JP2015157261A - Catalyst for saccharification and bioethanol producing device - Google Patents
Catalyst for saccharification and bioethanol producing device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015157261A JP2015157261A JP2014033856A JP2014033856A JP2015157261A JP 2015157261 A JP2015157261 A JP 2015157261A JP 2014033856 A JP2014033856 A JP 2014033856A JP 2014033856 A JP2014033856 A JP 2014033856A JP 2015157261 A JP2015157261 A JP 2015157261A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- saccharification
- catalyst
- carrier
- biomass
- treatment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 70
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 23
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 64
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 61
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 49
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 45
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 claims description 31
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims description 30
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims description 30
- 125000000020 sulfo group Chemical group O=S(=O)([*])O[H] 0.000 claims description 19
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 claims description 18
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 claims description 18
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 claims description 18
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 claims description 18
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 16
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 claims description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 26
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 11
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 17
- 235000010980 cellulose Nutrition 0.000 description 17
- 229920001542 oligosaccharide Polymers 0.000 description 17
- 150000002482 oligosaccharides Chemical class 0.000 description 17
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 17
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 16
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 15
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 12
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 12
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 10
- 125000003396 thiol group Chemical group [H]S* 0.000 description 10
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 9
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 235000001727 glucose Nutrition 0.000 description 7
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 7
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 6
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 6
- 239000011949 solid catalyst Substances 0.000 description 6
- 239000010893 paper waste Substances 0.000 description 5
- UUEWCQRISZBELL-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropane-1-thiol Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCS UUEWCQRISZBELL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GUBGYTABKSRVRQ-CUHNMECISA-N D-Cellobiose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)OC(O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-CUHNMECISA-N 0.000 description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 4
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 4
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 4
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011111 cardboard Substances 0.000 description 3
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 3
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 3
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 3
- 229920000856 Amylose Polymers 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108010059892 Cellulase Proteins 0.000 description 2
- 108010008885 Cellulose 1,4-beta-Cellobiosidase Proteins 0.000 description 2
- 229920002101 Chitin Polymers 0.000 description 2
- 241000238424 Crustacea Species 0.000 description 2
- SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N D-xylopyranose Chemical compound O[C@@H]1COC(O)[C@H](O)[C@H]1O SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000237852 Mollusca Species 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 2
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000010724 Wisteria floribunda Nutrition 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- -1 chitin Chemical class 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 2
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 2
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 2
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 2
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 2
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- HDTRYLNUVZCQOY-UHFFFAOYSA-N α-D-glucopyranosyl-α-D-glucopyranoside Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OC1C(O)C(O)C(O)C(CO)O1 HDTRYLNUVZCQOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OWEGMIWEEQEYGQ-UHFFFAOYSA-N 100676-05-9 Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OCC1C(O)C(O)C(O)C(OC2C(OC(O)C(O)C2O)CO)O1 OWEGMIWEEQEYGQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000945 Amylopectin Polymers 0.000 description 1
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 1
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 description 1
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 description 1
- 239000005715 Fructose Substances 0.000 description 1
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 description 1
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 1
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-PICCSMPSSA-N Maltose Natural products O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)OC(O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-PICCSMPSSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- HDTRYLNUVZCQOY-WSWWMNSNSA-N Trehalose Natural products O[C@@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O[C@@H]1O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O1 HDTRYLNUVZCQOY-WSWWMNSNSA-N 0.000 description 1
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 1
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- HDTRYLNUVZCQOY-LIZSDCNHSA-N alpha,alpha-trehalose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@H]1O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 HDTRYLNUVZCQOY-LIZSDCNHSA-N 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N arabinose Natural products OCC(O)C(O)C(O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N beta-D-Pyranose-Lyxose Natural products OC1COC(O)C(O)C1O SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 108010047754 beta-Glucosidase Proteins 0.000 description 1
- 102000006995 beta-Glucosidase Human genes 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-QUYVBRFLSA-N beta-maltose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O[C@H]2[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)O[C@@H]2CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-QUYVBRFLSA-N 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- FYGDTMLNYKFZSV-ZWSAEMDYSA-N cellotriose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)O[C@@H](O[C@@H]2[C@H](OC(O)[C@H](O)[C@H]2O)CO)[C@H](O)[C@H]1O FYGDTMLNYKFZSV-ZWSAEMDYSA-N 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000010794 food waste Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000002538 fungal effect Effects 0.000 description 1
- 150000002304 glucoses Chemical class 0.000 description 1
- 235000008216 herbs Nutrition 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000021309 simple sugar Nutrition 0.000 description 1
- 239000011973 solid acid Substances 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Saccharide Compounds (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
本発明の実施形態は、糖化用触媒およびバイオエタノール製造装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a saccharification catalyst and a bioethanol production apparatus.
バイオマスは、化石燃料を除いた生物由来の資源であり、自然界に豊富に存在する。バイオマスとして、例えば、木質材、草本、稲わら等の主成分であるセルロース類、小麦、トウモロコシ、米等に含まれるアミロース類、甲殻類の外骨格、軟体動物の殻皮の表面、菌類の細胞壁等の主成分であるキチン類等の多糖類が挙げられる。これらの多糖類は、食品廃棄物、下水汚泥、古紙、段ボール等にも多量に含まれており、有効利用が求められている。特に、これらの多糖類は、バイオエタノール等の燃料、石油代替材料等の産業利用に可能性を有する。 Biomass is a biological resource excluding fossil fuels and is abundant in nature. Biomass includes, for example, cellulose, which is the main component of wood, grass, rice straw, etc., amylose contained in wheat, corn, rice, etc., crustacean exoskeleton, mollusk shell skin, fungal cell walls And polysaccharides such as chitin, which are main components such as These polysaccharides are contained in large amounts in food waste, sewage sludge, waste paper, cardboard, and the like, and effective use is required. In particular, these polysaccharides have potential for industrial applications such as fuels such as bioethanol and petroleum substitute materials.
バイオマスは、例えば、糖化および発酵により、バイオエタノールの製造に用いられる。しかし、バイオマスとしての木質材等は、自然界に豊富に存在するが、強固な構造を有しており、リグニン等の除去が難しい不純物を含む。このため、バイオマスとして木質材等を用いる場合、糖化等に多くのエネルギーが必要となり、かつ糖化等の効率も必ずしも高くない。 Biomass is used for bioethanol production, for example, by saccharification and fermentation. However, woody materials and the like as biomass are abundant in nature, but have a strong structure and contain impurities that are difficult to remove such as lignin. For this reason, when using a wood material etc. as biomass, much energy is required for saccharification etc., and the efficiency of saccharification etc. is not necessarily high.
バイオマスとして木質材等を用いてバイオエタノールを製造する場合、製造費用を抑えるために、多量に製造することが好ましい。例えば、製造費用を抑えるために、年間10〜20万キロリットル程度を製造することが好ましい。しかし、バイオエタノールを多量に製造する場合、バイオマスとしての木質材等を広範囲から収集する必要があり、収集費用が増加する。このため、海外に大規模な製造装置を建設して、そこでバイオエタノールを製造し、輸入することが検討されている。 When bioethanol is produced using a woody material or the like as biomass, it is preferably produced in a large amount in order to reduce production costs. For example, it is preferable to manufacture about 100,000 to 200,000 kiloliters per year in order to reduce manufacturing costs. However, when producing a large amount of bioethanol, it is necessary to collect woody materials and the like as biomass from a wide range, and the collection cost increases. For this reason, it is considered to construct a large-scale manufacturing apparatus overseas and manufacture and import bioethanol there.
しかし、バイオマスの有効利用の観点からは、バイオマスが生産された地域で当該バイオマスを消費する、いわゆる地産地消が好ましい。地産地消には、小規模かつ高効率の製造装置が必要となる。小規模の製造装置の場合、製造装置を各地に分散でき、バイオマスの収集費用を低減できる。また、高効率の製造装置の場合、従来と同量のバイオマスから従来よりも多くのバイオエタノールを製造でき、結果として製造費用が抑えられる。従って、小規模かつ高効率の製造装置によれば、バイオマスの地産地消が可能となる。 However, from the viewpoint of effective use of biomass, so-called local production for local consumption in which the biomass is consumed in an area where the biomass is produced is preferable. Local production for local consumption requires small and highly efficient manufacturing equipment. In the case of a small-scale manufacturing apparatus, the manufacturing apparatus can be distributed in various places, and the collection cost of biomass can be reduced. In addition, in the case of a highly efficient production apparatus, more bioethanol can be produced from the same amount of biomass as before, and as a result, production costs can be reduced. Therefore, according to the small-scale and highly efficient manufacturing apparatus, biomass can be locally produced and consumed locally.
