バイオ研究グループ

研究活動概説バイオ研究グループ
バイオリファイナリーの世界状況と研究概要
１. はじめに

２. バイオ燃料

バイオマス資源を原料とするバイオリファイナリーは、2010 年の世界のバイオエタノール生産量は、F.O. Licht

数年前に米国エネルギー省（DOE）により作られた新規造社 等 に よ れ ば 227 億 ガ ロ ン（8600 万 kl） と 予 想 さ れ、語であり、バイオマスからの化学品・エネルギー製造に関2009 年から 15% 以上の伸びを示している。近年は、食する技術、新規産業を意味している（図 1）。バイオマス料との競合や環境への負荷を低減するため、非可食バイオは光合成で CO2 を固定した植物由来資源のため、燃焼さマスを原料とした生産技術開発が急速に進展している（図せると CO2 が発生するが、ライフサイクル全体でみると2）。コーンストーバ等の農産廃棄物や、スイッチグラス

大気中の CO2 濃度には影響を与えないとされている（カー等のエネルギー作物に由来するセルロース類を原料とするボンニュートラル）。米国では 1990 年代からバイオリファ

バイオ燃料製造は、LCA（Life Cycle Assessment）評価かイナリーを国家科学戦略として進めており、これらの技術らも CO2 排出削減に高い効果が示されるなど、クリーン開発は、21 世紀の脱化石資源・循環型社会の構築に向けな燃料として期待されている。米国 DOE は非可食バイオた重要な施策と位置付けられている。国際エネルギー機関マスからのバイオ燃料生産技術開発を強力に支援してお（IEA）によれば、世界のエネルギー消費は 2008 〜 2009

り、2011 年以降、セルロース・エタノールの実証生産が年の経済停滞にも関わらず、中国やインドをはじめとする始まる予定である。米国は輸送用燃料における再成可能新興国の需要により年率 2% 前後で拡大を続けている。こ燃料の使用義務量を 2022 年には 360 億ガロンに増加させのため、化石資源に替わって、バイオマス資源から化学品る目標を掲げると共に 15% までのエタノールを含む燃料やエネルギーを製造するバイオリファイナリーの確立に大（E15）の販売制限を昨年 10 月に解除した。欧州では経済きな期待が寄せられている。

停滞や収益性低下等の理由によりバイオ燃料消費の主役であるバイオディーゼルの伸びが鈍化しているが、2020 年

図 1 バイオリファイナリー ： 非可食バイオマスを原料としたバイオ燃料やグリーン化学品の生産12バイオ研究グループ

研究活動概説図 2 非食料資源へのシフト現象

までに輸送用エネルギー消費のうち 10% を再生可能エネ（図 1）。今後、各種カルボン酸、アミン類、芳香族類等にルギーで賄う目標を掲げている。日本でも、経済産業省がプラットフォームが拡大していくと予想される。

まとめた 2030 年までのエネルギー政策の指針「エネルギー基本計画」が閣議決定され、バイオ燃料等の導入や利用拡４.RITE バイオプロセス（増殖非依存型バイオプロセス）大を促進するとしている。の技術開発
バイオ研究グループでは、これまでに新規技術コンセプ
トに基づく革新バイオプロセス「RITE バイオプロセス（増３. グリーン化学品
バイオ燃料と同じく高い成長が見込まれるのがバイオプ

殖非依存型バイオプロセス）」を確立し、バイオ燃料や有ロセスによる化学品（グリーン化学品）生産の分野である。

機酸を始めとした有用化学品の生産に大きな成果を上げてグリーン化学品の市場は 30% 前後の速度で成長しており、きた。本プロセスは、非可食バイオマス由来の混合糖（C62015 年以降に 100 億ドルを超える市場が形成されると予と C5 糖類）の同時利用をはじめとする世界初の成果を有想されている。バイオ燃料と同様に非可食バイオマスを原しており、バイオ燃料生産に応用した「セルロースからの料とした生産が製造企業にとって必須の条件である。
また、混合糖同時変換によるエタノール製造技術」は、第 18 回セルロース分解酵素（セルラーゼ）の生産技術開発が進ん日経地球環境技術賞の大賞に選出されるなど高い評価を頂で酵素価格や糖化コストが低下し、非可食バイオマスからいている（RITE Today 2009 トピックス参照）。また、海の安価な混合糖（C6 と C5 糖類）が利用できる見込みが立っ

外でも本プロセスは注目されており、特にドイツの研究グたことも要因となっている。従来の有機酸やジオール類にループがコリネ型細菌を用いて追試を行い、微生物の増殖加えて、近年の新しい動きが、“石油化学からグリーン化と生産フェーズを分離する我々の革新的なバイオプロセス学への変革”である。当初のファインケミカルズ分野から、が可能であることを確認している。以下に RITE バイオプ

化学品全般のグリーン化が重要視され、プラットフォームロセスの技術内容を紹介する。

として、C2 化学品はエタノール、C3 化学品としてプロパノール、C4 化学品としてブタノール類が期待されている

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研究活動概説C5 糖類の完全同時利用を達成した。この成果により、効４−１．RITE バイオプロセスの特徴率的なセルロース系バイオマス利用が可能になった。

