植物由来のセルロースエタノールへの変換

植物由来のセルロースエタノールへの変換

ウィスコンシン大学マディソン大学の研究者は、植物由来の化学物質を使用して、バイオ燃料の可能性に熟した糖の濃縮ストリームを作成するプロセスを開発しました。

「シュガープラットフォームを使用すると、可能性が広がります」と、ポスドク研究員であり、論文の主執筆者であるJeremy Luterbacher氏は述べています。
「転換道路で分岐点が少なくなったため、セルロース系エタノールやドロップインバイオ燃料など、最終目的地が増えました。」

*バイオエタノールから合成したポリエチレンはバイオポリエチレンと呼ばれます。またバイオエタノールからつくられたエチレングリコールを使ったPETまでバイオPETと呼ばれるに至った。これら、バイオポリエチレンやバイオPETは “ドロップインプロダクト” と呼ばれる。

国立科学財団と米国エネルギー省の五大湖バイオエネルギー研究センター(GLBRC)から資金提供を受けた研究チームは、サイエンス誌の2014年1月17日号にその発見を発表し、ガンマバレロラクトン(GVL)の使用方法を説明しています。植物を分解し、化学的または生物学的にバイオ燃料にアップグレードできる糖を生成します。
ウィスコンシン同窓会研究財団(WARF)の支援を受けて、チームは今年後半にプロセスの拡大を開始します。

GVLは植物材料から作成されるため、再生可能であり、高価な化学物質や酵素を必要とする変換方法よりも手頃な価格です。また、このプロセスでは、出発原料の85〜95%を糖に変換し、エタノールに発酵させるために酵母に供給したり、化学的にアップグレードしたフランでドロップインバイオ燃料を生成したりします。

この進歩の経済的実行可能性を実証するために、Luterbacherは、砂糖を濃縮し、再利用のためにGVLを除去し、酵母が砂糖の流れからエタノールをうまく生成できることを示す必要がありました。

「低エネルギーの分離ステップでGVLの除去とリサイクルが簡単に行えることを示すことは、もう少しの成果です」とLuterbacher氏は言います。 「得られた糖溶液を微生物に供給することにより、酵母を殺すような奇妙な化学的副産物を生成していないこと、そして無毒にするのに十分なGVLを取り出していることを証明しました。」

「うれしいことに添加剤を使用して溶液を分離できます」とLuterbacher氏は言います。
「油と酢のようになります。」

*ここで選択された添加物:液体二酸化炭素

「緑色で無毒で、GVLと砂糖の溶液を再度混合したい場合は、簡単な減圧で除去できます。完璧な添加物です。」とLuterbacher氏は言います。

このプロセスの初期の経済的評価は、この技術が現在の最先端技術と比較した場合、約10%のコスト削減でエタノールを生産できることを示しています。

過去数年間、ジェームズ・デュメシック、ステーンボック教授、ミシガン・ボダート化学および化学工学のUW-マディソン教授、および彼の研究グループは、バイオマスからのGVLの生産を研究しており、最近の研究では、バイオマスをフラン化学物質に変換するための溶媒としてGVLを使用します。

「これらの以前の研究で得られた知識は、本物のバイオマスを生物学的変換に適した糖の水溶液に変換する新しいアプローチの実装において非常に貴重でした」とDumesicは言います。

この研究はバイオ燃料の展望に新しい知識を提供し、4つの特許出願をもたらし、WARFの加速器プログラムからGVLの商業的可能性が認められました。このプログラムは、関連分野のベテランのビジネスメンターからの的を絞った資金提供と専門家のアドバイスで特定の技術的ハードルに対処することにより、潜在的技術のライセンス供与をより迅速に支援します。

アクセラレータプログラムの取り組みの下で、Dumesicは高効率のバイオマスリアクターの建設を含む18か月のプロジェクトの主任研究者としての役割を果たします。リアクターはGVLを使用して、高価値の糖と無傷のリグニン固体の濃縮ストリームを生成します。

リアクターからの炭水化物とリグニンは、材料を価値ある化学物質と燃料に変換するための戦略を最適化する仲間のGLBRC調査員を含む科学協力者に届けられます。

「私たちはチームの科学的成果に興奮しており、Accelerator Programを通じてプロジェクトの次のステップをサポートできることを楽しみにしています」とWARFの最高技術商業化責任者であるLeigh Cagan氏は述べています。 「プロジェクトが糖、リグニン、エタノールの生産のために予想されるコスト削減を首尾よく達成するならば、我々はこの新しいプロセスへの大きな商業的関心を予想します。」

J.S. Luterbacher et al.

“Nonenzymatic Sugar Production from Biomass Using Biomass-Derived γ-Valerolactone,”  Science, 2014.

DOI: 10.1126/science.1246748

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