(57)【要約】【課題】  バイオマスの糖化率を上げるために、従来は粗粉砕後に乾燥させ、含水率が１５％以下になったものを、更に微粉砕していたため、製造に大きなエネルギーが必要になりコストが高いと言う問題があった。【解決手段】  本発明はバイオマスの絶乾状態においてリグニンを２５重量パーセント以上含むバイオマスの粗粉砕処理物を、次亜塩素酸塩のアルカリ水溶液で処理してリグニンを酸化する事により、リグニンを構成するカルボニル基をカルボキシ基化し、水溶性の低分子化合物化することによりセルロース、ヘミセルロースを主体とする残渣を余り収率を損なわずに得られ、乾燥や微粉砕という工程を必要としないので、大幅な製造エネルギーの削減が可能である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスの絶乾状態においてリグニンを２５重量パーセント以上含むバイオマスの粗粉砕処理物を次亜塩素酸塩のアルカリ水溶液で処理する工程を備えた事を特徴とするバイオマスの処理方法。
【請求項２】
前記バイオマスの処理方法において、粗粉砕処理物の８０％通過粒径が１０ｍｍ以下である事を特徴とする請求項１に記載のバイオマスの処理方法。
【請求項３】
前記バイオマスの処理方法において、処理開始前の次亜塩素酸塩のアルカリ水溶液のｐＨ（水素イオン濃度）が８以上である事を特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載のバイオマスの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明はバイオマスの絶乾状態においてリグニンを２５重量パーセント以上含むバイオマスの粗粉砕処理物を、次亜塩素酸塩のアルカリ水溶液で処理してリグニンを酸化する事により、リグニンを構成するカルボニル基をカルボキシ基化し、水溶性の低分子化合物化することによりセルロース、ヘミセルロースを主体とする残渣を余り収率を損なわずに得られるバイオマスの処理方法を提供することを目的とする。
【背景技術】
【０００２】  大聖泰弘／三井物産株式会社編の「バイオエタノール最前線」（工業調査会発行）によると、我が国は京都議定書に対応するため、２０１２年までに、１９９０年を基準として炭酸ガスの排出量を６％削減する必要がある。その一方策として、環境省が、乗用車からの排出量を削減するための次のようなシナリオを策定している事が示されている。即ち、カーボンニュートラルな木質系バイオマスから、工業的に安価な燃料用エタノールを製造し、ガソリンに３％混合させてＥ３燃料としたものの全面普及を２０１２年に、１０％混合させたＥ１０燃料の全面普及を２０２０年に達成させる。【０００３】  独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）は、木質系バイオマスから燃料用エタノールを製造するための「バイオマス高効率転換技術開発」を２００１年から２００５年に行なっている（ＮＥＤＯ報告書バーコード１０００００８３６参照）。ここでは濃硫酸による加水分解法を用いて木質系バイオマス中のセルロースを糖に変換している。ところが、糖液の回収率が低いこと、酸耐性・対塩性の酵母の開発が必要なこと、濃硫酸廃液を処理する必要があること等の問題があり、ガソリンと競合できる価格での製造技術は、いまだ確立されていない。【０００４】  硫酸加水分解法の問題を解決する方法として、機械的前処理と、酵素を用いる糖化処理法とを組み合わせたエタノールバイオエタノール製造方法がある。この機械的前処理法で用いられる振動式粉砕装置の一つに、粉砕媒体として複数のリングを円筒容器内を公転させる事によって、バイオマスで粉砕し短時間に８０％通過粒径を６０μｍ以下にして、酵素による糖化率を１００％近くまで改善している（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】  特開２００９−２３３５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  しかしながら、バイオマスの粉砕物の８０％通過粒径を６０μｍ以下にするためには、粉砕するバイオマスの含水率を１５％以下程度に乾燥させなければならず、乾燥のためのエネルギー消費量が非常に大きいのと、重い粉砕筒とリングを振動させ続けるモーターのエネルギー消費量も非常に大きいという問題があった。【０００７】  本発明の目的は、例えば木質系バイオマスの場合、３割程度を占めるリグニンを粗粉砕後に含水率を問わずに次亜塩素酸塩のアルカリ水溶液中で処理して溶かす事により、セルロース、ヘミセルロースからなる残渣が収率良く得られ、乾燥工程や微粉砕工程で費やしていた製造エネルギーを大幅に削減する処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明は、バイオマスの絶乾状態においてリグニンを２５重量パーセント以上含むバイオマスの粗粉砕処理物を次亜塩素酸塩のアルカリ水溶液で処理する工程を備えた事を特徴とするバイオマスの処理方法である。【０００９】  請求項１に係るバイオマスの処理法は、バイオマスの絶乾状態においてリグニンを２５重量パーセント以上含むバイオマスの粗粉砕処理物を次亜塩素酸塩のアルカリ水溶液で処理する工程を備えた事を特徴とする。
