農業残渣からセルロースエタノールを - 未来を考え、Sunliquid®を考える

化石資源の不足、エネルギー安全保障、気候変動、環境保全などは、現在、エネルギー分野で関心の高い問題です。代替的なエネルギー源が石油への依存を減らすことは明らかであり、それは特に輸送部門で顕著です。欧州連合(EU)、米国およびその他の主要経済地域では、政治家は、気候に優しいバイオ燃料の利用を促進するための基本的な枠組みを策定しています。

これまで長い間、多くの企業が、農業残渣など再生可能なリグノセルロース資源からエタノールを生産することに高い関心を示してきました。このような資源は、食品や飼料作物と競合することなく、穀物生産におけるわらのように、現在の農業の副産物として、十分な量が世界的に産出されています。

クラリアントが開発した

sunliquid®プロセスは、農業残渣を気候に優しいバイオ燃料に変換するための、技術的かつ経済的に効率が良く、革新的なプロセスのすべての要件を満たしています。プロセスに統合された酵素の生産、最適化した酵素群、セルロースとヘミセルロースのエタノールへの同時変換、エネルギー効率のよいプロセス設計を用い、商業的に実行可能な基準に到達するために、技術的な課題を克服し、製造コストを十分に削減することが可能になりました。

2009年以来、クラリアントはミュンヘンの研究施設で、順調に最初のパイロットプラントのオペレーションを行っています。このパイロットプラントは、エタノールを最大で年間2トン生産することができます。2012年7月には、シュトラウビングにあるドイツ最大の工場で、最大で年間1,000トンのエタノール生産能力を持つデモ・プロジェクトのオペレーションを開始しました。

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Dr. Markus Rarbach

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  • Sunliquid®

    The sunliquid® process for the sustainable and economic poduction of cellulosic ethanol is now fully developed, being designed for industrial plants with a production capacity of 50,000 to 150,000 ton of cellulosic ethanol per year. Clariant provides the know-how and technology for all unit operations on a turnkey basis, coupled with the expertise required for successful implementation.   Pre-treatment Chemical-free pre-treatment lowers production and investment costs. At the same time, environmental, health and safety risks are minimized. Enzyme production A small percentage of the pre-treated feedstock is used for enzyme production, which is an integrated part of the process and takes place on-site at the ethanol plant. This makes a major contribution to the economic efficiency of the overall process, resulting in a significant reduction in production costs and ensuring independence from supply shortages and price volatility.   Hydrolysis A bespoke enzyme mixture hydrolyses cellulose and hemicellulose chains to form sugar monomers. This step is also termed saccharification. The enzymes are highly optimized based on feedstock and process parameters, resulting in maximum yields and short reaction times under optimal conditions.   Fermentation Using optimized microorganisms, the sunliquid® process provides for efficient fermentation, giving rise to maximum ethanol yields. This highly-optimized, one-pot system simultaneously converts both C5 and C6 sugars to ethanol, delivering up to 50% more ethanol than conventional processes which convert only C6 sugars.   Separation The innovative and highly energy saving purification method reduces energy demand by up to 50% compared with conventional distillation. It is based on thorough process planning and energy integration, resulting in an entirely energy self-sufficient process. For more details see our Innovation Spotlight video . 追加情報

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  • 農業残渣からセルロースエタノールを - 未来を考え、Sunliquid®を考える

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    統合的で自主的な酵素生産で、包括的なセルロースエタノールのソリューションを提供します。当社の目的は、最小限のコストで高い収率をもたらすプロセスを開発することでした。そのため、他の企業から当社を際立たせている最先端技術と、当社の特許取得済みプロセスを組み合わせています。

    様々なタイプの原料は、前処理、酵素加水分解、発酵を経て、セルロースエタノールに変換されます。当社の一体型酵素生産は、プロセスコストを最低限に抑えます。

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    sunliquid®プロセス
    のメリット
    • 気候に優しい最先端技術を取り入れた統合プロセス
    • 統合されたオンサイトの酵素生産による低コストの酵素
    • 1ポット発酵でC5およびC6糖から同時にエタノールを生成
    • エネルギーと水の効率的な処理
    • 副産物からのプロセスエネルギーの生成
    • 異なるリグノセルロース系原料に対する柔軟性
    sunliquid®プロセス

    前処理

    化学品を含まない前処理は、生産と投資費用を削減します。同時に、環境、健康、安全のリスクが最小限に抑えられます。

    酵素生産

    前処理された原料のうちのわずかな量が、酵素の生産に使用されます。これはプロセスに統合されており、エタノール工場の中で行われます。これは、プロセス全体の経済性に大きく貢献し、製造コストの大幅な削減をもたらし、供給不足と価格変動からの独立性を確保します。

