Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
【3K123011】伝熱管表面改質技術による廃棄物焼却炉発電効率の革新的向上（H24～H26；累計予算額72,677千円）

成瀬 一郎（名古屋大学）

### 1. 研究開発目的

発電施設を有した一般廃棄物焼却炉では、灰付着に起因した伝熱阻害や廃棄物中に含有している塩化物による高温腐食等による運転障害が生じている。よって、現状、ボイラ効率は平均で約10％と低水準であり、また、付着した灰の清掃のために、数ヶ月に一度の割合で開放点検を行なわなければならず、施設の稼働率低下による効率低減も余儀なくされている。このような観点から、蒸気温度の高温化が望まれてはいるものの、灰付着の増加や塩化物による高温腐食が懸念されるため、現状技術ではその実現が困難であった。そこで本研究では、このような現状を打破するために、廃棄物焼却施設におけるエネルギー回収効率向上を目指した伝熱管の表面改質技術の開発を遂行する。具体的には、まず、廃棄物焼却灰の伝熱管への付着機構を解明した上で、高温界面反応科学に基づいた灰付着を低減可能な溶射材料の開発、実機の焼却炉を想定した溶射施工技術等の開発を行う。

### 2. 本研究により得られた主な成果

## (1) 科学的意義

廃棄物焼却炉の発煙効率の向上を目指すためには、炉内に設置されている伝熱管表面上での灰付着や化学腐食を極力抑制することが必要不可欠になる。当該研究では、高温界面反応化学と熱力学平衡論を駆使して、伝熱管表面で生じる灰付着と付着した灰と伝熱管表面での化学腐食反応を同時に抑制できる溶射被膜の材料開発を行うことができた。これにより、高温界面反応化学の知見が廃棄物焼却炉という実装システムに水平展開できたことが科学的に異議深い。

## (2) 得られた成果の実用化

当該研究では、廃棄物焼却炉内の伝熱管の灰付着および化学腐食を同時に抑制できる伝熱管表面への溶射被膜処理技術の開発を行った。また、この技術を実機の廃棄物焼却炉へ実装することも想定して、既存の焼却炉への適用と新設焼却炉への適用をそれぞれ考慮し、灰付着および化学腐食の同時抑制に伴う経済効果等も明らかにして、実用化に資する基盤的な成果を得た。今後は、この成果を広く公開し、焼却炉メーカや焼却炉ユーザ等に水平展開する。

## (3) 社会への貢献の見込み

本技術が実用化に資すれば、各自治体が有している一般廃棄物焼却炉の総合熱効率の革新的な向上に貢献できる。また、当該技術を適用した場合、伝熱量を10倍以上増加させることができ、発電端熱効率で約5％の効率向上が期待できる。また、灰付着量が減少することによってガス流路における差圧上昇を抑制することができ、プラントの安定運転への寄与、ひいては、プラント稼働率の向上に貢献できる。環境政策に対しては、廃棄物焼却炉自身が創エネルギー施設に成り得、地域行政の観点から廃棄物処理施設が地域エネルギー供給の拠点になる他、地球環境の観点からはCO2の削減に寄与できることになる。

### 3. 委員の指摘及び提言概要

実験自身は詳細であり、溶射材の特定化もされているが、最も効果的と記載されている NiAS 系の中身が不明であって、標題にある「革新的向上」には至っていない。また、溶射被膜処理の具体的なメカニズムについての説明が不十分である。実機への適用方法や実用化への可能性についてはシミュレーション結果の紹介であり、説得力にかける。
H27 環境研究総合推進費(補助金)

事後評価個票

4. 評点

総合評点：B
# 平成28年度 土地に関する動向

平成29年度

土地に関する基本的施策

第193回国会(常会)提出
この文書は、土地基本法(平成元年法律第84号)第10条第1項の規定に基づく平成28年度の土地に関する動向及び講じた基本的な施策並びに同条第2項の規定に基づく平成29年度において講じようとする土地に関する基本的な施策について報告を行うものである。
# 平成28年度 土地に関する動向

第193回国会(常会)提出
## CONTENTS

第1部 土地に関する動向

第1章 平成28年度の地価・土地取引等の動向 …… 2
第1節 不動産市場を取り巻く我が国経済の動向 …… 2
第2節 地価の動向 …… 6
第3節 土地取引の動向 …… 11
第4節 不動産投資市場の動向 …… 30
第5節 土地利用の動向 …… 34
第6節 家計と企業の土地に対する意識 …… 36
第7節 震災後の不動産等を巡る状況 …… 45

第2章 成長分野による新たな土地需要を踏まえた土地・不動産の最適活用 …… 57
第1節 不動産投資からみる成長産業における不動産の動向 …… 57
第2節 Eコマース市場拡大に伴う物流施設の動向と土地利用の変化 …… 66
第3節 インバウンドの増加等に伴う土地利用の変化 …… 77
第4節 国際化における都市間競争と都心部での土地利用の状況 …… 93

第3章 空き地等の創造的活用による地域価値の維持・向上 …… 105
第1節 本格的な人口減少社会の到来と土地をめぐる状況の変化 …… 105
第2節 空き地等を取り巻く我が国の動向 …… 113
第3節 空き地等の適切な管理に係る先進事例 …… 146
第4節 空き地等の新たな活用方策 …… 150
## CONTENTS

第2部 平成28年度土地に関して講じた基本的施策

第1章 土地に関する基本理念の普及等 ..... 160
第1節 土地政策の基本理念 ..... 160
第2節 土地に関する基本理念の普及活動の実施 ..... 162

第2章 土地に関する情報の整備 ..... 163
第1節 土地情報の体系的整備 ..... 163
第2節 国土調査の推進 ..... 163
第3節 国土に関する情報の整備等の推進 ..... 164
第4節 土地に関する登記制度の整備 ..... 164

第3章 地価動向等の的確な把握等 ..... 165
第1節 地価公示等の推進 ..... 165
第2節 不動産取引価格情報の提供 ..... 165
第3節 不動産価格指数の整備 ..... 165
第4節 不動産鑑定評価の充実 ..... 165
第5節 公的土地評価の均衡化・適正化 ..... 165

第4章 不動産市場の整備等 ..... 166
第1節 不動産取引市場の整備等 ..... 166
第2節 不動産投資市場の整備 ..... 169
第3節 土地税制における対応 ..... 169
第4節 不動産市場における国際展開支援 ..... 169

第5章 土地利用計画の整備・充実等 ..... 171
第1節 土地利用計画の推進 ..... 171
第2節 都市計画における適正な土地利用の推進 ..... 171
第3節 国土政策との連携 ..... 172

第6章 住宅対策等の推進 ..... 174
第1節 住宅対策の推進 ..... 174
第2節 良好な宅地供給・管理の推進等による良質な居住環境の形成等 ..... 177

