「革新的環境技術シンポジウム 2016」2016年12月 7日

バイオリファイナリー社会の実現を目指したバイオ燃料・グリーン化学品生産公益財団法人 地球環境産業技術研究機構（RITE）
バイオ研究グループ／グループリーダー, 主席研究員
奈良先端科学技術大学院大学（NAIST）
バイオサイエンス研究科／客員教授
グリーンフェノール開発株式会社（GPD）／取締役, 技術部長

乾 将行

新規産業: バイオリファイナリー
非可食
バイオマス

バイオ燃料
増殖非依存型
バイオプロセス

C6糖 6
C5糖 5

・エタノール（RITE Bioprocess®）・イソブタノール

反応槽に微生物を高密度充填し反応する・ブタノール 他

混合糖完全同時利用可

グリーン化学品
発酵阻害
物質耐性
菌体触媒
（非増殖）
高生産性

自動車部材、包装材、電気製品部材、
炭素繊維、各種樹脂等

・C2 エタノール

・C3 プロパノール
・C4 ブタノール等
・芳香族類
カルボン酸
アミン等
2

バイオリファイナリー市場予測

世界市場拡大■ McKinsey expects sales of bio-based products would reach$375 to $441 billion by 2020.
https://bioplasticsnews.com/2016/09/26/bioplastics-biobased-renewable-chemicals-and-materials-by-2020/■ The global market for biorefinery reaches approximately$980.5 billion by 2025.
Global Biorefinery technologies Market Analysis & Trends - Industry Forecast to 2025 (Sept. 2016)
http://www.researchandmarkets.com/reports/3861616/global-biorefinery-technologies-market-analysis#relb03地球温暖化対策に向けたエネルギー・環境戦略
1. COP21 で採択されたパリ協定●世界共通の長期目標として2℃目標の設定。1.5℃に抑える努力を追及することに言及●主要排出国を含むすべての国が削減目標を5年ごとに提出・更新●イノベーションの重要性の位置付け 等

2. COP21 後の国内温暖化対策

地球温暖化対策計画【地球温暖化対策推進本部】

エネルギー革新戦略

ｴﾈﾙｷﾞｰ・環境ｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝ戦略【総合科学技術・ｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝ会議】（内閣官房・環境省・経産省）

（経産省）

（内閣府）

①パリ協定・約束草案を踏まえた
総合計画②2030年を見据えた
ｴﾈﾙｷﾞｰﾐｯｸｽ実現に向けた戦略③2050年を見据えた革新的技術戦略・地球温暖化対策推進法に基づき、国の温室効果ガスの排出削減の目標として、2030年度において、2013年度比26%減の水準にする旨を明記し、その達成のために各主体が講ずべき措置や国・自治体の施策を記載。

・2030年度のエネルギーミックスの実現に向けて、徹底した省エネ、再エネの拡大、新たなエネルギーシステムの構
築等を柱として、関連制度を一体的に整備。

・2030年の世界における排出総量は約570億トンの見込み。2℃目標と整合的なシナリオに戻すには、300億トン超の追加的削減が必要。

・さらに、長期的な目標を見据えた戦略的取組、世界の温室効果ガスの削減に向けた取組についても方向性を示した。

・戦略の実行により、エネルギー関連投資を拡大し、効率の改善を促し、アベノ
ミクスのGDP600兆円実現への貢献とCO2排出抑制の両立を目指す。

・2050年を見据え、削減ポテンシャル・インパクトが大きい有望な革新技術を特定するとともに、長期的な研究開発の推進体制を取りまとめ。

・5月に閣議決定。

・経産省にて4月に決定。

・世界全体で抜本的な排出削減を実現するイノベーションが不可欠。

・総合科学技術・イノベーション会議にて
4月19日に決定。

4
出典: http://www8.cao.go.jp/cstp/siryo/haihui018/siryo1-1.pdf

バイオリファイナリーの動向（2016年）
米国・海外
・セルロースバイオ燃料2017年目標提案、0.31BG（35%UP、米EPA）
・世界5か所で大規模セルロースエタノール工場が稼働中（米、伊、伯）・セルロースブタノール・ジェット（ATJ）燃料で商用飛行試験（米）・2016年 穀物生産量（トウモロコシ、小麦等）が過去最高予測
・2016年 バイオポリマー世界消費量、200万トン以上と予測

