(57)【要約】【課題】紙を原料とし、低コストでかつ効率的にエタノールを製造するバイオエタノールの製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】本発明のバイオエタノール製造装置では、ヒートポンプ装置の冷却部が生成されたエタノールを冷却・回収するためのエタノール回収手段を具備していることを特徴とするバイオエタノール製造および製造方法により、紙から低コストでかつ効率的にエタノールを製造する。【選択図】図２
2013048583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
筐体内に弾性支持され、紙に含まれるセルロースを酵素分解し、その酵素分解により生成した糖類を発酵させるための酵素分解・発酵槽と、
前記酵素分解・発酵槽に紙を投入するための投入口と、
前記酵素分解・発酵槽内に少なくとも1種類の添加剤を収納できるカートリッジと、
前記カートリッジに収納した添加剤を前記酵素分解・発酵槽内に投入できる手段と
前記酵素分解・発酵槽内に回転可能に設けられた回転槽と、
前記酵素分解・発酵槽内に水を供給する供水手段と、
前記酵素分解・発酵槽外に廃棄物を廃棄する廃棄手段と、
ヒートポンプ装置と、
送風手段によって前記ヒートポンプ装置から前記回転槽内に空気を供給する給気口ホースと、
前記回転槽内の空気を前記酵素分解・発酵槽外へ排出する排気口ホースと、
前記ヒートポンプ装置を固定した取り付けベースと、
前記各手段を制御するための制御手段とを具備し、
前記ヒートポンプ装置の吸熱部が生成されたエタノールを冷却、回収するためのエタノール回収手段を具備していることを特徴するバイオエタノール製造装置。
【請求項２】
前記ヒートポンプ装置の加温部が前記酵素分解・発酵槽の加熱手段であることを特徴する請求項１記載のバイオエタノール製造装置。
【請求項３】
添加剤が、前処理剤、酵素、発酵菌、発酵菌活性化剤であり、
それぞれの添加剤を収納できる４つの容器からなる投入器を具備し、
それぞれ独立して前記酵素分解・発酵槽内に投入可能にした請求項１記載のバイオエタノール製造装置。
【請求項４】
取り付けベースは、
ヒートポンプ装置の圧縮機、
放熱器、
絞り手段、
吸熱器、
管路、
放熱器風路、
吸熱器風路
および循環ダクトと、
を装備した請求項１記載のバイオエタノール製造装置。
【請求項５】
酵素分解・発酵槽を前方高位に傾けて形成した請求項１記載のバイオエタノール製造装置。
【請求項６】
紙に含まれるセルロースを酵素分解し、次いで、前記セルロースおよびヘミセルロースの酵素分解により生成した糖類を発酵させることによりエタノールを生成するバイオエタノールの製造方法であって、
紙に含まれるセルロース構造分解処理する前処理工程と、
前記前処理工程にて構造分解処理を施したセルロース構造分解処理する前処理工程と、
前記紙に含まれるセルロースを酵素分解する酵素分解工程と、
前記前処理工程にて構造分解処理を施した前記酵素分解工程にて生成した糖類を発酵する発酵工程と、
前記発酵工程にて生成したエタノールを含む水蒸気をヒートポンプ装置の冷却部にて冷却回収する工程と、を有することを特徴とするバイオエタノール製造方法。
【請求項７】
紙に含まれるセルロースを酵素分解し、次いで、前記セルロースおよびヘミセルロースの酵素分解により生成した糖類を発酵させることによりエタノールを生成するバイオエタノールの製造方法であって、
紙に含まれるセルロース構造分解処理する前処理工程と、
前記前処理工程にて構造分解処理を施したセルロースを酵素分解する酵素分解工程と、
前記酵素分解工程にて生成した糖類を発酵する発酵工程と、
前記発酵工程にて生成したエタノールを含む水蒸気をヒートポンプ装置の吸熱部にて冷却回収する工程と、
前記酵素分解工程及び発酵工程時に前記酵素分解・発酵槽をヒートポンプ装置の放熱部にて加温する工程と、
を有することを特徴とするバイオエタノール製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酵素法を用いたバイオエタノールの製造方法および製造装置に関し、さらに詳しくは、紙を原料とし、低コストでかつ効率的にエタノールを製造するバイオエタノールの製造方法および製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、世界各国にて、セルロース系バイオマスを原料とするバイオエタノールの製造技術が研究開発されている。
