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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及び実用化への取り組み
１. はじめに可能との予測である。

バイオリファイナリーは、米国エネルギー省（DOE）に直近の動向では、現在のバイオリファイナリーの負のよる造語であり、バイオマス資源からのバイオ燃料や化学側面として、食料資源との競合が深刻な問題となってお品製造に関する技術や産業を指している（図１）。バイオり、非可食バイオマスへの原料シフトが喫緊の課題であ

マスは光合成で CO2 を固定した植物由来資源のため、燃る。経済協力開発機構（OECD）と国連食糧農業機関（FAO）

焼させると CO2 が発生するが、ライフサイクル全体でみが 昨 年 共 同 で 発 表 し た 報 告 書（Agricultural Outlook

ると大気中の CO2 濃度には影響を与えないとされている

2011-2012) では、途上国や新興国の人口増加や経済成長（カーボンニュートラル）。米国では 21 世紀の脱化石資源・による穀物等の農産物の需要拡大と、エネルギー価格高騰

循環型社会の構築に向けた重要な施策と位置付け、1990による農産物生産コスト上昇により、今後も農産物価格の年代から国家科学戦略として強力に推進してきた。EU も高止まりが予想されている（図 2）。

本技術の重要性を強く認識し、米国同様に様々な支援策を２．バイオ燃料打ち出している。国際エネルギー機関（IEA）が昨年発表
した輸送用バイオ燃料のロードマップによれば、バイオ燃2011 年の世界バイオエタノール生産量は、F.O. Licht 社

料の輸送部門における寄与度（使用総エネルギーに占める等によると 234 億ガロン（8900 万 KL）に達する見込みで、割合）は、現在の 2％から 2050 年には 27％に増加すると2009 年から 20％の伸長が予想される。米国での生産量は予測されている。この場合、バイオ燃料の生産量が現在にその約 60％（135 億ガロン）を占め、2010 年には E15（エ比べて 2050 年には 10 倍に増えることになるが、原料バタノール 15％添加ガソリン）が認可されたことから、今イオマス栽培に必要な耕作地については、トータルでの生後も需要が増える予測である。しかし、米国内のトウモロ産性の向上などにより、現状の 3 倍の面積で賄うことがコシの 40％がバイオ燃料原料として消費されていることᅒ 㻔䚭㟸ྊ㣏䝔䜨䜮䝢䜽䜘ཋᩩ䛮䛝䛥䝔䜨䜮⇖ᩩ䜊䜴䝮䞀䝷໩Ꮥဗ⏍⏐14䝔䜨䜮◂✪䜴䝯䞀䝛◂✪ὩິᴣㄕἜ⣊✀Ꮚ⢒⢾䝃䝤䝃䝝䝷䜰䝣䝸䜹すḢ⢒⢏✐≀ᅒ 㻕䚭ୠ⏲㣏ᩩᾐ㈕䛴ቌຊ 䟺ᕞ䟻 䛮㎨⏐∸౮᰹䛴୕᪴ 䟺ྎ䟻

から早急な原料転換が求められている。そのため米国政府資源と競合しない非可食バイオマスの利用が求められていは、非可食バイオマスであるコーンストーバー等の農産廃る。ターゲットとしては、プロパンジオール生産などのファ棄物やスイッチグラス等のエネルギー作物に由来するセルインケミカルからアクリル酸、イソプレン等の大型市場品、ロースを利用したバイオ燃料開発を強力に推進している。

各種カルボン酸、アミン類、芳香族化合物などに拡大してセルロース・エタノールは LCA（Life Cycle Assessment）おり、ジョイントベンチャーも数多く誕生している。グリー

評価からも CO2 排出削減に高い効果が示されるなど、クン化学品の将来市場としては、種々の推定が出されている

リーンな燃料として期待されているが、米国でのセルローが、一般的な見方としては、2015 年には $70B、2020 年

ス・エタノール実証生産は、発酵阻害物質に関連する技術には $100B とされている。

的な課題等により計画が遅れている模様である。

４．RITE バイオプロセス（増殖非依存型バイオプロセス）

バイオ燃料全体の 2011 年世界生産量は 446 億ガロンとの技術開発予測されており、2015 年にはさらに 20％拡大するとされている（Lux Research 社）。EU では、バイオ燃料生産にバイオ研究グループでは、これまでに新規技術コンセプおける環境破壊への懸念などを背景としたバイオ燃料へのトに基づく革新バイオプロセス「RITE バイオプロセス（増増税や近年の景気後退から、バイオディーゼルの消費が鈍殖非依存型バイオプロセス）」を確立し、バイオ燃料や有化しているが、中国やインド、東南アジア、南米などの新機酸を始めとした有用化学品を、高経済性で製造する技術

興国では、積極的なバイオ燃料への投資拡大が続いている。

開発に大きな成果を上げてきた。本プロセスは、非可食バ日本でも「エネルギー基本計画」が 2010 年に閣議決定され、イオマス由来の混合糖（C6 と C5 糖類）の同時利用をはバイオ燃料については、2020 年までに全国ガソリン消費じめとする世界初の成果を達成しており、バイオ燃料生量の 3％相当以上の導入を目指している。

