石膏含有残渣・強酸性残渣の有効利用を前提とした木質・草本系バイオマスの高度利用法
【課題】稲藁等の木質・草本系バイオマスに大量の硫酸糖化過程で発生する残渣を有効利用する方法の提供。
【解決手段】（１）糖化液をそのままグルコース燃料電池による発電に用いるか、糖化液に植菌し培養する事によって有用物の生産を行うと同時に、中和後の固液分離によって生ずる石膏を含むバイオマス残渣を土壌改良材、濁水抑制材、微細土壌流出抑制材、堆肥化素材、建築用石膏資材等に活用する（２）１においてキシロースデヒドロゲナーゼが電極に固定化した燃料電池を用いる（３）１、２において木質・草本系バイオマスを硫酸糖化後に発生した強酸性バイオマス残渣を、そのままアルカリ土壌改良剤、又はアルカリ廃棄物の中和剤として用いる（４）１〜３において固液分離後の液体部分の有価物発酵後に有価物分離抽出後に生じる残渣、発酵液を用いて肥料、土壌改良材、プロバイオティクス剤、微生物タンパク（ＳＣＰ）等を製造する技術を適用する。
【解決手段】（１）糖化液をそのままグルコース燃料電池による発電に用いるか、糖化液に植菌し培養する事によって有用物の生産を行うと同時に、中和後の固液分離によって生ずる石膏を含むバイオマス残渣を土壌改良材、濁水抑制材、微細土壌流出抑制材、堆肥化素材、建築用石膏資材等に活用する（２）１においてキシロースデヒドロゲナーゼが電極に固定化した燃料電池を用いる（３）１、２において木質・草本系バイオマスを硫酸糖化後に発生した強酸性バイオマス残渣を、そのままアルカリ土壌改良剤、又はアルカリ廃棄物の中和剤として用いる（４）１〜３において固液分離後の液体部分の有価物発酵後に有価物分離抽出後に生じる残渣、発酵液を用いて肥料、土壌改良材、プロバイオティクス剤、微生物タンパク（ＳＣＰ）等を製造する技術を適用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、稲藁等の木質・草本系廃棄物を硫酸糖化した後に発生する強酸性残渣、若しくは糖化物を生石灰等で中和した後に発生する石膏含有残渣を、アルカリ土壌改良材、濁水抑制材、微細土壌流出抑制材、堆肥化素材、建築用素材として有効利用する事を前提とした上で、糖化液中のグルコース及びキシロースを用いて燃料電池発電を行うか、若しくは有機酸、エタノール、アミノ酸等の様々な有価物を発酵生産する資源循環技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境技術は様々な分野の技術から成立している事が特徴であるが、各分野の各々の技術を有機的に結合させシステム全体として機能できるよう考えられているケースは必ずしも多くない。例えば、燃料電池分野では数年前からグルコース燃料電池が開発され体内埋め込み型機器の微小電源として使われているだけでなく（文献：「血液で発電する電池を開発、体内埋め込み医療具に利用」読売新聞、２００５．５．１３）、最近では廃木材等を用いた発電システムも提案されている（文献：谷口功、「グルコース酸化用機能性電極の開発とグルコース−空気電池の作製」月刊エコインダストリー、Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．４，ｐ３６−４５、２００５）が、廃木材等の木質・草本系の廃棄物バイオマスを糖化するコストが高く採算が合わないために、事実上、使えない状態にある。また、同様にグルコースから生分解性プラスチック用乳酸・コハク酸、エタノール等の有価物に転換する発酵技術は確立されている（文献：今中忠行、加藤千明、加藤暢夫、倉根隆一郎、西山徹、矢木修身、『微生物利用の大展開．』、株式会社エヌ・ティー・エス、２００２）が、やはり廃木材・稲藁等の木質・草本系の廃棄物バイオマスを糖化するコストが高く採算が合わないため、現時点で木質・草本系バイオマスは火力発電や堆肥以外では十分には使われていない。
その一方で木質・草本系バイオマスである例えば稲藁には４５％ものセルロースが含まれている（文献：山地憲治、小木知子、湯川英明、酒井正康、渡邊裕、遠藤真弘、正田剛、横山伸也、大内健二、杉浦純、美濃輪智朗、木田建次、小寺栄、『バイオマスエネルギーの特性とエネルギー変換・利用技術 地域特性にあった技術選定・最適プロセスの構築から事業採算性・市場展望まで』、株式会社エヌ・ティー・エス、２００２）。セルロースは澱粉と同じくグルコース・ポリマーでありモノマーに分解さえしてしまえば、同じくグルコースポリマーである澱粉を１５％含むジャガイモよりもむしろグルコース・リッチであるという貴重な資源性を十分に活用できていない。
本発明は以上の背景に鑑み行われたもので、稲藁・廃木材等の木質・草本系の廃棄物バイオマスを糖化するコストを、糖化ステップで発生する廃棄物を有価物（土壌改良材、濁水抑制材、微細土壌流出抑制材、堆肥化素材、若しくは建築用石膏資材）に転換する事によって糖化コストをゼロ若しくは逆に黒字にし、糖化コストのために今まで使えなかった廃木材・稲藁等の木質・草本系の廃棄物バイオマス中のグルコース資源を「グルコース燃料電池による発電」や生分解性プラスチック用有機酸やエタノール等の有価物に発酵転換させる事を可能としたものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、稲藁等の木質・草本系バイオマスに大量に含まれるグルコース、キシロースを用いた各種発酵産業や燃料電池発電を可能にするために、木質・草本系バイオマスの硫酸糖化過程で発生する残渣をアルカリ土壌改良材、濁水抑制材、微細土壌流出抑制材、堆肥化素材、建築用素材のいずれかとして有効利用する方法を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため、（１）稲藁、麦藁、廃木材、堤防刈草等の木質・草本系バイオマスを必要に応じて粉砕後、硫酸糖化した上で酸化カルシウム（若しくは炭酸カルシウム）で中和して得た（セルロース及びヘミセルロース由来の）グルコース及びキシロースを大量に含む糖化液を、そのままグルコース燃料電池による発電に用いるか、若しくは、当該糖化液に、乳酸・コハク酸等有機酸産生菌、有機酸及びエタノール産生酵母、アミノ酸発酵菌、イノシン等核酸発酵菌、微生物蛋白（ＳＣＰ）関係菌、抗生物質等生理活性物質産生菌、生理活性蛋白・ペプチド生産菌、産業用酵素産生菌、植物成長促進微生物（ＰＧＰＲ、菌根菌、窒素固定菌）のいずれかを植菌し培養する事によって各種有機酸、エタノール、アミノ酸、イノシン等核酸、抗生物質等生理活性物質、生理活性蛋白・ペプチド、産業用酵素、微生物蛋白（ＳＣＰ）、プロバイオティクス剤、生物肥料のいずれかの生産を行うと同時に、中和後の固液分離によって発生する石膏を含むバイオマス残渣を、塩類集積土壌・アルカリ土壌等用の土壌改良材、濁水抑制材、微細土壌流出抑制材、堆肥化素材、若しくは建築用石膏資材等として活用する事を特徴とする資源循環方法、（２）１において、木質・草本系バイオマス糖化液を電力に変えるにあたりグルコースだけでなくキシロースからも電力発生可能にするためにキシロースデヒドロゲナーゼが電極（炭素電極等）に固定化された燃料電池を用いる資源循環方法、（３）１、２において、木質・草本系バイオマスを硫酸糖化後に発生した強酸性バイオマス残渣を中和せず、そのままアルカリ土壌改良剤、若しくはアルカリ廃棄物の中和剤として用いる資源循環方法、（４）１〜３において固液分離後の液体部分の有価物発酵後に各々の有価物を分離抽出した後に生じる残渣、若しくは発酵液を用いて肥料、土壌改良材、プロバイオティクス剤、微生物タンパク（ＳＣＰ）等を製造する方法の計４技術を適用すればよい。