【０００３】
セルロース系バイオマスとは、紙や木や草、あるいは、農作物の残渣のことであり、具体的には、古紙やシュレッダー紙や建築廃材や間伐材、稲藁やバガス（サトウキビの搾りかす）、トウモロコシの茎や葉などが挙げられる。
【０００４】
バイオマスから生成した糖を発酵させて生産されるバイオエタノールの製造方法としては、濃硫酸法、希硫酸法、酵素法などの開発が行われている。近年、これらの製造方法の中でも、特に、酵素法に注目が集まっている。
【０００５】
酵素法は、酵素によりバイオマスに含まれるセルロースとヘミセルロースを分解して糖類を生成し、その糖類を酵母菌などの発酵菌により発酵させてエタノールを生成する方法である。
【０００６】
通常、紙は、特にオフィスで使用される印刷紙は、アミロースや炭酸カルシウムで表面を保護される形態で存在している。
【０００７】
そのため、セルロースを酵素分解するためには、初めに表面を破壊してセルロースを露出させる必要がある。
【０００８】
また、セルロースはグルコースが脱水縮合した単純多糖類である。
【０００９】
これらセルロースは、結合力が強く、この結合を酵素により加水分解するためには、予めセルロースの構造を少し分解しておく必要がある。
【００１０】
このような紙表面の破壊処理、並びに、セルロースの構造分解処理のことを、前処理と呼んでいる。
【００１１】
来の紙の前処理技術としては、希硫酸分解、水蒸気爆砕、アンモニア爆砕、熱水・超臨界水を用いる方法、微生物分解、微粉砕、化学薬品処理などが知られている。
【００１２】
処理は、古紙を含む廃棄物の場合は酸、アルカリなどの薬品や高温、高圧によらない簡単な前処理が好ましく、例えば、裁断（シュレッディング）やミキシングをして繊維をほぐす離解処理等が好適である。
【００１３】
処理が施されたバイオマスは、酵素により分解されるが、この酵素分解反応の温度、ｐＨ、反応時間などは酵素の特性や性能に応じて調整される。
【００１４】
素分解反応速度は、温度が高くなるほど速くなるため、反応操作温度は酵素の耐熱温度とされ、一般には４０〜６０℃である。
【００１５】
セルロースが酵素により加水分解されるとグルコースが生成し、ヘミセルロースが酵素により加水分解されるとグルコース、キシロース、マンノースなどが生成される。
【００１６】
そして、セルロースとヘミセルロースの酵素分解反応により得られた糖類を含む溶液に発酵菌を添加して、糖類を発酵させてエタノールを生成する。
【００１７】
一般に、エタノールの至適発酵温度は４０℃以下であり、これ以上の温度では発酵菌が死滅し、発酵が進まなくなる。
【００１８】
このような方法で生成されたエタノールを含む溶液の濃度は十数パーセン以下程度にしているが、これは１0％程度以上になると酵素および酵母に悪影響を与え、生産効率を低下させる原因となるためである。
【００１９】
上記発酵によって発生したエタノール溶液を濃縮・脱水することによって、無水エタノールが得られる。
【００２０】
一般に、エタノールを含む溶液の濃縮・脱水には、蒸留及びＰＳＡ（ＰｒｅｓｓｕｒｅＳｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）を組み合わせたもの、あるいは蒸留および膜分離組み合わせたプロセスが採用されている。
【００２１】
ＰＳＡとは、加圧と減圧を繰り返すことにより、ゼオライト（モレキュラーシーブ）などの吸着材に水を吸着させる方式である。
【００２２】
ところで、上記の酵素法では、セルロースとヘミセルロースを酵素分解する際、分解生成物のグルコースが酵素分解の反応阻害物質となる。
【００２３】
そのため、酵素分解反応が進行し、溶液中のグルコース濃度が高くなるにしたがって、反応速度が低下し、最終的には、あるグルコース濃度に到達した時点で、それ以上反応が進行しなくなる。
【００２４】
このような問題を解決するために、一般的に、酵素分解とエタノール発酵を１つの反応槽内にて同時に進行させる同時糖化発酵法と呼ばれる方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【００２５】
なお、糖化とは、セルロースやヘミセルロースを酵素分解してグルコースなどの糖類を生成するプロセスのことである。
