Title 木から自動車燃料を創る！

Author(s) 坂, 志朗; 河本, 晴雄; 南, 英治; Harifara, Rabemanolontsoa;趙, 媛媛; 美籐, 大輝; 吉永, 大輝

Citation 京都大学アカデミックデイ2018 : 研究者と立ち話（ポスター/展示） (2018)

Issue Date 2018-09-22

URL http://hdl.handle.net/2433/234892

Right

Type Presentation

Textversion author

Kyoto University

　　もし石油が無くなったら？

　　・木は地球上のバイオマスの ９０ ％以上を占める！

　　・木の蓄積量は石油埋蔵量の １.６ 倍！

　　・木の成長量は石油使用量の　４ 倍！（注：炭素換算。FAO 及び BP

統計などを基に推計）

　　木を使うには何が難しい？

電気・水道・ガス？ 自動車・飛行機？ プラスチック製品？

我々はバイオマスを石油の代わりに使うための研究に取り組んでいます！

バイオマスって何？ ⇒ 生物由来の資源のことです。

身の回りにはどんなバイオマスがあるでしょうか？

木材細胞壁の構造

二次壁内層

二次壁中層

二次壁外層

一次壁

細胞間層

細胞壁構成成分

のモデル

O

OH

OCH3

H3CO

CHOH

CH

CH2OH

O

CO(C6H10O5)nH

HC

CH2OH

O

OCH3

HC

CH

O

CH2OH

O

H3CO OCH3

HCCH2

CHCH2OH

CH2

CH2OH

OH

OCH3

CH2

CO

CH2OH

HC O

HC

CH2OH

O

HC

HC CH

O

H2C

CH2

CHO

OCH3

H3COOH

O CH

OCH3 CH2OH

HC O

OHH3CO

CHOHHC O

CH2OH OCH3

HCCHOCH2OH

H3CO OCH3

CHOHHC

CH2OH

OHOCH3

HC

HC

CH2OH

OOCH3

CH2

CO

CH2OH

HCHC CH

CHOH

OH

OCH3

O

OCH3

OCO

CH2

CHCH

CHO

COHC

CH2OH

リグニン

ヘミセルロース

セルロース

複雑な物理的構造

E. Sjostrom (1993) を基に作成

K. Freudenberg (1965)

( 図は針葉樹リグニンモデル）

複雑で強固な構造に起因して

　・物理的

　・熱化学的

　・生物化学的

な分解が難しいのが木の特徴

H. Harada, W.A. Cote Jr. (1985)複雑な化学的構造

グルコースを基本単位とした

直鎖状の多糖で、水素結合に

より強固な結晶構造を持つ。

複数の異なる種類の糖からなる

枝分かれ構造を持った非晶の多糖

（図はキシロースを主鎖とする

キシランの例）

芳香核を持つ三次元網目状の高分子化合物

O

O

HOOH

HO

OH

O

O

HO

O

OHO

O

OH

O

CH3O

O

O

HO

O

OHO

HO

OH

O

O

HO

O

OO

HO

OH

O

OHO

HO

OHO

OH

N. Ishida (1959)

バイオマスから創るガソリン代替燃料「バイオエタノール」

エタノール（エチルアルコール）はガソリンの代わりに使えます。バイオマスから

製造するエタノールはバイオエタノールと呼ばれ、世界各地で利用されています。

酢酸発酵による新しいバイオエタノール生産技術

我々の研究室では科学技術振興機構の助成を受け、酢酸発酵を用いた効率的なバイオ

エタノール生産技術の研究開発を推進しています。

実はバイオエタノールは食べられるバイオマスから作られています。食べられない

バイオマス（木など）から作った方が良いですがほとんど実用化していません。

糖蜜

（サトウキビなど）

でんぷん

（トウモロコシなど）

リグノセルロース

（木材など）

前処理

糖

化

ア

ル

コ

Ｉ

ル

発

酵

蒸

留

・

脱

水

バ

イ

オ

エ

タ

ノ

Ｉ

ル

酵母による発酵で糖から

エタノールを作ります。

（お酒造りと同じ）

加圧熱水

処理酢酸発酵

水素化

分解

バイオ

エタノール

蒸留

脱水

酸などの触媒を使わず

木材を分解

各種糖

糖分解物

リグニン由来物

酢酸

水溶液

ｴﾀﾉｰﾙ

水溶液

２種の酢酸発酵菌

Clostridium thermocellumClostridium thermoaceticum

ルイス酸担持金属触媒による

酢酸からの直接エタノール変換

CH3COOH ＋ 2 H2 → C2H5OH ＋ H2O　 酢酸 水素 ｴﾀﾉｰﾙ　　 水

C6H12O6（糖）　→

2 C2H5OH　＋　2 CO2

ｴﾀﾉｰﾙ　　 二酸化炭素

C6H12O6 → 3 CH3COOH 糖 酢酸

(CO2 を発生しない )

酢酸発酵では CO2 が発生しないため炭素を無駄にしません。また、木材からの様々な分解物

を酢酸へと変換できます。得られた酢酸は水素化分解でほぼ全てバイオエタノールに変換で

きます。そのため、従来のアルコール発酵法よりもたくさんのエタノールを生産できます。

木材の加圧熱水処理 酢酸発酵 水素化分解

加圧熱水処理で得た水可溶部

酢酸

セロオリゴ糖

C. thermocellum

エタノールH2

キシロオリゴ糖

加圧熱水処理

C. thermocellumC. thermoaceticum

各種中性糖ウロン酸

糖脱水化物及び断片化物有機酸

リグニン由来物CO2, H2

C. thermo-aceticum

リグノセルロース

M

M

塩浴 1

230℃

塩浴 2

270℃

水浴

25℃

水

ポンプ

冷却水

冷却器

背圧弁

反応器 (木材を充填)

攪拌機

スライダー 昇降機

セロオリゴ糖キシロオリゴ糖

各種中性糖ウロン酸

糖脱水化物糖断片化物

有機酸リグニン由来物

水可溶部

C2H5OHエタノール

H2 H2OCH3COOH

酢酸

直接水素化分解

0 20 40 60 80

水可

溶部

中の

分解

物濃

度（a.

u.）

処理時間（分）

温度

（℃

）

300250200150100500

1段目: 230℃/10MPa 2段目: 270℃/10MPa

ヘミセルロース及びリグニン由来物

セルロース由来物

基質: スギ由来の水可溶部（分解物濃度1g/L ）遊離 C. thermocellum 及び C. thermoaceticum の共生培養系

2000

20

40

60

80

100

0 50 100 150発酵時間 (hr)

酢酸

変換

効率

（m

ol%

）

pH 6.5

6.0

7.5

7.06.8

6.6温度 60℃

触媒量4wt%（対酢酸）, Ru : Sn : TiO2 = 4 : 4 : 100 w/w

O

O

O

O

Ti Ti

O OC

H

HH CH3

δ+

酢酸濃度(g/L)

反応時間（hr）

ｴﾀﾉｰﾙ収率(mol%)

10

25

45

100

12

12

24

24

98.2

93.7

92.7

92.6

Ru-Sn

� � �

木材など

（リグノセルロース）

C. thermocellum

スギの加圧熱水処理 酢酸発酵の pH 依存性

ルイス酸担持金属触媒

TiO2がルイス酸として働き

水素化分解反応を促進

(水溶液中でも反応が進行 )

Ru-Sn/TiO2や Ni-Sn/TiO2で選択的な水素化分解を確認

（Ni-Sn の方が安価）

（またはNi-Sn）

酢酸水溶液からのエタノール生産 (170℃/15MPa)

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