(57)【要約】【課題】糖化液の濃縮工程を必要としない効率的なエタノール製造方法を提供する。【課題を解決するための手段】  高糖分廃棄物を糖化、発酵、および、蒸留してエタノールを製造する方法であって、前記高糖分廃棄物に添加水を加えたスラリーを固液分離し、    該固液分離後の濾液は発酵槽に直接投入して発酵させ、  前記固液分離後の残渣は糖化槽により糖液化した後に、前記発酵槽に投入して発酵させることを特徴とするエタノール製造方法。  【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高糖分廃棄物を糖化、発酵、および、蒸留してエタノールを製造する方法であって、前記高糖分廃棄物に添加水を加えたスラリーを固液分離し、  
該固液分離後の濾液は発酵槽に直接投入して発酵させ、
前記固液分離後の残渣は糖化槽により糖液化した後に、前記発酵槽に投入して発酵させることを特徴とするエタノール製造方法。  
【請求項２】
前記発酵前の糖化液の濃度を、Brix計(屈折計)を用いて測定し、該濃度が１５〜２０％の範囲になるように前記高糖分廃棄物および添加水の投入量を調整することを特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高糖分廃棄物を糖化、発酵、および、蒸留してエタノールを製造するエタノール製造方法に関する。
【０００２】
ここでいう高糖分廃棄物とは、大福もち、ドラ焼き等のお菓子廃棄物をいう。
【背景技術】
【０００３】
食品廃棄物（生ごみ）中には、ご飯、パン、麺類などの炭水化物、六単糖、五単糖などが存在し、これをエタノール発酵させて液体燃料であるエタノールを製造するリサイクルシステムが構築できることが知られている。
【０００４】
その方法はデンプンなどの糖源を含む有機廃棄物を回収し、糖化することにより単糖化して、エタノール発酵酵母を添加し、数時間から数ヵ月後程度で糖がすべて消費されてから、エタノール発酵液を蒸留してエタノールを分離精製する。
【０００５】
従来、食品廃棄物中の炭水化物を利用してエタノールを製造する方法は種々の方法が提案されており、例えば、特許第４０３８５７７号公報（下記特許文献１）に記載されている。
【０００６】
図１は、従来のエタノール製造方法の処理フローを示す図である。
【０００７】
すなわち、食品廃棄物に添加水を加えて糖化し、固液分離を行った後、蒸気により加熱して濃縮、発酵、蒸留することによりエタノールを製造していた。
【０００８】
しかし、この方法によると、糖化液の濃縮のために加熱装置と多大なエネルギーが必要となるため効率的にエタノール製造ができないという問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４０３８５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、糖化液の濃縮工程を必要としない効率的なエタノール製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前述の課題を解決するために鋭意検討の結果、大福もち、ドラ焼き等のお菓子廃棄物からなる高糖分廃棄物を用いることにより、糖化液の濃縮工程を必要としない効率的なエタノール製造方法を提供するものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載したとおりの下記内容である。
（１）高糖分廃棄物を糖化、発酵、および、蒸留してエタノールを製造する方法であって、前記高糖分廃棄物に添加水を加えたスラリーを固液分離し、  
該固液分離後の濾液は発酵槽に直接投入して発酵させ、
前記固液分離後の残渣は糖化槽により糖液化した後に、前記発酵槽に投入して発酵させることを特徴とするエタノール製造方法。  
（２）前記発酵前の糖化液の濃度を、Brix計(屈折計)を用いて測定し、該濃度が１５〜２０％の範囲になるように前記高糖分廃棄物および添加水の投入量を調整することを特徴とする（１）に記載のエタノール製造方法。
＜作用＞
（１）の発明によれば、高糖分廃棄物に添加水を加えたスラリーを固液分離し、  
該固液分離後の濾液は発酵槽に直接投入して発酵させることにより、従来のような糖化工程および濃縮工程が必要ないので設備のコンパクト化と加熱に要するエネルギーを削減することができる。
【００１２】
