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バイオリファイナリー技術の工業最前線―自動車用バイオ燃料の技術開発―

  • Industrial Technologies of Bio-Refinery for Automobile Biofuel
★ 「バイオリファイナリー」における本格的な技術書!
★ 国内の地方自治体および企業の取り組みを紹介!
★ 米国、ブラジル、EUなどの諸外国におけるバイオ燃料を詳細!

商品コード: T0611

  • 監修: 湯川英明
  • 発行日: 2008年2月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判、314ページ
  • ISBNコード: 978-4-88231-996-2
こちらの書籍については、お問い合わせください。
  • バイオエタノール,トウモロコシ,ブラジル,EU,濃硫酸,バイオディーゼル,京都市,バイオガソリン,発酵,超臨界

刊行にあたって

 昨年は、地球温暖化とバイオフューエル(バイオ燃料)が世界的な注目を集めた年であった。ノーベル平和賞がゴア前米副大統領と国連気候変動に関する政府間パネル(IPCC)の両者に授与され、インドネシア・バリ島では地球温暖化防止を話し合う国連気候変動枠組み条約締約国会議(COP13)が開催された。この会議では、全てのCO2排出国による排出削減の枠組づくりを2013年以降どのように進めていくが焦点になった。いずれにしろ、今後、先進国は更なる大幅削減が求められるのは必須な環境政治状況となっている。
 この状況をビジネスチャンスと捉え、革新的な環境対策の技術開発を目指すと言うのがグローバルに活動する企業の共通認識となっている。このような状況の中、注目を集めているのが再生可能資源であるバイオマスを原料とする新規産業技術『バイオリファイナリー』である。とりわけ、市場規模が巨大となる『自動車用バイオ燃料』に対する視線は熱い。
 一方で、バイオリファイナリーに対する影の部分も大きく取り上げられている。世界各国で開催されている関連の学会等では、バイオマスのカテゴリーを明確に区別し取り上げている。すなわち、穀物系、つまりFOODとなすバイオマスからの生産に対しては、サステイナビリティーがないとの批判の高まりより、今後の生産には、非可食性バイオマス(セルロース系)を原料とする生産を前提とし、さらに、LCA等によるサステイナビリティー基準が設定されていく状況である。とくにEUはこの方針をより明確とすべく早期に政策的に誘導することを表明している。しばしば見かける興味深い情景を紹介しよう。EU政府関係者によるバイオ燃料関連のシンポジウム等での講演後、会場より、「EUがあまり厳しい規制を行うと、米国企業や、今後はアジアの企業との競争に負ける懸念がある」との指摘がなされるが、「厳しい基準をクリアすることにより、世界に通用する環境技術となる。短期的な勝敗は重視しない」と厳しい反応が返ってくるのである
 本書の発行の狙いは、バイオリファイナリーの新産業技術としての革新性、その規模の大きさと共に、CSRとして重要な“影の理解”を含めて、技術面、経済社会面を総合的に取り上げた点にある。さらに、現在のバイオリファイナリーのそもそもの“旗手”である米国の“国家戦略”を紹介している。
 当然のこととして、影の解決には革新技術確立が必須であり、この点において、わが国の研究最前線の研究者の皆様のご協力により、研究状況を網羅的にご紹介できることは読者の皆様にとって重要な情報源となると確信する。
 バイオブタノールに見られるような自動車及び、航空機用バイオ燃料に関する研究開発競争は今後ますます激烈なものになると予想されるが、わが国発の革新技術により、地球温暖化対策に大きく貢献することを願ってやまない。
(「はじめに」より)

