研究概要

バイオリファイナリー
－ 微生物によるバイオマスから燃料・化学品の生産 －
カーボンニュートラルに貢献するバイオリファイナリー技術の開発
バイオリファイナリーとは、これまで石油から作られていた各種燃料や化学品を、バイオマスから作るプラントや技術のことです。バイオマスは、その元となる植物の成長過程で二酸化炭素を吸収するので、バイオリファイナリーは、カーボンニュートラルに貢献すると言われています。RITEは、コリネ型細菌を利用して、バイオ燃料やグリーン化学品等を世界的にも高い生産性で製造することができるバイオリファイナリーの基本技術（「RITE Bioprocess®」等）を確立しています。

RITE Bioprocess®

非可食バイオマス

バイオ燃料
グリーン化学品(増殖非依存型バイオプロセス)
前処理
糖化

回収
精製

代謝
設計

OOH

HO

増殖せずに物質生産が可能
・ 混合糖完全同時利用
・ 発酵阻害物質耐性・ 高生産性(コリネ型細菌)

OHOHOH

スマートセルO

NH2

コア技術：「ＲＩＴＥ Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ®」 とは？ ー 増殖非依存型バイオプロセス ー
RITEが開発した「RITE Bioprocess® 」は、微生物の増殖を抑制した状態で化合物を生産させるという、増殖非依存型バイオプロセスであり、バイオ燃料やアミノ酸、芳香族化合物を始めとしたグリーン化学品を高効率で製造する革新的な独自技術です。

生産時には増殖に必要な栄養やエネルギーが不要となり、それらが目的物質の生産に使用されるため、微生物細胞を化学触媒のように極めて効率的に利用することが可能になります。

RITE Bioprocess®

＜特長２ ： Ｃ５＆Ｃ６糖類の完全同時利用＞

反応槽に微生物を高密度充填し反応混合糖完全同時利用可

高生産性

C５, C６糖生産物
バイオ燃料
バイオ化学品

発酵阻害物質耐性

菌体触媒（増殖なし）

特許

JP3869788
JP4451393
US7368268
EP1647594

JP4712716
US8604180
DE602004026192.0
FR1647594

JP4927297
US7598063
JP4294373

微生物が増殖しないため、■増殖のためのエネルギーロスがなく、原料収率が高い。
■システムが簡便。

＜特長１ ： 増殖非依存型バイオプロセス＞

セルロース系バイオマスは、キシロースやアラビノースなどのC5糖とグルコースなどのC6糖の混合物から構成されます。RITEは、C5糖の利用に関与する遺伝子をコリネ型細菌に導入することにより、C5糖とC6糖の同時利用を実現し、セルロース系原料の効率的な利用を可能にしました。

従来の発酵法微生物が増殖しながら物質を生成

増殖＜特長３ ： 発酵阻害物質に対する高耐性＞

微生物が増殖するため、■スペースが必要■巨大な反応槽が必要■生産(反応)時間は微生物の増殖に依存

バイオマスの前処理中に生成するフェノール類、フラン類などの発酵阻害物質は、バイオエタノール製造過程で強い阻害を示すことが知られています。「RITE Bioprocess® 」はこれらの発酵阻害物質に高耐性（非感受性）であることが実証されています。

ＲＩＴＥでの生産物質例
右図に、これまでにRITEで生産した物
質の一部を示します。多くの物質で世界最高水準の生産性を実現しています。
現在、バイオ燃料では、エタノールやバイオ水素からブタノールや高性能バイオジェット燃料素材へ、グリーン化学品では、L-乳酸、D-乳酸、アミノ酸から芳香族化合物などの高機能化学品へと幅広い展開を図っています。

バイオ燃料

グリーン化学品■ ガソリン混合・代替■ 芳香族化合物■ アミノ酸・エタノール＊・シキミ酸(インフルエンザ治療薬タミフル原料)
・フェノール＊(フェノール樹脂、ポリカーボネート)
・4-ヒドロキシ安息香酸＊(ポリマー原料)
・アニリン＊(石油外天然資源タイヤ原料(老化防止剤))

