WO2013076789A1 - 糖液製造装置、発酵システム、糖液製造方法及び発酵方法 - Google Patents

糖液製造装置、発酵システム、糖液製造方法及び発酵方法 Download PDF

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sugar solution
biomass
sugar
hydrothermal
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稔 源田
寺倉　誠一
考一 羽山
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三菱重工メカトロシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a sugar solution production apparatus, a fermentation system, a sugar solution production method, and fermentation for producing a sugar solution derived from an edible material having a carbohydrate-based material obtained from a crop and a non-edible material having a cellulose-based biomass material. Regarding the method.
  • Biomass which is an organic resource derived from living organisms, is a resource that living organisms produce from water and carbon dioxide using solar energy, and is a resource that can be continuously regenerated.
  • biomass containing cellulosic raw materials such as woody biomass and herbaceous biomass and use them as various fuels and chemical raw materials.
  • Biomass ethanol produced from biomass is a renewable natural energy, and it does not increase carbon dioxide released into the atmosphere by burning biomass ethanol. And is expected to be used as a future energy source.
  • Biomass refers to the accumulation of organisms incorporated in the material circulation system of the Earth's biosphere or organic matter derived from organisms (see JIS K 3600 1258). Biomass includes, for example, forestry (sawmill waste, thinned wood, paper waste, etc.), agriculture (rice straw, straw, sugarcane straw, rice straw, coconut shell, vegetation, etc.), livestock (livestock waste, etc.), It is classified into fisheries (fishery processing residue, etc.), waste (garbage, garden trees, construction waste, sewage sludge, etc.).
  • Patent Documents 1 and 2 the collected biomass is hydrolyzed by adding sulfuric acid, the biomass is decomposed into sugar, solid-liquid separation is performed, the liquid phase is neutralized, and the neutralized liquid phase is treated with yeast or the like.
  • a method for producing ethanol has been proposed in which the microorganism is fermented with ethanol and converted to ethanol.
  • Patent Documents 3 and 4 the collected biomass and pressurized hot water are brought into contact with each other in a compacted state, hydrothermally decomposed to obtain a biomass hydrothermal treatment, and an enzyme is added to the obtained biomass hydrothermal treatment.
  • a method for producing ethanol has been proposed in which a sugar solution is obtained by saccharification, and the resulting sugar solution is fermented to produce ethanol.
  • a concentration operation such as evaporation concentration is generally performed to obtain a predetermined sugar concentration suitable for fermentation.
  • the present invention uses a edible raw material and a non-edible raw material obtained from the same crop, and improves the production efficiency of a sugar solution that can be suitably used to produce a valuable product
  • An object of the present invention is to provide a sugar solution production apparatus, a fermentation system, a sugar solution production method and a fermentation method capable of reducing the cost.
  • 1st invention of this invention for solving the subject mentioned above isolate
  • An apparatus for producing a sugar liquid comprising: an edible raw material saccharification part; and a dilute sugar liquid supply pipe for supplying the thin sugar liquid obtained in the non-edible raw material saccharification part to the sugar liquid adjustment part.
  • the decomposing means includes a hydrothermal decomposition apparatus for hydrothermally treating the non-edible raw material to produce a biomass hydrothermally treated product, and adding sulfuric acid to the non-edible raw material.
  • An apparatus for producing a sugar solution which is one of sulfuric acid decomposing apparatuses that decompose the non-edible raw material.
  • the non-edible raw material saccharification part adds an enzyme to the biomass hydrothermal treatment product obtained by the hydrothermal decomposition apparatus
  • the sugar hydrolyzate is an enzyme saccharification tank that saccharifies the biomass hydrothermally treated product to produce the diluted sugar solution.
  • the hydrothermal decomposition apparatus hydrothermally contacts the non-edible raw material with pressurized hot water. Decomposing, transferring the lignin component and hemicellulose component into the pressurized hot water, separating the lignin component and hemicellulose component from the non-edible raw material, and as the biomass hydrothermal treatment, the lignin component and hemicellulose component
  • An apparatus for producing a sugar liquid characterized in that a hydrothermal extraction fraction containing and a solid residue fraction containing a cellulose component are produced.
  • the enzyme saccharification tank adds an enzyme to the solid residue fraction discharged from the hydrothermal decomposition apparatus, and enzymatically decomposes a cellulose component in the solid residue fraction. Then, an enzyme is added to the dilute sugar solution containing 6 carbon sugars and the hydrothermal extraction fraction discharged from the hydrothermal decomposition apparatus, and the hemicellulose component in the hydrothermal extraction fraction is enzymatically decomposed to give 5 carbons.
  • An apparatus for producing a sugar solution wherein one or both of a diluted sugar solution containing sugar is produced.
  • a sixth invention is the sugar solution production apparatus according to any one of the first to fifth inventions, wherein the sugar concentration of the diluted sugar solution is 0.1% by mass or more and 15% by mass or less. .
  • the crop is a harmful substance-contaminated crop contaminated with or absorbing the harmful substance in a contaminated area contaminated with the harmful substance.
  • An eighth invention is a fermentation system comprising: the sugar solution producing apparatus according to any one of the first to seventh inventions; and an alcohol fermenter that ferments the sugar solution to produce a valuable material. is there.
  • the ninth invention separates a crop into an edible material having a carbohydrate-based material and a non-edible material having a cellulosic biomass material containing a lignin component and a hemicellulose component, and decomposes the non-edible material to produce biomass.
  • the diluted sugar solution is produced when a processed product is produced, an enzyme is added to the obtained biomass processed product to saccharify the biomass processed product to produce a diluted sugar solution, and the sugar solution is prepared from the edible raw material.
  • a sugar solution production method characterized by producing a sugar solution using
  • the tenth aspect is hydrothermally decomposed while bringing the non-edible raw material into contact with pressurized hot water, The lignin component and the hemicellulose component are transferred into the pressurized hot water, the lignin component and the hemicellulose component are separated from the non-edible raw material, and the biomass-treated product includes a hydrothermal extraction fraction containing the lignin component and the hemicellulose component;
  • a non-edible hydrothermal decomposition method that produces a solid residue fraction containing biomass solids, and uses one or both of the hydrothermal extraction fraction and the solid residue fraction as a biomass hydrothermal treatment; Any one of a sulfuric acid decomposition method for adding sulfuric acid to a raw material and decomposing the non-edible raw material is used.
  • an enzyme is added to the solid residue fraction as the dilute sugar solution.
  • the enzyme in the solid residue fraction is enzymatically decomposed to add a dilute sugar solution containing hexose and the hydrothermal extract fraction, and the hemicellulose component in the hydrothermal extract fraction is converted into an enzyme.
  • a method for producing a sugar solution, wherein one or both of a dilute sugar solution containing pentose and decomposed is used.
  • a twelfth aspect of the present invention is the method for producing a sugar liquid according to any one of the ninth to eleventh aspects, wherein the sugar concentration of the diluted sugar liquid is 0.1% by mass or more and 15% by mass or less. .
  • the crop is contaminated with the harmful substance or contaminated with the harmful substance in a contaminated area contaminated with the harmful substance.
  • a sugar solution production method characterized by using a crop.
  • a fourteenth invention is a fermentation method characterized in that a sugar solution obtained using any one of the sugar solution production methods of any one of the ninth to thirteenth inventions is fermented to produce a valuable material. is there.
  • the sugar liquid adjusting unit is configured to store the carbohydrate-based raw material in a storage tank, and to enzymatically saccharify the carbohydrate-based raw material. It is preferable that it is a sugar solution manufacturing apparatus characterized by having a 1st enzyme saccharification tank.
  • the sugar liquid adjusting unit has a storage tank for storing the carbohydrate-based raw material and a sugar concentration adjusting tank. It is preferable that it is a sugar liquid production apparatus.
  • the dilute sugar solution is stored in a storage tank for storing the carbohydrate-based raw material, and for the enzymatic saccharification of the carbohydrate-based raw material. It is preferable that it is a sugar solution manufacturing method characterized by adding to any one or both of 1 enzyme saccharification tank.
  • the diluted sugar liquid is stored in either or both of a storage tank for storing the carbohydrate-based raw material and a sugar concentration adjusting tank. It is preferable that the method is a method for producing a sugar solution, characterized by being added to the above.
  • ADVANTAGE OF THE INVENTION while using the edible raw material and non-edible raw material which are obtained from the same crop, it improves the production
  • a harmful substance such as a radioactive substance
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an alcohol production system including a sugar liquid production apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the hydrothermal decomposition apparatus.
  • FIG. 3 is a diagram showing another configuration of the hydrothermal decomposition apparatus.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating another example of the alcohol production system.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating another example of the alcohol production system.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating another example of the alcohol production system.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating another example of the alcohol production system.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of an alcohol production system including a sugar liquid production apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of an alcohol production system including a sugar liquid production apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating another example of the alcohol production system.
  • FIG. 1 is a schematic view of an alcohol production system equipped with a sugar liquid production apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the alcohol production system 10 ⁇ / b> A includes a sugar liquid production apparatus 11 ⁇ / b> A according to the present embodiment, an alcohol fermentation tank 12, a distillation tower 13, and an alcohol tank 14.
  • the sugar liquid production apparatus 11A includes a separation device (separation means) 15, a sugar liquid adjustment unit 16A, and a non-edible raw material saccharification unit 17A.
  • a contaminated soil crop (radioactive material contaminated crop) 18 contaminated with a radioactive material as a harmful substance is supplied to the separation device 15.
  • the contaminated soil refers to a contaminated area contaminated with a radioactive substance, and is not limited to the soil exposed to the ground surface.
  • the contaminated soil includes radioactive material. This includes soil at the bottom of water such as wetlands, paddy fields, lakes, and swamps contaminated with substances.
  • a radioactive substance is a general term for radioactive substances, for example, nuclear fuel materials such as uranium (U), plutonium (Pu), and thorium (Th), radioactive elements or radioisotopes, and neutrons are absorbed. Or it refers to the radioactive material produced by the nuclear reaction.
  • radioactive materials include carbon 14 (C), potassium 40 (K), manganese 54 (Mn), cobalt 60 (Co), krypton 85 (Kr), strontium 90 (Sr), and yttrium 90 (Y).
  • Technetium 99 Tc
  • iodine 129 I
  • iodine 131 I
  • cesium 134 Cs
  • cesium 137 Cs
  • radium 226 Ra
  • radon 222 Rn
  • plutonium 238 Pu
  • plutonium 239 Pu and the like.
  • the crop refers to a crop containing a carbohydrate-based raw material and a cellulose-based biomass raw material including a lignin component and a hemicellulose component.
  • the crop include grains such as corn, sugar cane, rice, wheat, barley, cassava, wheat, rice, soybean, buckwheat, sugar beet, millet and millet.
  • the separation device 15 is configured to divide a radioactive substance-contaminated crop 18 contaminated with radioactive substances as harmful substances into an edible raw material 21 having a carbohydrate-based raw material and a non-edible raw material 22 having a cellulose-based biomass raw material containing a lignin component and a hemicellulose component. It is something to sort into.
  • the radioactive material contaminated crop 18 is, for example, corn, corn seeds and the like are obtained as the edible raw material 21, and corn leaves, stems, cores, and the like are obtained as the non-edible raw material 22.
  • any separation device can be used depending on the crop to be used.
  • the separation device 15 include a threshing machine, a granulating machine, a mashing machine, and a squeezing machine.
  • the edible raw material 21 passes through the edible raw material supply line L11 and is adjusted to the sugar solution adjusting unit 16A. To be sent to. Further, the non-edible raw material 22 is supplied to the non-edible raw material saccharification unit 17A through the non-edible raw material supply line L12.
  • the edible raw material supply line L11 and the non-edible raw material supply line L12 are provided with control valves V11 and V12, and are supplied to the edible raw material supply line L11 and the non-edible raw material supply line L12. The supply amounts of the edible raw material 21 and the non-edible raw material 22 are adjusted by the control valves V11 and V12.
  • the sugar liquid adjusting unit 16 ⁇ / b> A manufactures the sugar liquid 23 from the edible raw material 21.
  • the sugar liquid adjusting unit 16A includes a pulverizer 24, a fine pulverizer 25, a storage tank 26, a steamer 27, and a first enzyme saccharification tank 28.
  • the edible raw material 21 is pulverized by the pulverizer 24 and further pulverized by the pulverizer 25.
  • the pulverized edible raw material 21 is stored in a storage tank 26.
  • the edible raw material 21 stored in the storage tank 26 is steamed by the steamer 27 and then saccharified by adjusting the sugar concentration in the first enzyme saccharification tank 28.
  • a diluted sugar liquid 30 produced by the non-edible raw material saccharification unit 17A described later is added to one or both of the storage tank 26 and the first enzyme saccharification tank 28, and the edible raw material 21 is used. It is used as a diluted solution when the sugar solution 23 is produced.
  • the edible raw material 21 is diluted with the diluted sugar solution 30 by adding the diluted sugar solution 30 to the storage tank 26. Thereby, the edible raw material 21 in the storage tank 26 can be easily saccharified in the first enzyme saccharification tank 28 and can be easily transported.
  • the non-edible raw material saccharification unit 17A includes a pulverizer 31, a hydrothermal decomposition apparatus 32A, a second enzyme saccharification tank (C6) 33, and a second enzyme saccharification tank (C5) 34.
  • the non-edible raw material saccharification part 17A produces the diluted sugar liquid 30 by saccharifying the biomass hydrothermal treatment product obtained by hydrothermally decomposing the non-edible raw material 22.
  • the non-edible raw material 22 is used as a cellulosic biomass raw material (hereinafter referred to as “biomass raw material”).
  • biomass raw material hereinafter, the non-edible material 22 is also referred to as a biomass material.
  • the biomass is not particularly limited, and refers to the accumulation of organisms incorporated in the material circulation system of the earth biosphere or organic matter derived from the organisms (see JIS K 3600 1258).
  • woody lignocellulosic resources such as hardwood, herbaceous, agricultural waste, food waste and the like.
  • examples of the non-edible raw material 22 include rice straw, wheat straw, corn stover (corn stalk), corn cob (corn core), bagasse, and the like. It is not limited to.
  • the non-edible raw material 22 is pulverized to, for example, 5 mm or less by a pulverizer 31, and becomes a biomass raw material pulverized product 36.
  • the biomass raw material 22 is pulverized by a pulverizer 31 to become a biomass raw material pulverized product 36 and then supplied to the hydrothermal decomposition apparatus 32A.
  • the biomass raw material pulverized product 36 is hydrothermally decomposed as a biomass raw material in opposed contact with the pressurized hot water 38 in countercurrent (counter flow) by the hydrothermal decomposition apparatus 32A.
  • the hydrothermal decomposition apparatus 32A hydrothermally decomposes the biomass raw material pulverized material 36 while facing the pressurized hot water 38 with a counter flow, and transfers the radioactive substance, the lignin component, and the hemicellulose component into the pressurized hot water 38.
  • a radioactive substance, a lignin component, and a hemicellulose component are separated from the biomass solid of the biomass raw material 22.
  • the biomass hydrothermal treatment product obtained by hydrothermally treating the biomass raw material 22 by bringing the biomass raw material 22 into counter-contact with the pressurized hot water 38 using the hydrothermal decomposition apparatus 32A and the counter flow is And a hydrothermal extraction fraction 40 in which radioactive substances, lignin components and hemicellulose components are transferred into pressurized hot water.
  • the hydrothermal decomposition apparatus 32A (Hydrothermal decomposition equipment) The configuration of the hydrothermal decomposition apparatus 32A is shown in FIG. As shown in FIG. 2, the hydrothermal decomposition apparatus 32 ⁇ / b> A includes a biomass supply apparatus 41, a reaction apparatus 42, and a biomass extraction apparatus 43.
  • the biomass supply device 41 supplies the biomass raw material pulverized material 36 under normal pressure to increased pressure.
  • the reaction apparatus 42 includes screw means 45 provided in the apparatus main body 44 and a temperature jacket 46 provided on the outer periphery of the apparatus main body 44.
  • the biomass raw material pulverized material 36 supplied into the reactor 42 is conveyed from either one (lower side in the present embodiment) to the other (upper side) by the screw means 45 inside the apparatus main body 44, and the biomass raw material Pressurized hot water 38 and pressurized nitrogen (N 2 ) 47 are supplied to the inside of the apparatus main body 44 from the other (upper) side different from the supply location of the pulverized product 36, and the biomass raw material pulverized product 36 and the pressurized hot water are supplied.
  • 38 is hydrothermally decomposed while being opposed to each other. Thereby, the radioactive substance, the lignin component, and the hemicellulose component are transferred into the pressurized hot water 38, separated from the biomass raw material pulverized product 36, and discharged from the reaction device 42 as the hydrothermal extraction fraction 40.
  • the biomass extraction device 43 extracts the solid residue fraction 39, which is a biomass solid content, from the other side of the reaction device.
  • the biomass extraction device 43 mixes the dehydrated liquid 48 generated by cooling the solid residue fraction 39 with cooling water into the hydrothermal extraction fraction 40 discharged from the reaction device 42.
