| 発刊日 | 2010年3月 |
|---|---|
| 定価 | 本体42,800円＋税 |
| 頁数 | 424頁 |
| 造本 | B5 |
| ISBN | ISBN978-4-86043-265-2 |
| 発行 | （株)エヌ・ティー・エス |
| 問い合わせ |
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| 監修 |
監修者 近藤 昭彦（神戸大学） 植田 充美（京都大学） 執筆者計 64名 |
| 編集委員 |
監修者 近藤 昭彦 神戸大学大学院工学研究科 教授、統合バイオリファイナリーセンター長 植田 充美 京都大学大学院農学研究科 教授 執筆者（敬称略） 計64名 横山 伸也 東京大学大学院農学生命科学研究科 教授 山田 敏彦 北海道大学北方生物圏フィールド科学センター 教授 浦野 直人 東京海洋大学海洋科学部海洋環境学科教授 小川 剛 東京海洋大学大学院、独立行政法人日本学術振興会 特別研究員ＤＣ２ 徳安 健 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構食品総合研究所食品素材科学研究領域 糖質素材ユニット長 野田 秀夫 関西化学機械製作株式会社代表取締役社長、Ｂｉｏ―ｅｎｅｒｇｙ株式会社代表取締役社長 金子 昌平 Ｂｉｏ―ｅｎｅｒｇｙ株式会社Ｒ＆Ｄ研究所主任研究員 木田 建次 熊本大学大学院自然科学研究科 教授 湯 岳琴 北京大学工学院エネルギー与資源工程系 教授 安 明哲 熊本大学大学院イノベーション推進機構 研究員 山田 富明 財団法人エネルギー総合工学研究所プロジェクト試験研究部 副参事 中村 嘉利 徳島大学大学院ソシオテクノサイエンス研究部工学部生物工学科 教授 佐々木 千鶴 徳島大学大学院ソシオテクノサイエンス研究部工学部生物工学科 助教 五十嵐圭日子 東京大学大学院農学生命科学研究科 准教授 和田 昌久 東京大学大学院農学生命科学研究科 准教授 鮫島 正浩 東京大学大学院農学生命科学研究科 教授 片倉 啓雄 大阪大学大学院工学研究科 准教授 遠藤 貴士 独立行政法人産業技術総合研究所バイオマス研究センター水熱・成分分離チーム 研究チーム長 南 公隆 東北大学原子分子材料科学高等研究機構 助教 阿尻 雅文 東北大学原子分子材料科学高等研究機構 教授 渡辺 隆司 京都大学生存圏研究所生存圏学際萌芽研究センター 教授、センター長 神谷 典穂 九州大学大学院工学研究院応用化学部門未来化学創造センター 准教授 原 亨和 東京工業大学応用セラミック研究所 教授 今村 千絵 株式会社豊田中央研究所バイオ研究室 主任研究員 村本 伸彦 株式会社豊田中央研究所バイオ研究室 研究員 高橋 治雄 株式会社豊田中央研究所主監 バイオ研究室長 渡部 昭 東北大学大学院農学研究科遺伝子情報システム学分野 助教 五味 勝也 東北大学大学院農学研究科遺伝子情報システム学分野 教授 加藤 雅士 名古屋大学大学院生命農学研究科 准教授 野口 佑司 名古屋大学大学院生命農学研究科 大学院生（博士課程） 松下 泰幸 名古屋大学大学院生命農学研究科 准教授 吉永 新 京都大学大学院農学研究科 助教 粟野 達也 京都大学大学院農学研究科 助教 高部 圭司 京都大学大学院農学研究科 准教授 古城 敦 王子製紙株式会社研究開発本部総合研究所バイオ関連研究セクション 上級研究員 浅田 隆之 王子製紙株式会社研究開発本部森林資源研究所 アルバニー研究室長 小林 哲夫 名古屋大学大学院生命農学研究科 教授 福島 和彦 名古屋大学大学院生命農学研究科 教授 田丸 浩 三重大学大学院生物資源学研究科 准教授 三宅 英雄 三重大学大学院生物資源学研究科 助教 小杉 昭彦 独立行政法人国際農林水産業研究センター利用加工領域 主任研究員 森 隆 独立行政法人国際農林水産業研究センター 利用加工領域長 黒田 浩一 京都大学大学院農学研究科 准教授 植田 充美 京都大学大学院農学研究科 教授 秦 洋二 月桂冠株式会社 総合研究所長 簗瀬 英司 鳥取大学大学院工学研究科 教授 星田 