JPWO2013046622A1 - 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 - Google Patents

Abstract

本発明は、セルロース系バイオマス中のヘミセルロース及びセルロースを別個に加水分解し、糖化液をアルコール発酵させてエタノールを製造する方法において、C5糖類及びC6糖類のロスを防止し、発酵阻害物質の生成を抑制することを目的とする。本発明のエタノール製造方法は、まず、セルロース系バイオマスの濃度が1質量％以上5質量％以下であるセルロース系バイオマスのスラリーを、温度140℃以上200℃以下、圧力1MPa以上5MPa以下で熱水処理することにより、ヘミセルロースをC5糖類へと糖化分解する。次に、熱水処理後の脱水ケーキを、固形物濃度1質量％以上5質量％以下となるようにスラリー化し、温度240℃以上300℃以下、圧力4MPa以上10MPa以下で熱水処理することにより、セルロースをC6糖類へと糖化分解する。糖化液は、逆浸透膜装置のような濃縮装置を用いて糖類濃度10質量％以上に濃縮し、アルコール発酵に供される。

Description

本発明は、セルロース系バイオマスを超臨界状態又は亜臨界状態で加水分解して糖類を製造し、その後、糖類をアルコール発酵させることによってエタノール（バイオエタノール）を製造するための方法に関する。

バイオマスエネルギー利用の一環として、植物の主成分であるセルロース又はヘミセルロースを分解し、エタノールを得ようとする試みがある。そこでは、得られたエタノールを、燃料用として主として自動車燃料に一部混入させたり、ガソリンの代替燃料として利用したりすることが計画されている。

植物の主な成分には、セルロース（炭素6個から構成されるC6糖類であるグルコースの重合物）、ヘミセルロース（炭素5個から構成されるC5糖類とC6糖類の重合物）、リグニン、デンプンが含まれるが、エタノールはC5糖類、C6糖類、それらの複合体であるオリゴ糖のような糖類を原料として、酵母菌のような微生物の発酵作用によって生成される。

セルロース又はヘミセルロースのようなセルロース系バイオマスを糖類に分解するには、１）硫酸など強酸の酸化力により加水分解する方法、２）酵素により分解する方法、３）超臨界水又は亜臨界水の酸化力を利用する方法、の３種類が工業的に利用されようとしている。しかし、１）の酸分解法は、添加した酸が酵母菌の発酵に対して阻害物質となることから、セルロース又はヘミセルロースを糖類に分解した後、糖類をアルコール発酵させる前に添加した酸の中和処理が必須であり、その処理費用の点で経済的に実用化困難な面がある。２）の酵素分解法は、常温定圧処理が可能ではあるが、有効な酵素が見出されておらず、発見されたとしても酵素の生産コストが高くなることが予想されており、経済性の面で未だ工業規模では実現の目処が立っていない。

３）の超臨界水又は亜臨界水によってセルロース系バイオマスを加水分解して糖類とする方法として、セルロース粉末を240〜340℃の加圧熱水と接触させて加水分解することを特徴とする非水溶性多糖類の製造方法が、特許文献１に開示されている。特許文献２は、細片されたバイオマスを140〜230℃で飽和水蒸気圧以上に加圧した熱水で所定時間加水分解してヘミセルロースを分解抽出し、その後セルロースの分解温度以上に加熱した加圧熱水で加水分解してセルロースを分解抽出する方法を開示している。特許文献３は、平均重合度100以上のセルロースを、温度250℃以上450℃以下、圧力15MPa以上450MPa以下の超臨界水又は亜臨界水と0.01秒以上5秒以下接触反応させ、その後冷却して温度250℃以上350℃以下、圧力15MPa以上450MPa以下の亜臨界水と1秒以上10分以下接触させて加水分解することを特徴とするグルコース及び／又は水溶性セロオリゴ糖の製造方法を開示している。