  • the biomass raw material pulverized material 36 is supplied from the lower end side.
  • the present embodiment is not limited to this and may be supplied from the upper end side.
  • the pressurized hot water 38 is supplied from the lower end side.
  • Examples of the biomass supply device 41 that supplies from normal pressure to increased pressure include means such as a screw feeder, a piston pump, and a slurry pump.
  • the reaction apparatus 42 is a vertical apparatus in the present embodiment, but the present embodiment is not limited to this, and may be an inclined apparatus or a horizontal apparatus.
  • the vertical type and the inclined type are preferable because the gas generated in the hydrothermal decomposition reaction, the gas brought into the raw material, and the like can quickly escape from above. Further, since the decomposition product is extracted with the pressurized hot water 38, the concentration of the extract increases from the upper side to the lower side in terms of extraction efficiency, which is preferable.
  • pretreatment is performed using the pulverizer 31 as a pretreatment apparatus.
  • the pulverizer 31 may not be provided when the particle size of the biomass raw material 22 is sufficiently small. Moreover, you may make it wash
  • the biomass material 22 is rice husk or the like, for example, the biomass material 22 may be supplied as it is to the biomass supply device 41 without being pulverized by the pulverizer 31 or the like before being supplied to the hydrothermal decomposition device 32A. .
  • the reaction temperature in the reactor 42 is preferably 180 ° C. or higher and 240 ° C. or lower. More preferably, it is 200 degreeC or more and 230 degrees C or less. This is because at a low temperature of less than 180 ° C., the hydrothermal decomposition rate is low, a long decomposition time is required, leading to an increase in the size of the apparatus, which is not preferable. On the other hand, when the temperature exceeds 240 ° C., the decomposition rate becomes excessive, the cellulose component increases the transition from the solid to the liquid side, and the excessive decomposition of the hemicellulose saccharide is promoted, which is not preferable.
  • the hemicellulose component is dissolved from about 140 ° C., the cellulose is dissolved from about 230 ° C., and the lignin component is dissolved from about 140 ° C., but the cellulose is left on the solid content side, and the radioactive substance is added to the pressurized hot water 38. It is good to set it as the range of 180 degreeC or more and 240 degrees C or less with which a hemicellulose component and a lignin component have a sufficient decomposition rate while melt
  • the reaction pressure is preferably higher than the saturated vapor pressure of water at each temperature, in which the interior of the apparatus main body 44 is in the state of pressurized hot water 38, at a pressure of 0.1 MPa to 0.5 MPa.
  • the reaction time is preferably 20 minutes or less, more preferably 3 minutes or more and 10 minutes or less. This is because if the reaction is carried out too long, the proportion of the overdecomposed product increases, which is not preferable.
  • the flow of the pressurized hot water 38 and the pulverized biomass raw material 36 in the apparatus main body 44 of the reactor 42 is a so-called counter in which the pulverized biomass raw material 36 and the pressurized hot water 38 are brought into contact with each other. It is preferable to contact, agitate and flow in the flow.
  • the solid content of the biomass raw material pulverized material 36 is supplied from the bottom side, the pressurized hot water 38 is supplied from the top side, and moves in opposition to each other, whereby pressurized hot water (hot water, The liquid in which the decomposition product is dissolved) 38 moves while oozing between the solid particles of the biomass raw material pulverized product 36 and the counter flow which are solid.
  • pressurized nitrogen (N 2 ) 47 is supplied to the inside, but this embodiment is limited to this. However, the pressurized nitrogen (N 2 ) 47 may not be supplied into the reaction apparatus 42.
  • the temperature of the biomass raw material pulverized product 36 in the reaction device 42 can be raised by contacting the pressurized hot water 38 in the reaction device 42 and directly exchanging heat. In addition, you may make it heat using water vapor
  • the biomass raw material pulverized product 36 and the pressurized hot water 38 are brought into contact with each other so that components that are easily solubilized in the pressurized hot water 38 are sequentially discharged and the biomass raw material pulverized product 36 is charged. Since a temperature gradient is generated from the part to the hot water charging part, the excessive decomposition of the hemicellulose component is suppressed, and as a result, the pentose component can be efficiently recovered. Furthermore, heat recovery can be achieved by making the opposite contact, which is preferable from the viewpoint of system efficiency.
  • the solid residue fraction (mainly cellulose) 39 and the hydrothermal extraction fraction 40 are discharged from the hydrothermal decomposition apparatus 32A as a biomass hydrothermal treatment product. Moreover, since the radioactive substance contained in the biomass raw material 22 is dissolved in the pressurized hot water 38 and is transferred to the hydrothermal extraction fraction 40, the biomass water is contained in the hydrothermal extraction fraction 40. It is discharged as a heat-treated product.
  • the biomass raw material pulverized material 36 is brought into contact with the pressurized hot water 38 in a counterflow and hydrothermally decomposed in the hydrothermal decomposition apparatus 32A, so that a solid residue fraction 39, which is a raw material for sugar and alcohol, and a radioactive substance are obtained.
  • the hydrothermal extraction fraction 40 containing can be efficiently separated in a single stage treatment.
  • the hydrothermal decomposition apparatus 32A is not limited to the configuration shown in FIG.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating an example of another configuration of the biomass hydrothermal decomposition apparatus.
  • the hydrothermal decomposition apparatus 32 ⁇ / b> B includes a biomass supply apparatus 51, a reaction apparatus 52, and a biomass extraction apparatus 43.
  • V21 to V25 indicate differential pressure regulating valves (ON-OFF valves).
  • the biomass supply device 51 is a device that supplies the pulverized biomass material 36 of the biomass material 22 from normal pressure to pressure.
  • Examples of the biomass supply device 51 include pump means such as a piston pump or a slurry pump.
  • the reaction apparatus 52 has a fixed stirring means 55 provided in the apparatus main body 54 and a temperature jacket 46 provided on the outer periphery of the apparatus main body 54.
  • the biomass raw material pulverized material 36 supplied into the apparatus main body 54 is compressed from the upper or lower end side (the lower end side in this embodiment) to the inside of the vertical apparatus main body (hereinafter referred to as “apparatus main body”). While gradually moving, pressurized hot water 38 is supplied into the apparatus main body 54 from the end side (the upper end side in the present embodiment) that is different from the supply of the pulverized biomass material 36, and the pulverized biomass material 36 and the pressurized material are pressurized.
  • Hydrothermal decomposition is performed with the hot water 38 facing each other, the radioactive substance, the lignin component and the hemicellulose component are transferred into the pressurized hot water 38, and the radioactive substance, the lignin component and the hemicellulose component are separated from the pulverized biomass raw material 36.
  • This is a reaction apparatus.
  • the biomass extraction apparatus 43 extracts the solid residue fraction 39 which is a biomass solid content from the supply part side of the pressurized hot water 38 of the apparatus main body 54 as described above.
  • a fixed stirring means 55 for stirring the biomass raw material pulverized material 36 in a so-called plug flow compaction state is provided inside the apparatus main body 54.
  • the fixed agitation means 55 When the fixed agitation means 55 is rotated, the biomass raw material pulverized material 36 is agitated by the agitation action caused by the rotation of the fixed agitation means 55 when the biomass raw material pulverized material 36 fed into the interior is moved in the axial direction. .
  • the fixed stirring means 55 Inside the apparatus main body 44, the mixing of the solid surface and the pressurized hot water 38 in the solid proceeds in the apparatus main body 44, and the reaction is promoted.
  • the flow of the pressurized hot water 38 and the biomass raw material pulverized material 36 in the apparatus main body 54 of the reactor 52 of the hydrothermal decomposition apparatus 32B efficiently mixes the biomass raw material pulverized material 36 and the pressurized hot water 38, From the viewpoint of promoting the reaction, it is preferable that the biomass raw material pulverized product 36 and the pressurized hot water 38 are brought into contact with each other so as to be stirred and fluidized by a so-called counter flow.
  • the hydrothermal decomposition apparatus 32B is hydrothermal decomposition by plug flow, the structure is simple, and the biomass raw material pulverized material 36, which is a solid, moves in parallel with the tube center axis while being stirred perpendicularly to the tube center axis. Will be.
  • the pressurized hot water 38 hot water, a solution in which a decomposition product is dissolved moves while oozing between solid particles in a counter flow with respect to the solid.
  • a uniform flow of the pressurized hot water 38 can be realized.
  • the decomposed material is dissolved on the hot water side.
  • the vicinity of the decomposition means has a high viscosity, hot water moves preferentially to the vicinity of the undecomposition means, and the undecomposition means continues to decompose. Thereby, a uniform flow of hot water is formed, and uniform decomposition is realized.
  • the hydrothermal decomposition apparatus 32B Since the hydrothermal decomposition apparatus 32B has the fixed stirring means 55 in the apparatus main body 54, the biomass raw material crushed material in the apparatus main body 54 due to the resistance of the tube wall on the inner surface of the apparatus main body 54 in the hydrothermal decomposition apparatus 32B. Compared to the inlet side of 36, the solid density on the outlet side of the biomass raw material pulverized material 36 is reduced, and the solid residue fraction 39, which is a biomass solid content, is reduced by the decomposition of the biomass raw material pulverized material 36. For this reason, the proportion of the pressurized hot water 38 increases and the liquid residence time increases, so that the decomposition components in the liquid are excessively decomposed.
  • the hydrothermal decomposition apparatus 32B is provided with at least the fixed stirring means 55 in the apparatus main body 54, thereby suppressing the proportion of the pressurized hot water 38 and reducing the liquid residence time, thereby decomposing in the liquid. It can suppress that a component overdecomposes.
  • the biomass raw material pulverized material 36 supplied to the hydrothermal decomposition apparatus 32B is hydrothermally decomposed by being opposed to the pressurized hot water 38 in countercurrent (counter flow) by the hydrothermal decomposition apparatus 32B.
  • the solid residue fraction 39, which is a raw material for sugar and alcohol, and the hydrothermal extraction fraction 40 containing radioactive substances are efficiently separated in a single stage from the thermal decomposition apparatus 32B and discharged as a biomass hydrothermal treatment product.
  • the solid residue fraction 39 and the hydrothermal extraction fraction 40 are discharged from the hydrothermal decomposition apparatus 32A as a biomass hydrothermal treatment product.
  • the solid residue fraction 39 of the biomass hydrothermal treatment product is fed to the second enzyme saccharification tank (C6) 33, and the hydrothermal extraction fraction 40 is fed to the second enzyme saccharification tank (C5) 34.
  • the second enzymatic saccharification tank (C6) 33 is a first enzyme containing 6 carbon sugars by enzymatic treatment of cellulose in the solid residue fraction 39 discharged from the hydrothermal decomposition apparatus 32A with the first enzyme (cellulase) 61.
  • the sugar solution 62 is obtained.
  • the second enzyme saccharification tank (C5) 34 includes pentose by subjecting the hemicellulose component transferred into the hydrothermal extraction fraction 40 discharged from the hydrothermal decomposition apparatus 32A to enzymatic treatment with the second enzyme 63.
  • the second sugar solution 64 is obtained.
  • Either one or both of the first sugar solution 62 obtained in the second enzyme saccharification tank (C6) 33 and the second sugar solution 64 obtained in the second enzyme saccharification tank (C5) 34 are Used as a diluted sugar solution 30.
  • the sugar concentration of the diluted sugar solution 30 refers to a concentration equal to or lower than a predetermined sugar concentration (for example, 15% by mass) that is preferable for producing alcohol, and specifically 0.1% by mass.
  • the content is 15% by mass or less.
  • One or both of the first sugar solution 62 obtained in the enzyme saccharification tank (C6) 61 and the second sugar solution 64 obtained in the second enzyme saccharification tank (C5) 34 are diluted sugar.
  • the liquid 30 is supplied to one or both of the storage tank 26 and the first enzyme saccharification tank 28 via the diluted sugar liquid supply pipe L21.
  • the diluted sugar liquid supply pipe L21 includes a diluted sugar liquid supply pipe L21-1 connected to the second enzyme saccharification tank (C6) 33 and a diluted sugar liquid supply pipe L21 connected to the second enzyme saccharification tank (C5) 34.
  • a diluted sugar solution supply pipe L21-3 for supplying the diluted sugar solution 30 to the sugar solution adjusting unit 16A side from a connecting portion between the diluted sugar solution supply pipe L21-1 and the diluted sugar solution supply pipe L21-2, A diluted sugar solution supply pipe L21-4 connecting the diluted sugar solution supply pipe L21-3 and the storage tank 26, and a diluted sugar solution supply connecting the diluted sugar solution supply pipe L21-3 and the first enzyme saccharification tank 28.
  • Tube L21-5 is a diluted sugar liquid supply pipe L21-1 connected to the second enzyme saccharification tank (C6) 33 and a diluted sugar liquid supply pipe L21 connected to the second enzyme saccharification tank (C5) 34.
  • a diluted sugar solution supply pipe L21-3 for supplying the diluted sugar solution 30 to the
  • the diluted sugar solution supply pipe L21-1 is provided with a control valve V31
  • the diluted sugar solution supply pipe L21-2 is provided with a control valve V32
  • the diluted sugar solution supply pipe L21-4 is provided with a control valve V33.
  • the diluted sugar liquid supply pipe L21-5 is provided with a control valve V34.
  • the amount of the first sugar solution 62 extracted from the second enzyme saccharification tank (C6) 33 is adjusted by the control valve V31, and the second sugar solution extracted from the second enzyme saccharification tank (C5) 34.
  • the amount of 64 is adjusted by the control valve V32.
  • the diluted sugar solution 30 supplied to the storage tank 26 is adjusted by the control valve V33
  • the diluted sugar solution 30 supplied to the first enzyme saccharification tank 28 is adjusted by the control valve V34.
  • the diluted sugar solution 30 generated in the non-edible raw material saccharification unit 17A is supplied to either or both of the storage tank 26 and the first enzyme saccharification tank 28 via the diluted sugar solution supply pipe L21. it can. That is, in the adjustment stage before the sugar solution adjusting unit 16A saccharifies the edible raw material 21 to produce the sugar solution 23, for example, in this embodiment, the edible raw material 21 is pulverized by the pulverizer 24 and the fine pulverizer 25, and the storage tank.
  • the sugar concentration of the sugar liquid 23 obtained from the edible raw material 21 can be efficiently adjusted to a predetermined sugar concentration (for example, 15% by mass). Moreover, since use of the water for dilution can be suppressed by using the 1st sugar liquid 62 and the 2nd sugar liquid 64 as a dilution solution at the time of saccharifying the edible raw material 21, of the sugar liquid 23 Costs required for manufacturing can be reduced.
  • the biomass hydrothermally treated product (solid residue fraction 39, hydrothermal extraction fraction 40) discharged from the biomass raw material 22 has a low concentration.
  • the concentration of the heat-treated product (solid residue fraction 39, hydrothermal extraction fraction 40) is increased, or the first enzyme 61 and the first to the biomass hydrothermal-treated product (solid residue fraction 39, hydrothermal extraction fraction 40)
  • the addition amount of the second enzyme 63 was increased, and the sugar solution 23 had to be produced by increasing the sugar concentrations of the first sugar solution 62 and the second sugar solution 64 obtained.
  • the first sugar liquid 62 and the second sugar liquid 64 are used as the diluted solution 30 when the edible raw material 21 is saccharified. Without increasing the sugar concentration of the first sugar solution 62 and the second sugar solution 64, the sugar concentration of the sugar solution obtained from the edible raw material 21 is lowered, and the sugar solution having a predetermined sugar concentration (for example, 15% by mass) is obtained. 23 can be produced. Moreover, use of the water used when edible raw material 21 is saccharified can be suppressed. As a result, it is possible to obtain a sugar solution 23 having a preferable concentration when performing alcoholic fermentation and the like, and to reduce the cost required for producing the sugar solution 23.
  • the first sugar solution 62 and the second sugar solution 64 obtained by saccharifying the solid residue fraction 39 and the hydrothermal extraction fraction 40 discharged from the hydrothermal decomposition apparatus 32A are used as the diluted sugar solution 30.
  • the present embodiment is not limited to this, and the first sugar solution 62 or the second enzyme saccharification tank 28 is supplied to one or both of the storage tank 26 and the first enzyme saccharification tank 28.
  • the sugar solution 64 may be supplied as a diluted sugar solution 30 to one or both of the storage tank 26 and the first enzyme saccharification tank 28.
  • the sugar liquid 23 as an alcohol fermentation raw material is supplied to the alcohol fermentation tank 12 through a sugar liquid supply line L22.
  • the alcohol fermenter 12 is a fermenter that adds yeast (microorganisms) 65 to the sugar solution 23 and ferments to produce alcohol (valuable material).
  • yeast microorganisms
  • the sugar solution 23 is fermented under predetermined conditions by the yeast 65 added to the alcohol fermenter 12.
  • the alcoholic fermentation liquid 71 produced by fermentation in the alcoholic fermentation tank 12 is fed to the distillation tower 13 through the fermentation liquid supply line L23 while containing the radioactive substance.
