(57)【要約】セルロースバイオマスを分断（disrupting）して加水分解しやすいセルロースパウダを製造する方法は、準結晶セルロースを徐々に水和し、この水和によって隣接するポリマ鎖間の水素結合を断ち、同時にセルロースポリマ鎖を剥離するための機械的な力を印加する。この分断を好適に行うには、セルロースバイオマス粒子を攪拌して、容器内にこの粒子の気体状の浮遊体を生成する。そして、この粒子の浮遊体の温度を上昇させ、微細な噴霧又は霧として、水を徐々に供給する。これにより、セルロース粒子は、目に見える量の液体状の水を生じることなく、徐々に水和される。セルロース粒子は、攪拌の速度を速め、水の供給を停止し、霧を外気に換気することによって、定期的に脱水することもできる。最終的に製造される製品は、非常に微細な粉末であり、この粉末は、化学的な加水分解又は酵素分解によって容易に単純な糖に分解することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロースバイオマスを分断して加水分解しやすいバイオマスを生成するバイオマス製造方法において、
セルロースバイオマス粒子を攪拌して、水の霧を含む容器内の気体中に該セルロースバイオマス粒子の浮遊体を生成する工程と、
上記浮遊体の温度を３５℃以上に高める工程と、
液体状の余分な水が溜まることなく、上記セルロースバイオマス粒子が水を吸収するのに十分にゆっくりした速度で、水を微細な噴霧又は霧として供給する工程と、
上記セルロースバイオマス粒子が更なる水を吸収できなくなるまで、上記水の供給を継続する工程とを有するバイオマス製造方法。
【請求項２】
４０℃〜９０℃の温度範囲内で実行されることを特徴とする請求項１記載のバイオマス製造方法。
【請求項３】
大気圧以上の圧力下で実行されることを特徴とする請求項１記載のバイオマス製造方法。
【請求項４】
９０℃以上の温度で実行されることを特徴とする請求項３記載のバイオマス製造方法。
【請求項５】
上記水は水蒸気として供給されることを特徴とする請求項１記載のバイオマス製造方法。
【請求項６】
上記水の供給を停止する工程と、
温度を高めて上記粒子を乾燥させる工程と、
上記容器を換気して上記水の霧を放出する工程と、
上記セルロースバイオマス粒子の凝集塊を分断し、該セルロースバイオマス粒子による水の吸収を高める工程とを更に有する請求項１記載のバイオマス製造方法。
【請求項７】
上記水の供給を停止する工程は、上記水を供給する工程の後であって、上記セルロースバイオマス粒子が乾燥されたときの上記水の供給を継続する工程の前に行われることを特徴とする請求項６記載のバイオマス製造方法。
【請求項８】
上記浮遊体にシックニング剤を加えて、分断速度を速めることを特徴とする請求項１記載のバイオマス製造方法。
【請求項９】
上記シックニング剤は、多糖、オリゴ糖、ペクチン物質、ヘミセルロース物質、洗浄剤、界面活性剤、タンパク質、ポリペプチド、ポリアミノ酸、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコールからなるグループから選択された親水性有機化合物であることを特徴とする請求項８記載のバイオマス製造方法。
【請求項１０】
上記シックニング剤は、微粒子状の無機物質であることを特徴とする請求項８記載のバイオマス製造方法。
【請求項１１】
上記無機物質は、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１０記載のバイオマス製造方法。
【請求項１２】
上記シックニング剤は、微粒子状のポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項８記載のバイオマス製造方法。
【請求項１３】
上記シックニング剤は、微生物の細胞であることを特徴とする請求項８記載のバイオマス製造方法。
【請求項１４】
上記微生物は、酵母菌であることを特徴とする請求項１３記載のバイオマス製造方法。
【請求項１５】
セルロースバイオマスを分断して加水分解しやすいバイオマスを生成するバイオマス製造方法において、
セルロースバイオマス粒子を攪拌して、容器内の流体中に該セルロースバイオマス粒子の浮遊体を生成する工程と、
上記浮遊体にシックニング剤を加える工程と、
該浮遊体の温度を３５℃以上に高める工程と、
上記セルロースバイオマス粒子が更なる水を吸収できなくなるまで、該セルロースバイオマス粒子に吸収される水を供給する工程とを有するバイオマス製造方法。
【請求項１６】
上記流体は、気体であることを特徴とする請求項１５記載のバイオマス製造方法。
【請求項１７】
上記流体は、水であることを特徴とする請求項１５記載のバイオマス製造方法。
【請求項１８】
上記シックニング剤は、多糖、オリゴ糖、ペクチン物質、ヘミセルロース物質、洗浄剤、界面活性剤、タンパク質、ポリペプチド、ポリアミノ酸、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコールからなるグループから選択された親水性有機化合物であることを特徴とする請求項１５記載のバイオマス製造方法。
【請求項１９】
上記シックニング剤は、微粒子状の無機物質であることを特徴とする請求項１５記載のバイオマス製造方法。
【請求項２０】
上記無機物質は、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１９記載のバイオマス製造方法。
【請求項２１】
上記シックニング剤は、微粒子状のポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項１５記載のバイオマス製造方法。
【請求項２２】
上記シックニング剤は、微生物の細胞であることを特徴とする請求項１５記載のバイオマス製造方法。
【請求項２３】
上記微生物は、酵母菌であることを特徴とする請求項２２記載のバイオマス製造方法。
【請求項２４】
セルロースバイオマスを分断して加水分解しやすいバイオマスを生成するバイオマス製造装置において、
セルロースバイオマス粒子を攪拌して、水の霧を含む容器内の気体中に該セルロースバイオマス粒子の浮遊体を生成する攪拌手段と、
該浮遊体の温度を３５℃以上に高める加熱手段と、
液体状の余分な水が溜まることなく、上記セルロースバイオマス粒子が水を吸収するのに十分にゆっくりした速度で、水を微細な噴霧又は霧として供給する供給手段とを備えるバイオマス製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスに関し、詳しくは、セルロースファイバを容易に加水分解される（hydrolyzable）状態に小さくする（reduce）方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球は、最も近い恒星である太陽からのエネルギによって活動している。人間が利用するエネルギの源は、核分裂からのエネルギを除けば、殆ど全てが最終的に太陽のエネルギに由来する。水力エネルギは、実際には、海又は他の水源から水が蒸発して蓄えられる太陽エネルギである。風力エネルギは、太陽が大気を熱することによって生成されるエネルギである。化石燃料は、単に、光合成を行う植物が朽ち、長い期間を経て、化学的に太陽エネルギが蓄積された燃料とみなすことができる。バイオマス燃料（例えば木材）は、光合成の産物である当代の植物からなっている。