【００２６】
この同時糖化発酵法は、以下に示すような方法である。
【００２７】
先ず、古紙などを前処理し、反応槽内へ投入後、酵素を含む培地を添加することにより酵素分解反応を進行させる。
【００２８】
酵素分解反応がある程度進行した時点で、固液分離する。
【００２９】
分離後、反応槽内に発酵菌を投入する。
【００３０】
すると、発酵菌が酵素分解反応により生成したグルコースをエタノールに変換するため、グルコース濃度が下がり、反応阻害要因が減少するので酵素分解反応がさらに進行するとともに、エタノールの生成も進行する。
【００３１】
あるいは、反応槽内で前処理したシュレッダー紙などに最初から酵素及び発酵菌を添加してエタノール生成を実施してもよい。
【００３２】
前処理工程では、希硫酸分解、水蒸気爆砕、アンモニア爆砕、熱水・超臨界水を用いる方法、微生物分解、微粉砕、化学薬品処理などの公知の方法が用いられる。
【００３３】
以上のことから、通常同時糖化発酵法のプラントは、大きく分けて3つの工程、微粉砕などの前処理工程、糖化・発酵工程、蒸留・脱水工程からなる。
【００３４】
微粉砕前処理工程では、原料を、湿式ディスクミルや化学薬品などを用いて微粉砕する。
【００３５】
この処理で原料の繊維がほぐされ、酵素による糖化が容易になる。
【００３６】
この工程で化学薬品を使用する場合には通常加熱して化学反応速度を上げて工程時間の短縮化をはかる。
【００３７】
糖化・発酵工程では、主糖化・発酵タンク内で、微粉砕された原料と発酵菌培養液を混合し、糸状菌が産出するセルラーゼやヘミセルラーゼによって原料を糖化する。
【００３８】
さらにその液に酵母培養液を加え、エタノール発酵を行わせる。この工程では酵素反応及び発酵反応を維持するために一定温度にしなければならず、加熱あるいは冷却が必要となる。
【００３９】
蒸留工程では、反応後の発酵液をそのまま一次蒸留装置に移して蒸留する。この工程では、エチルアルコールの沸点以上に加熱し、アルコールを蒸発させた後に冷却している。
【００４０】
さらに高濃度のエタノールが必要な場合には、得られた蒸留産物をさらに二次蒸留装置、膜脱水装置を経て99.5％以上のバイオエタノールとして製造される場合もある。
【００４１】
このように通常、バイオエタノール作製は各工程それぞれがひとつの装置であり、各工程における装置ごとに加熱あるいは、および冷却が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４２】
【特許文献１】特開２００２−１８６９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４３】
しかしながら、前記従来の方法では、これまでのバイオエタノール作製には上記で示したような各工程からなるそれぞれの装置に対して加熱・冷却工程があり、その結果としてエネルギー収率を低下させていた。
【００４４】
特に前処理工程では、過剰な熱、材料を必要としそれゆえエネルギー収率を低下させていた。
【００４５】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、セルロース含有物を前処理する際にイオン液体を用いることにより効率向上および低コスト化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４６】
本発明のバイオエタノールの製造装置は、
筐体と、
筐体内に弾性支持され、紙に含まれるセルロースを酵素分解し、その酵素分解により生成した糖類を発酵させるための酵素分解・発酵槽と、
前記酵素分解・発酵槽に紙を投入するための投入口と、
前記酵素分解・発酵槽内に少なくとも1種類の添加剤を収納できるカートリッジと、
前記カートリッジに収納した添加剤を前記酵素分解・発酵槽内に投入できる手段と前記酵素分解・発酵槽内に回転可能に設けられた回転槽と、
前記酵素分解・発酵槽内に水を供給する供水手段と、
前記酵素分解・発酵槽外に廃棄物を廃棄する廃棄手段と、
ヒートポンプ装置と、
送風手段によって前記ヒートポンプ装置から前記回転槽内に空気を供給する給気口ホースと、
前記回転槽内の空気を前記酵素分解・発酵槽外へ排出する排気口ホースと、
前記ヒートポンプ装置を固定した取り付けベースと、
前記各手段を制御するための制御手段と、
を具備し、