尚司 山口大学産学公連携・イノベーション推進機構 准教授 Ｓａｎｏｍ Ｎｏｎｋｌａｎｇ 山口大学医学系研究科 博士研究員 阿野 明彦 磐田化学工業株式会社開発部 副部長 三谷 優 サッポロビール株式会社価値創造フロンティア研究所 研究主幹 赤田 倫治 山口大学医学系研究科 教授 城島 透 財団法人地球環境産業技術研究機構バイオ研究グループ 主任研究員 乾 将行 財団法人地球環境産業技術研究機構バイオ研究グループ 副主席研究員 湯川 英明 財団法人地球環境産業技術研究機構 理事、バイオ研究グループリーダー 奥 崇 株式会社耐熱性酵素研究所 代表取締役 岩田 英之 株式会社耐熱性酵素研究所技術開発部 研究員 片岡 邦夫 関西化学機械製作株式会社 専務取締役、研究所長 近藤 正和 三井造船株式会社玉野事業所機械工場産業機械設計部 主管 松浦 一雄 株式会社本家松浦酒造場霧化分離研究所 代表取締役 森村 茂 熊本大学大学院自然科学研究科 准教授 柴田 明夫 丸紅株式会社丸紅経済研究所長 植田 文雄 （元）トヨタ自動車株式会社車両材料技術部 シニアスタッフエンジニア 近藤 昭彦 神戸大学大学院工学研究科 教授、統合バイオリファイナリーセンター長 荻野 千秋 神戸大学大学院工学研究科 准教授 |
| 趣旨 |
【本書の特徴】 ●非食料系・セルロース系原料からのバイオエタノール生産製造に関する各要素技術、中でも前処理や発酵技術を中心にした最新動向と今後の見通しを解説 |
発刊にあたって
化石資源に頼らず、バイオマス資源から燃料、特にバイオエタノールを生産する動きが世界的に広がっている。これは、低炭素社会実現による温室効果ガス削減を目指し、またエネルギーや化学品の原料の多様化を図り持続可能な社会を実現する上で極めて重要である。燃料用のバイオエタノール生産は、発酵プロセスによって大規模に行われている。特にブラジルとアメリカは、バイオエタノール生産大国である。ブラジルでの生産の歴史は長く、サトウキビ由来の糖液を原料として生産が行われている。一方、アメリカではトウモロコシデンプンからのバイオエタノール生産が行われている。特にアメリカでのバイオエタノール生産は急速な伸びを示し、2001年に670万kl程度であったものが、2006年には1850万klまで増加し、世界最大のバイオエタノール生産国となっている。このように、バイオエタノール生産量が増えるにつれ、原料となるトウモロコシの使用量の急増によるトウモロコシ価格の急騰が起こり、ひいてはトウモロコシを主原料とする家畜飼料の価格が上がり、最終的には食肉価格やハム、ソーセージなどの加工食品の価格が上がる事態を招いた。バイオ燃料生産と食糧生産の競合が起こり始め、「燃料か食料か」といった議論がなされるようになった。これは、まさにバイオ燃料の「光と影」を象徴する出来事である。 増え続けるバイオエタノール需要をまかなうために、安価で大量に存在し、食料と競合しない、すなわち非可食な資源であるリグノセルロース系のバイオマス（農業残渣、間伐材、古紙など）からのエタノール（セルロース系エタノール）生産が必須である。しかしながら、セルロース系バイオエタノール生産では、リグノセルロースがセルロース、ヘミセルロースおよびリグニンからなる複雑な構造を持つことから、低コストでバイオエタノールを生産する技術は確立しておらず、現状ではその商業的な生産に至っていない。 アメリカにおいては、エネルギー省を中心として、セルロース系バイオエタノールの生産に関する技術開発支援を大規模に行っている。特に2008年から３つのDOEバイオエネルギーセンター（BioEnergy Science Center, Great Lakes Bioenergy Center, Joint BioEnergy Institute）が本格稼動し、セルロース系バイオマスからの効率的なバイオ燃料生産を可能とする革新的なバイオプロセスの開発が始まっている。一方、日本においても、経済産業省、農林水産省、環境省などの省庁が連携して、セルロース系エタノールの実用化に向けて本格的な支援を行っている。まさに世界的に開発競争が激化していると言える。