本プロセスでは、ターゲット物質を効率的に生産できるように代謝設計した微生物（RITE 菌；コリネ型細菌）を４−３．発酵阻害物質に対する高度耐性大量に培養し、細胞を反応槽に高密度に充填後、細胞の分裂を停止させた状態で物質生産を行う（図 1）。高効率化

発酵阻害物質とはフェノール類やアルデヒド類、有機酸の鍵は、微生物の増殖を抑制した状態で化合物を生産させ類などを指し、セルロース系バイオマスの酵素糖化を容易ることにあり、このため増殖に必要な栄養やエネルギーがにするための前処理工程（水熱処理等）で副生されるバイ不要である。これにより微生物細胞をあたかも化学プロセオマスの過分解物である。発酵プロセスでの微生物の生育

スにおける触媒のように利用することが可能で、通常の化を強力に阻害することが知られており、バイオ燃料生産で学プロセスと同等以上の高い生産性（space time yield；は大きな問題であった。ところが、RITE バイオプロセスは、STY, 単位反応容積の時間あたりの生産量）を備えたバイこれらの阻害物質に対して高い耐性を示した。この理由は、オプロセスが実現した。

阻害物質の作用機構が微生物の増殖阻害であるのに対し、我々のプロセスは非増殖状態で物質生産が行われているためである。即ち、増殖非依存型の RITE バイオプロセスに４−２．C6 糖類、C5 糖類の完全同時利用おける微生物代謝は、発酵阻害物質から影響を受けないこ

デンプン系バイオマスの構成糖はグルコースなどの C6とを明らかにした。

糖類であるが、セルロース系バイオマスの加水分解物である混合糖には、セルロース由来の C6 糖類と、ヘミセルロー４−４．今後の技術開発

ス由来の C5 糖類（キシロース、アラビノース）が共存している。そのため、発酵工程に用いる微生物は、混合糖解読したコリネ型細菌のゲノム情報に基づいたメタボ

中の C6 と C5 糖類を同時利用できることが効率的な物質

ローム解析や代謝設計、ゲノム工学等のシステムバイオロ生産に必須の条件となる。我々は、RITE 菌に C5 糖類の利ジーを駆使した菌体改良により、本プロセスを利用した用遺伝子を導入し、それを RITE バイオプロセスに適用すターゲット物質の拡大を進めている。図 3 にはセルローることにより、セルロース系バイオマス由来の C6 およびス系バイオマスを原料にしたピルビン酸（PYR）を経由す

図 3 コリネ型細菌の代謝設計によるグリーン化学品 ・ 燃料 （鎖状化合物） の生産

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研究活動概説る鎖状化合物生産の概要を示す。エタノール、L、D 乳酸、５. 終わりにコハク酸等の高効率生産に加えて、現在、ブタノールやグ昨 年 11 月、 世 界 気 象 機 関 は CO2 の 世 界 平 均 濃 度 がリーン芳香族、アミノ酸など幅広い製品への展開を図って2009 年に過去最高を記録したと発表した。原因は調査中いる。芳香族化合物は既存の発酵法では経済的生産が極めとのことだが、地球環境対策に有効なバイオリファイナて困難とされているが、これらは、日本企業が高い競争力リー等の世界レベルでの技術開発の動きは、今後もさらにを維持している電子機器や自動車産業等の先端産業で基礎激化・拡大し続けると予想される。前述したように、バイ材料とされている化合物でありグリーン化が期待されてオ燃料分野は、セルロース・エタノールに関しては実証プいる。また、好気発酵で生産されている製品群への「RITEラントが建設され工業化が目前である。また、芳香族等のバイオプロセス」の応用としてアミノ酸に注目している。

基礎材料のグリーン化は、我が国の先端企業の競争力強化

既存のアミノ酸発酵プロセスは通気撹拌型で、コンプレッに重要な役割を果たすと期待される。我々 RITE は独自技サーや撹拌モーター等の設備費が高いのが大きな弱点で術である「RITE バイオプロセス」を基盤とし、内外企業あった。現在、複数のアミノ酸について RITE バイオプロとの共同研究開発により、バイオリファイナリー産業を早セスを適用した嫌気的生産法の技術開発を進めている。既期に実現すべく今後とも努力していきたい。にラボレベルで高い生産性を達成した化合物もあり、順次学会等で報告していく予定である。

４−５．実用化への取組み
企業とのセルロース・エタノール生産等の共同開発に加えて、昨年から “技術研究組合” を設立して研究開発の効率化を進めている。組合は法人格を持ち、企業と公的研究機関との共同研究が可能であり、共同研究終了後、事業法人に組織変更して共同研究成果を事業化できるなどのメリットがある。すでに設立した “グリーンフェノール・高機能フェノール樹脂製造技術研究組合”や“バイオブタノール製造技術研究組合” に続いて次のターゲット製品を目指した技術研究組合を準備中である。

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