セルロース類からバイオエタノールを製造する場合、前処理、糖化処理、発酵処理、濃縮処理等が行われる。これらの中でも、糖化処理は、最も多くのエネルギーを必要とし、高効率化が求められている。 When bioethanol is produced from celluloses, pretreatment, saccharification treatment, fermentation treatment, concentration treatment, and the like are performed. Among these, saccharification treatment requires the most energy and high efficiency is required.
糖化処理の方法として、強酸、強アルカリを用いる方法、酵素を用いる方法、イオン液体を用いる方法、これらを組み合わせた方法が研究されている。近年、これらの中でも、酵素を用いる方法が研究されている。しかし、酵素を用いる場合、酵素を効率よく反応させるために粉砕または低結晶化処理等の前処理が必要となり、この前処理に多くのエネルギーが必要となる。また、酵素を用いる場合、酵素の価格が高いことから、製造費用を抑えることが容易でない。 As a saccharification treatment method, a method using a strong acid or strong alkali, a method using an enzyme, a method using an ionic liquid, or a method combining these has been studied. In recent years, among these, methods using enzymes have been studied. However, when an enzyme is used, a pretreatment such as pulverization or a low crystallization treatment is required to efficiently react the enzyme, and this pretreatment requires a lot of energy. Moreover, when using an enzyme, since the price of an enzyme is high, it is not easy to suppress manufacturing cost.
糖化処理の方法として、固体触媒を用いる方法も検討されている。固体触媒の場合、繰り返して糖化処理に使用できることから、酵素の場合に比べて製造費用が抑えられる。しかし、固体触媒の粒子径は、数十μm以下と非常に小さい。このため、例えば、糖化処理後、糖化処理により得られた糖化液中に固体触媒が浮遊して、固体触媒を含む糖化液から糖化液だけを分離、回収することが容易でない。糖化液の分離、回収に遠心分離を行うことも考えられるが、遠心分離を行うためには追加のエネルギーが必要となる。また、固体触媒には、低温、低圧、短時間の条件で糖化できることも求められる。 As a saccharification treatment method, a method using a solid catalyst has also been studied. In the case of a solid catalyst, since it can be repeatedly used for the saccharification treatment, the production cost can be reduced compared to the case of an enzyme. However, the particle diameter of the solid catalyst is as small as several tens of μm or less. For this reason, for example, after the saccharification treatment, the solid catalyst floats in the saccharification solution obtained by the saccharification treatment, and it is not easy to separate and recover only the saccharification solution from the saccharification solution containing the solid catalyst. Centrifugation may be performed for separation and recovery of the saccharified solution, but additional energy is required to perform centrifugation. The solid catalyst is also required to be saccharified under conditions of low temperature, low pressure and short time.
本発明が解決しようとする課題は、糖化液の分離、回収が容易で、かつ糖化反応も十分に促進できる糖化用触媒およびバイオエタノール製造装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a saccharification catalyst and a bioethanol production apparatus capable of easily separating and recovering a saccharified solution and sufficiently promoting a saccharification reaction.
実施形態の糖化用触媒は、担体と、活性点とを有する。担体は、0.2〜5mmの粒子径かつ100〜1200m2/gの比表面積を有する。活性点は、担体の表面に設けられる。 The saccharification catalyst of the embodiment has a carrier and an active site. The carrier has a particle size of 0.2-5 mm and a specific surface area of 100-1200 m 2 / g. The active site is provided on the surface of the carrier.
以下、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
実施形態の糖化用触媒は、バイオマスの糖化処理に用いられるものであって、バイオマスの糖化反応を促進するものである。実施形態の糖化用触媒は、担体と、活性点とを有する。担体は、0.2〜5mmの粒子径かつ100〜1200m2/gの比表面積を有する。活性点は、担体の表面に設けられる。 The saccharification catalyst of the embodiment is used for saccharification treatment of biomass and promotes saccharification reaction of biomass. The saccharification catalyst of the embodiment has a carrier and an active site. The carrier has a particle size of 0.2-5 mm and a specific surface area of 100-1200 m 2 / g. The active site is provided on the surface of the carrier.
なお、担体の表面には、外部に露出する表面(外表面)だけでなく、外部に開口する細孔の表面(内表面)が含まれる。活性点は、上記した外表面および内表面から選ばれる少なくとも一方に設けられていればよいが、外表面および内表面の双方に設けられることが好ましい。 The surface of the carrier includes not only the surface exposed to the outside (outer surface) but also the surface of the pores (inner surface) opening to the outside. The active point may be provided on at least one selected from the above-described outer surface and inner surface, but is preferably provided on both the outer surface and the inner surface.
実施形態の糖化用触媒によれば、担体の粒子径が0.2〜5mmと大きいことから、例えば、糖化処理後に静置した場合、糖化液中を沈降して下部に堆積しやすくなる。これにより、糖化処理後に糖化用触媒を含む糖化液から糖化液だけを分離、回収することが容易になる。また、これにより、分離、回収に必要なエネルギーも低減できる。なお、一般に、担体の粒子径が大きくなると、担体の比表面積が小さくなるために活性点が減少する。しかし、実施形態の糖化用触媒によれば、多孔質構造による細孔等により、担体の比表面積が100〜1200m2/gと大きいことから、活性点も十分に確保でき、バイオマスの糖化反応を十分に促進できる。 According to the saccharification catalyst of the embodiment, since the particle diameter of the carrier is as large as 0.2 to 5 mm, for example, when the carrier is allowed to stand after the saccharification treatment, the saccharification liquid is easily settled and deposited in the lower part. Thereby, it becomes easy to separate and collect only the saccharified solution from the saccharified solution containing the saccharification catalyst after the saccharification treatment. This also reduces the energy required for separation and recovery. In general, when the particle size of the carrier is increased, the specific surface area of the carrier is reduced, so that the active sites are reduced. However, according to the saccharification catalyst of the embodiment, the specific surface area of the carrier is as large as 100 to 1200 m 2 / g due to pores due to the porous structure, etc., so that the active site can be sufficiently secured, and the saccharification reaction of biomass can be performed. It can be promoted sufficiently.
担体は、例えば、多孔質構造を有し、かつ球形を有する。担体の粒子径が0.2mm未満の場合、糖化処理後に糖化用触媒を含む糖化液から糖化液だけを分離、回収することが容易でない。担体の粒子径が0.2mm以上の場合、例えば、糖化液中を糖化用触媒が沈降して下部に堆積しやすいために、上部の糖化液と下部の糖化用触媒とに分離され、上部の糖化液を回収することにより、糖化用触媒を含む糖化液から糖化液だけを回収できる。糖化液の分離、回収が容易になる観点から、担体の粒子径は、0.5mm以上が好ましく、1.0mm以上がより好ましく、1.5mm以上がさらに好ましい。また、担体の粒子径が5mmを超える場合、比表面積が小さくなりやすく、これにより活性点が減少しやすい。比表面積、活性点を確保する観点から、担体の粒子径は、4.8mm以下が好ましく、4.5mm以下がより好ましく、4.3mm以下がより好ましい。粒子径の測定は、例えば、粒度分布測定、ふるい分けにより行われる。 The carrier has, for example, a porous structure and a spherical shape. When the particle diameter of the carrier is less than 0.2 mm, it is not easy to separate and recover only the saccharified solution from the saccharified solution containing the saccharification catalyst after the saccharification treatment. When the particle diameter of the carrier is 0.2 mm or more, for example, the saccharification catalyst settles in the saccharified solution and easily deposits in the lower part. Therefore, the carrier is separated into an upper saccharified solution and a lower saccharification catalyst. By collecting the saccharified solution, only the saccharified solution can be collected from the saccharified solution containing the saccharification catalyst. From the viewpoint of easy separation and recovery of the saccharified solution, the carrier particle diameter is preferably 0.5 mm or more, more preferably 1.0 mm or more, and further preferably 1.5 mm or more. Moreover, when the particle diameter of a support | carrier exceeds 5 mm, a specific surface area tends to become small and, thereby, an active point tends to reduce. From the viewpoint of securing the specific surface area and active sites, the particle size of the carrier is preferably 4.8 mm or less, more preferably 4.5 mm or less, and even more preferably 4.3 mm or less. The particle size is measured by, for example, particle size distribution measurement or sieving.
