次世代バイオエタノール生産の技術革新と事業展開

［総論編］
第１章　バイオマスとバイオエネルギー利用
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　横山　伸也
　１　はじめに
　２　バイオマス資源量と利用状況
　３　世界のバイオエタノールの生産量
　４　セルロースからのバイオエタノール生産の期待
　５　わが国におけるバイオエタノール生産の可能性
　６　タイにおけるバイオエタノール生産ポテンシャル
　７　おわりに
第２章　バイオ燃料導入に向けた我が国の政策動向と施策
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　井出　大士　
　１　バイオ燃料のエネルギー政策上の位置づけ
　２　バイオ燃料導入に向けた施策の概観
　３　バイオ燃料の持続可能性に関する検討
　　3.1　温室効果ガスの削減効果
　　3.2　食料との競合問題
　　3.3　供給安定性
　　3.4　環境影響・社会影響
　４　国産バイオ燃料の生産拡大
　５　バイオ燃料導入の施策
第３章　食料生産とバイオエタノール生産の動向
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　服部　太一朗、塩津　文隆、森田　茂紀
　１　世界のバイオエタノール生産量の増加
　２　穀物需給・穀物価格とバイオエタノール
　３　セルロース系バイオエタノールへの転換
　４　食料とエネルギーとの競合の本質は何か？
第４章　海外におけるセルロースエタノール導入･研究開発動向
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　城島　透、湯川　英明
　１　はじめに
　２　米国および欧州におけるバイオ燃料導入の歴史的背景と現在の動向
　　2.1　1993～2008年：クリントン－ブッシュ時代
　　2.2　2009年以降：オバマ時代
　　2.3　米国におけるバイオ燃料導入計画
　　2.4　ＥＵにおけるバイオ燃料導入動向
　３　セルロースエタノールの実証試験
　４　セルロースエタノール製造技術開発の動向
　　4.1　セルロースエタノールの製造コスト
　　4.2　セルロースエタノール生産菌の開発
　　　4.2.1　酵母
　　　4.2.2　Zymomonas　mobilis
　　　4.2.3　大腸菌
　　　4.2.4　その他の微生物
［原料・技術・導入編］
第５章　バイオ燃料技術革新計画
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　鮫島　正浩
　１　はじめに
　２　バイオ燃料技術革新計画の策定
　３　バイオマス原料
　４　エタノール製造技術
　５　システム・ＬＣＡ評価
　６　おわりに
第６章　セルロース系バイオマス原料とその収穫技術
　１　セルロース系バイオマス資源となる植物種,分布,育種,変換技術　　　　　　　　　　　　　　中川　仁
　　1.1　はじめに
　　1.2　変換技術およびバイオ燃料生産の現状
　　1.3　植物種と地域におけるバイオマス生産性
　　1.4　牧草類のバイオマス生産量
　　1.5　新たに注目されている草種
　　　1.5.1　ソルガム
　　　1.5.2　スイッチグラス
　　　1.5.3　ススキ属
　　　1.5.4　エリアンサス
　　1.6　バイオマス燃料用原料としてのこれからの育種と展望
　　　1.6.1　完全なバイオマス作物
　　　1.6.2　育種技術
　　1.7　おわりに
　２　セルロース系バイオマスの組成　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　飯山　賢治
　　2.1　はじめに
　　2.2　バイオエタノール利用の現状と問題点
　　2.3　タイおよび中国でのリグノセルロースからのエタノール製造
　　2.4　リグノセルロースからのエタノール生産にかかわる歴史的背景
　　2.5　ソフトリグノセルロースからのバイオ燃料製造
　　2.6　木質系リグノセルロースからのバイオ燃料製造
　　2.7　商業的に可能なその他の原料からのエタノール製造
　３　バイオエタノール原料作物の低投入持続的栽培　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　塩津　文隆、服部　太一朗、森田　茂紀
　　3.1　バイオエタノール原料作物の特性
　　3.2　バイオエタノール原料作物の栽培場所
　　3.3　バイオエタノール原料作物の栽培
　　3.4　低投入持続的栽培方法
　　3.5　残された課題と展望
　４　稲わら等農業バイオマスの収集・運搬技術　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　芋生　憲司