特許文献４は、木質バイオマスから、高収率、高効率で糖類を得ることに加え、C5糖類とC6糖類を含む糖類と、C6糖類を含む糖類を分離して回収することができる糖類の製造方法を開示している。特許文献４の糖類の製造方法は、木質バイオマスに、高温高圧水を加えたスラリーを加熱処理する第１スラリー加熱工程（S1）と、加熱処理されたスラリーを、液体成分と、固体成分とに分離する第１分離工程（S2）と、分離された固体成分に、水を加えてスラリーとし、当該スラリーを加熱処理する第２スラリー加熱工程（S3）と、加熱処理されたスラリーを、液体成分と、固体成分とに分離する第２分離工程（S4）と、分離された液体成分から水を除去して糖類を取得する有用成分取得工程（S5）と、を含み、有用成分取得工程（S5）において、糖類を取得することに加え、さらに、第１分離工程（S2）で分離された液体成分から水を除去して、糖類を取得することを特徴とする。

特開２０００−１８６１０２号公報 特開２００２−５９１１８号公報 特開２００３−２１２８８８号公報 特開２０１０−８１８５５号公報

超臨界水又は亜臨界水によってセルロース系バイオマスを加水分解して糖類とする従来技術においては、熱水処理するセルロース系バイオマススラリー中のバイオマス濃度（固形物濃度）が高い方が、より多くのバイオマスを処理できるため、エネルギーを節約し得る。

ここで、通常の加水分解法においては、バイオマス中のヘミセルロースを熱水処理（１回目の熱水処理）してC5糖類に加水分解し、残渣を脱水処理して、固形分（固形残渣）を再度スラリーとして、よりシビアな条件で熱水処理（２回目の熱水処理）してバイオマス中のセルロースをC6糖類に加水分解する。ところが、１回目の熱水処理後、脱水処理によって得られる残渣には、１回目の熱水処理によって生成されたC5糖類が１割程度残存している。このC5糖類は、２回目の熱水処理によって有機酸のような、後続する発酵工程におけるアルコール発酵の阻害物質へと酸化される。

このため、加水分解効率を向上させるためにセルロース系バイオマススラリー中のバイオマス濃度を高めると、１回目の熱水処理後の残渣に残存するC5糖類量が増加する。その結果、C5糖類のロスがより多くなり、アルコール発酵の効率低下の原因ともなる。スラリー濃度を高くすると、スラリーの流動性が低下して、配管を用いてスラリーを輸送することが困難となる。さらに、間接熱交換器における熱伝導率も低下する。

本発明は、セルロース系バイオマス中のヘミセルロース及びセルロースを別個に加水分解し、糖化液をアルコール発酵させてエタノールを製造する方法において、ヘミセルロース及びセルロースの糖化工程におけるC5糖類のロスを防止し、発酵阻害物質の生成を抑制することを目的とする。

本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、ヘミセルロースを加水分解するための熱水処理に供するセルロース系バイオマスの濃度（固形物濃度）を低く抑えれば、熱水処理後のスラリーを固液分離した場合に、残渣である脱水ケーキにC5糖類が残存しにくいことを見出し、本発明を完成させるに至った。

具体的に、本発明は、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であって、
固形物濃度が1質量％以上5質量％以下であるセルロース系バイオマスのスラリーを、温度140℃以上200℃以下、圧力1MPa以上5MPa以下で熱水処理することにより、セルロース系バイオマスに含有されているヘミセルロースをC5糖類へと糖化分解する第一糖化分解工程と、
前記第一糖化分解工程後のスラリーを固液分離する第一固液分離工程と、
前記第一固液分離工程で得られた脱水ケーキに水を添加して、固形物濃度が1質量％以上5質量％以下となるようにスラリー化する再スラリー化工程と、
前記再スラリー化工程で得られたスラリーを、温度240℃以上300℃以下、圧力4MPa以上10MPa以下で熱水処理することにより、セルロース系バイオマスに含有されているセルロースをC6糖類へと糖化分解する第二糖化分解工程と、
前記第二糖化分解工程後のスラリーを固液分離する第二固液分離工程と、
前記第一固液分離工程で得られたC5糖化液と、前記第二固液分離工程で得られたC6糖化液とを、糖類濃度10質量％以上に濃縮する濃縮工程と、
前記濃縮工程後の濃縮糖化液をアルコール発酵させる発酵工程と、
前記発酵工程によって得られた発酵液を蒸留してエタノールを濃縮する蒸留工程と、
を有することを特徴とする。