日 本・内閣府エネルギー・環境イノベーション戦略で対象とする革新技術:「バイオマスを炭化⽔素燃料や化学品原料に転換・利⽤する技術」
・国際線の温暖化ガス排出規制に、日本も含めて60ヵ国以上が参加、// バイオジェット燃料の活用や製造技術開発が国内で加速する見込み
・経産省「スマートセルインダストリー」を推進
・バイオプラスチック国内出荷量、2016年32万トンに拡大予測

5

増殖非依存型バイオプロセスの概念図
RITE Bioprocess®
特許 JP3869788

反応槽に微生物を高密度充填し反応する

JP4451393
US7368268
EP1647594
CH1647594

混合糖完全同時利用可

C5, C6糖

高生産性

発酵阻害
物質耐性

JP4927297
US7598063
EP1291428
JP4294373

微生物が増殖しないため、

生産物
バイオ燃料
バイオ化学品

菌体触媒（増殖なし）

DE602004026192.0
DK1647594
FR1647594
GB1647594■増殖のためのエネルギーロスがなく、原料収率が高い。
■システムが簡便である。

＊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。

従来の発酵法微生物が増殖しながら物質を生成する■微生物が増殖するため、スペースが必要であり巨大な反応槽が必要となる。
■生産（反応）時間は微生物の増殖に依存する。

増殖6非可食バイオマスを原料とする
必須要素技術の基礎確立
混合糖完全同時利用

発酵阻害物質耐性

ペントーストランスポーターの導入による混合糖同時利用能の向上（増殖非依存型バイオプロセス（RITE Bioprocess®））

バイオマス由来の発酵阻害物質
バイオマス成分

Pentose transporter 遺伝子（araE） 導入
200

グルコース
キシロース
アラビノース150
糖濃度（mM）

150

100

50

ヘミセルロース

4

6

8

10

12

OH

Vanillin

0

2

4
6
8
反応時間（h）

10OH

E. Palmqvist, B. Hahn-Hägerdal. Bioresource Technology 74:25-33. 2000. より改変

増殖非依存型バイオプロセス（RITE Bioprocess®）の発酵阻害物質に対する耐性

Pyruvate

フルフラール

4-HB
ManA

SucroseSucrose-PTS

100

Glycolysis

Cellobiose
β-Glucoside-PTS

BglA

100

80
60
40
20

productivity（%）

Fructose-PTS

Relative ethanol

FructoseCHO

5-hydroxymethyl2-furaldehyde

OCH3

CH3O

O

5-HMF

OH

Syringaldehyde

12

C. glutamicum R株による糖代謝利用能
Glucose-PTS

HOH2C

O

4-hydroxybenzaldehyde

O

OH

RITE論文: Appl. Microbiol. Biotechnol. 85:105-115. 2009.

MannoseFurfuralAcetic acid

4-HB

反応時間（h）

Glucose

CHO

O

O

0
2

FuransO

OCH30

PentosePhenols

100

50

0

Hexoseリグニン

Relative ethanol
productivity（%）

糖濃度（mM）

セルロース

200
グルコース
キシロース
アラビノース

80
60
40
20

Galactose0

Xylobiose

5

10

15

Concentration（mM）

XyloseXylAB

Pentose transporter
Arabinose0

AraBAD

Pentosephosphate
pathway

20

0

0

20

40

60

Concentration（mM）

RITE論文: Appl. Environ. Microbiol. 73:2349-2353. 2007.

●RITE Bio-Process ■ザイモモナス菌 ▲アルコール酵母

7

Product portfolio by RITE Bioprocess®
（1）バイオ燃料（2）グリーン化学品

 ガソリン混合・代替・エタノール 芳香族化合物
・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

 バイオジェット燃料
・イソブタノール・n-ブタノール
・C10~C15飽和炭化水素+芳香族化合物 バイオ水素 有機酸
・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
 アミノ酸・アラニン・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）
・メチオニン（飼料用アミノ酸、調味料）
 アルコール
・イソプロパノール（プロピレン原料）
・キシリトール（甘味料）