担体の比表面積が100m2/g未満の場合、活性点が少なくなる。活性点を確保する観点から、担体の比表面積は、200m2/g以上が好ましく、300m2/g以上がより好ましく、400m2/g以上がさらに好ましく、500m2/g以上が特に好ましい。また、担体の比表面積が1200m2/gを超える場合、担体の粒子径が小さくなりやすく、糖化処理後に糖化用触媒を含む糖化液から糖化液だけを分離、回収することが容易でない。糖化液の分離、回収が容易になる観点から、担体の比表面積は、1000m2/g以下が好ましく、800m2/g以下がより好ましく、600m2/g以下がさらに好ましい。なお、比表面積は、窒素吸着法により測定される。 When the specific surface area of the carrier is less than 100 m 2 / g, the active sites are reduced. From the viewpoint of securing the active sites, the specific surface area of the support is preferably from 200 meters 2 / g or more, more preferably at least 300m 2 / g, 400m 2 / g or more and more preferably, 500 meters 2 / g or more is particularly preferable. Further, when the specific surface area of the carrier exceeds 1200 m 2 / g, the particle size of the carrier tends to be small, and it is not easy to separate and recover only the saccharified solution from the saccharified solution containing the saccharification catalyst after the saccharification treatment. Separation of sugar solution, from the viewpoint of recovery is facilitated, specific surface area of the support is preferably 1000 m 2 / g or less, more preferably 800 m 2 / g, more preferably 600 meters 2 / g or less. The specific surface area is measured by a nitrogen adsorption method.
担体の細孔容積は、比表面積を増加させて活性点を多くする観点から、0.2cm3/g以上が好ましく、0.4cm3/g以上がより好ましく、0.6cm3/g以上がさらに好ましい。また、担体の細孔容積は、担体の強度等を確保する観点から、2.0cm3/g以下が好ましく、1.8cm3/g以下がより好ましく、1.5cm3/g以下がさらに好ましい。なお、細孔容積は、窒素吸着法により測定される。 The pore volume of the support is preferably 0.2 cm 3 / g or more, more preferably 0.4 cm 3 / g or more, and 0.6 cm 3 / g or more from the viewpoint of increasing the specific surface area and increasing the active sites. Further preferred. Further, the pore volume of the support, from the viewpoint of ensuring the strength of the carrier and the like, is preferably from 2.0 cm 3 / g, more preferably not more than 1.8 cm 3 / g, more preferably 1.5 cm 3 / g or less . The pore volume is measured by a nitrogen adsorption method.
担体の構成材料は、熱的安定性、機械的強度等が良好であることから、無機材料が好ましく、無機酸化物がより好ましい。担体の構成材料は、特に、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化チタン、およびゼオライトから選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。 The constituent material of the carrier is preferably an inorganic material and more preferably an inorganic oxide because it has good thermal stability, mechanical strength, and the like. In particular, the constituent material of the carrier preferably contains at least one selected from aluminum oxide, silicon oxide, zirconium oxide, titanium oxide, and zeolite.
このような担体としては、粒子径、比表面積、細孔容積等を満たせば、各種の方法により製造されたものが用いられる。また、このような担体としては、市販品を用いることもできる。市販品としては、例えば、富士シリシア化学社製の多孔質シリカ粒子(粒子径2〜4mm、比表面積550m2/g、細孔容積0.6cm3/g)が挙げられる。上記多孔質シリカ粒子は、水中等に浸漬した場合に発生する割れが抑えられることから、特に糖化用触媒の担体として好ましい。 As such a carrier, those produced by various methods can be used as long as the particle diameter, specific surface area, pore volume and the like are satisfied. Moreover, a commercial item can also be used as such a support | carrier. Examples of commercially available products include porous silica particles (particle diameter 2 to 4 mm, specific surface area 550 m 2 / g, pore volume 0.6 cm 3 / g) manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd. The porous silica particles are particularly preferable as a carrier for a saccharification catalyst because cracks generated when immersed in water or the like are suppressed.
活性点は、担体の表面に設けられて、バイオマスの糖化反応を促進する。活性点は、外部に露出する表面(外表面)および外部に開口する細孔の表面(内表面)から選ばれる少なくとも一方に設けられていればよいが、外表面および内表面の双方に設けられることが好ましい。外表面および内表面の双方に設けられることにより、バイオマスの糖化反応を効果的に促進できる。また、活性点は、外表面および内表面の双方に多数設けられることが好ましい。 The active sites are provided on the surface of the carrier to promote biomass saccharification reaction. The active point may be provided on at least one selected from the surface exposed to the outside (outer surface) and the surface of the pores opening to the outside (inner surface), but is provided on both the outer surface and the inner surface. It is preferable. By being provided on both the outer surface and the inner surface, the saccharification reaction of biomass can be effectively promoted. Moreover, it is preferable that many active sites are provided on both the outer surface and the inner surface.
活性点は、糖化反応を促進する機能を有するものであればよいが、酸性を有する点(酸点)が好ましい。酸点は、担体の表面に化学的に結合された官能基を有することが好ましく、特に官能基としてスルホ基を有することが好ましい。スルホ基を有する場合、固体酸となり、超強酸性を示す。これにより、バイオマスに高効率でプロトンを供与でき、糖化反応を効果的に促進できる。 The active site is not particularly limited as long as it has a function of promoting a saccharification reaction, but an acidic site (acid site) is preferable. The acid point preferably has a functional group chemically bonded to the surface of the carrier, and particularly preferably has a sulfo group as the functional group. When it has a sulfo group, it becomes a solid acid and exhibits super strong acidity. Thereby, a proton can be donated to biomass with high efficiency, and a saccharification reaction can be effectively promoted.
スルホ基は、担体の表面にスルホ基以外の官能基を化学的に結合させ、この官能基を酸化させて得られるものが好ましい。スルホ基以外の官能基は、例えば、担体の表面に存在する水酸基に化学的に結合される。スルホ基以外の官能基としては、例えば、チオール基が好ましい。チオール基の酸化により得られるスルホ基の場合、担体とスルホ基との結合が非常に強固になることから、バイオマスの糖化反応中に担体からスルホ基が脱離することが抑えられる。 The sulfo group is preferably obtained by chemically bonding a functional group other than the sulfo group to the surface of the carrier and oxidizing the functional group. Functional groups other than sulfo groups are chemically bonded to, for example, hydroxyl groups present on the surface of the support. As the functional group other than the sulfo group, for example, a thiol group is preferable. In the case of a sulfo group obtained by oxidation of a thiol group, the bond between the support and the sulfo group becomes very strong, and therefore, the release of the sulfo group from the support during the saccharification reaction of biomass can be suppressed.
スルホ基の導入は、例えば、以下のようにして行われる。まず、乾燥炉を用いて、担体を100〜120℃で数時間乾燥させる。別途、有機溶媒に表面修飾剤を十分溶解させて修飾液を調製する。有機溶媒としては、例えば、トルエン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール等が用いられる。表面修飾剤としては、例えば、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のチオール基を有するシランカップリング剤が用いられる。 Introduction of a sulfo group is performed as follows, for example. First, a support | carrier is dried at 100-120 degreeC for several hours using a drying furnace. Separately, a modification liquid is prepared by sufficiently dissolving the surface modifier in an organic solvent. As the organic solvent, for example, toluene, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, butanol and the like are used. As the surface modifier, for example, a silane coupling agent having a thiol group such as 3-mercaptopropyltrimethoxysilane is used.