前記ヒートポンプ装置の冷却部が生成されたエタノールを冷却、回収するためのエタノール回収手段を具備していることを特徴する。
【００４７】
本発明のバイオエタノールの製造装置は、ヒートポンプ装置の加温部が前記酵素分解・発酵槽の加熱手段を兼ねていることが好ましい。
【００４８】
本発明のバイオエタノールの製造装置は、添加剤が前処理剤、酵素、発酵菌、発酵菌活性化剤であり、それぞれの添加剤を収納できる４つの容器からなる投入器を具備し、それぞれ独立して前記酵素分解・発酵槽内に投入可能にすることが好ましい。
【００４９】
本発明のバイオエタノールの製造装置は、取り付けベースがヒートポンプ装置の圧縮機、放熱器、絞り手段、吸熱器、管路、放熱器風路、吸熱器風路および循環ダクトを装備したことが好ましい。
【００５０】
本発明のバイオエタノールの製造装置は、酵素分解・発酵槽を前方高位に傾けて形成されていることが好ましい。
【００５１】
本発明のバイオエタノールの製造方法は、
紙に含まれるセルロース構造分解処理する前処理工程と、
前記前処理工程にて構造分解処理を施した古紙などに含まれるセルロースを酵素分解する酵素分解工程と、
前記酵素分解工程にて生成した糖類を発酵する発酵工程と、
前記発酵工程にて生成したエタノールを含む水蒸気をヒートポンプ装置の吸熱部にて冷却回収する工程と
を有することを特徴とする。
【００５２】
本発明のバイオエタノールの製造方法は、前記酵素分解工程にて生成した糖類を含む溶液から酵素を分離する酵素分離工程を有することが好ましい。
【００５３】
本発明のバイオエタノールの製造方法は、前記酵素分解工程及び発酵工程時に前記酵素分解・発酵槽をヒートポンプ装置の放熱部にて加温する工程を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００５４】
本発明は、低コストでかつ効率的にシュレッダー紙などの原料の前処理からエタノール発酵までを一つの反応槽で実施すると共に、熱交換器を利用して効率的にそれぞれの工程に必要な加熱と冷却を実施することできるバイオエタノールの製造方法及びそれを用いた装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１のバイオエタノール製造装置の外観斜視図
【図２】同バイオエタノール製造装置の要部断面図
【図３】同バイオエタノール製造装置の要部断面図
【図４】同バイオエタノール製造装置のシステム概念図
【図５】同バイオエタノール製造装置の要部断面図
【図６】装置の要部断面図、図６は添加試薬の投入器のシステム概念図
【発明を実施するための形態】
【００５６】
本発明のバイオエタノールの製造装置および製造方法の最良の形態について説明する。
【００５７】
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００５８】
本発明において、処理の対象とされるセルロース含有物は、セルロースを含有するものであれば特に制限されないが、特に古紙、または古紙を含む廃棄物などの古紙類は、簡単な前処理だけで酵素による糖化処理を行うのに好適であるので好ましい。
【００５９】
ここでの古紙を含む廃棄物とは、例えば家庭から排出される都市ゴミ、飲食産業やオフィス、印刷業者などから排出される事業系廃棄物であるシュレッダー紙などである。
【００６０】
実施形態
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるバイオエタノールの製造装置の外観斜視図、
図２は筐体１の背面１ｂ方向から見た断面図、
図３は図１のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図、
図４はヒートポンプ装置の構成を含んだシステム概念図、
図５は、装置の要部断面図、
図６は添加試薬の投入器のシステム概念図
である。
【００６１】
各図に示すように、筐体１の内部には、複数のサスペンション２によって弾性的に支持された円筒状の酵素分解・発酵槽３を設け、前処理・酵素分解・発酵時の振動をサスペンション２によって吸収する。
【００６２】
図３、図４および図５を用いて説明する。
【００６３】
酵素分解・発酵槽３の内部には、シュレッダー紙４を収容する円筒状で横軸型の回転槽５を回転可能に設け、駆動モータ６により回転駆動される。
