(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質バイオマスに酸を添加して、木質バイオマス中のセルロース及びヘミセルロースを加水分解させることで得られる糖液から酸を回収する酸回収方法であって、イオン交換クロマトグラフィー法により酸を回収した後に、さらに、電気透析法により糖液中に残存する酸を回収する酸回収方法であって、
前記イオン交換クロマトグラフィー法を用いた酸の回収において、イオン交換樹脂に吸着した酸を回収するために、セルロース及びヘミセルロース、並びに添加した酸の合計１００質量部に対して、溶離水２５〜３００質量部によりイオン交換樹脂を洗浄し、イオン交換樹脂に吸着した酸の一部を洗浄されないままとして、再度、糖液をイオン交換樹脂に流入させる、酸回収方法。
【請求項２】
木質バイオマスに添加した酸が６０質量％以上の硫酸である請求項１記載の酸回収方法。
【請求項３】
イオン交換クロマトグラフィー法により回収した酸の濃度が２０質量％以上である請求項１又は２記載の酸回収方法。
【請求項４】
イオン交換クロマトグラフィー法により酸を回収した後に得られる糖液中の酸の濃度が１０質量％以下である請求項１、２又は３記載の酸回収方法。
【請求項５】
電気透析法により回収した酸の濃度が１０質量％以上である請求項１、２、３又は４記載の酸回収方法。
【請求項６】
電気透析法により酸を回収した後に得られる糖液中の酸の濃度が３質量％以下である請求項１、２、３、４又は５記載の酸回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質バイオマスに酸を添加して、木質バイオマス中のセルロース及びヘミセルロースを加水分解させることで得られる糖液から酸を回収する酸回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油資源の枯渇と地球温暖化防止問題に直面し、バイオマスを原料とした新エネルギーを創生する研究が活発に行われている。その中でも製造プロセスが短い、サトウキビやトウモロコシを原料としたバイオエタノールを製造するための研究が世界的な潮流となっているが、食糧危機の引き金になる可能性があるなど、混乱の原因となっている。そのため、森林資源を原料とした新エネルギーの開発が重要な課題となっている。
【０００３】
ところで、木質原料からエネルギー源を取り出すためには、比較的高濃度の硫酸が必要とされる。この硫酸は中和すれば、塩として残り、後の工程のエタノールまたはメタン発酵に大きなダメージを与えることになる。硫酸回収はコストダウンのためだけではなく、木質原料からエタノール又はメタンを製造するためのプロセスを確立するのに必須な重要課題である。回収された硫酸をリサイクル使用するためには、回収率が９５％以上で、且つ、回収された硫酸の濃度が５０質量％以上であることが望ましい。しかし、これまでに開発された硫酸回収技術は、回収硫酸の濃度が３０質量％くらいであり、リサイクルをするには、多大な濃縮エネルギーが必要であった。
【０００４】
このような中、資源を効率的に利用し、プロセス全体のエネルギーを低減させることを目的として、バイオマス原料を硫酸にて加水分解し、固液分離したのち、濾液を擬似移動床式クロマト分離装置により分離し、硫酸濃度が高い分画液Ａと硫酸濃度が低い分画液Ｂとに分画し、分画液Ａのみを硫酸濃縮装置で濃縮し、糖化工程で使用される硫酸として再利用することが開示されている（例えば、特許文献１参照）。その他、バイオマスを６５〜８５質量％の硫酸中で予備処理する第１工程と、予備処理した第１工程処理物を２０〜６０質量％の硫酸中で糖化処理する第２工程とを有し、糖化処理した第２工程処理物を、固液分離し、濾液を擬似移動床式クロマト分離装置により糖と酸に分離する単糖製造方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−４０１０６号公報
