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木質系バイオマスの酵素糖化促進方法の開発

二軸押出機を用いた湿式アルカリ処理の効果

斎藤 祐二*1・山本 哲史*1・大場 美保*2・酒井 佳人*2

化石資源由来CO2による地球温暖化,化石資源枯渇が懸念されている現在,カーボンニュートラルな植物資源を用いたバイオリファイナリーが期待される。バイオリファイナリーの多くは植物資源から生成したグルコース等の単糖を用いて,石油製品と同等の性能を持つ燃料や各種化成品まで転換する技術である。植物資源の中でも木質系バイオマスは,その賦存量の多さとエネルギー密度の高さからバイオリファイナリー原料として有望である。しかし,稲わら等のソフトバイオマスと比較して結晶性が高く組織が複雑であるため,単糖まで効率的に糖化するのは困難であった。セルロースから単糖を得るには,熱水や酸,酵素等による加水分解が必要である。セルロースの加水分解の中でも酵素糖化方法は,エネルギー投与が少ない糖化方法であり,世界的にも研究開発が進められている。そこで,木質バイオマスの酵素糖化に着目し,酵素糖化性能を向上させる前処理方法としてプラスチック成型に用いられてきた二軸押出機による湿式アルカリ処理法の適用性を検討した。その結果,本手法による前処理によって,乾式微粉砕の前処理では達成できない極めて高い酵素糖化性能が得られることが明らかとなった。

キーワード:  バイオリファイナリー,木質系バイオマス,糖化,アルカリ,二軸押出機

*1 技術センター 建築技術研究所 環境研究室
*2 エンジニアリング本部 エネルギー・インフラグループ

Method of Promoting Enzymatic Saccharification of Woody Biomass

Effect of Wet Alkali Treatment Using a Two-axis Extrusion Machine

Yuji SAITO*1, Hirofumi YAMAMOTO*1, Miho OOBA*2 and Yoshihito SAKAI*2

One of the causes of global warming is the CO2 in fossil resources and the exhaustion of fossil resources. Bio-refineries, which produce fuel from plant resources, are expected to be carbon-neutral. Many of the technologies used by bio-refineries convert single sugars, such as the glucose produced by plants, into fuel or other materials that are functionally equivalent to petroleum products. Woody biomass is a promising bio-refinery material due to its large available quantities and high energy density, but it has a highly crystalline and complex structure that makes it more difficult to convert into a single sugar than soft biomasses, such as rice straw. Obtaining a single sugar from cellulose requires hydrolysis using high-temperature water, acid, enzymes, etc. Enzymatic saccharification using the hydrolysis method requires less energy so research and development of the technique is being pursued globally. In this study, the authors investigated the applicability of wet-alkali pretreatment using a two-axis plastic-goods extrusion machine to improve enzymatic saccharification. As a result, the high performance of enzymatic saccharification which cannot be attained in dry grinding is obtained by this method.

Keywords:  bio-refinery, woody biomass, saccharification, alkali, two-axis extrusion machine

*1 Environment Research Section, Building Engineering Research Institute, Technology Center
*2 Energy & Infrastructure Group, Engineering Division