8

バイオ燃料生産技術の開発

9

国際航空における温暖化対策、ICAOで合意

2000

■ 目標

1800
1600

1. 燃料効率を
毎年2%改善2. 2020年以降総排出量を増加させない

CO2（Mt）■ 国連傘下の国際民間航空機関（ICAO）は2016年10月6日、総会で、国際航空分野の温室効果ガス排出規制で合意。日本を含む64ヵ国が参加。
日本は当面は排出権を購入するが、2030年以降
はバイオ燃料に期待

1400

無対策の場合
新技術の導
入・運航方
式の改善に
より削減

1200
1000

経済的手法

800

代替燃料の
活用や経済
的手法によ
り削減

バイオ燃料
の活用

600

2020年レベル

400

2010

2020

2030

2040

国際航空からのCO2排出量予測と排出削減目標のイメージ※2016年時点のICAO資料を基に作成（出典: 国交省）■ 合意した国際航空の温室効果ガス排出削減制度（GMBM）
対象国
内容
日本への影響（排出権の購入）（出典: 日経2016.10.18）

2021年～26年

27年～35年

自発的な参加義務的な参加

2020年以降、増加した排出枠の購入を義務づけ
年十数億円
（当初）

年数百億円
（35年）

10

セルロースバイオジェット燃料で商用飛行試験■航空会社: 米国アラスカ航空■日時: 2016年11月14日■飛行場所: 米国ワシントン州シアトル → 東海岸のワシントンDC■原料燃料: 森林伐採の残材■混合濃度: 20%■技術: Gevo社のバイオブタノール製造とATJ（Alcohol-to-Jet）技術■今後の計画: USDAなどが支援、継続飛行は未定
製造プロセスの概要
木質
バイオマス

前処理
糖化

ブタノール
発酵
（iso-butanol）

脱水・
オリゴマー化・
水素化

ジェット燃料11

グリーンジェット燃料に要求される組成◆炭素数が9～15個の範囲にある多様な構造の分岐鎖および環状飽和炭化水素が主成分◆芳香族成分含量が8%以上（芳香族成分を含まないと石油系燃料との混合比率は最大でも50%まで）◆石油系燃料と類似した炭素数分布（特定の炭素数だけだと混合比率は最大でも10%程度）
合成炭化水素を含むジェット燃料に対する規格

芳香族
化合物

環状
飽和炭化水素融点が高すぎるため
高い含量は好ましくない

・融点‐47℃以下、引火点38℃以上

・芳香族成分含量: 8%以上

直鎖
飽和炭化水素

分岐鎖
飽和炭化水素融点が十分低く、融点の規格を満たすには必須

・10-50%留出温度差が15℃以上
10-90%留出温度差が40℃以上
石油系ジェット燃料の炭素数分布25
燃料中の割合（%）

燃料系機器の気密性の維持に必須20

C10～C13がメインの炭素数分布151050

石油系ジェット燃料の平均的組成（引用）Dr. Timothy Edwards

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
成分の炭素数
Jaroslaw Sarnecki. Jet Fuels Diversity.
Journal of KONES 21:433-438. 2014.

12

2030年 100%グリーンジェット燃料導入を目指して
100%
green
jet fuel

Non-food biomass

Microbial
fermentation

ジェット燃料

Hydrodeoxygenation

分岐鎖飽和 & 環状飽和炭化水素化合物
芳香族化合物

100%混合Wood chips
Microbial
fermentation

ATJ法
Alcohol-to-jet
processCorn

OH

Catalytic
dehydration

イソブタノール

Oligomerization,hydrogenation

イソブチレンVarious linear,branched
paraffins etc.
（C8-C16 compounds）

Paraffins

50%混合

Cyclic paraffins
Oilseed crop

O
HO

HEFA法
Hydroprocessed
esters andfatty acids

Extract fats
and oils

Linoleic acid（脂肪酸）Algae
Isomerization,
cracking,
fractionation

50%混合
Octadecane（鎖状炭化水素）

Municipal
solid waste

Fischer-Tropschconversion

Olefins
Gasification

FT法

CO + H2
Wood waste

Aromatics

Fischer-Tropsch conversion

合成ガス

50%混合
参考資料: http://cen.acs.org/articles/94/i37/boarding-Commercial-planes-take-flight.html