【特許文献２】特開２００５−２２９８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１及び２のいずれの方法によっても、木質バイオマスに添加された硫酸を、十分に高い濃度で、且つ、高い回収率で回収する方法については開示されていない。そのため、硫酸を再利用するには多大なエネルギーとコストをかけて、回収された硫酸を濃縮する必要があった。また、木質バイオマスに添加された硫酸が十分に回収されない場合は、残存する硫酸により、得られる糖液の発酵が阻害される場合があった。本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、少ないエネルギーとコストで酸の再利用が可能となり、且つ、残存する酸により糖液の発酵が阻害されることのない酸の回収方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明者らは、上記課題を解決すべく研究を重ねた結果、木質バイオマスに酸を添加して、木質バイオマス中のセルロース及びヘミセルロースを加水分解させることで得られる糖液から酸を回収する際に、イオン交換クロマトグラフィー法により酸を回収した後に、さらに、電気透析法により酸を回収することで、上記課題を解決することを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、木質バイオマスに酸を添加して、木質バイオマス中のセルロース及びヘミセルロースを加水分解させることで得られる糖液から酸を回収する酸回収方法であって、イオン交換クロマトグラフィー法により酸を回収した後に、さらに、電気透析法により酸を回収する酸回収方法に関する。
【０００８】
木質バイオマスに添加した酸が６０質量％以上の硫酸であることが好ましい。
【０００９】
イオン交換クロマトグラフィー法を用いた酸の回収において、イオン交換樹脂に吸着した酸を回収するための溶離水が、セルロース及びヘミセルロース、並びに添加した酸の合計１００質量部に対して、２５〜３００質量部であることが好ましい。
【００１０】
イオン交換クロマトグラフィー法により回収した酸の濃度が２０質量％以上であることが好ましい。
【００１１】
イオン交換クロマトグラフィー法により酸を回収した後に得られる糖液中の酸の濃度が１０質量％以下であることが好ましい。
【００１２】
電気透析法により回収した酸の濃度は、１０質量％以上であることが好ましい。
【００１３】
電気透析法により酸を回収した後に得られる糖液中の酸の濃度が、３質量％以下であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、木質バイオマスに酸を添加して、木質バイオマス中のセルロース及びヘミセルロースを加水分解させ、得られる糖液からイオン交換クロマトグラフィー法により酸を回収した後に、さらに、電気透析法により酸を回収することで得られる糖液の製造方法に関する。
【００１５】
さらには、前記製造方法で得られた糖液を発酵させることを特徴とする発酵方法に関する。
【発明の効果】
【００１６】
木質バイオマスに酸を添加して、木質バイオマス中のセルロース及びヘミセルロースを加水分解させることで得られる糖液から酸を回収する際に、高い濃度で酸を回収することができ、より少ないエネルギーとコストで酸の再利用が可能となる。また、得られた糖液から酸を高い回収率で回収することで、酸及びその酸を中和した塩により発酵が阻害されることのない糖液を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態にかかる木質バイオマスの発酵システムの概念図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる擬似移動床式クロマト分離装置の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明の実施の形態では、木質バイオマスに酸とフェノール誘導体を添加して、木質バイオマス中のセルロース、ヘミセルロースを加水分解させ、また、木質バイオマス中のリグニンをフェノール誘導体により安定化してリグノフェノールを生成する場合について、説明する。木質バイオマスに酸とフェノール誘導体を添加する方法としては、木質バイオマスにフェノール誘導体を添加して含浸させた後、酸を添加し、系の粘度が低下したら、後述する疎水性の溶剤を添加し、さらに撹拌を行う方法があげられる。このようにすることで、セルロース及びヘミセルロース由来の糖成分と硫酸からなる層と、リグノフェノール、フェノール誘導体及び疎水性の溶剤からなる層に分離することが可能となる。