【００６４】
筐体１の前面にはシュレッダー紙４を出し入れする開口部１ａと、これを開閉する扉７が設けられている。
【００６５】
酵素分解・発酵槽３および回転槽５の前面側にも同様の開口部３ａ、５ｂを有し、この酵素分解・発酵槽３の開口部３ａはベローズ８によって筐体１の開口部１ａと密に連結されている。
【００６６】
酵素分解・発酵槽３の底部には廃棄物を含んだ排水を排出する排水口９を有し、排水弁１０に連結されている。
【００６７】
送風手段を構成する送風機１２は、筐体１の上面１ｃと側面１ｄが成す隅部空間に位置するように設けられている。
【００６８】
送風機１２は酵素分解・発酵槽３の外面に設けた給気ダクト２０と連通し、給気ダクト２０の給気ダクト入口２１から入った空気を矢印ｃの方向に送風して給気口１４から回転槽５内に供給する。
【００６９】
また、酵素分解・発酵槽３の外面には、酵素分解・発酵槽３の側面部の排気口１６と連通する排気ダクト２２を設け、回転槽５および酵素分解・発酵槽３を通過して排気口１６から出てきた空気を矢印ｄのように排気ダクト出口２３へ導出する。
【００７０】
酵素分解・発酵槽３の下部には、ヒートポンプ装置を構成する熱交換器からなる吸熱器３０に矢印ａの方向に空気を流す吸熱器風路３１と、同様に熱交換器からなる放熱器３２に矢印ｂの方向に空気を流す放熱器風路３３とが水平方向に並べて配設され、この吸熱器風路３１と放熱器風路３３とは循環ダクト３４で連通して吸熱器３０および放熱器３２を通過する空気が直線的に流れるようになっている。
【００７１】
この吸熱器風路３１と放熱器風路３３と循環ダクト３４は一体に構成され、筐体１内の取り付けベース３５に固定されている。
【００７２】
吸熱器風路３１の入口と排気ダクト出口２３とは、蛇腹状の伸縮可能な可撓性材料からなる排気口ホース３６を介して連通している。
【００７３】
放熱器風路３３の出口と送風機１２も同様に、給気口ホース３７を介して連通している。
【００７４】
また、吸熱器風路３１の上流に設けた入口部には、空気中の異物を除去するフィルター手段として、エアフィルター３８を着脱可能に設けている。
【００７５】
さらに、吸熱器風路３１の下流側の下部には、凝集したアルコール水溶液を回収するための回収口３９及び回収器４０を設けている。
【００７６】
送風機１２で送風される加温空気は、図４の矢印ｄに示すように、給気ダクト２０を通り給気口１４から回転槽５内に入り、回転槽５内を加温するようになっている。
【００７７】
一方、回転槽５内で発生したエタノールを含む水蒸気は、排気口１６から出て、排気ダクト２２を通って吸熱器風路３１の吸熱器３０を通過する際に、冷却され、回収口３９を通して回収器４０でエタノールを回収するようになっており、回収後の空気は、循環ダクト３４を介して放熱器風路３３の放熱器３２を通過して送風機１２へ戻り、循環するようになっている。
【００７８】
図４に、エタノールを蒸留するためのヒートポンプ装置を説明する。
【００７９】
圧縮機４１、
およびこの圧縮機４１で圧縮された冷媒の熱を放熱する放熱器３２、
および高圧の冷媒の圧力を減圧するための絞り弁や毛細管等からなる絞り手段４２、
および減圧されて低圧となった冷媒が周囲から熱を奪う吸熱器３０と
を冷媒が循環するように管路４３
で連結されており、
冷媒は矢印４４の方向に流れて循環し、ヒートポンプサイクルを実現する。
【００８０】
図６に、試薬の投入器６０の構成を説明する。
【００８１】
給水源に接続する給水電磁弁６１と、
この給水電磁弁の吐出口６８に接続する流入口６６と、
複数個の流出口６７と
前記流出口６７を有するシリンダ６２と、
前記シリンダ６２に嵌入したロータ６３と、
前記ロー６３を駆動するモータ６４と、
前記ロータ６３の回転位置を検出して、予め設定したロータ６３の回転角度で前記シリンダ６２の流入口６６と個々の流出口６７とが連通するように、前記モータ６４を制御する位置決め装置とで構成したロータリーバルブ６５と、
少なくとも、
前処理剤を収容する前処理剤容器と、
酵素分解工程時に投入する酵素を収容する酵素容器と、
発酵工程時に投入する発酵菌を収容する発酵菌容器と
必要時には発酵菌を活性化するための活性化剤を収容する活性化剤容器と、
から成る容器６９と、
前記容器６９を通過した水を前記酵素分解・発酵槽３へ投入するための投入口７０
を有し、
