【エネルギー】ガソリンエンジンにそのまま使えるバイオブタノールの効率よい精製法開発

いまさらだが >>28 で鼻水噴いた

http://sugar.alic.go.jp/japan/report_b/report_b0908a.htm

セルロースまで何でもバイオ豚乗〜るに出来るようですね。

アセトン・ブタノール発酵の展望について〜糖質の多目的利用〜　　　最終更新日：2010年3月6日
九州大学大学院農学研究院　准教授 吉野　貞藏
はじめに

　バイオ燃料には広範な物性をもった植物由来の未利用資源が含まれますが、最もその利用が期待されているのは、
バイオディーゼル（植物油およびそのエステル化物）、バイオエタノール、およびバイオブタノールです。バイオディーゼルや
バイオエタノールは既に一部燃料としての使用が実現しています。素材そのものを使うバイオディーゼルに比べ、
バイオエタノールとバイオブタノールは微生物による発酵工程を経て製造されます。食品として古代より作られたエタノール製造技術は
既に成熟しており、砂糖や転化糖から「酵母」により生産されています。一方、バイオブタノールは、「アセトン・ブタノール菌」という
細菌を用いて作られますが、エタノールに比べ水分を含み難く保存や流通に有利であること、単位容量あたりのエネルギー価が
高くガソリン代替燃料として現在のエンジンにそのまま利用できることなど、その燃料特性が優れており、その効率的な生産法の開発が強く求められています。

バイオブタノールの歴史的背景

　バイオ燃料が注目を浴びるようになった背景には、石油化学工業の負の面としての、化石燃料消費による地球環境汚染、特に地球温暖化の
問題があります。また、化石燃料の枯渇問題と価格不安があります。特に近年、炭酸ガス放出による地球温暖化が緊要に解決すべき課題と
なっていますが、その主要な原因に自動車の排気ガスを挙げることができます。1900年代初頭、各種エンジンが開発されましたが、
ディーゼルエンジンはピーナツオイルを、4サイクルエンジンはエタノールを燃料として使用できることが当時から知られていました。
現在これらの再生利用可能資源を利用した燃料開発が改めて注目を浴びているのは面白いことです。あたかも自動車エンジンの開発者たちの
所期の燃料に、現在に至って回帰しているかのようです。なお、この当時、ブタノールは燃料として使用されていません。
というのも、当時はブタノールの大量生産法が開発されたばかりだったからです。

　現在、ブタノールはエチレンから石油化学工業において生産されていますが、1900年代初頭、ブタノールはアセトン・ブタノール発酵に
よって生産が開始されました。このアセトン・ブタノール発酵は、合成ゴム製造原料としてのブタノール製造を目的として開発され、さらに第一次
世界大戦中に、無煙火薬製造に不可欠のアセトンの製造法として大量生産法が確立しました。当時用いられた原料は、てん菜およびとうもろこしです。
このように、アセトン・ブタノール発酵は化成品を発酵法で造る初の近代発酵工業として出発しました。当初、アセトンが目的産物であったため、
ブタノールは副産物として利用法がありませんでした。しかし、その後、塗料や前述の合成ゴム原料として、ブタノールの有用性が認められるようになると、
ブタノールが主要な目的産物となり、種々のアセトン・ブタノール菌が土壌から検索されるようになりました（1）。石油に乏しい日本ではバイオブタノールの
航空燃料化も試みられたようですが、本格的利用とはならなかったようです。本発酵法は、第二次世界大戦後も廃糖みつを原料として、引き続き主要な
ブタノール生産法として存続しましたが、石油化学工業が隆盛するに従って競争力を失い、日本を含む主要工業国では1960年代までに消滅してしまいました。

アセトン・ブタノール発酵法を確立した人物としてワイツマンがよく知られていますが、彼はユダヤ人で、イギリス政府からアセトン・ブタノール
発酵法の確立による功績をたたえられた際、個人としての名誉より、パレスチナにおけるユダヤ人国家の樹立を希望したそうです。
第二次大戦後イスラエルが建国されると、彼は初代大統領となっています。皮肉なことに、石油へのエネルギー転換が起こって久しい
70年代にイスラエルと周辺諸国とのあつれきによって勃発した中東戦争などにより石油価格が暴騰すると、いったん石油化学工業に
席を譲ったアセトン・ブタノール発酵によるブタノール生産が改めて見直されるようになりました。

