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微細藻類によるエネルギー生産と事業展望(普及版)

  • Technology of Microalgal Energy Production and its Business Prospect(Popular Edition)
  • NEW
2012年刊「微細藻類によるエネルギー生産と事業展望」の普及版!バイオマスエネルギーとしての微細藻類に焦点を絞り、遺伝子組換え技術や培養、エネルギー変換までの一連の技術と実証実験やビジネスモデル、政策などを紹介!

商品コード: B1269

  • 監修: 竹山春子
  • 発行日: 2019年1月16日
  • 価格(税込): 6,804 円
  • 体裁: B5判、261ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-1306-1

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  • ▼内容:微細藻類 / 分類と系統解析 / ゲノム解析 / メタボロミクス / CO2濃縮機構

刊行にあたって

地球温暖化とともに石油・石炭に依存しない社会の構築が急務とされ,それに資するための研究開発,インフラ作り,社会コンセンサスの構築等に世界規模でのかじ取りがされてきた。しかしながら,研究の面を垣間見ると,数十年おきに大きな波が起こるが,必ずしも長続きはぜず,まるでファッションのようにその熱も浮き沈みを繰り返してきている。しかしながら,研究の成果は着実に積み重ねられており,現時点では,様々なサイエンスの発展とともに必要な技術開発も高いレベルへと押し上げられてきた。
私たちの生活を支える身の周りの製品の開発には,省エネを達成するための多くの知恵が導入され,更なる省エネルギー社会への階段を上りつつある。それとともに,一般生活や産業を支えるために必要なエネルギー生産への自然エネルギー活用の重要性が指摘され,エネルギーの多様化が少しずつ進みつつある。その中で,バイオ燃料が大きな注目を集めている。ブラジルではバイオエタノールが実用化されており,アメリカではセキュリティーという意味合いが色濃く根底に流れる中,バイオエネルギー政策が産官学で推進されている。生産コストやバイオマス資源確保の課題があるが,全世界でその国の事情に合わせた研究開発が進んでいる。石油・石炭の化石燃料すべてをバイオ燃料で代替することは不可能であるが,中長期的な視野で着実に実用化を目指して進めていくことが重要である。
日本でも政府主導でバイオ燃料のプログラムが推進されてきたが,バイオマス資源確保や高コスト等の課題から研究開発に逆風が吹き始めつつあったところ,東日本大震災による原子力発電の大事故が発生した。原子力の安全性に対する危機感が日本だけでなく全世界に吹き荒れ,これをきっかけに脱原子力のための再生可能エネルギーの一つであるバイオ燃料への期待度が復活したように思われる。
光合成によって二酸化炭素を固定して成長する植物をカーボンニュートラルなバイオマス資源としてエネルギーを生産することが推し進められている。このカーボンニュートラルの考え方には,厳密には植物の生産・利用にかかるすべてのエネルギーを考慮して評価すること(ライフサイクルアセスメント)が必要である。現在のバイオマス燃料生産は,再生可能エネルギーを用いない限り厳密にはカーボンニュートラルなものとは言えないが,将来的にはそれが達成されるものと期待されている。バイオマス資源としては,生産性の高い微細藻類に期待がかけられている。特に,日本のような国土の小さい国におけるバイオマス生産においては,海洋域(日本の排他的経済水域面積は世界第6位)等を生産の場として有効に活用することが必要であろう。今回出版にあたってはこのような微細藻類に焦点をあててその生産と事業展望に関して,多くの先生方から執筆をいただいた。微細藻類の生理学,エネルギー生産に向けた分子生物学,培養工学,エネルギー生産技術,さらにはシステム開発と実証実験,国内外の藻類バイオマス情勢と海洋利用のための政策等の幅広い視点に立った内容を先生方のご協力のもと盛り込むことができた。
今後のこの分野の発展に是非この本が貢献できればと願っている。

2012年7月
早稲田大学  
竹山春子

<普及版の刊行にあたって>

 本書は2012年に『微細藻類によるエネルギー生産と事業展望』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、ご了承ください。