第7章 土地の有効利用等の推進 ..... 178
第1節 地方創生・都市再生の推進 ..... 178
第2節 都市基盤施設整備や災害に強いまちづくりの推進 ..... 179
第3節 低・未利用地の利用促進等 ..... 183
第4節 農地を活用した良好な居住環境の整備 ..... 184
第5節 都市と緑・農の共生するまちづくりの推進 ..... 184
第6節 国公有地の利活用等 ..... 186
第7節 公共用地取得の円滑化 ..... 186
第8節 所有者の所在の把握が難しい土地への対応方策の推進 ..... 187
第8章 環境保全等の推進 …… 188
第1節 環境保全等に係る施策の推進…… 188
第2節 農地の適切な保全 …… 190
第3節 森林の適正な保全・利用の確保 …… 190
第4節 河川流域の適切な保全 …… 191
第5節 文化財等の適切な保護及び歴史・文化等を活かした良好な
景観形成の推進等 …… 191
第9章 東日本大震災と土地に関する復旧・復興施策 …… 193
第1節 土地利用関連施策 …… 193
第2節 住宅関連施策…… 194
第3節 住宅再建・まちづくりの加速化に向けた取組…… 195
第4節 土地情報関連施策 …… 195
第5節 税制上の措置…… 196
公共調達の適正化について(平成18年8月25日付財計第2017号)に基づく競争入札に係る情報の公表(公共工事)

No	公共工事の名称,場所,期間及び種別	契約担当官等の氏名並びにその所属する部局の名称及び所在地	契約を締結した日	契約の相手方の商号又は名称及び住所	一般競争入札・指名競争入札の別(総合評価の実施)	予定価格	契約金額(円,税込み)	落札率	備考
1	中央合同庁含第6号館B棟絨毯及び壁紙の張り替え工事東京都千代田区霞が関1-1-1中央合同庁含第6号館B棟内平成23年4月13日～平成23年5月31日「建築一式工事」	支出負担行為担当官公正取引委員会事務総局官房総務課会計室長 蒲明良東京都千代田区霞が関1-1-1	H23.4.13	中島建設(株)東京都足立区堀之内1丁目2番11号	一般	-	4,462,500	-
平成23年度

環境研究総合推進費補助金 研究事業

# 総合研究報告書

# 水熱爆砕による草木質系バイオマスの省エネ高効率糖化前処理の研究（K2113、）k22076、k2327

平成24年3月

名古屋大学 堀添 浩俊
補助事業名 環境研究総合推進費補助金研究事業

(平成21年度～平成23年度)

所管 環境省

国庫補助金 20,868,000 円（3 年間合計）

研究課題名 水熱爆砕による草木質系バイオマスの省エネ高効率糖化前処理の研究

研究期間 平成21年4月1日～平成24年3月31日

研究代表者名 堀添浩俊（名古屋大学）

研究分担者名なし
## 目次

1 章 緒言……4
2 章 原料バイオマスの構造と分析……1 3
3 章 前処理試験……2 3
4 章 酵素糖化試験……3 2
5 章 破砕サイズの大きなバイオマスでの前処理・酵素糖化試験……4 7
6 章 結言……7 6

## Ⅱ．平成22年度研究

1 章 緒言（省略）

2 章 原料バイオマスの構造と分析（省略）

3 章 前処理試験装置と方法……78

4 章 酵素糖化試験装置と方法……82

5 章 バイオマスの前処理・酵素糖化実験結果……87

6 章 発酵阻害物質の生成濃度分析評価……143

7 章 結言……158
## Ⅲ．平成23年度研究

1 章 緒言……160

2 章 原料バイオマスの構造と分析（省略）

3 章 前処理試験装置と方法（省略）

4 章 酵素糖化試験装置と方法（省略）

5 章 バイオマスの前処理・酵素糖化試験結果……191

6 章 水熱処理における添加剤の効果……256

7 章 エタノール発酵試験……281

8 章 結言……285

IV. 3 年間の研究総括……292
## Ⅰ．平成21年度研究内容

## 1 章 绪言

## 1 −1 研究背景

現在, 地球温暖化対策の一つとしてバイオエタノールが注目されている. Fig. 1-1-1にバイオエタノールの製造プロセスを示す. 米国やブラジルでは, とうもろこしや, さとうきびなどの食料を原料としてエタノールを製造しているが, 食料と競合しているという大きな問題がある. この対策として, 非食料であるセルロース系のバイオマスを種々の方法で前処理して酵素糖化し, エタノールを製造する技術開発が国内外で行われている. 本研究はこのセルロース系バイオマスの糖化前処理に関するものである.

Fig. 1-1-1 バイオエタノール製造プロセス
## 1 －2 從來技術

セルロース系バイオマスの主要な糖化技術を Table 1-2-1 に示す．酵素糖化だけでは多量の酵素が必要であり，また，濃硫酸法では硫酸の回収エネルギー大，希硫酸法は副生石膏の処理費用大，水蒸気爆砕は多量のエネルギーが必要など，それぞれ課題がある．

Table 1-2-1 セルロースの主な糖化方法の比較

方法	酵素	濃硫酸法	希硫酸法	水熱	水蒸気爆砕	アンモニア爆砕
温度	常温	加温	加温	200-300℃	150-250℃	60-110℃
圧力	常圧	常圧	加圧	5-20 MPa	飽和蒸気圧	液体アンモニアまたは,高濃度アンモニア水溶液
特徴	酵素コスト大	·硫酸の回収エネルギー大·耐食材料が必要·発酵阻害物質の生成	·希硫酸は消石灰で中和するため,多量の石膏の処理コスト大·発酵阻害物質の生成	·安価無害な水を用い,高压·選択性,収率向上,低エネルギー化が課題	·加熱に必要なエネルギーが極めて大きい	·発酵阻害物質の生成が少ない·アンモニアの環境安全対策が必要
## 1 －3 本研究の特徴と目的

本研究では，水蒸気爆砕と水熱に注目し，両者を同時に実現することで従来の課題を解決することを試みた．即ち，水熱（中温，中圧）でバイオマス細胞膜内に熱水を浸透させ，その後一気に大気圧に減圧することで，下記が可能になると考えられる．

- 加熱時に蒸発潜熱が不要のため省エネプロセスになる．加熱に必要なエネルギーの試算結果を Table 1-3-1，1-3-2 および Fig.1-3-1 に示し，NEDO が想定しているバイオエタノール製造プロセス全体の実用的なエネルギー収支を Fig.1-3-2 に示す．水熱爆砕に必要なエネルギーはバイオマス発熱量の約 10％程度で、水蒸気爆砕の約 1/3 以下のエネルギーであり、熱回収を行えば更に小さくできることが示された。

- 熱水が一瞬に蒸気になるので大きな膨張エネルギーが得られる．その結果，リグニンが剥離し，セルロースの結晶化度が低下し，微細化され表面積が増大するので酵素が作用しやすくなる．膨張エネルギーの試算結果を Table 1-3-3 に示す．

水熱爆砕は水蒸気爆砕の約30倍の膨張エネルギーを有することが示された。以上のことから、Fig.1-3-3に水熱爆砕の原理と特徴を模式図で示し，水蒸気爆砕，水熱爆砕のプロセスイメージをFig.1-3-4，1-3-5に示す。

