(57)【要約】【課題】  低い投入エネルギー及び低いコストで、下水汚泥物や食品廃棄物中のバイオマスを低分子化する方法を提供することである。【解決手段】  実施形態のバイオマスの低分子化方法は、バイオマスと１乃至４ｍｍの粒子径を有する多孔質担体に酸基が結合した固体酸触媒とを混合してバイオマスを低分子化させ、低分子化処理後のバイオマスから前記固体酸触媒を分離して回収する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスと１乃至４ｍｍの粒子径を有する多孔質担体に酸基が結合した固体酸触媒とを混合してバイオマスを低分子化させ、
低分子化処理後のバイオマスから前記固体酸触媒を分離して回収する
ことを含むことを特徴とするバイオマスの低分子化方法。
【請求項２】
前記多孔質担体は多孔質シリカであることを特徴とする請求項１に記載のバイオマスの低分子化方法。
【請求項３】
前記酸基はスルホ基であることを特徴とする請求項１に記載のバイオマスの低分子化方法。
【請求項４】
バイオマスの低分子化を大気圧下において１００℃以下で行うことを特徴とする請求項１に記載のバイオマスの低分子化方法。
【請求項５】
さらに、回収した前記固体酸触媒の再生処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のバイオマスの低分子化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、バイオマスの低分子化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、下水汚泥の有効利用が進められている。下水汚泥は、固形分の約６０〜８０％が有機物であり、質及び量ともに安定したエネルギー資源である。しかし、その利用先はセメント化等の建設資材利用が大半を占めている。下水汚泥のうち、バイオガスや汚泥燃料としてエネルギー利用されているのはわずか１３％と非常に低い。
【０００３】
下水汚泥からエネルギーを回収する技術のうち、現在最も多く利用されている技術が嫌気性消化である。嫌気性消化は、嫌気的状態に保たれた汚泥消化槽内で有機物（バイオマス）を嫌気性の微生物で低分子化、液化、ガス化する処理法である。汚泥を消化槽で消化させると、投入汚泥中の有機物は液化及びガス化により４０〜６０％減少する。そのため、汚泥量を減少させることができ、嫌気性消化の副産物として生成されるメタンを主成分としたバイオガスは、エネルギー利用することができる。
【０００４】
しかし、下水汚泥をそのまま消化槽で消化させると、２０日〜３０日程度の非常に長い時間がかかる。長期間の消化処理中、消化槽の温度管理やメンテナンスが必要であるため、多大なエネルギーとコストがかかってしまう。その結果、総合的に獲得できるエネルギー量はあまり高くない。
【０００５】
より低エネルギーでバイオマスをバイオ燃料に転換する方法として、メタン発酵などの消化処理を行う前に、バイオマスを低分子化し、さらにグルコースやオリゴ糖などに糖化する技術が開発されている。
【０００６】
バイオマスを低分子化する方法としては、例えば、酸やアルカリ処理を用いるものがある。しかし、酸やアルカリの完全な除去、或いは中和にコストがかかり、好ましくない。また、酵素を用いて低分子化する技術もあるが、酵素の場合はさらに、コストの高い前処理が必要となる。前処理を行わない場合では、１週間程度と長時間の反応が必要なため、反応槽における反応条件の維持によりエネルギーを消費し、槽のメンテナンスのためにコストがかかる。さらに、熱処理、臨界水や亜臨界水を用いた処理、及びオゾン処理を用いる技術が開発されているが、これらの処理はエネルギーコストが高いため好ましくない。
【０００７】
現在、運用コストの低減を見込めることから、固体の担体上に触媒性官能基を結合させて得られる固体触媒を用いてバイオマスを低分子化する方法が報告されている。
【０００８】