  • the sugar liquid 23 since the sugar liquid 23 is produced using the solid residue fraction 39 and the hot water discharge liquid 40, the sugar liquid 23 also contains a radioactive substance. Therefore, the alcohol fermented liquid 71 produced by subjecting the sugar liquid 23 to fermentation in the alcohol fermenter 12 contains a radioactive substance. Therefore, the alcohol fermentation liquid 71 is fed from the alcohol fermentation tank 12 to the distillation tower 13 through the fermentation liquid supply line L23 while containing a radioactive substance.
  • the residue 72 produced by fermenting the sugar solution 23 in the alcohol fermenter 12 is discharged from the fermentation residue discharge line L24.
  • the alcohol fermentation liquid 71 fed to the distillation tower 13 is distilled in the distillation tower 13 to become a distillate 73. That is, the alcohol fermentation liquid 71 fed to the distillation tower 13 is heated to evaporate the liquid (mainly alcohol) forming the alcohol fermentation liquid 71, evaporate and gasify, and then cool back to the liquid. . Thereby, the radioactive substance contained in the alcohol fermentation liquid 71 and alcohol can be isolate
  • the distillate 73 distilled in the distillation tower 13 passes through the distillate feed line L31 and is purified by a purifier such as a dehydrator 74, and then passes through the alcohol supply line L32 to be fed to the alcohol tank 14 for storage. Is done.
  • An alcohol 75 such as ethanol as a product is supplied from the alcohol tank 14 through an alcohol supply line L33 as necessary.
  • the distillation column 13 is used as the liquid separation device, but the present invention is not limited to this, and any liquid that contains a radioactive substance such as a centrifugal separator and solids can be separated. That's fine.
  • distillation residue 76 remaining in the distillation column 13 is discharged from the distillation column 13 through the distillation residue discharge line L34 and is supplied to the dryer 78. Since the distillation residue 76 separated by the distillation tower 13 has moisture, the moisture contained in the distillation residue 76 is removed by heating the distillation residue 76 with a dryer 78. Thereafter, the distillation residue 76 from which moisture has been removed is cooled by a cooler 79 and discharged as a distillation pad 80. The distillation residue 76 remaining in the distillation tower 13 is caused by the hydrothermal extraction fraction 40 and contains radioactive substances contained in the radioactive substance-contaminated crop 18. Discarded as waste containing material (radioactive waste).
  • the alcohol production system 10A When the alcohol 75 is produced using the alcohol production system 10A, for example, when the production amount of the alcohol 75 is 100,000 kl / year, the edible raw material 21 is 90,000 kl / year, and the biomass raw material 22 is 10,000 kl / year. Can be years. Therefore, if alcohol production system 10A is used, compared with the case where alcohol 75 is manufactured only using edible raw material 21, the amount of alcohol 75 equivalent to the past is manufactured while suppressing the annual consumption of edible raw material 21. Is possible.
  • the alcohol production system 10A including the sugar liquid production apparatus 10A separates the radioactive substance-contaminated crop 18 into the edible raw material 21 and the non-edible raw material 22, and then saccharifies the non-edible raw material.
  • the diluted sugar solution 30 is mixed at the adjustment stage before the sugar solution 23 is generated from the edible raw material 21.
  • the edible raw material 21 and the non-edible raw material 22 which are obtained from the radioactive material contaminated crop 18 which is the same crop While improving the production
  • the alcohol production system 10A to which the molasses production apparatus 11A according to the present embodiment is applied from the edible raw material 21 and the non-edible raw material 22 of the radioactive material contaminated crop 18 that is the same crop contaminated with the radioactive material.
  • the alcohol 75 containing no radioactive substance can be efficiently produced while efficiently removing the radioactive substance.
  • the edible raw material 21 and the non-edible raw material obtained from the radioactive substance contaminated crop 18 which is the same crop contaminated with the radioactive substance are reduced. That is, when processing the hazardous substance-contaminated crops 18 contaminated with or absorbing the radioactive substance in the contaminated area contaminated with the radioactive substance, these crops are collected, and the radioactive substance is included in the processing. Since a large amount of waste (radioactive waste) is generated, enormous costs are required to process the radioactive waste.
  • the alcohol production system 10A is generated using the edible raw material 21 and the non-edible raw material 22 that are separated from the radioactive substance-contaminated crop 18 that is the same crop.
  • the alcohol fermentation liquid 71 produced by the sugar solution 23 is distilled in the distillation tower 13 to collect a distillation residue 76 containing a radioactive substance. Since the radioactive substance in the radioactive substance contaminated crop 18 has moved to the distillation residue 76, the radioactive substance derived from the radioactive substance contaminated crop 18 can be treated as a radioactive waste by transferring to the distillation residue 76.
  • the alcohol production system 10A to which the molasses production apparatus 11A according to the present embodiment is applied has an edible raw material 21 obtained from the radioactive material contaminated crop 18 and a non-edible material even when the crop is contaminated with the radioactive material.
  • the radioactive material can be concentrated in the radioactive waste caused by the radioactive material contaminated crop 18. Thereby, volume reduction of the radioactive waste resulting from the radioactive material contamination crop 18 can be aimed at. In addition, it is possible to reduce the cost required for processing the radioactive waste.
  • the amount of radioactive waste 80 generated by using the alcohol production system 10A to which the sugar liquid production apparatus 11A according to the present embodiment is applied is much larger than when a crop contaminated with a radioactive substance is treated as radioactive waste.
  • the volume can be reduced to (for example, 1/10 or less).
  • agricultural products produced in contaminated areas contaminated with radioactive materials may be damaged by reputation, so that agricultural products produced in such areas may be refused to be sold or sold, and the selling price may be reduced.
  • the alcohol production system 10A to which the sugar liquid production apparatus 11A is applied such agricultural products can also be stably used as raw materials for producing valuable materials (valuable materials) such as alcohol.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating another example of an alcohol production system including the sugar liquid production apparatus according to the present embodiment.
  • you may make it provide the adsorption processing apparatus 82 provided with the filter which carries out the adsorption process of a radioactive substance in the fermented liquor supply line L23.
  • the filter a porous member that adsorbs a radioactive substance such as zeolite is used as a material for the filter.
  • the adsorption processing device 82 uses a porous member that adsorbs a radioactive substance such as zeolite as a filter material and separates the radioactive substance and the alcohol fermentation broth 71 with a filter, but this embodiment is limited to this. However, a centrifugal separator or the like may be used. By centrifuging the alcohol fermentation broth 71, solids in the alcohol fermentation broth 71 can be separated. By evaporating the separated solids to dryness, waste containing radioactive materials can be reduced in volume and processed.
  • a radioactive substance such as zeolite as a filter material
  • FIG. 5 is a diagram illustrating another example of the alcohol production system including the sugar liquid production apparatus according to the present embodiment.
  • an adsorbing treatment device 83 having a filter for adsorbing radioactive substances remaining in the distillate 73 may be provided in the distillate supply line L31.
  • the filter used in the adsorption processing device 83 is a porous member that adsorbs a radioactive substance such as zeolite as the filter material.
  • the adsorption processing device 83 can use a porous member that adsorbs a radioactive substance such as zeolite as a filter material.
  • a radioactive substance such as zeolite
  • the present embodiment is not limited to this, and the centrifugal separation device is used. Etc. may be used. By centrifuging the alcohol fermentation broth 71, solids in the alcohol fermentation broth 71 can be separated. By evaporating the separated solids to dryness, waste containing radioactive materials can be reduced in volume and processed.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating another example of the alcohol production system including the sugar liquid production apparatus according to the present embodiment.
  • the dilute sugar liquid supply pipe L21-2 may be provided with an adsorption processing device 84 having a filter for adsorbing radioactive substances.
  • the filter used in the adsorption processing apparatus 84 is a porous member that adsorbs a radioactive substance such as zeolite as the filter material.
  • the adsorption processing device 84 can use a porous member that adsorbs a radioactive substance such as zeolite as a filter material.
  • a radioactive substance such as zeolite
  • the present embodiment is not limited to this, and the centrifugal separation device is used. Etc. may be used. By centrifuging the alcohol fermentation broth 71, solids in the alcohol fermentation broth 71 can be separated. By evaporating the separated solids to dryness, waste containing radioactive materials can be reduced in volume and processed.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating another example of an alcohol production system including the sugar liquid production apparatus according to the present embodiment.
  • an adsorption processing device 85 including a filter for adsorbing a radioactive substance may be provided in the sugar liquid supply line L22.
  • a porous member that adsorbs a radioactive substance such as zeolite is used as a material of the filter, like the adsorption processing device 82.
  • the adsorption processing apparatus 85 can use a porous member that adsorbs a radioactive substance such as zeolite as a filter material.
  • a radioactive substance such as zeolite
  • the present embodiment is not limited to this, and the centrifugal separation apparatus is used. Etc. may be used. By centrifuging the alcohol fermentation broth 71, solids in the alcohol fermentation broth 71 can be separated. By evaporating the separated solids to dryness, waste containing radioactive materials can be reduced in volume and processed.
  • a fermenter is used by replacing the alcohol substitutes 12 as the raw materials for chemical products or the amino acids as the raw materials for foods and feeds with the alcohol fermenter 12 other than the valuable alcohols (ethanol, methanol, etc.). It can be obtained by using.
  • Examples of chemical products obtained from the sugar liquid 23 include LPG, fuel for automobiles, jet fuel for aircraft, kerosene, diesel oil, various heavy oils, fuel gas, naphtha, naphtha decomposition products such as ethylene glycol, ethanol, amine, lactic acid, Examples include alcohol ethoxylate, vinyl chloride polymer, alkylaluminum, PVA, vinyl acetate emulsion, polystyrene, polyethylene, polypropylene, polycarbonate, MMA resin, nylon, and polyester. Therefore, it is possible to efficiently use the crude sugar-derived diluted sugar liquid 30 containing the radioactive substance as a substitute for the chemical product derived from crude oil which is a depleted fuel and the raw material for producing the substitute.
  • the non-edible raw material 22 is hydrothermally decomposed by the hydrothermal decomposition apparatus 32A, and the solid residue fraction 39 discharged from the hydrothermal decomposition apparatus 32A and the hot water discharge liquid 40 are enzyme 61, 63.
  • the present embodiment is not limited to this.
  • Other examples of generating valuable materials from the non-edible raw material 22 include, for example, solid residues using chemical methods and biological methods of adding chemical reagents for converting cellulose, hemicellulose, and lignin into valuable materials. Examples thereof include a method of converting cellulose, hemicellulose, and lignin contained in fraction 39 and hydrothermal extraction fraction 40 into alcohol 75.
  • the waste containing the radioactive substance in the solid residue fraction 39 and the hydrothermal extraction fraction 40 is reduced in volume and processed, but the present embodiment is limited to this. It is not a thing. Even when a radioactive substance is contained only in one of the solid residue fraction 39 obtained by hydrothermal decomposition and the hot water discharge liquid 40, since the radioactive substance is contained in the distillation residue 76 generated in the distillation column 13, The volume of waste containing radioactive material can be reduced to treat the radioactive material.
  • the present embodiment is not limited to this, and any substance that may adversely affect organisms, plants, the environment, and the like. That's fine.
  • harmful metals such as light metals and heavy metals, dioxins, agricultural chemicals, herbicides, chemicals, and the like as harmful substances
  • the alcohol production system 10A to which the sugar liquid production apparatus 11A according to the present embodiment is applied is also applied.
  • the light metal include alkali metals, alkaline earth metals such as beryllium (Be) and magnesium (Mg), aluminum (Al), titanium (Ti), and thallium (TI).
  • heavy metals include mercury (Hg), cadmium (Cd), lead (Pb), arsenic (As), chromium (Cr), copper (Cu), tin (Sn), zinc (Zn), nickel ( Ni).
  • the present embodiment is not limited to this, and the present embodiment is also applied to contaminated wetlands, paddy fields, lakes, swamps, and the like.
  • the hazardous substance processing method according to can be applied in the same way.
  • the present embodiment the case where a crop contaminated with a harmful substance such as a radioactive substance is treated has been described.
  • the present embodiment is not limited to this, and a crop that is not contaminated with a harmful substance is treated. Even when processing, it can be used similarly.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of an alcohol production system including the sugar liquid production apparatus according to the present embodiment.
  • the sugar liquid production apparatus according to this embodiment is the same as the configuration of the alcohol production system including the sugar liquid production apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.
  • symbol is attached
  • the alcohol production system 10 ⁇ / b> B includes a sugar liquid production apparatus 11 ⁇ / b> B, an alcohol fermentation tank 12, a distillation tower 13, and an alcohol tank 14 according to this embodiment.
  • the alcohol production system 10 ⁇ / b> B is applied to the separator 15 that can obtain the sugar solution 86 and the non-edible material (biomass material) 22 as the edible material from the radioactive material contaminated material 18.
  • the radioactive material contaminated raw material 18 include sugar cane.
  • the sugar liquid production apparatus 11B includes a separation device 15, a sugar liquid adjustment unit 16B, and a non-edible raw material saccharification unit 17A.
  • the sugar liquid adjustment unit 16 ⁇ / b> B manufactures the sugar liquid 23 from the molasses 86.
  • the sugar liquid adjusting unit 16B includes a storage tank 26 and a sugar concentration adjusting tank 87.
  • both the molasses 86 and the non-edible raw material 22 such as leaves and bagasse 85a are obtained from the radioactive material contaminated raw material 18 in the separation device 15.
  • crops such as sugarcane and extracting or extracting from sugarcane
  • molasses 86 is obtained as an edible raw material
  • residues bagasse obtained by extracting sugar from leaves and sugarcane as non-edible raw material 22 It is done.
  • Molasses 86 is stored in the storage tank 26.
  • the sugar concentration of the molasses 86 stored in the storage tank 26 is adjusted in a sugar concentration adjusting tank 87.
  • non-edible raw material saccharification part 17A is the same as the sugar liquid production apparatus 11 according to the first embodiment of the present invention, the description thereof is omitted.
  • the diluted sugar solution 30 produced in the non-edible raw material saccharification unit 17A is supplied to either or both of the storage tank 26 and the sugar concentration adjusting tank 87 via the diluted sugar solution supply pipe L21.
  • the diluted sugar liquid 30 can be mixed with the molasses 86 obtained from the sugarcane which is the radioactive material contamination raw material 18. That is, in the adjustment stage before the sugar solution 23 is generated from the molasses 86 obtained from the edible raw material 21 in the sugar liquid adjustment unit 16B, the diluted sugar liquid 30 generated in the non-edible raw material saccharification unit 17A is converted into the molasses 86. To supply.
  • the sugar concentration of the molasses 86 obtained from sugarcane, which is the radioactive material contaminated raw material 18, can be set to a predetermined sugar concentration (for example, 15% by mass).
  • a predetermined sugar concentration for example, 15% by mass.
  • the 1st sugar liquid 62 and the 2nd sugar liquid 64 can be used as a diluted solution of molasses 86, and use of the water for dilution can be suppressed, it aims at reduction of the cost which manufactures the sugar liquid 23. be able to.
  • the sugar liquid manufacturing apparatus 11B uses the first sugar liquid 62 and the second sugar liquid 64 as the diluted solution 30 when manufacturing the sugar liquid 23 from the molasses 86, so that the first Without increasing the sugar concentration of the sugar liquid 62 and the second sugar liquid 64, the sugar concentration of the molasses 86 obtained from the edible raw material 21 is lowered, and the sugar liquid 23 having a predetermined sugar concentration (for example, 15% by mass) is obtained. Can be produced. Moreover, use of the water used when producing the sugar solution 23 from the molasses 86 can be suppressed. As a result, it is possible to obtain a sugar solution 23 having a preferable concentration when performing alcoholic fermentation and the like, and to reduce the cost required for producing the sugar solution 23.
  • the alcohol production system 10B when preparing the molasses 86 derived from the radioactive material contaminated raw material 18, the sugar liquid 23 having a predetermined sugar concentration is prepared using the diluted sugar liquid 30 derived from the biomass raw material 22.
  • the production efficiency of the alcohol 75 can be improved, and the cost required for producing the alcohol 75 can be reduced.
  • the molasses 86 that is the edible raw material of the radioactive substance contaminated crop 18 that is the same crop contaminated with the radioactive substance and the non-edible
  • the alcohol 75 which does not contain a radioactive substance can be efficiently manufactured while removing the radioactive substance from the raw material 22 efficiently.
  • the radioactive material can be concentrated in the radioactive waste caused by the radioactive material contaminated crop 18. Thereby, volume reduction of the radioactive waste resulting from the radioactive material contamination crop 18 can be aimed at. In addition, it is possible to reduce the cost required for processing the radioactive waste.
  • sugarcane as the radioactive material contaminated raw material crop 18
  • the present embodiment is not limited to this, and other than sugarcane, for example, a raw material crop such as sugar beet is extracted or exploited. Anything can be used.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of an alcohol production system including the sugar liquid production apparatus according to the present embodiment.