2019年1月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

竹山春子   早稲田大学
川井浩史   神戸大学 
中山剛    筑波大学
得平茂樹   中央大学 
大森正之   中央大学 
馬場健史   大阪大学 
山野隆志   京都大学 
福澤秀哉   京都大学 
宮下英明   京都大学 
馬場将人   筑波大学 
白岩善博   筑波大学 
岡田茂    東京大学 
田中剛    東京農工大学
吉野知子   東京農工大学 
藏野憲秀   (株)デンソー 
萩原大祐   (株)デンソー 
今村壮輔   中央大学 
原山重明   中央大学 
増川一    (独)科学技術振興機構 
北島正治   神奈川大学
櫻井英博   神奈川大学 
井上和仁   神奈川大学 
天尾豊    大分大学 
増田篤稔   ヤンマー(株) 
松本光史   電源開発(株) 
佐藤朗    ヤマハ発動機(株) 
一井京之助  ヤマハ発動機(株) 
島村智子   高知大学 
受田浩之   高知大学 
竹中裕行   マイクロアルジェコーポレーション(株)
小嶋勝博   東京農工大学 
早出広司   東京農工大学
蓮沼誠久   神戸大学 
近藤昭彦   神戸大学大学院 
石井孝定   大阪府立大学 
モリテツシ  早稲田大学 
植田充美   京都大学 
徳弘健郎   (株)豊田中央研究所 
村本伸彦   (株)豊田中央研究所 
今村千絵   (株)豊田中央研究所
関根啓藏   (株)関根産業 
岡島いづみ  静岡大学 
佐古猛    静岡大学 
七條保治   新日鐵化学(株) 
岡崎奈津子  新日鐵化学(株) 
多田羅昌浩  鹿島建設(株) 
岡島博司   トヨタ自動車(株) 
千田二郎   同志社大学 
松浦貴    同志社大学大学院 
Michael Lakeman  Boeing Commercial Airplanes
冷牟田修一  出光興産(株) 
須田彰一郎  琉球大学 
秋庸裕    広島大学 
若山樹    国際石油開発帝石(株) 
中村元洋   経済産業省 資源エネルギー庁 
寺島紘士   海洋政策研究財団 

執筆者の所属表記は、2012年当時のものを使用しております。

目次

【第I編 微細藻類の基礎】
第1章 分類と系統解析 
1 はじめに
2 藻類の誕生,進化と系統

第2章 藍藻(シアノバクテリア)のゲノム解析と生理機能 
1 藍藻(シアノバクテリア)
2 藍藻ゲノム
3 藍藻の形質転換
4 藍藻の生理機能と遺伝子
4.1 乾燥耐性機能の分子生物学的解明
4.2 細胞内信号伝達系遺伝子の改変による代謝の制御
5 藍藻ゲノム情報の応用利用
5.1 比較ゲノム解析によるアルカン生合成経路の同定
5.2 ポストゲノム解析を利用した代謝改変

第3章 脂溶性代謝物プロファイリング(脂質メタボロミクス)
1 はじめに
2 脂質プロファイリング法の概論
3 ダイレクトインフュージョンMSによる脂質プロファイリング
4 LC/MSによる脂質プロファイリング
5 脂質メタボロミクスにおけるデータ解析
6 SFC/MSを用いた新規脂質プロファイリングシステム
7 おわりに

第4章 微細藻類のCO2濃縮機構―モデル緑藻におけるゲノム発現情報の利用― 
1 はじめに
2 CO2濃縮のモデル生物としての緑藻クラミドモナス
3 CO2濃縮機構(CCM)
4 真核藻類のCCM
5 ピレノイド
6 ゲノム発現情報を利用したクラミドモナスCCM遺伝子の探索
7 CCMの調節機構
8 おわりに

第5章 微細藻類の多様性と有用藻類の探索・収集
1 はじめに
2 微細藻類の大量培養方式
3 藻類の大量培養において藻類に要求される能力
4 エネルギー生産と藻類
5 藻類バイオディーゼル生産コスト削減に向けた藻類株選抜
6 藻類の分離戦略
7 おわりに

【第Ⅱ編 機能設計と改変技術】
第6章 藻類の脂質代謝経路とその応用 
1 はじめに
2 脂質
3 多くの生物が合成する脂質
3.1 脂肪酸合成経路
3.2 脂肪酸伸長経路
3.3 ポリケチド合成経路
3.4 テルペノイド合成経路
4 一部の生物特有の脂質
4.1 ハプト藻のアルケノン類
4.2 ラン藻アナベナの糖脂質
4.3 バクテリアのオレフィン系炭化水素
4.4 偶数脂肪族炭化水素
5 環境条件による脂質合成および蓄積の促進
6 中性脂質の代謝
6.1 脂質の細胞内蓄積と分解
6.2 脂質の細胞外への放出
7 藻類の脂質合成経路を応用する際の留意点

第7章 ボツリオコッカスの炭化水素合成経路の解明 
1 Botryococcus brauniiとは
2 A品種における炭化水素とその関連化合物
3 B品種における炭化水素とその関連化合物
4 B品種のトリテルペン系炭化水素生合成メカニズム

第8章 オミクス解析を用いた代謝経路の解明と遺伝子組換えによる高効率トリグリセリド生産株の作製 
1 はじめに
2 トリグリセリドを高生産する微細藻類
3 微細藻類のオミクス解析とトリグリセリド代謝経路の解明
4 微細藻類の遺伝子組換えによるトリグリセリド生産の向上
4.1 微細藻類における遺伝子組換え技術
4.2 遺伝子ノックインまたはノックダウンによるトリグリセリド生産性の向上
5 おわりに