下水汚泥にはバイオマス以外にもさまざまな廃棄物や成分が含まれており、下水汚泥は粘性が高いことが多い。この場合、触媒反応を促進するために、固体触媒とバイオマスとの接触効率を上げることが考えられる。通常、固体触媒の性能は、その比表面積が高く、活性点すなわち官能基の数が多いほど、高くなる。そこで、質量あたりの活性点を増加させるために、サイズの小さい固体触媒を使用する傾向がある。しかし、上述したように、下水汚泥は粘性が高いことが多いため、固体触媒のサイズが小さくなると、下水汚泥からの分離及び回収が困難になる。このように、固体触媒を用いて下水汚泥中のバイオマスを低分子化する場合、触媒性能と触媒の回収性を両立することが困難である。
【０００９】
また、食品産業計の食品廃棄物等の年間総発生量は、約２０００万トンとされる。食品廃棄物の再生利用等の実施率は、業種別に、食品製造業は約９５％、食品卸売業は約６０％、食品小売業は４０％、外食産業は２０％とされる（平成２３年度）。ここで、食品リサイクル法に基づく食品循環資源の再生利用等実施率の目標は、食品製造業で８５％、食品卸売業で７０％、食品小売業で４５％、外食産業で４０％に向上させることとなっているおり、特に外食産業でのリサイクル率が低い。この原因の一つとして、排出される廃棄物の収集、管理が十分でない点がある。食品廃棄物の排出業者としては、収集してエネルギーに利用するよりも、単に廃棄するほうがコストを安く抑えられるという側面がある。そこで、低コストで、且つ効率的に食品廃棄物に含まれているバイオマスを再利用する方法が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−８９０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、低い投入エネルギー及び低いコストで、下水汚泥物や食品廃棄物中のバイオマスを低分子化する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
実施形態のバイオマスの低分子化方法は、バイオマスと１乃至４ｍｍの粒子径を有する多孔質担体に酸基が結合した固体酸触媒とを混合してバイオマスを低分子化させ、低分子化処理後のバイオマスから前記固体酸触媒を分離して回収する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態における固体酸触媒のＳＥＭ像。
【図２】実施形態における固体酸触媒のＥＤＳによるＣ元素マッピング図。
【図３】実施形態における固体酸触媒のＥＤＳによるＳ元素マッピング図。
【図４】実施形態における固体酸触媒のＥＤＳスペクトル。
【図５】実施形態における固体酸触媒の粒子径と回収性との関係を示す図。
【図６】実施形態において、異なる粒子径の固体酸触媒を用いてセルロースを分解したときの、反応時間とグルコース収率との関係を示す図。
【図７】実施形態において、固体酸触媒を用いて低分子化した下水汚泥の沈殿乾燥固形分の赤外分光分析結果を示す図。
【図８】実施形態において、固体酸触媒を用いて低分子化した下水汚泥の上澄み乾燥固形分の赤外分光結果を示す図。
【図９】実施形態において、固体酸触媒を用いてアミロースを低分子化する前後の状態を示す写真。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施形態に係るバイオマスを低分子化する方法は、粒子径が１ｍｍ以上の多孔質担体に酸基を結合させることによって調製した固体酸触媒と、下水汚泥や食品廃棄物に含まれるバイオマスと混合させる。
【００１５】
下水汚泥には非常に多くの物質が混在しており、そこに含まれている低分子化対象には、セルロースやヘミセルロース、たんぱく質、及び食品廃棄物の主要なバイオマス成分であるアミロースやアミロペクチン等がある。なお、アミロースやアミロペクチンは、米、いも、トウモロコシ、小麦等多岐にわたる穀物類の主成分である。また、下水汚泥の代わりに、食品廃棄物をバイオマス源として低分子化を行ってもよい。
【００１６】
バイオマスの低分子化に用いる固体酸触媒は、高比表面積、大細孔容積を有する担体に触媒活性点を多数結合させたものを用いる。担体として、例えば、多孔質シリカやゼオライトを用いることができる。また、活性点となる、高い酸化力を有する官能基として、例えば、硫酸基やリン酸基等が挙げられる。
【００１７】
