成果報告書詳細
管理番号20130000000892
タイトル平成23年度-平成24年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(バイオマス) 多段糖化発酵技術を利用したバイオエタノール高効率生産技術開発と燃料利用
公開日2014/2/22
報告書年度2011 - 2012
委託先名日本環境設計株式会社 愛媛県産業技術研究所
プロジェクト番号P10020
部署名技術開発推進部
和文要約件名:平成23年度-平成24年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(バイオマス) 多段糖化発酵技術を利用したバイオエタノール高効率生産技術開発と燃料利用

衣料品(綿繊維)を原料とした、多段糖化/発酵技術によるバイオエタノールの製造の可能性を調査した。このために、研究室レベルでの多段糖化/発酵技術の最適化、得られた実証試験装置への適用およびバイオエタノールを利用したビジネスモデルの構築を実施した。セルロースを原料とした、酵素法によるバイオエタノール製造では、酵素反応により生成した単糖が酵素のはたらきを阻害することが問題となっている。この問題を解決するために、多段糖化/発酵プロセスでは、糖化によって増加した単糖を、単糖濃度が飽和に達した段階でエタノール発酵させる。これにより、単糖の濃度が低下し、再び酵素反応が始まる。まず、ビーカーレベルにて多段糖化/発酵の各条件の最適化を実施した。このために、糖化条件(pH、浴比、糖化時間、酵素添加量)をさまざまに変化させ、得られる単糖濃度が最大となる条件を明らかにした。単糖濃度が高めることにより、得られるエタノール濃度が高くなるため、効率的なバイオエタノール製造が可能となる。この結果、単糖濃度は、pH5、浴比1:10、糖化時間72 h、酵素添加量が基質の20 wt%のときに最大となると結論した。得られた糖化条件に基づいて、ビーカーレベルにおいて多段糖化/発酵プロセスを実施した。多段糖化/発酵プロセスとしては、糖化および発酵をそれぞれ2, 3, 4回実施するパターンを検討した結果、糖化および発酵の回数を増やすと、得られるエタノール濃度が向上したため、多段糖化/発酵プロセスの有用性が確認できた。さらに、多段糖化/発酵プロセスの各発酵が終了した段階で綿繊維を追加し、再度の糖化を実施したところ、最終的に得られるエタノール濃度が向上することがわかった。ビーカーレベルで明らかにした条件をスケールアップし、多段糖化/発酵プロセスの有効性を確認した。このために、500 kgの衣料品が処理できる実証プラントを設置し、家庭から回収した衣料品を用いて多段糖化/発酵プロセスを実施した。この実証試験においても、単糖濃度が飽和に達した段階でエタノール発酵を実施し、再び糖化したところ、単糖濃度が再び上昇することが明らかとなり、多段糖化/発酵プロセスの有効性を確認することができた。また、得られたバイオエタノールをエマルジョンボイラーに投入し、燃焼効率および重油使用量の削減効果を検証した。この検証では、バイオエタノールの添加率を10、12、14、15vol%と変化させて、 (1)前年同時期と導入後のデータ比較 (2)導入前1ヵ月間と導入後データとの比較で実施した。この結果、エタノール添加率が12vol%において、燃焼効率およびC重油削減効果がもっとも高くなることがわかった。技術開発と並行して、ビジネスプランのブラッシュアップをおこなった。ビジネスプランとしては、バイオエタノールを販売する方法および、バイオエタノールを利用して加工した製品を販売する方法について検討した。この結果として、「FUKU-FUKUプロジェクト」、「FUKU-FUKUユニフォームプロジェクト」、「今治コットンリサイクルプロジェクト」の3つのモデルを確立し、現在、事業化を進めている。
英文要約Title: New Energy Technology Research Development/New Energy Venture Business Technology Innovation Program (Biomass)/The efficient bioethanol productive technology development that utilizes multistage saccharification and fermentation, and use of the bioethanol fuel(FY2011-FY2012) FY2012 Final Report

A feasibility of a multi saccharification and fermentation method was evaluated. This method is expected to produce bioethanol with high efficiency avoiding inhibit of cellulase by glucose. To evaluate the feasibility of the method, following subjects were investigated.1. Optimizing conditions of saccharification process in lab scale examinations.2. Applying the optimized conditions to test plant examinations.3. Establishing business plans to exploit bioethanol which was obtained through the multi saccharification and fermentation method.One of the problems of an enzyme method to produce bioethanol from cellulose is inhibition of cellulase by glucose which is produced by a reaction of cellulase. As the result of the inhibition, saccharification does not progress further and efficiency of producing bioethanol decrease. To avoid this problem, the multi saccharification and fermentation method carry out ethanol fermentation when glucose density reaches a saturation value. Because of decreasing glucose density, saccharification can restart.First, saccharification conditions in lab scale examinations were optimized.In lab scale examinations, saccharification conditions of pH, liquor rate, saccharification time, and amount of addition of cellulase were varied and the changing of glucose densities for each condition were measured. In these examinations, cotton was carried out as cellulose material. From these examination results, we decided conditions which can obtain the highest glucose density. The glucose density is desirable to be higher to obtain high density ethanol solution. As the result of examination, we decided that pH is 5, liquor ratio is 10 : 1, saccharification time is 72 h and amount of addition of cellulase is 20 wt% of cotton as optimized contidions.Based on optimized saccharification conditions, the multi saccharification and fermentation process carried out in lab scale examinations. Then we examined some patterns of repeating saccharification and fermentation. As a result of examinations, we found that obtained ethanol density was increased with increasing the number of repeating of saccharification and fermentation. Furthermore, it was found that addition of cotton after each ethanol fermentation process increased final ethanol density.The optimized conditions which were revealed by lab scale examinations were applied to the test plant examination and the feasibility of the method was confirmed. To examine that, we located test plant which can deal with 500 kg of cloths. The examination at test plant also indicated that the multi saccharification and fermentation method was effective because the glucose density increased during second
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