以上の観点から、本年度の研究は以下を目的として行なった。

回分式の水熱爆砕装置を試作し，3種類の原料・種々の条件下で水熱爆砕処理，水蒸気爆砕処理，水熱除冷処理を施したサンプルをそれぞれ製造し，各々に対し酵素糖化実験を行ない，酵素糖化率から，水熱爆砕法が従来技術である水熱除冷処理・水蒸気爆砕より優位であることを検証する.
Table 1-3-1 水熱爆砕の加熱熱量推算

空隙を水で充填できる領域

case no.	1	2	3	4	5	6	7
1. 原料	木質	kg/h	1	1	1	1	1	1	1
含有水分	kg/h	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3
木質比熱	kcal/kg	0.31	0.31	0.31	0.31	0.31	0.31	0.31
温度	℃	20	20	20	20	20	20	20
木質密度	kg/l	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4
空隙率	-	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
H1IN	kcal/h	6	6	6	6	6	6	6
H2IN	kcal/h	6	6	6	6	6	6	6

2. 加水分解条件	温度	℃	200	200	200	200	200	200	200
压力	MPa	3	3	3	3	3	3	3
エンタルピー	MJ/kg	203.7	203.7	203.7	203.7	203.7	203.7	203.7
H1OUT	kcal/h	62	62	62	62	62	62	62
H2OUT	kcal/h	61	61	61	61	61	61	61

3. 供給熱水	温度	℃	230	230	250	260	280	300	320
压力	MPa	3	4	5	6	8	10	14
エンタルピー	MJ/kg	236.5	247.8	259	283	308	321	347
流量	kg/h	3.38	2.52	2.01	1.4	1.06	0.95	0.77
H3IN(熱水)	kcal/h	799	624	521	396	326	305	267
熱量比
vs原料発熱量	(%)	16.0	12.5	10.4	7.9	6.5	6.1	5.3

（注）バイオマスの発熱量を 5000 kcal/kg と仮定
Table 1-3-2 水蒸気爆砕の加熱熱量推

case no.	8	9	10	11	12
1. 原料	木質	kg/h	1	1	1	1	1
含有水分	kg/h	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3
木質比熱	kcal/kg	0.31	0.31	0.31	0.31	0.31
温度	℃	20	20	20	20	20
木質密度	kg/l	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4
空隙率	-	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
H1IN	kcal/h	6	6	6	6	6
H2IN	kcal/h	6	6	6	6	6

2. 加水分解条件	温度	℃	200	200	200	200	200
压力	MPa	1.55	1.59	1.59	1.59	1.59
エンタルピー	MJ/kg	667.3	667.3	667.3	667.3	667.3
H1OUT	kcal/h	62	62	62	62	62
H2OUT	kcal/h	200	200	200	200	200

3. 供給熱水	温度	℃	240	300	400	500	600
压力	MPa	1.6	1.6	1.6	1.6	1.6
エンタルピー	MJ/kg	691.7	725.4	777.7	830	883
流量	kg/h	10.25	4.3	2.26	1.54	1.16
H3IN(熱水)	kcal/h	7090	3119	1758	1278	1024
熱量比
VS原料発熱量	(%)	141.8	62.4	35.2	25.6	20.5

（注）バイオマスの発熱量を $ 5000 \, kcal/kg $ と仮定
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
供給水溫度(℃)	230	230	250	260	280	300	320	240	300	400	500	600
供給水壓力(MPa)	3	4	5	6	8	10	14	1.6	1.6	1.6	1.6	1.6

Fig.1-3-1 水熱爆砕と水蒸気爆砕の加熱エネルギーの比較
Fig.1-3-2 バイオマス自立型プロセスの考え方

Table 1-3-3 大気への膨張仕事量の推算

バイオマス：1kg

バイオマス中の水分：0.4kg

単位	水熱爆砕	水蒸気爆砕
温度	℃	200	200
圧力	MPa	3	1.6
膨張前の容積V0	m³	0.004(液体の水)	0.004(水蒸気)
膨張後の容積V1	m³	0.136	0.0049
容積変化△V1-V0	m³	0.1354	0.0045
膨張仕事W=P△V	J	1.38×10⁴	496
Fig. 1-3-3 水熱爆砕の原理と特徴
Fig.1-3-4 水蒸気爆砕プロセスイメージ

Fig.1-3-5 水熱爆砕プロセスイメージ
## 2 章 原料バイオマスの構造と分析

## 2 −1 バイオマスの主要成分

木材の主要成分は多糖類であるセルロース, ヘミセルロースと芳香族系高分子化合物であるリグニンからなる. セルロースは, β－グルコースが直鎖状に重合したものであり, バイオマスの構成成分の約 40%を占めている. このセルロースが大量に集まることにより結晶構造を形成し, これが酵素糖化する際の妨げとなっている. 次に, 細胞壁内のセルロースを除く水に不溶な多糖類の総称をヘミセルロースといい, 構成成分比の約 30%を占める. ヘミセルロースの主成分はキシランであり, これはキシロースの主鎖に様々な側鎖がついた糖である. これらセルロース, ヘミセルロースを取り囲むようにして, 物理的・化学的な作用から防御しているのがリグニンである. これをリグニンの包埋構造というが, この構造を破壊しない限り酵素はセルロース, ヘミセルロースにほとんど接触できず, 酵素糖化したところで成果は得られない. 原料構成成分表を Table 2-1-1 に示す.

Table 2-1-1 原料構成成分表

原料成分	水分
灰分
アルコール・ベンゼン可溶分
ホロセルロース	α-セルロース
β-セルロース
ヘミセルロース及びγ-セルロース
リグニン	酸不溶性リグニン
酸可溶性リグニン
## 2 －2 原料バイオマスの成分分析方法

（1）水分率·灰分率

1）水分率

試 料

乾 燥

秤 量

2）灰分率

（２）試料の粉砕

105℃ 恒量まで

水分率 (%) = 100 - （乾燥後試料重量（g）/ 試料採取量（g） × 100）

600℃ 恒量まで

灰分率（%）=灰化后试料重量（g）/试料探取量（吨基准）（g）×10

2. 試料の粉砕

生 材

细 断

粉 碎

粉碎试料

はさみ、ニッパー等で5mm程度に粗く細断

プラスチックミル、ウィレーミル等粉砕器で

40～80メッシュ（約425～180μm）のものを分析に用いる。
（3）アルコール・ベンゼン可溶分

アルコール・ベンゼン可溶分 (%) = アルベン抽出物量 (g) ／試料採取量 (乾基準) (g) ×100
脱脂試料 2.5g

← 蒸留水約150ml

← 亜塩蒸酸ナトリウム (NaClO₂) 1.0g

← 酢酸 0.2ml

加 温 70~80℃で1時間.