日本は他の多くの資源と同様に海外にバイオマスを依存しなければならない状況にあり、技術開発で世界をリードすることが、バイオ燃料の安定確保において必須である。 本書では、多様なリグノセルロース原料からのバイオエタノール生産、前処理、酵素糖化、発酵、分離回収など、日本における一連の技術開発をまとめ、現状を把握するとともに、今後の技術開発動向を探る。セルロース系バイオエタノールの商業的な生産においては、解決すべき問題は山積しているが、日本における研究開発は着実に進んでおり、世界をリードする国の一つであることは間違いない。ただ、多額なR&D費は投入されているものの、現段階で問題を完全に克服できるか予測できないのは、アポロ計画やゲノムプロジェクトに代表される多くの巨大プロジェクトの初期段階と共通である。日本における研究会開発が実を結び、セルロース系エタノールのように、食糧と競合しないバイオ燃料が普及し、真の意味で持続可能社会の構築が一歩前進することを期待したい。 （「まえがき」より 神戸大学 近藤昭彦・京都大学 植田充美）
書籍・DVDの内容
各種セルロース原料からのバイオエタノール製造技術と課題 第1章 非食料系・セルロース系原料からのバイオエタノール製造技術における現状と課題 1. はじめに 2. セルロースからエタノール生産の課題 3. バイオエタノールの展望 4. おわりに 第2章 エネルギー作物開発のためのイネ科草類資源植物の評価と実用化への課題 1. はじめに 2. 永年生イネ科草類 3. スイッチグラス 4. ミスカンサス 5. エリアンサス 6. ネピアグラス 7. 実用化への課題 第3章 海水・淡水圏由来植物を原料とするバイオエタノールの生産技術 1. はじめに 2. バイオマスへの期待と問題 3. 水圏バイオマスの有効利用 4. 水圏バイオマスの糖化 5. 糖化液のエタノール発酵 6. 還元糖の解析と各糖の資化発酵 7. 水圏バイオマスからのバイオエタノール生産の問題点と今後 第4章 農業廃棄物を原料とするバイオエタノール生産技術開発 1. はじめに 2. 農産廃棄物とは 3. 農産廃棄物の産出状況 4. 農産廃棄物の原料としての特徴 5. 農産廃棄物からのバイオエタノール生産研究に係る政策シナリオ 6. 農産廃棄物の特性に対応した変換工程 7 おわりに 第5章 アーミング酵母を利用したセルロース原料（古紙など）からのエタノール生産 1. はじめに 2. 原料のセルロースの糖化 3. 草木と古紙原料について 4. ５炭糖と６炭糖の資化 5. アーミング酵母でセルラーゼの使用量の削減 6. おわりに 第6章 生ごみを利用したバイオエタノール回収技術 1. はじめに 2. 生ごみの鮮度保持試験および酵素糖化試験 3. 第１世代技術による生ごみからのバイオエタノール生産 4. 第２世代技術による生ごみからのバイオエタノール生産 5. 混合生ごみからのエタノール生産におけるエネルギー収支 6. わが国における生ごみからのエタノール製造量と二酸化炭素の削減量 7. おわりに 第7章 リグノセルロースの総合的利用法と各段階における技術課題 1. はじめに 2. リグノセルロースの前処理 3. リグノセルロースの酵素糖化と発酵 4. リグノセルロースの総合的利用法 前処理および糖化技術 第1章 セルロース系バイオマスの高効率酵素糖化に向けた前処理技術 1. はじめに 2. セルロース結晶形が酵素糖化に与える影響 3. バイオマスに対するアンモニア処理の実際 第2章 前処理および糖化の評価とプロセスの最適化 1. はじめに 2. 発酵阻害物とその影響 3. 前処理と糖化におけるｋｉｎｅｔｉｃｓ 4. 前処理効果の評価 5. バイオエタノール製造におけるトレードオフ 6. プロセスの最適化 7. おわりに 第3章 粉砕処理を利用した酵素糖化前処理技術 1. はじめに 2. 木材成分の特徴 3. 糖化方法 4. セルラーゼによる糖化 5. 前処理技術の種類 6. 古典的粉砕処理の再検討 7. 酵素糖化性を向上させる重要要因 8. 