(57)【要約】【課題】簡単且つコンパクトな構成で、アルコールを連続的に製造することを可能にする。【解決手段】反応装置１０は、糖化反応室２０と発酵反応室２２とが、境界部に配置された連結板部４０を挟んで互いにＶ字状に傾斜して連結される単一の反応容器３４を備える。発酵反応室２２の最下端位置は、糖化反応室２０の最下端位置よりも上方に離間するとともに、連結板部４０には、前記発酵反応室２２の最下端に対応して、前記糖化反応室２０から該発酵反応室２２に糖化溶液を流動させるための連通孔４２が形成される。【選択図】図３
2014100092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを糖化処理して糖化溶液を得るための糖化反応室と、前記糖化溶液を発酵させ、アルコールを含む発酵溶液を得るための発酵反応室と、前記糖化反応室に前記バイオマスを供給するためのバイオマス供給口と、前記発酵反応室から前記発酵溶液を取り出すための発酵溶液排出口と、を備えるバイオマスの反応装置であって、
前記糖化反応室と前記発酵反応室とが、境界部に配置された連結部を挟んで互いにＶ字状に傾斜して連結される単一の反応容器を備え、
前記発酵反応室の最下端位置は、前記糖化反応室の最下端位置よりも上方に離間するとともに、
前記連結部には、前記発酵反応室の最下端に対応して、前記糖化反応室から該発酵反応室に前記糖化溶液を流動させるための連通孔が形成されることを特徴とするバイオマスの反応装置。
【請求項２】
請求項１記載の反応装置において、前記糖化反応室には、前記バイオマスを糖化させる糖化酵素を該バイオマスに添加するための糖化酵素投入口と、
前記糖化溶液のｐＨを調整するｐＨ調整剤を投入するためのｐＨ調整剤投入口と、
が連通するとともに、
前記発酵反応室には、前記連通孔の近傍に位置し、前記糖化溶液を発酵させる発酵菌又は酵母を、前記糖化溶液に添加するための第１発酵室と、
前記第１発酵室から流動する前記糖化溶液を発酵反応させて前記発酵溶液を得るための第２発酵室と、
が設けられることを特徴とするバイオマスの反応装置。
【請求項３】
請求項２記載の反応装置において、前記第２発酵室は、複数の発酵空間部と、
前記発酵溶液を、前記複数の発酵空間部に沿って蛇行しながら前記発酵溶液排出口に流動させる蛇行流路形成部材と、
を備えることを特徴とするバイオマスの反応装置。
【請求項４】
請求項３記載の反応装置において、前記糖化反応室に設置され、該糖化反応室内を撹拌させるための糖化回転部材と、
前記発酵反応室に設置され、前記複数の発酵空間部内をそれぞれ撹拌させるための複数の発酵回転部材と、
を備えるとともに、
前記糖化回転部材と前記複数の発酵回転部材とは、互いに連結されて一体に回転されることを特徴とするバイオマスの反応装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の反応装置において、前記糖化反応室に前記連通孔に近接して配置され、糖化反応後のバイオマス残渣を該糖化反応室から排出するためのバイオマス残渣排出機構を備えることを特徴とするバイオマスの反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスを糖化処理して糖化溶液を得るための糖化反応室、及び、前記糖化溶液を発酵させ、アルコールを含む発酵溶液を得るための発酵反応室を備えるバイオマスの反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、セルロース系バイオマスを原料としてエタノールを製造するバイオエタノールの製造技術が開発されている。セルロース系バイオマスとしては、一般的に、サトウキビやとうもろこし等の食用性のバイオマスが用いられている。
【０００３】
しかしながら、食糧供給とのバランスから食用性のバイオマスに代わる原料が求められている。このため、例えば、稲藁、麦藁、植物の茎（例えば、とうもろこしの茎）や葉、建築廃材や間伐材等の非可食性のバイオマスを原料とするエタノールの製造方式が注目されている。
【０００４】