ふ 過 1G-3ガラスフィルター（105℃で恒量にしたもの）で吸引る過

洗 浄 冷水およびアセトンで洗浄

乾 燥 105℃ 恒量まで

秤 盘

ホロセルロース試料 残査はα-セルロースの分析に用いる。

ホロセルロース (%) = ホロセル残査重量（g）/試料採取量（乾基準）（g）×100

## （4） ホロセルロース
(5) αーセルロース
(6) $ \beta- $ セルロース

(7) $ \gamma $ 一セルロース及びヘミセルロース

$$ \gamma- セル - ス及 己 \wedge ミセル - ス \ (\%)\ =\ ホセル - ス \ (\%)\ -\ (\alpha- セル - ス \ (\%)\ +\beta- セル - ス \ (\%)\ ) $$
(8) リグニン

1) 酸不溶性リグニン

脱脂鉄料 300mg

← 72%硫酸 3ml

放 置 1時間 30±0.5℃の水浴

滅菌器 水84mlで125mlの耐圧びんに流し込む。

120℃ 1時間

ろ 過 1G-3ガラスフィルター（105℃で恒量にしたもの）で吸引る過熱い内にろ過する。

ろ 液 酸可溶性リグニンの分析に用いる。

ガラスフィルター

洗 浄 蒸留水を吸引ろ過

砕 燥 105±3℃ 恒量まで

秤 盛

酸不溶性リグニン（%） = リグニン残渣重量（g）/鉄料採取量（乾基準）（g）×100

2) 酸可溶性リグニン

(1) のろ液

定容

吸光度測定 UVスペクトル205～210nmの吸収極大波長

吸光度が高い場合は0.3～0.8になるように希釈する。

計算

酸可溶性リグニン (%) = $ \frac{\mathrm{d}\times\mathrm{v}\times(\mathrm{As}-\mathrm{Ab})}{\mathrm{a}\times\mathrm{w}}\times100 $

d : 希欲倍率

v : ろ液定容量 (L)

As : 試料溶液の吸光度

Ab : プランク溶液の吸光度

a : リグニンの吸光保数

w : 試料採取量（乾基準）(g)

*リグニンの吸光保数および吸収極大波長は、樹脂によりわずかに変動する。

正確には単離した酸可溶性リグニンについてそれぞれ求める。

参考値（カバ）：1131g^{-1}cm^{-1}
## 2 －3 原料バイオマスの成分分析結果

今回サンプルとして使用した粋殻, ケヤキ, スギの成分分析を行った (東レテクノ株式会社に委託分析). 本研究の糖化率計算は, この分析結果をもとに行った.

上記 3 つのバイオマスの成分分析結果を Table 2-3-1, 2, 3 に示す。ただし, Table 内において、含水率以外は乾燥基準であり、単位は全て百分率(%)である。

Table 2-3-1 成分分析結果（穀殼）

測定項目	含有率(%)	平均值(%)
水分率	8.22	8.22
灰分率	20.4	20.4
アルコール・ベンゼン可溶分	1.44	1.44	測定項目	含有率(%)	平均值(%)
ホロセルロース	58.12	58.11	α-セルロース	36.11	36.12
36.14
β-セルロース	0.14	0.13
58.1	ヘミセルロース及びγ-セルロース	21.85	21.85
リグニン	22.59	酸不溶性リグニン	22.51	22.47
22.43
酸可溶性リグニン	0.12	0.12
主成分合計	102.54

(注)含水率以外は乾燥基準であり，単位は全て百分率(%)である
Table 2-3-2 成分分析結果（ケヤキ）

測定項目	含有率(%)	平均值(%)
水分率	6.43	6.43
灰分率	1.03	1.03
アルコール・ベンゼン可溶分	8.4	8.4	測定項目	含有率(%)	平均值(%)
ホロセルロース	67.62	67.22	α-セルロース	38.54	38.5
38.46
β-セルロース	0.1	0.12
66.82	0.14
ヘミセルロース及びγ-セルロース	28.58	28.61
28.63
リグニン	19.37	酸不溶性リグニン	19.08	19.08
19.09
酸可溶性リグニン	0.29	0.29
主成分合計	102.54

(注)含水率以外は乾燥基準であり，単位は全て百分率(%)である

Table 2-3-3 成分分析結果（スギ）

測定項目	含有率(%)	平均值(%)
水分率	7.9	7.9
灰分率	0.51	0.51
アルコール・ベンゼン可溶分	3.87	3.87	測定項目	含有率(%)	平均值(%)
ホロセルロース	70.03	70.22	α-セルロース	43.58	43.58
43.57
β-セルロース	0.06	0.06
70.42	ヘミセルロース及びγ-セルロース	26.59	26.59
リグニン	30.3	酸不溶性リグニン	30.24	30.25
30.26
酸可溶性リグニン	0.05	0.05
主成分合計	104.9

(注)含水率以外は乾燥基準であり，単位は全て百分率(%)である
## 2 −4 まとめ

今回の分析結果と文献値との比較表を Table 2-4-1 に示す．文献値 1,2,3 ではケヤキ，スギ，穀殻の順にホロセルロース（セルロースとヘミセルロースをまとめた総称）の割合が多かったが，分析結果ではスギで最も多い結果が出た．各原料に関しては，まず穀殻では文献値とあまり違いがなかった．次に，ケヤキはセルロース，ヘミセルロース，リグニンの含有率はともに文献値より低い値になった．これは水分，アルコール・ベンゼン可溶分の割合が多かったからであると思われる．また，スギに関しては，セルロースは文献値より低い値だったが，ヘミセルロースは高い値を示した．これらの結果から判断すると，ホロセルロースの割合が最も多いスギを高効率で酵素糖化できれば一番多くの糖が得られることがわかる．糖化率の計算には本分析値を用いた。

Table 2-4-1 成分分析結果と分析結果の比較 1,2,3)

原料	もみがら	ケヤキ	スギ
分析結果or文献値	分析結果	文献値	分析結果	文献値	分析結果	文献値
セルロース[wt%]	36.25	33	38.62	44.9	43.58	43.6
ヘミセルロース[wt%]	21.85	21.3	28.61	30.2	26.59	29.7
リグニン[wt%]	22.59	23.6	19.37	27.1	30.3	32.3
灰分[wt%]	20.4	17.8	0.79	1.03	0.51	0.72
## 3 章 前处理試験

3－1実験装置とプロセスフロー

Fig.3-1-1 に前処理実験装置全体図，Fig.3-1-2 に反応器写真，Fig.3-1-3 に前処理実験装置プロセスフロー，Fig.3-1-4 に反応器詳細図を示す。