　　4.1　はじめに
　　4.2　エタノール原料としての稲わら、麦わらの特徴
　　　4.2.1　稲わら
　　　4.2.2　麦わら
　　4.3　発生量と利用可能量
　　4.4　流通価格
　　4.5　収集作業体系
　　4.6　飼料用稲わらの収集運搬コスト事例
　　4.7　収集コスト低減の可能性
　５　木質バイオマスの収集技術　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　仁多見　俊夫
　　5.1　はじめに
　　5.2　収集運搬シナリオ
　　5.3　森林木質バイオマスの収集システムとコストデザイン
　　5.4　育林工程の機械化による持続的資源利用と小径木のバイオマス利用
　　5.5　地域森林情報基盤と計画
　６　セルロース系バイオマス生産植物の分子育種技術　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　出村　拓
　　6.1　はじめに
　　6.2　植物の分子育種
　　　6.2.1　遺伝子組換え技術
　　　6.2.2　ゲノム解読とＤＮＡマーカー選抜技術
　　6.3　分子育種の対象となるセルロース系バイオマス生産植物
　　　6.3.1　多年生草本
　　　6.3.2　早生樹木
　　6.4　分子育種の対象となる形質と遺伝子
　　　6.4.1　リグニンの改変
　　　6.4.2　セルロースの改変
　　　6.4.3　ヘミセルロースの改変
　　　6.4.4　制御因子を用いたリグノセルロースの改変
　　6.5　セルロース系バイオマス植物の分子育種の今後の展望
第７章　セルロース系バイオマスからのエタノール生産技術
　１　リグノセルロースの酵素糖化前処理　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　渡辺　隆司
　　1.1　酵素糖化前処理
　　　1.1.1　機械的粉砕処理
　　　1.1.2　水熱・爆砕前処理
　　　1.1.3　ソルボリシス
　　　1.1.4　マイクロ波照射
　　　1.1.5　木材腐朽菌処理
　　　1.1.6　酸処理
　　　1.1.7　アルカリ/クラフトパルプ化/アルカリ性過酸化水素処理
　　　1.1.8　アンモニア循環浸漬処理/アンモニア爆砕（AFEX）処理
　　　1.1.9　Lime（石灰）処理
　　　1.1.10　イオン液体処理
　　1.2　バイオマス前処理法の評価
　２　酵素糖化技術各論：セルロースの高効率酵素糖化に向けたセルラーゼの反応解析　　　　　　五十嵐　圭日子、鮫島　正浩
　　2.1　はじめに
　　2.2　セルラーゼの分類に関する研究の歴史
　　2.3　セルラーゼによるセルロース分解機構
　　　2.3.1　セルロース表面への結合
　　　2.3.2　セルロース分子鎖の取り込み
　　　2.3.3　セルロース分子鎖の加水分解
　　　2.3.4　加水分解反応後の触媒ドメインの挙動
　　　2.3.5　各セルロース分解プロセスに基づくセルラーゼのキャラクタライズ
　　2.4　結晶性セルロースの酵素による分解機構
　　　2.4.1　最大吸着量によるセルロースの比表面積の評価と表面密度という概念
　　　2.4.2　高結晶性セルロースとセロビオヒドロラーゼを用いた実験例
　　　2.4.3　セルロースの結晶多形がセルラーゼによる分解に与える影響
　　2.5　おわりに
　３　エタノール発酵技術各論　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　進藤　昌
　　3.1　はじめに
　　3.2　セルロース系バイオマスからの単行複発酵によるバイオエタノール生産
　　3.3　セルロース系バイオマスからの並行複発酵によるバイオエタノール生産
　　3.4　セルロース系バイオマスからのコンソリデーティッドバイオプロセスによるバイオエタノール生産
　　3.5　非遺伝子組換え菌によるセルロース系バイオマスからのバイオエタノール生産
　　3.6　おわりに
　４　アーミング酵母を用いた統合プロセスによるバイオエタノール生産　　　　　　　　　　　　蓮沼　誠久、山田　亮祐、近藤昭彦
　　4.1　はじめに
　　4.2　バイオエタノール生産のための統合バイオプロセス
　　4.3　統合プロセスにおけるキーテクノロジー－アーミング技術－
　　4.4　アーミング技術によるセルロース系エタノール生産用スーパー酵母の開発
　　4.5　おわりに
　５　濃縮・脱水技術　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　鍋谷　浩志，中根　堯
　　5.1　はじめに
　　5.2　バイオエタノール製造における消費エネルギーに関する解析