【００１９】
本発明において使用する木質バイオマスとは、生物由来の再生可能な有機物資源であり、セルロース、ヘミセルロース、及びリグニン等から構成されるものである。木質バイオマスは、主として木材からなるものを言い、例えば、木粉、木質チップなどをあげることができる。また、用いる木材としては、針葉樹、広葉樹など任意の種類のものを使用することが出来る。
【００２０】
木質バイオマスに添加する酸としては、無機酸、有機酸のいずれも用いることが可能である。酸は、セルロース及びヘミセルロースを加水分解するための触媒としてだけでなく、木質バイオマスを構成するセルロース、ヘミセルロース及びリグニンの結合を解く役割も果たす。無機酸としては、硫酸、リン酸、塩酸などの何れかを使用することができる。酸の濃度は、６０〜９０％が望ましい。酸の濃度が６０％より低いと、セルロースとリグニンの解緩反応が進行せず、酸の濃度が９０％より高いとリグニンおよび添加剤であるｐ−クレゾールのベンゼン骨格がスルフォン化されやすくなり、不具合が生じる傾向にある。酸の中では、６０％以上の硫酸が好ましい。同様に、硫酸の濃度が６０％より低いと、セルロースとリグニンの解緩反応が進行せず、また、硫酸の濃度が９０％より高いと、リグニンおよび添加剤であるｐ−クレゾールのベンゼン骨格のスルフォン化が進行する傾向にある。有機酸としては、ｐ−トルエンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、トリクロロ酢酸、ギ酸などを使用することができるが、酸を回収する方法において、イオン交換樹脂及びイオン交換膜を膨潤させることがあるので注意しなければならない。中でも、セルロース及びヘミセルロースを効率良く加水分解できる点で、濃度６０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上の硫酸を用いることが好ましい。木質バイオマスに添加する酸の使用量としては、木質バイオマス１００質量部に対して、好ましくは２００〜３０００質量部、より好ましくは１０００〜２０００質量部である。酸の使用量が少ないと、木質原料は膨潤するだけで液状にならず、撹拌が困難になり、新しいタイプの押出混練機が必要となる。また、酸の使用量が多すぎると、酸の回収系への負担が増え、経済性が損なわれる。
【００２１】
リグニンを構成するｐ−クマリルアルコール、シナピルアルコール、コニフェリルアルコール中のフェニルプロパン単位のα炭素は化学的に不安定であるが、フェノール誘導体を添加することで、成形体などの種々の用途に活用できるリグノフェノールを得ることが出来る。ここで、リグノフェノールとは、リグニン中のフェニルプロパン単位のα炭素にフェノール誘導体が結合したジフェニルプロパン単位を含む重合体をいう。例えば、リグニンを構成するｐ−クマリルアルコール、シナピルアルコール、コニフェリルアルコールのうち、式（１）：
【化１】
0005581069.tif 000002
で表されるコニフェリルアルコールに、フェノール誘導体であるｐ−クレゾールでマスキングをした場合、式（２）：
【化２】
0005581069.tif 000003
で表される化合物が形成される。ｐ−クマリルアルコール、シナピルアルコールについても、同様にフェノール誘導体が結合して、α炭素を安定化させる。
【００２２】