【０００３】
このように、生物によって消費される殆どのエネルギは、光合成によって化学的に蓄積された太陽エネルギに由来している。実際に、光合成を行う植物は、効率的に太陽エネルギを利用して空気中の二酸化炭素を炭水化物に「固定（fix）」し、多くの場合、植物の骨格（細胞壁）は、この炭水化物から構成されている。これは、光合成植物の１つのパラドックスを提起している。光合成物の一部は、糖類及びデンプン等の炭水化物として植物で利用可能なものであり、このような炭水化物は、植物細胞によって容易に新陳代謝され、及び植物を食料源とする動物によっても消費される。しかしながら、光合成物の大部分は、セルロース（β１→４結合したグルコースポリマ）の合成に用いられ、植物及び動物は、このような構造の物質を容易に代謝することができない。セルロースバイオマスは、分解に時間がかかり、特別なバクテリア又は菌類によってのみ代謝される。したがって、植物内に存在する膨大な量のセルロース炭水化物は、本質的にはまさに糖類であっても、多くの場合、動物によって代謝されることはない。
【０００４】
セルロースバイオマスは、人類の食料と燃料に対する一見果てしない探求における問題を表している。多くの農業活動は、大量のセルロースバイオマス（例えば、小麦又は米の藁、トウモロコシの茎、トウモロコシの穂軸、もみ殻、及びこれらに類する「廃棄物」）を生産している。これらの物質は、主として炭水化物であるが、食料として利用することができない。また、これらは容易に燃やすことができるが、現代の内燃機関及びタービンは、このような物質に適合しておらず、これらを燃料として容易に用いることができない。実際、バイオマスを炉で燃焼させて熱を生成し、ボイラ又は他の熱機関のエネルギとして利用することができるが、このような手法は、多くの場合、大気を汚染し、余りにも効率が悪い。このため、一般的に、バイオマスは、食料としても燃料としても利用されず、多少費用のかかる廃棄処分を必要とする単なる廃棄物として処理されている。
【０００５】
たしかに、嫌気性微生物の分解消化によって、セルロースをメタン等の燃料ガスに限定的に変換することはできる。しかしながら、このような分解消化（digester）は比較的複雑であり、広く採用されていない。また、セルラーゼ等の酵素を用いて、セルロースを単糖に変換することは、潜在的には可能である。そして、この単糖は、単離又は発酵によってエタノールに変換することができる。エタノールは、既存の内燃機関又はタービンに用いることができる優れた燃料である。しかしながら、そのままの（intact）セルロース材料に酵素を作用させるには、長い時間が必要である。また、化学的手段（強酸又は強アルカリの条件）を用いて、セルロースを単糖に直接加水分解することも潜在的には可能である。このような加水分解は、熱力学的には好ましい反応であるが、完全な（intact）セルロースの機械的構造により、このような加水分解の効率は大きく制限される。
【０００６】
植物細胞は、通常、複合糖質の細胞壁によって囲まれている。この細胞壁は、大部分はβ１→４結合されたグルコースポリマ、すなわちセルロースから構成されている。細胞壁のセルロース分子は、多くの場合、ミクロフィブリルとして知られている直線状に密着した準結晶（paracrystalline）（結晶に似た）構造を有している。セルロースの準結晶領域は、他の炭水化物のポリマ、及びおそらく幾つかのタンパク質によって互いに結合されている。これらの「ヘミセルロース」材料の構造及び結合の詳細は、現在のところ未知であり、多くの科学的研究の対象となっている。一般に、これらの非セルロース炭水化物は、準結晶セルロースよりも構造的により柔軟であり、細胞壁をより容易に壊すための「分解点（attack point）」を提供することができる。セルロース材料及び非セルロース材料は、一般的にフィブリルとして知られているより大きな構造体に配列されている。これには、通常、「リグニン」として知られるヒドロキシフェニルプロパンポリマも含まれる。リグニンにより、微生物の分解に対する強度と耐性が増す。フィブリルは、多くの場合、螺旋状又はこの他のパターンで積層され、実際の細胞壁を作っている。隣接した細胞壁は、特別なペクチンの炭水化物マトリックス（中層）によって互いに「強力に固定（cemented）」されており、これにより、密着した多細胞構造が作られている。
【０００７】
木材及び他のバイオマスの組織の詳細は、原料によって異なる。木材は、主として道管細胞（water conducting cells）と、構造的な繊維細胞（structural fiber cells）とからなり、リグニンの比率も比較的高い（２０〜３５％）。草本性植物の材料は、通常リグニンの比率が幾分低く（１０〜２０％）、バガス（蔗糖細胞壁）は約２１％のリグニンを有する。裸子植物木材は、乾燥状態の重量において、平均的に約５０％のセルロースと３５％のリグニンとを有する。残りの大部分は「ヘミセルロース」の炭水化物である。表１は、一般的な植物材料におけるセルロースとリグニンの組成を示している。
【０００８】
【表１】
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【０００９】
準結晶アレーにおいて、隣接するセルロースのポリマ鎖は、本質的に平行であり、水素結合によって略結晶構造内に維持されている。この構造により、木材の引張強度は非常に強くなっている。また、このような構造は、水及び酵素の浸透を妨げ、セルロース分解酵素の作用を大きく遅らせる。すなわち、酵素は、脆弱なグリコシド結合（vulnerable glycosidic linkage）を直接分解することができない。これに代えて、酵素は、セルロース鎖の表面を「噛み剥がす（chew away）」しかなく、準結晶アレーに徐々に浸透することしかできない。
【００１０】