この種のエタノール製造方式に使用される反応装置は、バイオマスを糖化処理するための糖化反応槽と、糖化された液を発酵させてアルコールを得るための発酵反応槽とを備えている。例えば、特許文献１は、セルロースの糖化と乳酸発酵とを同時に進行させてセルロースから乳酸を製造する装置であって、糖化ゾーンと発酵ゾーンとをセルロース短繊維及び水溶液が透過可能な透液性隔壁で仕切った糖化発酵糟と、該糖化ゾーンにセルロース材料を供給する投入ラインと、該糖化ゾーンと該発酵ゾーンの少なくとも一方から乳酸を含む発酵液を取り出す取出ラインとを含み、前記透液性隔壁が、孔径０．１〜５．０ｍｍの金網又はパンチングメタルであることを特徴としている。
【０００５】
また、特許文献２に開示されている糖原料からのアルコール連続発酵装置は、糖原料を糖化する糖化処理槽と、糖化された液を連続的に供給してアルコール発酵を行う発酵槽とを有し、前記発酵槽で発酵後の、糖原料に由来する糖化未反応残渣と発酵用酵母を主体とする発酵微生物を含む発酵液から、糖化未反応残渣を分離する糖化未反応残渣分離装置と、発酵微生物を含む発酵液から発酵微生物を分離する発酵微生物分離装置とを有し、前記糖化未反応残渣分離装置で分離された糖化未反応残渣を前記糖化処理槽に返送する返送管と、前記発酵微生物分離装置で分離された発酵微生物を前記発酵槽に返送する返送管を有することを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１７００１６号公報
【特許文献２】特許第４６２０８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献１では、１つの反応槽を透液性隔壁によって２分割することにより、糖化ゾーンと発酵ゾーンとして機能させている。このため、透液性隔壁を介して乳酸と短繊維及びオリゴ糖とが相互に移動している。従って、特許文献１では、バイオマスの投入からアルコールの取り出しを連続的に行うことができないという問題がある。
【０００８】
また、上記の特許文献２では、糖化処理槽と発酵槽とが別々に配置されている。これにより、特許文献２では、構造が複雑化するとともに、設備全体が大型化するという問題がある。
【０００９】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、アルコールを連続的に製造することが可能なバイオマスの反応装置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】
【００１０】
本発明は、バイオマスを糖化処理して糖化溶液を得るための糖化反応室と、前記糖化溶液を発酵させ、アルコールを含む発酵溶液を得るための発酵反応室と、前記糖化反応室に前記バイオマスを供給するためのバイオマス供給口と、前記発酵反応室から前記発酵溶液を取り出すための発酵溶液排出口と、を備えるバイオマスの反応装置に関するものである。
【００１１】
この反応装置では、糖化反応室と発酵反応室とが、境界部に配置された連結部を挟んで互いにＶ字状に傾斜して連結される単一の反応容器を備え、前記発酵反応室の最下端位置は、前記糖化反応室の最下端位置よりも上方に離間するとともに、前記連結部には、前記発酵反応室の最下端に対応して、前記糖化反応室から該発酵反応室に前記糖化溶液を流動させるための連通孔が形成されている。
【００１２】
また、この反応装置では、糖化反応室には、バイオマスを糖化させる糖化酵素を前記バイオマスに添加するための糖化酵素投入口と、糖化溶液のｐＨを調整するｐＨ調整剤を投入するためのｐＨ調整剤投入口と、が連通している。そして、発酵反応室には、連通孔の近傍に位置し、糖化溶液を発酵させる発酵菌又は酵母を、前記糖化溶液に添加するための第１発酵室と、前記第１発酵室から流動する前記糖化溶液を発酵反応させて発酵溶液を得るための第２発酵室と、が設けられることが好ましい。
【００１３】
さらに、この反応装置では、第２発酵室は、複数の発酵空間部と、発酵溶液を、前記複数の発酵空間部に沿って蛇行しながら発酵溶液排出口に流動させる蛇行流路形成部材と、を備えることが好ましい。
【００１４】