フェノール誘導体としては、１価のフェノール誘導体、２価のフェノール誘導体、または３価のフェノール誘導体などが挙げられる。１価のフェノール誘導体としては、フェノール、ナフトール、アントロール、アントロキオールなどがあげられる。これらの１価のフェノール誘導体はさらに１以上の置換基を有していても良い。２価のフェノール誘導体としては、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノンなどがあげられる。これらの２価のフェノール誘導体はさらに１以上の置換基を有していても良い。３価のフェノール誘導体としては、ピロガロールなどがあげられる。ピロガロールはさらに１以上の置換基を有していても良い。これらの１価から３価のフェノール誘導体が有する置換基の種類は特に限定されず、任意の置換基を有していてもよい。電子吸引性の基（ハロゲン原子など）以外の基であり、例えば、低級アルキル基（メチル基、エチル基、プロピル基など）、低級アルコキシ基（メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基など）、アリール基（フェニル基など）、水酸基などが挙げられる。また、リグニンを構成するフェニルプロパン単位のα炭素との反応性の点から、フェノール誘導体上のフェノール性水酸基の２つあるオルト位のうちの少なくとも片方は無置換であることが好ましい。
【００２３】
フェノール誘導体の好ましい例としては、ｐ−クレゾール、２，６−キシレノール、２，４−キシレノール、２−メトキシフェノール（Ｇｕａｉａｃｏｌ）、２，６−ジメトキシフェノール、カテコール、レゾルシノール、ホモカテコール、ピロガロール及びフロログルシノールなどが挙げられ、中でもｐ−クレゾールが好ましい。フェノール誘導体の量としては、木質バイオマス１００質量部に対して、好ましくは２００〜３０００質量部、より好ましくは５００〜２０００質量部である。フェノール誘導体の量は、リグニンのα−炭素をマスキングするのに必要な化学量論的な量以上を添加しなければならないこと、また相分離に必要な抽出剤としての量も加味して添加しなければならない。
【００２４】
本発明では、木質バイオマスに酸とフェノール誘導体を添加することで、主に酸とセルロース及びヘミセルロース由来の糖液とから構成される水層と、リグノフェノールとフェノール誘導体とから構成される油層に分離させるが、より短時間で二層に分離させるために疎水性の溶剤をさらに添加することが好ましい。また、疎水性の溶剤を用いない場合、油層に微量の酸が混入し、また、水層にもフェノール誘導体が混入する場合があるが、疎水性の溶剤を添加することで、これを防止することが出来る。疎水性の溶剤として、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、デカリンおよびそれらの混合物などがあげられる。中でも、ｎ−ヘキサンが好ましい。疎水性溶剤はｐ−クレゾールの溶解量以上を添加すると三層に分離してしまうため、ｐ−クレゾールの溶解量に応じて適宜調整することが好ましい。ｎ−ヘキサンを添加する場合は、ｐ−クレゾール１００質量部に対して３０〜４０質量部を添加することが好ましい。疎水性の溶剤を添加するタイミングとしては、リグニンとセルロースを解きほぐす解緩反応時に同時に添加することが望ましいが、解緩反応後にあらかじめ粗雑に二層分離させたあと、上層（軽層）と下層（重層）にそれぞれ疎水性の溶剤を添加し、上層からは硫酸水溶液を分離除去し、下層からは微量に溶解しているｐ−クレゾールを抽出除去することができる。
【００２５】
本発明では、木質バイオマスに酸とフェノール誘導体を添加した後に得られる、酸とセルロース及びヘミセルロース由来の糖成分とから構成される溶液から、イオン交換クロマトグラフィー法により酸を回収するが、回収された酸の濃度は、２０質量％以上であることが好ましく、３０質量％以上、さらには５０質量％以上であることがさらに好ましい。また、イオン交換クロマトグラフィー法により酸を回収した後に得られる糖液中の酸の濃度は１０質量％以下、より好ましくは５質量％以下であることが好ましい。糖液中の酸の濃度が１０質量％より高くなると、糖液中に残存する酸の量が多くなるため、糖液を発酵させる際に発酵を阻害する可能性がある。