固形物濃度（セルロース系バイオマスの濃度）を1質量％以上5質量％以下に調整することにより、第一糖化分解工程後のスラリーを固液分離する際に、脱水ケーキにC5糖類が残存しにくくなる。この脱水ケーキに水を加えてスラリー化し、該スラリーを対象として第二糖化分解工程を行う際にも、スラリー濃度（固形物濃度）を、1質量％以上5質量％以下に調整すると、第二糖化分解工程後のスラリーを固液分離する過程においても、脱水ケーキにC6糖類が残存しにくくなる。

第一糖化分解工程及び第二糖化分解工程のスラリー濃度を、固形物濃度1質量％以上5質量％以下に調整することにより、スラリーの流動性が増し、配管による輸送が容易となる。さらに、間接型熱交換器において、スラリーへの熱伝導が良くなる。

ここで、第一糖化分解工程及び第二糖化分解工程におけるスラリー濃度（固形物濃度）を、それぞれ1質量％以上5質量％以下、及び1質量％以上5質量％以下に調整するだけでは、脱水スラリー中に残存するC5糖類及びC6糖類を減少させることはできても、第一糖化分解工程及び第二糖化分解工程によって得られる糖化液の濃度（糖濃度）も低下する。その結果、後続する発酵工程において、アルコール発酵の効率が低下する。

しかし、本発明のエタノール製造方法では、アルコール発酵前に糖化液を逆浸透膜装置（RO膜装置）のような濃縮装置によって濃縮し、糖化液中の糖類濃度（C5糖類及びC6糖類を合計した糖類全体の濃度）を10質量％以上になるように濃縮することにより、後続する発酵工程に好適な糖類濃度を維持し、アルコール発酵効率の低下を防止し得る。

前記第一固液分離工程が、前記第一糖化分解工程後のスラリーを固液分離し、得られた脱水ケーキを水洗した後、さらに固液分離する工程であり、かつ、前記第一固液分離工程において、脱水ケーキを水洗した後、分離された水を回収して前記濃縮工程に供することが好ましい。

第一糖化分解工程後のスラリーから得られた脱水ケーキを水洗し、分離された水を回収して濃縮工程に供することにより、脱水ケーキ中に残存するC5糖類を回収することが可能となる。

前記第二固液分離工程が、前記第二糖化分解工程後のスラリーを固液分離し、得られた脱水ケーキを水洗した後、さらに固液分離する工程であり、
かつ、前記第二固液分離工程において、脱水ケーキを水洗した後、分離された水を回収して前記濃縮工程に供することも好ましい。

第二固液分離工程において、第二糖化分解工程後のスラリーを固液分離し、得られた脱水ケーキを水洗し、さらに固液分離し、分離された水を回収して濃縮工程に供することにより、脱水ケーキ中に残存するC6糖類を回収することが可能となる。

第一固液分離工程で脱水ケーキを水洗した後に分離される水と、第二固液分離工程で脱水ケーキを水洗した後に分離される水は、第一固液分離工程で得られたC5糖化液及び第二固液分離工程で得られたC6糖化液と混合して濃縮工程に供してもよく、別個に濃縮工程に供してもよい。作業時間短縮の観点からは、すべての糖化液及び洗浄液を混合した液について、濃縮工程を行うことが好ましい。

前記濃縮工程の前に、C5糖化液及びC6糖化液を活性炭によって吸着処理することが好ましい。

C5糖化液及びC6糖化液を逆浸透膜装置によって濃縮する前に、精密ろ過膜装置（MF膜装置）によって微細な固形物を除去することが好ましいが、セルロース系バイオマスの糖化液中にはリグニンのような有機物、又は無機析出物が含有されることがある。このような有機物又は無機析出物を含有する糖化液を逆浸透膜装置に供給すると、有機物又は無機析出物によってRO膜が閉塞されやすい。そこで、濃縮工程の前に、糖化液を活性炭によって吸着処理し、糖化液中に含有される有機物又は無機析出物を除去することにより、RO膜の閉塞（目詰まり）を防止し得る。