さらにまた、この反応装置では、糖化反応室に設置され、前記糖化反応室内を撹拌させるための糖化回転部材と、発酵反応室に設置され、複数の発酵空間部内をそれぞれ撹拌させるための複数の発酵回転部材と、備えるとともに、前記糖化回転部材と前記複数の発酵回転部材とは、互いに連結されて一体に回転されることが好ましい。
【００１５】
また、この反応装置では、糖化反応室に連通孔に近接して配置され、糖化反応後のバイオマス残渣を前記糖化反応室から排出するためのバイオマス残渣排出機構を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、単一の反応容器内に、糖化反応室と発酵反応室とが連結部を挟んで形成されるとともに、前記糖化反応室と前記発酵反応室とは、連通孔を介して互いに連通している。このため、糖化反応室に投入されたバイオマスは、糖化反応から発酵反応に連続して反応することができ、簡単且つコンパクトな構成で、アルコールを連続的に製造することが可能になる。
【００１７】
さらに、発酵反応室の最下端位置は、糖化反応室の最下端位置よりも上方に離間するとともに、前記発酵反応室の最下端に対応して連通孔が形成されている。従って、糖化反応により生成されたバイオマス残渣は、発酵反応室に移動することがなく、糖化反応及び発酵反応が連続的且つ良好に遂行可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るバイオマスの反応装置が組み込まれるエタノール製造システムの概略説明図である。
【図２】前記反応装置の斜視説明図である。
【図３】前記反応装置の断面説明図である。
【図４】前記反応装置の、図３中、ＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】前記反応装置を構成するバイオマス残渣排出機構の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に示すように、本発明の実施形態に係るバイオマスの反応装置１０は、エタノール製造システム１２に組み込まれる。エタノール製造システム１２は、例えば、稲藁等の非食用性のリグノセルロース系バイオマスを基質とし、前記基質を適当な大きさのチップ状又は粒状に揃えるための裁断・粗粉砕部１４を備える。
【００２０】
裁断・粗粉砕部１４の下流には、前記裁断・粗粉砕部１４により裁断又は粗粉砕された基質を前処理するための前処理部１６が設けられる。基質であるリグノセルロース系バイオマスは、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンからなる高分子マトリックスのバイオマスである。従って、セルロースに糖化反応処理を施す前に、予め基質からリグニンを解離させ、又は、前記基質を膨潤させるため、前処理部１６が設けられる。
【００２１】
前処理部１６では、例えば、アンモニア水に基質を分散させて加熱する。このため、セルロース又はヘミセルロースとリグニンとの結合の少なくとも一部が化学的に切断され（解離）、あるいは、セルロース又はヘミセルロースに空隙が生じ、又はセルロース繊維の内部に空隙が生じて前記セルロース繊維が膨張する（膨潤）。
【００２２】
なお、前処理部１６では、アンモニアを用いるアルカリ処理の他、例えば、蒸気を使用する処理、蒸煮爆砕法、希硫酸前処理、加圧熱水、炭化（熱分解）処理、高温乾燥処理等が基質に応じて選択される。
【００２３】
前処理部１６の下流には、例えば、高温により滅菌する滅菌部１８が設置され、前記滅菌部１８の下流には、本実施形態に係る反応装置１０が設けられる。反応装置１０には、糖化処理部である糖化反応室２０と発酵処理部である発酵反応室２２とが設けられるとともに、前記糖化反応室２０には、前記発酵反応室２２に近接して、残渣分離部であるバイオマス残渣排出機構２４が配置される。発酵反応室２２の外部下流には、製造されたエタノール（アルコール）を濃縮させる濃縮部２６が設けられる。
【００２４】
図２及び図３に示すように、反応装置１０は、基台３０上に複数の支持部材３２を介して固定される単一の反応容器３４を備える。反応容器３４は、第１ケーシング部材３６と第２ケーシング部材３８とを有し、前記第１ケーシング部材３６と前記第２ケーシング部材３８とは、境界部に配置された連結板部（連結部）４０を挟んで互いにＶ字状に傾斜して連結される。