したがって、セルロースバイオマスを食料又は燃料に効率的に変換するプロセスの実現が望まれている。プロセスの対象の材料の表面積を増加させることにより、多くの物理的又は化学的処理の速度が速められることが知られている。硬いキャンディーを噛み砕けば、口の中でより速く溶けることは、誰もが知っている。ここで、キャンディーを噛み砕くことによりキャンディーの表面積が大幅に増加し、水分による溶解が速まるという事実については、誰もが知っているわけではない。同様に、セルロースバイオマスを小さな破片に砕くことにより、その化学的分解が加速されることが知られている。例えば、紙の製造において、パルプ材は、パルプへの分解（digestion）を確実にするための化学的混合液で「蒸解（cooking）」される前に、木材チップに小さく（reduce）される。おが屑又は木材の「粉末（flour）」に小さくされた木材は、木材の大きな塊に比べれば、セルロース分解酵素の攻撃を受けやすくなる。しかしながら、現在入手可能な最も微細な木材の「粉末」であっても、酵素による分解に対して比較的強く抵抗する。これは、木材を「木粉」に小さくする機械的処理が、準結晶領域に殆ど又は全く影響していないためである。すなわち、材料に対して可能な限りの機械的処理を施しても、殆どのセルロースは、直接アクセスできない状態のまま残っている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、セルロースバイオマスを分断（disrupting）して加水分解しやすいバイオマスを生成するバイオマス製造方法を提供する。この処理は、基本的に、準結晶セルロースを徐々に水和し、この水和によって隣接するポリマ鎖間の水素結合を断ち、同時にセルロースポリマ鎖を剥離するための機械的な力を印加することにより行われる。この分断を好適に行うには、セルロースバイオマス粒子を攪拌して、容器内にこの粒子の気体状の浮遊体を生成する。そして、この粒子の浮遊体の温度を上昇させ、微細な噴霧（spray）又は霧（vapor）として、水を徐々に供給する。これにより、セルロース粒子は、目に見える量の液体状の水を生じることなく、徐々に水和される。セルロース粒子は、攪拌の速度を速め、水の供給を停止し、霧を外気に換気することによって、定期的に脱水することもできる。最終的に製造される製品は、非常に微細な粉末であり、この粉末は、化学的な加水分解又は酵素分解によって容易に単純な糖に分解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下の説明により、当業者は、本発明を製造及び実施することができる。以下では、本願発明者が考える本発明を実施するための最良の形態を開示する。なお、ここでは、バイオマスが酵素により分解され、又は他の加水分解によって分解されやすくなるように、バイオマスを予め加工する本質的に機械的な処理を開示することにより、本発明の包括的な原理を示すが、当業者は、ここに示す具体例の様々な変形例を容易に想到することができる。
【００１３】
本願発明者は、バイオマスを酵素又は加水分解による作用を受けやすい粒子に小さくする機械的方法を見出した。ここでは、上述のように、セルロースバイオマス材料の組織的構造における様々なレベルを考慮することが有益である。個々の植物細胞は、セルロースの壁で囲まれ、隣接する細胞は互いに結合して、例えば木材等の肉眼で見える構造が形成されている。この巨視的な構造が鋸、又はボールミル等の粉砕機によって機械的に加工されると、各細胞は、細胞壁間の接合に沿って分離される。ここで、幾つかの細胞壁が崩壊又は引き裂かれることもあるが、細胞壁の基礎構造の大部分は影響を受けない。
【００１４】
例えば紙の製造工程等において、植物材料に対して化学的分解処理（chemical digestion）を施すと、個々の細胞が液浸軟化され（maceration）、例えばリグニン等の細胞壁の成分が分解（altered）又は抽出（extracted）される。一般的に、細胞壁の炭水化物は、十分な酸又は塩基を加えることによって「ヘミセルロース」成分が抽出されるまでは分解されない。ここで、セルロース自体は残り、最も激しい薬品による攻撃に対して抵抗する。
【００１５】
このように、細胞壁内で積層され絡み合うセルロースの構造は、機械的な分断によっては殆ど変化せず、多くの薬品による攻撃に対して抵抗する。単純な機械的な力では、準結晶セルロースに特別な性質を与えている水素結合の大部分を分断することができない。これは、単一の水素「結合」が特別に強いからではない。実際に、水素結合の結合力は極めて弱い。しかしながら、セルロースを構成する平行なポリマ鎖では、非常に多数の水素「結合」が協働しており、このような構造を分断するためには、かなりの力が必要となる。
【００１６】
セルロースの準結晶アレー内に存在する多数の水素結合を同時に切断することは極めて困難であるが、本願発明者は、これらの水素結合を徐々に（gradually）に切断する新たな方法を見出した。本発明に基づく処理では、準結晶水素結合の全てではなくとも多くが切断されたセルロース材料の粒子を製造できる。これにより、酵素的に又は化学的に（例えば、酸又は塩基を用いた加水分解によって）グルコースに容易に加水分解することができる微粒子のセルロース材料を製造できる。後述する実験結果は、本発明を実行するために必要な工程を明瞭に示している。本願発明者は、ここに示すデータから、プロセスの根底にあるメカニズムを推定することも可能であると考えている。しかしながら、ここでは、特許請求の範囲をプロセスとする。本発明の基礎をなす物理的及び化学的事象の説明は、実験結果に基づく論理的な仮定にすぎない。この仮定は、変更又は修正されることもある。
【００１７】
本発明は、加えられる力及び溶媒和（solvation）の組合せによって、セルロース植物細胞壁を容易に加水分解可能な粒子に「機械的に」小さくする方法を提供する。セルロースポリマは、水溶性でないが、非常に親水性である。これらの材料は、大量の水を吸収し、結合（bind）するが、通常状態では、単に水を加えただけでは、セルロースの準結晶領域内の水素結合を分断することはできない。ここで、水の分子が隣接したセルロース鎖間に侵入（intercalated）できれば、隣接するセルロース鎖間の水素結合は、セルロース鎖と水分子との間の水素結合に置換される。これにより、セルロースの準結晶特性が完全に分断される。
【００１８】
機械的なパウンディング（pounding）、すなわち叩解（beating）プロセスは、適切な水和又は溶媒和条件と組み合わせて行ってもよく、これによりセルロースの準結晶領域が分断される。ここで、パウンディング、すなわち叩解のための機械的な力では、共有結合を切断することは殆ど又は全くできないことが知られている。これは、機械的な力では、共有結合を切断するための微細な点（minute point）に十分なエネルギを加えられないからである。セルロース等の有機ポリマの場合、機械的な力は、隣接したポリマ鎖を引き離すが、実際の鎖を切断することは殆どない。準結晶アレーは、機械的な抵抗力を有する領域であるため、細胞壁を準結晶アレーに相当する微細な粒子に小さくする効率的なパウンディングプロセスが可能であると期待されるが、実際には、通常の機械的な加工では、細胞壁を多数の準結晶アレーが結合された繊維に小さくすることしかできない。
【００１９】