　現在、アセトン・ブタノール発酵を行っている国として、イギリスと中国があります。イギリスでは、アメリカの化成品生産会社の雄として知られる
DuPontと石油メジャーのBritish Petroleumのジョイントベンチャーが、ビートを原料とした試験的生産をおこなっています。
中国では2004年までで終息したといわれていましたが、とうもろこしなどでん粉原料をもととした発酵製造が再開されています。

アセトン・ブタノール菌の性質

　80年代になって再開されたアセトン・ブタノール発酵の研究は、先のアセトン・ブタノール発酵工業確立の時期の土壌からの新菌種の
分離を主体としていた研究とは、様相が一変しました。その主要な研究課題は、アセトン・ブタノール発酵の効率化を目指すと共に、
当時大腸菌を中心に開発が進んでいた遺伝子操作技術を用いた代謝の解析へと進んでいきました。

　アセトン・ブタノール発酵菌は、少なくとも4種が存在することが現在明らかになっています（2）。アセトン・ブタノール発酵工業化初期に
分離された菌株はClostridium acetobutylicumと呼ばれる細菌で、それ以後、世界各地で分離されてきた種々の菌株もC．acetobutylicumと
類似した生理的挙動を示すので、これに類するものであろうと考えられていました。しかし、近年の遺伝子解析により多様な菌種が存在することがわかり、
育種に必要な多様な遺伝子資源を提供できることが明らかになりました。他の3種はC．beijerinckii、C．saccharobutylicum、および
C．saccharoperbutylacetonicumで、特にC．saccharoperbutylacetonicumは本学の教授であった本江元吉により福岡市近郊で分離された菌株で、
実際の工業生産に用いられたものです。

　いずれの菌株も、エタノール生産に用いられる酵母と異なり、アミラーゼを生成することができますので、でん粉を直接発酵基質とした発酵生産が
可能です。また、しょ糖、セロビオースなど2糖類、グルコースなど代表的な六単糖、さらに、いわゆる木質糖であるキシロース、アラビノースなどの
五単糖やガラクトースも利用してアセトンやブタノールを生成することが出来ます。アセトン・ブタノール菌の有用性は、でん粉やグルコースなど
動物飼料に用いられる糖類以外に広範な糖類を利用できるところにもあるのです。

　面白いことに、これらの菌株は完全に酸素のないところでしか生育することが出来ません。酸素のあるところに菌株細胞をさらすと、アッという
間に死んでしまいます。酸素に著しく弱いことから、これらの菌株による発酵生産が困難な工程であるかのように思えますが、実際に発酵生産を行う
場合は、1ミリリットル中に数千万〜1億細胞程度という高い菌濃度の細胞を接種し、細胞自身が出す炭酸ガスや水素ガスにより、自らの成育環境を
容易に酸素のない嫌気的環境に変えることができるようにします。そのため、むしろ酸素が必要な好気的細菌より簡便な培養装置で培養することが可能です。

　また、酸素のない環境だからこそ、これらの菌はアセトンやブタノールを作るのです。というのも、好気性細菌や人間のように糖質のエネルギーを搾りきって
しまうような代謝（呼吸）を行う場合では、糖質を完全に分解して炭酸ガスと水にしてしまい、後には何も残りません。アセトン・ブタノール菌は糖質から少量の
エネルギーしか作ることが出来ないので、大量の糖質を取り込んで、大量の「廃棄物」を細胞外に放り出しています。その「廃棄物」がアセトンであり、
ブタノールなのです。その他、炭酸ガスと水素ガスを生成しています。ブタノールが燃料として高い燃焼価を示すのは、原料の糖質からほとんどエネルギーを
消費することなく作られているからです。

アセトン・ブタノール菌の研究課題

　培養を始めると、アセトン・ブタノール菌は培養初期12時間程度の対数増殖期に盛んに細胞分裂して増殖し、その後緩やかな成長期（定常期）に入ります。
本菌の特徴として、この生育期に依存した異なる生成物の生産という「生成物転換」があります。対数増殖期には酢酸と酪酸からなる脂肪酸を生成し、
定常期になってアセトン、ブタノールおよび少量のエタノールを生成するようになるのです。この生成物転換がどうして、どのような機構で起こるのかが研究の興味のひとつです（図1）。

　アセトン・ブタノール菌を連続して培養し続けると、アセトン・ブタノール生産に重要な生成物転換が起こらない「退化」した菌株が生じて、アセトン・ブタノール発酵に
大きな損害を与えることが知られています。物質生産を安定して行うためには、微生物の保存管理が重要な項目であることを示す事例です。「生成物転換」には
種々の原因が考えられていますが、C．saccharoperbutylacetonicumでは、アセトン・ブタノール菌自身が、細胞外に「代謝転換因子」を蓄積し、さらに自ら
代謝転換因子の蓄積量を検知して酸生成からアセトン・ブタノール生成へ代謝機能を転換していると考えられます（3）。