本装置は水熱爆砕の他、水蒸気爆砕、水熱徐冷の試験ができるように設計した。

主な仕様は下記の通りである。

温度：最大 $ 350^{\circ} $ C

压力：最大 10MPa

热水流量：最大 40ml/min

反応器：内径約10mm、長さ約300mm

底部にボール弁（アクチュエータで遠隔操作）
Fig.3-1-1 前处理実験装置全体図
Fig.3-1-2 反応器写真
①：供给水容器

⑪ : 真空ポンプ

②：送水ポンプ

⑫：冷却水容器

③：保压弁

⑬：保压弁

④：受水容器

⑭：流出水受汁容器

⑤：管状炉

a〜g: ニードルバルブ

⑥：パイプヒータ

h：ボールバルブ

⑦：高温水受け容器

⑧：反応器

TR：熱電対

⑨：处理物受け容器

PG : 压力計

PIR：デジタル圧力計

⑩: フィルター

Fig.3-1-3 前処理実験装置プロセスフロー
Fig.3-1-4 反応器詳細図
## 3 −2 前处理実験方法

## 1 ）水熱爆碎実験

①反応器内に原料（穀殻，ケヤキ，スギ）を仕込んだ後，反応器内を真空ポンプで減圧した．実験に使用した原料写真を Fig.3-2-1，Fig.3-2-2，Fig.3-2-3 に示す．数ミリ以下に微粉砕したものである。

②送水ポンプの圧力を 7MPa（飽和水蒸気圧力より高く設定）、流量を 40ml/min に設定し，送水を始める.

③送水を始めたらヒータの電源をいれ，水温が300℃になるまで加熱する．ただし，水温が所定温度になるまでは反応器に供給せず、外部に排出する．

④水温が上がったら，反応器入り口のバルブを開けて反応器内に熱水を入れ，原料と接触させる．ここで，反応器内が目的の温度に達するまでに原料と接触して反応器を通して出てくる熱水を流出液として採取した．反応器が目的温度に達するまでの温度経時変化例例を Fig.3-2-4，3-2-5 に，圧力経時変化例を Fig.3-2-6，3-2-7 に示す．ただし，注水開始時刻を 0 秒とした．

⑤所定反応温度に到達後，一定時間保持して反応器底部のボー弁を約0.1秒で全開にして大気圧の容器内に膨張させて爆砕を行う．爆砕されて出てきたバイオマスを全量採取し、酵素糖化試験に供した．
## 2 ）水熱除冷実験

①上記水熱爆砕実験操作①～④に準じた．水熱除冷実験における反応器温度の温度経時変化過例を Fig.3-2-8，3-2-9 に，圧力経時変化例を Fig.3-2-10，3-2-11 示す．

⑤所定温度に到達後，全てのヒータの電源を切り，外部から空冷して温度と圧力をゆっくり下げた．以下この操作を「水熱徐冷」と定義した。

## 3 ）水蒸気爆砕実験

①水熱爆砕実験操作 1～5 に準じた（ただし設定圧力を所定温度における水の飽和蒸気圧にした）。水蒸気爆砕実験における温度経時変化例を Fig.3-2-12 に，圧力経時変化例を Fig.3-2-13 に示す。

## 4 ） 実験条件

前処理実験条件を Table 3-3-1 に示す．処理温度については，一般的に約 $ 180^{\circ}C $ がヘミセルロース分解開始温度であり，約 $ 240^{\circ}C $ がセルロース分解開始温度とされていおり、これらの温度を指標として設定した．
Fig.3-2-1 原料写真 (枳殼)

Fig.3-2-2 原料写真（ケヤキ）

Fig.3-2-3 原料写真（スギ）
Table 3-3-1 前处理実験条件

RUN No.	原料	处理方法	处理前重量[g]	设定压力[MPa]	处理温度[℃]	异温时间[s]	保持时间[s]
M-180-15A	毛苁怓	水熱爆碎	3	7	180	270	15
M-180-60A	毛苁怓	水熱爆碎	3	7	180	300	60
M-240-15A	毛苁怓	水熱爆碎	2	7	240	680	15
M-240-60A	毛苁怓	水熱爆碎	2	7	240	710	60
M-180A	毛苁怓	水熱除冷处理	3	7	240	430	1300
M-240A	毛苁怓	水熱除冷处理	3	7	240	230	600
M-240-60stA	毛苁怓	水蒸気爆碎	3	3	240	180	60
K-180-15A	ケヤキ	水熱爆碎	3	7	180	430	15
K-180-60A	ケヤキ	水熱爆碎	3	7	180	330	60
K-240-15A	ケヤキ	水熱爆碎	2	7	240	870	15
K-240-60A	ケヤキ	水熱爆碎	2	7	240	780	60
K-240-1800A	ケヤキ	水熱爆碎	3	7	240	240	1800
K-180A	ケヤキ	水熱除冷处理	3	7	240	240	500
K-240A	ケヤキ	水熱除冷处理	3	7	240	270	550
K-240-60B	ケヤキ	水熱爆碎	3	7	240	350	60
K-240-60B'	ケヤキ	水熱爆碎	3	7	240	300	60
K-240B	ケヤキ	水熱除冷处理	3	7	240	320	15
K-240B'	ケヤキ	水熱除冷处理	3	7	240	370	60
K-240-60stB	ケヤキ	水蒸気爆碎	3	3	240	90	60
K-240-60stB'	ケヤキ	水蒸気爆碎	3	3	240	100	60
S-180-15A	スギ	水熱爆碎	3	7	180	370	15
S-180-60A	スギ	水熱爆碎	3	7	180	580	60
S-240-15A	スギ	水熱爆碎	3	7	240	600	15
S-240-60A	スギ	水熱爆碎	3	7	240	730	60
S-180A	スギ	水熱除冷处理	3	7	240	570	430
S-240A	スギ	水熱除冷处理	3	7	240	210	610

捕捉 1：昇温時間は、反応器内が処理温度に到達するまでの時間と定義する

捕捉 2：処理温度到達時刻を保持開始時刻とする
## 4 章 酵素糖化実験

## 4 －1 酵素糖化実験（方法A）

## 1 ）実験方法と実験条件

各前処理によって得られた残渣，流出液，残液の酵素糖化を行った．酵素の働きが活発になるpHで一定に保つため，酢酸0.058ml,酢酸ナトリウム0.192gに蒸留水を加え100mlとし、pH=5の緩衝液を調製した．この中に残渣の一部，セルロース分解酵素，ヘミセルロース分解酵素を入れ，振湯装置にセットした．同様に，流出液，残液でも行うため，一つの条件に対して3つの実験溶液ができる．振湯装置湯浴部と全体の写真をFig.4-1-1，4-1-2に示す．また，この酵素糖化実験（以下「方法A」とする）の共通条件をTable4-1-1に示し，前処理試験から酵素糖化用の振湯装置にセットするまでの概略フローをFig.4-1-3に示す．48時間酵素糖化を行い，グルコース，キシロース，全糖（可能性の糖分）の分析を行い、各成分の物質収支より収率を算出し、その値より水熱爆砕の評価と適正条件を選定した．また，各前処理方法の酵素糖化に及ぼす影響についても比較検討した．
Fig.4-1-1 振荡装置全体（酵素糖化用）

Fig.4-1-2 振湯裝置湯浴部写真（酵素糖化状態）

Table 4-1-1 酵素糖化実験での共通条件（方法 A）

残渣	流出液	残液
実験条件	サンプル分取量	g-dry	0.5	-	-
ml	-	10	10
湯振装置温度	℃	50	50	50
糖化時間	h	48	48	48
緩衝液	ml	100	100	100
pH	-	5	5	5
セルロース分解酵素添加量	ml	0.04	0.04	0.04
ヘミセルロース分解酵素添加量	ml	0.04	0.04	0.04
Fig.4-1-3 前処理試験から酵素糖化試験までの操作概略フロー（方法A）
## 2 ）糖の分析方法

## i）グルコース濃度測定

グルコース濃度測定は,「グルコースキット グルコース C-Ⅱテストワコー」を使用した.