ここで、機械的な分断を適切な程度の水和又は溶媒和と組み合わせることにより、細胞壁を微細な粒子に小さくし、準結晶アレーを実際に分断することができる。このような分断は、加工中に過剰な水を加えるだけでは実現できない。例えば、製紙用パルプ加工のように、大量の水を加えると、水和されたセルロース材料は、単に水の中を「動き回る（sloshe）」のみであり、１つの細胞又は複数の隣接した細胞の部分かなる断片のまま、変化しない。すなわち、過剰な水は、潤滑剤として機能し、機械的な力がセルロース材料に有効に伝わらなくなるのみである。セルロース材料が比較的乾燥していれば、機械加工によってセルロース材料を細胞壁の断片に相当する破片に小さくすることができる。
【００２０】
ここで、機械加工を行う前に、材料を部分的に水和させて柔軟にすることも有益である。なお、水による潤滑作用を回避するために、材料を十分に乾燥した状態に保てば、準結晶アレーはそのまま残る。更に、可能な限り「乾燥させた」セルロース材料を機械加工し、準結晶アレーを溶媒和するために、追加的な水を加えてもよい。しかしながら、機械的に攪拌されている細胞壁の断片に水を加えることにより、これらの断片が互いにくっつき、巨視的な「ボール」（例えば、１ｍｍ〜数ｍｍの直径を有する）が形成される。このような構造では、セルロースの大半が「ボール」内で結合し、剪断のための機械的な力が加わっても、「ボール」間で滑り（例えば、回転）が起こり、又はボールが断片化された後に再形成されるのみであるため、セルロース材料を機械的に更に小さくすることができない。
【００２１】
したがって、機械的剪断力を各準結晶アレーに効果的に伝えるとともに、水素結合が十分弱まり、且つ「ボール」が形成されたり又は機械的な力の伝達を妨げる水による潤滑効果が現れない程度にアレーの表面を水和させる処理が必要である。このような条件では、準結晶アレーは、タマネギを剥くように、徐々に剥離される。本発明に基づく処理における効果的な機械的な力は、様々なボールミル又はこの他の研削又は破砕装置によって発生させることができるが、「分断器（disrupter）」と呼ばれる回転パドルミル（rotating paddle mill）によって、良好な結果が得られる。
【００２２】
相当に小さなセルロース断片であれば、いかなる断片も分断器によって処理できるが、本願発明者は、分断器が非常に小さなセルロース粒子に対してのみ機能するように、セルロース材料を前処理することによって、処理が大幅に加速されることを見出した。図１は、本発明において用いられる３個の機械装置を示している。本発明の要となる機械装置は分断器３０であるが、セルロース材料を前処理するために用いられる他の機械装置によって、分断器３０における処理の効率が大幅に高められる。図１には、効率的な処理のために連結された様々な装置を示している。なお、実際には、これらの様々な装置を独立して設け、セルロース材料を１つの装置から他の装置に運搬してもよい。第１の装置は、プレーナ（planer）５２である。このプレーナ５２は、回転ブレードを用いて、セルロース材料の材料片６４を削り、削り屑６８を生成する。プレーナ５２は、木材又はこの他の植物の材料片６４を削り、数ｍｍ程度の厚みの削り屑６８を生成する。この具体例に示すプレーナ５２は、大工が建造物を建築するために木材片を削るときに用いるかんな（プレーナ）と同様に働く。プレーナ５２は、木材等の「硬い」植物材料を加工する場合に特に重要である。この他の、より軟らかい材料の場合、プレーナ５２を用いなくても適切に処理することができる。
【００２３】
薄いセルロースの削り屑６８は、次に叩解機（beater）４４によって処理される。叩解機４４は、削り屑６８をおが屑程度の小さい断片（fragment）６６にするために用いられる。実際には、おが屑が入手できる場合、プレーナ５２と叩解機４４を省略し、おが屑を直接利用してもよい。図２〜４は、叩解機４４をより詳細に示す図である。叩解機４４において、モータ３４により、シャフト４６が数百ＲＰＭの回転数で回転される。この具体例では、叩解機４４は、２本のシャフト４６を備えている。各シャフト４６には、チェーン４８を介して複数の重り５０が取り付けられている。重り５０は、複数の（ここでは２組の）はずみ車（whorl）に支持され、隣接したシャフト４６のはずみ車は、一方のシャフト４６の重り５０が隣のシャフト４６の重り５０に当たらないように、シャフト４６の長手方向に沿って離間して設けられている。これらの重り５０及びチェーン４８は、削り屑６８を宙に浮いた状態で叩き、削り屑６８をセルロース粉（cellulosic dust）６６に小さくする。この処理は比較的高速であり、削り屑６８をセルロース粉６６に小さくするための滞留時間（dwell time）は、時間のオーダ又はそれ以下である。植物材料に含まれる水分は、前処理及び実際の分断処理において重要である。過剰に湿った材料は、多くの場合、叩解機４４によって処理する前に、よく乾燥される。後述するように、最後の工程において、材料に水を加える。
【００２４】
セルロース粉６６が形成されると、セルロース粉６６は、本発明に基づく処理の実行に適した装置である分断器３０において、完全に分断される。図１に示す具体例では、セルロース粉６６は、ホッパ３２の側壁に設けられたポート３７を介して、分断器３０に供給される。後述するように、ここに示す分断器３０は、オプションとして部品５４（図５）を備えている。なお、オプションの部品５４を設けない具体例においては、単にセルロース粉６６をホッパ３２の上部から供給してもよい。図５は、分断器３０の外側の斜視図を示しており、この図５に示すように、分断器３０は、ホッパ３２と、このホッパ３２を閉じる蓋４２とを備えている。
【００２５】
図５に示す分断器３０においては、複数（この具体例では２個）の互いに反対方向に回転するシャフト３６に強固なパドル３８が取り付けられており、これらのパドル３８は、回転時に互いに近接（約１ｃｍの間隙）するような間隔を空けて配設されている。図７は、パドル３８を支持するシャフト３６に平行な、分断器３０の長手方向の断面を示している。シャフト３６は、ホッパ型の容器であるホッパ３２の底部近傍に水平に配設されている。シャフト３６は、モータ３４（ここでは１個のみを示している）によって互いに反対に回転される。ホッパ３２内のセルロース粉６６は、シャフト３６及びパドル３８の上に落ち、互いに近接し、反対方向に回転するパドル３８によって叩かれ、浮遊（suspended）した状態で保たれる。パドル端部４０間の間隙が比較的大きい（数ｍｍ）ことを考慮すると、この機構の主要な機能は、セルロース粉６６を空気中に、気体の「溶液（solution）」又はスラリ（slurry）として浮遊（suspended）させておくことである。この具体例では、空気は、浮遊させる気体又は流体である。なお、特に装置全体を、その動作温度を１００℃以上に高めるために、大気圧より高い圧力で動作させる場合、空気を窒素又は非酸化雰囲気に置換した方が都合よい場合もある。
【００２６】
