◆

革新的環境技術シンポジウム◆

2012年12月5日

バイオリファイナリーの世界動向と実用化に向けた取り組み(公財)地球環境産業技術研究機構（RITE）
理事・バイオ研究グループリーダー
湯川 英明

1

2

バイオリファイナリー：市場規模予測

Biorefineries will generate $230 Billion by 2020
World Economic Forum 2010

Biorefineries might be worth $300 Billion by 2030
World Economic Forum 20112

3

米国バイオリファイナリー
現状・背景

バイオ燃料：コーンエタノールへの強い非難
・セルロースエタノール
市場導入計画に大幅遅れ

3

4

トウモロコシ価格推移
Corn

Gasoline

Ethanol

9.00$/Gallon and $/Bushel

8.00
7.00

Corn
6.00
5.00
4.00
3.00
2.00
1.00

Gasoline
Ethanol

5/05 11/05 5/06 11/06 5/07 11/07 5/08 11/08 5/09 11/09 5/10 11/10 5/11 11/11 5/12 11/12〔出典〕
Corn, Ethanol価格： CME GroupGasoline価格： The U.S. Energy Information Administration (EIA)

5

Billions of gallons

US Ethanol Production from Corn

〔出典〕 Renewable Fuels Association

6バイオ燃料導入計画 in 米国
4036 BG
600

25500

Million gallon

302015105Year

400

EISA2007

300

RFS2200

コーン原料
2022

2010

2021

2020

02019

2018

2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2009

0

セルロース原料
バイオ燃料
16 BG

100
2008

Billion gallon

3520112012

Year

出典： Energy independent and security act of 2007（EISA2007）
出典:Energy independentsecurity act of 2007
RenewableFuel Standardand（RFS2）

セルロース系バイオ燃料の製造量は、2010年7月～2012年3月の間で「ゼロ」7

バイオ燃料導入計画 in 米国
1210

Million gallon

Million gallon

600
500
400

86EISA2007

300

4RFS2200

2100002010

2011

Year2012

201020112012

Year

出典： Energy independent and security act of 2007（EISA2007）
出典：Renewable Fuel Standard（RFS2）
Renewable Fuel Standard （RFS2）

セルロース系バイオ燃料の製造量は、2010年7月～2012年3月の間で「ゼロ」8

バイオ燃料エタノール製造法

非可食バイオマス

分解

醗酵混合糖

（酵素）

CH2OH
OC6OH
HOOHOH

HOH2C O
OHOH

C5OH

燃料エタノール

9

非可食バイオマス

前処理(加圧高温）

混合糖

酵素分解

C6糖

C5糖

CH2OH
HOH2C

OOHOHOH
HOOOHOHOH“天文学的”な酵素コスト
厳しい前処理穏やかな前処理

trade off
＊必要酵素量： 少＊必要酵素量： 多＊醗酵阻害物質生成量： 多＊醗酵阻害物質生成量： 少10

工業化に障害： 醗酵阻害物質
醗酵阻害物質
OO

バイオマス

CHOOH

前処理
（加圧高温）
酵素分解

C6糖 6C5糖 5エタノール醗酵阻害混合糖醗酵

燃料エタノール

11

非可食バイオマス

前処理(加圧高温）

混合糖

酵素分解

C6糖

C5糖

CH2OH
HOH2C

OOHOHOHHOOOHOHOH“天文学的”な酵素コスト
厳しい前処理穏やかな前処理

trade off
＊必要酵素量： 少＊必要酵素量： 多＊醗酵阻害物質生成量： 多＊醗酵阻害物質生成量： 少実液混合糖（C6糖，C5糖）からのエタノール生成
ザイモモナス

酵母

大腸菌（Zymomonas mobilis）（AX101）（Zhang M（NREL））（Saccharomyces cerevisiae）（424A（LNH-ST））（Ho NW（パデュー大））（Escherichia coli）（KO11）（Ingram LO（フロリダ大））606060GlucoseConcentration（g/L）

50

Xylose5050

Ethanol
404040303030202020101010000040801201600Time（hr）
Bruce E Dale et al., Biotechnol. Biofuel. 3:11. 2010.

4080120Time（hr）

16004080

120Time（hr）

16012

“日暮れて道遠し”

13

発酵阻害物質対策

工学的処理
各種溶剤抽出、イオン交換レジン処理等の報告多数

耐性菌開発
阻害機構の解析は進捗するも実効性ある耐性機能付与には高い壁

14実証計画 in 米国
生産開始時期

州

生産規模
(MGY)

原料POET-DSM AdvancedBiofuels2013

アイオワ

25

農業残渣Bluefire Renewables

2013

ミシシッピ

19

都市ごみ
木質残渣

Abengoa Bioenergy

2013

カンザス

23

スイッチグラス
農業残渣

計画中止

フロリダ

36

農業残渣

DuPont Cellulosic
Ethanol

2014

アイオワ

30

コーンストーバー

Mascoma

2013

ミシガン

20

Wood chips
農業残渣

企業

BP Biofuels

MGY：million gallons per year （3785KL）

25MGY＝9.5万KL

15グリーン化学品
ベンチャー企業の急速な台頭
・豊富な資金獲得
・大企業との連携進展

グリーンケミカルズ：市場規模予測
Estimated to reach $67.13 Billion in 2015…
Markets and Markets 2011

