(57)【要約】【課題】可搬性を有し、効率良くセルロースの糖化をすることが可能なセルロースの糖化装置を提供する。【解決手段】本発明のセルロースの糖化装置は、気密性を有する金属製の外釜と、前記外釜の内部に配置され、バイオマス、溶液及び水が投入される非金属製の内釜容器と前記内釜容器との位置関係を可動とした内釜蓋とを有する内釜と、前記外釜の内部を加圧する加圧手段と、前記内釜内部を加熱する加熱手段と、を具備することを特徴とする。【選択図】図１
2013051927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密性を有する金属製の外釜と、
前記外釜の内部に配置され、バイオマス、溶液及び水が投入される非金属製の内釜容器と前記内釜容器との位置関係を可動とした内釜蓋とを有する内釜と、
前記外釜の内部を加圧する加圧手段と、
前記内釜内部を加熱する加熱手段と、
を具備することを特徴とするセルロースの糖化装置。
【請求項２】
請求項１記載のセルロースの糖化装置において、
前記内釜容器と前記内釜蓋との間には、前記内釜容器と前記内釜蓋との位置関係を可動とする可動手段が配置されることを特徴とするセルロースの糖化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルロースの糖化装置に関する。より詳しくは、可搬性を有し、効率良くセルロースの糖化をすることが可能なセルロースの糖化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料の枯渇問題や地球温暖化をはじめとした環境問題を背景に、石油代替原料を用いた燃料開発、化学品・樹脂群への転換が進められている。たとえば、米国、ブラジル等ではトウモロコシやサトウキビを原料にしたバイオエタノール製造が大規模に進められている。しかしこれらは食糧資源と競合関係にあるため、近年、その供給に関して国際的な議論の対象となった。このような背景を受け、食糧資源と競合しないセルロース系バイオマス原料（木質系・草木系等）からのバイオエタノール合成が注目を集めており、各国がその商用化を競っている。しかし、製造技術面とコスト面が障害となり未だ大規模には実用化出来ていない。一方、セルロース系バイオマス原料としては、上記の木質系・草木系以外にも、不要品として廃棄・回収された紙資源や衣料品等のセルロース含有繊維廃棄物もその対象として検討が始められている。
【０００３】
セルロース含有物のセルロースは、１０００個以上のグルコースがβ−グリコシド結合でつながった多糖類である。セルロースを加水分解することにより、単糖であるグルコースのほか、グルコースが２〜６個つながった水溶性のオリゴ糖類（セロオリゴ糖）を得ることができる。これらの水溶性糖類の中でもグルコースは、微生物を用いた発酵法によるエタノール生産等に有用であることから、セルロースを含有する物からグルコース等の糖類を効率よく製造できる糖化技術が望まれている。
【０００４】
セルロースを糖化する従来の方法としては、セルロースを酵素を用いてグルコース等の糖類に分解する方法や、セルロースを加水分解する加圧熱水法等が知られている。
【０００５】
なかでも、セルロースを酵素を用いてグルコース等の糖類に分解する方法は古くから知られていたが、反応に数日という長時間がかかるという問題があった。また、装置が大型化し、濃硫酸処理を必要とする場合も多く、個人が容易に利用できるものではなかった。
【０００６】
加圧熱分解法は、主として熱エネルギーによりセルロース分子鎖を切断する方法であり、セルロースを短時間に効率的に低分子化することが出来る。しかし、金属製の容器を反応容器として用いると、反応が阻害され、効率良くセルロースの糖化をすることができないという問題があった。一方で、ガラス等の非金属製の容器を反応容器として用いると、効率良くセルロースの糖化が可能であるが、加圧に耐えられず、変形・破壊されてしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−３１０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、従来における問題点を解決し、効率良くセルロースの糖化をすることが可能なセルロースの糖化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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明においては、気密性を有する金属製の外釜と、前記外釜の内部に配置され、バイオマス、溶液及び水が投入される非金属製の内釜容器と前記内釜容器との位置関係を可動とした内釜蓋とを有する内釜と、前記外釜の内部を加圧する加圧手段と、前記内釜内部を加熱する加熱手段と、を具備することを特徴とするセルロースの糖化装置を提供する。