【００２６】
さらに、イオン交換クロマトグラフィー法により酸を回収した後、電気透析法によりさらに酸を回収するが、回収した酸の濃度は１０質量％以上であることが好ましい。電気透析法により回収した酸の濃度が１０質量％より低くなると、酸の回収率が十分でない場合がある。また、電気透析法により酸を回収した後に得られる糖液中の酸の濃度は３質量％以下であることが好ましい。糖液中の酸の濃度が３質量％より高くなると、糖液中に残存する酸の量が多くなるため、糖液を発酵させる際に発酵を阻害する原因となる。
【００２７】
次に、木質バイオマス原料である木粉５０質量部、フェノール誘導体であるｐ−クレゾール６１質量部、６０％硫酸１００質量部、ｎ−ヘキサン２９質量部を用いて、解緩から発酵までの一連の処理をする場合について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる木質バイオマスの発酵システムの概念図である。木質バイオマスの発酵システムは、原料である木質バイオマスから糖成分及びリグノフェノールを生成するための解緩槽１、解緩槽１にて生成された糖成分とリグノフェノールを、それぞれ水層と油層に分離する分離槽２、分離槽２で分離された油層の溶剤を濾過することでリグノフェノールと溶剤を固液分離する濾過機３、濾過機３で濾過されたリグノフェノールを乾燥する乾燥機４、分離槽２で分離された水層（糖液）から酸を回収する樹脂クロマト塔５、樹脂クロマト塔５にて得られた糖液からさらに酸を回収する電気透析槽６、電気透析槽６にて得られた糖液を発酵させる発酵槽７から構成される。
【００２８】
まず、木粉、ｐ−クレゾール、硫酸、ｎ−ヘキサンが解緩槽１に添加され、撹拌される。木粉中のリグニンはα炭素の反応性が高く化学的に不安定であるが、ｐ−クレゾールにより安定化され、リグノフェノールを形成する。また、木粉中のセルロース、ヘミセルロースは硫酸を触媒として加水分解される。解緩槽１における糖化処理は、６０〜９５℃の温度にて、３０〜６０分間の処理時間をかけることにより行なわれる。糖化処理の温度が６０℃より低くなると加水分解の効率が下がり、また、温度が９５℃を超えると、生成した単糖が過分解する傾向にある。なお、加水分解されたセルロース、ヘミセルロース由来の糖成分には、グルコース等の単糖、そのダイマー、オリゴマー、ポリマー等が混合した状態で存在している。
【００２９】
解緩槽１にて木質バイオマス中のリグニンとセルロース・ヘミセルロースの分解が進行し、また、セルロースとヘミセルロースの加水分解が終了すると、得られた混合液は、分離槽２に送液される。送液された混合液は、分離槽２にて、ｐ−クレゾール、ｎ−ヘキサン、リグノフェノールから構成される油層（上層）と、セルロース、ヘミセルロース由来の糖成分と硫酸から構成される水層（下層）に分離される。油層はスラリー状であり、ｐ−クレゾール５９質量部、ｎ−ヘキサン２９質量部、リグノフェノール１７質量部が存在する。また、水層には、セルロース及びヘミセルロース由来の糖成分２０質量部、硫酸１１５質量部が含まれる。
【００３０】
分離槽２にて分離された油層は、濾過機３にて固液分離され、固体のリグノフェノールと、液体のｐ−クレゾールとｎ−ヘキサンに分離される。固液分離はフィルタープレス等を用いて行うことができ、リグノフェノールはケーク状で得られる。得られたリグノフェノールは、乾燥機４にて乾燥され、成形体等の各種用途の原材料として活用される。また、濾液に含まれるｐ−クレゾールとｎ−ヘキサンは回収され、再利用される。ｎ−ヘキサンは蒸留塔で塔頂から回収され、ｐ−クレゾールは塔底から回収される。
【００３１】
分離槽２にて分離された硫酸を含む溶液は、樹脂クロマト塔５へ送液され、イオン交換クロマトグラフィー法により硫酸が回収される。樹脂クロマト塔５では、イオン交換樹脂により硫酸が吸着され、溶液中に含まれる硫酸のうち、約９２〜９７％程度、好ましくは約９５％が回収される。この場合、樹脂クロマト塔５にて、硫酸１０９質量部が回収される。