その後、修飾液に担体を浸漬する。このとき、担体の細孔の表面にも修飾液が接触するように、真空脱気を行うことが好ましい。浸漬後、常温〜95℃程度で3〜48時間の撹拌を行う。温度によっては、修飾液が揮発することから、必要に応じて還流管を用いて修飾液が揮発しないようにする。 Thereafter, the carrier is immersed in the modifying solution. At this time, it is preferable to perform vacuum deaeration so that the modification solution also contacts the surface of the pores of the carrier. After immersion, stirring is performed at room temperature to about 95 ° C. for 3 to 48 hours. Depending on the temperature, the modifying liquid volatilizes, so that the modifying liquid is prevented from volatilizing using a reflux tube as necessary.
撹拌後、修飾液を除去してもよいし、修飾液が蒸発するまで撹拌してもよい。これにより、担体の水酸基と表面修飾剤の末端とが結合され、表面にチオール基が結合された担体が得られる。なお、表面にチオール基が結合された担体は、修飾液を除去するために、必要に応じて純水による洗浄が行われる。 After the stirring, the modifying solution may be removed or stirred until the modifying solution evaporates. Thereby, the hydroxyl group of a support | carrier and the terminal of a surface modifier are couple | bonded, and the support | carrier with which the thiol group was couple | bonded with the surface is obtained. The carrier having a thiol group bonded to the surface is washed with pure water as necessary in order to remove the modification solution.
表面にチオール基が結合された担体は、例えば、酸化剤に浸漬して、50〜100℃で1〜12時間の撹拌を行う。酸化剤としては、過酸化水素、硝酸、塩酸等の水溶液が挙げられる。これにより、チオール基がスルホ基に変換されて、表面にスルホ基が結合された担体が得られる。表面にスルホ基が結合された担体には、酸化剤を除去するために、必要に応じて純水による洗浄が行われる。また、表面にスルホ基が結合された担体には、必要に応じて、常温〜105℃程度で12〜96時間程度の乾燥が行われる。これにより、糖化用触媒が得られる。 The carrier having a thiol group bonded to the surface is, for example, immersed in an oxidizing agent and stirred at 50 to 100 ° C. for 1 to 12 hours. Examples of the oxidizing agent include aqueous solutions of hydrogen peroxide, nitric acid, hydrochloric acid, and the like. Thereby, the support | carrier with which the thiol group was converted into the sulfo group and the sulfo group was couple | bonded with the surface is obtained. The carrier having a sulfo group bonded to the surface is washed with pure water as necessary in order to remove the oxidizing agent. In addition, the carrier having a sulfo group bonded to the surface is dried at room temperature to about 105 ° C. for about 12 to 96 hours, if necessary. Thereby, the catalyst for saccharification is obtained.
なお、糖化用触媒は、バイオマスの糖化反応を効果的に促進できる観点から、上記したようなチオール基の酸化により得られるスルホ基を有するものが好ましいが、例えば、担体を単に硫酸またはリン酸を含む溶液中に浸漬して得られるものでもよい。 The saccharification catalyst preferably has a sulfo group obtained by oxidation of the thiol group as described above from the viewpoint of effectively accelerating the saccharification reaction of biomass. For example, the carrier is simply treated with sulfuric acid or phosphoric acid. What is obtained by immersing in the solution to contain may be sufficient.
糖化用触媒は、例えば、0.1〜5.0mmol/gの表面酸量を有することが好ましい。このような表面酸量を有することにより、バイオマスの糖化反応を効果的に促進できる。表面酸量は、1.5〜5.0mmol/gがより好ましく、2.0〜5.0mmol/gがさらに好ましい。 The saccharification catalyst preferably has a surface acid amount of, for example, 0.1 to 5.0 mmol / g. By having such a surface acid amount, the saccharification reaction of biomass can be effectively promoted. The surface acid amount is more preferably 1.5 to 5.0 mmol / g, and further preferably 2.0 to 5.0 mmol / g.
糖化用触媒の比表面積は、100m2/g以上が好ましく、200m2/g以上がより好ましく、300m2/g以上がさらに好ましく、400m2/g以上が特に好ましい。また、糖化用触媒の比表面積は、1200m2/g以下が好ましく、1000m2/g以下がより好ましく、800m2/g以下がさらに好ましく、600m2/g以下が特に好ましい。 The specific surface area of the saccharification catalyst is preferably at least 100 m 2 / g, more preferably at least 200 meters 2 / g, more preferably more than 300m 2 / g, 400m 2 / g or more is particularly preferable. The specific surface area of the saccharification catalyst is preferably 1200 m 2 / g or less, more preferably 1000 m 2 / g, more preferably 800 m 2 / g or less, and particularly preferably 600m 2 / g.
糖化用触媒の細孔容積は、0.2cm3/g以上が好ましく、0.4cm3/g以上がより好ましく、0.6cm3/g以上がさらに好ましい。また、糖化用触媒の細孔容積は、1.8cm3/g以下が好ましく、1.2cm3/g以下がより好ましく、1.0cm3/g以下がさらに好ましい。 The pore volume of the saccharification catalyst is preferably 0.2 cm 3 / g or more, more preferably 0.4 cm 3 / g or more, and further preferably 0.6 cm 3 / g or more. Further, the pore volume of the saccharification catalyst is preferably at most 1.8 cm 3 / g, more preferably not more than 1.2 cm 3 / g, more preferably 1.0 cm 3 / g or less.
次に、上記糖化用触媒を用いたバイオエタノールの製造について説明する。
バイオエタノールは、例えば、前処理、糖化処理、発酵処理、ろ過処理、濃縮処理をこの順に行って製造される。
Next, production of bioethanol using the saccharification catalyst will be described.
Bioethanol is produced, for example, by performing pretreatment, saccharification treatment, fermentation treatment, filtration treatment, and concentration treatment in this order.
バイオエタノールの製造に用いられるバイオマスは、生物由来の資源であって、化石燃料を除いたものである。バイオマスとしては、例えば、古紙、ダンボール、木本、草本等を構成するセルロースまたはヘミセルロース、デンプンを構成するアミロースまたはアミロペクチン、甲殻類の外骨格、軟体動物の殻皮の表面、菌類の細胞壁を構成するキチンまたはキトサン等の多糖類が挙げられる。 Biomass used for the production of bioethanol is a biological resource, excluding fossil fuels. Examples of biomass include cellulose or hemicellulose that constitutes waste paper, cardboard, wood, herbs, amylose or amylopectin that constitutes starch, crustacean exoskeleton, mollusk shell, surface of fungi Examples include polysaccharides such as chitin or chitosan.
バイオマスからは、単糖類、オリゴ糖類等の可溶性糖類、低分子化された多糖類等が得られる。単糖類は、単純糖とも称され、それ以上は加水分解されない糖類である。単糖類としては、グルコース、フルクトース、キシロース等が挙げられる。オリゴ糖類は、単糖類どうしがグリコシド結合により結合した化合物であって、多糖類ほど分子量が大きくない糖類(少糖類ともいう)である。オリゴ糖類は、例えば、2以上10未満の単糖が結合した糖類である。また、オリゴ糖類は、例えば、300〜3000程度の分子量を有する糖類である。オリゴ糖類としては、マルトース、スクロース、セロビオース、トレハロース等が挙げられる。多糖類は、単糖類およびオリゴ糖類を除くものであって、これらよりも分子量が大きい糖類である。 From biomass, soluble saccharides such as monosaccharides and oligosaccharides, low molecular weight polysaccharides and the like are obtained. Monosaccharides are also referred to as simple sugars and are not further hydrolyzed. Examples of monosaccharides include glucose, fructose, and xylose. Oligosaccharides are saccharides (also called oligosaccharides), which are compounds in which monosaccharides are linked by glycosidic bonds and have a molecular weight that is not as great as that of polysaccharides. The oligosaccharide is, for example, a saccharide in which 2 or more and less than 10 monosaccharides are bound. The oligosaccharide is a saccharide having a molecular weight of about 300 to 3000, for example. Examples of oligosaccharides include maltose, sucrose, cellobiose, and trehalose. The polysaccharide is a saccharide excluding monosaccharides and oligosaccharides and having a molecular weight larger than these.