第9章 軽油生産能を有する単細胞緑藻の生産性向上 
1 はじめに
2 実用的な藻株を分子育種することの重要性
3 実用的な藻株を分子育種する際の課題
4 P. ellipsoideaの形質転換の取り組み
5 油分蓄積量をいかに増大させるか
6 おわりに

第10章 ラン藻の窒素固定酵素ニトロゲナーゼを利用した大規模な水素生産構想 
1 はじめに
2 ラン藻による水素生産
2.1 ニトロゲナーゼとヒドロゲナーゼ
2.2 ヘテロシスト形成型ラン藻のニトロゲナーゼを利用した光生物学的水素生産
2.3 取り込み型ヒドロゲナーゼの遺伝子破壊による水素生産性増大
3 ニトロゲナーゼへの変異導入による水素生産性の向上
3.1 ニトロゲナーゼ活性中心金属クラスター配位子ホモクエン酸の除去
3.2 ニトロゲナーゼ活性中心近傍のアミノ酸残基置換
4 更なる水素生産性の向上に向けた改良の必要性
5 おわりに

第11章 藻類由来光合成機能を利用したバイオ燃料変換系への展開 
1 はじめに
2 藻類の光合成機能を利用した太陽光駆動型水素生産反応
3 葉緑体集積電極の調製と光電変換系の構築
4 おわりに

【第Ⅲ編 培養技術】
第12章 大量培養技術と装置の開発 
1 はじめに
2 微細藻類培養装置開発に関する基礎的知見
2.1 培養槽における環境制御項目
2.2 光環境
2.3 溶存ガス環境
3 設計における環境因子の定量方法
3.1 培養槽外郭周辺の光環境設計計算
3.2 培養槽内の光環境計測と培養器形状
3.2.1 光透過測定装置と結果
3.2.2 解析
3.2.3 考察
4 実用プラントにおける餌料用微細藻類培養システム開発
4.1 培養槽条件と設計と性能
4.2 実用プラントシステム

第13章 バイオ原料・燃料用オイル生産微細藻類の屋外培養条件の考え方と実証研究 
1 はじめに
2 バイオ原・燃料生産用微細藻類の屋外培養条件の考え方
2.1 屋外培養時に必要な微細藻類の能力
2.2 培養装置(オープン系,クローズド系培養装置)
2.3 培養規模イメージと現状の培養技術レベル
3 高オイル産生微細藻類ソラリス株の可能性
3.1 ソラリス株の獲得
3.2 ソラリス株の200Lクラスのレースウェイ型培養装置を用いた屋外培養試験
4 将来展望
5 まとめ

第14章 商業的屋内培養システムの開発と産業応用
1 はじめに
2 ヤマハ発動機におけるPBR開発
3 商業規模での屋内培養試験事例
4 生産性の試算および原価構成
5 おわりに

第15章 海洋深層水を利用した微細藻デュナリエラの大量培養システムの開発 
1 はじめに
2 海洋深層水と円筒型フォトバイオリアクターを用いた培養システム
2.1 円筒型フォトバイオリアクター
2.2 D. salina藻体と培養液組成
2.3 海洋深層水と円筒型フォトバイオリアクターを利用したD. salinaの培養
3 濃縮海洋深層水の膜蒸留法による高塩分化とD.salina培養への応用
3.1 膜蒸留法による濃縮海洋深層水の高塩分化
3.2 濃縮高塩分化海洋深層水によるD. salinaの培養
4 おわりに

第16章 シアノファクトリの開発 
1 はじめに
2 合成情報伝達系としての二成分制御系とその応用
3 リボスイッチ・リボレギュレータとその応用
4 イオン液体とその応用
5 シアノファクトリ
6 展望

【第Ⅳ編 エネルギー生産技術】
第17章 バイオリファイナリーの微細藻類への展開
1 はじめに
2 バイオリファイナリー,微細藻利用への新展開
3 微細藻を利用した物質生産
4 微細藻エンジニアリングのためのキーテクノロジー―システムバイオロジー解析―
5 おわりに

第18章 微細藻類からのバイオエタノール生産 
1 はじめに
2 藻類の培養
3 バイオマス(デンプン)の生産
4 バイオマス(デンプン)の回収と残渣処理の問題
5 おわりに

第19章 海藻バイオマスからのバイオ燃料生産への環境メタゲノムの応用 
1 はじめに
2 カーボンニュートラルなエネルギーの必要性
3 ハイスループットスクリーニング技術を用いた環境微生物メタゲノムからの有用遺伝子の獲得
4 バイオエネルギーの生産に向けた環境微生物メタゲノムの可能性
5 おわりに