・アラニン (キレート剤)
・バリン(次世代飼料用アミノ酸、医薬品原料、食品)
・トリプトファン
(飼料用アミノ酸、医薬品原料、飲料)■ 有機酸■ アルコール・D-乳酸＊、L-乳酸＊(ステレオコンプレックス型ポリ乳酸)
・コハク酸＊

・イソプロパノール (プロピレン原料)
・キシリトール (甘味料)■ バイオジェット燃料
・イソブタノール＊・n-ブタノール＊
・100％グリーンジェット燃料
C9~C15飽和炭化水素+ 芳香族化合物■ バイオ水素

赤字＝世界最高の生産性を達成済

新たな非可食バイオマス原料の活用
みかん脱汁液、焼酎粕、古紙、ふすま (小麦表皮の粉砕物)などの新たな非可食バイオマス原料の活用も検討しています。

＊RITE Bioprocessは、公益財団法人地球環境産業技術研究機構の登録商標(登録第5796262号)です。

Research Institute of Innovative Technology for the Earth*＝ポリマー原料

バイオリファイナリーによるバイオ燃料生産技術開発－ バイオジェット燃料、バイオ水素 －バイオジェット燃料生産技術開発
コリネ型細菌を用いて世界最高濃度のブタノール生産に成功しました。生産菌株のブタノール耐性向上、収率向上、生産速度向上のための研究開発などを通じ、実糖化液原料から世界最高レベルの生産スペックを達成しました。更に、ドロップイン燃料製造の最適条件設定に成功しました※1。これらの成果をベースに、「日本で初めての純国産バイオジェット燃料フライト」に成功しています。

RITE‐NRELRITE

革新的高効率ブタノール生産菌の開発
ブタノール耐性株の創製

膜濃縮・精製・蒸留

糖化液
未利用酢酸の利用

NREL
前処理バイオマス

省エネ型
バイオブタノール

RITE Bioprocess®

RITE‐PNNL

オリゴマー化
ドロップイン燃料 (自動車燃料, 航空燃料)※1：経済産業省「革新的なエネルギー技術の国際共同研究開発事業（2015～2019年）」の成果。

NREL:National renewable energy laboratory (U.S.)

バイオブタノール

PNNL:Pacific Northwest National Laboratory (U.S.)＜日本初の純国産バイオジェット燃料を搭載したフライトに成功！＞

古着(綿)日本航空株式会社（ JAL ）が主催し、 RITE および RITE 発ベンチャー企業であるGreen Earth Institute株式会社が参画したプ
ロジェクト※2において日本で初めて純国産バイオジェット燃料の製造に成功しました。それは、2021年 2月4日のJL319便（羽田空港発、福岡空港行き）に搭載され、日本で初めての純国産バイオジェット燃料フライトにも成功しました。本バイオジェット燃料
は、古着を酵素で分解して得られた糖を原料とし、微生物にイソブタノールを生産させ、これを濃縮後、化学変換することで製造されています。このイソブタノール生産において、RITEが開発した革新的バイオプロセス「 RITE Bioprocess®」と「イソブタノール高生産コリネ型細菌」が用いられています。

コリネ型細菌

RITE Bioprocess®
（RITEバイオプロセス）
原料前処理

糖化

イソブタノール生産
C8H18
C12H26
C16H34 ・・

iso-butanol
C4H10O

イソパラフィン系
炭化水素

ジェット燃料との混合OH

脱水・オリゴマー化

イソブタノール濃縮※2：日本航空株式会社（JAL）が主催する「10万着で飛ばそう！JALバイオジェット燃料フライト」プロジェクト
で、JAL、Green Earth Institute株式会社、株式会社JEPLAN、およびRITEが協力して実施。

“RITE Bioprocess” is a registered trademark of RITE.