  • the sugar liquid production apparatus according to this embodiment is the same as the configuration of the alcohol production system including the sugar liquid production apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.
  • symbol is attached
  • the alcohol production system 10 ⁇ / b> C includes a sugar liquid production apparatus 11 ⁇ / b> C, an alcohol fermentation tank 12, a distillation tower 13, and an alcohol tank 14 according to the present embodiment.
  • the sugar liquid production apparatus 11C according to the present embodiment includes a separation device 15, a sugar liquid adjustment unit 16A, and a non-edible raw material saccharification unit 17C.
  • the sugar liquid adjusting unit 16A is the same as the sugar liquid manufacturing apparatus 11A according to the first embodiment of the present invention described above, the description thereof is omitted.
  • the non-edible raw material saccharification part 17B has the grinder 31, the sulfuric acid decomposing apparatus 91, the washing tank 92, and the 2nd enzyme saccharification tank (C6) 33.
  • the non-edible raw material 22 is pulverized by a pulverizer 31 to become a biomass raw material pulverized product 36 and then supplied to a sulfuric acid decomposition apparatus 91.
  • Sulfuric acid 93 is added into the sulfuric acid decomposition apparatus 91.
  • the pulverized biomass raw material 36 is decomposed by the sulfuric acid 91 added to the sulfuric acid decomposition apparatus 91.
  • the hemicellulose component contained in the cellulosic biomass raw material in the biomass raw material pulverized product 36 is decomposed into monosaccharides by sulfuric acid 93 to produce pentose.
  • the sulfuric acid concentration of the sulfuric acid 93 used in the sulfuric acid decomposition apparatus 91 is 0.1% by mass to 5% by mass, preferably 1% by mass to 4% by mass.
  • the decomposition temperature is in the range of 100 ° C. to 200 ° C., preferably around 180 ° C.
  • the decomposition time is 5 minutes to 1 hour, preferably around 10 minutes.
  • the hemicellulose component contained in the cellulosic biomass raw material in the non-edible raw material 22 can be decomposed by setting the sulfuric acid concentration, decomposition temperature, and decomposition time of the sulfuric acid 93 used in the sulfuric acid decomposition apparatus 91 within the above ranges.
  • the biomass sulfuric acid decomposition product 94 containing the pentose and the cellulose component remaining without being decomposed is fed to the washing tank 92.
  • water 95 for washing the biomass sulfuric acid decomposition product 94 is added.
  • the cellulose component remaining in the biomass sulfuric acid decomposition product 94 is washed in the washing tank 92 with water 95 added to the washing tank 92, and the sulfuric acid component remaining in the biomass sulfuric acid decomposition product 94 is washed away.
  • the amount of water 95 added is appropriately adjusted according to the concentration of sulfuric acid remaining in the biomass sulfuric acid decomposition product 94.
  • the biomass sulfuric acid decomposition product 94 is supplied to the second enzymatic saccharification tank (C6) 33 after being washed in the washing tank 93 and washed away with sulfuric acid.
  • the first enzyme (cellulase) 61 for saccharifying the cellulose component remaining in the biomass sulfate decomposition product 94 is added to the second enzyme saccharification tank (C6) 33.
  • the first enzyme 61 in the second enzyme saccharification tank (C6) 33 the cellulose component remaining in the biomass sulfate decomposition product 94 is enzymatically saccharified by the first enzyme 61 to produce hexose.
  • the non-edible raw material saccharification part 17B produces
  • hexose is produced from the cellulose component contained in the cellulosic biomass raw material.
  • a third sugar solution 96 containing pentose and hexose can be obtained by a series of operations in the non-edible material saccharification unit 17C.
  • the third sugar solution 96 produced in the non-edible raw material saccharification part 17B is a diluted sugar solution 30 via the diluted sugar solution supply pipe L21 (L21-3 to L21-5) and the first enzymatic saccharification. Either one or both of the tanks 28 are supplied.
  • generated by the non-edible raw material saccharification part 17C can be mixed in the adjustment step before producing
  • the diluted sugar solution supply pipe L21-3 is provided with a control valve V35, and the amount of the third sugar solution 96 extracted from the second enzyme saccharification tank (C6) 33 is adjusted by the control valve V35. .
  • the sugar concentration of the edible raw material 21 obtained from the radioactive material contaminated raw material 18 can be set to a predetermined sugar concentration (for example, 15% by mass) in the first enzymatic saccharification tank 28.
  • a predetermined sugar concentration for example, 15% by mass
  • the diluted sugar liquid 30 can be used as a diluted solution of the edible raw material 21 and the use of water for dilution can be suppressed, the cost required for manufacturing the sugar liquid 23 can be reduced.
  • the sugar solution manufacturing apparatus 11C uses the third sugar solution 93 as a diluted solution when the sugar solution 23 is produced from the edible raw material 21, so that the sugar concentration of the third sugar solution 93 is increased. Without increasing the sugar concentration, the sugar concentration of the sugar solution obtained from the edible raw material 21 can be lowered, and the sugar solution 23 having a predetermined sugar concentration (for example, 15% by mass) can be produced. Moreover, use of the water used when edible raw material 21 is saccharified can be suppressed. As a result, it is possible to obtain a sugar solution 23 having a preferable concentration when performing alcoholic fermentation and the like, and to reduce the cost required for producing the sugar solution 23.
  • the sugar liquid production apparatus 11C when the sugar liquid 23 derived from the radioactive material contaminated raw material 18 is adjusted, the diluted sugar liquid 30 derived from the biomass raw material 22 is used.
  • the sugar solution 23 having a predetermined sugar concentration, the production efficiency of the alcohol 75 can be improved and the cost required for producing the alcohol 75 can be reduced.
  • the sugar liquid production apparatus 11C from the edible raw material 21 and the non-edible raw material 22 of the radioactive material contaminated crop 18 that is the same crop contaminated with the radioactive material.
  • the alcohol 75 containing no radioactive substance can be efficiently produced while efficiently removing the radioactive substance.
  • the non-edible raw material saccharification unit 17B decomposes the non-edible raw material 22 only in the sulfuric acid decomposition apparatus 91, but the present embodiment is not limited to this.
  • FIG. 10 shows an example of another configuration of the non-edible raw material saccharification unit 17B.
  • the non-edible raw material saccharification unit 17 ⁇ / b> C includes a hydrothermal decomposition apparatus 23 ⁇ / b> A and a sulfuric acid decomposition apparatus 91.
  • the hydrothermal extraction fraction 40 discharged from the hydrothermal decomposition apparatus 23A is supplied to the sulfuric acid decomposition apparatus 91 and decomposed with sulfuric acid 93 to generate a second sugar solution 64.
  • the first sugar solution 62 obtained in the second enzyme saccharification tank (C6) 33 and the second sugar solution 64 obtained in the sulfuric acid decomposing apparatus 91 can be used as the diluted sugar solution 30.
  • the sulfuric acid concentration of the sulfuric acid 93 used in the sulfuric acid decomposing apparatus 91 is 0.1% by mass to 5% by mass, preferably 1% by mass to 4% by mass.
  • the decomposition temperature is in the range of 100 ° C. to 140 ° C., preferably around 120 ° C.
  • the decomposition time is 30 minutes to 3 hours, preferably around 1 hour.