この固体酸触媒は、例えば以下のようにして調製される。高比表面積、大細孔容積を有する多孔質シリカ、あるいはゼオライトを担体として用い、その表面を、チオール基を有するシランカップリング剤、例えば３−メルカプトプロピルトリメトキシシランを有機溶媒に溶解させた溶液に接触させて加熱することによって化学修飾する。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、ブタノール等を用いることができる。その後、酸化剤、例えば過酸化水素、硝酸、塩酸等の水溶液を含浸させ、５０〜１００℃で１〜１２時間程度撹拌させ、表面のチオール基をスルホ基に変換する。その後、純水で洗浄してもよい。スルホ基が結合した担体を常温から１０５℃程度で１２〜９６時間程度乾燥させ、目的の固体酸触媒を得る。
【００１８】
固体酸触媒は、繰り返し使うことにより、固体酸触媒の製造（調製）に必要なコストを削減することができる。そのため、固体酸触媒は容易に分離及び回収できることが望ましい。
【００１９】
固体酸触媒を分離回収には、例えば、下水汚泥から固体酸触媒を沈殿させ、ふるい分けや物理ろ過など適宜な方法で沈殿した固体酸触媒を回収する方法を用いることができる。
【００２０】
粒子径は大きいほうが分離回収は容易となる。例えば、固体酸触媒の粒子径は１ｍｍ以上、４ｍｍ以下で調製することができる。特に、下水汚泥は多くの場合、様々な大きさの固形分を含み、小さな固体の分離が難しい。粒子径の大きい固体酸触媒は、下水汚泥中でも沈殿しやすいので、上記のような方法で容易に分離することができる。
【００２１】
一般的な固体触媒では、粒子径を大きくすると、担体の比表面積が減少し、結合できる官能基の数が減少する。そのため、粒子径の大きい固体触媒による低分子化反応、特に下水汚泥における低分子化反応は効率が良くない。
【００２２】
上述の固体酸触媒は、多孔質の担体を用いて調製されているため、粒子径が大きい場合でも、酸基を設けられる面積を多く確保できる。このように、この固体酸触媒は、大きい粒子径を持ちながらも、活性点を豊富に有しているため、下水汚泥における低分子化でも回収性と触媒能を両立できる。
【００２３】
下水汚泥は、水中で固体酸触媒と接触させて低分子化させる。このとき、撹拌しながら加熱することでより効率よく低分子化が可能である。この反応条件は、例えば、３０〜１００℃の範囲から選択される所定の温度で行い、反応時間は、０．２５〜３００時間の範囲で行う。
【００２４】
上記反応温度、反応時間は、下水汚泥や食品廃棄物に含まれる成分に応じて変化し得る。セルロースやヘミセルロース、たんぱく質が多い場合、反応温度を高く、反応時間を長く設定してもよい。一方、アミロース、アミロペクチンが多い場合、反応温度を低く、反応時間を短く設定してよい。
【００２５】
上記反応条件については、上限と下限を設けているが、これに拘束されることはない。下限以下でも、低分子化反応が遅くても、より低コスト化が可能となる場合がある。上限以上でも、反応が早く進行して、短時間で効率よく低分子化させることが可能となる場合がある。また、反応時間が長くなると、バイオマスの低分子化により得られた糖がさらに、ギ酸や酢酸等に分解する。
【００２６】
低分子化反応は、一般的に圧力をかけることにより反応時間を短縮することができる。しかし、反応系に圧力をかけるためのコストが必要となる。そのため、低分子化反応を大気圧下で行うことが好ましい。
【００２７】
低分子化後は、上述した方法等により固体酸触媒を回収することができる。また、分離及び回収した固体酸触媒には、汚泥の付着により活性が低下している場合がある。固体酸触媒の活性を回復させるために、再生処理を施すことができる。例えば、固体酸触媒に熱処理を施すことにより、固体酸触媒の細孔内に付着した汚泥を除去してもよい。
【実施例】
【００２８】
以下に固体酸触媒の概略、及びそれを用いた下水汚泥及び食品廃棄物の低分子化方法の例を説明する。
【００２９】
（１）固体酸触媒の調製