2008年2月  (財)地球環境産業技術研究機構 湯川英明

著者一覧

湯川英明   (財)地球環境産業技術研究機構(RITE) 微生物研究グループ 理事,グループリーダー
横山益造   (財)地球環境産業技術研究機構(RITE) 微生物研究グループ 主任研究員
村上嘉孝   (財)地球環境産業技術研究機構(RITE) 企画調査広報グループ サブリーダー
三谷 優   サッポロビール(株) 価値創造フロンティア研究所 研究主幹
徳若正純   農林水産省 大臣官房 環境バイオマス政策課 バイオマス推進室 企画専門職
寺島義文   (独)農業・食品産業技術総合研究機構 九州沖縄農業研究センター バイオマス・資源作物開発チーム 研究員
小原 聡   アサヒビール(株) 豊かさ創造研究所 副課長
石井 茂   岡山県産業労働部 新産業推進課 課長
種田大介   日揮(株) 技術開発部 主任研究員
中村一夫   京都市環境局 施設整備課兼職循環企画課 課長;(財)京都高度技術研究所 研究部長;京都大学 大学院エネルギー科学研究科 准教授
関口静雄   ライオン(株) 研究開発本部 企画管理部 副主席研究員
福田秀樹   神戸大学 自然科学系先端融合研究環長 教授
千田二郎   同志社大学 工学部 教授
古志秀人   石油連盟 技術環境安全部 部長
渡辺隆司   京都大学 生存圏研究所 生存圏診断統御研究系 バイオマス変換分野 教授
木田建次   熊本大学大学院 自然科学研究科 工学系 教授
近藤昭彦   神戸大学大学院 工学研究科 応用化学専攻 教授
簗瀬英司   鳥取大学 工学部 生物応用工学科 教授
青木克裕   (株)物産ナノテク研究所 技術推進室 室長
中根 堯   (株)物産ナノテク研究所 技術開発本部 本部長
坂 志朗   京都大学 エネルギー科学研究科 教授
小山 成   新日本石油(株) 中央技術研究所 燃料研究所 燃料油グループ シニアスタッフ
沖野祥平   (財)地球環境産業技術研究機構(RITE) 微生物研究グループ 研究員
吉田章人   (財)地球環境産業技術研究機構(RITE) 微生物研究グループ 研究員;シャープ(株) 技術本部 先端エネルギー技術研究所 第1研究室 主事

目次

【第1篇 バイオリファイナリーとバイオ燃料】
第1章 バイオリファイナリー基本コンセプト
1. バイオリファイナリーとは
1.1 バイオリファイナリー構築の背景
1.1.1 地球環境の現状と将来
1.1.2 海外の化石資源に依存した我が国の社会
1.2 持続可能な社会構造へ
1.3 石油リファイナリーとバイオリファイナリー
2. バイオリファイナリーを構築する五大研究開発分野
2.1 米国のバイオリファイナリー発展の歴史
2.1.1 クリントン政権
2.1.2 ブッシュ政権
2.2 バイオリファイナリー構築のための5つの重点開発分野
2.2.1 バイオマス資源
2.2.2 バイオマスの糖類への原料変換技術
2.2.3 バイオマスの熱化学変換技術
2.2.4 バイオ燃料、有用化学品等の生産技術
2.2.5 生産製品群のシステム化と市場展開

第2章 バイオリファイナリーからの化学製品とエネルギー製品
1. 化学製品
2. エネルギー製品
2.1 自動車用バイオ燃料
2.1.1 バイオエタノール
2.1.2 バイオブタノール
2.2 ブタノールの物性と燃料特性
2.2.1 ブタノールの物性
2.2.2 ブタノールの燃料特性
2.3 ブタノールの製造技術とその課題
2.3.1 バイオ法によるブタノール生産の歴史
2.3.2 微生物によるブタノール生産
2.3.3 ABE発酵による実生産に向けた研究
2.3.4 今後の研究開発動向
2.4 バイオディーゼル
2.4.1 FAME生成化学反応とバイオディーゼル特性
2.4.2 バイオディーゼルの普及状況
2.4.3 バイオディーゼル進展の課題
2.4.4 財政支援の有効性
2.4.5 原料資源の地域偏在