13本グリーンジェット燃料製造技術の優位性◆稲わらなどの農業残渣だけでなく、食品残渣や余剰汚泥などあらゆる非可食バイオマスを原料とできるため、潜在的生産能力が極めて高い。
◆簡易な設備と工程によって低コスト製造が可能。設備の小規模化と分散設置が可能。

製造法

石油系
ジェット燃料

油脂
変換法（藻類の場合）C15テルペン
発酵生産法

C15飽和
炭化水素のみ

飽和炭化水素のみ

飽和炭化水素
のみ

原料

制限なし

脂質のみ

糖分のみ

設備

FT用触媒の劣化が問題

大規模な培養槽が必要小規模で簡易な設備

含有する成分飽和炭化水素
芳香族化合物

ガス化
FT法＊国内線には航空機燃料税が26円/L（2017年3月31日までは18円/L）課税される。

RITE技術C9～C14飽和炭化水素
芳香族化合物

糖分と蛋白質（脂質も回収利用）

小規模で
簡易な設備
14

社会へのインパクト
CO2排出削減効果

4,000万トン（2020年）、8,000万トン（2030年）
2020年までに6%（国際航空運送協会IATA目標）、2030年までに12%をグリーンジェット燃料に代替と仮定。

経済効果
2030年までに開拓する 世界市場は1兆6,800億円
2030年のグリーンジェット燃料の販売価格を106円/L（米国 EIA Annual Energy Outlook 2014予測）、
普及率12%と仮定。
15

グリーン化学品生産技術の開発

16

国内CO2排出量の内訳
工業プロセス

廃棄物

家庭部門
業務
その他部門

6%

4%
4%

産業部門

2%

産業部門
27%
（3.4 億トン）

運輸部門

17%

排出量
12億6500万トン（2.1 億トン）（2014年）

・鉄鋼･非鉄･金属製品製造業
・化学工業（含石油石炭製品）
・窯業･土石製品製造業
・パルプ･紙･紙加工品製造業
・食品飲料製造業
・繊維工業
・機械製造業・プラスチック･ゴム・他製造業

エネルギー転換部門

40%（5.1 億トン）
出典: 国立環境研究所 温室効果ガスインベントリオフィス
日本の温室効果ガス排出量データ（1990～2014年度確報値）

バイオリファイナリー
17

バイオプラスチック由来のCO2控除量
国連気候変動枠組条約（UNFCCC）事務局に提出する温室効果ガスの排出・吸収目録（インベントリ）において、わが国のバイオプラスチックから発生するCO2を控除して排出量を報告することが決定された。

環境省のHPに公表された、CO2排出控除目標量（2016年5月）
目標年度

2020年

2030年

バイオプラスチッック
国内出荷量

79万トン

197万トン

CO2排出削減見込量

72万 トンCO2

209万 トンCO2

日本のプラスチック年間使用量は約1,200万トンなので、2030年のバイオプラスチック出荷量197万トンはその16.5%に相当する（2014年は8万トン）。
従来のインベントリでは、焼却されるバイオプラスチック量が把握できていなかったため、
廃プラスチックの焼却に伴うCO2排出量が実態よりも過剰に算定されていた。
18
http://www.jora.jp/rinji/biomass_product/

グリーンプロセスと石油化学におけるフェノール製造時のCO2排出量比
グリーンプロセスによるフェノール製造 1）
エタノール発酵では、副産物によるエネルギー回収により 0kg

0.1～0.15 kg-CO2/kg

原料

中間体

非可食
バイオマス
（セルロース）

発酵
精製

前処理・糖化C6,C5糖類

グリーンフェノール
によるCO2削減効果～3kg-CO2/kg

0 kg

最終製品

廃棄
（焼却）

フェノール

カーボン
ニュートラルによりCO2排出量はカウントしない

グルコース
キシロース
アラビノース等

0.1～0.15
kg-CO2/kg

石油化学プロセスによるフェノール製造 2）
1.2 kg-CO2/kg

原料

付加クラッキングガソリン

中間体

ﾌﾟﾛﾋﾟﾚﾝ

クメン

ナフサ

ベンゼン

…

…

原油

蒸留
精製

1.1 kg-CO2/kg
酸化
分解
精製

最終製品

～2 kg-CO2/kg
廃棄
（焼却）

フェノール

1）Journal of Japan Society of Energy and Resources, Vol.30, No.2 , p9-14. 2009. AIST論文を参考に作成
2）経産省 カーボンフットプリント制度試行事業CO2換算量共通原単位データベースver.4.01（国内データ）を参考に作成