この装置における気体の流体浮遊に合わせて、開始材料は、回転パドルによって容易に浮遊するように十分小さな粒子にされた生のセルロースバイオマスである必要がある。多くの場合、開始材料は、直径が１ｍｍ程度の粒子にされたバイオマスである。開始材料の粒子が大きいと、セルロースの崩壊（breakdown）にかかる時間が長くなる。理想的には、木材は、図１に示すプレーナ５２及び叩解機４４によって、又は同様の微細な粒子を生成する装置によって、おが屑程度の小ささにされた後に、分断器３０によって分断される。
【００２７】
実際の動作においては、シャフト３６は、１０００ＲＰＭ以上の速度で回転する。この速度において、セルロース粒子は、パドル３８によって叩かれ、ホッパ３２内の空気（気体）は、気体とセルロース粉６６とが常に循環している「流体」となる。パドル３８間の空間において、セルロース粒子は回転するパドル３８に当たり、剪断力がセルロース粒子に加わる。このとき、循環するセルロース粒子の摩擦によって、相当な熱が発生する。更に、ホッパ３２全体は加熱／冷却システム（図示せず）によって包み込まれており、これにより、ホッパ３２は、分断器３０内において特定の温度に保たれる。多くのセルロース材料の分断に最適な温度は、４０〜５０℃であることが見出された。これ以上温度を上げると、分断処理の速度は速まるが、全体のエネルギ消費量も大きくなるため、好ましくない。
【００２８】
高速に攪拌されているセルロース粒子に熱及び機械的な力が加えられると同時に、ポート３５から水が加えられ、これにより準結晶アレーが溶媒和される。上述したように、材料を「ボール」状の塊にすることなく、水を加えることは非常に難しい。材料が「ボール」になると、準結晶アレーの表面の殆どが「ボール」内に埋まってしまい、水素結合の分断は殆ど達成されなくなってしまう。また、水を過剰に加えると、スラリが形成されてしまうという問題もある。スラリにおいては、準結晶アレーを露出させることができるが、過剰な水が潤滑剤として働き、準結晶アレーを引き剥がす機械的な力が加わらなくなってしまう。加えられる水の全体量は、分断の開始時において、セルロースに結合している水の残量に基づいて調整される。処理温度が高いほど、水を幾分速く加えることができる。
【００２９】
ここで、水の「霧（vapor）」を徐々に加えることにより、比較的大量の水を加えることができることが見出された。これは、高速に攪拌されている粒子に、水を微細な噴霧（spray）として噴射することにより実現される。噴霧される水は、装置の温度（例えば、５０℃）まで予熱され、液体の水が装置内に溜まっていないことが観察された。この温度では、噴霧された水は殆ど瞬時に蒸発する。このような理由から、水を加えることを、霧を加えることと呼ぶ。変形例として、霧の付加及び装置全体の加熱のために水蒸気（steam）を用いてもよい。いかなる場合も、攪拌されているセルロース材料は、明らかに湿った状態になったり、「ボール」を形成することなく、大量の水を吸収する（開始時のセルロース材料の重量の少なくとも２倍、多くの場合はこれ以上の重量となる）。この継続的な水の吸収は、準結晶アレーの分断によって実現するものと考えられ、これにより、より多くのセルロースを水和させることができるようになる。
【００３０】
このように、加熱した水を、セルロース粒子の気体における浮遊体（suspension）又はスラリ（slurry）に噴射する。水はセルロース粒子に接触し、高速に吸収される。準結晶アレーの表面層が水を吸収すると、幾らかの水がポリマ鎖間に侵入（intercalate）する。これにより、表面のポリマ鎖とより深くに埋まっているポリマ鎖との間ではなく、ポリマと侵入した水との間に水素結合が生じるため、表面のポリマ鎖の結合力が著しく弱くなる。分断器３０内で水和されたセルロース材料が叩かれると、剪断力によって、ポリマ鎖が水和によって弱められた部位に沿って剥離される。準結晶アレーが壊されると、これにより、更なるセルロースアレーが露出し、順番に水和され、分断される。このプロセスは、更なる水が吸収されなくなるまで継続される。開始粒子の細かさ、処理温度及び他の要素に応じて、このプロセスは、図示した装置において、１２〜２４時間かけて行われる。もちろん、開始粒子が極端に粗いと、より長い分断サイクルが必要となる（このため、好ましい具体例では、前処理によって、開始材料となるセルロースの粉塵を生成する）。
【００３１】
ここで、「ボール」が偶然に形成されてしまった場合（例えば、水を過剰に加えることにより）、「減圧乾燥（decompression drying）」処理によって、形成された「ボール」を解体することができる。基本的には、パドルの高速な回転が続けば、チャンバの温度は上昇する。ホッパ又はチャンバには、水の霧を逃すことができるように、排気口が設けられている。チャンバの上で部分的に減圧することにより、乾燥処理を加速することができる。「ボール」は、空中に浮遊する微細な粒子で満たされたチャンバ内で最終的に乾燥すると、解体される。目に見えるような「ボール」が観察されなくても、解体のための乾燥処理を周期的に実行することが有益であることが確認された。この処理は、微細な凝集塊（例えば、図１１に示す）さえもバラバラにする可能性がある。
【００３２】
分断速度を速める一手法は、温度を高めることである。温度を高めるための便利で効率的な手法は、装置全体を「オートクレーブ（autoclave）」として製造することである。すなわち、ホッパを圧力容器として造り、この圧力容器内に加圧水蒸気管を配管する。典型的なオートクレーブは、約１２０℃の温度で動作する。もちろん、圧力に応じて、動作温度は、これよりかなり高くすることもできる。水は、水蒸気のみによって加えることができるが、微細な液体噴霧により、より速く加えることができる。このオートクレーブ法の一利点は、オートクレーブを大気に逃すだけで、「減圧乾燥」を容易に行えることである。すなわち、乾燥処理を加速するための減圧を行う必要がない。
【００３３】
セルロース分断によって生成される最終的な生成物は、極めて微細なパウダである。この物質は、準結晶領域を殆ど又は全く有さない、大部分が絡み合ったセルロース鎖である。この物質は、細胞壁の片が連続する細胞壁全体が顕微鏡によって観察できる紙の製造又はこの他の液浸軟化（maceration）による生成物とは対称的である。図１０は、上述の処理によって生成された微細なパウダの２０００倍の拡大図である。この粒子は、外観から非結晶であり、その直径は、多くの場合１０μｍ以下である。このような構造は、単一の（すなわち、準結晶領域を有さない）セルロース鎖が絡み合った塊であると考えられる。ここで重要なのは、植物細胞壁の形跡が観察されないことである。すなわち、細胞構造は、完全に分断されている。図１１は、部分的に分断されたセルロース材料に過剰の水を加えた結果形成された「マイクロボール（micro-ball）」を示している。ここでは、自由なセルロース鎖と、準結晶セルロースのシートがボール内に包み込まれている。セルロースバイオマスが完全に分断されると、セルロースバイオマスの少なくとも一部が水に溶けることが見出された。これは、基本的に準結晶の凝集塊がない短いセルロース鎖が形成されたことを示している。可溶性又は可溶性に近い物質は、酵素によって著しく分解されやすい。