それらの容器に各１の給水口を配設して構成した投入器６０と
を備え、
前記ロータリーバルブ６５の個々の流出口６７と前記容器６９の個々の給水口とをそれぞれ接続して、
前処理工程では、前記前処理剤容器に給水して前処理剤を、
酵素分解工程では前記酵素分解容器に給水して酵素を、
発酵工程時では前記発酵菌容器に給水して発酵菌を、
必要時には発酵菌を活性化するために活性化剤容器に給水して活性化剤を、
水とともに酵素分解・発酵槽に流し入れるように構成したものである。
【００８２】
上記のような動作はすべて制御手段５１により一括制御されている。
【００８３】
以上のように構成されたバイオエタノール製造装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００８４】
まず、筐体１の前面にある開口部１ａからシュレッダー紙４を酵素分解・発酵槽３内に投入し、次の前処理工程に進む。
【００８５】
前処理工程では、排水弁１０を閉じた状態で酵素分解・発酵槽３内に所定の水位に達するまで給水を行い、その後、投入器中の前処理剤容器に給水口がくるようにロータリーバルブを設定し、前処理剤容器に給水して前処理剤を水とともに酵素分解・発酵槽に流し入れる。
【００８６】
その後、駆動モータ６によりシュレッダー紙４と水の入った回転槽５を回転させて前処理を行う。
【００８７】
このとき、排気ダクト２２内には一部の水が入るが、排気ダクト２２は途中経路を上方に持ち上げた形状にして吸熱器３０に水が浸入しないようになっている。
【００８８】
前処理は、古紙を含む廃棄物の場合は酸、アルカリなどの薬品や高温、高圧によらない簡単な前処理が好ましく、例えば、裁断（シュレッディング）後にイオン液体または、などを加えてミキシングして繊維をほぐす離解処理等が好適であるため、前処理剤としてイオン液体または、を投入することが好ましい。
【００８９】
利用するイオン液体または、として、以下に例示する。
１,３−ジメチルイミダゾリウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
１−エチル−３−メチルイミダゾリウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
１−エチル−３−メチルイミダゾリウム トリフレート
１−エチル−３−メチルイミダゾリウム ビスペンタフルオロエタンスルフォニルイミド
１,３−ジエチルイミダゾリウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
１,３−ジエチルイミダゾリウム トリフレート
１−ブチル−３−エチルイミダゾリウムトリフレート
１,２−ジメチル−３−エチルイミダゾリウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム トリフレート
１−イロプロピル−３−メチルイミダゾリウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
１,２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
プロピルメチルピロリジニウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
プロピルトリメチルアンモニウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
メチルプロピルピペリジニウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
ブチルピリジニウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
この前処理工程ではヒートポンプを作動させて加熱することにより前処理速度を上げることも可能である。
【００９０】
前処理工程一定時間後、次の酵素分解工程に進む。
【００９１】
酵素分解工程では、排水弁１０を閉じた状態で酵素分解・発酵槽３内に所定の水位に達するまで給水を行い、その後、投入器中の酵素剤容器に給水口がくるようにロータリーバルブを設定し、酵素剤容器に給水して酵素剤を水とともに酵素分解・発酵槽に流し入れる。
【００９２】
その後、駆動モータ６によりシュレッダー紙４と水の入った回転槽５を回転させて酵素分解処理を行う。