【００２５】
第１ケーシング部材３６は、上下方向に長尺な断面楕円形状の略円筒形を有し（図２及び図４参照）、連結板部４０側の一方の端部３６ｅｄから他方の端部３６ｅｕに向かって上方に所定の角度で傾斜する（図３参照）。第２ケーシング部材３８は、断面円形状の円筒形を有し（図２及び図４参照）、連結板部４０側の一方の端部３８ｅｄから他方の端部３８ｅｕに向かって上方に所定の角度で傾斜する（図３参照）。第２ケーシング部材３８の一方の端部３８ｅｄの下端位置は、第１ケーシング部材３６の一方の端部３６ｅｄの下端位置よりも距離ｈだけ上方に離間する（図３参照）。
【００２６】
第１ケーシング部材３６内には、糖化反応室２０が形成される一方、第２ケーシング部材３８内には、発酵反応室２２が形成される。糖化反応室２０と発酵反応室２２とは、境界部に配置された連結板部４０を挟んで互いにＶ字状に傾斜して連結されるとともに、前記発酵反応室２２の最下端位置は、前記糖化反応室２０の最下端位置よりも上方に距離ｈだけ離間する。
【００２７】
連結板部４０は、鉛直方向に対して上部側が第２ケーシング部材３８側に傾斜する。連結板部４０には、発酵反応室２２の最下端に対応して、糖化反応室２０から前記発酵反応室２２に糖化溶液（後述する）を流動させるための連通孔４２が形成される。連結板部４０には、連通孔４２よりも下方に位置し、糖化反応室２０に連通するドレイン管路４３が接続される。ドレイン管路４３は、残渣や排液又は洗浄時の排液を洗い出す際に使用される。
【００２８】
第１ケーシング部材３６の他方の端部３６ｅｕには、楕円形状の第１蓋部材４４が取り付けられる一方、第２ケーシング部材３８の他方の端部３８ｅｕには、円形状の第２蓋部材４６が取り付けられる。
【００２９】
第１蓋部材４４の上部側には、前処理された基質を糖化反応室２０に供給するためのバイオマス供給管路（バイオマス供給口）４８、糖化酵素（例えば、セルラーゼやヘミセルラーゼ等）を前記糖化反応室２０内に供給する糖化酵素供給管路（糖化酵素投入口）５０、ｐＨ調整用の酸（例えば、硫酸）を前記糖化反応室２０に供給する酸供給管路（ｐＨ調整剤投入口）５２及びｐＨ調整用のアルカリを前記糖化反応室２０に供給するアルカリ供給管路（ｐＨ調整剤投入口）５４が取り付けられる。第１蓋部材４４の下部側には、ｐＨ調整用の二酸化炭素（後述する）を糖化反応室２０に供給するためのＣＯ２供給管路（ｐＨ調整剤投入口）５６が取り付けられる。
【００３０】
第１蓋部材４４の中央部上方側には、回転駆動源として、例えば、モータ５８が装着される。モータ５８の回転駆動軸５８ａには、カップリング６０を介して第１回転軸６２の一端が連結される。第１回転軸６２の一端側は、ベアリング６４ａを介して第１蓋部材４４に支持されるとともに、前記第１回転軸６２の他端側は、ベアリング６４ｂを介して連結板部４０に支持される。
【００３１】
第１回転軸６２には、糖化回転ドラム（糖化回転部材）６６が固定される。糖化回転ドラム６６は、第２ケーシング部材３８側の端部が閉塞された有底円筒形状を有し、第１蓋部材４４側に向かって径寸法が大きくなる、すなわち、拡開する略円錐形状に設定される。糖化回転ドラム６６の外周面には、例えば、網又はパンチングメタル等からなる複数のメッシュ６８が、所定の角度間隔ずつ離間して設けられる。バイオマス供給管路４８、糖化酵素供給管路５０、酸供給管路５２及びアルカリ供給管路５４は、糖化回転ドラム６６の内方に挿入され、前記糖化回転ドラム６６の回転に干渉することがない。
【００３２】
発酵反応室２２には、連通孔４２の近傍に位置し、糖化溶液を発酵させる発酵菌（又は酵母）を、前記糖化溶液に添加するための第１発酵室７０と、前記第１発酵室７０から流動する前記糖化溶液を発酵反応させて発酵溶液を得るための第２発酵室７２と、が設けられる。第１発酵室７０には、第２ケーシング部材３８の一方の端部３８ｅｄ側の底部に、発酵菌（又は酵母）を前記第１発酵室７０に供給するための発酵菌供給管路７４が接続される。
【００３３】