## 分析手順

① キット内の発色試液 3.0ml と濃度未知のサンプル溶液を 20μl セルに入れた.

② $ 37^{\circ} $ Cにセットしておいた恒温槽で5分間加温した後，分光光度計（島津紫外可視分光光度計 UV-1600）で，505nmの吸光度を測定した.

③ 測定した吸光度の値とグルコース検量線から，サンプル溶液のグルコース濃度を算出した.

検量線は, キットにある 2 種類のブドウ糖標準液から, グルコース濃度 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0g/l のグルコース水溶液を作り, 上記②の操作を行い, 各濃度における吸光度をプロットすることにより作成した. 検量線を Fig. 4-1-4 示す.
## ii）キシロース濃度測定

キシロース濃度を測定する際には D-キシロース測定キット（日本バイオコン株式会社）を使用した．キットに同封されていた試薬を I～V で定義する．

I. TEA 緩衝液+塩化マグネシウム

II. NAD $ ^{+} $ +ATP

III. ヘキソナーゼ

IV. $ \beta- $ キシロースデヒドロゲナーゼ+キシロースムタロターゼ

V. D-キシロース標準溶液 (5ml;0.25g/l)

## 分析手順

① 蒸留水 2ml+濃度未知のサンプル溶液 0.1ml+Ⅰ，Ⅱの試薬溶液各 0.4ml とⅢの懸濁液 0.02ml を分光光度計のセルに入れて攪拌した

② 5 分後に 340nm で吸光度を測定した

③ IVの懸濁液 0.02ml を加えて攪拌した

④ 6 分後に吸光度を測定した

⑤ ④と②で測定した吸光度の差を△ABSとして, この値と検量線からサンプル溶液のキシロース濃度を算出した

検量線は，Vのキシロース標準溶液を使用して，0.001，0.01，0.1，1.，10g/lのキシロース水溶液を作り，各水溶液で手順①～⑤の操作を行って，各キシロース濃度におけるABSをプロットすることで作成した．途中でキシロースキットを新しいものにした。
## iii）全糖濃度測定

全糖とは，グルコース，キシロースを含む可溶性の全ての糖と定義する。

## 実験手順

① 試験管に 5%(w/v) フェノール水溶液 0.5ml，サンプル溶液 0.5ml，濃硫酸 2.5ml を入れて振り混ぜ，30 分間放置した

② 30 分後, セルに①の溶液 0.5ml, 蒸留水 2.5ml を入れて希釈し, 分光光度計で 490nm の吸光度を測定し, 検量線から濃度を算出した

検量線はキシロース濃度 0, 1, 2, 3, 4, 5 g/l のキシロース水溶液を調製し，各水溶液で手順①，②を行い，各キシロース濃度における ABS の値をプロットすることで作成した.
## 3 ）糖分析結果

Table 3-3-1 に示した各前処理条件で得られた処理物の酵素糖化試験結果を Fig.4-1-8,9,10 に示す.

グルコース糖化率，キシロース糖化率，全糖糖化率の定義は下のとおりである。

$$ \mathsf{GS}=\frac{\mathsf{G}}{\mathsf{M}\times\frac{\mathsf{C}}{100}}\times100 $$

$$ \mathsf{X}\mathsf{S}=\frac{\mathsf{X}}{\mathsf{M}\times\frac{\mathsf{H}}{100}}\times100 $$

$$ \mathsf{TS}=\frac{\mathsf{T}}{\mathsf{M}\times\frac{\mathsf{C}+\mathsf{H}}{100}}\times100 $$

G : グルコース生成量[g]

GS：グルコース糖化率[%]

M : 原料重量 $$ g $$

C: セルロース含有率[%]

X: キシロース生成量 $$ g $$

XS：キシロース糖化率[%]

H : ヘミセルロース含有率[%]

T : 全糖生成量 $$ g $$

TS：全糖糖化率[ $ ^{[1]} $ ]
### a. 桜殻の場合

Fig 4-1-8 に桜殻前処理物の酵素糖化率を示す。 セルロースからのグルコース糖化率は温度による差異はみられず、水熱徐冷の場合が大きい傾向がみられた。

ヘミセルロースからのキシロース糖化率も温度による差異はみられず、水熱爆砕と水蒸気爆砕の場合が大きい傾向が見られた。

可溶性多糖類は温度が $ 240^{\circ}C $ と高温の場合が大きく、更に水熱爆砕と水熱徐冷の場合が大きい傾向がみられた。

■ セルロース ■ ヘミセルロース ■ グルコース ■ キシロース ■ 可溶性多糖 ■ その他

Fig. 4-1-8 酵素糖化試験結果（原料：穀殼、方法A）
### b. ケヤキの場合

Fig 4-1-9 にケヤキ前処理物の酵素糖化率を示す。セルロースからのグルコース糖化率は240℃と高温のほうが大きく、水熱爆砕のほうが水熱徐冷よりも顕著に大きい傾向がみられた。

ヘミセルロースからのキシロース糖化率も温度による差異はみられず、水熱爆砕と水熱徐冷では大きな差異はみられなかった。

可溶性多糖類は温度が $ 240^{\circ}C $ と高温の場合が大きく、更に水熱爆砕のほうが水熱徐冷よりも顕著に大きな傾向がみられた。

水熱除冷処理

水熱爆砕

Fig. 4-1-9 酵素糖化試験結果（原料：ケヤキ、方法A）
### c. スギの場合

Fig 4-1-10 に対応前処理物の酵素糖化率を示す。セルロースからのグルコース糖化率は240℃と高温のほうが大きく、水熱爆砕のほうが水熱徐冷よりも大きい傾向がみられた。

ヘミセルロースからのキシロース糖化率は温度による差異は明確ではないが、水熱爆砕は水熱徐冷に較べて顕著に大きな傾向がみられた。

可溶性多糖類は温度が $ 240^{\circ}C $ と高温の場合が大きく、更に水熱爆砕のほうが水熱徐冷よりも顕著に大きな傾向がみられた。

☑ セルロース ☑ ヘミセルロース ☑ グルコース ☑ キシロース ☑ 可溶性多糖 ☑ その他

水熱爆砕

Fig. 4-1-10 素糖化試験結果（原料：スギ、方法A）
## 4 ）まとめ

粉殻、ケヤキ、杉を約1mm以下に微粉砕したものを、水熱爆砕、水熱徐冷、水蒸気爆砕を温度180および240℃で行い、その処理物を48時間酵素糖化してセルロースからのグルコース収率、ヘミセルロースからのキシロース収率および可溶性多糖類の収率を測定評価した。その結果、