活性炭によって吸着処理されるC5糖化液及びC6糖化液には、第一糖化分解工程後のスラリーから得られた脱水ケーキを水洗した洗浄水、及び／又は第二糖化分解工程後のスラリーから得られた脱水ケーキを水洗した洗浄水、並びにこれら洗浄水と混合されたC5糖化液及びC6糖化液も含まれる。

前記発酵工程前に濃縮されたC5糖化液及びC6糖化液は、中和処理されることが好ましい。

糖化液中にはヘミセルロース又はセルロースの加水分解に際し、酢酸又は乳酸のような有機酸が生成する。このため、糖化液の液性はpH2〜4程度の酸性となる場合が多い。そのまま糖化液を濃縮して発酵工程に移行させたのでは、糖化液はエタノール発酵に不適当な低いpHとなる。そこで、発酵工程の前に、糖化液を中和し、pHを4.0〜6.0程度に調整することが好ましい。中和処理には、糖化液に含有される成分を分解したり、発酵工程を阻害したりしない苛性ソーダ又は消石灰のようなアルカリ剤を使用することが好ましい。

中和処理するC5糖化液及びC6糖化液には、第一糖化分解工程後のスラリーから得られた脱水ケーキを水洗した洗浄水、及び／又は第二糖化分解工程後のスラリーから得られた脱水ケーキを水洗した洗浄水、並びにこれら洗浄水と混合されたC5糖化液及びC6糖化液も含まれる。

本発明の上記目的、他の目的、特徴及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

本発明のエタノール製造方法によれば、ヘミセルロース及びセルロースを加水分解することによって得られるC5糖類及びC6糖類を最大限有効利用し、かつ、アルコール発酵の効率も維持することが可能である。

図１は、本発明の実施形態１を説明する概略フロー図を示す。 図２は、本発明の実施形態２を説明する概略フロー図を示す。 図３は、本発明の実施形態３を説明する概略フロー図を示す。 図４は、本発明の実施形態４を説明する概略フロー図を示す。 図５は、本発明の実施形態５を説明する概略フロー図を示す。

本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しながら説明する。本発明は、以下の記載に限定されない。

＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１を説明する概略フロー図を示す。まず、セルロース系バイオマス（例えば、バガスや甜菜かす、わら等の草木系バイオマス）を、前処理として数mm以下に粉砕する。粉砕後、水を加えて固形物濃度1質量％以上5質量％以下のスラリー１とする。固形物濃度が低いために、スラリー１の流動性は高く、配管を用いた輸送は、従来技術と比較して容易である。

（第一糖化分解工程）
次に、固形物濃度1質量％以上5質量％以下のスラリー１は、温度140℃以上200℃以下、圧力1MPa以上5MPa以下で熱水処理される（熱水処理１）。熱水処理１は、例えば、間接加熱型圧力容器内でスラリーを加熱及び加圧することによって行われる。熱水処理１によって、セルロース系バイオマス中のヘミセルロースは、C5糖類に加水分解される。このとき、スラリー１の流動性が高いことによって、間接加熱型圧力容器内における熱伝導性は、従来技術と比較して良好となる。

（第一固液分離工程）
次に、熱水処理１されたスラリー１は、ドラムフィルター、ベルトフィルター、ディスクフィルター又はフィルタープレスのような固液分離装置を用いて、C5糖化液と脱水ケーキ１とに固液分離される（固液分離１）。C5糖化液は、後続する濃縮工程に供給される。このとき、本発明では、熱水処理されるスラリー１の固形物濃度が、従来のヘミセルロース加水分解法におけるスラリーの固形物濃度よりも低いために、脱水ケーキ１にC5糖類が残存しにくい。