３−メルカプトプロピルトリメトキシシランをトルエンに溶解させた溶媒に純水を多量に加え、激しく撹拌した溶液に、比表面積５５０ｍ２／ｇ、細孔容積０．６ｃｍ３／ｇ、粒子径２〜４ｍｍの多孔質シリカ（富士シリシア化学社製、ＣＡＲｉＡＣＴ  Ｑ−６）を含浸させた。この時、３−メルカプトプロピルトリメトキシシランは、シリカに対してモル比０．３となるように導入した。担体にシリカを用いたのは、表面修飾剤である３−メルカプトプロピルトリメトキシシランを結合しやすく、多くの触媒活性点を形成できるためである。また、通常のシリカ担体の多くは水中で破砕されるが、本シリカ担体は水中でも破砕しないという特徴がある。また、本シリカ担体は、比表面積が大きく、水中で撹拌させても構造を維持できるため、触媒担体として適している。この混合物をロータリーエバポレーター内に入れて脱気し、常温で１時間撹拌させた。その後、脱気したまま６０℃で３時間撹拌し、さらに大気圧下、９５℃で３時間撹拌して、シリカ表面に３−メルカプトプロピルトリメトキシシランを結合させるよう処理した。その後、混合物を濃縮しながら、同様の操作を２回繰り返した。その後、純水、エタノールで十分に洗浄した。洗浄は３回繰り返した。次に、表面に３−メルカプトプロピルトリメトキシシランが結合したシリカを過酸化水素水に含浸し、６０℃で３時間撹拌させて、表面のチオール基をスルホ基に酸化させた。これをさらに純水で３回洗浄した後、１０５℃で２４時間乾燥させ、固体酸触媒を得た。
【００３０】
（２）固体酸触媒の物性評価
調製した固体酸触媒を、走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＳＥＭ−ＥＤＳ）により解析した。
【００３１】
図１に固体酸触媒のＳＥＭ像を示す。図１に示されるように、固体酸触媒は球状粒子であり、３〜４ｍｍの粒子径を示すことが確認できた。
【００３２】
図２及び図３に、図１において丸で囲った固体酸触媒の表面領域について、ＥＤＳによる元素マッピング分析を行った結果を示す。図２は表面修飾剤に用いた３−メルカプトプロピルトリメトキシシランに由来するＣ元素を示し、図３は触媒活性点（−ＳＯ３Ｈ）に由来するＳ元素を示している。これらの図から、Ｃ及びＳの何れも、担体上に局所的に存在するわけではなく、全体に亘って一様に存在していることが確認できた。これは、担体の表面及び細孔全体に触媒活性点を導入できたことを示している。
【００３３】
図４に、固体酸触媒のＥＤＳスペクトルを示す。このスペクトルからも、ＳｉＯ２担体表面にＣとＳが存在することが確認された。Ｃ元素の存在量は、３．７Ａｔｏｍ％、Ｓ元素の存在量は０．９９Ａｔｏｍ％であった。
【００３４】
（３）下水汚泥中のバイオマスの低分子化
下水汚泥として某下水処理場の最初沈殿地汚泥を用いた。これを２０ｇ取り出し、固体酸触媒を３ｇ加え、温度１００℃で、１２０時間まで撹拌させた。
【００３５】
（３−１）固体酸触媒の粒子径と固体酸触媒の回収性
粒子径が異なる固体酸触媒（０．０３ｍｍ〜４．０ｍｍ）を用いて、下水汚泥から固体酸触媒をどの程度回収できるかを調べた。
【００３６】
図５に固体酸触媒の粒子径と固体酸触媒の回収率との関係を示す。粒子径が１．０ｍｍ以上の固体酸触媒は、ほぼ全量回収することができた。これは、１．０ｍｍ以上の粒子径を有する固体酸触媒が、下水汚泥中に容易に沈殿するためである。一方、粒子径が１．０ｍｍより小さくなると、固体酸触媒の回収率は低下することが確認された。粒子径が小さくなるほど、下水汚泥中に固体酸触媒が分散し、固体酸触媒と下水汚泥とを分離しにくくなるため、回収が困難になった。図５から、固体酸触媒の粒子径が１．０ｍｍ以上で、より大きい方が回収性の点で望ましいことが確認できた。ことが確認できた。ただし、固体酸触媒の粒子径が大きくなりすぎると、固体酸触媒と下水汚泥との接触効率が低下して分解性が低下するため、２．０〜４．０ｍｍ程度が適切である。
【００３７】
（３−２）粒子径の違いによるバイオマスの分解挙動
粒子径が４．０ｍｍの担体で調製した固体酸触媒、及び対照として０．０３ｍｍの担体で調製した固体酸触媒のそれぞれについて、特定の成分を含むバイオマスの分解挙動を調べた。分解試験には非食性バイオマスの主成分であるセルロース（和光純薬製、結晶性セルロース）を用い、それぞれについて、セルロースの分解によって得られたグルコースの収率を比較した。
【００３８】