【発明の効果】
【０００５】
本発明を適用すれば、高い糖化コストのために、従来、十分に活用されていなかった木質・草本系バイオマスのグルコース資源を生分解性プラスチック用乳酸・コハク酸、エタノール等の有価物に転換する事が可能となるだけでなく、硫酸糖化過程で発生する残渣をアルカリ土壌改良材、濁水抑制材、微細土壌流出抑制材、堆肥化素材、建築用素材として有効活用する事が可能となるそれによって、廃棄物処理の面でも地域雇用創出の面でも石油資源節約の面でも、そして二酸化炭素排出抑制の面でも社会貢献を行う事が可能となろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。まず、稲藁、麦藁、廃木材、堤防刈草等の木質・草本系バイオマスを必要に応じて粉砕後、硫酸糖化する。硫酸糖化方法は濃硫酸法でも希硫酸法でもよい。ただ糖化後の残渣を石膏ボード等の建築用資材として再利用する場合は希硫酸法では石膏生産量が少なく後で石膏を別途添加せねばならない状況になるので効率的ではなく硫酸の消費量が多い濃硫酸法の方が良い。その一方で糖化後の残渣を塩類集積土壌・アルカリ土壌等用の土壌改良材、濁水抑制材、微細土壌流出抑制材、堆肥化素材として再利用する場合はバイオマス残渣の割合が石膏量よりも多い方が望ましいので希硫酸法を選択するのが望ましい。なお、この硫酸糖化過程で発生するバイオマス残渣は（グルコースポリマーである）セルロースや（キシロースポリマー）であるキシロースが除かれ、リグニン及びその部分分解物の割合が高まった状況になっているものと推測される。
【０００７】
濃硫酸法、希硫酸法のいずれにせよ硫酸糖化した後、中和せずに固液分離して得たバイオマス残渣は強酸性の硫酸を含むが、それをそのまま強度のアルカリ土壌や非ナトリウム型の塩類集積土壌の土壌改良材に用いるのが望ましい。と言うのは石膏（硫酸カルシウム）では強度にアルカリ化が進行した土壌では作用しにくいだけでなく、ナトリウム型でない塩類集積土壌にはカルシウムイオンは作用しにくいからである。実際、メキシコでアルカリ化が進行している農地では石膏ではなく硫酸を施用してｐＨをコントロールしているケースも報告されている（文献：遠藤常嘉、山本定博、本名俊正、高島雅子、飯村康二、ラウル・ロペス、マリオ・ペンソン、「メキシコ・バハカリフォルニア半島中央部に分布する潅漑農地の塩類動態」、日本土壌肥料学会雑誌、第７１巻、第１号、ｐ．１８−２６、２０００）。しかしながら、液体である硫酸を農地に入れた場合、雨水や潅漑水等で添加した硫酸が洗い流されやすく地下水汚染等の二次汚染が懸念される。そういった場合、上で述べた「硫酸を含んだバイオマス残渣」を土壌のアルカリ度の進行状況にあわせ施用量を調節して農地に投入する方向性は有効に働くであろう。そういった意味で木質・草本系バイオマスを硫酸糖化後にすぐ固液分離し、あえて中和しないバイオマス残渣は、そのままで（アルカリ土壌及び非ナトリウム型の塩類集積土壌用の）土壌改良材として活用できるものと考えられる。なお、本資材を農耕地に施用する際に注意せねばならない事は本資材のＣ／Ｎ比が非常に高いという点である。従って作物が窒素飢餓を引き起こさぬように糞尿などの窒素源を同時に添加する事が必要であろう。ところで、以上述べてきたこの方法論をとる場合は硫酸糖化後に固液分離した後で液体部分（すなわち糖化液）を生石灰等で中和し、次の発酵生産ステップに進める事になる。
【０００８】
次に木質。草本系バイオマスを硫酸糖化した後、中和せずに固液分離して得たバイオマス残渣を石膏系資材として活用する場合の方法論について説明する。この場合はバイオマスを硫酸糖化した後に固液分離する前に生石灰等で中和するのが望ましい。そうしないと固体部分と液体部分の双方で別々に中和ステップが入るので製造コストがかかるためである。中和は生石灰が望ましいが、石灰でも良い。その場合は水産業で出る貝殻等の廃棄物が活用可能である。ただ炭酸カルシウムで中和する場合、弱アルカリであるため強酸の硫酸を中和するには相当の時間と量が必要となる。そういった意味で水に溶ければ強アルカリの水酸化カルシウムになる生石灰の方が扱いやすいだろう。また炭酸カルシウムの場合は中和の過程で二酸化炭素が発生するので二酸化炭素排出権市場での競争力は低下する。中和し固液分離を行った後に発生したバイオマス残渣は中和の過程で発生した硫酸カルシウム、すなわち石膏が混ざっている状態になっている。前述したように濃硫酸法を用いた場合はこの石膏の割合が希硫酸法の場合よりも多くなっており、その場合は残渣が含まれたままで建築用石膏ボードとして活用するのが望ましい。建築資材として用いるならば石膏の中に一定割合でバイオマス残渣が混ざっていても性能に大きな影響が出るものではなく特にグリーン購入法の適用を受ければ市場で流通可能であろう。また石膏に一定割合で混ざったバイオマス残渣が建築素材に保水性や保温性などの何らかの機能を持たせる可能性もあり今後検討していく必要がある。
【０００９】
なお硫酸カルシウム（すなわち石膏）はナトリウム系塩類集積土壌等に対する有効な土壌改良材であり土壌の物理性が改善できる事が知られているので、「石膏系土壌改良材」としてそのまま資源化する事も可能である。硫酸カルシウムによるナトリウム土壌の改良効果自体は１９５０年代に米国で開発された後（文献：Ｕ．Ｓ．Ｓａｌｉｎｉｔｙ Ｌａｂｏ．Ｓｔａｆｆ、Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ａｎｄ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｓａｌｉｎｅ ａｎｄ Ａｌｋａｌｉ Ｓｏｉｌｓ．Ｕ．Ｓ．Ｄｅｐｔ．Ａｇｒｉ．Ｈａｎｄｂｏｏｋ．６０：４８−５４．１９５３）、世界中で用いられ近年では松本らによる中国河北省でのポプラ植林におけるアルカリ土壌改良でも用いられている（文献：松本聰，中野圭一，雷玉平，石川祐一．「中国河北省九連城地域のアルカリ土壌改良と植林」、日本土壌肥料学会講演要旨集．