ異なるが、いずれにしても１０％エタノー
ル水溶液の密度より小さいので、液化炭酸ガスの場合と
同じく５の上方よシ取出しうる。そして、ガス化タンク
で減圧されてガス化する。ガス化した炭酸ガスは圧縮機
に移送され５次に温度調整器で、適当な温度の超臨界炭
酸ガスとする。他の工程は実施例１と同様である。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明方法によれば、全プ
ロセスが？１ぼ同一の圧力下で運転され、圧力の増減が
ない点で、操作上簡便である。

特に、エタノール抽出後の残存発酵生成液を用いて、高
純度酸素湿式酸化によシ脱リグニン処理を行う場合には
、この工程での自然によって高温が得られ、これとの熱
交換により各工程全適正な温度とすることができるため
、エネルギー損失が極めて小となυ省エネ型プロセスで
ある。しかもエタノール収率及び脱リグニン効率が残留
エタノールで向上する。史に、排ガス量が少なく、排ガ
スの影響は小さいという顕著な効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるエタノール製造方法の１実施例の
工程図である。 ｌ・・・前処理工程、２・・・液化工程、３・・・糖化
工程、５・・・発酵タンク、９・・・液化炭酸ガスのガ
ス化タンり、１０・・・凝縮器％６１．６２・・・熱交
換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、バイオマスから発酵法によジェタノールを製造する
   方法において、前処理、液化、糖化２発酵。 及び抽出濃縮の各工程を、炭酸ガスが液化又は超臨界状
   態となる圧力及び温度条件下で行うことを特徴とするバ
   イオマスからのエタノール製造方法。 ２　抽出濃縮工程後に得られる抽出されたエタノールを
   含有する液化炭酸ガス又は超臨界炭酸ガスからエタノー
   ルを分離する工程において、糖化工程終了後の液と該分
   離工程の抽出液とを熱交換させ、抽出液中の炭酸ガス分
   をカス化することによｐＯ離を行う特許請求の範囲第１
   項記載のバイオマスからのエタノール製造方法。 ３、　セルロース系物質金含有するバイオマスを使用す
   る場合に、該前処理工程は脱リグニン処理工程であり、
   該工程？、抽出工程より得られるエタノール抽出後の残
   存発酵生成液を用いて、高純度酸素湿式酸化によル行う
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載のバイオマスから
   のエタノール製造方法。 ４、該脱リグニン処理工程において、該残存発酵生成液
   を、液化工程終了後の液及び／又は前処理工程終了後の
   液と熱交換させた後、該脱リグニン処理工程にリサイク
   ルする特許請求の範囲第３項記載のバイオマスがらのエ
   タノール製造方法。