### a. 栱殼の場合

セルロースからのグルコース糖化率は温度による差異はみられず、水熱徐冷の場合が大きい傾向がみられた。ヘミセルロースからのキシロース糖化率も温度による差異はみられず、水熱爆砕と水蒸気爆砕の場合が大きい傾向が見られた。可溶性多糖類は温度が240℃と高温の場合が大きく、更に水熱爆砕と水熱徐冷の場合が大きい傾向がみられた。

### b. ケヤキの場合

セルロースからのグルコース糖化率は240℃と高温のほうが大きく、水熱爆砕のほうが水熱徐冷よりも顕著に大きい傾向がみられた。ヘミセルロースからのキシロース糖化率も温度による差異はみられず、水熱爆砕と水熱徐冷では大きな差異はみられなかった。可溶性多糖類は温度が240℃と高温の場合が大きく、更に水熱爆砕のほうが水熱徐冷よりも顕著に大きな傾向がみられた。

### c. スギの場合

セルロースからのグルコース糖化率は240℃と高温のほうが大きく、水熱爆砕のほうが水熱徐冷よりも大きい傾向がみられた。ヘミセルロースからのキシロース糖化率は温度による差異は明確ではないが、水熱爆砕は水熱徐冷に較べて顕著に大きな傾向がみられた。可溶性多糖類は温度が240℃と高温の場合が大きく、更に水熱爆砕のほうが水熱徐冷よりも顕著に大きな傾向がみられた。

以上の結果、水熱爆砕は水蒸気爆砕や水熱徐冷よりも効果的な前処理方であることが認められた。
## 4 －2 酵素糖化実験（方法 B）

前節の試験（方法 A）では、Fig 4-1-3 に示したように前処理段階で 3 種類のサンプルを個別に回収したことにより、それぞれのバイオマスの含有量を把握できなかったため、回収液に対して一定量の酵素を添加量した。その結果、酵素添加量が過大条件であった。

従って、バイオマスに対する酵素添加量を明確にするために以下の実験をおこなった。この実験方法を「方法 B」と定義する。

## 1 ）実験方法と実験条件

前処理後に出てきた残渣，流出液，残液をFig.4-2-1に示すように一つにまとめて酵素糖化を行った。まとめた液体に蒸留水を加えて全量400mlの混合液を作り，酢酸0.232ml，酢酸ナトリウム0.77gとともに500ml三角フラスコに入れた。この液体がpH=5の緩衝溶液となり，ここにセルロース分解酵素，ヘミセルロース分解酵素を加えて振湯装置で反応させた。また，前処理を行っていない原料の糖化率とも比較するために，前処理をせず粉砕したケヤキを入れて酵素糖化実験を行った。これにより，酵素量による糖化率の変化，各前処理の酵素糖化に及ぼす影響の比較を行った。Table4-2-1に示す条件下でケヤキを水熱爆砕、水蒸気爆砕、水熱徐冷の前処理を行い、前節と同じ方法でその酵素糖化率を測定した。

## 2 ）結果

各種前処理物の酵素糖化率の測定結果を Fig.4-2-2 に示す.

未処理の場合は殆ど糖化されなかった。セルロースからのグルコース糖化率、ヘミセルロースからのキシロース糖化率、可溶性多糖類収率に前処理による優位差が見られなかった。この結果は前節の結果と異なっており、その原因を解明する必要があることがわかった。次節でその検討結果を示す。
Table 4-2-1 酵素糖化実験条件（方法 B）

前処理条件	原料	ケヤキ	ケヤキ	ケヤキ	ケヤキ	ケヤキ	ケヤキ	ケヤキ	ケヤキ
原料重量[g-dry]	3	3	3	3	3	3	3	3
処理方法	水熱爆砕	水熱爆砕	水熱処理	水熱処理	水蒸気爆砕	水蒸気爆砕	未処理	未処理
処理温度[℃]	240	240	240	240	240	240	-	-
昇温時間[s]	350	300	320	370	90	100	-	-
保持時間[s]	60	60	-	-	60	60	-	-
酵素糖化条件	緩衝液+サンプル[ml]	400	400	400	400	400	400	100	100
湯振装置温度[℃]	50	50	50	50	50	50	50	50
酵素糖化時間[h]	48	48	48	48	48	48	48	48
pH[-]	5	5	5	5	5	5	5	5
セルロース分解酵素添加量[ml]	0.15	0.3	0.15	0.3	0.15	0.3	0.15	0.3
ヘミセルロース分解酵素添加量[ml]	0.15	0.3	0.15	0.3	0.15	0.3	0.15	0.3

捕捉 1：昇温時間は、反応器内が処理温度に到達するまでの時間と定義する

捕捉 2：処理温度到達時刻を保持開始時刻とする
Fig.4-2-1 前处理後から振湯装置にセットするまでの概略フロー（方法 B）
Fig. 4-2-2 酵素糖化試験結果（原料：ケヤキ、方法 B）
## 5 章 破砕サイズの大きなバイオマスでの前処理・酵素糖化試験

水熱爆砕が水蒸気爆砕や水熱徐冷に較べて効果的であることを確認する方法は、それぞれの方法について広範囲の条件で最適条件を見出し、その最適条件下での糖化率を比較評価すべきと考えられるが、それには多大の時間と労力を要し、本研究の予算規模と目的から逸脱するので、次の手順とした。即ち、まず水熱爆砕の温度×時間の適正条件を把握し、それと同じ条件で水蒸気爆砕、水熱徐冷を行い比較評価することとした。また、水熱爆砕に期待される大きな特徴のひとつは、バイオマスを微粉砕する必要がないことにあると考えられることから、比較的大きなサイズ（5 mmから10 mm）での前処理を行い、酵素糖化特性の評価を行った。

また、前処理では温度の経時変化パターンが重要な因子であることから、1 段昇温の他、2 段昇温も検討した。
## 5 －1 水熱爆砕条件選定試驗

## 1 ）実験方法

前処理は Fig.5-1-1 に示す温度×時間のパターンで行った。その他は「方法 B」と同じである。Table 5-1-1 に前処理条件を示すように、1，2 段目の温度と保持時間をパラメータとしてケヤキの水熱爆砕の前処理をおこない、酵素糖化をおこなった。

## 2 ）結果

Fig. 5-1-2 から 5-1-13 に各前処理物の酵素糖化率の経時変化を示す。糖化率は時間とともに増加するが、途中で減少する場合もみられた。ここでは、一般的に採用されている 48 時間後の糖化率で評価することとした。