【００３４】
図に示す分断器３０は、連続的な「インライン（in line）」処理を実現するために設計された、オプションの分別分留機構（fractionating mechanism）を備えている。この「分別分留器（fractionater）」は、複数のバフル板５４（図６）を備える。各バフル板５４は、１つ以上の開口５６を有する。この具体例では、開口５６の直径は、１ｃｍ〜数ｃｍである。セルロース粉６６が分断されると、より小さな粒子が、開口５６を介して、より上方の段に移動することができる。この分別分留器の各段において、最も小さい粒子のみが、より上方の段に移動することができる（図９Ａ〜図９Ｂ参照）。粉塵が各段に上がると、より大きな粒子は、下方に落ち、回転パドル３８に到達し、更なる分断サイクルが行われる。最も小さい、完全に分断された粒子６０のみが、バフルスタックの最上段に到達し、これらは最終的な生成物として取り出される。
【００３５】
図１２は、本発明に基づいて分断されたセルロース材料の酵素による分解速度を示すグラフである。縦軸は、グルコース濃度をｍｇ／ｄｌで示し、横軸は、時間を分単位で示している。酵素による分解は、時刻０の点において各サンプルに２０ｍｇ／ｄｌのセルラーゼ（ノボノルディスク社：Novo-Nordisk）を加えることにより行われた。培養は３５℃で行った。白丸は、完全に分断されたセルロース材料６０を表し、黒丸は、セルロース粉６６（分断処理の開始材料）を表している。このグラフにより、完全に分断されたセルロース材料６０が略線形の速度で分解されていることがわかる。実際に、分解は略完全に（９５％以上）行われた。一方、セルロース粉６６は、初期にはグルコースに分解されるが、更なる分解は（例え行われているにしても）非常に遅い。この初期の分解は、準結晶アレーに結合されていないセルロースの小さな部分が分解されていることを示していると考えられる。この後は、酵素は準結晶アレーの端部から「噛み進む（chew in）」しかないため、分解は非常に時間がかかる。このように分解に時間がかかれば、バイオマスを酵素分解して利用することは、非現実的となる。一方、分断されたセルロース材料６０は、大量にグルコースに分解され、食料源として利用し、又は発酵させてエタノールを生成することができる。
【００３６】
このように、本発明により、セルロースバイオマス内に存在する準結晶アレーを分断することによって、セルロースバイオマスを容易に加水分解できるセルロース鎖に分断することができる。これにより生成される材料は、容易にグルコースに加水分解され、食料として利用でき、又は発酵させてエタノールやその他の燃料成分にすることができる。本発明に基づく処理では、セルロース粒子の「スラリ」を空気又は他の気体中に浮遊させ、急速に攪拌しながら、熱せられた水を噴霧又は霧として加えることにより、準結晶アレーを水和させる。準結晶アレーの水和により、水素結合の結合力が弱まり、これにより、分断器３０による機械的な力によって、セルロース鎖を剥がすことができる。すなわち、ここでは２つの重要な工程が実行される。第１の工程は、準結晶アレーの水和であり、第２の工程は、準結晶アレーの水和された層の機械的な剥離である。これらの工程又は処理は、密接に関係し、水和条件が悪いと、準結晶アレーの表面層が水和されず、この層を剥離することができない。表面層が剥離されないと、より深い層を水和することができず、分断処理全体が進行しなくなる。また、機械的な力も非常に重要である。例えば、水を過剰に加えると、水は潤滑剤として働き、剪断力によってセルロースの水和された層を剥離することができなくなる。同時に、過剰な水により、部分的に分断された材料が集まり、「ボール」が形成されてしまう。これにより、準結晶アレーの大部分の領域が保護され、更なる分断が行われなくなる。
【００３７】
ここで、水を加える速度を最適に維持するとともに（水は、できるだけ速く加えた方がよいが、「ボール」が形成されないように十分にゆっくり加える必要がある）、添加物を用いることにより、水和されたセルロースに働く剪断力を高めることができることが見出された。このような物質は、力を伝達する働きを有していると考えられ、したがって、このような物質を包括的に「シックナ（thickener）又はシックニング剤（thickening agent）」とも呼ぶ。分断処理の効率を高めるためには、粘性を高めることができる物質であれば、事実上、いかなる増粘剤を用いてもよい。様々な「シックナ」の最適な濃度は、経験的に見出される。最適な濃度は、多くの場合、分断されるセルロース材料の総重量の数パーセント以下である。このような増粘剤は、分断処理において必ずしも必要ではない。しかしながら、このような増粘剤を用いることにより、処理の効率がかなり高められ、水を加える速度の制限が緩和される。すなわち、これらの増粘剤の幾つかは、「ボール」の形成を妨げ、又は処理を促進する。
【００３８】
シックニング剤には、デンプン、ペクチン、グルコマンナン、ガラクトマンナン、キサンタンガム、イヌリン、ポリデキストロース、デキストリン、セルロースエーテル（カルボキシメチルセルロース）、ヘミセルロース等、多糖又はオリゴ糖由来の様々なシックニング「ゴム」が含まれる。更に、タンパク質（ゼラチン）、ペプチド、高分子アルコール（high molecular weight alcohol）、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、及びポリオキシエタノール等の洗浄剤等の様々な粘性を高める有機剤（organic viscosity increasing agent）が含まれる。これらの可溶性を有する親水性剤に加えて、様々な微粒子状の無機物質も効果的である。これらの物質としては、シリカ、アルミナ、マグネシウム、ジルコニウム、酸化チタン等がある。これらの「研磨」粒子は、粒子が極めて微細（直径数μｍ）な場合に特に効果的である。なお、これらの物質は、それ自体は研磨剤としては働かず、ヒドロキシル基を介してセルロース鎖と相互作用し、セルロース鎖に対する機械的な剥離力（mechanical purchase）を高める。なお、意外な物質として、微細に粉末化されたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）も極めて効果的であることが確認されている。ＰＴＦＥが水素結合を介して、セルロースと相互作用していることは明らかである。
【００３９】