  • the alcohol production system to which the apparatus for producing a sugar liquid according to the present invention is applied such as harmful substance-contaminated crops contaminated with radioactive substances such as radioactive substances, soil contaminated with harmful substances, sewage, bottom mud, etc. It is suitable for use as an alcohol production system for producing alcohol using a harmful substance-absorbing crop that has absorbed harmful substances in a contaminated area as a biomass raw material, and for reducing waste containing harmful substances.

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Abstract

　本発明に係るアルコール製造システム１０Ａは、糖液製造装置１１Ａと、アルコール発酵槽１２と、蒸留塔１３と、アルコールタンク１４とを有する。糖液製造装置１１Ａは、炭水化物系原料を有する可食原料２１とリグニン成分及びヘミセルロース成分を含むセルロース系バイオマス原料を有する非可食原料２２とに分離する分離装置１５と、可食原料２１由来の糖液２３を生成する糖液調整部１６Ａと、非可食原料２２を分離装置１５で分解して得られたバイオマス水熱処理物を糖化して希薄糖液３０を製造する非可食原料糖化部１７Ａと非可食原料糖化部１７Ａで得られた希薄糖液３０を糖液調整部１６Ａに供給する希薄糖液供給管Ｌ２１と、を有することを特徴とする。これにより、糖液２３の生成効率を向上させると共に、費用の軽減化を図ることができる。

Description

糖液製造装置、発酵システム、糖液製造方法及び発酵方法
　本発明は、作物から得られる炭水化物系原料を有する可食原料とセルロース系バイオマス原料を有する非可食原料とに由来する糖液を製造する糖液製造装置、発酵システム、糖液製造方法及び発酵方法に関する。
　生物由来の有機性資源であるバイオマスは、生物が太陽エネルギーを使って水と二酸化炭素から生成するものであり、持続的に再生可能な資源である。近年では、地球温暖化対策の一環として、木質バイオマスや草本バイオマス等のセルロース系原料を含むバイオマスからエタノールを製造し、各種燃料や化学原料として利用しようとする試みが広く行われている。バイオマスから製造されるバイオマスエタノールは、再生可能な自然エネルギーであることや、バイオマスエタノールの燃焼によって大気中に放出される二酸化炭素を増大させないことなどといった観点から、バイオマスは利用可能な有効資源として注目され、今後のエネルギー源として用いることが期待されている。
　バイオマスとは、地球生物圏の物質循環系に組み込まれた生物体又は生物体から派生する有機物の集積をいう（ＪＩＳ　Ｋ　３６００　１２５８参照）。バイオマスは、例えば、林業系（製材廃棄物、間伐材、製紙廃棄物等）、農業系（稲わら、麦わら、サトウキビ糠、米糠、ヤシ殻、草木等）、畜産系（家畜廃棄物等）、水産系（水産加工残滓等）、廃棄物系（生ごみ、庭木、建築廃材、下水汚泥等）等に分類される。
　従来、バイオマスを用いてエタノールを製造する方法として、炭水化物系原料やセルロース系バイオマスなどを糖化して糖液を生成し、得られた糖液を発酵させてエタノールを製造する方法がある（例えば、特許文献１～特許文献４参照）。
　特許文献１、２では、収集したバイオマスに硫酸を添加して加水分解し、バイオマスを糖に分解した後、固液分離し、液相を中和処理し、中和処理した液相を酵母等の微生物を用いてエタノール発酵し、エタノールに変換するエタノールの製造方法が提案されている。また、特許文献３、４では、収集したバイオマスと加圧熱水とを圧密状態で接触させて水熱分解し、バイオマス水熱処理物を得て、得られたバイオマス水熱処理物に酵素を添加して糖化することで糖液を得て、得られた糖液を発酵してエタノールを製造するエタノールの製造方法が提案されている。
特表平９－５０７３８６号公報 特表平１１－５０６９３４号公報 特開２０１０－２９８６２号公報 特開２０１０－８２６２０号公報
　ここで、特許文献３、４のように、バイオマスを加圧熱水により水熱分解する方法を用いて得られたバイオマス水熱処理物に酵素を添加して糖化する際、高い糖回収率を確保して、生成した糖液の糖濃度を高くすることが求められている。そのため、高い糖濃度の糖液を生成するためには、バイオマス水熱処理物に酵素を添加して糖化する際、原料となるバイオマス水熱処理物の濃度を高める必要がある。
　しかしながら、バイオマス水熱処理物の濃度が高くなると、バイオマス水熱処理物と酵素との混合状態が悪くなるなどの理由により糖回収率が低下する。
　また、バイオマス水熱処理物の濃度が高い場合、バイオマス水熱処理物を含む酵素糖化槽においてバイオマス水熱処理物を攪拌するために要する動力が高くなるため、バイオマス水熱処理物から糖液を生成するために要する電力消費量が増大する。
　さらに、バイオマス水熱処理物の濃度が高い状態で糖収率を高めるためには、酵素を過剰に加えるという方法が考えられる。しかし、バイオマス水熱処理物を糖化するために用いる酵素の単価は高いため、バイオマス水熱処理物に添加する酵素の添加量が増加すると、エタノールを製造するために要する費用が増大する。
　従って、バイオマス水熱処理物を糖化した後、例えばアルコール発酵などに供するためには、一般的に蒸発濃縮等の濃縮操作を施し、発酵に適した所定の糖濃度にする。
　一方、炭水化物系原料由来の糖液（糖化によるもの、あるいは抽出・搾取によるものなど）から各種有価物を生成する際、糖濃度が高い糖液を用いて発酵すると、発酵の進行に従いアルコール濃度の高い雰囲気下となり、発酵を行う微生物が死滅する。そのため、糖濃度が高い糖液はそのままアルコール発酵用として用いることができない。そのため、発酵させるために用いる糖液（糖濃度が、例えば２０質量％～６０質量％）を水で希釈して糖液の糖濃度を調整する必要があった。
　そこで、同一の作物から得られる炭水化物系原料などを含む可食原料とセルロース系バイオマスを含む非可食原料とを用いて、可食原料及び非可食原料由来の有価物を製造するのに好適に用いることができる糖液を効率良く生成し、各種有価物を効率良く生成することができる糖液の製造装置が求められている。
　本発明は、前記問題に鑑み、同一作物から得られる可食原料と非可食原料とを用いて、有価物を製造するのに好適に用いることができる糖液の生成効率を向上させると共に、費用の軽減を図ることができる糖液製造装置、発酵システム、糖液製造方法及び発酵方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、作物を、炭水化物系原料を有する可食原料とリグニン成分及びヘミセルロース成分を含むセルロース系バイオマス原料を有する非可食原料とに分離する分離手段と、前記可食原料由来の糖液を生成する糖液調整部と、前記非可食原料を分解手段で分解して得られたバイオマス処理物を糖化して希薄糖液を製造する非可食原料糖化部と、前記非可食原料糖化部で得られた希薄糖液を前記糖液調整部に供給する希薄糖液供給管と、を有することを特徴とする糖液製造装置である。
　第２の発明は、第１の発明において、前記分解手段は、前記非可食原料を水熱処理してバイオマス水熱処理物を生成する水熱分解装置、前記非可食原料に硫酸を添加して前記非可食原料を分解する硫酸分解装置のいずれかであることを特徴とする糖液製造装置である。
　第３の発明は、第２の発明において、前記分解手段が水熱分解装置である場合、前記非可食原料糖化部は、前記水熱分解装置で得られたバイオマス水熱処理物に酵素を添加して前記バイオマス水熱処理物を糖化し、前記希薄糖液を生成する酵素糖化槽であることを特徴とする糖液製造装置である。
　第４の発明は、第２又は第３の発明において、前記分解手段が水熱分解装置である場合、前記水熱分解装置が、前記非可食原料を加圧熱水と接触させつつ水熱分解し、前記加圧熱水中にリグニン成分及びヘミセルロース成分を移行し、前記非可食原料中から前記リグニン成分及びヘミセルロース成分を分離し、前記バイオマス水熱処理物として、前記リグニン成分及びヘミセルロース成分を含む水熱抽出画分と、セルロース成分を含む固形残渣画分とを生成することを特徴とする糖液製造装置である。
　第５の発明は、第４の発明において、前記酵素糖化槽が、前記水熱分解装置から排出される前記固形残渣画分に酵素を添加し、前記固形残渣画分中のセルロース成分を酵素分解して６炭糖を含む希薄糖液と、前記水熱分解装置から排出される前記水熱抽出画分に酵素を添加し、前記水熱抽出画分中のヘミセルロース成分を酵素分解して５炭糖を含む希薄糖液との何れか一方又は両方を生成することを特徴とする糖液製造装置である。
　第６の発明は、第１乃至５の何れか１つの発明において、前記希薄糖液の糖濃度が、０．１質量％以上１５質量％以下であることを特徴とする糖液製造装置である。
　第７の発明は、第１乃至６の何れか１つの発明において、前記作物は、有害物質で汚染された汚染領域で前記有害物質に汚染又は前記有害物質を吸収した有害物質汚染作物であることを特徴とする糖液製造装置である。
　第８の発明は、第１乃至７の何れか１つの発明の糖液製造装置と、前記糖液を発酵し、有価物を生成するアルコール発酵槽と、を有することを特徴とする発酵システムである。
　第９の発明は、作物を、炭水化物系原料を有する可食原料とリグニン成分及びヘミセルロース成分を含むセルロース系バイオマス原料を有する非可食原料とに分離し、前記非可食原料を分解してバイオマス処理物を生成し、得られた前記バイオマス処理物に酵素を添加して前記バイオマス処理物を糖化し、希薄糖液を製造し、前記可食原料から糖液を調整する際に前記希薄糖液を用いて糖液を製造することを特徴とする糖液製造方法である。
　第１０の発明は、第９の発明において、前記非可食原料由来を分解して前記バイオマス処理物を得る際、前記非可食原料を加圧熱水と接触させつつ水熱分解し、前記加圧熱水中にリグニン成分及びヘミセルロース成分を移行し、前記非可食原料中からリグニン成分及びヘミセルロース成分を分離し、前記バイオマス処理物として、リグニン成分及びヘミセルロース成分を含む水熱抽出画分とバイオマス固形分を含む固形残渣画分とを生成し、前記水熱抽出画分と前記固形残渣画分とのいずれか一方又は両方をバイオマス水熱処理物として用いる水熱分解方法と、前記非可食原料に硫酸を添加して前記非可食原料を分解する硫酸分解方法と、のいずれかを用いることを特徴とする糖液製造方法である。
　第１１の発明は、第１０の発明において、前記非可食原料由来を分解してバイオマス処理物を得る際に水熱分解方法を用いる場合、前記希薄糖液として、前記固形残渣画分に酵素を添加し、固形残渣画分中のセルロースを酵素分解して６炭糖を含む希薄糖液と、前記水熱抽出画分に酵素を添加し、前記水熱抽出画分中のヘミセルロース成分を酵素分解して５炭糖を含む希薄糖液との何れか一方又は両方を用いることを特徴とする糖液製造方法である。
　第１２の発明は、第９乃至１１の何れか１つの発明において、前記希薄糖液の糖濃度を、０．１質量％以上１５質量％以下とすることを特徴とする糖液製造方法である。
　第１３の発明は、第９乃至１２の何れか１つの発明において、前記作物として、前記作物は、有害物質で汚染された汚染領域で前記有害物質に汚染又は前記有害物質を吸収した有害物質汚染作物を用いることを特徴とする糖液製造方法である。
　第１４の発明は、第９乃至１３の何れか１つの発明の何れか１つの糖液製造方法を用いて得られた糖液を発酵し、有価物を生成することを特徴とする発酵方法である。
　更に上述の課題を解決するため、更に下記構成を採用することもできる。
（１）　即ち、前記糖液が、前記炭水化物系原料を糖化したものである場合、前記糖液調整部は、前記炭水化物系原料を貯蔵する貯蔵タンクと、前記炭水化物系原料を酵素糖化するための第１の酵素糖化槽とを有することを特徴とする糖液製造装置であることが好ましい。
（２）　前記糖液が、前記炭水化物系原料から抽出若しくは搾取したものである場合、前記糖液調整部は、前記炭水化物系原料を貯蔵する貯蔵タンクと、糖濃度調整槽とを有することを特徴とする糖液製造装置であることが好ましい。
（３）　前記糖液が、前記炭水化物系原料を糖化したものである場合、前記希薄糖液を、前記炭水化物系原料を貯蔵する貯蔵タンクと、前記炭水化物系原料を酵素糖化し易くするための第１の酵素糖化槽との何れか一方又は両方に添加することを特徴とする糖液製造方法であることが好ましい。
（４）　前記糖液が、前記炭水化物系原料から抽出若しくは搾取したものである場合、前記希薄糖液を、前記炭水化物系原料を貯蔵する貯蔵タンクと、糖濃度調整槽との何れか一方又は両方に添加することを特徴とする糖液製造方法であることが好ましい。
　本発明によれば、同一の作物から得られる可食原料と非可食原料とを用いて、有価物を製造するのに好適に用いることができる糖液の生成効率を向上させると共に、費用の軽減を図ることができる。
　また、本発明によれば、作物が放射性物質など有害物質に汚染等されていた場合においても、有害物質で汚染等された作物から得られる可食原料及び非可食原料から有害物質を効率的に除去しつつ有害物質を含まない有価物を効率的に得ることができる。
　さらに、有害物質で汚染等された作物から得られる可食原料及び非可食原料を用いて有価物を製造する過程において、有害物質で汚染等された作物に起因して生じる放射性廃棄物など有害物質を含む廃棄物に有害物質を高濃度に濃縮させることで、有害物質に汚染された作物に起因して生じる廃棄物の減容化を図ることができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る糖液製造装置を備えたアルコール製造システムの概略図である。 図２は、水熱分解装置の構成を示す図である。 図３は、水熱分解装置の他の構成を示す図である。 図４は、アルコール製造システムの他の一例を示す図である。 図５は、アルコール製造システムの他の一例を示す図である。 図６は、アルコール製造システムの他の一例を示す図である。 図７は、アルコール製造システムの他の一例を示す図である。 図８は、本発明の第２の実施形態に係る糖液製造装置を備えたアルコール製造システムの概略図である。 図９は、本発明の第３の実施形態に係る糖液製造装置を備えたアルコール製造システムの概略図である。 図１０は、アルコール製造システムの他の一例を示す図である。
　以下、本発明に係る糖液製造装置の実施の形態（以下、実施形態という）を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態で開示する構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせても良いし、適宜選択して用いてもよい。
［第１の実施形態］
　本発明の第１の実施形態に係る糖液製造装置を適用したアルコール製造システムについて図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、作物は有害物質として放射性物質で汚染された作物を用いる場合について説明する。
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る糖液製造装置を備えたアルコール製造システムの概略図である。図１に示すように、アルコール製造システム１０Ａは、本実施形態に係る糖液製造装置１１Ａと、アルコール発酵槽１２と、蒸留塔１３と、アルコールタンク１４とを有する。
　本実施形態に係る糖液製造装置１１Ａは、分離装置（分離手段）１５と、糖液調整部１６Ａと、非可食原料糖化部１７Ａとを有する。
　有害物質として放射性物質で汚染された汚染土壌の作物（放射性物質汚染作物）１８を分離装置１５に供給する。なお、本実施形態において、汚染土壌とは、放射性物質で汚染された汚染領域をいい、地表に露出している土壌に限定されるものではなく、本実施形態においては、汚染土壌には、放射性物質で汚染された湿地帯、水田、湖、沼等の水中の底部の土壌等も含まれる。
　本明細書において、放射性物質とは、放射能を持つ物質の総称で、例えばウラン（Ｕ）、プルトニウム（Ｐｕ）、トリウム（Ｔｈ）のような核燃料物質、放射性元素もしくは放射性同位体、中性子を吸収又は核反応を起こして生成された放射化物質をいう。放射性物質として、具体的には、炭素１４（Ｃ）、カリウム４０（Ｋ）、マンガン５４（Ｍｎ）、コバルト６０（Ｃｏ）、クリプトン８５（Ｋｒ）、ストロンチウム９０（Ｓｒ）、イットリウム９０（Ｙ）、テクネチウム９９（Ｔｃ）、ヨウ素１２９（Ｉ）、ヨウ素１３１（Ｉ）、セシウム１３４（Ｃｓ）、セシウム１３７（Ｃｓ）、ラジウム２２６（Ｒａ）、ラドン２２２（Ｒｎ）、プルトニウム２３８（Ｐｕ）、プルトニウム２３９（Ｐｕ）等が挙げられる。
　本実施形態においては、作物とは、炭水化物系原料と、リグニン成分及びヘミセルロース成分を含むセルロース系バイオマス原料と、を含むものをいう。作物としては、例えば、トウモロコシ、サトウキビ、米、小麦、大麦、キャッサバ、はと麦、稲、大豆、ソバ、テンサイ、アワ及びキビ等のなどの穀物類などが挙げられる。
（分離装置）
　分離装置１５は、有害物質として放射性物質で汚染された放射性物質汚染作物１８を、炭水化物系原料を有する可食原料２１とリグニン成分及びヘミセルロース成分を含むセルロース系バイオマス原料を有する非可食原料２２とに分別するものである。放射性物質汚染作物１８が例えばトウモロコシである場合には、可食原料２１としてトウモロコシの種などが得られ、非可食原料２２としてトウモロコシの葉、茎、芯などが得られる。
　分離装置１５としては、用いる作物に応じて任意の分離装置を用いられる。分離装置１５としては、例えば、脱穀機、剥粒機、籾すり機、搾汁機などが挙げられる。
　放射性物質汚染作物１８は分離装置１５で分離され、可食原料２１と非可食原料２２とに分別された後、可食原料２１は可食原料送給ラインＬ１１を通って糖液調整部１６Ａに送給される。また、非可食原料２２は非可食原料送給ラインＬ１２を通って非可食原料糖化部１７Ａに送給される。尚、可食原料送給ラインＬ１１、非可食原料送給ラインＬ１２には調節弁Ｖ１１、Ｖ１２が設けられ、可食原料送給ラインＬ１１、非可食原料送給ラインＬ１２に送給される可食原料２１、非可食原料２２の供給量は調節弁Ｖ１１、Ｖ１２により調整される。
（糖液調整部）
　糖液調整部１６Ａは、可食原料２１から糖液２３を製造するものである。糖液調整部１６Ａは、粉砕機２４と、微粉砕機２５と、貯蔵タンク２６と、蒸し器２７と、第１の酵素糖化槽２８とを有する。可食原料２１は、粉砕機２４で粉砕された後、微粉砕機２５で更に微粉砕される。微粉砕された可食原料２１は貯蔵タンク２６に貯蔵される。貯蔵タンク２６に貯蔵された可食原料２１は、蒸し器２７で蒸された後、第１の酵素糖化槽２８で糖濃度が調整され、糖化される。
　本実施形態では、貯蔵タンク２６と第１の酵素糖化槽２８との何れか一方又は両方に後述する非可食原料糖化部１７Ａで作製される希薄糖液３０が添加され、可食原料２１から糖液２３を製造する際の希釈溶液として用いる。後述するように、貯蔵タンク２６に希薄糖液３０を添加することで、可食原料２１は希薄糖液３０により希釈される。これにより、貯蔵タンク２６内の可食原料２１は、第１の酵素糖化槽２８で酵素糖化し易くすることができると共に移送し易くすることができる。