また、上記固液分離後の残渣は炭水化物（大福餅のもち部及びドラ焼きのカステラ部等）が主たる構成物質であり、この残渣を糖化槽へ投入して上記と同様な方法で添加水を加え最適糖濃度として発酵槽でエタノール化することができるうえ、この残渣として回収される炭水化物は従来より小規模な糖化槽で酵素、水を加えることで糖分に転換しエタノール化して有効に利用できる。
（２）の発明によれば、発酵前の糖化液の濃度を、Brix計(屈折計)を用いて測定するので、高糖分廃棄物および添加水の投入量を発酵に適する１５〜２０％の範囲に調整することにより、廃棄物中の糖分を連続式Brix計で糖分濃度管理しながら水に溶解させ糖化工程を経ることなく直接発酵させることができるうえ、濃度管理を正確に行うことができ、それにより、発酵を安定的に継続させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、糖化液の濃縮工程を必要としない効率的なエタノール製造方法を提供することができ、具体的には下記のような産業上有用な著しい効果を奏する。
１）食品廃棄物（生ゴミ）を用いるエタノール化設備では１０％糖液を蒸気エネルギーを用いて１５％糖液に濃縮していたが、本発明の高糖分廃棄物を用いるエタノール製造方法では蒸気エネルギーを用いることなく添加水調整のみで１５%〜２０％糖液を得ることができるため設備のコンパクト化を図ることができると共に使用エネルギーも削減できる。
２）発酵前の糖度を測定し、高糖分廃棄物および添加水の投入量をオンラインで調整することにより、材料糖度変動の少ない、エネルギー効率等に優れたエタノール製造を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来のエタノール製造方法の処理フローを示す図である。
【図２】本発明のエタノール製造方法の実施形態を例示する図である。
【図３】本発明のエタノール製造方法の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の形態および実施例について図１〜図３を用いて詳細に説明する。
【００１６】
図１は、従来のエタノール製造方法の処理フローを示す図である。
【００１７】
すなわち、食品廃棄物（生ごみ）に添加水を加えて糖化し、固液分離を行った後、蒸気により加熱して濃縮、発酵、蒸留することによりエタノールを製造していた。
【００１８】
一般に、食品廃棄物（生ごみ）の糖分は１０％程度でその工程は糖化→固液分離→濃縮→発酵→蒸留である。エタノール発酵においては発酵液中のエタノール濃度が９％までは酵母の活動が活発であるが９％を超えると逆に発酵阻害要因となるため発酵液中のエタノールが９％以下となるよう糖分の調整を行っている。この目的で濃縮工程では蒸気により水分を蒸発させて糖濃度を１５％で管理している。
【００１９】
また、糖分は次式の反応によりエタノールとなりその濃度は糖分量の５１％である。  
【００２０】
C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2
しかし、この方法において使用する蒸気エネルギーは濃縮工程が最も多く濃縮工程では蒸留工程の約３倍の蒸気を必要としており（濃縮倍率：１．６）、糖化液の濃縮のために加熱装置と多大なエネルギーが必要となるため効率的にエタノール製造ができないという問題点があった。
【００２１】
一方、例えば大福もち、ドラ焼き等のお菓子廃棄物（高糖分廃棄物）の糖分は５５％に達する。この糖分を酵母菌を用いてエタノールとして回収するには上記理由により高糖分廃棄物に水を添加して糖分１５％液にすることが必要である。
【００２２】
図２は、本発明のエタノール製造方法の実施形態を例示する図である。
【００２３】
図２に示すように、本実施形態においては、前処理工程で、大福もち、ドラ焼き等のお菓子廃棄物からなる高糖分廃棄物に添加水を加えたスラリーを固液分離し、該固液分離後の濾液は発酵槽に直接投入して発酵させ、前記固液分離後の残渣は糖化槽により糖液化した後に、前記発酵槽に投入して発酵させることにより、効率的なエタノール製造方法を提供するものである。
【００２４】
また、固液分離後の糖化液の糖分濃度が１５〜２０％になるように、連続式Brix計（屈折計）で管理しながら添加水を加えたスラリーの固形物（炭水化物部分）を例えば遠心分離機を用いて固液分離する。ここで得られる液は糖液濃度が高いため直接発酵槽に投入して発酵させることにより、糖化工程および濃縮工程を省略できることで設備のコンパクト化と加熱に要するエネルギー（蒸気エネルギー）を削減することができる。
【００２５】