また、醸造酵母細胞、特に一般的な醸造プロセスにおいて残留する醸造酵母細胞も効果的な「シックニング」剤として利用できることが見出された。これらの細胞の直径は、数μｍ〜数十μｍ程度である。これらは、無機粒子と同様に作用すると考えられるが、酵母細胞は、自らの多糖細胞壁を有するので、セルロースバイオマスに効果的に結合し、相互作用を引き起こす。更に、酵母細胞は、様々な活性酵素を含んでおり、これらの活性酵素による分解が分断処理に貢献しているとも考えられる。あらゆる酵素を効果的に作用させるためには、分解時の温度を幾分低くする（例えば、５０℃ではなく、４０℃に近づける）とよい。この他の微生物については、試験していないが、多くの微生物が酵母細胞と同様の好ましい特質を示すことが予想される。「シックナ」は、そのコストに鑑みて選択される。例えば、燃料用のエタノールを生成する場合、比較的高価な有機「シックナ」を用いると製造コストが高くなりすぎる場合がある。また、使用済みの酵母細胞を用いれば、非常に低いコストで、分断処理の効率を高めることができる。
【００４０】
本発明の好ましい実施の形態について、セルロース粒子の気体状のスラリを高速に攪拌しながら、噴霧又は霧を加える具体例を用いて説明したが、シックニング剤を用いて本発明を若干異なる手法で実現してもよい。シックニング剤を適正に付加することにより、付加する水の量を幾らか増加させてもセルロース粒子に力を伝達することができる。なお、粒子を「ボール」状の塊にするような過剰な水の付加が好ましくないことは同様である。ここで、シックニング剤を付加することにより、セルロース粒子を高速に回転するパドル又はブレードによって浮遊させるのではなく、練ったり叩いたりできる「軟塊（dough）」として形成することもできる。軟塊を形成する場合、上述のような機構を用いることができるが、パドルの回転速度を遅くする。フックやローラ等、実際の軟塊に用いるために設計された装置（例えば、製パン装置）と同様な装置を採用してもよい。軟塊に対するプロセスでは、水の付加が若干困難になる。この場合、霧の付加は有効ではなく、混練の進行に応じて、水を噴霧又は小さなアリコート（in small aliquot）として加えるとよい。また、上述の減圧乾燥によって、この軟塊法から、空気中にセルロース粒子を浮遊させる手法に移行してもよく、この逆方向に処理を移行させてもよい。また、軟塊を塊のまま乾燥させ、例えばボールミル等によってこれを粉末化することによって、軟塊を気体中に浮遊させる処理に適した粒子にすることもできる。
【実施例１】
【００４１】
１０ｋｇのバガスを図１に示す叩解機４４で前処理した後、分断器３０に供給した。バガス及びこれに類する材料については、プレーナ５２による処理は省略してもよく、この実験では、ホッパ３２の容量を約２００リットルとし、バフル板５４は設けなかった。シャフト３６を遅く回転させながら、約１０リットルの水を噴霧として加え、水をバガスに完全に混合した。次に、温度を４０℃に高め、回転速度を速めた。バガスが外観的に乾燥したことが確認されると、更に１０リットルの水を噴霧として加えた。５時間後、初期的には長かったバガス繊維が短くなり、バガス片は、細かい破片に微細化された。ここから、１時間おきに水を１リットルずつ加えた。更に５〜１０時間経過すると、微細なセルロース粒子が互いに吸着することにより、塊は、幾分ざらついた外観を示した。５０倍の顕微鏡を用いて、この分断処理の進行を観察した。減圧乾燥法を繰り返し用い、複数回のサイクルの後、バガスは、重さ約８ｋｇの極めて細かいセルロース粒子に微細化された。最終的な重量は、開始材料にどれ程の水が含まれているかによって異なる。
【実施例２】
【００４２】
第２の実施例では、新聞紙（紙）を準備し、これを細かく刻んで破片（１ｃｍ×１ｃｍ以下）にした。１ｋｇの紙の破片を２ｋｇの生きた酵母細胞（醸造副産物）及び１００ｍｌの水とともに、分断器３０に供給した。次に、温度を３５〜４０℃に高めた。この塊を攪拌するにつれて、紙の繊維特徴が徐々に失われた。更に、１００ｇのアリコートの紙を各アリコートにつき５０ｍｌの水とともに加えた。この処理を、全部で２５リットルの水が加えられるまで続けた。紙繊維の特徴が見られなくなる乳状の溶液が得られるまで、この材料を処理した。この時点で酵素（明治製菓株式会社から市販されているセルラーゼ（Meiselase）１ｇ及びノボノルディスク社の「ノボザイム（Novozaim）」１ｇ）を加えた。４０時間経過後、セルロースは完全に糖に分解された。ここで、新聞紙及びこの他の紙は、シックナ（酵母細胞）を用いることにより、幾らか過剰に水を加えても効果的に分解できるが、気体浮遊法を用いた完全な分断に対して、紙は比較的高い抵抗性を示す。したがって、同じ重量のセルロースバイオマスに比べて、分断に必要な時間がかなり長くなる。これは、紙を製造するための細胞壁の処理が、セルロースの分断に対する抵抗性を高めているためであると考えられる。
【実施例３】
【００４３】
１５ｋｇのおが屑を分断器３０に供給した。攪拌を続けながら、２リットルをアリコートとする水を徐々に加えた。温度を４０℃に高めた。材料は、高速に処理（攪拌）されるにつれて、膨張するように観察された。噴霧器を用いて、水を１０分に１リットルの速度で加えた。「ボール」が形成される兆候が観察されると、攪拌によって「ボール」が消滅するまで水の供給を停止した。全体の温度は、攪拌速度に関連した。すなわち、攪拌速度が速くなると、温度も上昇した。したがって、水の供給を停止した状態でシャフト３６の回転速度を高めることにより材料を乾燥させることができた。処理が終了すると、１３ｋｇの極めて細かいセルロース粒子が得られた。この粒子は、化学的に又は酵素を用いて速やかに加水分解することができた。
【実施例４】
【００４４】
１ｋｇの非常に微細なセルロース粒子を１０リットルの水に徐々に加えながら攪拌した。次に、２ｇの酢酸を加えてｐＨを６．０にするとともに、明治製菓株式会社から市販されているセルラーゼ（Meiselase）２ｇ及びノボノルディスク社の「ノボザイム（Novozaim）」２ｇを加えた。この材料を４０℃で２４時間反応させた。この液体を濾過し、中和し、乾燥させることにより、５２０ｇの還元糖が得られた。
【実施例５】
【００４５】
好熱性微生物の熱安定性酵素を用いることもできる。この実施例では、重量が等しい木粉と水に、この重量の１％の好熱性セルラーゼを混合し、６０〜７０℃の温度で攪拌した。これにより、２４時間以内に、略完全な分解が行われた。分解速度を最大化するためには、攪拌を継続することが重要である。
【００４６】
本発明に基づく処理を、多種多様な植物に原料とするセルロースバイオマスに対して試した。木材及び草本性植物の何れに対しても良好な結果が得られた。双子葉植物、単子開花植物、及び裸子植物である樹木の細胞壁は、全て事実上分断された。分断の最適な速度及び水を付加する最適な速度については、種毎に若干異なった。なお、上述のように「ボール」の形成を監視することにより、全てのセルロースサンプルの分断について、それぞれ最適な条件を見出すことができる。
【００４７】
ここで、更なる用途又は特性を有する様々なセルロース粉がある。様々なイネ科植物から得られるセルロース粉は、様々な菌に対する優れた基質となることが見出された。更に、例えば日本スギ（Cryptomeria japonica）等の幾つか種類の木材からは、抗菌性又は抗感染性を有する微細な粉末が得られることがわかった。これらの特性は、元の樹木に含まれるタンニン及びこの他のフェノール樹脂に由来すると考えられる。これらの化合物は、水溶性を有さず、分断処理によって加水分解されないことは明らかである。