　　5.3　バイオエタノール濃縮脱水工程の省エネルギー化技術開発の現状と課題
　　　5.3.1　ＰＳＡ(吸着)法による濃縮脱水技術
　　　5.3.2　ゼオライト膜による濃縮脱水技術
　　　5.3.3　超音波霧化分離技術
　　　5.3.4　分離膜を用いたエタノール濃縮システムの最適化
　　　5.3.5　エタノール濃度応答ゲート膜の開発とこれを用いた連続発酵-エタノールＰＶ連続抜き出しシステムの開発
　　5.4　おわりに
６　廃液処理技術　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　鑪迫　典久
　6.1　はじめに
　6.2　廃液の性状
　6.3　廃液処分方法と基準
　6.4　浄化処理方法
　6.5　廃液の再利活用
　　6.5.1　リサイクルとして
　　6.5.2　工程内再利用・処理
　6.6　バイオエタノール等の製造廃液処理の事例
　6.7　排水の評価・分析方法
　　6.7.1　化学分析
　　6.7.2　生物試験
８章　導入に向けたシステム化とＬＣＡ評価
１　システム化に向けた課題　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　坂西　欣也
　1.1　はじめに
　1.2　評価指標
　1.3　関連データ
　1.4　システムの経済性評価
　1.5　おわりに
２　バイオ燃料の持続可能性と基準策定の動向　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　井上　雅文
　2.1　はじめに
　2.2　バイオ燃料政策
　2.3　バイオ燃料の生産・利用に伴う環境および社会への影響
　2.4　バイオ燃料の持続可能性基準策定に関する各国および国際機関での検討状況
　　2.4.1　各国政府の取り組み
　　2.4.2　日本政府の取り組み
　　2.4.3　国際機関の取り組み
　　2.4.4　ＮＧＯの取り組み
　2.5　今後の展望
［事例編］
第９章　次世代バイオエタノール燃料への各界からの期待と課題
　１　輸送用バイオ燃料の導入～エタノールを中心に～　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　斎藤　健一郎
　　1.1　はじめに
　　1.2　ガソリン車用バイオ燃料の導入経緯と技術開発
　　　1.2.1　品質確保法の規制
　　　1.2.2　京都議定書第一拘束期間への対応と新・国家エネルギー戦略
　　　1.2.3　バイオエタノール生産の技術革新
　　1.3　エネルギー供給構造高度化法と持続可能性基準
　　　1.3.1　エネルギー供給構造高度化法
　　　1.3.2　持続可能性基準の策定
　　1.4　ディーゼル車用バイオ燃料の概要
　　　1.4.1　品質確保法による規制
　　　1.4.2　利用技術の開発
　　　1.4.3　ディーゼル車用バイオ燃料の資源
　　　1.4.4　ＢＴＬ（Biomass　to　Liquid）
　　1.5　おわりに
　２　自動車産業としてのバイオ燃料への期待　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　植田　文雄
　　2.1　持続可能な車社会を目指した課題
　　2.2　環境エネルギー問題への対応
　　　2.2.1　自動車のエネルギー源
　　　2.2.2　地球温暖化問題（ＣＯ２削減）
　　　2.2.3　大気環境改善
　　2.3　自動車燃料としてのバイオ燃料
　　　2.3.1　原料の課題
　　　2.3.2　変換プロセスの課題
　　2.4　自動車燃料（代替燃料）に求められるもの
　　2.5　おわりに
　３　農業振興とバイオエタノールの取り組み　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　柴田　浩一郎
　　3.1　穀物需給とバイオエタノール事業の意義
　　3.2　プラント稼働と今後の課題
第10章　セルロース系バイオマスの研究開発・実証研究の事例
　１　第一世代バイオエタノール製造技術とその経済性評価　　　　　　　　　　　　　　　　　　山田　富明
　　1.1　はじめに
　　1.2　酸加水分解法
　　　1.2.1　セルロース系バイオマスの硫酸加水分解の歴史
　　　1.2.2　最近のセルロース系バイオマスからのエタノール製造システム
　　1.3　プロセスの経済性評価
　　　1.3.1　プロセス設計の前提条件
　　　1.3.2　建設費の積算
　　　1.3.3　エタノール製造原価の試算
　　1.4　おわりに
　２　高含水バイオマス廃棄物からの石油化学関連物質生成触媒プロセス　　　　　　　　　　　　舟井　啓、多湖　輝興、増田　隆夫
　　2.1　はじめに