発酵反応室２２内には、複数枚、例えば、４枚の略円板状の仕切り板７６ａ、７６ｂ、７６ｃ及び７６ｄがロッド７７を介して一体に固定されることにより、第１発酵室７０、第１発酵空間部７２ａ、第２発酵空間部７２ｂ、第３発酵空間部７２ｃ及び第４発酵空間部７２ｄが形成される。第１発酵室７０は、連結板部４０と第１仕切り板７６ａとの間に形成され、上方に向かって幅狭な開口断面三角形状を有する。
【００３４】
第１仕切り板７６ａの上部には、第２ケーシング部材３８の内壁面との間に隙間Ｓ１が形成される。具体的には、第１仕切り板７６ａの上端部を切り欠いて、又は、前記上端部に凹部や孔部を形成して、隙間Ｓ１が設けられる。以下、同様に、第２仕切り板７６ｂの下部には、第２ケーシング部材３８の内壁面との間に隙間Ｓ２が形成される。第３仕切り板７６ｃの上部には、第２ケーシング部材３８の内壁面との間に隙間Ｓ３が形成される一方、第４仕切り板７６ｂｄ下部には、前記第２ケーシング部材３８の内壁面との間に隙間Ｓ４が形成される。
【００３５】
発酵反応室２２内では、蛇行流路形成部材である仕切り板７６ａ、７６ｂ、７６ｃ及び７６ｄが設けられることにより、発酵溶液は、第１発酵室７０、第１発酵空間部７２ａ、第２発酵空間部７２ｂ、第３発酵空間部７２ｃ及び第４発酵空間部７２ｄに沿って上下に蛇行しながら流動する。
【００３６】
仕切り板７６ａ、７６ｂ、７６ｃ及び７６ｄの下部には、図示しないが、第１発酵室７０、第１発酵空間部７２ａ、第２発酵空間部７２ｂ、第３発酵空間部７２ｃ及び第４発酵空間部７２ｄを連通し、前記第４発酵空間部７２ｄ側から前記第１発酵室７０に残渣や死滅した菌を流動させるための開口部が形成される。
【００３７】
第４発酵空間部７２ｄの上方には、発酵溶液排出口７８が設けられる。発酵溶液排出口７８は、濃縮部２６に連通する。なお、発酵反応室２２内でエタノールが所定の濃度まで濃縮されるものであれば、濃縮部２６を削除することができる。
【００３８】
図３に示すように、第２ケーシング部材３８内には、前記第２ケーシング部材３８と同軸上に第２回転軸８０が回転自在に支持される。第２回転軸８０の一端は、ベアリング８２ａを介して仕切り板７６ａに支持される一方、前記第２回転軸８０の他端は、ベアリング８２ｂを介して第２蓋部材４６に支持される。第２回転軸８０の一端は、ユニバーサルジョイント８４を介して第１回転軸６２の他端に所定の角度を有し一体に回転可能に連結される。
【００３９】
第２回転軸８０の外周部には、第１発酵空間部７２ａ、第２発酵空間部７２ｂ、第３発酵空間部７２ｃ及び第４発酵空間部７２ｄ内をそれぞれ撹拌させるための複数、例えば、４つの発酵回転翼（発酵回転部材）８６ａ、８６ｂ、８６ｃ及び８６ｄが設けられる。発酵回転翼８６ａ、８６ｂ、８６ｃ及び８６ｄは、平板状を有するとともに、必要に応じて切り抜き部が形成されている。
【００４０】
第２蓋部材４６には、発酵溶液排出口７８の近傍にＣＯ２排出管路８８が接続される。発酵反応室２２内に発生する二酸化炭素を排出するとともに、この排出された二酸化炭素は、必要に応じてＣＯ２供給管路５６に送られる。
【００４１】
バイオマス残渣排出機構２４は、糖化反応室２０の連通孔４２に近接して配置される。バイオマス残渣排出機構２４は、長尺な筒状ケーシング（例えば、円筒状）９０を備え、前記筒状ケーシング９０の下端部側面には、残渣を取り込むための取り込み口９２が開口する。図３及び図４に示すように、筒状ケーシング９０は、下端部が連通孔４２の近傍に配置され、第１回転軸６２に干渉しないように傾斜して上方に延在する。筒状ケーシング９０の上端は、第１ケーシング部材３６の上部側に形成された開口部９４を通って外部に露出する。
【００４２】
筒状ケーシング９０の上端部には、残渣を前記筒状ケーシング９０から排出するための残渣排出口９６が形成される。図４及び図５に示すように、筒状ケーシング９０には、取り込み口９２から取り込まれた残渣を前記筒状ケーシング９０内で上方に流動させた後、残渣排出口９６に排出するために回転方向及び螺回方向が設定されたスクリュー部９８が、軸部１００に一体に設けられる。軸部１００は、回転駆動源、例えば、モータ１０１により回転駆動される。