Fig.5-1-14 に 12 種類の前処理条件の酵素糖化率を一括して示した。この中で、RUN K-8（1 段目：180℃×10min. 2 段目：260℃×10min.）がグルコース糖化率が最も高く、キシロース糖化率および可溶性多糖類収率も高く、この条件が適正条件であると考えられた。

Fig. 5-1-15 から Fig.5-1-21 に 1 段目および 2 段目の条件と各糖化率との関係を示した。
Table 5-1-1 ケヤキの水熱爆砕処理条件一覧表

RUN NO	K-1	K-2	K-3	K-4	K-5	K-6	K-7	K-8	K-9	K-10	K-11	K-12
处理温度(1段目)	℃	180	180	180	180	180	180	180	180	200	200	200	200
保持時間(1段目)	min	0	0	0	0	10	10	10	10	10	10	10	10
处理温度(2段目)	℃	240	240	260	260	240	240	260	260	240	240	260	260
保持時間(2段目)	min	1	10	1	10	1	10	1	10	1	10	1	10

Fig.5-1-1 ケヤキ水熱爆砕前処理昇温・降温パターン
Fig.5-1-2 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化 (RUN K-1)
Fig.5-1-3 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化 (RUN K-2)
$$ 180^{\circ}C\times0min $$

Fig.5-1-4 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化（RUN K-3）
Fig.5-1-5 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化（RUN K-4）
Fig.5-1-6 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化 (RUN K-5)
Fig.5-1-7 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化 (RUN K-6)
Fig.5-1-8 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化（RUN K-7）
Fig.5-1-9 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化（RUN K-8）
Fig.5-1-10 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化 (RUN K-9)
$$ 1 段目 :200^{\circ}C\times10min $$

$$ 2 段目 :240^{\circ}C\times10min $$

Fig.5-1-11 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化（RUN K-10）
Fig.5-1-12 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化 (RUN K-11)
Fig.5-1-13 ケヤキ水熱爆砕前処理物の酵素糖化率経時変化 (RUN K-12)
Fig.5-1-14 ケヤキの水熱爆砕前処理物の酵素糖化試験結果 酵素糖化時間：48時間
Fig.5-1-15 2 段目の温度×時間の影響（1 段目：180℃×0min の場合）
Fig.5-1-16 2 段目の温度×時間の影響（1 段目：180℃×0min の場合）
Fig.5-1-17 2 段目の温度×時間の影響（1 段目：200℃×10min の場合）
Fig.5-1-18 2 段目の温度×時間の影響（1 段目：240℃×1min の場合）
Fig.5-1-19 2 段目の温度×時間の影響（1 段目：240℃×10min の場合）
Fig.5-1-20 2 段目の温度×時間の影響（1 段目：260℃×1min の場合）
Fig.5-1-21 2 段目の温度×時間の影響（1 段目：260℃×10min の場合）
## 5 －2 適正条件下での前処理方法の比較評価

## 1 ）実験方法

前節で水熱爆砕の適正条件が見出されたので、その条件下で水蒸気爆砕および水熱爆砕との比較評価を行った。比較的原料サイズが大きい場合は原料の片寄りが予想されたので、前節で最も酵素糖化率のよかった K-8 の条件下で水熱爆砕、水蒸気爆砕、水熱徐冷の前処理を各 3 回行い、それぞれ酵素糖化を行い再現性の評価を行うともに前処理方法の比較を行った。

## 2 ）結果

Fig.5-2-1,2,3 に水熱爆砕、水蒸気爆砕、水熱徐冷前処理物の酵素糖化の経時変化を示す。また、Fig.5-2-4 に酵素糖化時間 48 時間後の結果を一括して示す。各前処理とも同一条件でそれぞれ 3 回行い、それぞれの前処理物の酵素糖化をおこなった。少々のばらつきはあるが、比較的再現性があることが認められた。

Fig. 5-2-5 に水熱爆砕、水蒸気爆砕、水熱徐冷前処理物の 48 時間後酵素糖化率の各 3 回の平均値を示す。この結果、水熱爆砕はグルコース糖化率が最も大きく、可溶性多糖類も最も大きいことから、水蒸気爆砕や水熱徐冷よりも効果的な前処理方法であると考えられる。
Fig. 5-2-1 ケヤキの水熱爆砕再現性試験結果

水热爆碎条件：K-8（ $ 180^{\circ}C \times 10min + 260^{\circ}C \times 10min $ ）
Fig. 5-2-2 ケヤキの水蒸気爆砕再現性試験結果

水蒸气爆炸条件：K-8（ $ 180^{\circ}C \times 10min + 260^{\circ}C \times 10min $ ）
Fig. 5-2-3 ケヤキの水熱爆砕再現性試験結果

水熱徐冷爆砕条件：K-8（ $ 180^{\circ}C \times 10min + 260^{\circ}C \times 10min $ ）
Fig.5-2-4 ケヤキの水熱爆砕と水蒸気爆砕および水熱徐冷前処理物の酵素糖化試験（48時間後）の再現性（各3回）
Fig.5-2-5 ケヤキの水熱爆砕と水蒸気爆砕および水熱徐冷前処理物の酵素糖化試験（48時間後）各3回平均値の比較
## 6 章 結言

本研究の本年度の主目的は水熱爆砕が水蒸気爆砕や水熱徐冷に較べて効果的であることを検証することであった。

## 1 ）檢証方法

a. 水熱爆砕、水蒸気爆砕および水熱徐冷の前処理が可能な試験装置を試作した。

b. 水熱爆砕の温度×時間の適正条件を把握し、それと同じ条件で水蒸気爆砕、水徐冷を行い比較評価した。水熱爆砕に期待される大きな特徴のひとつは、バイオマスを微粉砕する必要がないことにあると考えられることから、比較的大きなサイズ（5 mmから10 mm）のバイオマスを用いた。前処理では温度の経時変化パターンが重要な因子であることから、1 段昇温の他、2 段昇温も検討した。

## 2 ）檢証結果

a. ケヤキの水熱爆砕の適正条件は1段目：180℃×10min.2段目：260℃×10min.であることを見出した。

b. 次にその条件下で水熱爆砕、水蒸気爆砕および水熱徐冷の前処理と前処理物の酵素糖化をそれぞれ3回行い、再現性に問題がないことを確認して糖化率を比較評価した。その結果、水熱爆砕がグルコース糖化率と可溶性多糖類収率が最も大きく、この3方法の中で最も効果的な前処理方法であることを確認した。
## 参考文献

1）熊谷聪、太田真由美、岡宏圭、林信行、山田則行、坂木剛、

「加圧熱水処理における桜殻中のセルロースの成分分離と可溶化、および可溶化物の酵素糖化によるグルコース生産」、

化学工学論文集、第34卷、第4号、458-462(2008)

2）志水一充 他、木材成分総合利用研究成果集（森林総合研究所）、9-33(1990)

3）熊谷聪、林信行、山田則行、坂木剛、

「種々のリグノセルロース系バイオマスの水熱分解・糖化特性、および得られた水熱処理残渣の酵素糖化」、日本エネルギー学会誌、86巻、712-717(2007)