4.3
kg-CO2/kg

19石油代替効果によるCO2排出抑制
世界2030年、フェノールの世界生産量の50%をバイオマス由来
フェノールに置換えた場合、約2600万トンのCO2を削減可能。

日本

バイオマス由来フェノールへの置換によるCO2排出抑制効果。
CO2削減量

国内フェノール生産量（トン）200万⊿260万トン
CO2削減量⊿90万トン
バイオマス由来
フェノール（25%代替）100

バイオマス由来
フェノール（50%代替）

石油起源
フェノール
0

2010

2020

2030年

20

増殖阻害物質の生産技術確立への挑戦
生成物による増殖阻害のため増殖阻害物質を増殖を伴う発酵法で生産する場合の課題

低生産性（生成速度の低下、最終生成物濃度の低下等）

実用生産は
非常に難

増殖非依存型バイオプロセス（RITE Bioprocess®）
混合糖完全同時利用
発酵阻害物質耐性

非可食
バイオマス

前処理
糖化

混合糖
（C6,C5糖）増殖阻害物質・芳香族化合物（フェノール等）
・アルコール（ブタノール等）• コリネ型細菌は、芳香族化合物やアルコールに対する耐性が高い。
優位点 • 生成物が増殖阻害物質の場合、増殖を伴う発酵法と比較して、増殖非依存型バイオプロセスは影響が低い。
21

芳香族化合物を狙うのはターゲットは高価値な芳香族化合物

アミノ酸
医薬品
食品添加物

高
価
格

脂肪族
競合多

バイオ燃料
有機酸

医薬品
香料
エンプラ
芳香族
競合少

低
価
格

溶剤
汎用化成品

芳香族化合物の旨味
市場規模が大きい
単価: 1,000～数1,000円/kg
市場: 数10～数100億円/年

競合技術がない細胞に対する毒性が強いため、これまでバイオプロセスによる生産が極めて難しかった

芳香族化合物: ベンゼン環に代表される、環状不飽和構造を持った化合物の総称

22

芳香族化合物の用途
1. ポリマー原料・プラスチック原料（フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂等）
・液晶原料
・合成繊維原料（ポリエステル、ナイロン）
・合成ゴム原料（スチレンゴム等）

2. 医薬、化粧品、香料、農薬の原料
・医薬品（タミフル中間体、生理活性物質、ビタミン剤、神経作用薬等）
・化粧品（色材、香水、浸潤剤、防腐剤、殺菌剤等）
・香料（合成香料、オレンジ油、ローズ油、バニラ等）
・農薬（殺虫剤、除草剤、光合成阻害剤、パラコート等）

3. 工業薬品原料・合成洗剤原料（アルキルフェノール、アルキルベンゼン）
・塗料原料、染料、写真現像薬原料
・重合防止剤、可塑剤、紫外線吸収剤

23

芳香族化合物の生産技術開発
CH2OH

Glucose4-HBA: 4-hydorxybenzoic acid
4-ABA: 4-aminobenzoic acidPTS
CA: trans-cinnamic acidFA: ferulic acid
4-HCA: 4-hydroxycinnamic acid(p-coumarate)
4-HS: 4-hydroxystylene
3,4-CHD: S, S-3,4-dihydroxy-3,4EM pathway
dihydrobenzoic acid
G-6-P
2,3-CHD: S, S-2,3-dihydroxy-2,3dihydrobenzoic acid
F-6-P
CHA: chorismate
ANT: anthranilate
F-1,6-P2(2-aminobenzoate)
PPY: phenylpyruvate
4-HPE: 4-hydroxyphenylethanol
GAP
DHAP
4-HPPA: 4-hydroxyphenylpyruvate
NAD+
GAPDH
4-HPAAL: 4-hydroxyphenylacetaldehyde
NADH
4-HA: 4-hydroxyaniline
PGP
4-CAL: 4-coumaryl alcohol
PAAL: phenylacetaldehyde