【００３２】
回収された糖液には、まだ硫酸が含まれているが、電気透析槽６によりさらに硫酸が回収される。電気透析は、糖液中の硫酸の濃度が０．５質量％より低い値とならないように行なわれる。硫酸の濃度が０．５質量％より低くなると、電流効率が悪くなる傾向にある。電気透析には陽イオン交換膜であるカチオン膜と、陰イオン交換膜であるアニオン膜が隔壁として用いられる。図１の電気透析槽６では、陽極側にカチオン膜が存在し、陰極側にアニオン膜が存在する。電極間に電圧をかけると、硫酸イオンは陽極側へ移動し、水素イオンは陰極側へ移動するが、陰イオンである硫酸イオンはカチオン膜を通過することができず、陽イオンである水素イオンはアニオン膜を通過することができないため、結果として、カチオン膜とアニオン膜の間に陽イオン及び陰イオンが濃縮された液体が得られる。また、カチオン膜とアニオン膜の外側には、陽イオン、陰イオンが除去された液体が得られる。濃縮された液体は硫酸を主成分とするもので、回収され再利用される。この場合、硫酸６質量部が回収される。したがって、樹脂クロマト塔５と電気透析槽６にて合計１１５質量部の硫酸が回収される。なお、図１の電気透析槽６では、単純化するため、カチオン膜とアニオン膜がそれぞれ１つ設置された図としたが、実際には、複数のカチオン膜とアニオン膜が交互に設置される。
【００３３】
また、陽イオン、陰イオンが除去された液体、すなわち硫酸が除去された液体は糖液として回収される。この場合、電気透析槽６にて硫酸を回収することで、２０質量部の糖液が得られる。得られた糖液中には硫酸が０．５質量％程度しか含まれておらず、この糖液を発酵槽７へ送液し、嫌気性微生物によりメタン発酵がされる。得られるメタンは１６質量部であり、４質量部の残渣が残る。なお、メタン発酵を行う前に、糖液中に残った硫酸を、水酸化ナトリウムを添加して中和しても良い。また、メタン発酵により、中間体として酪酸やカプロン酸などの有機酸が生成し、これがメタン発酵を阻害することが予測されるため、系全体の濃度を低くするか、あるいは、アンモニア水、炭酸ソーダなどの弱いアルカリ性溶液で中和しながらメタン発酵の収率を上げることが好ましい。
【００３４】
樹脂クロマト塔５にて使用されるイオン交換クロマト分離装置としては、擬似移動床式クロマト分離装置があげられる。図２は、本発明の実施の形態にかかる擬似移動床式クロマト分離装置の概念図である。図２に示されるように、擬似移動床式クロマト分離装置は、陰イオン交換樹脂などのイオン交換樹脂が充填された複数のカラムＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を直列に閉回路で接続したものである。原液である硫酸を含む糖液を、擬似移動床式クロマト分離装置の初段のカラムＣ１に入れ、移動速度の速い糖液を主体とするラフィネートを２段目のカラムＣ２から取り出す。また、３段目のカラムＣ３から溶離水を注入することで、移動速度の遅い硫酸を主体とするエクストラクトを４段目のカラムＣ４から取り出すことができる。原液と溶離水の流入口と、ラフィネートとエクストラクトの流出口は、これらの液体の流れの方向に従って、１カラム分づつ、所定時間ごとに順次移動させる。
【００３５】
通常、硫酸を高濃度で回収するには、カラムの数を多くして、硫酸がより少ない部分から糖液をラフィネートとして流出させる必要がある。本発明では、擬似移動床式クロマト分離装置で硫酸を回収した後に、電気透析法にて硫酸を回収するため、擬似移動床式クロマト分離装置で取り出すラフィネートには若干の硫酸が含まれていても良く、そのため、少ないカラムで効率よく硫酸を回収することが可能である。
【００３６】