    酵素加水分解

    特注の酵素混合物は、糖モノマーを形成するためにセルロースおよびヘミセルロースチェーンを加水分解します。このステップは、糖化と呼ばれます。酵素は、原料とプロセスパラメータに基づいて最適化されています。その結果、最適な条件の下での最大収率と短い反応時間が実現されます。

    発酵

    sunliquid®プロセスは、最適化された微生物を使用して、効率的な発酵をもたらし、最大のエタノール収率を生み出します。この高度に最適化された1ポットシステムは、C5およびC6糖を同時にエタノールに変換します。C6糖だけを変換する従来の方法に比べて、エタノールを最大50%多く生産します。

    製品の精製

    革新的で高度な省エネ精製方法は、従来の蒸留に比べて、エネルギー需要を最大50%削減します。これは、徹底した工程計画やエネルギーの統合に基づいて実施され、エネルギーを完全に自給自足するプロセスをもたらします。

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  • 農業残渣からセルロースエタノールを - 未来を考え、Sunliquid®を考える

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    未来の原料 – リグノセルロース農業残渣

    リグノセルロースは、当社のsunliquid®プロセスに使用される原料です。リグノセルロースは、林業や農業から発生したバイオマス中の細胞壁を、構造的に保持します。その安定した構造体は、セルロース、ヘミセルロース、リグニンなど、つまり、植物の種類によって異なりますが、まさしくその植物の組成で構成されています。短時間で、sunliquid®プロセスを、多様なタイプの原料に調整することができます。原料には、穀類わら、トウモロコシ茎葉、バガス、あるいはススキやスイッチグラスなどのエネルギー作物が含まれます。当社のシュトラウビングのデモ工場で小麦のわら、トウモロコシ茎葉、バガスなどを加工し、良い結果が得られました。いくつかのリグノセルロース原料は、パイロットやラボスケールでテストされています。

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    リグノセルロース原料の入手可能性

    米国、アジア、欧州連合(EU)は、米やトウモロコシ、穀物作物から産出されるわらのような、農業における副産物の主要な生産者となっています。余剰わらは、セルロースエタノールの製造に理想的な原料であり、食品または動物飼料の生産との競合がありません。既存のイネやトウモロコシ、穀物などの副産物として自動的に生み出されるため、このようなタイプの原料をベースに生産されるバイオエタノールは、新たな土地の使用を必要としません。

    その結果、EUだけで毎年約2億4000万トンの穀類わらが、農業の副産物として産出されています。現在、このうちの少量のみが利用されています。長期的な研究では、60%まで野辺から収穫できるので、将来的に利用可能であることが示されました。この量のわらを加工することにより、2020年には、EU内のガソリン予測需要の約25%は、余剰物を材料とするセルロースエタノールで置き換えることができます。これは、持続可能で気候に優しい道路輸送に向けてヨーロッパが進む道のりで、セルロースエタノールが重要な役割を果たすことを意味します。

    米国では、トウモロコシ茎葉が、セルロースエタノールに変換し利用できる主な残留物であり、2番目に重要な原料が穀物のわらです。エネルギー省が発表した「10億トン研究(Billion Ton Study)」によると、1億9000万~2億9000万トンのトウモロコシ茎葉および穀類わらが、持続可能な方法で利用できる量であると推定しています。ブラジルでは、既に長年にわたり、サトウキビをバイオエタノールの生産に利用してきました。2011年~2012年には、約5億4500万トンのサトウキビの収穫が予測され、約7300万トンのバガスを産出します。既存の工場でエネルギー生成に使用する量を差し引いた後でも、約1100万トンのセルロースエタノールが生成されることになります。これは、現在のブラジル´のエタノール生産の約50%に相当します。

    高度な変換技術と再生可能な資源を組み合わせ、牧草地を耕地に配置転換し、休耕農地を活用することにより、中長期的には、化石燃料をセルロースエタノールに置き換えることが可能と思われます。

    sunliquid®原料

    • 穀類わら(小麦、大麦…)
    • トウモロコシ茎葉
    • バガス(サトウキビ由来)
    • ススキ
    • 稲わら


  • 農業残渣からセルロースエタノールを - 未来を考え、Sunliquid®を考える

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    当社は責任を引き受けます

    再生可能な資源を基にしたバイオ燃料を使用する理由の一つに、温室効果ガスの排出量を削減することが挙げられます。

    セルロースエタノールは、気候に優しい燃料です。これは、リグニンを含む再生可能なリグノセルロース残基から形成されています。リグニンは、エタノールに変換することはできませんが、製造プロセスのためにエネルギーを供給することができます。トウモロコシや小麦から作られたエタノールと比較して、当社のバイオテクノロジーであるsunliquid®プロセスにより生成されたセルロースエタノールは、排出プロファイルを大きく向上させるため、温室効果ガスの排出削減に役立ちます。sunliquid®バイオエタノールは、従来の燃料に比べて、温室効果ガスの排出量を最大95%節約できます。