PEP

PYR

PYR

HOCH2 O
OH

O
OH

OH

Arabinose

Pentosetransporter

OH
OH

O

OH

OH

HOCH2
OH

OH

XyloseNADP+ NADPH

PP pathway

6-PGlucono-lactone

Arabinose

xylA

araA

Xylulose

Ribulose
araB

xylB

NADP+

Ribulose-5P

6-PGluconate

NADPH

araD

CO2
Rib5P

PEP

Ribu5P

QuinateSed-7-P

F-6-P
F-6-P
GAP

Ery-4-P

Pyrogallol

Catechol

DHQ

Xlu5P

GAP

DAHP

Pyruvate
3,4-CHD,
2,3-CHD

XyloseOHcis, cismuconate

PCA

4-Hydroxyphenylethanol

DHS

Gallate4-Hydroxyphenyllactate

Catechol

Isochorismate

Salicylate
Gentisate

Shikimate

Catechol

Trp

ANT

AnilinePhenyllactate

PPY

Phe

Phenylacetate
CA
4-HCA

PAAL

Chorismate

Styrene2-Hydroxyphenylacetate

4-HPPATyr

Phenol
4-HCA

4-HBA
Phenol PCA

4-ABA

Catechol
Phenyl-acetate
p-Cresol

4-HPAAL

4-Hydroxyphenylacetate

p-Cresol
4-Vinylcatechol
Caffeic acid

Homogentisate

Aniline4-HS
2-Phenylethanol

4-Hydroxyphenylacetate

Tyramine

4-HS

Gentisate

Ferulic acid
4-Vinylguaiacol

4-Hydroxyphenylethanol

24生産例 パラアミノ安息香酸（PABA）
用 途■ ポリマー原料■ UV吸収剤■ 葉酸前駆体としてのサプリメント
p-Aminobenzoic acid（PABA）■ 飼料添加剤■ 麻酔・鎮痛効果

・葉酸（ビタミンB9）誘導体の生合成経路の中間代謝物■ 医薬品のビルディングブロック

・分子内にカルボキシ基とアミノ基を併せ持つ特殊な構造■ アゾ染料25

PABAは高機能ポリマーの原料として期待できる
N
H

H

N

N
DuPont が高強度ポリマーを開発
H
O
H

O

H

O

H

H
N

O

H

H

O
N
O

N
O

H

H

O
N
N
O
H

O

H

N

N
H

N

N

N
O

中長期的計画で、挑戦的なターゲットに指定

N

Kevlar® アラミド合成繊維
N
O
H
N

DARPA（アメリカ国防高等研究計画局）の

N
N
O

H

H

O
N
N
O
H

O

N
O

H
O
N

・軽量
O
・耐熱
・耐衝撃 等

H

N
O

O

H

H

H

N
O

http://nas-sites.org/synbioroadmap/files/2014/03/5.
Alicia-Jackson-Program-Manager-DARPA.pdf