５０：１６３、２００４）。塩類集積土壌・アルカリ土壌に対する土壌改良の基本は土壌のナトリウムコロイドをカルシウムイオンで置換し、構造性の優れたカルシウムコロイドを生成させると共に、土壌ｐＨを低下させることにある。この場合、ナトリウムイオンとの置換を着実に行わせるには、溶解度積定数の低いカルシウム塩を用いることが重要で、難溶性塩である硫酸カルシウム（２水塩）が有効に働く事が報告されているが（文献：松本聰、日本農芸化学会シンポジウム「地球環境の再生へ向けて」世界の問題土壌とその再生への要素技術の開発、２００４）、現時点では十分には普及していないためもあり、中国、オーストラリアをはじめ世界各国で塩類集積による土壌荒廃が問題となっている事を考えれば、本資材が我が国の新たな輸出品に加わる可能性もあろう。また必要ならば本資材に窒素源を別途添加しＣ／Ｎ比を整えて肥料化、堆肥化する事も可能と考えられる。なお、その場合の窒素源として糞尿を用いれば資源循環上、更に望ましいだろう。また肥料として用いる場合はカルシウムが特に豊富な肥料としての機能性を持つ側面もあり有効利用が望まれる。
【００１０】
ところで秋田県においては農業用排水に代掻きに起因するＳＳ（浮遊懸濁物）が大量に含まれ八郎潟残存湖水質問題の主因になっていると報告されている（文献：近藤正、「水の循環・利用・汚濁機構と定量評価」、平成１１〜１３年度科学研究費補助金研究成果報告書「限界閉鎖系水圏環境における環境保全型農法の高度化と測定評価に関する研究」、ｐ．３４）が、石膏に含まれるカルシウムイオンはＳＳの分散を抑止する効果もあるので、実施例でモデル実験結果を示したが、そのようなケースでは本資材を施用する事によって水質問題を軽減できる可能性も考えられる。このカルシウムイオンによる土壌分散抑止効果を活用した本残渣資材を今後、濁水抑制材、微細土壌流出抑制材として、国内外の土木現場において幅広く利用する事が可能であろう。
【００１１】
次に硫酸糖化後に中和した糖化液の活用方法について述べる。ここで得られた糖化液の組成は用いたバイオマスの組成によって異なるが、例えば稲藁の場合は元々セルロース４５％、ヘミセルロース３０％、その他リグニン等２５％という組成であるので（文献：山地憲治、小木知子、湯川英明、酒井正康、渡邊裕、遠藤真弘、正田剛、横山伸也、大内健二、杉浦純、美濃輪智朗、木田建次、小寺栄、『バイオマスエネルギーの特性とエネルギー変換・利用技術 地域特性にあった技術選定・最適プロセスの構築から事業採算性・市場展望まで』、株式会社エヌ・ティー・エス、２００２）、糖化液にはセルロース由来のグルコースが４５％、ヘミセルロース由来のキシロースが３０％の他様々な抽出物が含まれた液体が得られる事になる。驚くべき事にこの糖化液のグルコース量はトヨタ自動車株式会社が生分解性プラスチック用乳酸の生産のために利用しているサツマイモ（グルコースポリマーである澱粉含量２０％）より多く、稲藁という廃棄物であるのにも関わらず、サツマイモよりもむしろ乳酸発酵に適している成分になっている。
【００１２】
実際、発明者らは酵母Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ ｔｈｅｒｍｏｔｏｌｅｒａｎｓを小麦ふすま糖化液に植菌し３日間、２５℃で静置培養したところ稲藁１ｋｇあたりの乳酸生産量３１．３±３．３ｇにも昇っている事が確認できている。また乳酸だけでなく（乳酸と同時に同じく生分解性プラスチックの材料となる）コハク酸も２１．６±３．７ｇも生産できていた。この数値は驚くべき事にジャガイモ可食部からの乳酸生産収率（モンサント社の乳酸転換実質効率を当てはめた場合）と大きくは変わらないが、乳酸・コハク酸生産のための最適化条件（培養日数、ｐＨ、温度、酸素条件、栄養条件等）を検討していない段階での数値であるから、今後、更に生産量は改善できる事が期待される。従って簡単な実験であるが本実験結果一つとっても生分解性プラスチックを製造するに当たって今後は貴重な農作物可食部を使う理由がなくなる事が予想できる。農業系廃棄物で十分であろう。
【００１３】
なおここで用いた酵母は醸造用酵母でありエタノール発酵出来る事も知られている。現在、ブラジルやアメリカ合衆国ではトウモロコシやサトウキビの可食部をエタノール発酵させて得たエタノールで自動車燃料（ガソホール）の一部を賄っているだけでなく、エタノールは燃料電池の水素供給源としても機能する事が知られている。従って、本小麦廃棄物糖化液に適当な株の酵母を植菌し培養する事によって生分解性プラスチック製造に必要な乳酸・コハク酸等の「素材」だけでなく、燃料電池用水素供給源やガソホールとして利用可能なエタノール等の「エネルギー」も同時生産する事が可能となる。
【００１４】
更に、発明者らは稲藁や小麦廃棄物糖化液が、他に栄養物質を添加していないにも関わらず、酵母や乳酸菌だけでなく様々な微生物の良好な増殖基質になる事も見出している。これが意味する事は当該バイオマス糖化液は乳酸・コハク酸等の有機酸産生菌やエタノール発酵菌の増殖基質になるだけでなく、アミノ酸発酵菌、イノシン等核酸発酵菌、微生物蛋白（ＳＣＰ）関係菌、抗生物質等生理活性物質産生菌、（遺伝子組み替え菌を含む）生理活性蛋白・ペプチド生産菌、産業用酵素産生菌、植物成長促進微生物（ＰＧＰＲ、菌根菌、窒素固定菌）等にとっても良好な増殖基質になる可能性が高い事を意味している。本方法論で糖化液を得る上での糖化コストが（土壌改良材や建築資材の製品化によって）事実上ゼロになる事と稲藁・麦藁等の木質・草本系バイオマスの原料費が廃棄物故にゼロである事を併せて考えると、当該糖化液は、あらゆる発酵産業にとって安価かつ良好な増殖基質になりえ、各種有機酸、エタノール、アミノ酸、イノシン等核酸、抗生物質等生理活性物質、生理活性蛋白・ペプチド、産業用酵素、微生物蛋白（ＳＣＰ）、プロバイオティクス剤、生物肥料を生産するにあたって有効である可能性を示唆しているものと考えられる。なお、糖化に用いるバイオマスによって成分は変わってくるので、用いる微生物の種類によっては必要に応じて別途、栄養物質を補強してもよいであろう。また、このような発酵生産を行った後の残渣は、用いる微生物によっては、肥料、土壌改良材、プロバイオティクス剤として活用する事が可能であり、そういった形で資源循環を徹底的に実体経済に載せる事が肝要である。
【００１５】