【００４３】
軸部１００の上部側には、１以上の傾斜部１０２が膨出形成される。傾斜部１０２は、軸方向に向かって軸径を連続的に大径に形成し、筒状ケーシング９０の内面との間に幅狭な間隙を有する固液分離室１０４を形成した後、連続的に小径に形成される。
【００４４】
筒状ケーシング９０には、各傾斜部１０２の上方側、すなわち、固液分離室１０４の上方近傍に位置して水分供給口１０６が１以上設けられる。水分供給口１０６には、水又は低濃度の糖化溶液が供給される。筒状ケーシング９０には、それぞれ所定の高さ位置に溶液出口１０８が１以上設けられる。溶液出口１０８は、メッシュ（図示せず）を有しており、軸部１００に形成された傾斜部１０２により残渣が絞られる際、この残渣に含有していた糖化溶液や酵素を糖化反応室２０に戻す。
【００４５】
このように構成される反応装置１０の動作について、エタノール製造システム１２との関連で、以下に説明する。
【００４６】
図１に示すように、基質である稲藁（リグノセルロース系バイオマス）が、裁断・粗粉砕部１４により細分化された後、この細分化された稲藁が前処理部１６に供給される。前処理部１６では、細分化された稲藁が、例えば、アンモニア水により処理されて、リグニンが除去される。そして、前処理された稲藁は、滅菌部１８で高温滅菌された後、バイオマス供給管路４８を通って反応装置１０を構成する糖化反応室２０に供給される。
【００４７】
一方、糖化反応室２０には、糖化酵素供給管路５０から糖化酵素が供給されるとともに、酸供給管路５２又はアルカリ供給管路５４からｐＨ調整用の酸又はアルカリが必要に応じて供給される。
【００４８】
図３に示すように、反応装置１０では、モータ５８の回転作用下に、回転駆動軸５８ａと一体に第１回転軸６２が回転駆動される。このため、糖化反応室２０では、第１回転軸６２に固定された糖化回転ドラム６６が回転されるとともに、前記糖化反応室２０内が所定の温度に加熱される。従って、前処理された稲藁は、糖化酵素により糖化処理され、糖化回転ドラム６６内に糖化過程における可溶成分、すなわち、糖化溶液が得られる。この糖化溶液は、糖化回転ドラム６６のメッシュ６８を透過して糖化反応室２０の底部側に流動する。
【００４９】
糖化反応室２０を構成する第１ケーシング部材３６は、連結板部４０側の一方の端部３６ｅｄから他方の端部３６ｅｕに向かって上方に所定の角度で傾斜している。これにより、糖化反応室２０では、糖化溶液は、第１ケーシング部材３６の傾斜に沿って連結板部４０側に流動するとともに、この糖化溶液に混在する残渣は、バイオマス残渣排出機構２４により固液分離される。
【００５０】
具体的には、バイオマス残渣排出機構２４では、図４及び図５に示すように、モータ１０１の駆動作用下に軸部１００と一体にスクリュー部９８が回転される。このため、筒状ケーシング９０の下端部側面に形成された取り込み口９２から糖化溶液を含んだ残渣が取り込まれる。残渣は、軸部１００の回転によりスクリュー部９８の形状（螺回形状）に沿って上方に移送される。
【００５１】
その際、軸部１００には、１以上の傾斜部１０２が膨出形成されている。従って、スクリュー部９８により上方に移送された残渣は、傾斜部１０２と筒状ケーシング９０の内面との間に形成される幅狭な間隙である固液分離室１０４で絞られる。これにより、残渣に含有する有効成分（糖化溶液や糖化酵素）は、残渣の固形成分から除去され、溶液出口１０８を通って糖化反応室２０に戻される。
【００５２】
さらに、水分供給口１０６には、水又は低濃度の糖化溶液が供給されている。このため、固液分離室１０４で液状成分が除去された残渣は、水分が添加された後、上方の固液分離室１０４で再度絞られる。従って、残渣中に残存する有効成分は、絞りと水分添加とが繰り返されるため、前記残渣から確実に除去されて糖化反応室２０内に戻される。これにより、有効成分が除去された残渣は、固形成分となって残渣排出口９６から排出される。なお、残渣は、必要成分が添加されて肥料の原料として利用されたり、燃料として利用されたりする。
【００５３】