第3章 バイオエタノールと地球温暖化問題
1. バイオエタノール製造の意義―LCA解析(エネルギー効率およびGHG削減効果)―
2. バイオエタノール製造のエネルギー効率
2.1 ネガティブエネルギー効率論
2.2 ポジティブエネルギー効率論(その1)
2.3 ポジティブエネルギー効率論(その2)
2.4 エネルギー効率に関する総括的解析結果
3. バイオエタノールのGHG削減効果

第4章 バイオリファイナリーの「光と影」
1. はじめに
2. 食料との競合
2.1 トウモロコシ価格の高騰
2.2 他の食糧市場への波紋
3. 環境破壊
4. “労働条件”への批判
5. 持続可能な発展へ向けて
5.1 セルロース系バイオリファイナリー技術の開発
5.2 バイオブタノール製法への挑戦

【第2篇 諸外国におけるバイオ燃料の普及開発動向】
第1章 米国におけるバイオ燃料
1. はじめに
2. コーン原料バイオエタノール
2.1 製造技術
2.2 製造コスト
2.3 今後の動向―原料転換(可食資源から非食資源利用へ)―
3. リグノセルロース原料バイオエタノール
3.1 技術開発動向
3.1.1 効率的な前処理技術開発
3.1.2 低コスト糖化酵素の生産技術開発
3.1.3 高生産性発酵技術の開発
3.2 目標製造コスト

第2章 ブラジルにおけるバイオ燃料―サトウキビからのバイオエタノール―
1. 生産動向
1.1 燃料エタノール政策の系譜とエタノール生産量の拡大
1.2 エタノール生産地域とエタノール生産の事業収支
2. 生産技術
2.1 サトウキビ生産技術
2.2 エタノール生産プロセスの概要
2.3 サトウキビ搾汁・糖液清澄化プロセスと製糖プロセスの概要
2.4 エタノール蒸留と蒸留排液の処理
2.5 農業廃棄物について
2.6 工程用水
3. 燃料エタノールと自動車市場
3.1 製品エタノールと流通
3.2 燃料エタノール生産における政府の役割
3.3 フレックスフューエル車

第3章 EUにおけるバイオ燃料
1. はじめに
2. 政策目標
3. バイオ燃料生産および普及の現状
4. バイオ燃料研究開発への財政支援

【第3篇 日本におけるバイオ燃料の取り組み状況】
―バイオエタノール―
第1章 国としての取り組み「国産バイオ燃料の大幅な生産拡大」バイオマス・ニッポン総合戦略推進会議報告書
1. はじめに
2. 我が国におけるバイオマスの賦存量
3. 我が国および諸外国におけるバイオ燃料の現状
4. 国産バイオ燃料の大幅な生産拡大のための課題・検討事項
4.1 技術面での課題
4.2 制度面等での課題
5. 国産バイオ燃料の大幅な生産拡大のための工程表
5.1 当面の取り組み
5.2 中長期的な取り組み
6. おわりに

第2章 地方自治体および企業の取り組み
1. 沖縄・伊江島におけるバイオエタノール生産の取り組み
1.1 サトウキビからのエタノール生産
1.2 伊江島における新しいエタノール生産の取り組み
1.2.1 新しいサトウキビ原料の特徴
1.2.2 新しいエタノール生産プロセスの特徴
1.2.3 「伊江島バイオマスアイランド構想」の概要
1.3 今後の展望

2. 岡山グリーンバイオ・プロジェクト

3. 濃硫酸法バイオエタノール製造プロセス(日揮株式会社)
3.1 はじめに
3.2 濃硫酸法の基本原理と特徴
3.3 濃硫酸法バイオエタノール製造プロセス
3.3.1 酸加水分解装置
3.3.2 硫酸・糖分離装置
3.3.3 発酵装置
3.4 実験結果
3.4.1 可溶化装置の糖回収率
3.4.2 単糖の過分解率
3.4.3 酸糖化液の組成
3.4.4 連続式発酵装置
3.5 エタノール収率
3.6 今後の課題

