成果報告書詳細
管理番号20150000000018
タイトル平成22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) セルロース系繊維廃棄物からの省エネ型バイオエタノール製造技術開発
公開日2015/4/23
報告書年度2010 - 2012
委託先名学校法人関西大学 株式会社エコログ・リサイクリング・ジャパン 兵庫県立工業技術センター
プロジェクト番号P10020
部署名イノベーション推進部
和文要約件名:平成22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) セルロース系繊維廃棄物からの省エネ型バイオエタノール製造技術開発

本事業では、セルロース系繊維廃棄物からバイオエタノールを省エネ的に製造するためグルコール化、発酵、濃縮装置から成る新規なプラントを製造、販売することが主たる目的である。本事業で用いた膜分離技術は我々が開発した“温度差制御気化浸透法”である。この膜分離法は蒸留のような熱エネルギーを必要とせず、希薄エタノール水溶液中のエタノールを選択的に透過濃縮できる特徴をもっている。エレクトロスピニング法でポリエチレンテレフタレート(PET)シートを作成し、このシートをプレス処理すると、小さな孔径をもった膜が得られた。これらの膜を温度差制御気化浸透法に適用すると、希薄エタノール水溶液の濃縮に高い性能を示した。エタノール選択性の高い膜材料として知られているポリ[(1-トリメチルシリル)-1プロピン](PTMSP)の高い濃度のキャスト液から調製した多孔質PTMSP膜は温度差制御気化浸透法において高いエタノール濃縮性能を示した。また、PTMSP膜の膜厚はエタノール選択透過性に依存しないが、透過速度は膜厚の減少に伴い著しく増加した。供給液温度を40℃に保ち、膜周辺温度を変化させたとき、膜周辺温度の低下と共に透過液中のエタノール濃度は著しく増加し、透過速度は減少した。これらの基礎実験の結果からエネルギー的に有利な実用的な透過条件として、透過液温度を40℃, 膜周辺温度を0℃とした。また、疎水性多孔質高分子膜を用いた温度差制御気化浸透法(透過液温度を40 ℃、膜周辺温度を0℃)に10wt%のエタノール水溶液を適用すると透過液中のエタノール濃度は50wt%となり、さらに50wt%のエタノール水溶液を適用すると透過液中のエタノール濃度は80wt%、透過速度は1 kg/m2hrとなり、目標とした透過速度とエタノール濃縮性能を得ることができた。そこで、コットンセルロースからバイオエタノールを製造する小型プラントを製作するにあたり、新規なバイオエタノールプラントを設計した。このプラントでは、減圧下の温度差制御気化浸透装置上にエタノール発酵装置を連結したものである。すなわち、発酵装置が減圧状態になるため、エタノール発酵で生成する二酸化炭素が発酵系内から除去される結果、エタノール発酵が促進されることを確認した。さらに、バイオエタノールの濃縮の実用化を目指して疎水性多孔質中空糸膜を搭載したエタノール濃縮用ベンチプラントを製作した。本ベンチプラントはサーモスタットで温度制御ができる供給液タンク(30 ~ 70 ℃)、クールユニットで温度制御ができる中空糸膜ユニット(10 ~ -10℃)、ドライ真空ポンプを伴った水冷タワーから構成されている。中空糸膜の膜面積は20m2で、このベンチプラントには2本の中空糸膜ユニイトが直列に連結されている。このベンチプラントに発酵装置を連結した新規なシステムでバイオエタノールの濃縮が可能となる。
英文要約Title: New Energy Venture Business Technology Innovation Program / New Energy Venture Business Technology Innovation Program (Biomass) / Development of bio-ethanol manufacturing technique with energy saving from cellulosic fiber waste (FY2010-FY2012) Final Report

In this project, it is a main object to produce and sell a novel plant composed of glycolyzing, fermentation and concentration apparatus. The membrane separation technique in this project is “Temperature-Difference Controlled Evapomeation (TDEV)” which is not necessary the distillation energy and can selectively concentrate ethanol in dilute aqueous solutions of ethanol. Using electrospinning method, polyethylene terephthalate (PET) sheets were created and the press treatment to PET sheets gave membranes with smaller pore size. Those membranes showed a high membrane performance during TDEV. Porous poly[1-trimethylsilyl]-1-propyne] (PTMSP) membranes were prepared to concentrate aqueous dilute bio-ethanol solutions. The ethanol selectivity did not depend upon the PTMSP membrane thickness but the permeation rate increased significantly with decreasing membrane thickness. When the temperature of the feed liquid was kept at 40oC and the temperature of the membrane surroundings was changed, with decreasing temperature of the membrane surroundings, the ethanol concentration in the permeate increased remarkably and the permeation rate decreased. From these results, we determined the temperatures of the feed solution and membrane surroundings were 40 and 0oC, respectively as practical permeation conditions. Also, in the change of the ethanol concentration in the feed aqueous solutions of 10 and 50wt% ethanol were concentrated 50 and 80wt%, respectively and the permeation rate approached 1 kg/cm2h as a target value. In order to establish a small plant for bio-ethanol production from the cotton cellulose, we designed a novel bio-ethanol plant. In the plant, an ethanol fermentor was coupled onto a TDEV apparatus under the reduced pressure. Consequently the fermentor was designed to resist the reduced pressure. By using the completed fermentor, the amounts of ethanol production under the reduced pressure exceeded those under the atmospheric pressure. The result is considered that carbon dioxide was removed from the fermentation liquor under the reduced pressure. Consequently the ethanol formation was promoted. That is a new finding and a patent application would be possible. The bench plant for the ethanol concentration with hollow fiber membranes was built up. This plant is composed of the feed tank controlled by thermostat (30 ~ 70 oC), hollow fiber membrane unit controlled with cool unit (10 ~ -10oC), and water cooling tower with dry vacuum pump. The membrane area of the hollow fiber is 20 m2. Two hollow fiber membrane units in this bench plant can be connected in series. In near future, the concentration of bio-ethanol from the fermentation unit using this bench plant will be performed.
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