前処理としての微細繊維化 9. ディスクミルによる微細繊維化処理 10. ディスクミル処理の効率化 11. 粉砕処理のメリット・デメリット 12. おわりに 第4章 高温・高圧水を用いたバイオマス前処理技術 1. 高温・高圧水の特徴 2. バイオマスに対する高温・高圧水処理 3. セルロースに対する高温・高圧水処理 4. リグニンに対する高温・高圧水処理 5. 高温・高圧水処理プロセス 第5章 白色腐朽菌の特異的リグニン分解能を利用した木質バイオマスの酵素糖化前処理 1. リグノセルロースの糖化・発酵前処理 2. バイオマス前処理に適した木材腐朽様式 3. 木材腐朽菌によるリグニン分解前処理 4. 木材腐朽菌を用いた糖化・発酵前処理 5. 白色腐朽菌のリグニン分解の選択性の制御 第6章 イオン液体を用いるセルロース系バイオマスの前処理法 1. はじめに 2. イオン液体を反応溶媒として用いる酵素反応 3. イオン液体へのセルロースの溶解 4. セルロース系バイオマス酵素糖化におけるイオン液体の利用 5. おわりに 第7章 炭素固体触媒を利用した前処理技術 1. はじめに 2. 固体ブレンステッド酸 3. カーボン系固体酸の触媒能 4. おわりに 第8章 バイオマス分解関連酵素（リグニン分解酵素、セルラーゼ）の高機能化デザイン技術 1. はじめに 2. ＳＩＭＰＬＥＸ法によるスクリーニング系の確立 3. 改良型ＳＩＭＰＬＥＸ法によるバイオマス分解酵素の高機能化 4. おわりに 第9章 非可食用バイオマスからの糖化技術および糖化酵素の現状と課題 1. はじめに 2. セルロース系バイオマスの糖化に用いられる酵素群 3. 酵素糖化法の現状 4. 酵素糖化法の課題 5. 麹菌（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｏｒｙｚａｅ）のセルラーゼ発現生産の試み 6. おわりに 第10章 カビの転写因子工学技術と新規前処理技術を組み合わせたユーカリ樹皮糖化の可能性 1. はじめに 2. ユーカリ樹皮の組織構造：まずは敵（分解対象）を知る 3. カビの転写因子工学技術：麹菌も育種次第ではトリコデルマに匹敵する 4. 画期的な前処理技術の開発 5. まとめ：年間約７０万ｋｌのエタノール生産が可能 第11章 デザイナブルセルロソームによるバイオマス処理技術 1. はじめに 2. バイオマス研究とバイオリファイナリー研究戦略 3. セルロソーム研究とその活用 4. おわりに 第12章 好熱嫌気性細菌の生産するセルロソーム（セルラーゼ・ヘミセルラーゼ酵素複合体）の利用とエタノール変換 1. はじめに 2. セルロース系バイオマスの酵素糖化 3. 好熱嫌気性細菌Ｃ．ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍの生産するセルロソームの構造 4. 好熱嫌気性細菌Ｃ．ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍの生産するセルロソームのセルロース分解活性 5. 高分解活性を有する好熱嫌気性細菌Ｃ． ｔｈｅｒｍｏｃｅｌｌｕｍの分離と利用 6. 好熱嫌気性エタノール発酵細菌の複合系による直接エタノール変換 7. おわりに 発酵技術 第1章 第２世代バイオエタノール（セルロース・バイオエタノール）の効率的生産―ＣＢＰ法の展開 1. はじめに 2. バイオマスの組成 3. ＣＢＰプロセス 4. 細胞表層工学（Ｃｅｌｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）―アーミング技術の確立 5. デンプンからのエタノール生産 6. セルロースからのエタノール生産 7. ヘミセルロースからのエタノール生産 8. リグニン分解によるエタノール生産への寄与 9. バイオエタノール生産における阻害要因と耐性付与 10. おわりに 第2章 清酒醸造技術を活用したセルロース原料からのエタノール発酵技術の開発 1. はじめに 2. 清酒醸造とバイオエタノール 3. 清酒酵母と細胞表層工学 4. 