26

パラアミノ安息香酸生産経路
CH2OH

Glucose
PTS

PEP

PYR

HOCH2 OOHO

XyloseOH

Pentosetransporter

OH
OH

OH

Arabinose

OH

XylosePP pathway

G-6-P

F-1,6-P2

6-PGlucono-lactone

Xylulose

Ribulose
Ribulose-5P

Rib5P

Ribu5P

QuinateSed-7-P

F-6-P
F-6-P
GAP

Ery-4-P

コリスミ酸

Pyrogallol

Catechol

DHQ

PCA

Catechol

Isochorismate

Shikimate

Catechol

ANT
PPY

Phe

Phenylacetate
CA
4-HCA

PAAL

Chorismate

Phenol PCA

4-ABA

Styrene2-Hydroxyphenylacetate

Tyr

PhenolPhenyl-acetate
p-Cresol

pabC 遺伝子
p-Cresol

4-Vinylcatechol

Caffeic acid
パラアミノ安息香酸
4-HS

Homogentisate

Aniline

Catechol

4-HydroxypabAB
遺伝子
phenyllactate

phenylacetate

4-HPPA

4-HCA
4-HBA

4-HS
2-Phenylethanolcis, cismuconate

4-Hydroxy4-アミノ 4-デオキシ
phenylethanol
コリスミ酸
4-HydroxyTyramine

DHS

Gallate

Xlu5P

GAP

DAHP

Pyruvate

AnilinePhenyllactate

araD

CO2

PEP

Trp

araB

xylB
NADPH

PGP

Salicylate

Arabinose

6-PGluconate

GAP
DHAP
NAD+
GAPDH
NADH

Gentisate

OH

araA

NADP+

3,4-CHD,
2,3-CHD

HOCH2

xylA

F-6-P

PYR

OH

OH

NADP+ NADPH

EM pathway

O
OH

4-HPAAL

4-Hydroxyphenylacetate

Gentisate

Ferulic acid
4-Vinylguaiacol

4-Hydroxyphenylethanol27

経産省がスマートセルインダストリー育成戦略を発表

経済産業省が、スマートセルインダストリーに向けた戦略を発表。スマートセルによる健康・医療に加えて製造分野（モノづくり）への大きな変革を期待。
バイオ燃料

バイオ化学品

スマートセル:
高度に機能がデザインされ、機能の発現が制御された生物細胞
スマートインダスリー:
スマートセルを用いた産業群

28

合成生物工学による スマートセルの創製
従来型細胞育種発見（discover）

解析（analysis）

スマートセル（高度に機能がデザインされた生物細胞） の創製
システム生物学ツール
新規遺伝子クラスター同定
統合オミクス解析
ゲノム解析
転写制御解析

設計（Design）

学習（Learn）
人工知能（AI）
機械学習等

試験（test）

構築（Built）

DBTLサイクル

設計（design）

組換え（built）

合成生物工学ツール
人工代謝パス構築
統合プラットフォーム構築
遺伝子クラスター合成
ゲノム編集

試験（Test）
自動ハイスループット
アッセイ

人工的な代謝経路・遺伝子回路を計算機科学的に設計し、合成生物工学により設計通りに遺伝子を合成・編集し生産細胞を創製

29

合成生物工学／スマートセルに向けた各国の状況
米国国防高等研究計画局 DARPA（Defense Advanced Research Project Agency）「Living Foundries: 1000 molecules」合成生物工学を実証する自動化した
プラットフォームを整備して1000の化学分子を生産。
予算額110億円。MIT、イリノイ大、ハーバード大等が参加予定。

米国バイオエネルギー共同研究所 JBEI（Joint Bio Energy Institute）
DOE傘下の研究所。バイオ燃料研究に必要な微生物・酵素改良、代謝解析、
バイオインフォマティクスなどを広くカバー。予算額5年間で125億円。

クレイグベンター研究所 JCVI （J. Craig Venter Institute）
ヒトゲノム解析やマイコプラズマ全遺伝子の人工合成・自己増殖で著名な研究者。
人工合成ゲノムの事業化を推進。ゲノムセンター等の予算額5年間で25億円。

バイオテクノロジー・生物科学研究会議
BBSRC（Biotechnology and Biological Sciences Research Council）
5年間で総額105億円の研究費を支援して新しい合成生物学拠点を整備。

産総研、神戸大、慶応大、高機能遺伝子デザイン技術研究組合「革新的バイオマテリアル実現のための高機能化ゲノムデザイン技術開発」
H24～26年度18億円、H27～28年度6.3億円。

30

NEDO新規プロジェクト【目的】コリネ菌の高度代謝モデルの構築と芳香族化合物生産による検証
20000020000015000020000015000010000020000015000010000050000
15000010000050000
01000000 5000000 50000
00

全代謝物データ取得・解析

RITE保有菌
の活用

5

10
5

15
10

5

20
15

10

20
15

20

0
0

5

10

15

20

代謝モデルの修正、改良
全代謝物データ
取得・解析

コリネ菌
代謝モデル
の高度化

代謝経路の最適化
結果のフィードバック…

生産性評価
生産菌の育種改良

RITE保有技術の活用

芳香族化合物高生産菌、代謝経路の最適化・育種
31

世界のフェノール用途内訳（2013年度）
工業薬品用途、
医薬・農薬、香料用途
繊維用途:
ナイロン66、ナイロン6

その他（12%）
カプロラクタム（12%）（アニリン、サリチル酸、
アルキルフェノール、
2,6-キシレノール等）

フェノール樹脂（26%）
自動車用途:
フェノール樹脂成型材料、工業用フェノール樹脂
半導体用途:
半導体封止材料
回路基板用途:
積層・含浸用フェノール樹脂

ビスフェノールA（50%）

ポリカーボネート樹脂:
各種家電、電子機器、OA機器、携帯電話、CD等のディスク、自動車部品、医療機器、シート
エポキシ樹脂:自動車塗料、缶内面コーティング、
積層板や半導体封止材など半導体用途、土木・建築用接着剤や塗料

出典: “Phenol: 2014 World Market Outlook and Forecast up to 2018”
by Merchant Research & Consulting, Ltd.

