(57)【要約】【課題】セルロース系のバイオマスの３つの主成分を可溶化したバイオマス液を製造する。【解決手段】セルロースとヘミセルロースとリグニンとを含有するバイオマスに若干の水を加えて水分調整すると共に硫酸塩を添加して加熱粉砕を行ない、水を添加して固液分離により液状物とすることにより、容易に短時間でバイオマス系可溶化物を高精度に含むバイオマス液を製造することができる。得られたバイオマス液は、リグニン可溶化物の製造やエタノールの製造、キシロオリゴ糖の製造に用いることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロースとヘミセルロースとリグニンとを含有するバイオマスから液状のバイオマス液を製造するバイオマス液の製造方法であって、
前記バイオマスに硫酸塩を添加して加熱と粉砕を同時に行なう加熱粉砕を行なう加熱粉砕工程と、
前記加熱粉砕工程の後に水を添加して固液分離して得られる液体を前記バイオマス液として取り出す固液分離工程と、
を備えることを特徴とするバイオマス液の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のバイオマス液の製造方法であって、
前記加熱粉砕工程は、前記バイオマスに対して３０重量パーセント以上７０重量パーセント以下の硫酸塩を添加して加熱粉砕を行なう工程である、
バイオマス液の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載のバイオマス液の製造方法であって、
前記硫酸塩は、硫酸カルシウムまたは硫酸マグネシウムである、
バイオマス液の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のうちのいずれか１つの請求項に記載のバイオマス液の製造方法であって、
前記加熱粉砕工程は、温度が１００℃以上３００℃以下、圧力が０．０５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下、飽和水蒸気圧以下となる条件で加熱粉砕を行なう工程である、
バイオマス液の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス液の製造方法に関し、詳しくは、セルロース系のバイオマスから液状のバイオマス液を製造するバイオマス液の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、リグノセルロース系バイオマスに対して、バイオマスにアルカリ化合物を添加して熱処理を行うアルカリ前処理やバイオマスに酸やアルカリを特に添加せずに水蒸気や加圧熱水で処理する水熱前処理などを施して、可溶化されたリグノセルロース系バイオマスの前処理分解物が、糖化液中の全糖成分に対して、０．５〜３０質量％含まれるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、セルロース系廃棄物をｐＨ９〜１１および温度６０℃以上の条件下で加熱する可溶化処理を施すことにより、１０％以上まで可溶化し、メタン発酵するものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
更に、リグノセルロース系バイオマスやセルロース系バイオマス、含窒素多糖類及びたんぱく質系バイオマスなどのバイオマスを、炭素数１〜８の脂肪族アルコールに５〜２０体積％の水を加えた混合溶媒（特に水／メタノール混合溶媒）を用いて、アルコールの超臨界条件または亜臨界条件にて処理することによりバイオマスを分解して液化するものも提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１５８４３７号公報
【特許文献２】特開２０１１−２０６７３６号公報
【特許文献３】特開２００５−２９６９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
セルロース系のバイオマスの主成分としては、通常、セルロースとヘミセルロースとリグニンの３つが挙げられる。これらの主成分の全てを可溶化することができれば、セルロースやヘミセルロース，リグニン起因の成分を有効利用することができる。
【０００７】
本発明のバイオマス液の製造方法は、セルロース系のバイオマスの３つの主成分を可溶化したバイオマス液を製造することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のバイオマス液の製造方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００９】
本発明のバイオマス液の製造方法は、
セルロースとヘミセルロースとリグニンとを含有するバイオマスから液状のバイオマス液を製造するバイオマス液の製造方法であって、
前記バイオマスに硫酸塩を添加して加熱と粉砕を同時に行なう加熱粉砕を行なう加熱粉砕工程と、
前記加熱粉砕工程の後に水を添加して固液分離して得られる液体を前記バイオマス液として取り出す固液分離工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明のバイオマス液の製造方法では、セルロースとヘミセルロースとリグニンとを含有するバイオマスに硫酸カルシウムや硫酸マグネシウムなどの硫酸塩を添加して加熱粉砕し、水を添加して固液分離して得られる液体をバイオマス液として取り出すことによりバイオマス液を製造する。得られたバイオマス液には、バイオマスの３つの主成分（セルロース、ヘミセルロース、リグニン）に起因する可溶化物が高い比率（７０％や８０％以上）で溶解している。こうして得られたバイオマス液は、３つの主成分（セルロース、ヘミセルロース、リグニン）に起因する可溶化物を分離して用いたり、糖化・発酵によりバイオ燃料として用いたりすることができる。
【００１１】