ところで、前述したように燃料電池分野では数年前からグルコース燃料電池が開発され体内埋め込み型機器の微小電源として使われているだけでなく（文献：「血液で発電する電池を開発、体内埋め込み医療具に利用」読売新聞、２００５．５．１３）、最近では廃木材等を用いた発電システムも提案されている（文献：谷口功、「グルコース酸化用機能性電極の開発とグルコース−空気電池の作製」月刊エコインダストリー、Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．４，ｐ３６−４５、２００５）が、廃木材等の木質・草本系の廃棄物バイオマスを糖化するコストが高く採算が合わないために、事実上、使えない状態にある。従ってこのグルコース燃料電池の分野においても本発明を適用する事によって木質・草本系バイオマスの糖化コストをゼロにし、そこで得られたグルコース及びキシロースを大量に含む糖化液から燃料電池発電を行えば、グルコース燃料電池の発電能力が高い事を考えれば、エネルギー分野で構造改革が起こるかもしれない。
【００１６】
なお、現在、Ｃ６糖であるグルコースを分解し燃料電池に必要な水素を発生せしめる酵素であるグルコースデヒドロゲナーゼをメディエーターと共に炭素電極に固定させたグルコース燃料電池は広く使われているが、木質・草本系バイオマスに相当量含まれているヘミセルロースの分解産物であるＣ５糖、キシロースから発電するシステムは開発されていない。これは資源の有効利用を考える上で必ずしも望ましくなく、今後はＣ６糖であるグルコースだけでなく、Ｃ５糖であるキシロースに関しても、キシロースを分解し燃料電池に必要な水素を発生せしめる酵素であるキシロースデヒドロゲナーゼをメディエーターと共に電極に固定させたキシロース燃料電池を開発する必要があり、それをグルコース燃料電池と共に上記糖化液に適用したバイオマス発電を行う資源循環システムの構築が望まれよう。
【００１７】
以上、述べてきた方法を用いる事によって現在、農作物の可食部を利用するポリ乳酸系生分解性プラスチック業界で認められているカーボンニュートラル以上の二酸化炭素排出量抑制効果が期待できる。この方法を用いれば用いたバイオマスを一切焼却しないので発生する二酸化炭素量は糖化液の発酵過程で発生する微生物による二酸化炭素発生に限定できる。これは現在、木質・草本系バイオマスの大半が焼却されそこで発生している二酸化炭素量と比べると微々たるものである。また本方法で得られたエタノール若しくはグルコースを用いた燃料電池発電量が従来の火力発電による発電量の代替になりうるならば、今まで火力発電で発生していた二酸化炭素も節減できる事になる。また本方法で得られたエタノールやグルコースを含む糖化液を水素供給源とする自動車、船舶、家電等が稼働すれば自動車等の排気ガスから発生している二酸化炭素量も削減できる。二酸化炭素が本当に地球温暖化に大きく影響しているのかは専門家の間でも議論が分かれているが、少なくとも京都議定書で日本政府が国際社会に公約した二酸化炭素削減量を確保したり、ウォール街で一部稼働している二酸化炭素排出権市場を有利に進める上では有効に働く事は間違いないだろう。
【実施例】
【００１８】
松葉５０ｇおよび松の樹皮５０ｇを鋏等で裁断しミルで粉砕後，濃硫酸１０ｍＬを予め加えた蒸留水１Ｌを加え，懸濁した上で１２０℃，３時間，加温加圧処理後，酸化カルシウムでｐＨ７．５に調整した。吸引濾過で固液分離し，硫酸カルシウム・有機物残渣を主成分とする濁水発生抑制剤と糖化液を得た。代掻き開始後に秋田県南秋田郡大潟村内農業用幹線用水路で微細土壌粒子が懸濁した濁水を採取した。５００Ｌビーカーに，濁水４００ｍＬ，もしくは濁水４００ｍＬおよび濁水発生抑制剤５．０ｇを添加した。緩やかに撹拌した後，静置した。１８時間後に，適宜希釈後，ＪＩＳＫ０１０２に則り，濁度を測定した。すなわち，１ｍｇ／Ｌカオリン懸濁液の波長６６０ｎｍにおける吸光度を濁度１度とし，０〜１００ｍｇ／Ｌのカオリン懸濁液を用いて作成した検量線から，試料の吸光度を測定し，濁度に換算した。その結果，原水の濁度が２８０度，１８時間、静置後に１６０度までしか低下しなかったのに対して，濁水発生抑制剤５．０ｇを添加することにより，濁度は１８度まで顕著に低下した。この結果は，本濁水発生抑制剤が，原水に含まれる微細土壌粒子を効果的に凝集・沈降させ，排水への環境汚濁を抑制できることを示唆している。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明によって、木質・草本系バイオマスの糖化中和前後に発生する稲藁残渣が石膏系建築素材、土壌改良材、肥料等として産業利用される事が可能となる。また糖化経費が低減できる事によって、糖化液に含まれるグルコース若しくは（発酵生産可能な）エタノールを用いて燃料電池発電を行う事が可能となる。またそういったエネルギー産業への適用だけでなく、糖化液からの乳酸・コハク酸生産が素材産業（生分解性プラスチック）の原料供給源となると同時に、様々な発酵産業に安価な微生物増殖基質を提供できる事によって抗生物質、アミノ酸等が従来より安価に生産できるようになる事が期待できる。また、その上に二酸化炭素排出量削減や資源循環を通した環境保全にも貢献できる。そして、このようなバイオコンビナートをインターネットのような分散型かつ双方向的な素材＆エネルギー源（素材・エネルギーウェブ）として世界各地の農村地域に段階的に設立していく事により都市部に偏った富や雇用を分散させる事も可能となろう。すなわち、素材及びエネルギーを世界的規模で民主化し新しい形の世界経済をもたらす可能性が考えられる。本発明は２１世紀後半型の新しい形でのグローバリゼーション（ポスト・グローバリゼーション）につながるかもしれない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、稲藁等の木質・草本系廃棄物を硫酸糖化した後に発生する強酸性残渣、若しくは糖化物を生石灰等で中和した後に発生する石膏含有残渣を、アルカリ土壌改良材、濁水抑制材、微細土壌流出抑制材、堆肥化素材、建築用素材として有効利用する事を前提とした上で、糖化液中のグルコース及びキシロースを用いて燃料電池発電を行うか、若しくは有機酸、エタノール、アミノ酸等の様々な有価物を発酵生産する資源循環技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境技術は様々な分野の技術から成立している事が特徴であるが、各分野の各々の技術を有機的に結合させシステム全体として機能できるよう考えられているケースは必ずしも多くない。例えば、燃料電池分野では数年前からグルコース燃料電池が開発され体内埋め込み型機器の微小電源として使われているだけでなく（文献：「血液で発電する電池を開発、体内埋め込み医療具に利用」読売新聞、２００５．５．１３）、最近では廃木材等を用いた発電システムも提案されている（文献：谷口功、「グルコース酸化用機能性電極の開発とグルコース−空気電池の作製」月刊エコインダストリー、Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．４，ｐ３６−４５、２００５）が、廃木材等の木質・草本系の廃棄物バイオマスを糖化するコストが高く採算が合わないために、事実上、使えない状態にある。また、同様にグルコースから生分解性プラスチック用乳酸・コハク酸、エタノール等の有価物に転換する発酵技術は確立されている（文献：今中忠行、加藤千明、加藤暢夫、倉根隆一郎、西山徹、矢木修身、『微生物利用の大展開．』、株式会社エヌ・ティー・エス、２００２）が、やはり廃木材・稲藁等の木質・草本系の廃棄物バイオマスを糖化するコストが高く採算が合わないため、現時点で木質・草本系バイオマスは火力発電や堆肥以外では十分には使われていない。