　また、この代謝の大幅な転換を引き起こす本体として、solオペロンと呼ばれる一群の遺伝子があることがC．acetobutylicumで最初に見出されました。
類似の遺伝子群が他のアセトン・ブタノール菌でも見つけられましたが、C．acetobutylicumとは少し異なっていることがわかりました。さらに、そのsolオペロンが
C．acetobutylicumでは染色体外のプラスミド上に載っているのに、他の菌株では染色体上に載っていました。C．acetobutylicumでは、「退化」した菌株は、
そのプラスミドを消失していることが明らかになっています（4）。C．acetobutylicumの「退化」の形式は染色体上にsolオペロンを有する他の3株とは異なるようです。

　アセトン・ブタノール菌育種研究にとっての最大の課題は、菌株が生成するブタノール自身の毒性をどのようにして回避するかという点にあります。
ほとんどのアセトン・ブタノール菌が1リットル当たり約15グラムのブタノールを生成すると発酵を停止してしまいます。現在までのチャンピオンデータでも
同20グラムです（5）。この発酵上限は細胞膜に溶け込むブタノール濃度の上昇により細胞膜が破壊されるためと考えられており、ブタノール耐性を付与する
遺伝子または物質の探索が続けられています。より高い濃度のブタノールに対する耐性が獲得されることは、発酵終了後のブタノール回収に大きな影響を与え、
高濃度ブタノール生成ができれば回収に必要なエネルギーを大幅に削減することができるからです。発酵終了後のブタノールの回収法としては、蒸留法、
膜透過法などが考えられますが、さらに培養中にブタノールを抽出してブタノール濃度を低減するなどの方法を組み合わせて、より効率的な回収法を
開発することにより現在のブタノール生成限界によるデメリットを低減することができるようになるでしょう（図2）。

http://sugar.alic.go.jp/japan/report_b/report_b0908a.htm

>>27-29
ワロタ

海藻からもブタノール作れないのかな。

>さらに培養中にブタノールを抽出してブタノール濃度を低減するなどの方法を
>組み合わせて、より効率的な回収法を開発することにより現在のブタノール
>生成限界によるデメリットを低減することができるようになるでしょう（図2）。

分離膜で濃度を下げられれば、実用化は目前ですかね？

次はバイオプロパノールだな。

イソオクタン直接生成する微生物居ないの?

私エネオスですがそんな研究即刻中止して下さい

>>66
先に>>65を自分達でやってしまえ。

根岸閉めるんじゃそれどころじゃないか。

>>66
エネゴリのCMやめて研究費に回せ

既にデュポンが量産移行してますね。
２０１３には日本での販売を計画してる様です。

>>24
NEDOのプロジェクト、金だけど研究者の所属がJSTなんじゃないの？

NEDOは研究成果を逐一広報するのではなく
プロジェクトが一段落したらまとまった報告書を作るんじゃないかな

>>59
家畜飼料に使えないものも原料として使えるのはいいね

ガソリンに混ぜものする方法での温暖化ガス低減とか
はっきり言って金の無駄だろう。

代替エネルギーはもっと根本的に違うアプローチでいかないと。

>>72
なんで？

世の中、一瞬でがらりと変えられるわけじゃないから、
現状からのハードルが低い手段が有用な時期も生じる。
いつかは根本的に違う手段によって駆逐されるのだとしても
それまでの間現状のままでいくよりもましな手段があるのなら使ったらいい

軽油みたいに、ブタノール単独で動くエンジンができても良さそうな気がするんだけど、どうなんだろう。
エタノールじゃ無理だろうけども。

>>73
>>72じゃないけど
http://daily-ondanka.com/basic/data_08.html
日本の輸送部門で排出してるCO2は19%
そのうちほとんどが自動車で、トラックと乗用車が半分づつくらい
日本のガソリンを全部これにしても10%の削減にしかなりません
もちろんそんなに供給する方法は見つかってません

しかし、CO2をCO2ハイドレートにして海洋投棄することは国際的に認められていて、投棄した分は排出量0でカウントできる。
日本の場合、火力発電所と製油所での燃料改質で34%排出してる
これを回収して海洋投棄すればCO225%削減を過達できる
回収すると発電で10%くらいコストアップするし、投棄の効率的な方法にはもっと金かけて開発しないとダメだけど、
本気でCO2削減するならこっちに金かけたら、って思います

