成果報告書詳細
管理番号20160000000612
タイトル平成27年度成果報告書 非可食性植物由来化学品製造プロセス技術開発 電子・材料・ナノテクノロジー部実施事業の周辺技術・関連課題における小規模研究開発の実施 非可食性バイオマスを活用するスマート化学生産システムに関する調査
公開日2016/9/2
報告書年度2015 - 2015
委託先名公益社団法人化学工学会
プロジェクト番号P13006
部署名材料・ナノテクノロジー部
和文要約件名:平成27年度成果報告書 非可食性植物由来化学品製造プロセス技術開発/電子・材料・ナノテクノロジー部実施事業の周辺技術・関連課題における小規模研究開発の実施/非可食性バイオマスを活用するスマート化学生産システムに関する調査

 本報告書は,非可食性バイオマスを活用する地域分散型の化学生産システム(スマート化学生産システム;SCPS)に関する調査の結果を述べたものである。
 第1章では,本調査の委託先である化学工学会がSPCSを提案するに至った背景,SCPSの基本概念,本調査の主な目的と内容(以下の調査項目1ー4)について述べている。第2章,第3章および第4章は,それぞれ上記項目1,3および2の調査結果を述べたもので,項目4の調査で得られた知見を踏まえたものである。
項目1非可食性バイオマスの化学変換経路およびプロセス技術の調査と課題抽出
項目2エネルギー・環境・経済性能の複合的評価手法による技術・システム課題の抽出
項目3サプライチェーン・バリューチェーンの検討
項目4化学関連産業の現状調査
 第2章は,バイオマスの成分分離ならびバイオマス由来物質の化学変換,に関する既往の文献(約700)の網羅的調査を経て構築,開発した,「350種を超える化成品を含むC2ーC6化合物起点の化学変換経路(マップ)」,「各変換工程の詳細情報(データベース)」,および「化学変換経路を熱力学的に考察する元素組成・ΔG°複合ダイヤグラム」について述べている。 
第3章は,地域によるバイオマスの発生・集積速度,季節変動,周辺の化学関連産業の状況等の諸因子を包含したスーパーストラクチャリングと,これに基づくバリューチェーン・サプライチェーンの定量的シミュレーション(ダイナミックシミュレーション)手法の開発成果とシステムの最適化事例を述べ,さらに,SCPS成立の基盤要素である「地域森林からの持続的な木質バイオマス供給」に関する定量的検討の結果と提言,「エネルギー・物質等の融通による産業間連携」に関する具体的事例を述べている。
第4章は,発生するバイオマスの種別や地域の産業特性に応じたSCPSのオプションを定性的に示し,これを踏まえて開発したSCPSの経済・環境フィージビリティを複合的に評価するツールとしての「エネルギー・環境・経済性能ダイヤグラム」について述べている。さらに,同ダイヤグラムを木質バイオマスあるいはセルロース系廃棄物を原料とするリグニン(樹脂原料)・ナイロン6製造システム,木質バイオマス発電,バイオエタノール製造に適用した結果を述べている。

 以上を要するに,本調査を通じて,委託先である化学工学会は,バイオマス利活用を考える研究者,技術者,事業化,政策担当者等による地域におけるスマート化学生産システム成立条件検討,具体的な技術・システム課題の抽出を行う際の基本的な考え方を提示し,上記作業を支援するツールを設計,開発した。
英文要約Title:A feasibility study on Smart Chemical Production System based on nonedible biomass (FY2015)Final Report

The Society of Chemical Engineers, Japan (SCEJ) conducted survey and study on distributed chemical production systems, named Smart Chemical Production Systems (SCPS), in FY2015. This work was commissioned and fully funded by New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), Japan.
Chapter 1 describes the background, main purpose of this work that consisted of the following four tasks.
Task 1: Database construction on conversion of nonedible biomass into chemicals and resins
Task 2: Evaluation/examination of economic/environmental performances of SCPS
Task 3: Evaluation/examination of supply/value chains
Task 4: Investigation of current situations of chemical industries and related ones (as activity supporting Tasks 1-3)
Chapter 2 reports the results of Task 1, which collected and analyzed more than 700 academic papers and industrial reports. This task extracted more than 350 compounds (including polymers) that are derived from platform compounds (cellulose/hemicellulose based C2-C6 compounds and lignin monomers), and mapped those compounds. Another achievement of this task was development of a type of diagram that enables to see changes in the elemental composition and Gibbs free energy for individual chemical pathways.
Chapter 3 describes the achievement of Task 3. This task developed dynamic simulators that assumed superstructures of SCPS ranging from unstable occurrence of biomass to chemical products, examine all of the possible options, and then find optimum ones in terms of cost, productivity or other factors. This task also simulated production of woody biomass in forest areas of Japan in next 100 years, and thereby showed that well-planned afforestation, silviculture and deforestation enables sustainable timber production. Another achievement of this task was demonstration of effectiveness of energy/material accommodation among agriculture, forestry and industry with a specific area.
Chapter 4 reports the results of Task 2, which provides options of SCPS varying with type of biomass and existing local industries. Assuming such options, this task developed diagrams that visualize economic and environmental feasibility/performance of SPCS, and showed diagrams for a system producing a type of resin from woody biomass or paper sludge, bioethanol production and power generation by conventional combustion of woody biomass.
The database, simulators and diagrams will be available to researchers, engineers, entrepreneurs and policy makers, who consider, examine and/or design SCPS in specific areas.
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