化石資源の枯渇問題を背景として、食糧と直接競合しないセルロース系バイオマスから燃料アルコールや有用化学品をつくるプロセスの構築が急務となっています。樹木や草本の細胞壁は、セルロース、ヘミセルロースという多糖類とリグニンから構成されています。リグニンは、芳香族系高分子であり、針葉樹では約3割、広葉樹では2割、イナワラ、ムギワラなどの草本バイオマスでも1割以上の重量比があり、セルロースに次いで、地球上で最も豊富に存在する天然高分子です。ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族化学品が、エチレン、プロピレンなどの脂肪族化学品とともに重要な基礎化学品となっています。石油からバイオマスに資源を置き変えるためには、芳香族化学品を高効率で生産することも重要となりますが、糖の発酵生産でこれを達成することは容易ではありません。多糖と分離するプロセスで、リグニンから、重要な芳香族化学品を生産することができれば、バイオマスを基盤とした化学産業が大きく前進します。当研究室では、リグニンと糖の総合利用を目指した研究を進めています。トヨタ自動車株式会社と共同で、マイクロ波反応を利用したバイオエタノール生産研究を実施しています。このプロジェクトでは、リグニンを高効率で分解するマイクロ波反応の開発、3次元電磁界シミュレーションを利用したマイクロ波照射装置の設計開発、などにより、高効率な前処理システムを構築し、糖化液(C5糖、C6糖)は遺伝子組換えバクテリアでエタノールに変換します。平成22年度に愛知県トヨタ自動車内に、木質バイオマスからバイオエタノールを生産するベンチプラントを本事業で建設し、前処理からエタノール発酵に至る一貫プロセスの実証試験を産学連携で行っています。トヨタ自動車)ページトップへ反応溶液をヒーターなどで加熱する外部加熱では、反応容器が大型化するほど、また滞留時間が短いほど、伝熱速度がネックとなり効率が低下します。これに対して、マイクロ波照射は、溶媒自体に直接エネルギーを与えることから、短時間の迅速な反応に対して有利な加熱方法と言えます。マイクロ波照射による溶媒の加熱効率は、比熱のみではなく、誘電損率によって決まり、加熱に有利な溶媒系が存在します。私たちは、バイオマス変換への応用を目的としてマイクロ波を利用した様々なリグニン分解反応を開発しています。分離した多糖は、エタノールの他、メタン、機能性高分子などにも微生物を利用して変換します。分離したリグニンは構造を精密に解析し、芳香族化学資源として利用します。研究プロジェクトを開始しました。開発し、電磁波の特性を活かした高効率リグニン分離・分解反応系を構築します。優れる芳香族ポリマーに変換します。自然界では白色腐朽菌と呼ばれるキノコの仲間がリグニンを分解します。よばれるキノコの仲間は、セルロースを残してリグニンを分解する特徴があり、木質バイオマスの変換にとって大変有用です。国内の人工林は9割以上を針葉樹が占めます。受けた木材を直接メタン発酵することもできます。畜による消化性が向上し、イナワラに匹敵する栄養価値の高い粗飼料に変換されます。これは、未利用のスギ材からおいしい牛肉を生みだす研究です。リグニン分解機構を解析・強化するとともに、バイオマス変換に利用する研究を進めています。反応させることが鍵となります。現してプローブに用い、前処理を受けたバイオマス中の露出した糖鎖の局在や量を解析しています。用い、京大エネルギー理工学研究所と共同で超高感度のクライオNMRによるリグニンや糖鎖の精密構造を解析しています。(FT-ICR-MS)を用いて、分離したリグニンの架橋構造を解析し、成分分離とリグニン構造の関係や、リグニンの機能性高分子への変換の基礎情報を集積しています。携研究を進めています。現在、パルプ廃液由来のリグニンは購入できますが、天然に近い構造をもつリグニンの入手は一般に困難です。リグニンの化学構造解析も専門的であり、機能性高分子などへの変換研究を始めることは容易ではありません。石油化学産業では、様々な企業がネットワークを作って多様な化学製品に変換していることから、バイオマスの変換、特にリグニンの変換においても、原料供給から成分分離、多様な変換の連携組織が必要と考えます。現在、業種の異なる複数の企業にリグニンのサンプル供与を行い、連携を図っています(問い合わせ歓迎)。