… And soar to $98.5 Billion by 2020
Pike Research 2011

As much as 20% of chemical industry will bebiobased by 2020.
chemicalweek Dec. 2010

Biofuel gives you lemons??
Make green-chemicals first
Biofuels Digest

16

主要グリーン化学品ベンチャー企業
企業名

開発品

設立

原料

NatureWorks

ポリ乳酸

1997

コーン

Myriant

コハク酸

2009

ソルガム

BioAmber

コハク酸

2008

コーン、サトウキビ

Genomatica

ブタンジオール

1998

コーン、サトウキビ

OPX Biotechnologies

アクリル酸

2007

コーン

Verdezyne

アジピン酸

2008

コーン、サトウキビ

Gevo

イソブタノール

2005

コーン

Amyrisファルネセン

2003

コーン、サトウキビ

LS9脂肪酸（ディーゼル油、界面活性剤等）

2005

コーン、サトウキビ

17

18

BioAmber
本拠地
ﾀｰｹﾞｯﾄ製品
原料
生産計画
提携企業

http://www.bio-amber.com/

米国ミネソタ州
コハク酸
コーン
1.7万トン（カナダ 2013年）、6.5万トン（タイ 2014年）
三井物産、三菱化学、LANXESS、PTTMCC、Solvay

Gemomatica
本拠地
ﾀｰｹﾞｯﾄ製品
原料
生産計画
提携企業

Gevo
本拠地
ﾀｰｹﾞｯﾄ製品
原料
生産計画
提携企業

http://genomatica.com/about/

米国カリフォルニア州
1,4-ブタンジオール（BOD）、ブタジエン
コーン、サトウキビ
1.8万トン（イタリア、2013年、Novamont社）
三菱化学、Gruppo M&G、Tate & Lyle、Novamont

http://www.gevo.com/

米国コロラド州
イソブタノール（化学品、ジェット燃料用）
コーン
5.4万トン（米国 2012年）
東レ（PET）、LANXESS（ブチルゴム）、Total、Coca Cola（PET）

19

RITEの取り組み
コリネ型細菌の代謝改変・生産能の付与・副生成経路の破壊

RITEバイオプロセス■ C6、C5混合糖完全同時利用■ 醗酵阻害物質耐性

増殖非依存型バイオプロセス■ 非増殖条件■ 非通気条件■ 低攪拌条件

燃料・化学品

20

Green Earth Institute株式会社
Green Earth Institute Co., Ltd.

【設立理念】
RITEバイオプロセスの事業化を担う
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

バイオリファイナリー産業の発展を主導

21

経営理念と設立経緯● 経営理念公益財団法人地球環境産業技術研究開発機構(RITE）が開発したRITEバイオプロセス技術を活用し、非可食バイオマス原料からのグリーン化学品およびバイオ燃料の事業化を進めることにより、新産業となるバイオリファイナリー産業の早期実現と発展を主導する。

● 社会的使命と設立趣旨
RITEバイオプロセスの事業化を担うことを通じて、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に貢献し、バイオリファイナリー産業の発展を主導するという社会的使命をRITEと共に担うものである。

最新トピックス

米エネルギー省との共同研究成果－CRADA*契約－
非可食バイオマスからバイオ燃料エタノールの経済性ある製造の実現へ＊ Cooperative Research and Development Agreement

22

23

セルロースエタノール共同研究開発契約
Cooperative Research and Development Agreement (CRADA)

NREL、本田技研、GEI社が共同でセルロースエタノールの経済的な生産技術開発を実施する
3-yearCRADAを締結（発効日2012年4月）。
Collaboration TeamDr. John Ashworth
Dr. Hideaki Yukawa

Andy AdenYoshikazu Fujisawa Takahiro Iwata

Nancy DoweDr. Masayuki InuiDan Schell

Dr. Ling Tao

Takahiro Gunji
Dr. Toru JojimaKenji Okamoto

24

NREL（米国再生可能エネルギー研究所）：
1974年設立
バイオ燃料生産技術開発における中心的な研究機関
Pretreatment and enzyme hydrolysis of cellulose

corn stoverhorizontal pretreatment
reactorpretreated corn stover

enzymatic hydrolysis
reactors

RITEバイオプロセス

醗酵阻害物質に全く影響を受けない

非可食バイオマスからの経済性あるバイオ燃料生産の実現
温暖化対策に大きく寄与

25研究成果発表：大反響
2012年4月4日
NRELのウェブサイトで発表
International Collaboration Results in New,
More Efficient Bioconversion Pathway

2012年8月14日
米国工業微生物学会（SIMB）で、DOE（NREL）とのセルロースエタノール共同研究成果を発表Dr. Yukawa

Ms. N. Dowe (DOE/NREL)

26

Green Earth Institute（株）
かずさプラント
生産実証と技術のブラッシュアップ “世界展開への足掛かり”

