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バイオマスエネルギー利用技術

(2001年『バイオマスエネルギー利用の最新技術』普及版)

商品コード: B0793

  • 監修: 湯川英明
  • 発行日: 2006年10月
  • 価格(税込): 4,968 円
  • 体裁: A5判、333ページ
  • ISBNコード: 978-4-88231-900-9

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刊行にあたって

 1999年8月クリントン米国前大統領により発表された「バイオマス利用に関する国家戦略研究」よりはや2年が経過した。その後、政権交代による研究費削減も心配されたほどではなく米国では着実に研究が進展している。ヨーロッパ諸国においてもバイオマス研究に対する従来の消極姿勢から積極的な研究開発へと大きくシフトしていく動きである。これに対し日本では残念ながら欧米、特に米国の姿勢に比較し“相当な対応の遅れ”を認めざるを得ない。まだバイオマスという言葉自体も一般的に認知されたといえない情況である。
 本書ではバイオマス利用に関する最新情況を第一線の研究者の方々により紹介するという大変意欲的な内容となっている。バイオマスの利用に関しエネルギーとしての利用を各論編Iにまとめた。続いてバイオマスを生物的変換技術により利用する際の最大の技術的課題である糖化分解技術を各論編IIに示した。この糖化分解における経済性ある技術確立の成否がバイオマス利用の大きな展開のKeyであり、様々な技術が各国で研究されてきたが決定打といえるものにはほど遠い情況にある。このため、地球環境の共通的な課題として今後は各国の協力による国際共同研究の実施が期待されている。
 バイオマス資源はエネルギー分野への利用以外にも多くの化学品製造原料として期待されている。本文中でも紹介されているが米国では今後の化学品需要の増加を全てバイオマス資源で対応しようという大変意欲的な計画を立てているほどである。各論編?、?で現在の研究最前線を紹介する。
 前世紀は我々人類が化石資源に依存した大量生産大量消費の時代であった。21世紀は限られた資源、再生可能資源による資源循環型の社会構造への変革が必須であり、バイオマス資源の効率的な利用技術確立には人類の未来が掛かっているといっても過言ではない。

 本書が読者の皆様のバイオマスへのご理解への一助となれば幸いである。
2001年8月  湯川英明

<普及版の刊行にあたって>
 本書は2001年8月に『バイオマスエネルギー利用の最新技術』として刊行されました。普及版の刊行にあたり、内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので、ご了承願います。

2006年10月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

湯川英明    (財)地球環境産業技術研究機構 微生物分子機能研究室 室長
美濃輪智朗    産業技術総合研究所 エネルギー利用研究部門 バイオマス研究グループ 主任研究員
小木知子    産業技術総合研究所 エネルギー利用研究部門 バイオマス研究グループ グループリーダー
         (現)(独)産業技術総合研究所 バイオマス研究センター コーディネータ
武野計二    三菱重工業(株) 技術本部 長崎研究所 主任
丹羽宣治    (財)地球環境産業技術研究機構 化学的CO2有効利用研究室 主席研究員
木田建次    熊本大学 工学部 物質生命化学科 教授
大内健二    月島機械(株) 産業プラント計画部 副部長
井上徹志    科学技術振興事業団 バイオリサイクルプロジェクト;理化学研究所 微生物学研究室
守屋繁春    科学技術振興事業団 バイオリサイクルプロジェクト;理化学研究所 微生物学研究室;横浜市立大学大学院
工藤俊章    科学技術振興事業団 バイオリサイクルプロジェクト;理化学研究所 微生物学研究室;横浜市立大学大学院
杉浦 純   王子製紙(株) 新技術研究所 上級研究員
坂 志朗   京都大学 大学院エネルギー科学研究科 エネルギー社会・環境科学専攻 教授
渡辺隆司    京都大学 木質科学研究所 助教授
         (現)京都大学 生存圏研究所 バイオマス変換分野 教授
横山益造    (財)地球環境産業技術研究機構 微生物分子機能研究室 主任研究員
大原誠資    森林総合研究所 樹木化学研究領域・樹木抽出成分研究室長
         (現)(独)森林総合研究所 バイオマス化学研究領域 領域長
石原光朗    森林総合研究所 微生物工学研究室長
         (現)(独)森林総合研究所 きのこ・微生物研究領域 研究領域長
坂井正康    長崎総合科学大学 人間環境学部 教授
山本博巳    (財)電力中央研究所 社会経済研究所 主任研究員

 執筆者の所属は、注記以外は2001年当時のものです。

目次

【総論編】
第1章 21世紀とバイオマス
1. はじめに
2. ポスト石油時代に向けて
3. バイオマス利用の今昔
4. 使えるバイオマス量はどの程度か
5. 生物資源活用への具体的提言
6. おわりに

第2章 バイオマスの高度利用
1. リグノセルロース資源と利用の対象となる成分
2. 変換の形態
2.1 全体利用と成分利用
2.2 生産物
2.2.1 バルク素材
2.2.2 エネルギー物質
2.2.3 化成品
2.3 変換プロセス

