成果報告書詳細
管理番号20140000000481
タイトル平成21年度-平成25年度成果報告書 バイオマスエネルギー技術研究開発 戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発事業(次世代技術開発) 微細藻由来のバイオジェット燃料製造に関する要素技術の開発
公開日2014/9/17
報告書年度2009 - 2013
委託先名JX日鉱日石エネルギー株式会社 株式会社ユーグレナ 株式会社日立製作所 学校法人慶應義塾大学先端生命科学研究所
プロジェクト番号P10010
部署名新エネルギー部
和文要約件名:平成21年度-平成25年度成果報告書 バイオマスエネルギー技術研究開発 戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発事業(次世代技術開発) 微細藻由来のバイオジェット燃料製造に関する要素技術の開発

Euglena gracilisはEuglena属の中でも高い増殖速度を示し、嫌気条件下におかれるとジェット燃料に適した組成の油脂を生産する。ユーグレナを原料としたバイオ燃料の製造は、培養、嫌気発酵、回収、乾燥、油脂抽出、油脂精製の各プロセスに分けられる。各プロセスに課題があるが、上流のプロセスである培養と嫌気発酵の効率向上、低コスト化が最も重要である。本研究では、培養工程と嫌気発酵工程に焦点をあてて要素技術の開発を行った。
 培養工程では、光合成の理論効率から増殖速度の目標値38g/(m2・d) に対し、屋内ビーカ培養では半連続培養法によって目標値を達成した。この結果を受けて大型化した10m2培養槽においても、40g/(m2・d)の増殖速度が得られた。次に屋外環境で25g/(m2・d)の目標値を設定し、25 m2培養槽を松戸と石垣島に設置した。屋外培養槽における培養では最大で25g/(m2・d)の増殖速度が得られたが、平均増殖速度は17g/(m2・d)であり,安定して高い増殖速度を得ることはできなかった。
 嫌気工程では、窒素欠乏培養を行うことにより嫌気処理前の藻体に対する油脂含有率33%という結果が得られ、屋内培養では油脂含有率30%以上の目標値を達成した。屋外培養で実施した窒素欠乏培養と嫌気処理ではワックスエステルを34%程含む油脂組成であることは確認できたものの油脂含有率が12%であり、目標値の30%には届かなかった。窒素欠乏培養における炭水化物含有率が低いことが原因と考えられ,生産性の課題を見出した。
 メタボローム解析により、屋内培養における増殖から嫌気発酵にいたる培養条件下での代謝物質量を測定し、代謝変化を予測した。その結果、嫌気発酵時の窒素栄養要求性が示唆された。また、野外培養における日中の代謝物質量の変化を比較したところ、時間帯による変化は少ない事が明らかとなり、今後、夜間や季節変化を調査するための基盤を得た。
 屋外培養において課題の残る結果となったが、培養槽構造の改良、低クロロフィル含有株の育種等により改善する見込みがあり、委託事業終了後も継続研究として目標値達成に向けた研究開発を実施する。
英文要約Title: Biomass Energy Technology Research and Development. Strategic Next Generation Biomass Energy Technology Used Development Project (Next Generation Technology Development). Development of Elemental Technology Concerning Bio-jet Fuel Manufacturing of Microalgae Origin(FY2010-FY2013)Final Report

The species Euglena gracilis of the genus Euglena has a higher growth rate and produces oil suitable for jet fuel in anaerobic condition. The process of oil production from euglena includes culture, anaerobic fermentation, collection of algae, drying, oil extraction, purification etc. Every step of the system has its own challenges but improvement in efficiency and cost down of the primary/upper process of culturing and anaerobic fermentation is the most important task. In this study, we developed core technologies with a focus on culture and anaerobic fermentation process.
In the culturing process, 38 g / (m2・d), the targeted growth rate from the theoretical photosynthesis efficiency has achieved by semi-continuous culture in laboratory. Further experiments demonstrated that E. gracilis grew at a rate of 40g/(m2・d) in a large container (surface area 10 m2). Next, outdoor pools with a surface area of 25 m2 were prepared in Matsudo and Ishigaki Island to test whether the alga can grow at a rate of 25 g/(m2・d). Although the maximum growth rate in these pools was 25 g/(m2・d), the algal growth was generally not as high as expected: the mean growth rate throughout the monitoring was 17 g/(m2・d).
 Anaerobiosis after nitrogen-limited culture induced accumulation of oils in algal cells; the oil fraction accounted for 33 % of the mass of pre-anaerobiosis cells, exceeding the standard oil content (30 %) that should be attained in laboratory experiments. In contrast, in an outdoor experiment, although nitrogen limitation followed by anaerobiosis produced oils containing 34 % of wax esters, the total amount of oils was only 12 % of the cell mass - well below the requirement. The low percentage of oils was assumed to be due to low production of carbohydrates in nitrogen-limited cultures.
 Metabolome analysis was conducted to measure the amount of metabolic products under culture conditions from the growth in a laboratory condition to the anaerobic fermentation, and the metabolic changes were predicted. The results suggested the necessity of nitrogen nutrition during the anaerobic fermentation. Additionally, the amount of metabolic products that were produced during daytime in outdoor cultures did not vary greatly with time. How the amount of metabolic products varies in nighttime or with season warrants further testing.
 Overall, the results of outdoor experiments were still unsatisfactory; however, attempts such as improving the structure of culture containers and developing strains with low chlorophyll contents would contribute to gain better results in the future experiments. Investigation will be continued, even after termination of the sponsored project, until the aforementioned goals are attained.
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