請求項２に係るバイオマスの処理法は、粗粉砕処理物の８０％通過粒径が２ｍｍ以下である事を特徴とする。
請求項３に係るバイオマスの処理法は、処理開始前の次亜塩素酸塩のアルカリ水溶液のｐＨ（水素イオン濃度）が８以上である事を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】  本発明のバイオマスの処理方法は、バイオマスの絶乾状態においてリグニンを２５重量パーセント以上含む、従来脱リグニン化が難しいと言われていたバイオマスでも、粗粉砕処理物により次亜塩素酸塩のアルカリ水溶液との反応面積を増やし、アルカリ水溶液とする事でセルロースやヘミセルロースの侵され方を抑えて長時間あるいは高温での処理を可能とし、粉砕機で微粉砕する方法に比べて乾燥や微粉砕に要する製造エネルギーを抑えられるという効果がある。【００１１】  本発明のバイオマスの処理方法は、粗粉砕処理物の８０％通過粒径を２ｍｍ以下とする事で、次亜塩素酸塩のアルカリ水溶液との反応面積を十分確保し、処理の高温長時間化を引き起こさないという効果がある。【００１２】  本発明のバイオマスの処理方法は、処理開始前の次亜塩素酸塩のアルカリ水溶液のｐＨ（水素イオン濃度）が８以上であるので、セルロースやヘミセルロースの侵され方を抑えれるという効果がある。
【発明を実施するための形態】
【００１３】  以下、本発明について詳細に説明する。
バイオマスとして長さ２ｍ程度の杉の間伐材をおが粉製造機で粗粉砕処理し、平均粒径が８００ミクロン、８０％通過粒径が２ｍｍ程度の粗粉砕処理物を得た。この粗粉砕処理物４０．００ｇ（含水率１６．３％）を次亜塩素酸ナトリウム濃度が３％の水酸化ナトリウム溶液（ｐＨ１３）１リットルに混ぜ、常温（２５度）でスターラーを使って撹拌を開始した（回転数２００ｒｐｍ）。
【００１４】  ２４時間後、処理液を真空ポンプを使ってガラスフィルターで固液分離を行い、得られた固体分を乾燥させて絶乾重量を測った所２５．００ｇであった。粗粉砕処理品の絶乾重量は３４．３９ｇであり、セルロース＋ヘミセルロースの比率を６８％とするとセルロース＋ヘミセルロースの重量は２３．３９ｇ、リグニンの重量は１１．００ｇであるので、リグニンの８５．３６％が分解されて溶液に溶けた事になる。
【００１５】  更にこの固形物０．０４００ｇを２ｍｌの容器に入れ０．１Ｎ、ｐＨ５に調製された酢酸バッファー１．８ｍｌとこの酢酸バッファーに１重量％メイセラーゼ（セルロース糖化酵素）を溶かした溶液０．２ｍｌを加えて２ｍｌとし、温度が５０度、水平方向の円運動が２００ｒｐｍに設定した培養器で４８時間培養した後に糖化率（セルロース＋ヘミセルロースの重量に対する糖化された糖の重量比）を測定した所８５％であった。
【００１６】  また、同じ条件で４８時間処理したものの絶乾重量は１８．０３ｇでリグニンに加えセルロース＋ヘミセルロースの２２．９％も溶解されていた。同様にして糖化率を測定した所１００％であった。４８時間後の処理液のｐＨが７．７と低くなっていたためにセルロースとヘミセルロースの一部が溶解したものである。
【００１７】  次亜塩素酸塩のアルカリ溶液として、水酸化ナトリウムに塩素を通じて得られた次亜塩素酸ナトリウムの水酸化ナトリウム溶液を含むことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００１８】  本発明を使えば、バイオマスの絶乾状態においてリグニンを２５重量パーセント以上含むバイオマスであっても、粗粉砕されていれば常温でも２４時間程度、次亜塩素酸塩のアルカリ溶液に浸けて置く事で、リグニンが容易に溶け、固液分離された固体分はセルロースとヘミセルロースの成分比率が高くなるため、セルロースを消化できる家畜（例えば牛など）の消化率の良い飼料として利用可能である。更に、糖化・発酵を行えばアルコール純度の高いバイオエタノールを得ることも可能である。【００１９】  本発明ではバイオマスを乾燥させる必要が無いため、おが粉や稲わら等を低製造エネルギーで処理できるため、従来よりも安い飼料やバイオエタノールの供給が可能である。