例えば、セルロースは、多数のグルコースが分子間でβ−1,4グリコシド結合して生じた鎖状高分子化合物である。セルロースにおいては、1つのグルコースの1位の水酸基と別のグルコースの4位の水酸基とが脱水縮合することにより、多数のグルコースが結合している。また、セルロースにおいては、セルロース間に水素結合が形成されることにより、非常に強固な構造体となる。セルロースが糖化された場合、1,4−グリコシド結合が切断され、単糖、オリゴ糖等の可溶性糖類、低分子化された多糖類が生成する。 For example, cellulose is a chain polymer compound formed by β-l, 4 glycosidic bonds between many glucose molecules. In cellulose, a number of glucoses are bonded together by dehydration condensation between the hydroxyl group at the 1-position of one glucose and the hydroxyl group at the 4-position of another glucose. In addition, in cellulose, a hydrogen bond is formed between celluloses to form a very strong structure. When cellulose is saccharified, 1,4-glycosidic bonds are cleaved to produce soluble saccharides such as monosaccharides and oligosaccharides, and low molecular weight polysaccharides.
前処理は、必ずしも必要ではないが、バイオマスの構成成分により必要に応じて行われる。例えば、リグニン等を含む木質材の場合、粉砕処理、アンモニアまたは水酸化ナトリウムを用いたアルカリ処理等の前処理が行われることが好ましい。前処理が行われることにより、その後の糖化処理における糖化反応が促進される。一方、セルロースの含有割合が大きい古紙、ダンボール等の場合、前処理が行われずに糖化処理が行われてもよい。 The pretreatment is not necessarily required, but is performed according to the components of the biomass as necessary. For example, in the case of a wood material containing lignin or the like, it is preferable to perform a pretreatment such as a pulverization treatment or an alkali treatment using ammonia or sodium hydroxide. By performing the pretreatment, the saccharification reaction in the subsequent saccharification treatment is promoted. On the other hand, in the case of used paper, cardboard, etc. with a high cellulose content, saccharification may be performed without performing pretreatment.
前処理に必要とされるエネルギーは、糖化処理に酵素を用いる場合に比べて、糖化処理に糖化用触媒を用いる場合の方が少ない。セルロースの結晶度が高い場合、またはリグニン等の成分を多く含む場合、酵素を用いると糖化反応が容易に進行しない。これに対して、糖化用触媒を用いると、活性点の触媒活性が高いことから糖化反応が進行しやすい。このため、糖化処理に糖化用触媒を用いることにより、糖化処理に酵素を用いる場合に比べて、前処理に必要とされるエネルギーを少なくできる。 The energy required for the pretreatment is less when the saccharification catalyst is used for the saccharification treatment than when the enzyme is used for the saccharification treatment. When the crystallinity of cellulose is high, or when it contains a large amount of components such as lignin, the saccharification reaction does not proceed easily when an enzyme is used. On the other hand, when a saccharification catalyst is used, the saccharification reaction easily proceeds because the catalytic activity at the active site is high. For this reason, by using the saccharification catalyst for the saccharification treatment, the energy required for the pretreatment can be reduced as compared with the case of using an enzyme for the saccharification treatment.
ここで、糖化反応は、糖化用触媒(特に活性点)とバイオマスとの接触が多くなるほど進行する。従って、前処理の方法としては、糖化用触媒とバイオマスとの接触が多くなり、少ないエネルギーでも糖化反応が進行するように、バイオマスの構成成分等に応じた方法が採用されることが好ましい。 Here, the saccharification reaction proceeds as the contact between the saccharification catalyst (particularly the active site) and the biomass increases. Therefore, as a pretreatment method, it is preferable to employ a method according to the constituent components of the biomass so that the contact between the saccharification catalyst and the biomass increases and the saccharification reaction proceeds even with a small amount of energy.
糖化処理は、バイオマスに含まれる多糖類をこれよりも低分子化された糖類とする。具体的には、多糖類の加水分解により、これよりも低分子化された糖類とする。糖化処理は、例えば、水分と糖化用触媒との存在下、バイオマスを撹拌して行われる。糖化処理により、単糖類、オリゴ糖類等の可溶性糖類、低分子化された多糖類等を含む糖化液が得られる。糖化液は、特に、単糖類〜六糖類から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。 In the saccharification treatment, the polysaccharide contained in the biomass is converted to a saccharide having a lower molecular weight. Specifically, a saccharide having a molecular weight lower than that due to hydrolysis of the polysaccharide is used. The saccharification treatment is performed, for example, by stirring the biomass in the presence of moisture and a saccharification catalyst. By saccharification treatment, a saccharified solution containing soluble saccharides such as monosaccharides and oligosaccharides, low molecular weight polysaccharides and the like is obtained. In particular, the saccharified solution preferably contains at least one selected from monosaccharides to hexasaccharides.
糖化処理の温度は、30〜220℃が好ましい。温度が30℃以上の場合、糖化反応が進行しやすい。温度は、糖化反応が進行しやすいことから、50℃以上がより好ましい。温度は、220℃もあれば十分であり、これ以下であると、エネルギーの使用量が少なくなり、製造費用が抑えられるために好ましい。温度は、製造費用が抑えられることから、200℃以下がより好ましく、150℃以下がさらに好ましい。 The temperature of the saccharification treatment is preferably 30 to 220 ° C. When temperature is 30 degreeC or more, saccharification reaction advances easily. The temperature is more preferably 50 ° C. or higher because the saccharification reaction easily proceeds. A temperature of 220 ° C. is sufficient as the temperature, and if it is less than this, the amount of energy used is reduced, and the production cost is reduced, which is preferable. The temperature is more preferably 200 ° C. or less, and more preferably 150 ° C. or less, because production costs can be reduced.
糖化処理の時間は、1〜300時間が好ましい。時間が1時間以上の場合、単糖、オリゴ糖等の可溶性糖類の生成割合が多くなる。時間は、単糖、オリゴ糖等の可溶性糖類の生成割合が多くなることから、20時間以上がより好ましい。時間は300時間もあれば十分であり、これ以下であると、エネルギーの使用量が少なくなり、製造費用が抑えられるために好ましい。時間は、製造費用が抑えられることから、200時間以下がより好ましく、100時間以下がさらに好ましい。 The saccharification treatment time is preferably 1 to 300 hours. When the time is 1 hour or more, the production rate of soluble saccharides such as monosaccharides and oligosaccharides increases. The time is more preferably 20 hours or longer because the production rate of soluble saccharides such as monosaccharides and oligosaccharides increases. A time of 300 hours is sufficient, and if it is less than this, the amount of energy used is reduced, which is preferable because the manufacturing cost can be reduced. Since the manufacturing cost can be suppressed, the time is more preferably 200 hours or less, and even more preferably 100 hours or less.
糖化処理には、所定の糖化用触媒とともに、これ以外の触媒が用いられてもよい。しかし、糖化処理後の糖化液の分離、回収が容易であることから、触媒としては、所定の糖化用触媒のみが用いられることが好ましい。なお、糖化処理においては、複数の糖化用触媒を同時に用いることができる。この場合、個々の糖化用触媒における担体は、粒子径、比表面積等が同一でもよいし、互いに異なってもよい。 In the saccharification treatment, a catalyst other than this may be used together with a predetermined saccharification catalyst. However, since it is easy to separate and recover the saccharified solution after the saccharification treatment, it is preferable to use only a predetermined saccharification catalyst as the catalyst. In the saccharification treatment, a plurality of saccharification catalysts can be used simultaneously. In this case, the carrier in each saccharification catalyst may have the same particle diameter, specific surface area, or the like, or may be different from each other.