イオン交換樹脂に吸着した硫酸は、溶離水を用いることで回収が行なわれる。分離槽２から送液された、セルロース、ヘミセルロース由来の糖液成分及び硫酸の合計１００質量部に対して、２５〜３００質量部、より好ましくは、７５〜１００質量部の溶離水が用いられる。溶離水の使用量が２５質量部より少ないと、硫酸の回収率が十分でなく、３００質量部より多くなると、回収した硫酸の濃度が低くなる傾向にある。硫酸は溶離水を用いて回収されるが、溶離水によりイオン交換樹脂に吸着した全ての硫酸を洗浄する必要がなく、イオン交換樹脂の吸着能にあわせて、若干の硫酸が洗浄されないままとすることが好ましい。すなわち、イオン交換樹脂に吸着させて糖液から硫酸を回収した後、再度、電気透析にて硫酸の回収を行うため、電気透析で回収する分を、溶離水で洗浄せずにイオン交換樹脂に吸着させたままとしておくことで、硫酸を含んだ糖液がカラム内に再度流入した際に、糖液中のすべての硫酸が吸着されることなく、若干の硫酸が残存した糖液が得られることになる。このようにすることで、溶離水の使用量を少なく抑えて、３０％以上の高濃度の硫酸を回収することが可能となる。
【実施例】
【００３７】
以下に実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００３８】
＜木質原料の調整＞
木質原料（スギ材）５００ｇを２００μｍ以下に粉砕した粉末に調整し、これに１Ｌのアセトンを加え、振とう機により３０分間かけて撹拌し、水分およびテルペン類を抽出した。乾燥した粉末の質量は３５０ｇまで減っており、水分及びその他の微量成分が抽出除去されたことが確認できた。アセトン抽出後の木質原料３５０ｇ中の組成は、セルロース１６０ｇ、ヘミセルロース８０ｇ、リグニン１００ｇ、水分１０ｇであった。
【００３９】
＜解緩処理＞
アセトン抽出後の木質原料３５０ｇにｐ−クレゾール１００ｇを注ぎ、３０分間かけて十分に含浸させた後、さらに７２％硫酸１，０００ｇとｐ−クレゾール５１０ｇを追加し、電動撹拌機で１５分間撹拌した。１５分間撹拌すると、セルロースが硫酸により解重合し、粘度が低下する。粘度が低下すると、ｎ−ヘキサン５７０ｇを追加し、さらに撹拌を継続する。硫酸を添加してから３０分後に撹拌を止めて静置すると、下層（水層）と上層（油層）に層分離が始まり、５分後に分離が完了した。そして、二層に分離した水層と油層を分離した。
【００４０】
＜擬似移動床式クロマト分離装置による硫酸の回収＞
上述した操作で得られた、セルロースとヘミセルロース由来の糖成分及び硫酸を含む水層成分から、擬似移動床式クロマト分離装置を用いて硫酸を回収した。実験の条件と結果を下記に示す。
【００４１】
（装置及び器具）
充填塔：直径１０ｍｍ×高さ１０００ｍｍの４本のカラムから構成される擬似連続移動床方式
カラム充填剤：ＦＸ１９４２（オルガノ株式会社製、陰イオン交換樹脂）
処理量：１．５Ｌ／ｄａｙ
溶離水：変量
温度：常温
原液の注入速度：４１．５ｍｌ／ｈｒ
溶離水の注入速度：６１．７ｍｌ／ｈｒ
【００４２】
（供給液組成）
供給液組成：硫酸５７．６％、
糖類１６．０％（セルロース、ヘミセルロース由来の糖成分）
糖類組成：ポリマー（分子量２，０００以上）１１．４％、
オリゴマー（分子量２，０００〜４００）１．５％、
ダイマー及びモノマー３．１％
【００４３】
（実験結果）
同一条件下にて１６日間硫酸の連続分離回収実験を続行した。回収硫酸の濃度は３０．７％から徐々に上昇し、最終的には４６．１％に達した。硫酸の回収率は９３．５％から９７．２％まで上昇した。硫酸フラクションの流出速度は、平均して７２．４ｍｌ／ｈｒであり、糖液フラクションの流出速度は、平均して３０．８ｍｌ／ｈｒであった。回収した硫酸中に残った糖類の濃度は１．６〜２．９％であり、これはリサイクルされて再びセルロースとリグニンの分離に使用されるので、ロスにはならない。
【００４４】
＜電気透析法による硫酸回収＞
擬似移動床式クロマト分離装置により得られた糖液フラクションを用いて、下記の条件にて電気透析を行った。
【００４５】
（実験条件）
実験装置：マイクロアシライザーＳ３型（株式会社サンアクティス製）
カチオン膜  ネオセプタＣＭＸ（株式会社トクヤマ製）
アニオン膜  ネオセプタＡＣＭ（株式会社トクヤマ製）