一方、図３に示すように、糖化溶液は、第１ケーシング部材３６内の一方の端部３６ｅｄ側に滞留し、液面が連通孔４２まで上昇すると、前記連通孔４２を通って発酵反応室２２の第１発酵室７０に流入する。第１発酵室７０には、発酵菌供給管路７４から発酵菌（又は酵母）が供給されるとともに、必要に応じて水が供給されている。このため、第１発酵室７０では、糖化反応室２０内でセルロース及びヘミセルロースの酵素分解により生成された糖類が、発酵を開始して発酵溶液が得られる。
【００５４】
第１発酵室７０の発酵溶液は、発酵菌の活性が低くアルコール濃度が低いものの、滅菌される確率が低くて菌体数が多い。第１発酵室７０に滞留する発酵溶液は、仕切り板７６ａに沿って液面が上昇し、前記仕切り板７６ａの上部に形成された隙間Ｓ１を通って第１発酵空間部７２ａに供給される。
【００５５】
ここで、発酵反応室２２には、第２回転軸８０が回転自在に支持されており、前記第２回転軸８０は、第１回転軸６２とユニバーサルジョイント８４を介して連結されている。従って、モータ５８の駆動作用下に、第１回転軸６２が回転する際、第２回転軸８０が回転している。
【００５６】
これにより、第２回転軸８０に設けられた発酵回転翼８６ａ、８６ｂ、８６ｃ及び８６ｄは、第１発酵空間部７２ａ、第２発酵空間部７２ｂ、第３発酵空間部７２ｃ及び第４発酵空間部７２ｄ内を旋回するように回転している。このため、第１発酵空間部７２ａに供給された発酵溶液は、発酵回転翼８６ａの旋回作用下に撹拌され、発酵反応が促進される。
【００５７】
第１発酵空間部７２ａと第２発酵空間部７２ｂとは、仕切り板７６ｂの下部に形成された隙間Ｓ２により連通している。従って、発酵溶液は、隙間Ｓ２を通って第１発酵空間部７２ａから第２発酵空間部７２ｂに流動する。第２発酵空間部７２ｂでは、発酵溶液が発酵回転翼８６ｂの旋回作用下に撹拌される。さらに、第２発酵空間部７２ｂの発酵溶液は、仕切り板７６ｃの上部に形成された隙間Ｓ３を通って第３発酵空間部７２ｃに流動する。そして、第３発酵空間部７２ｃの発酵溶液は、仕切り板７６ｄの下部に形成された隙間Ｓ４を通って第４発酵空間部７２ｄに流動する。
【００５８】
第３発酵空間部７２ｃ及び第４発酵空間部７２ｄでは、発酵溶液が発酵回転翼８６ｃ、８６ｄの旋回作用下に流動するため、前記発酵溶液の発酵処理が順次行われる。その際、発酵溶液は、第１発酵空間部７２ａから第４発酵空間部７２ｄに向かうに従って、菌の活性度が高まってアルコール濃度が高くなる一方、滅菌されて菌体数が減少する。
【００５９】
このように、発酵溶液は、第１発酵室７０、第１発酵空間部７２ａ、第２発酵空間部７２ｂ、第３発酵空間部７２ｃ及び第４発酵空間部７２ｄに沿って上下に蛇行しながら流動する。これにより、発酵反応室２２内では、発酵反応によりエタノール（アルコール）が生成されるとともに、前記エタノールが濃縮され、発酵溶液排出口７８から濃縮部２６に排出される。
【００６０】
また、発酵反応室２２内では、発酵反応により発生する残渣や死滅する菌が溜まり易い。そこで、仕切り板７６ａ、７６ｂ、７６ｃ及び７６ｄの下部には、図示しないが、第１発酵室７０、第１発酵空間部７２ａ、第２発酵空間部７２ｂ、第３発酵空間部７２ｃ及び第４発酵空間部７２ｄを連通する開口部が形成されている。このため、第４発酵空間部７２ｄ側から第１発酵室７０に向かって残渣や死滅した菌を流動させることができる。
【００６１】
この場合、本実施形態では、単一の反応容器３４内に、糖化反応室２０と発酵反応室２２とが連結板部４０を挟んで形成されるとともに、前記糖化反応室２０と前記発酵反応室２２とは、連通孔４２を介して連通している。従って、糖化反応室２０に投入されたバイオマスは、糖化反応から発酵反応に連続して反応することができ、簡単且つコンパクトな構成で、エタノール（アルコール）を連続的に製造することが可能になる。
【００６２】
また、発酵反応室２２の最下端位置は、糖化反応室２０の最下端位置よりも上方に距離ｈだけ離間するとともに、前記発酵反応室２２の最下端に対応して連通孔４２が形成されている。これにより、糖化反応により生成された残渣は、発酵反応室２２に移動することがなく、糖化及び発酵反応が連続的且つ良好に遂行可能になるという効果が得られる。
【００６３】