糖化処理では、まず、糖化用触媒の外部に露出する表面(外表面)に存在する活性点にバイオマスが接触することにより、このバイオマスが、分解、低分子化され、単糖類、オリゴ糖類等の可溶性糖類、低分子化された多糖類が生成する。例えば、セルロースの場合、セルロースの一部が糖化用触媒の外表面に存在する活性点に接触することにより、これよりも低分子化された多糖類が生成する。低分子化された多糖類は、さらに、糖化用触媒の外表面に存在する活性点、または外部に開口する細孔の表面(内表面)に存在する活性点に接触することにより、単糖類、オリゴ糖類等の可溶性糖類を生成する。 In the saccharification treatment, first, the biomass comes into contact with active sites existing on the surface (outer surface) exposed to the outside of the saccharification catalyst, so that the biomass is decomposed and reduced in molecular weight, such as monosaccharides and oligosaccharides. Soluble saccharides and low molecular weight polysaccharides are produced. For example, in the case of cellulose, a part of the cellulose comes into contact with an active site existing on the outer surface of the saccharification catalyst, whereby a polysaccharide having a molecular weight lower than that is generated. The reduced molecular polysaccharide further contacts the active sites present on the outer surface of the saccharification catalyst or the active sites present on the surface of the pores opening to the outside (inner surface), Soluble saccharides such as oligosaccharides are produced.
糖化処理では、単糖類、オリゴ糖類等の可溶性糖類が分解されて有機酸や炭化物が生成する過分解反応が起こることがある。過分解反応を抑えるためには、糖化処理の温度を低くし、かつ糖化処理の時間を短くすることが好ましい。また、単糖類、オリゴ糖類等の可溶性糖類の生成割合は、糖化処理の温度、時間、糖化用触媒および水分の量等に応じて変化する。従って、所望の生成割合に応じて、糖化処理の温度、時間、糖化用触媒および水分の量等を適宜選択することが好ましい。 In the saccharification treatment, a hyperdegradation reaction may occur in which soluble saccharides such as monosaccharides and oligosaccharides are decomposed to produce organic acids and carbides. In order to suppress the excessive decomposition reaction, it is preferable to lower the temperature of the saccharification treatment and shorten the time of the saccharification treatment. Moreover, the production | generation ratio of soluble saccharides, such as a monosaccharide and an oligosaccharide, changes according to the temperature of saccharification processing, time, the catalyst for saccharification, the quantity of moisture, etc. Therefore, it is preferable to appropriately select the saccharification treatment temperature, time, saccharification catalyst, amount of water, and the like according to the desired production rate.
糖化処理後、糖化用触媒を含む糖化液から糖化液だけを分離、回収する。例えば、糖化処理における撹拌が停止された場合、糖化用触媒が糖化液中を沈下して下部に堆積する。このように、上部の糖化液と下部の糖化用触媒とに分離した場合、上部の糖化液を回収することにより、糖化用触媒を含む糖化液から糖化液だけを回収できる。また、糖化用触媒を回収せずに残留させることにより、バイオマス、水分等を供給して、そのまま繰り返して使用できるために好ましい。 After the saccharification treatment, only the saccharified solution is separated and recovered from the saccharified solution containing the saccharification catalyst. For example, when stirring in the saccharification treatment is stopped, the saccharification catalyst sinks in the saccharified solution and accumulates in the lower part. Thus, when it isolate | separates into an upper saccharification liquid and a lower saccharification catalyst, only a saccharification liquid can be collect | recovered from the saccharification liquid containing a saccharification catalyst by collect | recovering upper saccharification liquids. Further, it is preferable that the saccharification catalyst is left without being recovered because biomass, moisture and the like can be supplied and used as it is.
糖化用触媒を用いた場合、担体の粒子径が0.2〜5mmと大きいことから、糖化用触媒が糖化液中を沈下して下部に堆積しやすく、糖化用触媒を含む糖化液から糖化液だけを分離、回収することが容易となる。また、担体の比表面積が100〜1200m2/gと大きいことから、活性点を確保でき、糖化反応を十分に促進できる。さらに、活性点が化学的に結合された官能基を有する場合、糖化反応中に担体から官能基が脱離することが抑えられ、繰り返し使用したときの活性の低下が抑制される。特に、官能基がチオール基の酸化により得られるスルホ基である場合、糖化反応が効果的に促進される。 When a saccharification catalyst is used, the carrier particle size is as large as 0.2 to 5 mm. Therefore, the saccharification catalyst easily sinks in the saccharified solution and accumulates in the lower part. From the saccharified solution containing the saccharification catalyst to the saccharified solution It becomes easy to separate and recover only the water. Moreover, since the specific surface area of a support | carrier is as large as 100-1200 m < 2 > / g, an active site can be ensured and a saccharification reaction can fully be accelerated | stimulated. Furthermore, when the active site has a chemically bonded functional group, the functional group is prevented from being detached from the carrier during the saccharification reaction, and the decrease in activity when repeatedly used is suppressed. In particular, when the functional group is a sulfo group obtained by oxidation of a thiol group, the saccharification reaction is effectively promoted.
また、糖化用触媒を用いた場合、糖化処理に必要とされるエネルギーを低減できる。具体的には、糖化処理の温度、圧力を低減できる。糖化処理の温度は、例えば、30〜220℃にできる。糖化処理の圧力は、例えば、常圧(0.101325MPa)〜1MPaにできる。このように、糖化反応を効果的に促進でき、温度、圧力を低減できるとともに、糖化液の回収も容易であることから、小規模かつ高効率の製造装置を実現でき、バイオマスの地産地消が可能となる。 Further, when a saccharification catalyst is used, energy required for saccharification treatment can be reduced. Specifically, the temperature and pressure of saccharification treatment can be reduced. The temperature of saccharification processing can be made into 30-220 degreeC, for example. The pressure for the saccharification treatment can be, for example, normal pressure (0.1001325 MPa) to 1 MPa. In this way, the saccharification reaction can be effectively promoted, the temperature and pressure can be reduced, and the saccharified solution can be easily recovered. Therefore, a small-scale and highly efficient production apparatus can be realized, and the local production and consumption of biomass can be reduced. It becomes possible.
発酵処理は、糖化処理により得られた糖類を発酵させてエタノールを製造する。
発酵処理には、酵母菌(Yeast)が用いられる。酵母菌は、糖化処理により得られた糖類を発酵できればよく、糖化処理により得られた糖類に適したものが適宜選択される。
In the fermentation process, ethanol is produced by fermenting the saccharide obtained by the saccharification process.
Yeast is used for the fermentation treatment. The yeast should just be able to ferment the saccharide obtained by saccharification, and the thing suitable for the saccharide obtained by saccharification is selected suitably.
なお、糖化処理により得られた糖類には、処理時間によっては、単糖類、オリゴ糖類等の可溶性糖類の他、セルロースよりは低分子化されているが固体として存在する多糖類が含まれることがある。この場合、適切な酵素等を用いることにより、多糖類から単糖類への分解を促進してエタノールを製造できる。 Depending on the treatment time, the saccharide obtained by saccharification treatment may contain polysaccharides that are lower in molecular weight than cellulose but exist as solids, in addition to soluble saccharides such as monosaccharides and oligosaccharides. is there. In this case, by using an appropriate enzyme or the like, ethanol can be produced while promoting the decomposition of the polysaccharide into a monosaccharide.
例えば、酵素として、結晶セルロースの末端からセロビオースを遊離するエキソ型のセロビオハイドロラーゼ(CBH)、結晶セルロースは分解できないが、非結晶セルロース鎖を切断するエンド型のエンドグルカナーゼ(EG)、セロビオースや短い鎖(セロオリゴ糖)の末端からグルコースを生成するエキソ型のβ−グルコシダーゼ(BGL)の3種が存在する。これらを効果的に用いることにより、効率的にエタノールを製造できる。 For example, as an enzyme, exo-type cellobiohydrolase (CBH) that releases cellobiose from the end of crystalline cellulose, crystalline cellulose cannot be decomposed, but endo-type endoglucanase (EG) that cleaves amorphous cellulose chains, cellobiose, There are three types of exo-type β-glucosidase (BGL) that produces glucose from the end of a short chain (cellooligosaccharide). By using these effectively, ethanol can be produced efficiently.
ろ過処理は、発酵処理により得られた発酵液から酵母菌を分離、回収する。発酵処理により得られた発酵液には、発酵処理に用いられた酵母菌が含まれる。このため、酵母菌を含む発酵液から酵母菌だけを分離、回収することが好ましい。酵母菌の分離、回収には、公知の方法が適宜採用される。 A filtration process isolate | separates and collect | recovers yeast from the fermented liquor obtained by the fermentation process. The fermented liquid obtained by the fermentation treatment contains yeast used for the fermentation treatment. For this reason, it is preferable to isolate | separate and collect | recover only yeast from the fermented liquor containing yeast. Known methods are appropriately employed for separating and collecting the yeast.