第3章 米国にみる科学戦略とバイオマス
1. はじめに
1.1 クリントン前大統領演説の衝撃
1.2 資源量としてのバイオマス
2. 大統領演説の骨子
2.1 研究成果目標
3. 大統領演説の背景
3.1 ベンチャー企業の誕生
4. バイオマス資源を如何に利用するのか?
4.1 エタノール製造計画
4.2 関連技術
5. おわりに
 
【各論編Ⅰ エネルギー利用技術】
第1章 化学的変換技術体系
1. 直接燃焼
1.1 焼却炉形式
1.2 高効率熱回収
1.3 実施例
1.4 国内資源量
1.5 今後の展望

2. 直接液化反応
2.1 バイオマスの熱化学的変換反応の概要
2.2 直接液化反応の概要
2.2.1 直接液化反応の機構
2.2.2 液化反応研究の沿革
2.2.3 NIRE直接液化プロセスの概要
2.3 その他の高圧プロセス

3. ガス化技術
3.1 バイオマスガス化反応機構の特徴
3.2 ガス化プロセスの分類と特徴
3.3 ガス化法
3.4 実用化状況
3.5 熱分解ガス化溶融方式

4. メタノール製造システムの概念設計とその評価
4.1 はじめに
4.2 北海道勇払・日高地区の概況
4.3 システム全体フローの設定
4.4 エネルギー・物質収支およびCO2排出原単位
4.5 メタノール製造コスト
4.6 地域への経済効果
4.7 おわりに―未利用人工林バイオマス資源の活用について

第2章 生物的変換技術
1. メタン製造
1.1 はじめに
1.2 メタン発酵とは
1.2.1 メタン発酵の機構
1.2.2 反応速度の向上
1.2.3 日本における廃水処理技術としてのメタン発酵の普及
1.3 生物系廃棄物のメタン発酵によるサーマルリサイクル
1.3.1 エネルギー生産からみたメタン発酵
1.3.2 ドイツにおける有機系廃棄物のリサイクルシステム
1.3.3 日本における有機系廃棄物のメタン発酵処理の現状
1.3.4 バイオガスの燃料電池への利用
1.4 リグノセルロース系バイオマスとしてのコーヒー粕の二相式スラリー状メタン発酵法によるサーマルリサイクル
1.4.1 単相式および二相式メタン発酵によるコーヒー粕の処理
1.4.2 反応速度向上のための検討
1.4.3 液化反応槽およびガス化反応槽容積比の検討
1.4.4 二相式スラリー状メタン発酵における物質収支
1.5 将来の展望

2. エタノール製造
2.1 はじめに
2.2 米国に見るエタノール「市場」の現状と将来
2.2.1 燃料用エタノール市場の現状
2.2.2 技術革新によるコスト低下予測
2.2.3 エタノールへの追い風―MTBE代替用途への期待
2.2.4 自動車業界の動向
2.3 エタノール製造技術の変遷
2.3.1 「醸造法」によるエタノール製造
2.3.2 酵母以外の自然微生物による製造
2.4 「工業的微生物」によるエタノール製造研究
2.5 われわれの試み-新規技術コンセプト
2.6 おわりに

【各論編II バイオマス糖化分解技術】
第1章 物理・化学的糖化分解
1. はじめに
2. 前処理方法
2.1 物理的前処理法
2.2 化学的前処理法
2.3 微生物的前処理法
3. 酸糖化
3.1 希硫酸法
3.2 濃酸法
3.3 濃塩酸法
4. 最近の酸糖化法による商業化プラント建設の動向

第2章 生物学的分解
1. シロアリ共生系と新規糖化プロセスへの夢―バイオマスリサイクルの隠れた主役―
1.1 生態系の分解者としてシロアリ
1.2 多様なシロアリ共生系
1.3 多重な共生による植物枯死体の利用
1.4 下等シロアリ共生系
1.5 キノコシロアリ共生系
1.6 共生系解明の今後の展望
1.7 バイオマス利用の将来像

2. 生物学的リグニン除去によるセルロースの生産
2.1 はじめに
2.2 リグノセルロース資源
2.3 リグニンの除去とセルロースの分離
2.3.1 化学的処理
2.3.2 物理的および物理化学的方法
2.3.3 生物的処理とリグニンの分解
2.4 おわりに

3. バイオマスの酵素糖化
3.1 バイオマスの種類と化学成分
3.1.1 利用可能なバイオマス資源
3.1.2 木質系バイオマス
3.1.3 草本系バイオマス
3.1.4 セルロースの構造
3.2 バイオマスの酵素糖化法
3.3 バイオマスの前処理による糖化の促進
3.3.1 原料の微細化
3.3.2 アルカリ前処理法
3.3.3 希酸前処理法
3.3.4 蒸煮爆砕法
3.3.5 Ammonia Freeze Explosion(AFEX)
3.3.6 その他の前処理法
3.3.7 前処理法の効果
3.3.8 前処理としての紙の製造法
3.4 酵素糖化の促進
3.5 バイオマス資源の前処理・糖化の将来展望
3.5.1 酵素比活性の改善
3.5.2 酵素生産のコストの低減
3.5.3 酵素糖化工程の改善
3.6 まとめ