さらに、糖化反応室２０には、基質を糖化させる糖化酵素を前記基質に添加するための糖化酵素供給管路５０と、糖化溶液のｐＨを調整するｐＨ調整剤を投入するための酸供給管路５２、アルカリ供給管路５４及びＣＯ２供給管路５６と、が連通している。
【００６４】
そして、発酵反応室２２には、連通孔４２の近傍に位置し、糖化溶液を発酵させる発酵菌（又は酵母）を、前記糖化溶液に添加するための第１発酵室７０と、前記第１発酵室７０から流動する前記糖化溶液を発酵反応させて発酵溶液を得るための第２発酵室７２と、が設けられている。このため、第１発酵室７０では、糖化溶液に発酵菌（又は酵母）を確実に混合し、第２発酵室７２では、糖類を十分に発酵させることができる。
【００６５】
さらにまた、第２発酵室７２は、第１発酵空間部７２ａ、第２発酵空間部７２ｂ、第３発酵空間部７２ｃ及び第４発酵空間部７２ｄと、発酵溶液を、前記第１発酵空間部７２ａ〜前記第４発酵空間部７２ｄに沿って蛇行しながら発酵溶液排出口７８に流動させる仕切り板７６ａ、７６ｂ、７６ｃ及び７６ｄと、を備えている。従って、発酵溶液は、第２発酵室７２内を蛇行して流動することにより、発酵時間を良好に確保することが可能になるとともに、蛇行する度に、より濃度の高いアルコールを得ることができるという利点がある。
【００６６】
また、糖化反応室２０には、前記糖化反応室２０内を撹拌させるための糖化回転ドラム６６が配置される一方、発酵反応室２２には、第１発酵空間部７２ａ、第２発酵空間部７２ｂ、第３発酵空間部７２ｃ及び第４発酵空間部７２ｄをそれぞれ撹拌させるための発酵回転翼８６ａ、８６ｂ、８６ｃ及び８６ｄが配置されている。
【００６７】
その際、糖化回転ドラム６６と、発酵回転翼８６ａ、８６ｂ、８６ｃ及び８６ｄとは、互いに連結されてモータ５８の作用下に一体に回転されている。これにより、糖化反応室２０及び発酵反応室２２を経済的且つ効率的に撹拌させることが可能になる。
【００６８】
さらに、反応装置１０は、糖化反応室２０の連通孔４２に近接して配置され、糖化反応後の残渣を前記糖化反応室２０から排出するためのバイオマス残渣排出機構２４を備えている。このため、残渣が除去された糖化溶液を発酵反応室２２に確実に供給することができ、発酵反応が効率的に遂行される。
【符号の説明】
【００６９】
１０…反応装置                      １２…エタノール製造システム
１４…裁断・粗粉砕部                １６…前処理部
２０…糖化反応室                    ２２…発酵反応室
２４…バイオマス残渣排出機構        ３４…反応容器
３６、３８…ケーシング部材
３６ｅｄ、３６ｅｕ、３８ｅｄ、３８ｅｕ…端部
４０…連結板部                      ４２…連通孔
４４、４６…蓋部材                  ４８…バイオマス供給管路
５０…糖化酵素供給管路              ５２…酸供給管路
５４…アルカリ供給管路              ５６…ＣＯ２供給管路
５８、１０１…モータ                ６２、８０…回転軸
６６…糖化回転ドラム                ６８…メッシュ
７０、７２…発酵室                  ７２ａ〜７２ｄ…発酵空間部
７４…発酵菌供給管路                ７６ａ〜７６ｄ…仕切り板
７８…発酵溶液排出口                ８６ａ〜８６ｄ…発酵回転翼
８８…ＣＯ２排出管路                ９０…筒状ケーシング
９２…取り込み口                    ９４…開口部
９６…残渣排出口                    ９８…スクリュー部
１００…軸部                        １０２…傾斜部
１０４…固液分離室                  １０６…水分供給口
１０８…溶液出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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