―バイオディーゼル―
第3章 バイオディーゼル燃料の現状と課題―京都市の取組み状況と今後の課題―
1. はじめに
2. バイオディーゼル燃料化事業の意義と今後の課題
3. 家庭系廃食用油の回収の現状と課題
4. バイオディーゼル燃料の製造の現状と課題
4.1 バイオディーゼル燃料の原料についての課題
4.2 バイオディーゼル燃料の精製工程での課題
4.3 バイオディーゼル燃料の性状面での課題
5. 車両影響に関する現状と課題
5.1 短期的影響についての現状と課題
5.2 長期的影響についての現状と課題
5.3 自動車メーカーの保証の現状と課題
6. バイオディーゼル燃料の品質規格と今後の排ガス規制への対応と課題
6.1 バイオディーゼル燃料の品質規格
6.2 今後の排ガス規制への対応と課題
7. バイオディーゼル燃料についての国および海外の最近の動向
7.1 国の動向
7.2 海外における動向
8. バイオディーゼル燃料の普及拡大に向けて

第4章 バイオディーゼル燃料の製造法と品質
1. はじめに
2. BDF原料
3. BDFの製造プロセス
3.1 前処理工程
3.2 エステル交換工程
3.3 BDF精製工程
3.4 BDFの性状
4. BDFの酸化安定性と不純物
5. BDF製造プロセスと不純物の推移
6. パームBDFの製造プロセス
 
第5章 バイオディーゼル燃料の生産技術
1. はじめに
2. 微生物細胞内リパーゼ酵素を利用する方法
2.1 糸状菌Rhizopus oryzaeを利用する方法
2.2 R.oryzaeが生産するリパーゼの種類および局在性
2.3 ROLの生合成機構
2.4 膜局在型ROLの量とメタノリシス活性の相関性
2.5 バイオリアクターを用いたBDF生産
3. 細胞表層提示リパーゼ酵素を利用する方法
3.1 細胞表層提示技術
3.2 表層提示用プラスミドおよび宿主酵母
3.3 表層提示酵母によるメタノリシス反応
4. おわりに

第6章 バイオディーゼル機関における燃焼過程
1. はじめに
2. 供試燃料
3. 実験
3.1 着火・燃焼特性
3.1.1 実験装置および条件
3.1.2 直接撮影法
3.1.3 画像二色法
3.1.4 レーザ誘起赤熱法
3.2 機関性能および排気特性
3.2.1 実験装置および条件
4. 実験結果および考察
4.1 着火および燃焼特性
4.1.1 筒内指圧線図解析
4.1.2 直接撮影法
4.1.3 画像二色法による火炎温度解析
4.1.4 LIIによる噴霧火炎内のすす生成特性
4.1.5 機関性能および排気特性
5. おわりに

【第4篇 日本の自動車業界から見たバイオ燃料】
バイオガソリン導入の取り組みについて
1. はじめに
2. 石油業界のバイオエタノール導入方針
3. 実証事業の概要
4. バイオガソリン供給に当たっての課題
4.1 バイオエタノールの確保
4.2 バイオETBEの確保
4.3 JBSLの設立
5. バイオETBEの活用
5.1 国における検討
5.2 品質確保への対応
5.3 大気環境や自動車の実用性能への影響
5.4 ETBEの化学物質としてのリスク対策
6. 今後の展開

【第5篇 日本におけるバイオ燃料開発の研究状況】
第1章 発酵技術の最前線
1. 微生物機能を用いたバイオマス前処理技術開発
1.1 バイオマスの糖化・発酵前処理
1.2 バイオマス前処理に適した木材腐朽様式
1.3 木材腐朽菌による飼料化前処理
1.4 木材腐朽菌を用いた糖化・発酵前処理
1.5 白色腐朽菌のリグニン分解の選択性の制御
1.6 微生物コンソーシアムを用いたバイオマス分解
1.7 微生物を用いたバイオマス前処理の展望