（非可食原料糖化部）
　非可食原料糖化部１７Ａは、粉砕機３１と、水熱分解装置３２Ａと、第２の酵素糖化槽（Ｃ６）３３と、第２の酵素糖化槽（Ｃ５）３４とを有するものである。非可食原料糖化部１７Ａは、非可食原料２２を水熱分解して得られたバイオマス水熱処理物を糖化して希薄糖液３０を製造するものである。非可食原料２２はセルロース系バイオマス原料（以下、「バイオマス原料」という）として用いられる。以下、非可食原料２２はバイオマス原料ともいう。
　本実施形態において、バイオマスとは、特に限定されるものではなく、地球生物圏の物質循環系に組み込まれた生物体又は生物体から派生する有機物の集積をいう（ＪＩＳ　Ｋ　３６００　１２５８参照）。バイオマスとしては、特に、木質系の例えば広葉樹、草本系等のリグノセルロース資源や農業系廃棄物、食品廃棄物等を用いるのが好ましい。本実施形態においては、非可食原料２２としては、例えば稲藁、麦稈、コーンストーバー（トウモロコシの茎）、コーンコブ（トウモロコシの芯）、バガス等を例示することができるが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
　非可食原料２２は粉砕機３１で例えば５ｍｍ以下に粉砕され、バイオマス原料粉砕物３６となる。バイオマス原料２２は粉砕機３１で粉砕され、バイオマス原料粉砕物３６となった後、水熱分解装置３２Ａに供給される。
　バイオマス原料粉砕物３６はバイオマス原料として水熱分解装置３２Ａで加圧熱水３８と向流（カウンターフロー）で対向接触して水熱分解される。水熱分解装置３２Ａは、バイオマス原料粉砕物３６を加圧熱水３８とカウンターフローで対向接触させつつ水熱分解し、加圧熱水３８中に放射性物質、リグニン成分及びヘミセルロース成分を移行し、バイオマス原料２２のバイオマス固体中から放射性物質、リグニン成分及びヘミセルロース成分を分離してなるものである。このように、水熱分解装置３２Ａを用いてバイオマス原料２２を加圧熱水３８とカウンターフローで対向接触させて、バイオマス原料２２を水熱処理して得られたバイオマス水熱処理物は、バイオマス固形分である固形残渣画分３９と、加圧熱水中に放射性物質、リグニン成分及びヘミセルロース成分を移行した水熱抽出画分４０とになる。
（水熱分解装置）
　水熱分解装置３２Ａの構成を図２に示す。図２に示すように、水熱分解装置３２Ａは、バイオマス供給装置４１と、反応装置４２と、バイオマス抜出装置４３とを有するものである。バイオマス供給装置４１は、バイオマス原料粉砕物３６を常圧下から加圧下に供給するものである。
　反応装置４２は、装置本体４４内に設けられるスクリュー手段４５と、装置本体４４の外周に設けられる温度ジャケット４６とを有する。反応装置４２内に供給されたバイオマス原料粉砕物３６を、いずれか一方（本実施形態では下方側）から装置本体４４の内部にて、スクリュー手段４５により他方（上方）へ搬送すると共に、バイオマス原料粉砕物３６の供給箇所とは異なる他方（上方）の側から加圧熱水３８、加圧窒素（Ｎ2）４７を装置本体４４の内部に供給し、バイオマス原料粉砕物３６と加圧熱水３８とを対向接触させつつ水熱分解するものである。これにより、放射性物質、リグニン成分及びヘミセルロース成分は加圧熱水３８中に移行し、バイオマス原料粉砕物３６中から分離され、水熱抽出画分４０として反応装置４２から排出される。
　バイオマス抜出装置４３は、反応装置４２の他方からバイオマス固形分である固形残渣画分３９を抜出すものである。バイオマス抜出装置４３は、固形残渣画分３９を冷却水で冷却して生じた脱水液４８を反応装置４２から排出される水熱抽出画分４０に混合する。
　本実施形態では、バイオマス原料粉砕物３６を下端部側から供給しているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、これとは逆に上端部側から供給するようにしてもよく、この際には、加圧熱水３８は下端部側から供給する。
　常圧下から加圧下に供給するバイオマス供給装置４１としては、例えばスクリューフィーダー、ピストンポンプ又はスラリーポンプ等の手段を挙げることができる。
　反応装置４２は、本実施形態では、縦型の装置としているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、傾斜型の装置や、水平型の装置としてもよい。ここで、縦型や傾斜型とするのは、水熱分解反応において発生したガスや原料中に持ち込まれたガス等が上方から速やかに抜けることができ、好ましいからである。また、加圧熱水３８で分解生成物を抽出するので、抽出効率の点から上方から下方に向かって抽出物の濃度が高まることとなり、好ましいものとなる。
　なお、本実施形態においては、バイオマス原料２２を水熱分解装置３２Ａに供給する前に、前処理装置として、粉砕機３１を用いて前処理するようにしているが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、バイオマス原料２２の粒径が十分小さい場合には粉砕機３１を設けなくてもよい。また、バイオマス原料２２又はバイオマス原料粉砕物３６は粉砕機３１又は水熱分解装置３２Ａに供給する前に洗浄装置により洗浄するようにしてもよい。なお、バイオマス原料２２が例えば籾殻等の場合には、バイオマス原料２２は水熱分解装置３２Ａに供給する前に粉砕機３１等で粉砕処理することなく、そのままバイオマス供給装置４１に供給してもよい。
　反応装置４２における、反応温度は１８０℃以上２４０℃以下とするのが好ましい。さらに好ましくは２００℃以上２３０℃以下とするのがよい。これは、１８０℃未満の低温では、水熱分解速度が小さく、長い分解時間が必要となり、装置の大型化につながり、好ましくないからである。一方２４０℃を超える温度では、分解速度が過大となり、セルロース成分が固体から液体側への移行を増大すると共に、ヘミセルロース系糖類の過分解が促進され、好ましくないからである。また、ヘミセルロース成分は約１４０℃付近から、セルロースは約２３０℃付近から、リグニン成分は１４０℃付近から各々溶解するが、セルロースを固形分側に残し、且つ放射性物質を加圧熱水３８中に溶解すると共に、ヘミセルロース成分及びリグニン成分が十分な分解速度を持つ１８０℃以上２４０℃以下の範囲とするのがよい。
　反応圧力は装置本体４４の内部が加圧熱水３８の状態となる、各温度の水の飽和蒸気圧に更に０．１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下の高い圧力とするのが好ましい。
　反応時間は、２０分以下とするのが好ましく、３分以上１０分以下とするのがより好ましい。これはあまり長く反応を行うと過分解物の割合が増大し、好ましくないからである。
　本実施形態においては、反応装置４２の装置本体４４内の加圧熱水３８とバイオマス原料粉砕物３６との流動は、バイオマス原料粉砕物３６と加圧熱水３８とを対向接触させる、いわゆるカウンターフローで接触・撹拌・流動するようにすることが好ましい。
　反応装置４２では、バイオマス原料粉砕物３６の固形分は底部側から供給され、加圧熱水３８は頂部側から供給され、相互が対向して移動することにより、加圧熱水（熱水、分解物が溶解した液）３８は、固体であるバイオマス原料粉砕物３６とカウンターフローに固体粒子間に滲みながら移動することとなる。
　本実施形態においては、反応装置４２の内部には気体部分が存在することとなるので、加圧窒素（Ｎ2）４７を内部に供給するようにしているが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、反応装置４２の内部に加圧窒素（Ｎ2）４７を供給しなくてもよい。
　反応装置４２内におけるバイオマス原料粉砕物３６の昇温は、反応装置４２内で加圧熱水３８と接触させ、直接熱交換することにより可能である。なお、必要に応じて、外部から水蒸気等を用いて加温するようにしてもよい。
　本実施形態においては、バイオマス原料粉砕物３６と加圧熱水３８とを対向接触させることにより、加圧熱水３８に可溶化され易い成分から順次排出されると共に、バイオマス原料粉砕物３６の投入部から熱水投入部まで温度勾配が生じるため、ヘミセルロース成分の過分解が抑制され、結果的に５炭糖成分を効率よく回収することができる。さらに、対向接触させることで、熱回収ができ、システム効率の観点から好ましいものとなる。
　よって、水熱分解装置３２Ａに供給されたバイオマス原料粉砕物３６は、水熱分解装置３２Ａから固形残渣画分（主にセルロース)３９及び水熱抽出画分４０がバイオマス水熱処理物として排出される。また、バイオマス原料２２に含まれていた放射性物質は加圧熱水３８中に溶解し、水熱抽出画分４０へ移行しているため、水熱抽出画分４０に含まれた状態でバイオマス水熱処理物として排出される。したがって、水熱分解装置３２Ａにおいてバイオマス原料粉砕物３６を加圧熱水３８とカウンターフローで対向接触させて水熱分解することにより、糖やアルコールの原料となる固形残渣画分３９と、放射性物質を含有する水熱抽出画分４０とを一段処理で効率的に分離することができる。
　水熱分解装置３２Ａは、図２に示すような構成に限定されるものではない。図３は、バイオマスの水熱分解装置の他の構成の一例を示す概念図である。図３に示すように、水熱分解装置３２Ｂは、バイオマス供給装置５１と、反応装置５２と、バイオマス抜出装置４３とを有する。なお、Ｖ２１～Ｖ２５は、差圧調整弁（ＯＮ－ＯＦＦ弁）を示す。
　バイオマス供給装置５１は、バイオマス原料２２のバイオマス原料粉砕物３６を常圧下から加圧下に供給する装置である。バイオマス供給装置５１としては、例えば、ピストンポンプ又はスラリーポンプ等のポンプ手段を挙げることができる。
　反応装置５２は、装置本体５４内に設けられる固定撹拌手段５５と、装置本体５４の外周に設けられる温度ジャケット４６とを有する。装置本体５４内に供給されたバイオマス原料粉砕物３６を、上下のいずれかの端部側（本実施形態では下端側）から垂直型装置本体（以下「装置本体」という）の内部を圧密状態で徐々に移動させると共に、バイオマス原料粉砕物３６の供給とは異なる端部側（本実施形態では上端側）から加圧熱水３８を装置本体５４内部に供給し、バイオマス原料粉砕物３６と加圧熱水３８とを対向接触させつつ水熱分解し、加圧熱水３８中に放射性物質、リグニン成分及びヘミセルロース成分を移行し、バイオマス原料粉砕物３６中から放射性物質、リグニン成分及びヘミセルロース成分を分離してなる反応装置である。
　バイオマス抜出装置４３は、上述の通り、装置本体５４の加圧熱水３８の供給部側からバイオマス固形分である固形残渣画分３９を抜出すものである。
　装置本体５４の内部には、バイオマス原料粉砕物３６をいわゆるプラグフローの圧密状態で撹拌するための固定撹拌手段５５が設けられている。固定撹拌手段５５が回転することにより、内部に送り込まれるバイオマス原料粉砕物３６を軸方向に移動する際に、固定撹拌手段５５が回転することで生じる撹拌作用によりバイオマス原料粉砕物３６は撹拌される。固定撹拌手段５５を装置本体４４の内部に設けることにより、装置本体４４内で固体表面、固体中の加圧熱水３８の混合が進み、反応が促進される。
　水熱分解装置３２Ｂの反応装置５２の装置本体５４内の加圧熱水３８とバイオマス原料粉砕物３６との流動は、バイオマス原料粉砕物３６と加圧熱水３８との混合を効率よく行い、反応を促進する観点から、バイオマス原料粉砕物３６と加圧熱水３８とを対向接触させる、いわゆるカウンターフローで撹拌・流動するようにすることが好ましい。
　水熱分解装置３２Ｂは、プラグフローによる水熱分解であるので、構造が簡易であり、固体であるバイオマス原料粉砕物３６は、管中心軸と垂直に攪拌されながら、管中心軸と平行に移動することとなる。一方、加圧熱水３８（熱水、分解物が溶解した液）は、固体に対しカウンターフローにて固体粒子間に滲みながら移動する。
　また、プラグフローでは、加圧熱水３８の均一な流れを実現することができる。固体のバイオマス原料粉砕物３６が加圧熱水３８により分解すると、分解物が熱水側に溶解する。分解手段近傍は高粘度となり、未分解手段近傍へ優先的に熱水が移動し、未分解手段が続いて分解する。これにより、均一な熱水の流れが形成され、均一な分解が実現される。
　水熱分解装置３２Ｂは、装置本体５４内に固定撹拌手段５５を有しているため、水熱分解装置３２Ｂにおける装置本体５４内面の管壁の抵抗により、装置本体５４内において、バイオマス原料粉砕物３６の入口側に比べ、バイオマス原料粉砕物３６の出口側の固体密度が減少すると共に、バイオマス原料粉砕物３６の分解によりバイオマス固形分である固形残渣画分３９が減少する。このため、加圧熱水３８の占める割合が増加し、液滞留時間が増加することにより、液中の分解成分が過分解する。このため、水熱分解装置３２Ｂは、装置本体５４内に少なくとも固定撹拌手段５５を設けることで、加圧熱水３８の占める割合を抑制し、液滞留時間を減少することにより、液中の分解成分が過分解することを抑制することができる。
　よって、水熱分解装置３２Ｂに供給されたバイオマス原料粉砕物３６は、水熱分解装置３２Ｂで加圧熱水３８と向流（カウンターフロー）で対向接触させて水熱分解されることにより、水熱分解装置３２Ｂから糖やアルコールの原料となる固形残渣画分３９と、放射性物質を含有する水熱抽出画分４０とが一段処理で効率的に分離されてバイオマス水熱処理物として排出される。
　図１に示すように、本実施形態に係る糖液製造装置１１Ａでは、水熱分解装置３２Ａから固形残渣画分３９及び水熱抽出画分４０がバイオマス水熱処理物として排出される。バイオマス水熱処理物のうち固形残渣画分３９は第２の酵素糖化槽（Ｃ６）３３に送給され、水熱抽出画分４０は第２の酵素糖化槽（Ｃ５）３４に送給される。
　第２の酵素糖化槽（Ｃ６）３３は、水熱分解装置３２Ａから排出される固形残渣画分３９中のセルロースを第１の酵素（セルラーゼ）６１で酵素処理して６炭糖を含む第１の糖液６２を得るものである。
　第２の酵素糖化槽（Ｃ５）３４は、水熱分解装置３２Ａから排出される水熱抽出画分４０中に移行されたヘミセルロース成分を第２の酵素６３で酵素処理して５炭糖を含む第２の糖液６４を得るものである。
　第２の酵素糖化槽（Ｃ６）３３で得られた第１の糖液６２と、第２の酵素糖化槽（Ｃ５）３４で得られた第２の糖液６４とのいずれか一方又は両方は希薄糖液３０として用いる。
　本実施形態において、希薄糖液３０の糖濃度は、アルコールを製造するのに好ましいとされる所定の糖濃度（例えば、１５質量％）以下の濃度をいい、具体的には０．１質量％以上１５質量％以下である。
　酵素糖化槽（Ｃ６）６１で得られた第１の糖液６２と、第２の酵素糖化槽（Ｃ５）３４で得られた第２の糖液６４とのいずれか一方又は両方は、希薄糖液３０として、希薄糖液供給管Ｌ２１を介して貯蔵タンク２６と第１の酵素糖化槽２８との何れか一方又は両方に供給される。
　希薄糖液供給管Ｌ２１は、第２の酵素糖化槽（Ｃ６）３３と連結する希薄糖液供給管Ｌ２１－１と、第２の酵素糖化槽（Ｃ５）３４と連結する希薄糖液供給管Ｌ２１－２と、希薄糖液供給管Ｌ２１－１と希薄糖液供給管Ｌ２１－２との連結部分から糖液調整部１６Ａ側に希薄糖液３０を供給する希薄糖液供給管Ｌ２１－３と、希薄糖液供給管Ｌ２１－３と貯蔵タンク２６とを連結する希薄糖液供給管Ｌ２１－４と、希薄糖液供給管Ｌ２１－３と第１の酵素糖化槽２８とを連結する希薄糖液供給管Ｌ２１－５とを有する。
　希薄糖液供給管Ｌ２１－１には調節弁Ｖ３１が設けられ、希薄糖液供給管Ｌ２１－２には調節弁Ｖ３２が設けられ、希薄糖液供給管Ｌ２１－４には調節弁Ｖ３３が設けられ、希薄糖液供給管Ｌ２１－５には調節弁Ｖ３４が設けられている。第２の酵素糖化槽（Ｃ６）３３から抜き出される第１の糖液６２の量は、調節弁Ｖ３１により調整され、第２の酵素糖化槽（Ｃ５）３４から抜き出される第２の糖液６４の量は、調節弁Ｖ３２により調整される。また、貯蔵タンク２６に供給される希薄糖液３０は、調節弁Ｖ３３により調整され、第１の酵素糖化槽２８に供給される希薄糖液３０は、調節弁Ｖ３４により調整される。
　よって、非可食原料糖化部１７Ａで生成された希薄糖液３０を希薄糖液供給管Ｌ２１を介して貯蔵タンク２６と第１の酵素糖化槽２８との何れか一方又は両方に供給することができる。すなわち、糖液調整部１６Ａにおいて可食原料２１を糖化して糖液２３を生成する前の調整段階、例えば本実施形態では可食原料２１を粉砕機２４及び微粉砕機２５で粉砕し貯蔵タンク２６に移送した段階又は第１の酵素糖化槽２８で糖化を行っている段階（バッチシステムにあっては糖化開始前も含む）で、非可食原料糖化部１７Ａで生成された希薄糖液３０を供給する。これにより、可食原料２１から得られる糖液２３の糖濃度を所定の糖濃度（例えば、１５質量％）に効率良く調整することができる。また、第１の糖液６２及び第２の糖液６４を可食原料２１を糖化する際の希釈溶液として用いることで、希釈用の水の使用を抑制することができるため、糖液２３の製造に要する費用の軽減を図ることができる。
　すなわち、従来、可食原料２１を糖化して糖液２３を生成する際、可食原料２１に含まれる成分の半分はデンプンであり、可食原料２１をそのまま糖化したときの糖液の糖濃度は２０質量％～６０質量％である。アルコールを製造する際、濃度が高い糖液を用いると、発酵の進行に従いアルコール濃度の高い雰囲気下となり微生物が死滅するため、そのままアルコール発酵用として用いることができない。そのため、可食原料２１を糖化して糖液２３を生成する際には、可食原料２１を水で希釈して糖液２３を作製する必要があった。一方、バイオマス原料２２を糖化して糖液２３を生成する際、バイオマス原料２２から排出されるバイオマス水熱処理物（固形残渣画分３９、水熱抽出画分４０）の濃度は低いため、バイオマス水熱処理物（固形残渣画分３９、水熱抽出画分４０）の濃度を高くするか、バイオマス水熱処理物（固形残渣画分３９、水熱抽出画分４０）への第１の酵素６１及び第２の酵素６３の添加量を増量し、得られる第１の糖液６２及び第２の糖液６４の糖濃度を濃くして糖液２３を作製する必要があった。
　これに対し、本実施形態に係る糖液製造装置１１Ａによれば、第１の糖液６２及び第２の糖液６４を可食原料２１を糖化する際の希釈溶液３０として用いることで、第１の糖液６２及び第２の糖液６４の糖濃度を高めることなく、可食原料２１から得られる糖液の糖濃度を低くし、所定の糖濃度（例えば、１５質量％）の糖液２３を作製することができる。また、可食原料２１を糖化する際に用いていた水の使用を抑制することができる。これにより、アルコール発酵などをする際の好ましい濃度の糖液２３を得ることができると共に、糖液２３の作製に要する費用の軽減を図ることができる。
　本実施形態では、水熱分解装置３２Ａから排出される固形残渣画分３９及び水熱抽出画分４０を糖化して得られる第１の糖液６２及び第２の糖液６４を希薄糖液３０として貯蔵タンク２６と第１の酵素糖化槽２８との何れか一方又は両方に供給するようにしているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、第１の糖液６２又は第２の糖液６４を希薄糖液３０として貯蔵タンク２６と第１の酵素糖化槽２８との何れか一方又は両方に供給するようにしてもよい。