【００９３】
このとき、排気ダクト２２内には一部の水が入るが、排気ダクト２２は途中経路を上方に持ち上げた形状にして吸熱器３０に水が浸入しないようになっている。
【００９４】
この酵素分解工程ではヒートポンプを作動させて加熱することにより酵素分解速度を上げることも可能である。
【００９５】
酵素分解工程一定時間後、次の発酵工程に進む。
【００９６】
発酵工程では、まず排水弁１０を閉じた状態で酵素分解・発酵槽３内に所定の水位に達するまでさらに給水を行い、投入器中の発酵菌容器に給水口がくるようにロータリーバルブを設定し、酵素容器に給水して酵素を水とともに酵素分解・発酵槽に流し入れる。
【００９７】
その後、駆動モータ６によりシュレッダー紙４と洗浄水の入った回転槽５を回転させて酵素分解反応を行う。
【００９８】
用いられるセルラーゼは、少なくともエンドグルカナーゼ、エクソグルカナーゼ、およびβ−グルコシダーゼを含むものであればよく、特に限定されない。
【００９９】
酵素分解工程において、セルラーゼの使用量は、基質であるセルロース含有物１ｇに対して、後述するＦＰＵの活性測定法により測定したときの値が３ＦＰＵ〜１００ＦＰＵ程度となるように設定することが好ましく、１０ＦＰＵ〜３０ＦＰＵがより好ましい。
【０１００】
セルラーゼの使用量が少なすぎるとセルロースの加水分解反応が効率的に進まず、多すぎるとセルラーゼのコストが大きくなり経済性が損なわれる。
【０１０１】
水量は、セルロース含有物および酵素を含むスラリーが撹拌可能な粘度となるように適宜設定し得る。
【０１０２】
酵素分解工程の反応条件は、通常のセルラーゼによる糖化条件を適用することができる。
【０１０３】
例えば、酵素としては市販のセルラーゼ（商品名：セルロシンＴ２、阪急バイオインダストリー社製、３００ＦＰＵ／ｇタンパク質）をシュレッダー紙１ｇに対して３０ＦＰＵ、すなわちシュレッダー紙１ｇに対してタンパク質として０．１ｇ添加することできる。
【０１０４】
また、ｐＨ４〜６、温度４０〜６０℃程度が好ましく、また緩衝剤として例えば酒石酸カリウムと酒石酸との混合溶液を０．０５mol／Ｌ程度加えてもよい。
【０１０５】
酵素分解工程においては、セルロース含有物に含まれるセルロースがセルラーゼの作用によって糖化され、セロビオース、セロトリオースなどのオリゴ糖やグルコース等の溶解性の糖が生成される。
【０１０６】
これにより、スラリーの粘度が低下し撹拌効率が向上する。
【０１０７】
酵素分解工程における反応時間（滞留時間）は、短すぎるとセルロースの糖化が十分に行われず、その結果、最終的に得ようとしている発酵生産物の収率が低くなる。
【０１０８】
一方、長すぎると反応槽の容積が大きくなり、設備コスト及び撹拌エネルギーが増大して経済性が悪くなる。
【０１０９】
したがって、酵素分解工程における反応時間は、セルロースの大部分が溶解性の糖に加水分解される程度に設定するのが好ましい。
【０１１０】
例えば１０時間程度が好ましい。
【０１１１】
酵素分解工程終了後に得られる糖含有液の組成は、原料として用いたセルロース含有物の種類や糖化での反応条件によっても異なるが、セロビオース、セロトリオースなどのオリゴ糖、グルコース、その他の溶解性の糖の他に、セルロース含有物に由来する無機イオン（Ｃａ2+、Ｍｇ2+、Ｎａ+など）や、リグニンやヘミセルロースなどの不溶性物質、およびセルラーゼ等が含まれ得る。
【０１１２】
酵素分解一定時間後、例えば１０時間程度後、次の発酵工程にすすむ。
【０１１３】
発酵工程では、投入器中の発酵菌容器に給水口がくるようにロータリーバルブを設定し、発酵菌容器に給水して発酵菌を水とともに酵素分解・発酵槽に流し入れる。
【０１１４】
このように発酵菌を加え、糖化液中に含まれているグルコースを炭素源として前記微生物による発酵を行って発酵生産物であるバイオエタノールを得る。また必要に応じて、発酵に用いられる培地などの活性化剤を添加することもできる。
【０１１５】
微生物はグルコースを炭素源としてアルコール発酵を行うものであればいずれの菌でもよい。
【０１１６】
反応時間（滞留時間）は、短すぎると単糖化と発酵が十分に進行せず、生産物の収率が低くなり、長すぎると発酵槽の容積が大きくなり、設備コスト及び通気撹拌エネルギーが増大して経済性が悪くなる。
【０１１７】
投入する発酵菌としては、酵母やザイモモナスなどがある。