その一方で木質・草本系バイオマスである例えば稲藁には４５％ものセルロースが含まれている（文献：山地憲治、小木知子、湯川英明、酒井正康、渡邊裕、遠藤真弘、正田剛、横山伸也、大内健二、杉浦純、美濃輪智朗、木田建次、小寺栄、『バイオマスエネルギーの特性とエネルギー変換・利用技術 地域特性にあった技術選定・最適プロセスの構築から事業採算性・市場展望まで』、株式会社エヌ・ティー・エス、２００２）。セルロースは澱粉と同じくグルコース・ポリマーでありモノマーに分解さえしてしまえば、同じくグルコースポリマーである澱粉を１５％含むジャガイモよりもむしろグルコース・リッチであるという貴重な資源性を十分に活用できていない。
本発明は以上の背景に鑑み行われたもので、稲藁・廃木材等の木質・草本系の廃棄物バイオマスを糖化するコストを、糖化ステップで発生する廃棄物を有価物（土壌改良材、濁水抑制材、微細土壌流出抑制材、堆肥化素材、若しくは建築用石膏資材）に転換する事によって糖化コストをゼロ若しくは逆に黒字にし、糖化コストのために今まで使えなかった廃木材・稲藁等の木質・草本系の廃棄物バイオマス中のグルコース資源を「グルコース燃料電池による発電」や生分解性プラスチック用有機酸やエタノール等の有価物に発酵転換させる事を可能としたものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、稲藁等の木質・草本系バイオマスに大量に含まれるグルコース、キシロースを用いた各種発酵産業や燃料電池発電を可能にするために、木質・草本系バイオマスの硫酸糖化過程で発生する残渣をアルカリ土壌改良材、濁水抑制材、微細土壌流出抑制材、堆肥化素材、建築用素材のいずれかとして有効利用する方法を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため、（１）稲藁、麦藁、廃木材、堤防刈草等の木質・草本系バイオマスを必要に応じて粉砕後、硫酸糖化した上で酸化カルシウム（若しくは炭酸カルシウム）で中和して得た（セルロース及びヘミセルロース由来の）グルコース及びキシロースを大量に含む糖化液を、そのままグルコース燃料電池による発電に用いるか、若しくは、当該糖化液に、乳酸・コハク酸等有機酸産生菌、有機酸及びエタノール産生酵母、アミノ酸発酵菌、イノシン等核酸発酵菌、微生物蛋白（ＳＣＰ）関係菌、抗生物質等生理活性物質産生菌、生理活性蛋白・ペプチド生産菌、産業用酵素産生菌、植物成長促進微生物（ＰＧＰＲ、菌根菌、窒素固定菌）のいずれかを植菌し培養する事によって各種有機酸、エタノール、アミノ酸、イノシン等核酸、抗生物質等生理活性物質、生理活性蛋白・ペプチド、産業用酵素、微生物蛋白（ＳＣＰ）、プロバイオティクス剤、生物肥料のいずれかの生産を行うと同時に、中和後の固液分離によって発生する石膏を含むバイオマス残渣を、塩類集積土壌・アルカリ土壌等用の土壌改良材、濁水抑制材、微細土壌流出抑制材、堆肥化素材、若しくは建築用石膏資材等として活用する事を特徴とする資源循環方法、（２）１において、木質・草本系バイオマス糖化液を電力に変えるにあたりグルコースだけでなくキシロースからも電力発生可能にするためにキシロースデヒドロゲナーゼが電極（炭素電極等）に固定化された燃料電池を用いる資源循環方法、（３）１、２において、木質・草本系バイオマスを硫酸糖化後に発生した強酸性バイオマス残渣を中和せず、そのままアルカリ土壌改良剤、若しくはアルカリ廃棄物の中和剤として用いる資源循環方法、（４）１〜３において固液分離後の液体部分の有価物発酵後に各々の有価物を分離抽出した後に生じる残渣、若しくは発酵液を用いて肥料、土壌改良材、プロバイオティクス剤、微生物タンパク（ＳＣＰ）等を製造する方法の計４技術を適用すればよい。
【発明の効果】
【０００５】
本発明を適用すれば、高い糖化コストのために、従来、十分に活用されていなかった木質・草本系バイオマスのグルコース資源を生分解性プラスチック用乳酸・コハク酸、エタノール等の有価物に転換する事が可能となるだけでなく、硫酸糖化過程で発生する残渣をアルカリ土壌改良材、濁水抑制材、微細土壌流出抑制材、堆肥化素材、建築用素材として有効活用する事が可能となるそれによって、廃棄物処理の面でも地域雇用創出の面でも石油資源節約の面でも、そして二酸化炭素排出抑制の面でも社会貢献を行う事が可能となろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。まず、稲藁、麦藁、廃木材、堤防刈草等の木質・草本系バイオマスを必要に応じて粉砕後、硫酸糖化する。硫酸糖化方法は濃硫酸法でも希硫酸法でもよい。ただ糖化後の残渣を石膏ボード等の建築用資材として再利用する場合は希硫酸法では石膏生産量が少なく後で石膏を別途添加せねばならない状況になるので効率的ではなく硫酸の消費量が多い濃硫酸法の方が良い。その一方で糖化後の残渣を塩類集積土壌・アルカリ土壌等用の土壌改良材、濁水抑制材、微細土壌流出抑制材、堆肥化素材として再利用する場合はバイオマス残渣の割合が石膏量よりも多い方が望ましいので希硫酸法を選択するのが望ましい。なお、この硫酸糖化過程で発生するバイオマス残渣は（グルコースポリマーである）セルロースや（キシロースポリマー）であるキシロースが除かれ、リグニン及びその部分分解物の割合が高まった状況になっているものと推測される。
【０００７】
濃硫酸法、希硫酸法のいずれにせよ硫酸糖化した後、中和せずに固液分離して得たバイオマス残渣は強酸性の硫酸を含むが、それをそのまま強度のアルカリ土壌や非ナトリウム型の塩類集積土壌の土壌改良材に用いるのが望ましい。と言うのは石膏（硫酸カルシウム）では強度にアルカリ化が進行した土壌では作用しにくいだけでなく、ナトリウム型でない塩類集積土壌にはカルシウムイオンは作用しにくいからである。実際、メキシコでアルカリ化が進行している農地では石膏ではなく硫酸を施用してｐＨをコントロールしているケースも報告されている（文献：遠藤常嘉、山本定博、本名俊正、高島雅子、飯村康二、ラウル・ロペス、マリオ・ペンソン、「メキシコ・バハカリフォルニア半島中央部に分布する潅漑農地の塩類動態」、日本土壌肥料学会雑誌、第７１巻、第１号、ｐ．１８−２６、２０００）。しかしながら、液体である硫酸を農地に入れた場合、雨水や潅漑水等で添加した硫酸が洗い流されやすく地下水汚染等の二次汚染が懸念される。そういった場合、上で述べた「硫酸を含んだバイオマス残渣」を土壌のアルカリ度の進行状況にあわせ施用量を調節して農地に投入する方向性は有効に働くであろう。そういった意味で木質・草本系バイオマスを硫酸糖化後にすぐ固液分離し、あえて中和しないバイオマス残渣は、そのままで（アルカリ土壌及び非ナトリウム型の塩類集積土壌用の）土壌改良材として活用できるものと考えられる。なお、本資材を農耕地に施用する際に注意せねばならない事は本資材のＣ／Ｎ比が非常に高いという点である。従って作物が窒素飢餓を引き起こさぬように糞尿などの窒素源を同時に添加する事が必要であろう。ところで、以上述べてきたこの方法論をとる場合は硫酸糖化後に固液分離した後で液体部分（すなわち糖化液）を生石灰等で中和し、次の発酵生産ステップに進める事になる。