政治的にはカウント分を効率よく減らす手段が優れているわけだけど、
Scienceとしては、
生物による炭酸ガスの炭化水素への固定＞炭化水素の利用　という
サイクルを作る方が魅力的と感じてしまう。

>>77
そういうのは25%削減達成してからでいいじゃねーの?と個人的には思います
それと、海藻(食物生産とバッティングしない、かつ、大量に生産可能な資源)→木質ガス化発電→CO2海洋投棄というのが実用化すると
名目上のCO2排出量が発電すればするほど減るっていうサイクルも面白いとも思う

それは確かに面白いね。もしも早々と実現できれば
排出権を売る立場にすらなれるかもしれない

その前に海洋投棄はScience的に問題ないの？

田舎にこのプラントの小型のやつがあれば街がもっとキレイになるかも

自治体も草なんかを集めさせる工夫はしなきゃなんないけど。

>>80
ある程度以上の水深のところに投棄すればCO2ハイドレートは安定してるし
もしCO2が漏れ出しても通常考えられる量なら海面にでる前に海水に吸収される
というのが判ったからCO2ハイドレートの海洋投棄が国際的に認められた、らしいです
投棄した海底の生物には迷惑かもしれませんが、それは諦めてもらいましょう

CO2は掘って空になった油田に石油精製細菌と一緒に入れたいな

>>81
老人の雇用につながるかもね。
働きたい人もいる事だし。

産総研ヨタ話が実用になった例はほぼ皆無。NEDOも同様。税金ドブ捨て。

俺が知らない＝存在しない

バイブオナニーに見えて死にたい

>>81
間伐材や生ごみ、雑草も分別ごみにしてゴミ処理場にバイオブタノールのプラントを作るか？

藻で石油を作るスレが盛り上がってるけど、こっちの方が余程面白いと思うんだよなぁ・・・
ブタノールなんてマイナーなのかな

>>89
藻から油やセルロースからバイオブタノール作るよりも、藻から木質ガス生成して、
それでガスタービン+蒸気タービンのコンバインドサイクル回した方が面白そうだけどなあ

夢見すぎなんじゃないのそれ

藻から油取ったりセルロース分解してブタノールにして精製するよりは楽だと思うけど

>>92
工程は少ないがエネルギーロスが大きいんじゃ無いか木質ガス。
それに電気にしてまうのではこのスレのブタノールのように車は動いても、
アメリカでは藻で話が進んでる航空機燃料の方には現状まったく使えそうも無いし。

>>93
1)ロス5%位、というのは調べたんだけど、ソースは忘れた
ただし、原料に含まれるHC全部木質ガスに変換でして、ロス5%だから、
油絞ったりブタノール精製するよりは同じ量の原料から得られるエネルギーは多いはず

2)日本においてCO2排出量のうち、輸送部門で19%そのほとんどが自動車用(乗用車10%、トラック9%)、
発電は27.6%(エネルギー変換部門の6.4%は石油の改質時に発生、原油をガソリンや軽油にするとそれだけロスがでる)
http://daily-ondanka.com/basic/data_08.html
どっちがより効果的か?
さらに言うと、固定排出源からはCO2回収が可能、回収してCO2ハイドレードにして海洋投棄したらCO2排出量にはカウントされない
つまり、藻を原料に発電して排気からCO2回収して海洋投棄すると、名目上のCO2排出量はマイナスになる

実現へのハードルが高くても魅力的だとは思わない?

>>94
思わないだろどうみても。

>>95
そうかね
ちまちまガソリンや軽油を植物から精製するよりは魅力的だと思うけど

色んな新エネルギーの実現が近づいてるってことで

【すごいぞ！ニッポンのキーテク】バイオ燃料大増産　トヨタ、サトウキビ遺伝情報を解析
http://sankei.jp.msn.com/economy/business/101225/biz1012251200002-n1.htm

>>97
食えるものは食おうぜ

砂糖だらけになっても困るｗ

ブタノールにするか
別スレの藻にするか
超改良サトウキビにするか

気孔がガードされてて水分が逃げにくいサトウキビとか出来たらいいな
今までより乾燥した土地でも育つようなの

>>98
サトウキビを搾った後のカスにも糖分が残るから。

ラム酒の原料だっけ

ブタノールくせえんだよな

>>102
エタノールと比べるとそうだけどガソリンや灯油と比べるとそうでもない。
アルコールでもイソオクチルとかもっとすさまじい臭いだし、
この用途なら大丈夫なんじゃないか。

バイオエネルギーは二股・三股掛けて色々開発すればいい
本命一本に絞るのは危険だ

太平洋戦争なんていらんかったんや！