図６に、それぞれの固体酸触媒を用いた場合の、反応時間とグルコース収率との関係を示す。
【００３９】
粒子径が０．０３ｍｍの場合、９６時間までは、時間経過とともにグルコース収率が増加した。しかし、反応時間が１２０時間を経過した後のグルコース収率は、９６時間経過後のグルコース収率よりも低下した。これは、セルロースが分解されてグルコースが生成した後、このグルコースがさらに分解されて、ギ酸や酢酸等の酸類が生成したためと考えられる。
【００４０】
一方、粒子径が４．０ｍｍの固体酸触媒を用いた場合、粒子径が０．０３ｍｍの固体酸触媒を用いた場合よりもセルロースがゆっくりと分解されることがわかった。これは、固体酸触媒の粒子径が大きい方が、セルロースとの接触効率が小さく、セルロースが分解されにくいためであると予測される。しかし、時間の経過とともにグルコース収率は増加し、１２０時間後には、粒子径が０．０３ｍｍの固体酸触媒を用いた場合と同等のグルコース収率が得られた。粒子径が４．０ｍｍの固体酸触媒を用いた場合、セルロースの分解は次のように進行したと考えられる。初期段階ではセルロースの分子量が大きく、固体酸触媒の表面でのみセルロースが分解されるためグルコース収率はゆっくりと増加する。時間経過とともにセルロースは徐々に低分子化され、ある程度反応時間が経過した後では、粒子径４．０ｍｍの固体酸触媒が有する微細な細孔内に低分子化されたセルロースが入り込めるようになる。即ち、初期段階を過ぎると、固体酸触媒の細孔内に存在する触媒活性点でも分解反応が進行する。このようにして、特に４８時間以降では急激にグルコース収率が向上したと考えられる。また、粒子径４．０ｍｍの固体酸触媒を用いた場合でも、１２０時間を超えて反応を続けると、粒子径０．０３ｍｍの固体酸触媒を用いた場合と同様に、グルコースがさらに分解されて、グルコース収率は低下すると予測される。
【００４１】
（３−３）下水汚泥中のバイオマスの低分子化
固体酸触媒を用いて、下水汚泥中のバイオマスを低分子化させる試験を行った。某下水処理場の最初沈殿地汚泥を２０ｇ取り出し、粒子径が２〜４．０ｍｍの固体酸触媒を３ｇ加え、大気圧下において、１００℃の条件で、４８、６５、１１５時間撹拌させた。
【００４２】
表１に、所定時間経過後の下水汚泥の減容化率を示す。反応時間が４８、６５、１１５時間経過した後の減容化率は、何れも３０％以上だったが、反応時間による大きな差は見られなかった。
【表１】
2015231614.tif 000002
【００４３】
表２に、反応前及び１１５時間反応後における、固体酸触媒の物性分析の結果を示す。反応前と反応後とで、固体酸触媒の比表面積、細孔容積、及び表面酸量のそれぞれを比較すると、反応後では、すべてがわずかに減少している。これは、固体酸触媒の表面及び細孔内に汚泥が付着しているためだと考えられる。固体酸触媒に付着した汚泥を、熱処理等により除去することで、固体酸触媒を繰り返し利用することができると考えられる。
【表２】
2015231614.tif 000003
【００４４】
図７に、低分子化反応前、並びに４８、６５、及び１１５時間反応した後の下水汚泥の沈殿乾燥固形分について、赤外分光分析（ＩＲ）（Ａｇｉｌｅｎｔ社製  ＦＴＳ６０００/ＵＭＡ−５００）を行った結果を示す。
【００４５】
低分子化反応前（０時間）では、Ｃ−Ｏ伸縮振動（糖骨格・セルロース由来）（１０５０ｃｍ−１付近）、Ｎ−Ｈ変角振動（アミド）（１５４０ｃｍ−１付近）、Ｃ＝Ｏ伸縮振動（アミド）（１６５０ｃｍ−１付近）、Ｃ−Ｈ伸縮振動（２９５０ｃｍ−１付近）、Ｎ−Ｈ及びＯ−Ｈ伸縮振動（２３００〜３７００ｃｍ−１付近）の強いピークが観測された。
【００４６】
一方、４８、６５、及び１１５時間反応した後では、Ｃ−Ｏ伸縮振動（糖骨格・セルロース由来）（１０５０ｃｍ−１付近）、Ｎ−Ｈ変角振動（アミド）（１５４０ｃｍ−１付近）のピークは消失していることが確認された。また、Ｃ＝Ｏ伸縮振動（アミド）（１６５０ｃｍ−１付近）、Ｃ−Ｈ伸縮振動（２９５０ｃｍ−１付近）、Ｎ−Ｈ及びＯ−Ｈ伸縮振動（２３００〜３７００ｃｍ−１付近）のピークは大きく減少していることがわかった。これらの結果から、アミドやセルロース由来物質の分解が起こっていることがわかった。ここで、反応後のスペクトルからはすべてＳｉ−Ｏ伸縮振動（１１００ｃｍ−１付近）が観察されている。このピークは固体酸触媒の担体であるシリカに由来し、担体の一部が沈殿乾燥固形分に混入していることを示唆していると考えられる。