【０００８】
次に木質。草本系バイオマスを硫酸糖化した後、中和せずに固液分離して得たバイオマス残渣を石膏系資材として活用する場合の方法論について説明する。この場合はバイオマスを硫酸糖化した後に固液分離する前に生石灰等で中和するのが望ましい。そうしないと固体部分と液体部分の双方で別々に中和ステップが入るので製造コストがかかるためである。中和は生石灰が望ましいが、石灰でも良い。その場合は水産業で出る貝殻等の廃棄物が活用可能である。ただ炭酸カルシウムで中和する場合、弱アルカリであるため強酸の硫酸を中和するには相当の時間と量が必要となる。そういった意味で水に溶ければ強アルカリの水酸化カルシウムになる生石灰の方が扱いやすいだろう。また炭酸カルシウムの場合は中和の過程で二酸化炭素が発生するので二酸化炭素排出権市場での競争力は低下する。中和し固液分離を行った後に発生したバイオマス残渣は中和の過程で発生した硫酸カルシウム、すなわち石膏が混ざっている状態になっている。前述したように濃硫酸法を用いた場合はこの石膏の割合が希硫酸法の場合よりも多くなっており、その場合は残渣が含まれたままで建築用石膏ボードとして活用するのが望ましい。建築資材として用いるならば石膏の中に一定割合でバイオマス残渣が混ざっていても性能に大きな影響が出るものではなく特にグリーン購入法の適用を受ければ市場で流通可能であろう。また石膏に一定割合で混ざったバイオマス残渣が建築素材に保水性や保温性などの何らかの機能を持たせる可能性もあり今後検討していく必要がある。
【０００９】
なお硫酸カルシウム（すなわち石膏）はナトリウム系塩類集積土壌等に対する有効な土壌改良材であり土壌の物理性が改善できる事が知られているので、「石膏系土壌改良材」としてそのまま資源化する事も可能である。硫酸カルシウムによるナトリウム土壌の改良効果自体は１９５０年代に米国で開発された後（文献：Ｕ．Ｓ．Ｓａｌｉｎｉｔｙ Ｌａｂｏ．Ｓｔａｆｆ、Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ａｎｄ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｓａｌｉｎｅ ａｎｄ Ａｌｋａｌｉ Ｓｏｉｌｓ．Ｕ．Ｓ．Ｄｅｐｔ．Ａｇｒｉ．Ｈａｎｄｂｏｏｋ．６０：４８−５４．１９５３）、世界中で用いられ近年では松本らによる中国河北省でのポプラ植林におけるアルカリ土壌改良でも用いられている（文献：松本聰，中野圭一，雷玉平，石川祐一．「中国河北省九連城地域のアルカリ土壌改良と植林」、日本土壌肥料学会講演要旨集．５０：１６３、２００４）。塩類集積土壌・アルカリ土壌に対する土壌改良の基本は土壌のナトリウムコロイドをカルシウムイオンで置換し、構造性の優れたカルシウムコロイドを生成させると共に、土壌ｐＨを低下させることにある。この場合、ナトリウムイオンとの置換を着実に行わせるには、溶解度積定数の低いカルシウム塩を用いることが重要で、難溶性塩である硫酸カルシウム（２水塩）が有効に働く事が報告されているが（文献：松本聰、日本農芸化学会シンポジウム「地球環境の再生へ向けて」世界の問題土壌とその再生への要素技術の開発、２００４）、現時点では十分には普及していないためもあり、中国、オーストラリアをはじめ世界各国で塩類集積による土壌荒廃が問題となっている事を考えれば、本資材が我が国の新たな輸出品に加わる可能性もあろう。また必要ならば本資材に窒素源を別途添加しＣ／Ｎ比を整えて肥料化、堆肥化する事も可能と考えられる。なお、その場合の窒素源として糞尿を用いれば資源循環上、更に望ましいだろう。また肥料として用いる場合はカルシウムが特に豊富な肥料としての機能性を持つ側面もあり有効利用が望まれる。
【００１０】
ところで秋田県においては農業用排水に代掻きに起因するＳＳ（浮遊懸濁物）が大量に含まれ八郎潟残存湖水質問題の主因になっていると報告されている（文献：近藤正、「水の循環・利用・汚濁機構と定量評価」、平成１１〜１３年度科学研究費補助金研究成果報告書「限界閉鎖系水圏環境における環境保全型農法の高度化と測定評価に関する研究」、ｐ．３４）が、石膏に含まれるカルシウムイオンはＳＳの分散を抑止する効果もあるので、実施例でモデル実験結果を示したが、そのようなケースでは本資材を施用する事によって水質問題を軽減できる可能性も考えられる。このカルシウムイオンによる土壌分散抑止効果を活用した本残渣資材を今後、濁水抑制材、微細土壌流出抑制材として、国内外の土木現場において幅広く利用する事が可能であろう。
【００１１】
次に硫酸糖化後に中和した糖化液の活用方法について述べる。ここで得られた糖化液の組成は用いたバイオマスの組成によって異なるが、例えば稲藁の場合は元々セルロース４５％、ヘミセルロース３０％、その他リグニン等２５％という組成であるので（文献：山地憲治、小木知子、湯川英明、酒井正康、渡邊裕、遠藤真弘、正田剛、横山伸也、大内健二、杉浦純、美濃輪智朗、木田建次、小寺栄、『バイオマスエネルギーの特性とエネルギー変換・利用技術 地域特性にあった技術選定・最適プロセスの構築から事業採算性・市場展望まで』、株式会社エヌ・ティー・エス、２００２）、糖化液にはセルロース由来のグルコースが４５％、ヘミセルロース由来のキシロースが３０％の他様々な抽出物が含まれた液体が得られる事になる。驚くべき事にこの糖化液のグルコース量はトヨタ自動車株式会社が生分解性プラスチック用乳酸の生産のために利用しているサツマイモ（グルコースポリマーである澱粉含量２０％）より多く、稲藁という廃棄物であるのにも関わらず、サツマイモよりもむしろ乳酸発酵に適している成分になっている。
【００１２】