【００４８】
添付の請求の範囲は、ここで特に例示し、説明した具体例と、この具体例に概念的に等しいものと、代理できることが明白である事項と、本発明の基本的な思想を組み込んだ実施の形態を全て包含するものであると理解される。当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、上述した好ましい実施の形態の様々な適応例、変形例を想到することができる。ここに例示した具体例は、本発明を説明するために例示的に示したものであり、本発明を限定するものではない。すなわち、本発明は、添付の請求の範囲内において、ここで説明した形態とは異なる形態で実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に基づく、セルロース材料から本発明に基づいて分断された材料を製造するシステム全体を示す図である。
【図２】セルロース材料を本発明に基づく処理に適する形状に加工するために用いられる叩解機の一部を切り欠いて示す斜視図である。
【図３】図２に示す叩解機の矢印３方向に見た断面図である。
【図４】図２に示す叩解機の粒子化用の重りを支持するシャフトを示す平面図である。
【図５】分断されたセルロース材料を精製する分別分留器を備える本発明に基づく分断器の部分拡大図である。
【図６】図５に示す分断器を矢印６方向に見た断面図である。
【図７】図５に示す分断器を矢印７方向に見た断面図であって、分断器のパドルの平面図である。
【図８】図５に示す分断器の部分拡大図である。
【図９】ＦＩＧ．９Ａ及びＦＩＧ．９Ｂは、図８において９Ａ、９Ｂと示した領域の拡大図である。
【図１０】分断された材料を走査電子顕微鏡により２０００倍に拡大して示す図である。
【図１１】部分的に分断されたセルロース材料が過剰な水の供給により「マイクロボール」状になった状態を走査電子顕微鏡により６００倍に拡大して示す図である。
【図１２】完全に分断されたセルロース材料と部分的に分解されたセルロース材料の酵素分解の速度を比較して示すグラフである。
【国際公開パンフレット】
2004526008.tif 000003
2004526008.tif 000004
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【手続補正書】
【提出日】平成15年3月25日(2003.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロースバイオマスを機械的に分断して加水分解しやすいバイオマスを生成するバイオマス製造方法において、
セルロースバイオマス粒子を攪拌して、水の霧を含む容器内の気体中にセルロースバイオマス該粒子の浮遊体を生成する工程と、
該浮遊体の温度を３５℃〜１００℃の範囲に高める工程と、
液体状の余分な水が溜まることなく、上記セルロースバイオマス粒子が水を吸収するのに十分にゆっくりした速度で、水を微細な噴霧又は霧として供給する工程と、
上記セルロースバイオマス粒子が更なる水を吸収できなくなるまで、上記水の供給を継続する工程とを有するバイオマス製造方法。
【請求項２】
上記気体は空気であることを特徴とする請求項１記載のバイオマス製造方法。
【請求項３】
４０℃〜６０℃の温度範囲内で実行されることを特徴とする請求項１記載のバイオマス製造方法。
【請求項４】
上記水は水蒸気として供給されることを特徴とする請求項１記載のバイオマス製造方法。
【請求項５】
上記水の供給を停止する工程と、
上記容器を換気して上記水の霧を放出する工程と、
上記セルロースバイオマス粒子の凝集塊を分断し、該セルロースバイオマス粒子による水の吸収の効率を高める工程とを更に有する請求項１記載のバイオマス製造方法。
【請求項６】
上記水の供給を停止する工程は、上記水を供給する工程の後であって、上記セルロースバイオマス粒子が乾燥されたときの上記水の供給を継続する工程の前に行われることを特徴とする請求項５記載のバイオマス製造方法。
【請求項７】
多糖、オリゴ糖、ペクチン物質、ヘミセルロース物質、洗浄剤、界面活性剤、タンパク質、ポリペプチド、ポリアミノ酸、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコールからなるグループから選択された親水性有機化合物であるシックニング剤を上記浮遊体に加えて、分断速度を速める工程を有する請求項１記載のバイオマス製造方法。
【請求項８】
微粒子状の無機物質であるシックニング剤を上記浮遊体に付加し、分断速度を速める工程を有する請求項１記載のバイオマス製造方法。
【請求項９】
上記無機物質は、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムからなるグループから選択されることを特徴とする請求項８記載のバイオマス製造方法。
【請求項１０】
上記シックニング剤は、微粒子状のポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項８記載のバイオマス製造方法。
【請求項１１】
上記シックニング剤は、微生物の細胞であることを特徴とする請求項８記載のバイオマス製造方法。
【請求項１２】
上記微生物は、酵母菌であることを特徴とする請求項１１記載のバイオマス製造方法。
【請求項１３】
セルロースバイオマスを分断して加水分解しやすいバイオマスを生成するバイオマス製造装置において、
セルロースバイオマス粒子を攪拌して、水の霧を含む容器内の気体中に該セルロースバイオマス粒子の浮遊体を生成する攪拌手段と、
該浮遊体の温度を３５℃〜１００℃の範囲に高める加熱手段と、
液体状の余分な水が溜まることなく、上記セルロースバイオマス粒子が水を吸収するのに十分にゆっくりした速度で、水を微細な噴霧又は水の霧として供給する供給手段とを備えるバイオマス製造装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
添付の請求の範囲は、ここで特に例示し、説明した具体例と、この具体例に概念的に等しいものと、代理できることが明白である事項と、本発明の基本的な思想を組み込んだ実施の形態を全て包含するものであると理解される。当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、上述した好ましい実施の形態の様々な適応例、変形例を想到することができる。ここに例示した具体例は、本発明を説明するために例示的に示したものであり、本発明を限定するものではない。すなわち、本発明は、添付の請求の範囲内において、ここで説明した形態とは異なる形態で実施することもできる。




【国際調査報告】
2004526008.tif 000045
2004526008.tif 000046
2004526008.tif 000047