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    さらに、当社のsunliquid®プロセスは、食品や飼料作物の栽培と競合しません。食品や飼料製品の製造過程で産出された残基のみが使用されます。したがって、sunliquid®では、食品か燃料かという議論は必要ありません。

    また、セルロースエタノール生産は、主に農村部で、農民の収入の多様化させ、新しいグリーン・ジョブを創出します。


  • 農業残渣からセルロースエタノールを - 未来を考え、Sunliquid®を考える

    BioTech_AboutUs_w700x276h

    商品化に向けて

    sunliquid®プロセスは、2009年初頭以来、当社のミュンヘン研究センターのパイロットプラントで正常に実施されてきました。2010年7月、当社は次の一歩を踏み出しました。ミュンヘンの近く、シュトラウビングに、ドイツ最大のセルロースエタノール工場を建設することを決定しました。工場は2012年7月に操業を開始しました。これにより、大規模なスケールでの、sunliquid®技術の技術的実現可能性を確かなものにしました。

    総費用は2800万ユーロ程度であり、プロジェクト全体では約1600万ユーロの設備投資、研究プロジェクトに伴う資本には1200万ユーロをわずかに下回る投資を必要とします。バイエルン州政府とGerman Federal Ministry of Education and Research (BMBF)は、プロジェクトにリンクしているこれらのリサーチや他のリサーチに、それぞれ約500万ユーロの支援を提供しています。

    デモ工場に投資をするという当社の決定は、sunliquid®プロセス–の実用化、また、最終的には気候に優しい燃料を製造するための持続性のあるプロセスの上市に向けた重要なステップを表しています。


    工場は約60×30mの面積をカバーし、最大で年間1000トンのバイオエタノールを生産します。当初は、穀類わらが主原料であり、約4500トンあまりが毎年加工されていました。2013年の夏、当社は、トウモロコシ茎葉とサトウキビバガスの変換を開始し、技術のグローバルな潜在性を確認しました。

    デモ工場は、新しいプロセスの効率的なパフォーマンスを生産規模で検証するために必要です。シュトラウビングの工場は、基本的に、sunliquid®プロセスの検証に使われますが、長期的な視点での市場の成熟に対する再生可能なリソースに基づき、他のプロセスを推進するための柔軟性も十分にもっています。また、投資家や製造工場の業務を担う企業に雇用されたスタッフのために、トレーニング施設を設置するために使われます。

  • 農業残渣からセルロースエタノールを - 未来を考え、Sunliquid®を考える

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    当社の顧客

    sunliquid®プロセスは、セルロースエタノールを経済的に生産するための、簡潔でフルスケール・ターンキー・プロセスの1ストップライセンシングに興味を持つすべてのお客様を対象としています。これは、製造工場用にカスタマイズされた概念に限定されるわけではありません。また、当社では、製造工場の費用対効果の高いオペレーションに求められるすべてのコンポネントを提供します。たとえば、酵素やエタノールを生産するための開始培養や、エネルギー効率の高いエタノール分離のための特殊技術が挙げられます。

    顧客と共にプロジェクトを計画し、事業評価を実施します。顧客と連携し、製品の販売戦略に沿って、原料の供給を確保するためのコンセプトを作り上げます。プラントエンジニアリングと建設業界向けに、長年にわたり当社と協力関係にある、知名度があり経験豊富なパートナーを推薦します。顧客が自社の製造工場で試運転を始める前に、当社のデモ工場でトレーニング施設を提供します。顧客のコンサルタントとして、経験豊富なプロセス専門家のチームを有しています。当社のsunliquid®プラットフォームに基づいて、カスタマイズされたソリューションの共同開発に取り組み、個々の要件に応じてプロセスを変更します。

    sunliquid®のプロセスは、以下に示すように極めて優れています

    • 特定の酵素の原料に基づいた各種原料の柔軟な使用が可能
    • 高収量が見込める
    • 自給自足エネルギー生産 – 化石エネルギーを必要としない
    • 低投資と低製造コスト – 第一世代のバイオエタノールと競合が可能

    Sunliquid®ライセンスパッケージには以下が含まれます:

    • Sunliquid®技術
    • 一体型酵素生産向けの開始培養
    • エタノール生産向け開始培養


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