実験溶液：糖液フラクションを原液として用いた（４５０ｍｌ）
濃縮液  ３．０Ｎ  Ｈ２ＳＯ４  ４５０ｍｌ
電極液  ０．５Ｎ  Ｈ２ＳＯ４  ５００ｍｌ
通電方法：２．２Ａでの一定電流運転
【００４６】
電気透析を行う前の糖液フラクション（硫酸濃度５％（１Ｎ））を液量１５０ｍｌ／ｈｒで供給し、さらに補給水２０ｍｌ／ｈｒを供給した。また、電気透析により硫酸を回収した後の脱硫酸塩液は液量１２０ｍｌ／ｈｒで得られ、回収される回収硫酸液は液量５０ｍｌ／ｈｒで得られた。約９０分間の電気透析を行うことにより、脱硫酸塩液伝導度は約１９０ｍＳ／ｃｍから２５ｍＳ／ｃｍまで低下した。糖液フラクションの硫酸濃度は１Ｎから０．１Ｎまで低下した。実験は３回繰り返し、透析初期でのイオン交換膜の劣化はなかった。濃縮液伝導度は通電開始直後より低下傾向を示したが、回収硫酸濃度は３．０Ｎから約３．３Ｎまで上昇していることが確認できた。電気透析により硫酸を回収した後の脱硫酸塩液の硫酸濃度と、回収した硫酸の硫酸濃度の結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
（メタン発酵実験）
酵母エキス、塩化アンモニウムおよびリン酸水素二カリウムをそれぞれ１．０ｍｇ／ｍｌ、レサズリンナトリウム（酸化還元指示薬）を１．０ｍｇ／ｌに調整した後、オートクレーブにより滅菌することで、栄養塩水溶液を調整した。７０ｍｌ容バイアル瓶に１０ｍｌの中海底質（湿重１３ｇ、含水率７８％）を取り、栄養塩水溶液（ｐＨ７．０）４０ｍｌおよびセルロース粉末（商品名：ＫＣフロック、日本製紙株式会社製）２５０ｍｇを加え、さらに硫酸ナトリウムを０，２０，４０，８０，１６０ｍＭと成るように添加した。
【００４９】
各サンプルをブチルゴムで密栓してアルミキャップでシールした後、２５℃の暗所で静置培養した。各サンプルは１週間毎に注射器を射して、内圧を大気圧に戻し、増加した体積を測定してから、ヘッドスペースの２０μｌをガスクロマトグラフによるメタンおよび二酸化炭素の濃度測定を行った。メタンはＦＩＤ（カラム：Ｐｏｒａｐａｋ  Ｑ、キャリアガス：ヘリウム２０ｍｌ／ｍｉｎ、カラム温度：７０℃、注入口の検出温度：１５０℃）、二酸化炭素はＴＣＤ（カラム：シリカゲルカラム、キャリアガス：ヘリウム８０ｍｌ／ｍｉｎ、カラム温度：７０℃、注入口の検出温度：１００℃）で検出し、それぞれの標準ガスを用いて同定・定量した。
【００５０】
メタンの生成は、２０ｍＭ（硫酸濃度、約０．２％に相当）、４０ｍＭ、８０ｍＭの硫酸ナトリウムを添加した場合、硫酸ナトリウムを添加しない場合と比べ、６８％、５６％、１８％に抑制された。濃度の上昇とともに抑制の程度が強くなり、１６０ｍＭ（硫酸濃度、約１．６％に相当）では完全に発酵が阻害された。
【００５１】
また、二酸化炭素の生成は、２０ｍＭ、４０ｍＭ、８０ｍＭ、１６０ｍＭの硫酸ナトリウムを添加した場合、硫酸ナトリウムを添加しない場合と比べ、８３％、７８％、５１％、３５％に抑制された。濃度の上昇とともに抑制の程度が強くなるが、１６０ｍＭでも二酸化炭素の生成が完全に阻害されることはなかった。
【００５２】
このメタン発酵実験は、イオン交換クロマトグラフィー法や電気透析法による硫酸の回収過程を経た糖液を使用してメタン発酵を行なったものではないが、これらの方法で約５０ｍＭ（約０．５％）の硫酸が残存する程度まで糖液から硫酸を回収し、残存した硫酸を水酸化ナトリウムで中和した後に、メタン発酵を実施すれば、上記の実験結果と同様に、抑制はされるもののメタン発酵が十分に可能であると考えられる。
【符号の説明】
【００５３】
１      解緩槽
２      分離槽
３      濾過機
４      乾燥機
５      樹脂クロマト塔
６      電気透析槽
７      発酵槽
【図１】
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【図２】
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