【００１０】
さらに、本発明においては、前記内釜容器と前記内釜蓋との間には、前記内釜容器と前記内釜蓋との位置関係を可動とする可動手段が配置されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成により、本発明によれば、外釜内部が加圧されても、外釜は金属製であるため、加圧に耐えることができる。一方で、ガラスやプラスチック等の非金属製の内釜は、内部及び外部共に加圧されることから、内部と外部の圧力差が大きくならず（もしくは、等しくなり）、内釜が加圧に耐えられず破壊されてしまうという問題は生じない。従って、本発明によれば、簡易な構造で可搬性を有し、効率良くセルロースの糖化をすることが可能なセルロースの糖化装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のセルロースの糖化装置の一実施例の概要図である。
【図２】本発明のセルロースの糖化装置の一実施例の断面図である。
【図３】本発明のセルロースの糖化装置の変形例の断面図である。
【図４】本発明のセルロースの糖化装置のさらなる変形例の断面図である。
【図５】バイオエタノール生成のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施例）
図１は、本発明のセルロースの糖化装置の一実施例の概要図である。セルロースの糖化装置１０は、外釜１１、内釜容器１２、内釜蓋１３、可動手段２１、加圧ポンプ２２等から構成される。外釜１１は、例えば円筒形状であり底部を有する外釜容器とこの外釜容器上部を覆いかぶせるように配置した外釜蓋とからなり、外釜容器に外釜蓋がかぶせられた状態においては、外釜１１は気密性を有する。この外釜１１に弁を介して加圧ポンプ２２が接続され、この加圧ポンプによって外釜１１内部の圧力が４７ｋｇ／ｃｍ２程度まで上昇する。外釜１１内部には、内釜が配置されており、内釜は例えば５ｍｍ厚のガラス製又はプラスチック製の中空円筒形状であり底部を有する内釜容器１２と、同じくガラス製又はプラスチック製の内釜蓋１３とから構成される。可動手段２１は、図１に図示したように、内釜容器１２の外壁と内釜蓋１３の内壁との間に複数個配置されたＯリングであってもよい。その結果、内釜容器１２と内釜蓋１３とは、その相対位置が可動手段２１によって可動であり、加圧ポンプ２２により外釜１１内部の圧力が高くなると、これに応じて、内釜蓋１３が深く沈み、内釜内部の圧力を高くし、内釜の外内圧力差を低減する。外釜蓋及び内釜蓋１３にはこれから蓋を開くための把手が形成されていてもよい。外釜１１、内釜容器１２、内釜蓋１３、及び可動手段２１の形状は、図１に図示した形状に限定されず、仕様に応じて適宜変更される。このような本発明のセルロースの糖化装置１０は比較的小型であり、従来のような、大型のプラントではないため、可搬性を有している。
【００１４】
図２は、本発明のセルロースの糖化装置の一実施例を模式的に示した断面図である。図１について説明した構成に加えて、さらに、内釜内部に投入されたバイオマス混合原料２０とヒータ２３が示されている。バイオマス混合原料２０は、バイオマス、例えば、アセトン等の溶媒を含む溶液及び水の混合原料である。バイオマスは、天然型セルロースであり、その種類には特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、稲わら、もみ殻、麦わら等の農産物であってもよく、藻類や、ユーカリ、ポプラ、アカシア、ヤナギ、スギ、スイッチグラス、ネピアグラス、エリアンサス、ミスカンサス、ススキなどの草木類でもよいし、廃木材などでも構わない。バイオマス原料の状態としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、収集されたものをそのまま使用してもよく、裁断、粉砕などにより適宜ある程度以下の大きさにしてから使用してもよい。また、溶媒は、アセトンに限らず、希硫酸等の希酸を用いてもよい。ヒータ２３は、図２においては外釜の内側かつ内釜の外側に配置された構成を例示しているが、これに限らず、内釜の内部に配置されてもよい。ヒータ２３は、カーボン抵抗からなる抵抗加熱型、高周波コイルからなる電磁誘導型などがあり、いずれを用いることも可能であるが、抵抗加熱型が均一な加熱が可能であるため好適である。ヒータ２３は、内釜内部のバイオマス混合原料２０を摂氏２００度程度まで加熱できるものが望ましい。