産に応用した「セルロースからの混合糖同時変換によるエタノール製造技術」は、第 18 回日経地球環境技術賞の３．グリーン化学品大賞に選出されるなど高い評価を頂いている（RITE Today

バイオ燃料と同じく成長が見込まれるのがバイオプロセ

2009 トピックス参照）。本プロセスは海外でも注目されてスによる化学品生産の分野である。グリーン化学品の生産

おり、当グループリーダーは 2011 年度米国工業微生物学

は、バイオ燃料より高度な技術開発が求められるが、バイ会 Fellowship award を日本人で初めて受賞した（トピッオリファイナリーの観点からはさらに広い製品群や市場規クス参照）。また、ドイツの研究グループがコリネ型細菌模が予想され、サステイナブルな産業として今後の発展がを用いて追試を行い、微生物の増殖と生産フェーズを分離期待されている。原料としてはバイオ燃料と同様に、食料する我々の革新的なバイオプロセスが可能であることを確15䝔䜨䜮◂✪䜴䝯䞀䝛◂✪Ὡິᴣㄕ認している。以下に RITE バイオプロセスの技術内容を紹STY, 単位反応容積の時間あたりの生産量）を備えたバイ介する。

オプロセスが実現した。

４.１

４.２

RITE バイオプロセスの特徴

C6 糖類，C5 糖類の完全同時利用

本プロセスでは、ターゲット物質を効率的に生産できるデンプン系バイオマスの構成糖はグルコースなどの C6ように代謝設計した微生物（コリネ型細菌）を大量に培養糖類であるが、セルロース系バイオマスの加水分解物であし、細胞を反応槽に高密度に充填後、嫌気的な条件で細胞る混合糖には、セルロース由来の C6 糖類と、ヘミセルローの分裂を停止させた状態で反応を行う（図 3）。高効率化

ス由来の C5 糖類（キシロース、アラビノース）が共存しの鍵は、微生物の増殖を抑制した状態で化合物を生産させている。そのため、発酵工程に用いる微生物は、混合糖中ることにあり、このため増殖に必要な栄養やエネルギーがの C6 糖類と C5 糖類を同時利用できることが効率的物質不要である。これにより微生物細胞をあたかも化学プロセ生産に必須の条件となる。我々は、コリネ型細菌の遺伝子スにおける触媒のように利用することが可能で、通常の化改良により、C6 糖類および C5 糖類の完全同時利用を達成

学プロセスと同等以上の高い生産性（space time yield；し、効率的なセルロース系バイオマス利用を可能とした。

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４.３

害するため工業化では大きな課題であった。しかしながら、発酵阻害物質に対する高度耐性

発酵阻害物質とはフェノール類やフラン類、有機酸類な

RITE バイオプロセスは、これらの発酵阻害物質に対してどを指し、セルロース系バイオマスの糖化工程で副生され高い耐性を示した。この理由は、発酵阻害物質の作用機構るバイオマスの過分解物である。微生物の生育を強力に阻は微生物の増殖阻害であり、我々のプロセスは非増殖状態

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４.５で物質生産が行われているためである。即ち、増殖非依実用化への取組み

存型の RITE バイオプロセスにおいては、その代謝機能は、企業とのセルロース・エタノール生産等の共同開発に加発酵阻害物質から影響を受けないことが明らかとなった。

えて、一昨年から「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、企業や公的研４.４究機関との共同研究が可能である。現在、“グリーンフェ今後の技術開発

コリネ型細菌のゲノム情報に基づいたメタボローム解析

ノール・高機能フェノール樹脂製造技術研究組合” 及び “バや代謝設計、ゲノム工学等のシステムバイオロジーを駆使

イオブタノール製造技術研究組合” の二つを設立して共同した遺伝子改良により、本プロセスを利用したターゲット開発を進めている。昨年、さらに事業化を加速させるため、化学品の拡大を進めている。エタノール、L、D 乳酸、コ事業会社 Green Earth Institute ㈱を設立した（トピックス

ハク酸等の高効率生産に加えて、ブタノールや芳香族、ア参照）。設立趣旨は、RITE バイオプロセスの事業化、ならミノ酸など幅広い展開を図っている。

びに温暖化対策を含む地球環境の保全及び持続可能な脱化石資源社会の実現である。

芳香族化合物は、電子機器や自動車産業等では部品や素材原料の主要化合物であるが、従来の発酵法では経済的生５．終わりに産が極めて困難とされている。従って、これらを RITE バ
イオプロセスでグリーン化学品として生産することによ地球温暖化防止や環境対策に資する技術開発競争は、今り、日本企業が高い競争力を維持している産業分野のさら後も世界レベルで激化・拡大し続けると予想される。我々なる強化に貢献できる。また、アミノ酸は、通気撹拌用のRITE は、独自技術である「RITE バイオプロセス」を基盤コンプレッサーや撹拌モーター等の設備が必要な好気プロとし、内外企業との共同研究開発によりバイオリファイナセスで発酵生産されている。RITE バイオプロセスは、こリー産業を早期に実現すべく努力していきたい。

れらの設備を大幅に簡略化でき、より低コストでの生産が可能と予想されることから、本プロセスを利用したアミノ酸製造技術開発を進めている。

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