1

バイオマス利活用のための技術開発

産業技術総合研究所

バイオマス研究センター

坂西欣也

2

バイオマスエネルギー技術研究と産総研の位置付け

木質系・草本系

（未利用・資源作物）

現在技術 2010年実用化 2020年以降実用化

直接燃焼ガス化発電

硫酸処理

熱分解ガス化

成分分離＋発酵(水熱＋メカノケミカル処理)

水素発酵

ガス化BTL水素化

産総研にポテンシャルのある研究

混焼

Wetバイオマ

ス（食品・農産

廃棄物、下水汚泥）

従来型メタン発酵

水熱ガス化

高効率メタン発酵

水熱（低温）ガス化

水素メタン発酵バイオ水素・電気生産

液化・油化・スラリー化

収集運搬、エネルギー利用、後処理等の周辺技術の研究は、重点的には行わず。前処理と転換技術に注力。

収集・運搬、エネルギー利用、後処理

C5発酵

連続発酵

産総研重点研究テーマ

膜技術（脱水、脱アルコール）

炭化

資源作物

ペレット化

BDF

3

実用化へ基盤技術の確立及びプロセス設計

産総研第２期（2005～2009) 第３期（2010～2011)

・国内外の技術開発をリード

・バイオマスエネルギー製造技術の確立

バイオマスバイオマス研究センター研究センター（（BTRCBTRC))ののミッションと目標ミッションと目標・・アウトカムアウトカム

①非硫酸法糖化基盤技術の確立

② 革新的BTLトータルシステの開発

③バイオマスの経済性・環境性評価技術の確立 3）シミュレーションによる経済性評価技術の開発

バイオマス高効率利活用と経済性・環境性の評価

3）バイオマス転換システム評価技術の開発

2）トータルBTLディーゼル製造技術の開発

小型ガス化・ホットガスクリーニング・触媒反応連結による高効率BTLディーゼル製造プロセス設計

2）BTL-FTディーゼルの

製造技術の開発

1）エタノール・ETBE製造技術の開発

水熱・メカノケミカル発酵前処理と酵素糖化連結による非硫酸法糖化法の実用化

1）エタノール・ETBE

製造技術の開発

重点化の視点

産学ニーズ・シーズのネットワーク化

他ユニット等との連携（エネルギー技術RI等）

重点課題

バイオマスエネルギー研究開発のCOEへ

4

エタノール・ETBE製造技術の開発水熱・メカノケミカル処理による高効率酵素糖化技術の開発

セルロースセルロース

リグニンリグニンヘミセルロースヘミセルロース

酵素

酵素反応性の向上

水熱処理

メカノケミカル処理

リグニン・ヘミセルロースの分離・分解セルロース露出

セルロースの活性化

簡便な前処理技術・短時間・安全な添加剤・低コスト・高効率・低環境負荷

リグニン

ヘミセルロース

糖化、発酵

高付加価値化

糖化、発酵

非硫酸法による糖化前処理技術

容易に接近

5

エタノール・ETBE製造技術の開発水熱メカノケミカル処理によるエタノール発酵の優位性

バイオマス

水熱・メカノケミカル前処理と酵素糖化

反応器腐食

酸回収必要

廃水処理必要

濃硫酸法ウーマズイ！

個別糖化

同時糖化

ヘキソース

ペントース

ヘキソース

ペントース

エタノール

エタノール

エタノール

C5

C5 の発酵が律速となる

C5 ， C6 それぞれに最適

な発酵菌、発酵条件を設定

C5

C5

C5

C6 C6

C6

C6

（希硫酸法ではヘキソース収率が低い）

リグニン

ヘミセルロース

セルロース

従来法

6

トータルBTL-FT合成ディーゼル製造技術の開発

CO, H2タール，S 乾式ガス精製

CO, H2(100～400℃）

活性炭を用いて200～400℃

でタール・硫黄化合物を除去

装置がコンパクト加熱不要

エネルギー

効率アップ

N2を含まないディーゼル燃料

収率アップ

水を用いた湿式ガス精製法

処理設備：大廃水処理コスト：高分離が困難なN2を含む

ディーゼル燃料収率：低

既存の工程

CO, H2、N2（水温）

加熱必要

CO, H2タール，S，N2

空気（O2+N2)

ガス化～900℃CO2

水蒸気（N2を含まない）

FT合成

ガス化～900℃

FT合成

7

ＢＴＬトータルシステムによる高効率ＦＴディーゼル製造

木質系バイオマス等

木質系バイオマス等

ガス化＆

ガスクリーニング

水素化分解

異性化・改質

CO+H2

BTL ディーゼル

小型ガス化＆活性炭による乾式ガス精製

新規Ｒｕ系ＦＴ触媒

高選択率・収率達成

ＢＴＬ－ＦＴディーゼル最終目標；1）セタン価＞702）Ｓ＜1ｐｐｍ、アロマフリー

中間留分選択率＞80％収率 > 20wt%

H2/CO=2制御

要素技術

CO収率＞35 ％

不純物；S＜1ppm

CO2＜ 35 ％

NOx＜ 5 ppm

CO転化率＞60%

C5+選択率＞85%

a ＞ 0.9

開発目標

ＦＴ合成

高品質ＢＴＬディーゼル製造

8

シミュレーションによる経済性評価技術の開発＝＞ バイオマス転換システムの評価技術開発

経済性・環境適合性評価＆ETBE・BTL製造システムの最適化

ETBE・BTL製造プロセスモデル

炭素収支

エネルギー収支

変換効率

環境負荷量(LCA)