バイオ水素生産技術開発＜水素はカーボンニュートラル実現の鍵＞
水素は燃焼時に水しか生成しないこと、再生可能エネルギーを含む多様なエネルギー源からの生産・貯蔵・運搬が可能なこと、電力、運輸、熱・産業プロセスのあらゆる分野に利用し脱炭素化が可能なことなどから、カーボンニュートラル実現の鍵と言われています。
米国エネルギー省は、2020年11月に「Hydrogen Program Plan」を発表し、2021年6月には、水素のコストを10年以内に80%削減することを目指し「Hydrogen Shot」を立ち上げました。微生物を利用したバイオマス変換による水素生産は、「天然ガス改質＋CCUS」や「（太陽光発電＋）水電解」などと並んで、有望なCO2フリー水素生産技術と位置付けられています。その他、世界各国で水素国家戦略が一気に動き出しています。

RITE では、ギ酸を利用した独自の高速バイオ水素生産プロセスを開発し、従来の水素発酵生産プロセスより1～2桁高い水素生産速度を達成しています。この成果を基盤とし、バイオマス原料（糖）からの水素収率の大幅向上に向けて、代謝工学による新規高収率水素生産微生物の開発に取り組んでいます※3。

FOSSIL RESOURCES (化石資源)
・ Coal Gasification with CCUS (石炭ガス化＋CCUS)
・ Natural Gas Conversion with CCUS (天然ガス改質＋CCUS)
BIOMASS/WASTE (バイオマス／廃棄物)
・ Biomass Conversion (バイオマス変換)
・ Waste to Energy (廃棄物エネルギー化)
H2O SPLITTING (水分解)・ Direct Solar (太陽光直接水分解)
・ High Temp. Electrolysis (高温水電解)
・ Low Temp. Electrolysis (低温水電解)

暗発酵および光発酵水素生産微生物の代謝工学
C6H12O6(糖)[NiFe]

H2

暗発酵水素生産■ 異種水素生成酵素の導入による高収率水素生産経路の構築[Mo]

2 H+ギ酸水素リアーゼ
酵素複合体

CO2

高速バイオ水素生産プロセス －燃料電池デモシステム
水素菌体触媒

2 H2
ギ酸

2 C3H4O3(ピルビン酸)

光発酵水素生産

2 CO22 H2※3：JST「共創の場形成支援プログラム（育成型）／炭素循環型
社会実現のためのバイオエコノミーイノベーション共創拠点」（2021～2022年）で実施しています。

US DOE (米国エネルギー省)
Hydrogen Program Plan (水素プログラム計画)
Diverse hydrogen production technologies (多様な水素製造技術)

2 CH2O2(ギ酸)■ 水素／窒素／炭素代謝改変
による酢酸から水素への高効率変換
2 C2H3O‐CoA(アセチル‐CoA)

Research Institute of Innovative Technology for the Earth

2 C2H4O2(酢酸)

8 H2

燃料電池

ギ酸

バイオリファイナリーによるグリーン化学品生産技術開発－ 香料・化粧品・医薬品原料、高機能プラスチック原料 －香料・化粧品・医薬品や高性能ポリマー原料となる、基幹工業化学品／高付加価値化学品としてのグリーン芳香族化合物の生産が近年注目を集めています。RITEでは、細胞毒性化合物への高耐性能を有するコリネ型細菌と「RITE Bioprocess®」の優位性を生かし、従来は高生産が困難とされてきた様々な有用芳香族化合物の高効率バイオ生産技術の開発を推進しています。

芳香族化合物生産技術開発
コリネ型細菌の代謝改変により、インフルエンザ治療薬タミフルの合成原料となるシキミ酸、高機能ポリマーや医薬品原料等として有用な4-ヒドロキシ安息香酸（ 4-HBA）、プロトカテク酸の糖原料からの高効率バイオ生産を実現しました。

現在、住友ベークライト株式会社と共同で設立したグリーンケミカルズ株式会社において、より高効率な生産方法の確立、非可食バイオマス原料の高効率利用など、事業化を目指した活動を行っています。
シキミ酸の用途・ 抗インフルエンザ薬 (タミフル) 原料
・ 鎮痛薬、抗うつ薬、抗不安薬
・ 抗血栓薬、血圧降下剤、胆石治療
・ 抗炎症薬(NF-kB阻害作用)
・ 抗菌薬
・ 脂肪吸収抑制作用
・ 免疫応答調節機能■ 医薬品■ 機能性食品素材