第20章 酵母を利用したバイオ燃料生産技術 
1 はじめに
2 バイオマスの完全糖化が可能な微生物ゲノムの完全解読
3 プラットフォーム形成による未来型のバイオ燃料研究
4 新しい反応場の創成

第21章 バイオリファイナリーのための酵素変換技術 
1 はじめに
2 セルラーゼの酵母細胞表層への提示
3 セルロースからの乳酸生産
4 酸性条件下でのセルラーゼ活性の向上
5 おわりに

第22章 バイオマスからのメタン発酵技術 
1 はじめに
2 嫌気性分解
2.1 可溶化
2.2 メタン発酵槽
3 脱硫とガスホルダー
4 石灰乾燥塔
5 メタン貯蔵タンク
6 まとめ

第23章 亜臨界水による藻類の燃料化技術 
1 はじめに
2 亜臨界水とは
3 海藻の油化
3.1 バッチ反応装置
3.2 亜臨界水による海藻の分解・油化
3.2.1 ヒトエグサの分解・油化
3.2.2 コンブの分解・油化
4 微細藻類抽出残渣の油化の可能性
5 おわりに

第24章 バイオ燃料製造時の廃液処理 
1 はじめに
2 バイオ燃料製造廃液の特性
3 廃液処理システムの検討
3.1 廃液の特性
3.2 処理システムの検討
3.3 処理特性
3.3.1 固定床の有効性
3.3.2 処理性能
3.4 処理に係る微生物
3.5 高度処理
3.6 処理水のリサイクル利用
4 おわりに

【第Ⅴ編 システム開発と実証実験】
第25章 自動車におけるバイオ燃料使用の検討 
1 はじめに
2 自動車用バイオ燃料の技術
3 国際動向とコスト計算

第26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 バイオディーゼル燃料の軽質化および供試燃料
3 実験装置および実験条件
3.1 定容燃焼容器
3.1.1 噴霧シャドウグラフ撮影
3.1.2 画像二色法
3.1.3 実験条件
3.2 エンジン
3.2.1 供試機関および周辺装置
3.2.2 実験条件
4 実験結果および考察
4.1 定容燃焼容器
4.1.1 熱発生率履歴および着火遅れ期間
4.1.2 噴霧画像
4.1.3 火炎温度およびKL値画像
4.1.4 平均火炎温度と面積積分KL値
4.1.5 噴霧の希薄化とすす生成領域の関係
4.2 エンジン
4.2.1 熱発生率履歴および着火遅れ期間
4.2.2 排気特性および機関性能
5 結言
6 おわりに

第27章 An Introduction to Sustainable Aviation Biofuel―A chapter prepared for inclusion in “Technology of Microalgal Energy Production and its Business Prospect”― 
1 Introduction
2 Requirements for new aviation fuels
3 Feedstock Options
4 Fuel Processing Technologies
4.1 The HEFA route
4.2 Gasification-Fischer Tropsch
4.3 Alcohols-to-Jet
4.4 Biological Production of Hydrocarbons
4.5 Other Thermochemical Processes
5 Future Prospects

第28章 微細藻類によるエネルギー生産と事業展望
1 石油業界からみたバイオマスエネルギー
1.1 藻類を用いることのメリット
1.2 藻類を用いることのデメリット
1.3 これまでの検討
1.4 今後の課題
2 ボトリオコッカス
3 オーランチオキトリウム
3.1 特徴と歴史
3.2 分離と培養

第29章 藻類系バイオマスを活用したエネルギー生産事業への展望 
1 はじめに
2 藻類系バイオマスのエネルギー生産技術としての適用
2.1 液体燃料
2.2 固体燃料
2.3 気体燃料
3 藻類系バイオマスを活用した事業展開先
3.1 エネルギー生産への適用
3.2 CO2固定・利用技術への適用
3.3 排水処理・廃熱回収への適用
3.4 高付加価値物質生産への適用
4 藻類系バイオマスを活用した事業
4.1 米国の状況
4.2 藻類系バイオマスの事業性
4.3 フォトバイオリアクター
4.4 関連事業者間の連携
5 おわりに

【第Ⅵ編 国内および海外の情勢と展望】
第30章 バイオマスエネルギー政策の概要について
1 はじめに
2 バイオマスのエネルギー利用の現状
3 バイオマスのエネルギー利用を取り巻く課題
4 バイオ燃料の戦略と計画
5 経済産業省の支援状況について
6 おわりに

第31章 海洋利用のための政策と今後 
1 海洋の法秩序と国際的政策の枠組みの変化
2 新たな海洋秩序や海洋政策の変化のわが国への影響
3 広大で変化に富んだわが国の海域
4 わが国海域のポテンシャルとその活用
5 海洋基本法の制定と海洋の利用
6 今後の課題
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