濃縮処理は、発酵液におけるエタノールの濃度を上げる。発酵液は、通常、糖化処理、発酵処理に用いられた水分と、発酵処理により得られたエタノールとを含むエタノール水溶液として得られる。このため、水分を除去して、エタノールの濃度を上げることが好ましい。エタノールの濃度を向上させる方法として、蒸留する方法も知られているが、エネルギーの使用量が多くなり、製造費用が高くなりやすい。このため、エネルギーの使用量が少なく、製造費用を抑えることができるものとして、エタノールと水との分離膜を用いることが好ましい。 The concentration process increases the concentration of ethanol in the fermentation broth. The fermented liquor is usually obtained as an aqueous ethanol solution containing water used for saccharification and fermentation, and ethanol obtained by the fermentation. For this reason, it is preferable to remove the water and increase the concentration of ethanol. As a method for improving the concentration of ethanol, a distillation method is also known. However, the amount of energy used increases and the production cost tends to increase. For this reason, it is preferable to use the separation membrane of ethanol and water as what can use the energy little and can suppress manufacturing cost.
次に、糖化用触媒を用いたバイオエタノール製造装置について説明する。
図1は、バイオエタノール製造装置の実施形態を示す概略図である。
Next, a bioethanol production apparatus using a saccharification catalyst will be described.
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a bioethanol production apparatus.
バイオエタノール製造装置10は、例えば、前処理部20、糖化処理部30、発酵処理部40、ろ過処理部50、および濃縮処理部60を有する。
The
前処理部20は、糖化反応を促進するために必要に応じて設けられるものであり、バイオマスの前処理を行うものである。前処理部20は、例えば、図示されるようなボールミルである。具体的には、前処理部20は、前処理槽21を有し、この前処理槽21に、バイオマス22、水分23、およびメディア24が投入されて、水分23およびメディア24によりバイオマス22を粉砕する。なお、前処理部20は、図示されるようなボールミルに限られず、バイオマスの構成成分等に応じて各種の処理を行うことができる。
The
糖化処理部30は、バイオマスの糖化処理を行う。バイオマスは、例えば、前処理が行われたものである。糖化処理部30は、例えば、糖化槽31を有し、この糖化槽31に、バイオマス(図示せず)、糖化用触媒32、およびバイオマスの糖化反応に必要な水分等が投入される。バイオマスは、例えば、前処理部20に接続された配管71を通して糖化槽31に投入される。水分は、前処理に用いられた水分がそのまま用いられ、例えば、前処理部20に接続された配管71を通して糖化槽31に投入される。糖化槽31の内部には、バイオマス、糖化用触媒32、水分等を撹拌するための撹拌フィン33が設けられる。また、糖化槽31の周囲には、糖化槽31を加熱するためのヒータ34が設けられる。
The
発酵処理部40は、糖化処理により得られた糖類を発酵処理する。発酵処理部40は、例えば、発酵槽41を有し、この発酵槽41に、糖化処理により得られた糖類、酵母菌等が投入される。糖類は、例えば、糖化処理部30に接続された配管72を通して発酵槽41に投入される。なお、糖類は、例えば、糖化用触媒32を含まず、糖化処理により得られた糖類と水分とを含む糖化液として発酵槽41に投入される。このような観点から、配管72は、糖化槽31のうち、糖化用触媒は回収せず、糖化液だけを回収する位置に設けられることが好ましい。具体的には、配管72は、糖化槽31のうち、糖化用触媒が下部に堆積したときのこの堆積部分の上部の高さよりも高い位置に設けられることが好ましい。酵母菌は、例えば、配管73を通して発酵槽41に投入される。発酵槽41の内部には、糖化処理により得られた糖類、酵母菌等を撹拌するための撹拌フィン42が設けられる。また、発酵槽41の周囲には、発酵槽41を加熱するためのヒータ43が設けられる。
The
ろ過処理部50は、発酵処理により得られた発酵液から酵母菌を分離、回収する。ろ過処理部50は、例えば、発酵液から酵母菌を分離、回収するろ過フィルター51を有する。発酵液は、例えば、発酵処理部40に接続された配管74を通してろ過フィルター51に投入される。分離、回収された酵母菌は、例えば、配管75を通して再び発酵処理部40に供給される。酵母菌が取り除かれた発酵液は、配管76を通して濃縮処理部60に供給される。
The
濃縮処理部60は、発酵液におけるエタノールの濃度を上げる。濃縮処理部60は、例えば、エタノールと水との分離膜61を有する。なお、濃縮処理部60は、蒸留を行うものでもよい。しかし、蒸留は、エネルギーの使用量が多くなり、製造費用が高くなりやすい。このため、エネルギーの使用量が少なく、製造費用を抑えることができるものとして、エタノールと水との分離膜61が好ましい。
The
(糖化用触媒)
表面修飾剤としての3−メルカプトプロピルトリメトキシシランを有機溶媒としてのトルエンに溶解させた後、純水を多量に加えて激しく撹拌して修飾液を調製した。この修飾液に、担体としての多孔質シリカ粒子を含浸させた。なお、3−メルカプトプロピルトリメトキシシランの使用量は、多孔質シリカ粒子に対してモル比で0.3とした。また、多孔質シリカ粒子には、富士シリシア化学社製の多孔質シリカ粒子を用いた。この多孔質シリカ粒子の粒子径は2〜4mm、比表面積は550m2/g、細孔容積は0.6cm3/gである。なお、粒子径はふるい分け法により測定した。比表面積、細孔容積は、窒素吸着法により測定した。表面酸量は、アンモニア昇温脱離法により測定した。
(Saccharification catalyst)
After 3-mercaptopropyltrimethoxysilane as a surface modifier was dissolved in toluene as an organic solvent, a large amount of pure water was added and stirred vigorously to prepare a modification solution. This modifying solution was impregnated with porous silica particles as a carrier. In addition, the usage-amount of 3-mercaptopropyl trimethoxysilane was 0.3 by molar ratio with respect to the porous silica particle. In addition, porous silica particles manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd. were used as the porous silica particles. The porous silica particles have a particle diameter of 2 to 4 mm, a specific surface area of 550 m 2 / g, and a pore volume of 0.6 cm 3 / g. The particle size was measured by a sieving method. Specific surface area and pore volume were measured by a nitrogen adsorption method. The surface acid amount was measured by an ammonia temperature programmed desorption method.
この多孔質シリカ粒子が含浸された修飾液をロータリーエバポレーター内に入れて、脱気しながら常温で1時間の撹拌を行った。その後、脱気しながら60℃で3時間の撹拌を行い、さらに常圧にて95℃で3時間の撹拌を行った。その後、濃縮しながら撹拌し、純水で洗浄を3回行った。これにより、多孔質シリカ粒子の表面に3−メルカプトプロピルトリメトキシシランを結合させた。この多孔質シリカ粒子を過酸化水素水に投入して55℃で6時間の撹拌を行って、表面のチオール基を酸化させてスルホ基とした。このスルホ基を有する多孔質シリカ粒子を純水で3回洗浄した後、105℃で24時間乾燥させて糖化用触媒を得た。 The modification liquid impregnated with the porous silica particles was placed in a rotary evaporator and stirred at room temperature for 1 hour while degassing. Thereafter, the mixture was stirred at 60 ° C. for 3 hours while degassing, and further stirred at 95 ° C. for 3 hours at normal pressure. Then, it stirred while concentrating and wash | cleaned 3 times with pure water. Thereby, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane was bonded to the surface of the porous silica particles. The porous silica particles were put into hydrogen peroxide solution and stirred at 55 ° C. for 6 hours to oxidize thiol groups on the surface to form sulfo groups. The porous silica particles having a sulfo group were washed three times with pure water and then dried at 105 ° C. for 24 hours to obtain a saccharification catalyst.