（再スラリー化工程）
脱水ケーキ１は、水を添加され、固形物濃度が1質量％以上5質量％以下となるようにスラリー化され、スラリー２が調製される。

（第二糖化分解工程）
スラリー２は、熱水処理１と同様にして、温度240℃以上300℃以下、圧力4MPa以上10MPa以下で熱水処理される（熱水処理２）。熱水処理２によって、セルロース系バイオマス中のセルロースは、C6糖類に加水分解される。このとき、スラリー２の流動性が高いことによって、間接加熱型圧力容器内における熱伝導性は、従来技術と比較して良好となる。

本発明では、脱水ケーキ１中のC5糖類の残存量が少ないため、熱水処理２において、有機酸のようなアルコール発酵に対する阻害物質の生成が、従来技術と比較して少ない。

（第二固液分離工程）
熱水処理２されたスラリー２は、ドラムフィルター、ベルトフィルター、ディスクフィルター又はフィルタープレスのような固液分離装置を用いて、C6糖化液と脱水ケーキ２とに固液分離される（固液分離２）。C6糖化液は、後続する濃縮工程に供給される。脱水ケーキ２は、適宜系外に廃棄される。

（濃縮工程）
C5糖化液及びC6糖化液は、RO膜装置のような濃縮装置を用いて糖類濃度10質量％以上に濃縮される。濃縮装置としてRO膜装置が使用される場合、C5糖化液及びC6糖化液は、それぞれ単独でRO膜装置によって濃縮されてもよく、両者が混合された後、RO膜装置によって濃縮されてもよい。濃縮後の糖類濃度は、RO膜装置の性能によって変動するが、より高い濃度とされることが好ましい。濃縮後の糖類濃度は、10質量％〜50質量％程度とされることが実用的である。RO膜装置のRO膜の目詰まりを防止するために、C5糖化液及びC6糖化液は、MF膜装置などを用いて固形物を除去されることが好ましい。RO膜装置によって糖化液から分離された水分は、適宜系外に排水される。

（発酵工程）
次に、濃縮された糖化液は、発酵工程において、酵母を利用してエタノールへと変換される。発酵工程は、公知の発酵方法を採用することができる。発酵工程によって、糖化液に含有されていたC5糖類及びC6糖類は、エタノールへと変換される。

（蒸留工程）
次に、発酵工程後のアルコール発酵液は、蒸留され、エタノールが濃縮される。蒸留工程によって得られる蒸留液は、固形物及びエタノール以外の成分が除去されている。蒸留工程は、蒸留酒の製造方法として公知の蒸留方法を採用することができる。

＜実施形態２＞
図２は、本発明の実施形態２を説明する概略フロー図を示す。本実施形態の基本的なフローは、実施形態１と同一であるため、ここでは実施形態１との相違点についてのみ説明する。実施形態１と同じ構成には、同じ用語を使用する。

本実施形態は、実施形態１において、固液分離１によって得られた脱水ケーキ１を熱水処理２に供する前に、水洗１と固液分離３の処理が追加された構成である。すなわち、本実施形態では、固液分離１によって得られた脱水ケーキ１が水洗される（水洗１）。これにより、脱水ケーキ１は、再度スラリー化され、スラリー３となる。スラリー３は、固液分離１と同様にして、洗浄水１と脱水ケーキ３とに固液分離される（固液分離３）。本発明は、脱水ケーキ１に残存するC5糖類が少ないことを特徴としている。しかし、本実施形態によれば、脱水ケーキ１中にわずかに残存したC5糖類を水洗１によって最大限回収し、発酵工程へと供給することが可能となる。

C5糖類を溶解させた洗浄水１は、固液分離２によって得られるC6糖化液と混合された後、RO膜装置によって糖類濃度10質量％以上に濃縮される。一方、脱水ケーキ３は、水を添加され、固形物濃度（セルロース系バイオマス濃度）が1質量％以上5質量％以下となるようにスラリー化され、スラリー２が調製される。

＜実施形態３＞
図３は、本発明の実施形態３を説明する概略フロー図を示す。本実施形態の基本的なフローは、実施形態１と同一であるため、ここでは実施形態１との相違点についてのみ説明する。実施形態１と同じ構成には、同じ用語を使用する。