トータルコスト

投資回収年

■エタノール＆ETBE製造技術： 水熱メカノケミカル糖化法の連続プロセスとしての優位性■エタノール＆ETBE製造技術： 吸着アルコール分離式エタノール発酵技術の優位性■BTL製造技術： 活性炭利用クリーンガス化・FT触媒・水素化触媒による合成プロセスの最適組み合せ

期待される成果；

木材 水 水 水

50 90 320

炭酸ガス

３KＧ蒸気 ETOH500

240化 空気 水

250 冷却水600

850 630９５℃温水 五炭糖

水 71 六炭糖840 水

270 640120 130 400 炭酸ガス

430150

灰分 灰分 415 冷却水205 530

190810 670

３KＧ蒸気 690水

800 660 460 445 冷却水680

180 乳酸830 465

９５℃温水 空気 炭素材 メタン 水 乳酸水 水 六炭糖

820 冷却水 水 六炭糖水

炭酸ガス ギ酸メチル 炭酸ガス ﾌﾟﾛﾊﾟﾝｼﾞｵｰﾙ水、窒素 メタノール 六炭糖、水 六炭糖

水

2.9

29.3

29.3

29.3

29.3発電

42.2

16.95.1

第２燃焼

水熱処理

五炭糖ETOH発酵

水蒸気改質

11.8

ｸﾛﾏﾄ分離１

六炭糖酵素糖化

貯蔵３

蒸発

16.4

9.6

五炭糖酵素糖化

75.7

107.2107.2 75.7

第２粉砕

16.1 107.2

68.5

107.2

68.5熱交換

２

空気圧縮２

191.8

熱交換４

空気圧縮１

68.5

0.041.6

13.2

炭化

1.64

熱交換３

第１燃焼

貯蔵１ 濾過

15.1

1.5

40.6

31.5

熱交換１

固液分離＆爆砕

第１粉砕

75.7

ｸﾛﾏﾄ分離２

19.2

2.0

40.6 53.8

貯蔵２

1.1

2.8 8.5

MEOH合成

40.6

40.611.4

1.3

12.6

MFOR合成

貯蔵５

貯蔵７ﾌﾟﾛﾊﾟﾝｼﾞｵｰﾙ濃縮

ﾌﾟﾛﾊﾟﾝｼﾞｵｰﾙ発酵

39.5

6.7

乳酸発酵水

12.6

六炭糖ETOH発酵

水

貯蔵４

ETOH蒸留

1.0

1.3

1.7

15.9

ﾌﾟﾛﾊﾟﾝｼﾞｵｰﾙ貯蔵６

乳酸蒸留

炭酸ガス水、窒素

灰分

入力 出力シミュレーション

物質収支前提条件

・固液分離・酵素糖化・エタノール発酵・FT合成・・・・

熱物性値

・燃焼熱・含水率・標準生成熱・エンタルピー・・・・

木材組成

・分子構造・分子組成・元素組成・・・・

価格データ

・装置・プロセス・生産物・・・・

解析項目・エネルギー収支・物質収支・コスト分析

CO2

9

・自動車等輸送用燃料の代替による二酸化炭素削減・国内資源によるエネルギー生産技術・バイオマス系新産業・新規雇用の創出

セルロース，ヘミセルロース

前処理技術＋酵素糖化技術

・低環境負荷・低コスト

リグニン

発酵技術

ガス化技術

エタノール

ＥＴＢＥ 合成ガソリン・ディーゼル燃料，ＤＭＥ

輸送用液体燃料

木質系バイオマス

総合システムの開発

ガス化技術

波及効果

木質系バイオマスからの液体燃料製造総合システム開発

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産総研のバイオマス研究展開

廃棄物系

木質系草木系

ガス転換

分散型エネルギー源

水素転換

ガス転換 軽油転換

エタノール発酵

運輸用液体燃料製造

国際展開

ETBE

石油代替化学原料

be

風力発電

燃料電池

水素

電力ネットワーク

ガス・水素ネットワーク

バイオマスガス

太陽光

BTL技術 ディーゼル燃料

ガソリン添加剤

国内ローカルエネルギー

アジアのローカルエネルギー

アジアのプランテーション

バイオリファイナリー

2005年

2010年

2020年

地域連携課題

重点課題

長期的課題

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バイオマス資源の利活用トータルシステムの構築

小規模分散型・高付加価値製品・輸送容易

大規模集中型・低価格製品・輸送困難製品

切り出しコスト 運搬コスト製造コスト

廃棄物処理・リサイクル技術と融合

保管コスト販売コスト

地産地消

大規模製材所

森林の育成

CO2排出源対策、ローカルエネルギー供給

液体

燃料

、ケミカ

ルズ

ＣＤＭ

ＣＤＭ

生産系バイオマスのエネルギー・物質変換

クレジット

技術

供与

、投

資

日本

フィリピン

インドネシア

タイ

中国

ベトナム

マレーシア

ネットワーキングネットワーキング

適材適所でコスト削減（原料→製造→製品）

海外展開

木質系バイオマス

間伐材丸太チップおが屑，カンナ屑建築系（柱･･･）

単一樹種高純度混合物樹皮廃棄物

事業形態

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まとめ（今後の課題）１．バイオ燃料（バイオエタノール、BTLディーゼル等）の

導入シナリオの策定；

＝＞E10＆CO2：1％削減達成のためのインセンティブ

２．国内の地産地消バイオマス利活用スキームのアジア

展開モデルの構築；

＝＞開発輸入を前提としたバイオ燃料普及策の確立

3．国際競争力のあるバイオマス技術開発の選択と実証；

＝＞Biomass10（10％）への挑戦と実証シナリオ策定