清酒酵母に麹菌の機能を付与する 5. バイオマスからのエタノール発酵 6. 安定な遺伝子発現するための新技術―ＨＥＬＯＨ法 7. 醸造技術をバイオ燃料生産へ 第3章 新規発酵細菌によるバイオエタノール連続並行発酵プロセスの構築 1. はじめに 2. ザイモモナス菌とザイモバクター菌のエタノール発酵特性 3. キシロース並行発酵性菌の開発 4. マンノース並行発酵性菌の開発 5. Ｃ５・Ｃ６糖並行発酵性菌の開発 6. 建築廃材糖化液の連続並行発酵プロセスの開発 7. 今後の課題 第4章 耐熱性酵母による高温エタノール発酵システムの開発 1. バイオエタノール生産の低コスト化 2. 高温発酵システムのメリット 3. 耐熱性酵母 4. 耐熱性酵母Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ ｍａｒｘｉａｎｕｓ ＤＭＫＵ３―１０４２株の能力 5. Ｋ．ｍａｒｘｉａｎｕｓ ＤＭＫＵ３―１０４２株の遺伝子操作系の開発 6. 遺伝子工学的育種―組換えタンパク質の発現と凝集性酵母の作製 7. 今後の展開 第5章 ソフトバイオマスを原料にしたコリネ型細菌による混合糖同時変換エタノール製造技術 1. はじめに 2. ＲＩＴＥバイオプロセスとは 3. コリネ型細菌利用のための基盤技術の開発 4. コリネ型細菌における遺伝子工学技術の開発 5. ソフトバイオマス利用技術の開発 6. おわりに 第6章 耐熱性酵素によるバイオエタノール産生技術 1. はじめに 2. 耐熱性酵素を用いたセルロース系バイオマスの糖化 3. 耐熱性酵素を用いたグルコースからのバイオエタノール産生 4. 耐熱性酵素を用いたキシロースからのバイオエタノール産生 5. 酵素法によるエタノール産生系の今後 6. おわりに 濃縮・分離技術および後処理技術 第1章 省エネ型次世代蒸留システムの開発 1. はじめに 2. 蒸留の省エネルギー技術ＨＩＤｉＣの技術開発の経緯と現状 3. ＨＩＤｉＣの技術開発の経緯と現状 4. 新型ＨＩＤｉＣ（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ―ｆｒｅｅ ＨＩＤｉＣ） 5. 新型ＨＩＤｉＣの適用性 6. 従来型ＨＩＤｉＣの適用性 7. おわりに 第2章 ゼオライト膜を利用したエタノール濃縮技術 1. はじめに 2. ＰＶ（ＶＰ）分離 3. ゼオライト複合膜 4. 円筒型ゼオライト膜モジュール 5. おわりに 第3章 超音波霧化分離を用いた揮発性成分の濃縮分離 1. はじめに 2. 超音波霧化分離について 3. 分離例 4. ミスト回収方法 5. 連続式霧化分離装置および無水化 6. 防爆対策 7. おわりに 第4章 各種蒸留廃液のメタン発酵を組み込んだマテリアルおよびサーマルリサイクル 1. はじめに 2. 糖蜜蒸留廃液のマテリアルおよびサーマルリサイクル 3. デンプン系蒸留廃液のマテリアルおよびサーマルリサイクル 4. セルロース系蒸留廃液のマテリアルおよびサーマルリサイクル 5. おわりに 課題と展望 第1章 国内外で導入が進むバイオエタノールと今後の課題 1. はじめに 2. 脚光を浴びるバイオエネルギー 3. 原油価格の高騰がエタノール生産を加速 4. アメリカのエネルギー政策の柱となるトウモロコシ・エタノール 5. ブラジルのサトウキビ・エタノール戦略 6. 中国のエネルギー安全保障戦略とトウモロコシ・エタノール 7. 日本：バイオマス・ニッポン総合戦略 8. 今後の課題―いかに食糧との折り合いをつけるか 9. おわりに 第2章 自動車産業としてのバイオ燃料への期待と展望 1. はじめに 2. 持続可能な車社会の課題 3. 自動車用燃料としてのバイオ燃料 4. バイオ燃料の現状 5. 非食物原料からのバイオ燃料 6. バイオ燃料の持続可能性 7. 今後の展望 第3章 日本がリードするバイオリファイナリー 1. はじめに 2. 統合バイオリファイナリーとは 3. 統合バイオリファイナリーセンターの役割 4. 統合バイオリファイナリーの実現に向けた４つの柱 5. 今後の活動と期待される効果