本実施形態は、実施形態１において、固液分離２によって得られた脱水ケーキ２に、水洗２と固液分離４の処理を行い、固液分離４によって得られた洗浄水２、及び固液分離２によって得られたC6糖化液を、濃縮工程において濃縮する処理が追加された構成である。すなわち、本実施形態では、固液分離２によって得られた脱水ケーキ２が水洗される（水洗２）。これにより、脱水ケーキ２は、再度スラリー化され、スラリー４となる。スラリー４は、固液分離２と同様にして、洗浄水２と脱水ケーキ４とに固液分離される（固液分離４）。本発明は、脱水ケーキ２に残存するC6糖類が少ないことも特徴としている。しかし、本実施形態によれば、脱水ケーキ２中にわずかに残存したC6糖類を水洗２によって最大限回収し、発酵工程へと供給することが可能となる。

C6糖類を溶解させた洗浄水２は、固液分離２によって得られるC6糖化液と混合された後、RO膜装置によって糖類濃度10質量％以上に濃縮される。一方、脱水ケーキ４は、適宜系外に廃棄される。

図２及び図３に開示されている構成を組み合わせ、脱水ケーキ１及び脱水ケーキ２の両方を水洗し、洗浄水１及び洗浄水２を濃縮工程に供給して、回収する構成とすることも可能である。その場合、C5単類及びC6糖類の両方を最大限回収し、発酵工程へと供給することが可能となる。

＜実施形態４＞
図４は、本発明の実施形態４を説明する概略フロー図を示す。本実施形態の基本的なフローは、実施形態１と同一であるため、ここでは実施形態１との相違点についてのみ説明する。実施形態１と同じ構成には、同じ用語を使用する。

本実施形態では、固液分離１によって得られるC5糖化液と、固液分離２によって得られるC6糖化液とを、RO膜装置によって濃縮する前に活性炭処理することを特徴としている。活性炭処理は、例えば、糖化液を活性炭吸着塔に供給したり、活性炭を充填したカラムに供給したりすることによって行い得る。糖化液を活性炭処理することにより、糖化液中に含有されているリグニンのような有機物又は無機析出物が除去され、後続する濃縮工程で使用されるRO膜装置のRO膜の目詰まりを防止し得る。C5糖化液及びC6糖化液は、それぞれ単独で活性炭処理されてもよく、両者が混合された後、活性炭処理されてもよい。

活性炭処理後の糖化液は、活性炭の微粒子が混入し、RO膜装置のRO膜が目詰まりすることを防止するために、RO膜装置の上流側において、固形物除去工程によって固形物を除去することが好ましい。活性炭処理後の糖化液から活性炭の微粒子のような固形物を除去する手段は、例えば、MF膜装置が使用されるが、それに限定されない。

活性炭吸着塔のような活性炭処理手段は、定期的に逆洗浄されることが好ましい。逆洗浄時には、逆洗排水１は、固液分離１に用いられる固液分離手段の上流側に供給される。同様に、MF膜装置の逆洗浄時には、逆洗排水２は、活性炭処理に用いられる活性炭処理手段の上流側に供給される。

図４に示される活性炭処理及び固形物除去に関する構成を、図１〜３に示される実施の形態１〜３と組み合わせることも可能である。

＜実施形態５＞
図５は、本発明の実施形態５を説明する概略フロー図を示す。本実施形態の基本的なフローは、実施形態１と同一であるため、ここでは実施形態１との相違点についてのみ説明する。実施形態１と同じ構成には、同じ用語を使用する。

本実施形態は、実施形態１において、濃縮工程によって濃縮された糖化液を、アルカリ剤を添加することによって、アルコール発酵の前に中和する処理が追加された構成である。上述したように、糖化液の液性はpH2〜4程度の酸性となる場合が多い。そのまま糖化液を濃縮して発酵工程に移行させたのでは、糖化液はエタノール発酵に不適当な低いpHとなる。そこで、本実施形態では、濃縮された糖化液にアルカリ剤を添加することによって中和し、pHを4.0〜6.0程度に調整する。濃縮された糖化液のpHは、pHメータのようなpH測定装置によって測定可能である。