32

バイオマス由来フェノール生産法
vs 現在の工業的フェノール生産法（A）バイオマス由来フェノール生産法
本技術
CH2OH
O HOH C
2
OH

糖化

非可食
バイオマス
（セルロース）

HO

O
OH

OH
OH

OH

O
OH
HOH2C

OH

C6（グルコース等）
C5 キシロース、
アラビノース等OH

増殖非依存型バイオプロセス（RITE Bioprocess®）

OHOH
30-33℃
フェノール（B）現在の工業的フェノール生産法（クメン法）
アセトン
プロピレン
H2C＝CH－CH3
＋

CH3
二段目
|
CH
|
O2
CH3 （80-130℃）

一段目

原油・接触改質法・ナフサ分解・抽出法

HCl, AlCl3（200-250℃）

ベンゼン

クメン

O
ǁ
H3C－C－CH3
＋

CH3
三段目
|
C－O－OH|
H2SO4
CH3（60-90℃）

クメンハイドロパーオキサイド

OH

フェノール
33

バイオマス由来フェノール生成プロセス（二段反応方式）

非
可
食
バ
イ
オ
マ
ス

前処理
糖化

第1段反応

第2段反応

増殖非依存型プロセス（RITE Bioprocess®）（多段階反応）One step 菌体反応

4-ヒドロキシ
ベンゾエート（4HBA）

混合糖（C6,C5糖）

COOH

4-ヒドロキシ
ベンゾエート（4HBA）

フェノール

COOH

OH

高濃度セル液回収・
精製

高濃度セル液OH

OH

IC50濃度相対比
増殖への阻害度

増殖非依存型バイオプロセス（RITE Bioprocess®）への阻害度

フェノール

1

1／ 3

4-HBA

1／10

1／20
34

グリーンフェノール開発（株）の設立【設立目的】 世界初のバイオマス由来フェノール生産の早期事業化【会社概要】

商 号
所在地
株 主
代表取締役
事業の概要

グリーンフェノール開発株式会社
京都府木津川市
住友ベークライト株式会社 、RITE
小川富太郎（住友ベークライト株式会社 代表取締役顧問）
グリーンフェノール生産プロセスの実証事業
グリーンフェノールの製造・販売【経緯と今後の展開】
2010年2月: 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（GP組合）を設立。
2014年5月: GP組合を組織変更して「グリーンフェノール開発株式会社」を設立。
2015年1～3月: NEDO実用化ベンチャー支援事業補助金の交付を受け、パイロットプラント（500L反応槽）を千葉県かずさ地区に建設、実証研究。
2015年～2017年: NEDO戦略的省エネルギー技術革新プログラムの交付を受け、住友ベークライト（株）の静岡工場にパイロットプラントを移設、バイオ変換技術の開発、濃縮精製技術の開発を実施中。
2018年～: バイオマス由来フェノールの本格生産開始（予定）。

35

まとめ
RITE Bioprocess■高生産性■混合糖類（C6, C5糖）の完全同時利用性■発酵阻害物質への高度耐性

バイオ燃料生産技術の開発■バイオブタノール（バイオジェット燃料用）
2020年東京オリンピックまでに実用化目標■100%グリーンジェット燃料
2030年実用化目標

グリーン化学品生産技術の開発■グリーンフェノール（グリーンフェノール開発（株））
2018年実用化目標■グリーン芳香族化合物（ポリマー・香料・化粧品等の原料）製造技術開発の加速36

Host vector system

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RITE バイオ研究グループ↑
RITEバイオ研究グループ←奈良先端科学技術大学院大学
教育連携研究室
微生物分子機能学（乾研究室）

38

Thank you for your attention
Contact Information:
mmg-lab@rite.or.jp
www.rite.or.jp

39