2024年度公募
seeds-5549 -
【北海道】
粘土とメカノケミカル処理を用いたバイオマス等のアップサイクル技術
VISIONビジョン
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VISION
ビジョン
バイオマス等から化学製品原料をつくる新しい化学反応プロセスの実装・普及
USE CASE
最終用途例
タダ同然で手に入るバイオマス等の有機未利用資源から、付加価値の高い化学製品原料をつくることができます
USE CASE 01草や木、紙から化学製品原料をつくる
APPLICATION
乳酸やフラン類の合成
草や木に含まれるセルロースをメカノケミカル処理で加水分解すると、水に可溶なオリゴ糖を製造できます。このオリゴ糖は、高温高圧水処理により化学製品原料である乳酸やフラン類に変換できることがわかっています。
USE CASE 02カニ殻、エビ殻、昆虫の殻から化学製品原料をつくる
APPLICATION
カニ殻、エビ殻、昆虫の殻に含まれるキチンの活用
バイオリファイナリーの範疇からは外れますが、カニ殻、エビ殻、昆虫に含まれるキチンという物質も、本プロセスで処理できる対象です。このキチンは、医薬品原料に変換できるアセチルグルコサミン等に変換可能です。
USE CASE 03食品廃棄物から化学製品原料をつくる
APPLICATION
食品廃棄物に含まれる食物繊維やタンパク質の再利用
食品廃棄物には、野菜や果物由来の残渣に含まれる食物繊維や、肉や魚に含まれるタンパク質などが含まれています。これらを原料としても、本プロセスで化学製品原料を作れる可能性が示されており、汎用性があります。
STRENGTHS
強み
私たちが開発した化学反応プロセスは、安価かつ安全に実施できるので、実装に向けた障壁が低いのが特徴です
STRENGTHS 01
安価・安全
例えば、樹木の主成分であるセルロースは化学的に安定な物質であり、これを原料として化学製品をつくるには、環境負荷の大きい硫酸や高価な酵素を用いるのが一般的でした。一方、私たちはセルロースを粘土とともに粉砕し、得られた粉末を高温高圧の水で処理する安価かつ環境負荷の小さい技術を開発しました。
STRENGTHS 02
溶媒が不要
従来のセルロース分解法では、セルロースを水溶液中で硫酸等と反応させ、それにより得られるオリゴ糖を分離回収していましたが、廃液が残ります。その廃棄に伴う費用や環境への影響が問題でした。一方、メカノケミカル処理は溶媒を使わない乾式処理であり、セルロースと粘土の粉を粉砕するだけなので廃液が発生しません。
STRENGTHS 03
バイオマスからセルロースを分離する工程が不要
草木にはセルロースの他にリグニン等の不純物が含まれるので、薬品処理でこの不純物を除去する前処理を行ったうえで、酸処理や触媒反応を行って化学製品原料を製造していました。一方、メカノケミカル処理ではこうした前処理が不要であり、草木をただ粘土と一緒に粉砕し、水で抽出するだけでオリゴ糖を取り出せます。
TECHNOLOGY
テクノロジー
ありふれた鉱物である粘土を使って、バイオマスから狙った成分を簡単に取り出すことができます
TECHNOLOGY 01
粘土の化学構造に注目した粉砕プロセスの設計
粘土はナノシートと呼ばれる平板状のアルミノケイ酸塩が凝集した構造を有しています。私たちは、この粘土にせん断を主体とする粉砕処理を行うと、ナノシートを効率よく剥離でき、化学反応を促進する酸点を表面に露出できることを見出しました。これにより、従来の粉砕法よりも高速で天然多糖類（セルロース、キチン等）の加水分解反応が進み、化学製品原料に変換できるオリゴ糖を製造できることがわかりました。
TECHNOLOGY 02
草木に含まれるセルロースの反応と分離を同時に実施可能です
草木には有用なセルロースの他に不純物であるリグニンが含まれています。メカノケミカル処理では、このセルロースを選択的に加水分解し、水に可溶なオリゴ糖に変換できます。一方、不純物であるリグニンは水に不溶です。そのため、メカノケミカル処理後の粉末を水で抽出すると、オリゴ糖だけを簡単に分離することができます。実際に、シラカバチップに対してメカノケミカル処理を行ったところ、セルロース由来のオリゴ糖を水で選択的に抽出できることを確認しています。
PRESENTATION
共同研究仮説
本プロセスの実装に向けた共同研究を進めたいと考えています
共同研究仮説01
スケールアップに向けた粉砕プロセスの設計と装置開発
本プロセスに適した粉砕機の開発もしくは選定と条件最適化
私たちはこれまで振動ディスクミルという粉砕機を用いて、グラム単位での試験を行ってきました。当然、実装にはスケールアップが必須であり、それに適した粉砕機の開発もしくは選定と条件出しを行う必要があります。粉砕機器に関して知見があり、装置開発からお付き合いいただける企業様との共同研究を歓迎します。
共同研究仮説02
実バイオマス・廃棄物への適用可能性の検証
実バイオマス・廃棄物からの化学製品原料の製造
私たちはこれまで主に試薬の天然多糖類から化学製品原料を製造する検討を行い、その有用性を示してきました。一方、本プロセスの実装には、実際に企業様で発生しているバイオマスや廃棄物で本プロセスの効果を検証する必要があります。これらのアップサイクル技術にご興味のある企業様との共同研究を希望いたします。
RESEARCHER
研究者
森 武士
地方独立行政法人 北海道立総合研究機構 研究主任
経歴
＜経歴＞
2016.4 地方独立行政法人 北海道立総合研究機構 研究職員
2017.3 北海道大学大学院総合化学院 博士後期課程 修了
2022.4-現在 地方独立行政法人 北海道立総合研究機構 研究主任
2022.9-現在 酪農学園大学 特任講師
＜代表論文＞
1. T. Mori et al., Chemical Engineering Journal , 501 157530-157530, 2024 DOI: 10.1016/j.cej.2024.157530
2. T. Mori et al., Reaction Chemistry and Engineering, 8, 7, 1553-1558, 2023 DOI: 10.1039/d3re00158j
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