2. エタノール発酵微生物の開発
2.1 凝集性酵母によるエタノール発酵
2.1.1 はじめに
2.1.2 エタノール発酵プロセスの変遷と問題点
2.1.3 当研究室での燃料用バイオエタノール製造に関する研究
2.1.4 今後の展望
2.2 アーミング酵母によるエタノール発酵
2.2.1 はじめに
2.2.2 リグノセルロースからのバイオエタノールの生産
2.2.3 今後の発展を考える上での方向性―コンソリデーティッドバイオプロセス(CBP)―
2.2.4 微生物によるバイオマス変換におけるキーテクノロジー―アーミング技術―
2.2.5 リグノセルロース系バイオマスからのバイオエタノール生産
2.2.6 アーミング酵母を用いたリグノセルロースからのバイオエタノール生産例
2.2.7 デンプン系バイオマスからのバイオエタノール生産
2.2.8 おわりに
2.3 ザイモモナス菌によるエタノール発酵
2.3.1 はじめに
2.3.2 菌学的性質
2.3.3 エタノール発酵機構と特性
2.3.4 全ゲノム解析と糖代謝関連遺伝子
2.3.5 代謝工学的育種技術による発酵性糖種の拡大
2.3.6 廃木材やコーンストーバからのバイオエタノール製造
2.3.7 今後の展望

3. 濃縮・脱水技術開発
3.1 はじめに
3.2 ゼオライト膜の構造
3.3 脱水原理と機構
3.4 モジュールとその基本レイアウト
3.5 脱水性能
3.6 シミュレーション・モデル
3.7 商業生産用膜脱水プラント
3.8 濃縮・脱水プロセスの省エネルギー化
3.9 おわりに

第2章 バイオディーゼル
1. 超臨界メタノールによるバイオディーゼル
1.1 はじめに
1.2 既存のバイオディーゼル燃料製造技術
1.3 Saka法(一段階超臨界メタノール法)によるバイオディーゼル燃料製造技術
1.4 Saka-Dandan法(二段階超臨界メタノール法)によるバイオディーゼル燃料製造技術
1.5 バイオディーゼル燃料の品質規格

2. 水素化改質法バイオディーゼルの開発
2.1 背景・目的
2.2 予備実験(減圧軽油(VGO)との混合水素化処理実験)
2.2.1 原料油および処理条件
2.2.2 水素化分解反応性
2.2.3 生成油選択性と性状
2.3 パーム油ニート(100%)水素化処理実験
2.3.1 原料油および処理条件
2.3.2 実験結果
2.4 パーム油水素化処理のLCA評価
2.5 まとめ

【第6篇 RITEにおけるバイオ燃料開発の取り組み】
第1章 バイオエタノール
1. はじめに
2. RITE独自技術「RITEバイオプロセス」
2.1 従来のバイオプロセスの問題点
2.2 RITEバイオプロセス
3. RITEバイオプロセスで用いられる遺伝子工学的改良コリネ型細菌
4. (C6糖類/C5糖類)混合糖液に対して優れた同時資化性能を有するコリネ型細菌
5. RITEバイオプロセス開発を支える基盤研究の実施

第2章 バイオブタノール
1. はじめに
2. 従来技術によるバイオエタノール製造方法(ABE発酵法)
3. 選択的ブタノール生成代謝系の組み込まれた微生物によるバイオブタノール製造方法

第3章 バイオ水素
1. バイオ水素開発の一般動向
2. 微生物を利用した水素生産プロセス
2.1 蟻酸を原料とするバイオ水素
2.2 菌体の触媒的利用による新規バイオプロセス
2.3 グルコースからの水素生産
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