４-HBA

シキミ酸

プロトカテク酸・ 美白剤
・ しわ防止剤
・ 育毛剤
・ 抗酸化剤■ 化粧品

プロトカテク酸の用途■ 医薬品原料■ 化粧品原料■ 香料(バニリン)原料■ ポリマー原料■ 食品用抗酸化剤■ 農薬、抗菌薬■ 飼料添加物■ 染毛剤■ カテコール製造原料

OOHOOHOH

OH

4-ヒドロキシ安息香酸の用途

OH■ 液晶ポリマー原料■ 防腐剤 (パラベン)■ バイオフェノール前駆体■ 防カビ剤■ 写真薬■ 香料の原料■ ナイロン樹脂の可塑剤

OHOH

O

OH

OH

高機能プラスチック原料生産技術開発
バイオ由来でかつ既存プラスチック（ポリマー）を超越した性能を示すプラスチックの開発に取り組んでいます。これまで、バイオ由来ポリマーは、脂肪族系ポリマーに限定されていましたが、我々は、バイオ由来芳香族系ポリマーを実現することにより、既存ポリマーを超越した性能を示すポリマーを開発することに成功しました。

＜高耐熱プラスチック＞＜生分解性プラスチック＞

バイオマスからバイオ合成により得られた芳香族化合物を原料にすることで、既存ポリマーの置き換えだけではなくより高性能なマテリアルの合成が可能となりました。その一つが超高耐熱性ポリマーです。さらに、このポリマーを焼成することで高耐久性、高速充電能を持つ電池材料が得られます。現在、モノマーである芳香族化合物のバイオ合成、バイオ変換の効率化を進めています。

生分解のタイミングとスピードをコントロールできるプラスチック( 例えばマルチロック型バイオポリマー ) の開発は、資源循環の観点から極めて重要です。非可食性バイオマス原料からコリネ型細菌を利用した独自のバイオプロセスによって、海洋生分解性を有するマルチロック型バイオポリマーの原料となるモノマーの高生産などを目指して開発を進めています。

共重合 Co-polymerization

OOH
H2N

O

PABA

p-aminobenzoate

バイオマス
原料
Biomass

H2N

バイオ合成
Biosynthesis

Ami-PBI

化学変換

O

Glucose

HN

Nx

グルコース

オンデマンド
高速分解

H
N

Amido-Polybenzimidazole

重合O
H2N

OH

HNOHN

HO

AHBA

chemicalconversion

3-amino4-hydroxybenzoatey

H2N

DABANO

Ami-PBIyFishing net litter

Fiber waste

Plastic waste

海洋流出 Emission into the marine
製品化、使用

マルチロック化

HNH
Nx

プラゴミ

Polybenzimidazole

HNN

繊維くず

PBI

Polymerization

3,4-diaminobenzoatex

漁網ゴミ

On demand
rapid degradation

マルチロック型
バイオポリマーChemical degradation

酵素分解Polymerization

環境分解性ポリマー
Wire coating

Aircraft/Space materials

Environmentaldegradation

Enzymatic degradation

モノマー

x

PBI

高性能バッテリー

Environmentallydegradable polymers

High performance batteries※戦略的イノベーション創造プログラム（SIP、2018～2022年度（予定））」にて実施中。

Research Institute of Innovative Technology for the Earth

Light, salt
etc.

化学分解

Production & usage

Monomer

航空・宇宙関連機材

Multiple stimuli

環境分解Multi-lock biopolymers

Multi-locking

重合モーター電線被覆複数の環境刺激

バイオプロセス
Bioprocess

非可食性バイオマス
Non-foodbiomass

H2O

光合成

CO2

Photosynthesis

バイオモノマーの高生産High production of biomonomer

NEDO Moonshot PJ※NEDOムーンショット型研究開発事業（2020～2029年度（予定））」にて実施中。