ここで、バイオマスとしては、稲わらや木材，古着など、セルロースとヘミセルロースとリグニンとを含有するバイオマスであれば如何なるものであってもよく、ある程度の粗粉砕が施されているのが好ましい。硫酸塩の添加量としては、バイオマスに対して３０重量パーセント以上７０重量パーセント以下が好ましい。また、加熱粉砕は、温度が１００℃以上３００℃以下（例えば１５０℃や１７０℃，２００℃など）、圧力が０．０５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下（例えば、０．１ＭＰａや０．２ＭＰａ，１ＭＰａなど）、飽和水蒸気圧以下となる条件で行なうのが好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態としてのバイオマス液の製造工程を例示する工程図である。
【図２】稲わらの加熱粉砕と可溶化率との関係の一例を示す実験データを示すグラフである。
【図３】バイオマス液からバイオマス系可溶化物を分離製造する様子を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態としてのバイオマスからバイオマス液を製造する様子を例示する工程図である。本実施形態のバイオマス液の製造方法では、まず、セルロース（一般式(C6H10O5)n：ｎ=数百〜数千）とヘミセルロース（一般式(C6H10O5)n：ｎ=数百〜数千）とリグニンとを含有するバイオマス（試料）を数ｍｍ以下程度に粗粉砕する。バイオマスとしては、稲わらや木材，古着など、セルロースとヘミセルロースとリグニンとを含有するバイオマスであれば如何なるものでもよい。続いて、粗粉砕された試料に若干の水を加えて水分調整し、硫酸塩を添加して加熱と粉砕を同時に行なう加熱粉砕を行なう。ここで、硫酸塩としては、硫酸カルシウム（CaSO4）や硫酸マグネシウム（MgSO4）などを用いることができる。また、硫酸塩の添加量としては、３０重量パーセント以上７０重量パーセント以下が好ましい。加熱粉砕の条件としては、温度について１００℃以上３００℃以下が好ましく、圧力については０．０５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下が好ましい。また、水分については、飽和水蒸気圧以下が好ましい。次に、加熱粉砕された試料に水を添加し、よく攪拌し、固液分離する。この際、液体として取り出されたものがバイオマス液である。なお、固体として取り除かれた残渣は廃棄される。
【００１４】
稲わらの加熱粉砕と可溶化率との関係の一例を示す実験データを図２に示す。この実験データは、稲わら０．３ｇに対してボールミルを用いて加熱粉砕を行ない、粉砕時間に対する可溶化率を測定したものである。なお、可溶化率は糖に対するものであるため、１００％を超える場合も生じる。図中、三角印付き実線は稲わらに対して硫酸塩として硫酸カルシウムが５０重量パーセントとなるように添加して１５０℃で加熱粉砕したときのデータであり、丸印付き実線は稲わらに対して硫酸塩として硫酸マグネシウムが５０重量パーセントとなるように添加して１５０℃で加熱粉砕したときのデータであり、四角印付き実線は稲わらに対して硫酸塩に代えて塩化カルシウムが５０重量パーセントとなるように添加して１５０℃で加熱粉砕したときのデータであり、三角印付き破線は稲わらに対して硫酸塩として硫酸カルシウムが５０重量パーセントとなるように添加して１７０℃で加熱粉砕したときのデータである。また、印なしの実線は稲わらを１５０℃で加熱粉砕したときのデータであり、印なしの破線は稲わらを１７０℃で加熱粉砕したときのデータである。実験データから解るように、硫酸カルシウムと硫酸マグネシウムを添加したものは３時間程度の加熱粉砕で１００％を超える可溶化率となり、無添加のものに比して短時間で高い可溶化率となる。また、硫酸カルシウムを添加したもののデータと塩化カルシウムを添加したもののデータとの比較から、硫酸イオンによる何らかの作用が可溶化率を短時間で高くしているのが解る。
【００１５】
こうして得られたバイオマス液は、リグニン可溶化物の製造やエタノールの製造、キシロオリゴ糖の製造に用いられる。図３は、バイオマス液からバイオマス系可溶化物を分離製造する様子を示す工程図である。バイオマス系可溶化物の分離製造は、まず、バイオマス液にエタノールなどの貧溶媒を添加してバイオマス系可溶化物を結晶化させて固液分離する。貧溶媒としては、エタノールの他、プロパノールやブタノールなどの低級アルコール、エーテルなどを用いることができる。固液分離により得られた液状物には、水とエタノールの他に若干の有機成分と無機成分が含まれている。続いて、固液分離により取り出された固形物に純水を添加して攪拌し、固液分離する。固液分離により固形物として取り出されたものは、赤外分光法（ＩＲ）によりリグニンであることを確認した。固液分離により取り出された液状物は、セルロース系可溶化物としてのセロオリゴ糖とヘミセルロース系可溶化物のキシロオリゴ糖が溶解している溶液（以下、可溶化オリゴ糖溶液という）であると考えられる。この可溶化オリゴ糖溶液は、セロオリゴ糖とキシロオリゴ糖の全てを糖化・発酵させてエタノールとすることが可能である。可溶化オリゴ糖溶液は、貧溶媒を添加すればオリゴ糖が結晶化し、固液分離して得られる固体（結晶）に水を添加すれば可溶化オリゴ糖溶液に戻る。可溶化オリゴ糖溶液にセロオリゴ糖については糖化・発酵するがキシロオリゴ糖については糖化・発酵しないセルラーゼ（発酵酵素）を添加して糖化・発酵させれば、エタノールとキシロオリゴ糖とを分離製造することができる。
【００１６】
以上説明した実施形態のバイオマス液の製造方法では、セルロースとヘミセルロースとリグニンとを含有するバイオマスに若干の水を加えて水分調整すると共に硫酸塩を添加して加熱粉砕を行ない、水を添加して固液分離により液状物とすることにより、容易に短時間でバイオマス系可溶化物を高精度に含むバイオマス液を製造することができる。
【００１７】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は、バイオマス液の製造産業などに利用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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