また、上記固液分離で発生する残渣は炭水化物が主体であり、これを有効利用する目的で別に設ける簡易糖化槽に移して酵素及び添加水を連続式Brix計で管理しながら加え炭水化物を糖に転換させることで糖分１５〜２０％の糖液とし、この糖化液を上記発酵槽で発酵させることによりエタノールとすることができる。
【００２６】
この残渣として回収される炭水化物は糖分が低いので酵素が働き易いため従来より小規模な簡易糖化槽で比較的少ない酵素および添加水を加えることで糖分に転換しエタノール化して有効に利用できる。
【００２７】
また、発酵前の糖化液の糖度を測定し、高糖分廃棄物および添加水の投入量をオンラインで調整することにより、糖液濃度を規定範囲（発酵液中のエタノールが９％以下となるよう好ましくは１５〜２０％）に調整することができるので、材料糖度変動の少ない、エネルギー効率等に優れたエタノール製造を可能とすることができできる。
【００２８】
本発明においては、熱源は問わないが、ガス化溶融炉の発電設備に用いる約２００℃の中低温の抽気蒸気を用いることによりエネルギー効率を向上させることができる。
【００２９】
また、前記固液分離工程等で固形分として分離した残渣を、嫌気発酵し、回収した可燃ガスを前記廃棄物処理装置の焼却もしくは溶融熱源、またはエタノールプラントの加熱蒸気源として用いることにより、前記残渣を嫌気状態に保った状態で、食品廃棄物に含まれる微生物(新たに種菌を加えても当然良いが)の働きで、メタンを主成分とする可燃性ガスを回収することができる。この技術は、可溶化された原料を固形分濃度が１０％程度で、３５℃以上の温度に保持し、タンク内で攪拌することにより微生物の活動が活発化するが、本発明の残渣は既に可溶化しており、蒸留廃水等を添加することにより新たな水・燃料を加えることなく容易に発酵を行うことができる。また、回収したメタン等の可燃性ガスは、隣接した焼却もしくは溶融設備の外部燃料代替として用いることができる。更には、可燃ガスを用いた独立のガスエンジン発電機や、蒸気発生器等を用いることにより、所内の電力や蒸気の一部をまかなうことが可能となる。
【００３０】
また、前記蒸留工程で濃縮した回収したエタノールと分離された水溶液を、前記糖化工程に用いる加水液として再利用し、残りの前記廃棄物処理装置の焼却もしくは溶融工程で噴霧処理することにより、廃液を少なくすることができ、更には糖化工程に必要な熱（６０℃）をまかなうことができる。また、さらに廃液は有機分を含み処理せずそのまま廃水として流すことはできないが、隣接する焼却炉や溶融炉の高温部分に噴霧することにより、有機分は燃焼無害化することが可能となる。
【００３１】
また、エタノール発酵においては食品廃棄物からの糖化液から効率的にエタノール発酵を行うために、発酵工程の入り側に図示されていないBrix計(屈折計)を設置して複数種類の糖分、塩分、SS分(懸濁固形物分)を含む前記糖化液の濃度を測定し、該濃度が規定範囲（好ましくは１５〜２０％）に収まるように高糖分廃棄物および添加水の投入量をオンラインで調整することにより、材料糖度変動が少なく、添加水分を少なくしてエネルギーロスを低減することによりエネルギー効率に優れたエタノール製造を可能とすることができる。
【００３２】
なた、エタノール発酵により糖をエタノールに変換させたあと、そのエタノール発酵液から蒸留器によりエタノールを分離した後、膜分離装置により約９９．５％以上の無水エタノールを精製することができる。
【００３３】
また、製造したエタノールは消毒液、液体燃料、自動車燃料として利用できる。
【実施例】
【００３４】
図３は、本発明のエタノール製造方法の実施例を示す図である。
【００３５】
図３に示すように本実施例においては、高糖分廃棄物３ｔを用い、添加水７ｔを混合して６０℃で糖化し、前述のBrix計(屈折計)を用いて発酵工程入り口で糖液濃度（糖度）を測定し、この糖度が１５％になるように廃棄物またはおよび添加水の投入量を調整し、３０℃で発酵させ、エタノール７．５%の発酵液を固液分離した結果、濃縮工程なしで、発酵液量８．２ｔ、製品エタノール量６３０ｋｇを製造することができ、本発明の効果が確認できた。      
【図１】
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【図２】
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【図３】
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