中和に使用されるアルカリ剤は、糖化液に含有される成分を分解したり、エタノール発酵を阻害したりしないアルカリ剤であれば、特に限定されない。しかし、糖化液のpH調整が容易の観点から、強アルカリ剤よりも弱アルカリ剤を使用することが好ましい。好ましいアルカリ剤の具体例は、苛性ソーダ又は消石灰である。アルカリ剤は、水溶液として添加されてもよく、糖化液中に溶解するのであれば粉末のような固体として添加されてもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、上記説明は例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明のエタノール製造方法は、セルロース系バイオマスを分解し、エタノールを製造するための方法として、バイオエネルギー分野において有用である。

ここで、第一糖化分解工程及び第二糖化分解工程におけるスラリー濃度（固形物濃度）を、それぞれ1質量％以上5質量％以下、及び1質量％以上5質量％以下に調整するだけでは、脱水ケーキ中に残存するC5糖類及びC6糖類を減少させることはできても、第一糖化分解工程及び第二糖化分解工程によって得られる糖化液の濃度（糖濃度）も低下する。その結果、後続する発酵工程において、アルコール発酵の効率が低下する。

図２及び図３に開示されている構成を組み合わせ、脱水ケーキ１及び脱水ケーキ２の両方を水洗し、洗浄水１及び洗浄水２を濃縮工程に供給して、回収する構成とすることも可能である。その場合、C5糖類及びC6糖類の両方を最大限回収し、発酵工程へと供給することが可能となる。

Claims (5)

1. 固形物濃度が1質量％以上5質量％以下であるセルロース系バイオマスのスラリーを、温度140℃以上200℃以下、圧力1MPa以上5MPa以下で熱水処理することにより、セルロース系バイオマスに含有されているヘミセルロースをC5糖類へと糖化分解する第一糖化分解工程と、
   前記第一糖化分解工程後のスラリーを固液分離する第一固液分離工程と、
   前記第一固液分離工程で得られた脱水ケーキに水を添加して、固形物濃度が1質量％以上5質量％以下となるようにスラリー化する再スラリー化工程と、
   前記再スラリー化工程で得られたスラリーを、温度240℃以上300℃以下、圧力4MPa以上10MPa以下で熱水処理することにより、セルロース系バイオマスに含有されているセルロースをC6糖類へと糖化分解する第二糖化分解工程と、
   前記第二糖化分解工程後のスラリーを固液分離する第二固液分離工程と、
   前記第一固液分離工程で得られたC5糖化液と、前記第二固液分離工程で得られたC6糖化液とを、糖類濃度10質量％以上に濃縮する濃縮工程と、
   前記濃縮工程後の濃縮糖化液をアルコール発酵させる発酵工程と、
   前記発酵工程によって得られた発酵液を蒸留してエタノールを濃縮する蒸留工程と、
   を有する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。
2. 前記第一固液分離工程が、前記第一糖化分解工程後のスラリーを固液分離し、得られた脱水ケーキを水洗した後、さらに固液分離する工程であり、かつ、前記第一固液分離工程において、脱水ケーキを水洗した後、分離された水を回収して前記濃縮工程に供する、請求項１に記載のエタノール製造方法。
3. 前記第二固液分離工程が、前記第二糖化分解工程後のスラリーを固液分離し、得られた脱水ケーキを水洗した後、さらに固液分離する工程であり、かつ、
   前記第二固液分離工程において脱水ケーキを水洗した後、分離された水を回収して前記濃縮工程に供する、請求項１又は２に記載のエタノール製造方法。
4. 前記濃縮工程の前に、C5糖化液及びC6糖化液を活性炭によって吸着処理する、請求項１に記載のエタノール製造方法。
5. 前記発酵工程前に濃縮されたC5糖化液及びC6糖化液を中和処理する、請求項１に記載のエタノール製造方法。

Images