　第１の酵素糖化槽２８で糖液２３は所定濃度に調整された後、アルコール発酵原料である糖液２３は糖液供給ラインＬ２２によりアルコール発酵槽１２に供給される。
　アルコール発酵槽１２は、糖液２３に酵母（微生物）６５を添加して発酵し、アルコール（有価物）を生成する発酵槽である。糖液２３はアルコール発酵槽１２内に添加される酵母６５により所定条件において、発酵処理がなされる。
　アルコール発酵槽１２で発酵処理されて生じるアルコール発酵液７１は放射性物質を含んだまま発酵液供給ラインＬ２３により蒸留塔１３に送給される。また、糖液２３は固形残渣画分３９、熱水排出液４０を用いて生成されたものであるため、糖液２３にも放射性物質は含まれている。そのため、アルコール発酵槽１２で糖液２３を発酵処理して生じるアルコール発酵液７１には放射性物質が含まれている。そのため、アルコール発酵液７１は放射性物質を含んだままアルコール発酵槽１２から発酵液供給ラインＬ２３により蒸留塔１３に送給される。
　また、アルコール発酵槽１２で糖液２３を発酵処理して生じる残渣７２は発酵残渣排出ラインＬ２４より排出される。
　蒸留塔１３に送給されたアルコール発酵液７１は蒸留塔１３において蒸留され、蒸留物７３となる。すなわち、蒸留塔１３に送給されるアルコール発酵液７１を加熱して、アルコール発酵液７１を形成する液体（主にアルコール）を蒸発させ、気化してガス化した後、冷却して液体に戻す。これにより、アルコール発酵液７１中に含まれる放射性物質と、アルコールとを分離することができる。蒸留塔１３で蒸留された蒸留物７３は蒸留物送給ラインＬ３１を通過して脱水器７４など精製装置で精製された後、アルコール供給ラインＬ３２を通過してアルコールタンク１４に送給され、貯留される。このアルコールタンク１４からアルコール供給ラインＬ３３により必要に応じて製品であるエタノールなどアルコール７５が供給される。
　なお、本実施形態においては、液体分離装置として蒸留塔１３を用いているが、これに限定されるものではなく、遠心分離機等など放射性物質を含む液体と固形分とを分離できるものであればよい。
　また、蒸留塔１３内に残留する蒸留残渣７６は、蒸留塔１３から蒸留残渣排出ラインＬ３４により排出され、乾燥機７８に送給される。蒸留塔１３で分離された蒸留残渣７６は湿分を有しているため、乾燥機７８で蒸留残渣７６を加熱することで、蒸留残渣７６中に含まれる湿分が除去される。その後、湿分が除去された蒸留残渣７６は冷却器７９で冷却されて蒸留粕８０として排出される。蒸留塔１３内に残った蒸留残渣７６は水熱抽出画分４０に起因するものであり、放射性物質汚染作物１８に含まれる放射性物質を含んでいるため、蒸留粕８０を焼却処理した後、放射性物質を含む廃棄物（放射性廃棄物）として廃棄される。
　アルコール製造システム１０Ａを用いてアルコール７５を製造する際、例えば、アルコール７５の製造量を１００，０００ｋｌ／年とした時、可食原料２１を９０，０００ｋｌ／年、バイオマス原料２２を１０，０００ｋｌ／年とすることができる。よって、アルコール製造システム１０Ａを用いれば、可食原料２１のみを用いてアルコール７５を製造する場合に比べ、可食原料２１の年間使用量を抑えつつ従来と同等の量のアルコール７５を製造することが可能となる。
　このように、本実施形態に係る糖液製造装置１０Ａを備えたアルコール製造システム１０Ａは、放射性物質汚染作物１８を可食原料２１と非可食原料２２とに分離した後、非可食原料糖化部１７Ａで生成された非可食原料２２由来の希薄糖液３０を、希薄糖液供給管Ｌ２１を介して貯蔵タンク２６と第１の酵素糖化槽２８との何れか一方又は両方に供給し、希薄糖液３０を可食原料２１から糖液２３を生成する前の調整段階で混合している。これにより、同一作物である放射性物質汚染作物１８から得られる可食原料２１と非可食原料２２とを用いて、アルコール７５などの有価物を製造するのに好適に用いることができる、所定の糖濃度（例えば、１５質量％）を有する糖液の生成効率を向上させると共に、糖液２３の作製に要する費用の軽減を図ることができる。このため、可食原料２１由来の糖液２３を調整する際に非可食原料２２由来の希薄糖液３０を用いて、所定の糖濃度（例えば、１５質量％）を有する糖液２３を作製することにより、アルコール７５の製造効率を向上させることができると共に、アルコール７５を製造する際に要する費用を軽減することができる。
　また、本実施形態に係る糖液製造装置１１Ａを適用したアルコール製造システム１０Ａによれば、放射性物質に汚染された同一作物である放射性物質汚染作物１８の可食原料２１と非可食原料２２から放射性物質を効率的に除去しつつ放射性物質を含まないアルコール７５を効率的に製造することができる。
　また、本実施形態に係る糖液製造装置１１Ａを適用したアルコール製造システム１０Ａによれば、放射性物質に汚染された同一作物である放射性物質汚染作物１８から得られる可食原料２１及び非可食原料２２を用いてアルコール７５を製造する過程において放射性物質汚染作物１８に起因して生じる放射性廃棄物の減容化を図ることができる。すなわち、放射性物質に汚染された汚染領域で放射性物質に汚染又は放射性物質を吸収した有害物質汚染作物１８を処理する場合には、これらの作物を回収し、処理する際には、放射性物質を含む廃棄物（放射性廃棄物）が大量に発生するため、放射性廃棄物を処理するためには莫大な費用を要する。また、対象とする作物の量が多く、汚染領域が広域に渡る場合には、処理が必要な作物も増大し、その分発生した放射性廃棄物を処理するのに廃棄物の処理費用が増大する。また、放射性廃棄物を有効利用することも困難である。放射性廃棄物の発生量は極力軽減する必要がある。これに対し、本実施形態に係る糖液製造装置１１Ａを適用したアルコール製造システム１０Ａでは、同一作物である放射性物質汚染作物１８から分別された可食原料２１、非可食原料２２を用いて生成された糖液２３により生成されたアルコール発酵液７１を蒸留塔１３で蒸留し、放射性物質を含む蒸留残渣７６を回収している。放射性物質汚染作物１８中の放射性物質は蒸留残渣７６に移行しているため、放射性物質汚染作物１８由来の放射性物質を蒸留残渣７６に移行させることで放射性廃棄物として処理することができる。
　よって、本実施形態に係る糖液製造装置１１Ａを適用したアルコール製造システム１０Ａは、作物が放射性物質に汚染等されていた場合においても、放射性物質汚染作物１８から得られる可食原料２１及び非可食原料２２を用いてアルコール７５を製造する過程において、放射性物質汚染作物１８に起因して生じる放射性廃棄物には放射性物質を濃縮させることができる。これにより、放射性物質汚染作物１８に起因して生じる放射性廃棄物の減容化を図ることができる。また、放射性廃棄物の処理に要する費用の軽減を図ることができる。
　特に、本実施形態に係る糖液製造装置１１Ａを適用したアルコール製造システム１０Ａを用いて生じる放射性廃棄物８０の量は、放射性物質で汚染された作物を放射性廃棄物として処理する場合に比べて大幅（例えば、１０分１以下）に減容することが可能となる。
　また、放射性物質で汚染された汚染地域で生産された農産物は風評被害を受けることで、こうした地域で生産された農産物は売買が拒否されるか売価が低下する場合もあるが、本実施形態に係る糖液製造装置１１Ａを適用したアルコール製造システム１０Ａを用いれば、こうした農産物もアルコールなどの有価物（有価物）を製造するための原料として安定的に利用することができる。
　また、放射性物質で汚染された地域で生産された農産物をアルコールなどの有価物を製造するための原料として用いることができるため、放射性物質で汚染された地域の住民の新たな雇用を創出することができると共に、汚染地域の住民の所得を確保することが可能となる。また、このようにして製造されたアルコールなどの有価物を有効活用することで、石油等の輸入比率を低減することに寄与することもできる。
　また、放射性物質で汚染された地域で生産された農産物の有効利用も図ることで、放射性物質で汚染された地域において新たな産業を創出することに寄与することも可能となる。
　なお、本実施形態においては、アルコール発酵液７１をアルコール発酵槽１２から発酵液供給ラインＬ２３により蒸留塔１３に送給して蒸留しているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。図４は、本実施形態に係る糖液製造装置を備えたアルコール製造システムの他の一例を示す図である。図４に示すように、発酵液供給ラインＬ２３に放射性物質を吸着処理するフィルターを備えた吸着処理装置８２を設けるようにしてもよい。フィルターには、ゼオライトなど放射性物質を吸着する多孔質部材がフィルターの材料として用いられる。これにより、アルコール発酵液７１中に残留した放射性物質を吸着処理することができるため、アルコール発酵液７１中に残留した放射性物質を同伴することなくアルコール発酵液７１を蒸留塔１３に送給することができる。
　吸着処理装置８２は、ゼオライトなど放射性物質を吸着する多孔質部材をフィルターの材料として用い、放射性物質とアルコール発酵液７１とをフィルターで分離するものを用いているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、遠心分離装置などを用いてもよい。アルコール発酵液７１を遠心分離することでアルコール発酵液７１中の固形物を分離することができる。分離された固形物を蒸発乾固することで放射性物質を含む廃棄物を減容して処理することができる。
　また、本実施形態においては、蒸留塔１３で蒸留された蒸留物７３を、直接、アルコールタンク１４に送給しているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。図５は、本実施形態に係る糖液製造装置を備えたアルコール製造システムの他の一例を示す図である。図５に示すように、蒸留物送給ラインＬ３１に蒸留物７３中に残留した放射性物質を吸着処理するフィルターを備えた吸着処理装置８３を設けるようにしてもよい。吸着処理装置８３に用いられるフィルターは、吸着処理装置８２と同様、ゼオライトなど放射性物質を吸着する多孔質部材がフィルターの材料として用いられる。これにより、蒸留塔１３から排出された蒸留物７３に放射性物質が残留し、同伴される場合でも、蒸留塔１３から蒸留物送給ラインＬ３１に排出される蒸留物７３中に残留した放射性物質を吸着処理装置８３で除去することができる。この結果、より確実に放射性廃棄物を回収することができると共に、信頼性の高いアルコールを提供することができる。
　吸着処理装置８３は、吸着処理装置８２と同様、ゼオライトなど放射性物質を吸着する多孔質部材をフィルターの材料として用いることができるが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、遠心分離装置などを用いてもよい。アルコール発酵液７１を遠心分離することでアルコール発酵液７１中の固形物を分離することができる。分離された固形物を蒸発乾固することで放射性物質を含む廃棄物を減容して処理することができる。
　また、本実施形態においては、第２の糖液６４を第２の酵素糖化槽（Ｃ５）３４から希薄糖液供給管Ｌ２１－２により希薄糖液供給管Ｌ２１－３～Ｌ２１－５を通過して糖液調整部１６Ａに送給しているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。図６は、本実施形態に係る糖液製造装置を備えたアルコール製造システムの他の一例を示す図である。図６に示すように、希薄糖液供給管Ｌ２１－２に放射性物質を吸着処理するフィルターを備えた吸着処理装置８４を設けるようにしてもよい。吸着処理装置８４に用いられるフィルターは、吸着処理装置８２と同様、ゼオライトなど放射性物質を吸着する多孔質部材がフィルターの材料として用いられる。これにより、第２の糖液６４中に含まれる放射性物質を吸着処理することができるため、第２の糖液６４中に含まれる放射性物質を同伴することなく第２の糖液６４を糖液調整部１６Ａに送給することができる。
　吸着処理装置８４は、吸着処理装置８２と同様、ゼオライトなど放射性物質を吸着する多孔質部材をフィルターの材料として用いることができるが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、遠心分離装置などを用いてもよい。アルコール発酵液７１を遠心分離することでアルコール発酵液７１中の固形物を分離することができる。分離された固形物を蒸発乾固することで放射性物質を含む廃棄物を減容して処理することができる。
　また、本実施形態においては、糖液２３を第１の酵素発酵槽２８から糖液供給ラインＬ２２によりアルコール発酵槽１２に送給して発酵しているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。図７は、本実施形態に係る糖液製造装置を備えたアルコール製造システムの他の一例を示す図である。図７に示すように、糖液供給ラインＬ２２に放射性物質を吸着処理するフィルターを備えた吸着処理装置８５を設けるようにしてもよい。吸着処理装置８５に用いられるフィルターは、吸着処理装置８２と同様、ゼオライトなど放射性物質を吸着する多孔質部材がフィルターの材料として用いられる。これにより、糖液２３中に含まれる放射性物質を吸着処理することができるため、糖液２３中に含まれる放射性物質を同伴することなく糖液２３をアルコール発酵槽１２に送給することができる。
　吸着処理装置８５は、吸着処理装置８２と同様、ゼオライトなど放射性物質を吸着する多孔質部材をフィルターの材料として用いることができるが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、遠心分離装置などを用いてもよい。アルコール発酵液７１を遠心分離することでアルコール発酵液７１中の固形物を分離することができる。分離された固形物を蒸発乾固することで放射性物質を含む廃棄物を減容して処理することができる。
　なお、本実施形態においては、有価物としてアルコールの場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、蒸留して得られるアルコール以外の有価物であってもよい。
　また、本実施形態においては、発酵システムとして糖液２３を用いて有価物であるアルコール発酵を行う場合について説明したが、本実施形態に係る糖液を用いた発酵システムは、これに限定されるものではない。発酵処理により求めるものとして、有価物であるアルコール類（エタノール、メタノール等）以外の、化成品原料となる石油代替品類又は食品・飼料原料となるアミノ酸類をアルコール発酵槽１２に代えて発酵装置を用いることで得ることができる。
　糖液２３から得られる化成品としては、例えばＬＰＧ、自動用燃料、航空機用ジェット燃料、灯油、ディーゼル油、各種重油、燃料ガス、ナフサ、ナフサ分解物であるエチレングリコール、エタノール、アミン、乳酸、アルコールエトキシレート、塩ビポリマー、アルキルアルミニウム、ＰＶＡ、酢酸ビニルエマルジョン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ＭＭＡ樹脂、ナイロン、ポリエステル等を挙げることができる。よって、枯渇燃料である原油由来の化成品の代替品及びその代替品製造原料として放射性物質を含有する作物由来の希薄糖液３０を効率的に利用することができる。
　また、本実施形態においては、非可食原料２２を水熱分解装置３２Ａで水熱分解して水熱分解装置３２Ａから排出される固形残渣画分３９、熱水排出液４０に酵素６１、６３を添加して希薄糖液３０を生成し、得られた希薄糖液３０を用いて調整された糖液２３に、酵母６５を添加して最終的にアルコール７５を生成する場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではない。非可食原料２２から有価物を生成する他の例としては、例えば、セルロース、ヘミセルロース、リグニンを有価物に変換するための化学試薬を添加する化学手法や生物学的手法を用いて、固形残渣画分３９、水熱抽出画分４０に含まれるセルロース、ヘミセルロース、リグニンをアルコール７５に変換する方法等が挙げられる。
　また、本実施形態においては、固形残渣画分３９及び水熱抽出画分４０中の放射性物質を含む廃棄物を減容して処理するようにしているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。水熱分解により得られた固形残渣画分３９、熱水排出液４０の何れか一方にのみ放射性物質が含有される場合においても、蒸留塔１３で生じる蒸留残渣７６に放射性物質が含まれるため、放射性物質を含む廃棄物を減容して、放射性物質を処理することができる。
　また、本実施形態においては、有害物質として放射性物質の場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、生物、植物、環境などに悪影響を与える可能性のあるものであればよい。有害物質として、例えば、軽金属や重金属などの有害金属、ダイオキシン、農薬、除草剤、化学薬品等の場合においても、本実施形態に係る糖液製造装置１１Ａを適用したアルコール製造システム１０Ａをも適用することができる。軽金属としては、例えば、アルカリ金属、ベリリウム（Ｂｅ）やマグネシウム（Ｍｇ）などのアルカリ土類金属、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タリウム（ＴＩ）などが挙げられる。また、重金属としては、例えば、水銀（Ｈｇ）、カドミウム（Ｃｄ）、鉛（Ｐｂ）、ヒ素（Ａｓ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）などが挙げられる。
　また、本実施形態においては、汚染領域として汚染土壌の場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、汚染された湿地帯、水田、湖、沼等においても本実施形態に係る有害物質の処理方法は同様に適用することができる。
　また、本実施形態においては、放射性物質などの有害物質で汚染された作物を処理する場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、有害物質で汚染されていない作物を処理する場合でも同様に用いることができる。
［第２の実施形態］
　本発明の第２の実施形態に係る糖液製造装置を適用したアルコール製造システムについて、図面を参照して説明する。図８は、本実施形態に係る糖液製造装置を備えたアルコール製造システムの概略図である。なお、本実施形態に係る糖液製造装置は、図１に示す本発明の第１の実施形態に係る糖液製造装置を備えたアルコール製造システムの構成と同様であるため、実施例１と同様の部材については、同一の符号を付して重複した説明は省略する。
　図８に示すように、アルコール製造システム１０Ｂは、本実施形態に係る糖液製造装置１１Ｂと、アルコール発酵槽１２と、蒸留塔１３と、アルコールタンク１４とを有する。アルコール製造システム１０Ｂは、分離装置１５で放射性物質汚染原料１８から可食原料として糖液８６と非可食原料（バイオマス原料）２２とが得られるものに適用される。放射性物質汚染原料１８として、例えば、サトウキビなどが挙げられる。