【０１１８】
一方、発酵時間は発酵菌の投入量、種類、発酵条件によっても異なるため、随時回収したアルコール量をモニタリングすることが好ましい。
【０１１９】
酵素分解・発酵工程では、ヒートポンプ装置の圧縮機４１を作動させると、冷媒が圧縮され、この圧力により放熱器３１、絞り手段４２、吸熱器３０を循環する。
【０１２０】
放熱器３２では冷媒の圧縮で熱が放出され、吸熱器３０では絞り手段４２で減圧されて低圧となった冷媒により熱が吸収される。
【０１２１】
このとき送風機１２が作動し、放熱器３２の放熱により加熱された温風が給気ダクト２０を通って給気口１４から回転槽５内に送風される。
【０１２２】
回転槽５は駆動モータ６により回転駆動され、シュレッダー紙４は回転槽５の回転により持ち上げられて落下することで、上下に撹拌される。
【０１２３】
回転槽５内に送風された温風は、酵素分解・発酵槽３を通るときにエタノールを含む水蒸気を奪い、エタノールを含んだ状態で酵素分解・発酵槽３の排気口１６を経て排気ダクト２２、排気口ホース３６を通り、エアフィルター３８を通過してリント等の異物が除去され、吸熱器風路３１に至る。
【０１２４】
このエタノールを含んだ水蒸気は、吸熱器３０を通過する際に顕熱と潜熱が奪われて凝集され、エタノール水溶液を回収することができる。
【０１２５】
吸熱器３０で凝集したエタノール水溶液は、底部の回収口３９から機外へ排出され、回収器４０にて容易に回収することができる。
【０１２６】
一方、この部分を通過した空気は、循環ダクト３４を通って放熱器風路３３に入り、放熱器３２で再び加熱され温風となって給気口ホース３７、給気ダクト２０を通り、送風機１２へと循環することにより、酵素分解・発酵槽３を加温することができる。
【０１２７】
一方、このようにしてエタノール水溶液を回収しているため、酵素分解・発酵槽３の粘度は向上するため、随時給水する必要がある。
【０１２８】
このようにヒートポンプ装置を用いることにより、吸熱器３０で吸熱した熱を冷媒で回収して再び放熱器３２で放熱して、圧縮機４１に入力したエネルギー以上の熱量を酵素分解・発酵槽３に与えることができるので、乾燥時間の短縮と省エネを実現することが可能になる。
【０１２９】
以上のように、ヒートポンプ装置を酵素分解・発酵槽３の下方に配置し、酵素分解・発酵槽３の下面側に配設した可撓性を有した筒状部材からなる給気口ホース３７および排気口ホース３６と連結することにより、シュレッダー紙４の投入がし易いように本体前面の開口部１ａの位置を高くでき、給気口ホースおよび排気口ホースの長さも短くできるので、本体全体をコンパクトに構成できる。
【０１３０】
なお、本実施の形態では、給気口ホース３７および排気口ホース３６を酵素分解・発酵槽３の下面側の左右に並べて配設しているが、ヒートポンプ装置のレイアウトによっては前後に並べて配設してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明は、効率的に紙を同時に糖化、発酵処理することでき、製造時の組立てが容易になるとともに、装置の修理メンテンスを容易にすることができるので、耐久性、信頼性にすぐれたバイオエタノールの製造方法及びそれを用いた装置を提供する。
【符号の説明】
【０１３２】
１筐体
２サスペンション
３酵素分解・発酵槽
４シュレッダー紙
５回転槽
６駆動モータ
７扉
８ベローズ
９排水口
１０排水弁
１２ 送風機
１４給気口
１６排気口
２０給気ダクト
２１給気ダクト入り口
２２排気ダクト
２３排気ダクト入り口
３０吸熱器
３１吸熱器風路
３２放熱器
３３放熱器風路
３４循環ダクト
３５取り付けベース
３６排気口ホース
３７給気口ホース
３８エアフィルター
３９排出口
４１圧縮機
４２絞り手段
４３管路
５０回収器
５１制御手段
６０投入器
６１給水電磁弁
６２シリンダ
６３ロータ
６４モータ
６５ロータリーバルブ
６６流入口
６７流出口
６８突出口
６９容器
７０投入口
【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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【図６】
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