【００４７】
図８に、反応前後の下水汚泥の上澄み乾燥固形分について、赤外分光分析（ＩＲ）による拡散反射スペクトル測定結果を示す。このスペクトルは、図７と似た傾向を示し、反応後にアミド由来のピークが消失することが確認できた。
【００４８】
一方、４８、６５、及び１１５時間反応後に、図７にはみられなかった１２００ｃｍ−１付近のＳ＝Ｏ伸縮振動ピークが観測された。これは、固体酸触媒のスルホ基由来の吸収ピークであると考えられる。このことから、固体酸触媒表面のスルホ基が溶液中に溶出していることが示唆された。
【００４９】
これらの結果から、下水汚泥の沈殿及び上澄みの何れにおいても、固体酸触媒により汚泥中のアミドや糖類（セルロース）等が分解されていることがわかった。また、反応後の上澄み中にはスルホン、沈殿中にはシリカが含まれていることから、固体酸触媒の一部が壊れ、下水汚泥に含まれていることがわかった。さらに、本試験結果では、反応時間による汚泥の分解挙動に差異がなく、これは、下水汚泥の減容化率が反応時間によって大きく変化しないことと一致していた。
【００５０】
表３に、低分子化反応前、並びに４８、６５、及び１１５時間反応後の下水汚泥の上澄み液について、イオンクロマトグラフ（ＩＣ）分析（ＤＩＯＮＥＸ社製  ＩＣＳ−２０００）を行った結果を示す。４８時間反応後には酢酸イオンが増加し、６５時間反応後には酢酸イオン及びギ酸イオンが顕著に増加したが、１１５時間反応後には酢酸イオン及びギ酸イオンともに試験前よりも低下していた。これは、固体酸触媒の酸化作用により、酢酸やギ酸が、さらに二酸化炭素や水まで分解されたためであると考えられる。なお、何れの反応時間でも、ＳＯ４２−イオンが増加している。これは、固体酸触媒の触媒活性点の脱離によるものだと考えられる。以上のように、酢酸イオンやギ酸イオンが多く検出されたことから、固体酸触媒により下水汚泥が分解されていることを確認できた。
【表３】
2015231614.tif 000004
【００５１】
（４）アミロースの低分子化
でんぷん（アミロース）を水に加えて５％の分散液を調製し、これを１０ｍLナスフラスコに導入した。これに、粒子径４．０ｍｍ（？）の固体酸触媒を１ｇ加え、１００℃で２０分撹拌させた。比較のために、固体酸触媒の代わりに、粒子径２〜４．０ｍｍの多孔質シリカを１ｇ用いて、同様の操作を行った。
【００５２】
図９に、アミロースの低分子化試験前後の写真を示す。固体酸触媒を用いた場合、反応を開始してから２０分後に透明で粘度の低い溶液が得られた。一方、多孔質シリカを用いた場合、溶液は透明になるものの、粘度が高いままであった。多孔質シリカを用いて、反応をさらに３時間継続しても粘度は低下しなかった。これらの結果から、固体酸触媒によってアミロースが分解され、オリゴ糖類以下まで低分子化されたことが示唆された。
【００５３】
以上のように、粒子径が大きい多孔質担体に酸基を結合させた調製した固体酸触媒を使用することにより、下水汚泥あるいは食品廃棄物に含まれているバイオマスを、大気圧下において１００℃程度の条件で低分子化でき、しかも使用した固体酸触媒を容易に回収及び再利用することができる。
【００５４】
以上説明した少なくともひとつの実施形態のバイオマスの低分子化方法によれば、低い投入エネルギー及び低いコストで、下水汚泥物や食品廃棄物中のバイオマスを低分子化することができる。
【００５５】
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同様に、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ものである。
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図９】
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