実際、発明者らは酵母Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ ｔｈｅｒｍｏｔｏｌｅｒａｎｓを小麦ふすま糖化液に植菌し３日間、２５℃で静置培養したところ稲藁１ｋｇあたりの乳酸生産量３１．３±３．３ｇにも昇っている事が確認できている。また乳酸だけでなく（乳酸と同時に同じく生分解性プラスチックの材料となる）コハク酸も２１．６±３．７ｇも生産できていた。この数値は驚くべき事にジャガイモ可食部からの乳酸生産収率（モンサント社の乳酸転換実質効率を当てはめた場合）と大きくは変わらないが、乳酸・コハク酸生産のための最適化条件（培養日数、ｐＨ、温度、酸素条件、栄養条件等）を検討していない段階での数値であるから、今後、更に生産量は改善できる事が期待される。従って簡単な実験であるが本実験結果一つとっても生分解性プラスチックを製造するに当たって今後は貴重な農作物可食部を使う理由がなくなる事が予想できる。農業系廃棄物で十分であろう。
【００１３】
なおここで用いた酵母は醸造用酵母でありエタノール発酵出来る事も知られている。現在、ブラジルやアメリカ合衆国ではトウモロコシやサトウキビの可食部をエタノール発酵させて得たエタノールで自動車燃料（ガソホール）の一部を賄っているだけでなく、エタノールは燃料電池の水素供給源としても機能する事が知られている。従って、本小麦廃棄物糖化液に適当な株の酵母を植菌し培養する事によって生分解性プラスチック製造に必要な乳酸・コハク酸等の「素材」だけでなく、燃料電池用水素供給源やガソホールとして利用可能なエタノール等の「エネルギー」も同時生産する事が可能となる。
【００１４】
更に、発明者らは稲藁や小麦廃棄物糖化液が、他に栄養物質を添加していないにも関わらず、酵母や乳酸菌だけでなく様々な微生物の良好な増殖基質になる事も見出している。これが意味する事は当該バイオマス糖化液は乳酸・コハク酸等の有機酸産生菌やエタノール発酵菌の増殖基質になるだけでなく、アミノ酸発酵菌、イノシン等核酸発酵菌、微生物蛋白（ＳＣＰ）関係菌、抗生物質等生理活性物質産生菌、（遺伝子組み替え菌を含む）生理活性蛋白・ペプチド生産菌、産業用酵素産生菌、植物成長促進微生物（ＰＧＰＲ、菌根菌、窒素固定菌）等にとっても良好な増殖基質になる可能性が高い事を意味している。本方法論で糖化液を得る上での糖化コストが（土壌改良材や建築資材の製品化によって）事実上ゼロになる事と稲藁・麦藁等の木質・草本系バイオマスの原料費が廃棄物故にゼロである事を併せて考えると、当該糖化液は、あらゆる発酵産業にとって安価かつ良好な増殖基質になりえ、各種有機酸、エタノール、アミノ酸、イノシン等核酸、抗生物質等生理活性物質、生理活性蛋白・ペプチド、産業用酵素、微生物蛋白（ＳＣＰ）、プロバイオティクス剤、生物肥料を生産するにあたって有効である可能性を示唆しているものと考えられる。なお、糖化に用いるバイオマスによって成分は変わってくるので、用いる微生物の種類によっては必要に応じて別途、栄養物質を補強してもよいであろう。また、このような発酵生産を行った後の残渣は、用いる微生物によっては、肥料、土壌改良材、プロバイオティクス剤として活用する事が可能であり、そういった形で資源循環を徹底的に実体経済に載せる事が肝要である。
【００１５】
ところで、前述したように燃料電池分野では数年前からグルコース燃料電池が開発され体内埋め込み型機器の微小電源として使われているだけでなく（文献：「血液で発電する電池を開発、体内埋め込み医療具に利用」読売新聞、２００５．５．１３）、最近では廃木材等を用いた発電システムも提案されている（文献：谷口功、「グルコース酸化用機能性電極の開発とグルコース−空気電池の作製」月刊エコインダストリー、Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．４，ｐ３６−４５、２００５）が、廃木材等の木質・草本系の廃棄物バイオマスを糖化するコストが高く採算が合わないために、事実上、使えない状態にある。従ってこのグルコース燃料電池の分野においても本発明を適用する事によって木質・草本系バイオマスの糖化コストをゼロにし、そこで得られたグルコース及びキシロースを大量に含む糖化液から燃料電池発電を行えば、グルコース燃料電池の発電能力が高い事を考えれば、エネルギー分野で構造改革が起こるかもしれない。
【００１６】
なお、現在、Ｃ６糖であるグルコースを分解し燃料電池に必要な水素を発生せしめる酵素であるグルコースデヒドロゲナーゼをメディエーターと共に炭素電極に固定させたグルコース燃料電池は広く使われているが、木質・草本系バイオマスに相当量含まれているヘミセルロースの分解産物であるＣ５糖、キシロースから発電するシステムは開発されていない。これは資源の有効利用を考える上で必ずしも望ましくなく、今後はＣ６糖であるグルコースだけでなく、Ｃ５糖であるキシロースに関しても、キシロースを分解し燃料電池に必要な水素を発生せしめる酵素であるキシロースデヒドロゲナーゼをメディエーターと共に電極に固定させたキシロース燃料電池を開発する必要があり、それをグルコース燃料電池と共に上記糖化液に適用したバイオマス発電を行う資源循環システムの構築が望まれよう。
【００１７】
以上、述べてきた方法を用いる事によって現在、農作物の可食部を利用するポリ乳酸系生分解性プラスチック業界で認められているカーボンニュートラル以上の二酸化炭素排出量抑制効果が期待できる。この方法を用いれば用いたバイオマスを一切焼却しないので発生する二酸化炭素量は糖化液の発酵過程で発生する微生物による二酸化炭素発生に限定できる。これは現在、木質・草本系バイオマスの大半が焼却されそこで発生している二酸化炭素量と比べると微々たるものである。また本方法で得られたエタノール若しくはグルコースを用いた燃料電池発電量が従来の火力発電による発電量の代替になりうるならば、今まで火力発電で発生していた二酸化炭素も節減できる事になる。また本方法で得られたエタノールやグルコースを含む糖化液を水素供給源とする自動車、船舶、家電等が稼働すれば自動車等の排気ガスから発生している二酸化炭素量も削減できる。二酸化炭素が本当に地球温暖化に大きく影響しているのかは専門家の間でも議論が分かれているが、少なくとも京都議定書で日本政府が国際社会に公約した二酸化炭素削減量を確保したり、ウォール街で一部稼働している二酸化炭素排出権市場を有利に進める上では有効に働く事は間違いないだろう。
【実施例】
【００１８】