第3章 超臨界流体分解
1. 超臨界水分解
1.1 超臨界水、亜臨界水とは
1.2 超臨界水・亜臨界水条件下でのバイオマスの反応
1.3 超臨界水・亜臨界水を用いたバイオマスの糖化方法
1.4 今後の展望

2. 超臨界メタノールによる木質系バイオマスの化学変換
2.1 はじめに
2.2 超臨界流体とは
2.3 バッチ型および流通型超臨界流体バイオマス分解装置
2.4 超臨界メタノールによるセルロースの分解
2.5 超臨界メタノールによる木材の分解
2.6 おわりに

【各論編III バイオプロダクト】
第1章 高分子製造
1. リグニン系高分子材料の製造
1.1 リグニン系高分子材料
1.2 フェノール・濃酸2相分離反応によるリグニンの分離と機能化
1.3 低エストロゲン性高分子材料としてのリグニン誘導体の開発
1.4 微生物および酵素反応を利用した木質成形材料の製造
1.4.1 ラッカーゼおよびペルオキシダーゼを利用した木質成形材料の製造
1.4.2 リグニン分解菌を利用したケミカルスフリーなプラスチック様木質成形材料の製造

2. セルロース系高分子材料の製造
2.1 はじめに
2.2 セルロース系高分子の有用材料化
2.2.1 化学修飾材料
2.2.2 複合化材料
2.3 単糖、オリゴ糖からの高分子材料
2.3.1 糖類の主鎖構造型高分子材料
2.3.2 糖類の側鎖構造型高分子材料
2.4 おわりに

第2章 バイオマスリファイナリー
1. バイオマスからの有用ケミカルスの生産
2. 生物・化学変換を組み込んだ木質系バイオマスリファイナリー
2.1 セロオリゴ糖誘導体の生産
2.2 リグノセルロース資源からの有機酸の生産
2.3 単糖、オリゴ糖および糖アルコールの酵素的エステル化反応
2.4 バイオマスからの生分解性プラスチックPHAの生産
2.5 植物性油脂の変換
2.6 酸化還元反応によるグルコースの変換
2.7 グルコースの異性化反応

第3章 バイオ新素材
1. はじめに
2. トリテルペン
2.1 ベチュリン
2.2 ベチュリン酸
2.3 トリテルペン配糖体
3. フラボノイド
4. タンニン
4.1 分布、含有量
4.2 タンニンの有用機能
4.3 タンニンの利用技術

第4章 木質系バイオマスからキシロオリゴ糖の製造
1. はじめに
2. 木材のヘミセルロース
3. 木材キシランの抽出方法
4. キシランからのキシロオリゴ糖への変換方法
4.1 広葉樹キシランから酵素分解によって生産されるキシロオリゴ糖
4.2 広葉樹キシランから煮沸処理によって生産されるキシロオリゴ糖
5. 糖質と機能
5.1 機能性食品素材としてのキシロオリゴ糖
5.2 キシロオリゴ糖の植物に対する生長促進機能
6. おわりに

【各論編IV バイオマス利用】
第1章 ガス化メタノール製造
1. バイオマスを原料としたメタノール製造
2. メタノール製造の基本工程
3. 合成ガス製造工程
4. 合成ガスの組成とメタノール収率
5. メタノールの合成工程
6. 粗メタノールの精製
7. メタノール燃料の特徴
8. メタノール車への利用
9. バイオメタノールの燃料の利点

第2章 エタノール燃料自動車
1. はじめに
2. エタノール燃料
2.1 エタノール燃料の種類
2.2 エタノール燃料エンジン特性
2.3 エタノール燃料排気ガス特性
3. 各国のエタノール燃料普及状況
3.1 アメリカの状況
3.2 ブラジルの状況
4. おわりに

第3章 バイオマス発電
1. 直接燃焼蒸気発電
1.1 概要
1.1.1 直接燃焼
1.1.2 蒸気サイクル
1.1.3 CHP
1.2 開発見通し
1.3 先進事例
1.3.1 養鶏所廃棄物燃料・直接燃焼蒸気発電(Eye、イギリス)
1.3.2 木質廃棄物燃料CHP(Forssa、フィンランド)
2. 混焼発電
2.1 概要
2.2 開発見通し
2.3 先進事例
2.3.1 バイオマスガス化・微粉炭火力混焼プラント(Lahti、フィンランド)
2.3.2 バイオマス・ピート混焼プラント(Pietarsaari、フィンランド)
3. ガス化発電
3.1 概要
3.1.1 バイオマスガス化
3.1.2 発電
3.2 開発見通し
3.3 先進事例
3.3.1 バイオマスガス化複合発電CHP(Vaernamo、スウェーデン)
3.3.2 バイオマスガス化複合発電(Eggborough、イギリス)

【資料編】
参考資料
1. 用語、略語集
2. 数値単位・換算集
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