【００１５】
（変形例１）
図３は、本発明のセルロースの糖化装置の変形例を模式的に示した断面図である。前述したとおり、バイオマス混合原料２０にはアセトン等の溶媒が含まれているところ、図２の内釜蓋１３及び可動手段２１はこの溶媒を内釜外部に放出させず、溶媒を効率良く回収するために用いられる。しかし、外釜内部で溶媒を回収することもできるため、図３に示すセルロースの糖化装置３０のように、内釜蓋１３を省略して構成してもよい。
【００１６】
（変形例２）
図４は、本発明のセルロースの糖化装置のさらなる変形例を模式的に示した断面図である。図４に示すとおり、セルロースの糖化装置４０は、外釜内部かつ内釜外部の一部は空気よりも熱伝導率の高い媒体４５、例えば熱伝導オイル、シリコーンゴム等により満たされている。ヒータ４４はこの媒体４５に接するように設けられている。このように構成することによって、ヒータ４４が発生する熱を媒体４５を介して効率良くバイオマス混合原料２０に伝達することが可能である。特に、内釜がガラスやプラスチックなどの熱伝導性の比較的低い材料で構成されている場合は、この内釜の周囲を媒体４５で取り囲むことが望ましい。そして、媒体４５は、バイオマス混合原料２０よりも高い位置まで充填されていることが望ましい。また、図４に図示したように、内釜容器１２上部の開口部をガラス製又はプラスチック製の内釜蓋４３で覆って構成してもよい。
【００１７】
図５は、本発明のセルロースの糖化装置を用いたバイオエタノール生成方法のフローチャートであり、セルロースの糖化プロセス５０１と、グルコースのアルコール発酵プロセス５０２とから構成される。
【００１８】
（セルロースの糖化プロセス）
はじめに、バイオマス混合原料（一例として、バイオマス、アセトン及び水の混合原料）２０を図１及び図２に示したセルロースの糖化装置１０の内釜容器１２に投入する。続いて、内釜容器１２に内釜蓋１３を可動手段２１を介して被せ、さらに、外釜容器に外釜蓋を被せて外釜１１を密封する。続いて、外釜内部及び内釜の内外を４７ｋｇ／ｃｍ２まで加圧する。ついで、図２に示したヒータ２３の電源をオンして、内釜内部を摂氏２００度程度まで加熱する。この状態で、１０分程度維持すると、セルロースの大半がグルコースへと変化する。
【００１９】
（アルコール発酵プロセス）
上記セルロースの糖化プロセスによって得られたグルコースに対して、酵母によるアルコール発酵を行い、低濃度のエタノール溶液を生成する。そして、その低濃度のエタノール溶液を濃縮蒸留して９５％程度のエタノールとし、さらに、分子篩などを用いて精製・脱水することにより、ほぼ純粋な無水エタノールが生産される。なお、燃料として利用されるエタノールを生成する場合には、飲料への転用を防ぐため出荷時にガソリンなどが添加されることがある。
【００２０】
以上、本発明の一実施形態に係るセルロースの糖化装置によれば、金属製の外釜と、外釜の内部に配置された非金属製の内釜と、外釜の内部を加圧する加圧手段と、内釜内部を加熱する加熱手段とを備えた簡易な構成により、従来のセルロースの糖化装置と比較して、装置の小型化を図りつつ、短時間で生産効率を上げてセルロースを糖化し、製造コストを低減させてエタノールを生成することが可能となる。このように、本発明によれば、可搬性を有し、効率良くセルロースを糖化することのできるセルロースの糖化装置を提供できる。
【符号の説明】
【００２１】
１０、３０、４０…セルロースの糖化装置、１１…外釜、１２…内釜容器、１３、４３…内釜蓋、２０…バイオマス混合原料、２１…可動手段、２２…加圧ポンプ、２３、４４…ヒータ、４５…媒体
【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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