松葉５０ｇおよび松の樹皮５０ｇを鋏等で裁断しミルで粉砕後，濃硫酸１０ｍＬを予め加えた蒸留水１Ｌを加え，懸濁した上で１２０℃，３時間，加温加圧処理後，酸化カルシウムでｐＨ７．５に調整した。吸引濾過で固液分離し，硫酸カルシウム・有機物残渣を主成分とする濁水発生抑制剤と糖化液を得た。代掻き開始後に秋田県南秋田郡大潟村内農業用幹線用水路で微細土壌粒子が懸濁した濁水を採取した。５００Ｌビーカーに，濁水４００ｍＬ，もしくは濁水４００ｍＬおよび濁水発生抑制剤５．０ｇを添加した。緩やかに撹拌した後，静置した。１８時間後に，適宜希釈後，ＪＩＳＫ０１０２に則り，濁度を測定した。すなわち，１ｍｇ／Ｌカオリン懸濁液の波長６６０ｎｍにおける吸光度を濁度１度とし，０〜１００ｍｇ／Ｌのカオリン懸濁液を用いて作成した検量線から，試料の吸光度を測定し，濁度に換算した。その結果，原水の濁度が２８０度，１８時間、静置後に１６０度までしか低下しなかったのに対して，濁水発生抑制剤５．０ｇを添加することにより，濁度は１８度まで顕著に低下した。この結果は，本濁水発生抑制剤が，原水に含まれる微細土壌粒子を効果的に凝集・沈降させ，排水への環境汚濁を抑制できることを示唆している。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明によって、木質・草本系バイオマスの糖化中和前後に発生する稲藁残渣が石膏系建築素材、土壌改良材、肥料等として産業利用される事が可能となる。また糖化経費が低減できる事によって、糖化液に含まれるグルコース若しくは（発酵生産可能な）エタノールを用いて燃料電池発電を行う事が可能となる。またそういったエネルギー産業への適用だけでなく、糖化液からの乳酸・コハク酸生産が素材産業（生分解性プラスチック）の原料供給源となると同時に、様々な発酵産業に安価な微生物増殖基質を提供できる事によって抗生物質、アミノ酸等が従来より安価に生産できるようになる事が期待できる。また、その上に二酸化炭素排出量削減や資源循環を通した環境保全にも貢献できる。そして、このようなバイオコンビナートをインターネットのような分散型かつ双方向的な素材＆エネルギー源（素材・エネルギーウェブ）として世界各地の農村地域に段階的に設立していく事により都市部に偏った富や雇用を分散させる事も可能となろう。すなわち、素材及びエネルギーを世界的規模で民主化し新しい形の世界経済をもたらす可能性が考えられる。本発明は２１世紀後半型の新しい形でのグローバリゼーション（ポスト・グローバリゼーション）につながるかもしれない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
稲藁、麦藁、廃木材、堤防刈草等の木質・草本系バイオマスを必要に応じて細分化・粉砕後、硫酸糖化した上で酸化カルシウム（若しくは炭酸カルシウム）で中和して得た（セルロース及びヘミセルロース由来の）グルコース及びキシロースを大量に含む糖化液を、そのままグルコース燃料電池による発電に用いるか、若しくは、当該糖化液に、乳酸・コハク酸等有機酸産生菌、有機酸及びエタノール産生酵母、アミノ酸発酵菌、イノシン等核酸発酵菌、微生物蛋白（ＳＣＰ）関係菌、抗生物質等生理活性物質産生菌、生理活性蛋白・ペプチド生産菌、産業用酵素産生菌、植物成長促進微生物（ＰＧＰＲ、菌根菌、窒素固定菌）のいずれかを植菌し培養する事によって各種有機酸、エタノール、アミノ酸、イノシン等核酸、抗生物質等生理活性物質、生理活性蛋白・ペプチド、産業用酵素、微生物蛋白（ＳＣＰ）、プロバイオティクス剤、生物肥料のいずれかの生産を行うと同時に、中和後の固液分離によって発生する石膏を含むバイオマス残渣を、塩類集積土壌・アルカリ土壌等用の土壌改良材、濁水抑制材、微細土壌流出抑制材、堆肥化素材、若しくは建築用石膏資材等のいずれかとして活用する事を特徴とする資源循環方法。
【請求項２】
請求項１において、木質・草本系バイオマス糖化液を電力に変えるにあたりグルコースだけでなくキシロースからも電力発生可能にするためにキシロースデヒドロゲナーゼが電極（炭素電極等）に固定化された燃料電池を用いる資源循環方法。
【請求項３】
請求項１、２において、木質・草本系バイオマスを硫酸糖化後に発生した強酸性バイオマス残渣を中和せずそのままアルカリ土壌改良剤、若しくはアルカリ廃棄物の中和剤として用いる資源循環方法。
【請求項４】
請求項１〜３において固液分離後の液体部分の有価物発酵後に各々の有価物を分離抽出した後に生じる残渣、若しくは発酵液を用いて肥料、土壌改良材、プロバイオティクス剤、微生物タンパク（ＳＣＰ）等を製造する方法。
【請求項５】
請求項１〜４の方法を用いた二酸化炭素排出量の抑制方法。
【請求項１】
稲藁、麦藁、廃木材、堤防刈草等の木質・草本系バイオマスを必要に応じて細分化・粉砕後、硫酸糖化した上で酸化カルシウム（若しくは炭酸カルシウム）で中和して得た（セルロース及びヘミセルロース由来の）グルコース及びキシロースを大量に含む糖化液を、そのままグルコース燃料電池による発電に用いるか、若しくは、当該糖化液に、乳酸・コハク酸等有機酸産生菌、有機酸及びエタノール産生酵母、アミノ酸発酵菌、イノシン等核酸発酵菌、微生物蛋白（ＳＣＰ）関係菌、抗生物質等生理活性物質産生菌、生理活性蛋白・ペプチド生産菌、産業用酵素産生菌、植物成長促進微生物（ＰＧＰＲ、菌根菌、窒素固定菌）のいずれかを植菌し培養する事によって各種有機酸、エタノール、アミノ酸、イノシン等核酸、抗生物質等生理活性物質、生理活性蛋白・ペプチド、産業用酵素、微生物蛋白（ＳＣＰ）、プロバイオティクス剤、生物肥料のいずれかの生産を行うと同時に、中和後の固液分離によって発生する石膏を含むバイオマス残渣を、塩類集積土壌・アルカリ土壌等用の土壌改良材、濁水抑制材、微細土壌流出抑制材、堆肥化素材、若しくは建築用石膏資材等のいずれかとして活用する事を特徴とする資源循環方法。
【請求項２】
請求項１において、木質・草本系バイオマス糖化液を電力に変えるにあたりグルコースだけでなくキシロースからも電力発生可能にするためにキシロースデヒドロゲナーゼが電極（炭素電極等）に固定化された燃料電池を用いる資源循環方法。
【請求項３】
請求項１、２において、木質・草本系バイオマスを硫酸糖化後に発生した強酸性バイオマス残渣を中和せずそのままアルカリ土壌改良剤、若しくはアルカリ廃棄物の中和剤として用いる資源循環方法。
【請求項４】
請求項１〜３において固液分離後の液体部分の有価物発酵後に各々の有価物を分離抽出した後に生じる残渣、若しくは発酵液を用いて肥料、土壌改良材、プロバイオティクス剤、微生物タンパク（ＳＣＰ）等を製造する方法。
【請求項５】
請求項１〜４の方法を用いた二酸化炭素排出量の抑制方法。
【公開番号】特開２００６−３１４９８２（Ｐ２００６−３１４９８２Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１７０１１４（Ｐ２００５−１７０１１４）
【出願日】平成１７年５月１３日（２００５．５．１３）
【出願人】（５００４１２１８３）
【出願人】（５０５２１７０３３）
【出願人】（５９８１７０８８８）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１３日（２００５．５．１３）
【出願人】（５００４１２１８３）
【出願人】（５０５２１７０３３）
【出願人】（５９８１７０８８８）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]