　　2.2　酸化鉄触媒を用いたバイオマス廃棄物モデル物質のケトン化反応
　　2.3　バイオマス廃棄物由来アセトンの有効利用方法の開発
　　2.4　おわりに
　３　稲わらからのエタノール製造技術実証事業　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　和泉　憲明
　　3.1　はじめに
　　3.2　事業の全体
　　3.3　３つの実証事業
　　　3.3.1　収集・運搬実証事業
　　　3.3.2　バイオエタノール製造実証事業
　　　3.3.3　走行実証事業
　　3.4　おわりに
　４　秋田県における木質系バイオマスからのバイオエタノール生産の試み　　　　　　　　　　　谷田貝　光克
　　4.1　はじめに
　　4.2　秋田県の木質系バイオマス
　　4.3　秋田県での木質系バイオエタノール生産実証試験
　　　4.3.1　インナーパワーリング粉砕機による前処理技術と糖化条件の確立
　　　4.3.2　アルカリ蒸解・酵素法による木質バイオエタノール製造システム
　　　4.3.3　湿式粉砕法による前処理技術の開発
　５　酵素糖化前処理としての微細繊維化処理技術　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　遠藤　貴士
　　5.1　はじめに
　　5.2　酵素糖化のための前処理技術
　　5.3　木材成分の特徴
　　5.4　メカノケミカル処理技術
　　5.5　微細繊維化処理
　　5.6　ディスクミルによる微細繊維化技術
　　5.7　微細繊維化処理の利点
　　5.8　産総研ミニプラント
　６　ＲＩＴＥバイオプロセスによるセルロースバイオ燃料製造　　　　　　　　　　　　　　　　猪狩　尊史、湯川　英明
　　6.1　はじめに
　　6.2　ソフトバイオマスからのエタノール生産技術開発
　　6.3　ＲＩＴＥにおける技術開発
　　　6.3.1　ＲＩＴＥバイオプロセス
　　　6.3.2　エタノールＲＩＴＥ菌の創製
　　　6.3.3　工業化に向けた取り組み
　　6.4　バイオエタノール実用化へのシナリオ
　　6.5　おわりに
　７　アーミング技術を応用した新規セルロース分解システムの構築　　　　　　　　　　　　　　山田　亮祐、蓮沼　誠久、近藤　昭彦
　　7.1　はじめに
　　7.2　セルロース結合ドメイン(ＣＢＤ)を連結した新規エンドグルカナーゼの創製
　　7.3　表層提示量、配置を制御可能な新規細胞表提示システムを用いたセルロース分解システムの構築
　　7.4　おわりに
　８　担子菌・マイクロ波照射前処理と高速発酵細菌を用いる高効率バイオエタノール生産システム
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　渡辺　隆司、簗瀬　英司
　　8.1　プロジェクト概要
　　8.2　担子菌・マイクロ波照射を組み込んだ前処理・糖化プロセス
　　8.3　高効率発酵プロセスの開発
　　　8.3.1　高速発酵細菌の育種戦略
　　　8.3.2　育種発酵細菌を用いる杉材糖化液の高効率発酵
　９　セルロース系バイオマスからのエタノール生産のための基盤技術開発　　　　　　　　　　　森川　康
　　9.1　はじめに
　　9.2　酵素糖化に関する課題
　　9.3　酵素糖化・効率的発酵に資する基盤技術ＰＪ
　　9.4　おわりに
　10　食料と競合しないセルロース系バイオエタノール一貫生産技術開発　　　　　　　　　　　　川端　秀雄
　　10.1　はじめに
　　10.2　輸送用燃料に求められる要件とその対応
　　10.3　エタノール生産技術に求められる要件
　　10.4　セルロース系バイオエタノール導入の重要性について
　　10.5　低コストエタノール変換技術
　　10.6　バイオエタノール革新技術研究組合について
　　10.7　おわりに
　11　草本系原料からの国産バイオエタノール製造技術開発　　　　　　　　　　　　　　　　　　徳安　健
　　11.1　はじめに
　　11.2　農林水産省委託研究プロジェクトの特徴
　　11.3　草本系原料の特徴に対応した技術開発
　　　11.3.1　サトウキビ・スイートソルガム
　　　11.3.2　バレイショ、カンショおよびテンサイ
　　　11.3.3　一般的な稲わらおよび麦わら
　　　11.3.4　易分解性糖質を蓄積する稲わら
　　11.4　おわりに
　12　木質バイオマス総合利用のための早生樹育種技術開発　　　　　　　　　　　　　　　　　　境野　信
　　12.1　はじめに：地球環境問題と森林資源
　　12.2　王子製紙の植林事業と植林木の育種
　　12.3　植林面積の拡大を目指したユーカリの分子育種
　　12.4　パルプ原料に適したユーカリの分子育種のためのゲノム解析
　　12.5　木質バイオマスの総合利用