　本実施形態に係る糖液製造装置１１Ｂは、分離装置１５と、糖液調整部１６Ｂと、非可食原料糖化部１７Ａとを有する。糖液調整部１６Ｂは、糖蜜８６から糖液２３を製造するものである。糖液調整部１６Ｂは、貯蔵タンク２６と、糖濃度調整槽８７とを有する。
　放射性物質汚染原料１８がサトウキビなどの場合、分離装置１５おいて、放射性物質汚染原料１８からは可食原料として糖蜜８６と、葉やバガス８５ａなどの非可食原料２２との両方が得られる。サトウキビなどのような作物を分離してサトウキビから抽出若しくは搾取することで、可食原料として糖蜜８６が得られ、非可食原料２２として葉やサトウキビから糖を搾取した残渣（バガス）などが得られる。糖蜜８６は、貯蔵タンク２６に、貯蔵される。貯蔵タンク２６に貯蔵された糖蜜８６は糖濃度調整槽８７で糖濃度が調整される。
　非可食原料糖化部１７Ａは、上述の本発明に係る実施例１に係る糖液製造装置１１と同様であるため、説明は省略する。
　非可食原料糖化部１７Ａで製造された希薄糖液３０は希薄糖液供給管Ｌ２１を介して貯蔵タンク２６と糖濃度調整槽８７との何れか一方又は両方に供給される。これにより、放射性物質汚染原料１８であるサトウキビから得られる糖蜜８６に希薄糖液３０を混合することができる。すなわち、糖液調整部１６Ｂにおいて、可食原料２１から得られる糖蜜８６から糖液２３を生成する前の調整段階で、非可食原料糖化部１７Ａで生成された希薄糖液３０を糖蜜８６に供給するようにする。
　これにより、放射性物質汚染原料１８であるサトウキビから得られる糖蜜８６の糖濃度を所定の糖濃度（例えば、１５質量％）とすることができる。また、第１の糖液６２及び第２の糖液６４を糖蜜８６の希釈溶液として用い、希釈用の水の使用を抑制することができるため、糖液２３の製造に要する費用の軽減を図ることができる。
　よって、本実施形態に係る糖液製造装置１１Ｂは、第１の糖液６２及び第２の糖液６４を糖蜜８６から糖液２３を製造する際の希釈溶液３０として用いることで、第１の糖液６２及び第２の糖液６４の糖濃度を高めることなく、可食原料２１から得られる糖蜜８６の糖濃度を低くし、所定の糖濃度（例えば、１５質量％）の糖液２３を作製することができる。また、糖蜜８６から糖液２３を作製する際に用いていた水の使用を抑制することができる。これにより、アルコール発酵などをする際の好ましい濃度の糖液２３を得ることができると共に、糖液２３の作製に要する費用の軽減を図ることができる。
　したがって、アルコール製造システム１０Ｂによれば、放射性物質汚染原料１８由来の糖蜜８６を調整する際にバイオマス原料２２由来の希薄糖液３０を用いて所定の糖濃度の糖液２３を作製することで、アルコール７５の製造効率を向上させることができると共に、アルコール７５を製造する際に要する費用を軽減することができる。
　また、本実施形態に係る糖液製造装置１１Ｂを適用したアルコール製造システム１０Ｂによれば、放射性物質に汚染された同一作物である放射性物質汚染作物１８の可食原料である糖蜜８６と非可食原料２２から放射性物質を効率的に除去しつつ放射性物質を含まないアルコール７５を効率的に製造することができる。
　また、本実施形態に係る糖液製造装置１１Ｂを適用したアルコール製造システム１０Ｂによれば、作物が放射性物質に汚染等されていた場合においても、放射性物質汚染作物１８から得られる糖蜜８６及び非可食原料２２を用いてアルコール７５を製造する過程において、放射性物質汚染作物１８に起因して生じる放射性廃棄物には放射性物質を濃縮させることができる。これにより、放射性物質汚染作物１８に起因して生じる放射性廃棄物の減容化を図ることができる。また、放射性廃棄物の処理に要する費用の軽減を図ることができる。
　本実施形態においては、放射性物質汚染原料作物１８としてサトウキビの場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、サトウキビ以外に、例えばテンサイなど、原料作物を抽出若しくは搾取して得られるものであればよい。
［第３の実施形態］
　本発明の第３の実施形態に係る糖液製造装置を適用したアルコール製造システムについて、図面を参照して説明する。図９は、本実施形態に係る糖液製造装置を備えたアルコール製造システムの概略図である。なお、本実施形態に係る糖液製造装置は、図１に示す本発明の第１の実施形態に係る糖液製造装置を備えたアルコール製造システムの構成と同様であるため、実施例１と同様の部材については、同一の符号を付して重複した説明は省略する。
　図９に示すように、アルコール製造システム１０Ｃは、本実施形態に係る糖液製造装置１１Ｃと、アルコール発酵槽１２と、蒸留塔１３と、アルコールタンク１４とを有する。本実施形態に係る糖液製造装置１１Ｃは、分離装置１５と、糖液調整部１６Ａと、非可食原料糖化部１７Ｃとを有する。
　糖液調整部１６Ａは、上述の本発明に係る実施例１に係る糖液製造装置１１Ａと同様であるため、説明は省略する。
　非可食原料糖化部１７Ｂは、粉砕機３１と、硫酸分解装置９１と、洗浄槽９２と、第２の酵素糖化槽（Ｃ６）３３とを有するものである。非可食原料２２は粉砕機３１で粉砕されてバイオマス原料粉砕物３６となった後、硫酸分解装置９１に供給される。硫酸分解装置９１内には硫酸９３が添加される。バイオマス原料粉砕物３６は硫酸分解装置９１に添加された硫酸９１により分解される。バイオマス原料粉砕物３６中のセルロース系バイオマス原料に含まれるヘミセルロース成分は硫酸９３により単糖まで分解され、５炭糖が生成される。
　硫酸分解装置９１で用いる硫酸９３の硫酸濃度は０．１質量％～５質量％であり、好ましくは１質量％～４質量％である。分解温度は１００℃～２００℃の範囲内とし、好ましくは１８０℃前後である。分解時間は５分～１時間であり、好ましくは１０分前後である。硫酸分解装置９１で用いる硫酸９３の硫酸濃度、分解温度、分解時間を上記範囲内とすることで、非可食原料２２中のセルロース系バイオマス原料に含まれるヘミセルロース成分の分解を行うことができる。
　５炭糖と、分解されずに残留するセルロース成分とを含むバイオマス硫酸分解物９４は、洗浄槽９２に送給される。
　洗浄槽９２には、バイオマス硫酸分解物９４の洗浄用の水９５が添加される。バイオマス硫酸分解物９４中に残留するセルロース成分は洗浄槽９２において洗浄槽９２内に添加される水９５により洗浄され、バイオマス硫酸分解物９４に残留する硫酸分が洗い流される。なお、水９５の添加量は、バイオマス硫酸分解物９４に残留する硫酸濃度に応じて適宜調整される。バイオマス硫酸分解物９４は、洗浄槽９３において洗浄され硫酸分を洗い流された後、第２の酵素糖化槽（Ｃ６）３３に供給される。
　第２の酵素糖化槽（Ｃ６）３３には、バイオマス硫酸分解物９４中に残留するセルロース成分を糖化するための第１の酵素（セルラーゼ）６１が添加される。第２の酵素糖化槽（Ｃ６）３３において第１の酵素６１を添加することにより、バイオマス硫酸分解物９４中に残留するセルロース成分は第１の酵素６１により酵素糖化され、６炭糖が生成される。
　このように、非可食原料糖化部１７Ｂは、硫酸分解装置９１においてバイオマス原料粉砕物３６中のセルロース系バイオマス原料に含まれるヘミセルロース成分から５炭糖を生成し、第２の酵素糖化槽（Ｃ６）３３においてセルロース系バイオマス原料に含まれるセルロース成分から６炭糖を生成する。非可食原料糖化部１７Ｃにおける一連の操作により５炭糖と６炭糖とを含む第３の糖液９６を得ることができる。
　非可食原料糖化部１７Ｂで製造された第３の糖液９６は希薄糖液３０として希薄糖液供給管Ｌ２１（Ｌ２１－３～Ｌ２１－５）を介して貯蔵タンク２６と第１の酵素糖化槽２８との何れか一方又は両方に供給される。これにより、糖液調整部１６Ａにおいて、可食原料２１から糖液２３を生成する前の調整段階で、非可食原料糖化部１７Ｃで生成された希薄糖液３０を混合することができる。なお、希薄糖液供給管Ｌ２１－３には調節弁Ｖ３５が設けられ、第２の酵素糖化槽（Ｃ６）３３から抜き出される第３の糖液９６の量は、調節弁Ｖ３５により調整される。
　これにより、放射性物質汚染原料１８から得られる可食原料２１の糖濃度を第１の酵素糖化槽２８で所定の糖濃度（例えば、１５質量％）とすることができる。また、希薄糖液３０を可食原料２１の希釈溶液として用い、希釈用の水の使用を抑制することができるため、糖液２３の製造に要する費用の軽減を図ることができる。
　よって、本実施形態に係る糖液製造装置１１Ｃは、第３の糖液９３を可食原料２１から糖液２３を製造する際の希釈溶液として用いることで、第３の糖液９３の糖濃度を高めることなく、可食原料２１から得られる糖液の糖濃度を低くし、所定の糖濃度（例えば、１５質量％）の糖液２３を作製することができる。また、可食原料２１を糖化する際に用いていた水の使用を抑制することができる。これにより、アルコール発酵などをする際の好ましい濃度の糖液２３を得ることができると共に、糖液２３の作製に要する費用の軽減を図ることができる。
　したがって、本実施形態に係る糖液製造装置１１Ｃを適用したアルコール製造システム１０Ｃによれば、放射性物質汚染原料１８由来の糖液２３を調整する際にバイオマス原料２２由来の希薄糖液３０を用いて所定の糖濃度の糖液２３を作製することで、アルコール７５の製造効率を向上させることができると共に、アルコール７５を製造する際に要する費用を軽減することができる。
　また、本実施形態に係る糖液製造装置１１Ｃを適用したアルコール製造システム１０Ｃによれば、放射性物質に汚染された同一作物である放射性物質汚染作物１８の可食原料２１と非可食原料２２から放射性物質を効率的に除去しつつ放射性物質を含まないアルコール７５を効率的に製造することができる。
　また、本実施形態に係る糖液製造装置１１Ｃを適用したアルコール製造システム１０Ｃによれば、作物が放射性物質に汚染等されていた場合においても、放射性物質汚染作物１８から得られる可食原料２１及び非可食原料２２を用いてアルコール７５を製造する過程において、放射性物質汚染作物１８に起因して生じる放射性廃棄物には放射性物質を高濃度に濃縮させることができる。これにより、放射性物質汚染作物１８に起因して生じる放射性廃棄物の減容化を図ることができる。また、放射性廃棄物の処理に要する費用の軽減を図ることができる。
　また、本実施形態においては、非可食原料糖化部１７Ｂは、硫酸分解装置９１においてのみ非可食原料２２を分解するようにしているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。図１０に非可食原料糖化部１７Ｂの他の構成の一例を示す。図１０に示すように、非可食原料糖化部１７Ｃは、水熱分解装置２３Ａと、硫酸分解装置９１とを備えるものである。水熱分解装置２３Ａから排出される水熱抽出画分４０は、硫酸分解装置９１に送給して硫酸９３で分解し、第２の糖液６４を生成する。これにより、第２の酵素糖化槽（Ｃ６）３３で得られた第１の糖液６２と硫酸分解装置９１で得られた第２の糖液６４とを希薄糖液３０として用いることができる。
　このとき、硫酸分解装置９１で用いる硫酸９３の硫酸濃度は０．１質量％～５質量％であり、好ましくは１質量％～４質量％である。分解温度は１００℃～１４０℃の範囲内とし、好ましくは１２０℃前後である。分解時間は３０分～３時間であり、好ましくは１時間前後である。硫酸分解装置９１で用いる硫酸９３の硫酸濃度、分解温度、分解時間を上記範囲内とすることで、水熱抽出画分４０に含まれるヘミセルロースの分解効率を向上させることができる。
　以上のように、本発明に係る糖液製造装置を適用したアルコール製造システムは、放射性物質など有害物質で汚染された有害物質汚染作物、有害物質で汚染された土壌、汚液、底泥等の汚染領域において有害物質を吸収した有害物質吸収作物をバイオマス原料として用いてアルコールを製造すると共に、有害物質を含む廃棄物の低減を図るアルコール製造システムとして用いるのに適している。
　１０Ａ～１０Ｃ　アルコール製造システム
　１１Ａ～１１Ｃ　糖液製造装置
　１２　アルコール発酵槽
　１３　蒸留塔
　１４　アルコールタンク
　１５　分離装置（分離手段）
　１６Ａ、１６Ｂ　糖液調整部
　１７Ａ～１７Ｃ　非可食原料糖化部
　１８　放射性物質汚染作物
　２１　可食原料
　２２　非可食原料（バイオマス原料）
　２３　糖液
　２４、３１　粉砕機
　２５　微粉砕機
　２６　貯蔵タンク
　２７　蒸し器
　２８　第１の酵素糖化槽
　３０　希薄糖液
　３２Ａ、３２Ｂ　水熱分解装置
　３３　第２の酵素糖化槽（Ｃ６）
　３４　第２の酵素糖化槽（Ｃ５）
　３６　バイオマス原料粉砕物
　３８　加圧熱水
　３９　固形残渣画分
　４０　水熱抽出画分（熱水排出液）
　４１、５１　バイオマス供給装置
　４２、５２　反応装置
　４３　バイオマス抜出装置
　４４、５４　装置本体
　４５　スクリュー手段
　４６　温度ジャケット
　４７　加圧窒素（Ｎ2）
　４８　脱水液
　５５　固定撹拌手段
　６１　第１の酵素（セルラーゼ）
　６２　第１の糖液
　６３　第２の酵素
　６４　第２の糖液
　６５　酵母（微生物）
　７１　アルコール発酵液
　７２　残渣
　７３　蒸留物
　７４　脱水器
　７５　アルコール
　７６　蒸留残渣
　７８　乾燥器
　７９　冷却器
　８０　蒸留粕
　８２～８５　吸着処理装置
　８６　糖蜜
　８７　糖濃度調整槽
　９１　硫酸分解装置
　９２　洗浄槽
　９３　硫酸
　９４　バイオマス硫酸分解物
　９５　水
　９６　第３の糖液
　Ｌ１１　可食原料送給ライン
　Ｌ１２　非可食原料送給ライン
　Ｌ２１、Ｌ２１－１～Ｌ２１－５　希薄糖液供給管
　Ｌ２２　糖液供給ライン
　Ｌ２３　発酵液供給ライン
　Ｌ２４　発酵残渣排出ライン
　Ｌ３１　蒸留物送給ライン
　Ｌ３２、Ｌ３３　アルコール供給ライン
　Ｌ３４　蒸留残渣排出ライン
　Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ３１～Ｖ３５　調節弁
　Ｖ２１～Ｖ２５　差圧調整弁（ＯＮ－ＯＦＦ弁）

Claims (14)

  1. 　作物を、炭水化物系原料を有する可食原料とリグニン成分及びヘミセルロース成分を含むセルロース系バイオマス原料を有する非可食原料とに分離する分離手段と、
    　前記可食原料由来の糖液を生成する糖液調整部と、
    　前記非可食原料を分解手段で分解して得られたバイオマス処理物を糖化して希薄糖液を製造する非可食原料糖化部と、
    　前記非可食原料糖化部で得られた希薄糖液を前記糖液調整部に供給する希薄糖液供給管と、
    を有することを特徴とする糖液製造装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記分解手段は、前記非可食原料を水熱処理してバイオマス水熱処理物を生成する水熱分解装置、前記非可食原料に硫酸を添加して前記非可食原料を分解する硫酸分解装置のいずれかであることを特徴とする糖液製造装置。
  3. 　請求項２において、
    　前記分解手段が水熱分解装置である場合、
    　前記非可食原料糖化部は、前記水熱分解装置で得られたバイオマス水熱処理物に酵素を添加して前記バイオマス水熱処理物を糖化し、前記希薄糖液を生成する酵素糖化槽であることを特徴とする糖液製造装置。
  4. 　請求項２又は３において、
    　前記分解手段が水熱分解装置である場合、
    　前記水熱分解装置が、前記非可食原料を加圧熱水と接触させつつ水熱分解し、前記加圧熱水中にリグニン成分及びヘミセルロース成分を移行し、前記非可食原料中から前記リグニン成分及びヘミセルロース成分を分離し、
    　前記バイオマス水熱処理物として、前記リグニン成分及びヘミセルロース成分を含む水熱抽出画分と、セルロース成分を含む固形残渣画分とを生成することを特徴とする糖液製造装置。
  5. 　請求項４において、
    　前記酵素糖化槽が、前記水熱分解装置から排出される前記固形残渣画分に酵素を添加し、前記固形残渣画分中のセルロース成分を酵素分解して６炭糖を含む希薄糖液と、前記水熱分解装置から排出される前記水熱抽出画分に酵素を添加し、前記水熱抽出画分中のヘミセルロース成分を酵素分解して５炭糖を含む希薄糖液との何れか一方又は両方を生成することを特徴とする糖液製造装置。
  6. 　請求項１乃至５の何れか１つにおいて、
    　前記希薄糖液の糖濃度が、０．１質量％以上１５質量％以下であることを特徴とする糖液製造装置。
  7. 　請求項１乃至６の何れか１つにおいて、
    　前記作物は、有害物質で汚染された汚染領域で前記有害物質に汚染又は前記有害物質を吸収した有害物質汚染作物であることを特徴とする糖液製造装置。
  8. 　請求項１乃至７の何れか１つの糖液製造装置と、
    　前記糖液を発酵し、有価物を生成するアルコール発酵槽と、
    を有することを特徴とする発酵システム。
  9. 　作物を、炭水化物系原料を有する可食原料とリグニン成分及びヘミセルロース成分を含むセルロース系バイオマス原料を有する非可食原料とに分離し、
    　前記非可食原料を分解してバイオマス処理物を生成し、得られた前記バイオマス処理物に酵素を添加して前記バイオマス処理物を糖化し、希薄糖液を製造し、
    　前記可食原料から糖液を調整する際に前記希薄糖液を用いて糖液を製造することを特徴とする糖液製造方法。
  10. 　請求項９において、
    　前記非可食原料由来を分解して前記バイオマス処理物を得る際、
    　前記非可食原料を加圧熱水と接触させつつ水熱分解し、前記加圧熱水中にリグニン成分及びヘミセルロース成分を移行し、前記非可食原料中からリグニン成分及びヘミセルロース成分を分離し、前記バイオマス処理物として、リグニン成分及びヘミセルロース成分を含む水熱抽出画分とバイオマス固形分を含む固形残渣画分とを生成し、前記水熱抽出画分と前記固形残渣画分とのいずれか一方又は両方をバイオマス水熱処理物として用いる水熱分解方法と、
    　前記非可食原料に硫酸を添加して前記非可食原料を分解する硫酸分解方法と、のいずれかを用いることを特徴とする糖液製造方法。
  11. 　請求項１０において、
    　前記非可食原料由来を分解してバイオマス処理物を得る際に水熱分解方法を用いる場合、
    　前記希薄糖液として、前記固形残渣画分に酵素を添加し、固形残渣画分中のセルロースを酵素分解して６炭糖を含む希薄糖液と、前記水熱抽出画分に酵素を添加し、前記水熱抽出画分中のヘミセルロース成分を酵素分解して５炭糖を含む希薄糖液との何れか一方又は両方を用いることを特徴とする糖液製造方法。
  12. 　請求項９乃至１１の何れか１つにおいて、
    　前記希薄糖液の糖濃度を、０．１質量％以上１５質量％以下とすることを特徴とする糖液製造方法。
  13. 　請求項９乃至１２の何れか１つにおいて、
    　前記作物として、前記作物は、有害物質で汚染された汚染領域で前記有害物質に汚染又は前記有害物質を吸収した有害物質汚染作物を用いることを特徴とする糖液製造方法。
  14. 　請求項９乃至１３の何れか１つの糖液製造方法を用いて得られた糖液を発酵し、有価物を生成することを特徴とする発酵方法。
PCT/JP2011/076790 2011-11-21 2011-11-21 糖液製造装置、発酵システム、糖液製造方法及び発酵方法 WO2013076789A1 (ja)

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