敷地面積： 1.8ha （平地 1.0ha）

竣工予定： 平成25年11月

建設地： 千葉県木更津市 かずさアカデミアパーク

27

28

バイオ燃料導入目標 in 米国
4036 BG

Billion gallon

3530

セルロース原料
バイオ燃料
16 BG

25
201510

コーン原料

Year〔出典〕 Energy independent and security act of 2007

2022

2021

2020

2019

2018

2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2009

02008

5

US - Japan: International Collaboration
Realization of Biorefineries
Non-food
biomass

RITE Bioprocess
C6sugars

6C5sugars

5Biofuels

RITE strain

Green Chemicals
Lactate, Succinate,
Amino acids
Propanol, Aromatics, etc. （Feed use; Methionine, etc.）

Automobile materials, Packing material, Polymers Electric parts, Carbon fiber,
Various resin, Chemical building blocks, etc…

Ethanol, Butanol, etc.

29

3030

Corynebacterium glutamicum
Under oxygen deprivation- Growth-arrested- Maintains main
metabolic capabilities

31

Corynebacterium glutamicum
アミノ酸、核酸等の工業生産に世界中で広く使用
好気条件： 活発な増殖
嫌気条件： 増殖停止
嫌気条件： 代謝系； 好気代謝 → 嫌気代謝系
代謝系のShift

RITEバイオプロセス（増殖非依存型バイオプロセス）
コリネ型細菌の“隠れた特性”を認識し研究開発を実施

EUの大型PJ： コリネ型細菌の工業的重要性に注目
研究開発の“場”： 既存の好気条件（通気撹拌型バイオプロセス）
しかしながら、コリネ型細菌の“隠れた特性”の工業的優位性を認め、研究を開始 （Appl. Environ. Microbiol. 73:2079-2084. 2007）2009年8月末： “RITE知見”の追試論文発表

続々と研究域を拡大

32

One German group,
recognized the merits of the RITE bioprocess

C. glutamicum ATCC 13032(Germany)

Aerobic(growth)Anaerobic(Aeration stopped)

After the aeration stop・ Cell growth arrested
・ Increase lactic acid production

Neuweger, Kalinowski et al. BMC Systems Biology 3 :82. 2009.

33

Another German group produced isobutanol
by applying the principle of the RITE bioprocess
Stop aerationAerobic

Oxygen deprivationIsobutanol

Cell growth

Result・Aeration stopped at 10 h・Isobutanol produced after aeration stopped (175mM. 48h)
Blombach, Wendisch, Eikmanns et al. Appl. Environ. Microbiol. 77: 3300-3310. 2011.

34

35

EU： コリネ型細菌の主要研究者

Institut für Biotechnologie 1 (IBT-1)
Teaching

Transport of amino acids→Analysis of transporters→Osmotic stress response→Cell division

Cooperation

Cooperation

Dr. Bernhard Eikmanns
2000- University of Ulm

Dr. em. Hermann Sahm
September 5, 1942

Dr. Reinhard Krämer
1998 Apr- University of Cologne (Köln)

Dr. Alfred Pühler
September 28, 1940Regulation of central carbon metabolism→Functional analysis of transcription factors

Teaching
Cooperation

Dr. Lothar Eggeling

Teaching

Teaching

Teaching

Dr. Michael Bott
2007Head of IBT1

Cooperation

marriage
Dr. Petra Peters-Wendisch2008- University of Bielefeld

Dr. Andreas Burkovski
2005 OctFriedrich-Alexander-Universität
Erlangen-Nürnberg

Dr. Volker F. Wendisch2008- University of Bielefeld

Biochemistry and Molecular biology

Export of GluGlu→Regulation of nitrogen metabolism

Dr. Andreas Tauch

Dr. Jörn Kalinowski

Cooperation
Bioinformatics

36

Published papers about Corynebacterium
Numbersof papers

Ranking

Name

1 Krämer R (Germany)117

2 Yukawa H (Japan)

102

2 Kalinowski J (Germany)102

4 Eggeling L (Germany)98

5 Sahm H (Germany)95

6 Tauch A (Germany)

89

7 Pühler A (Germany)

85

8 Eikmanns BJ (Germany)

77

8 Burkovski A (Germany)77

10 Wendisch VF (Germany)61

10 Bott M (Germany)

61

12 AJINOMOTO Co., Inc.

50

13 Martín JF (Spain)

43

13 Gil JA (Spain)

43

15

KYOWA HAKKO BIO Co., Ltd.

41

16 Wittmann C (Germany)40

17 Pátek M (the Czech Republic)38

18 Ikeda M (Japan)

34

19 Sinskey AJ (USA)33* Search by PubMed

Numbers of published corynebacterial papers after 2006
Yukawa H(Japan)

37

我々の提唱してきた新規科学知見・技術コンセプトが、他の研究グループにより確認

研究グループとしては喜ばしい反面、競争激化を覚悟
国際的評価
2011年度 米国工業微生物学会 Fellowship Awardを日本人研究者として初の受賞

38

ご清聴ありがとうございました

Contact Information:
mmg-lab@rite.or.jp
www.rite.or.jp