この糖化用触媒について、比表面積、細孔容積、表面酸量を測定した。なお、比表面積、細孔容積は、窒素吸着法により測定した。表面酸量は、アンモニア昇温脱離法により測定した。この結果、比表面積は497m2/g、細孔容積は0.34cm3/g、表面酸量は4.4mmol/gであった。 With respect to this saccharification catalyst, the specific surface area, pore volume, and surface acid amount were measured. The specific surface area and pore volume were measured by a nitrogen adsorption method. The surface acid amount was measured by an ammonia temperature programmed desorption method. As a result, the specific surface area was 497 m 2 / g, the pore volume was 0.34 cm 3 / g, and the surface acid amount was 4.4 mmol / g.
(前処理)
バイオマスとして、古紙(インクなし)を用いた。この古紙をシュレッターを用いて数mm程度に裁断した後、ジルコニアボールミルを用いて48時間の湿式粉砕を行った。このような前処理により、古紙の粒子径は25μm程度になった。
(Preprocessing)
Used paper (no ink) was used as biomass. This waste paper was cut into a few millimeters using a shredder and then wet-ground for 48 hours using a zirconia ball mill. By such pretreatment, the particle size of the used paper became about 25 μm.
(糖化処理)
前処理が行われた古紙、糖化用触媒、および純水を混合した。配合割合は、古紙0.1gに対して、糖化用触媒1.0g、純水5.0gとした。その後、100℃で48時間の撹拌を行い、主成分のセルロースを低分子化して、単糖(グルコース)、オリゴ糖(セロビオース等)を含む糖化液を得た。糖化液には、固体残渣として、低分子化された多糖類、不純物が含まれていた。また、撹拌の停止と同時に糖化液の下部に糖化用触媒が沈殿したことから、糖化用触媒を含む糖化液から糖化液のみを容易に回収できた。
(Saccharification treatment)
Waste paper that had been pretreated, a saccharification catalyst, and pure water were mixed. The mixing ratio was 1.0 g of saccharification catalyst and 5.0 g of pure water with respect to 0.1 g of waste paper. Thereafter, stirring was performed at 100 ° C. for 48 hours to lower the molecular weight of cellulose as a main component, and a saccharified solution containing monosaccharide (glucose) and oligosaccharide (cellobiose etc.) was obtained. The saccharified solution contained polysaccharides and impurities with reduced molecular weight as solid residues. In addition, since the saccharification catalyst was precipitated at the bottom of the saccharification liquid simultaneously with the stop of the stirring, only the saccharification liquid could be easily recovered from the saccharification liquid containing the saccharification catalyst.
(発酵処理)
糖化処理により得られた糖化液に酵母菌(Yeast)を加えて、酸素が存在しないように嫌気性状態にした後、45℃で3時間の撹拌を行った。その結果、発酵による二酸化炭素の発生があり、エタノールが合成されたことが確認された。この発酵処理により得られた発酵液は、水分とエタノールとを含み、エタノール濃度が数%程度のエタノール水溶液であった。
(Fermentation treatment)
Yeast (Yeast) was added to the saccharified solution obtained by the saccharification treatment to make it anaerobic so that no oxygen was present, and then the mixture was stirred at 45 ° C. for 3 hours. As a result, it was confirmed that there was carbon dioxide generation by fermentation and ethanol was synthesized. The fermentation broth obtained by this fermentation treatment was an aqueous ethanol solution containing water and ethanol and having an ethanol concentration of about several percent.
(濃縮処理)
発酵液としてのエタノール水溶液を水とエタノールとの分離膜を用いて濃縮した。分離膜には、ゼオライト膜を用いた。この濃縮処理により、99%以上のエタノール濃度が得られた。
(Concentration treatment)
The aqueous ethanol solution as the fermentation broth was concentrated using a separation membrane of water and ethanol. A zeolite membrane was used as the separation membrane. By this concentration treatment, an ethanol concentration of 99% or more was obtained.
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、糖化液の分離、回収が容易で、かつ糖化反応も十分に促進できる。 According to at least one embodiment described above, the saccharified solution can be easily separated and recovered, and the saccharification reaction can be sufficiently accelerated.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…バイオエタノール製造装置、20…前処理部、21…前処理槽、22…バイオマス、23…水分、24…メディア、30…糖化処理部、31…糖化槽、32…糖化用触媒、33…撹拌フィン、34…ヒータ、40…発酵処理部、41…発酵槽、42…撹拌フィン、43…ヒータ、50…ろ過処理部、51…ろ過フィルター、60…濃縮処理部、61…分離膜、71〜76…配管。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記担体の表面に設けられる活性点と
を有する糖化用触媒。 A carrier having a particle size of 0.2 to 5 mm and a specific surface area of 100 to 1200 m 2 / g;
A saccharification catalyst having active sites provided on the surface of the carrier.
前記糖類を発酵させてエタノールを含む発酵液を製造する発酵処理部と
を有する請求項4記載のバイオエタノール製造装置。 A saccharification treatment unit that has the saccharification catalyst and produces a saccharide having a molecular weight lower than that of the polysaccharide contained in the biomass;
The bioethanol production apparatus according to claim 4, further comprising: a fermentation processing unit that ferments the saccharides to produce a fermentation liquid containing ethanol.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014033856A JP2015157261A (en) | 2014-02-25 | 2014-02-25 | Catalyst for saccharification and bioethanol producing device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014033856A JP2015157261A (en) | 2014-02-25 | 2014-02-25 | Catalyst for saccharification and bioethanol producing device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015157261A true JP2015157261A (en) | 2015-09-03 |
Family
ID=54181744
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014033856A Pending JP2015157261A (en) | 2014-02-25 | 2014-02-25 | Catalyst for saccharification and bioethanol producing device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015157261A (en) |
-
2014
- 2014-02-25 JP JP2014033856A patent/JP2015157261A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Haldar et al. | A review on the production of fermentable sugars from lignocellulosic biomass through conventional and enzymatic route—a comparison | |
JP5322150B2 (en) | Method for saccharification of biomass containing cellulose | |
CN106011199B (en) | Pretreatment method of crop straws | |
CN100999739A (en) | Process for treating straw by vapour explosive and alkaline oxydol oxydizing | |
JP5681923B2 (en) | Method for producing high-concentration saccharified solution | |
JP2010279255A (en) | Biomass saccharification method | |
CN104894188B (en) | A kind of preprocess method of enzymatic saccharification bagasse | |
CN106480128B (en) | A kind of method that utilizes lactic acid and guanidine hydrochloride to improve the efficiency of cellulose enzymatic hydrolysis of rice straw | |
JP2011092151A (en) | Method of processing vegetable raw material | |
CN104498562A (en) | Method for pretreating agricultural waste biomass by adopting sodium hydroxide/urea/water system | |
CN110760552A (en) | Pretreatment method for improving saccharification efficiency of lignocellulose | |
CN106191135A (en) | Biorefinery method for co-production of multiple products with lignocellulose as raw material | |
CN102517403A (en) | Method for preparing hemicellulose oligosaccharide by high-temperature liquid water | |
KR101039792B1 (en) | Pretreatment device for the production of biofuels and biochemicals, pretreatment process using the same and manufacturing process of biofuels and biochemicals | |
JPWO2009004951A1 (en) | Method for producing monosaccharides by hydrolysis and enzymatic saccharification of materials containing cellulose | |
JP5019421B2 (en) | Method for producing sugar | |
JP5424190B2 (en) | Method for producing biomass-derived fuel and / or fuel precursor using photocatalyst | |
JP4609526B2 (en) | Method for separating saccharification of plant fiber material | |
JP2009296919A (en) | Method for liquefying cellulose-based biomass | |
CN108212212A (en) | A kind of temperature sensitive acidic ionic liquid and preparation method thereof and the purposes in catalysis microcrystalline cellulose hydrolysis | |
JPWO2009004950A1 (en) | Method for producing monosaccharides and / or water-soluble polysaccharides by hydrolysis of materials containing cellulose | |
JP2013188739A (en) | Method of manufacturing solid catalyst for glycosylation of polysaccharides, solid catalyst, method of manufacturing glycosylated saccharides, and continuous glycosylation apparatus | |
JP2011010597A (en) | Sugar and method for producing sugar, method for producing ethanol and method for producing lactic acid | |
JP2015157261A (en) | Catalyst for saccharification and bioethanol producing device | |
CN106381348A (en) | Method for extracting pentose through plant hemicellulose hydrolysis |