本発明による実施例に係るバイオマスの水� ��分解装置について、図面を参照して説明す� ��。
 図1は、実施例1に係るバイオマスの水熱分� �装置を示す概念図である。
 図1に示すように、本実施例に係るバイオマ スの水熱分解装置41Aは、バイオマス原料11を� ��圧下から加圧下に供給するバイオマス供給� ��置31と、供給されたバイオマス原料(本実施� ��では、例えば麦わら等)11を、下端部側から� ��斜型装置本体(以下「装置本体」という)42の 内部に搬送スクリュー43により徐々に搬送す� ��と共に、前記バイオマス原料11の供給箇所� �は異なる上端部側から加圧熱水15を装置本体 42内部に供給し、バイオマス原料11と加圧熱� �15とを対向接触させつつ水熱分解し、加圧熱 水15中にリグニン成分及びヘミセルロース成� ��を移行し、バイオマス原料11中からリグニ� �成分及びヘミセルロース成分を分離してな� �水熱分解装置41Aと、装置本体42の上端部側か らバイオマス固形分17を加圧下から常圧下に� ��出すバイオマス抜出装置51とを具備するも� �である。

 なお、本実施例では、バイオマス原料11を� �端部側から供給しているが、本発明はこれ� �限定されるものではなく、これとは逆に上� �部側から供給するようにしてもよく、この� �には、加圧熱水15は下端部側から供給する。
 前記常圧下から加圧下に供給するバイオマ� ��供給装置31としては、例えばピストンポン� �又はスラリーポンプ等のポンプ手段を挙げ� �ことができる。

 また、水熱分解装置41Aは、本実施例では� ��図1に示すように傾斜型の装置としているが 、本発明はこれに限定されるものではなく、 図2に示すような縦型の水熱分解装置41Bとし� �もよい。また、水平型の水熱分解反応装置� �してもよい。

 ここで、傾斜型又は垂直型とするのは、� ��熱分解反応において発生したガスや原料中� ��持ち込まれたガス等が上方から速やかに抜� ��ることができ好ましいからである。また、� ��圧熱水15で分解生成物を抽出するので、抽� �効率の点から上方から下方に向かって抽出� �の濃度が高まることとなり、好ましいもの� �なる。

 前記搬送用スクリュー43を設けることに� �り、1)固液カウンターフローでの固形分の搬 送が可能となる。2)装置本体42内で固液の分� �が可能となる。3)装置本体42内で固体表面、� ��体中の加圧熱水の混合が進み反応が促進さ� ��る。

 また、図3の水熱分解装置41Cに示すように 、前記搬送スクリュー43に熱水排出液16の抜� �し孔16aの閉塞を防止するスクレーパー43aを� �けるようにしてもよい。

 ここで、前記水熱分解装置41に供給するバ� �オマスとしては、特に限定されるものでは� �く、地球生物圏の物質循環系に組み込まれ� �生物体又は生物体から派生する有機物の集� �をいう(JIS
K 3600 1258参照)が、本発明では特に木質系の� ��えば広葉樹、草本系等のリグノセルロース� ��源や農業系廃棄物、食品廃棄物等を用いる� ��が好ましい。

 また、前記バイオマス原料11としては、粒� �は特に限定されるものではないが、5mm以下� �粉砕することが好ましい。
 本実施例では、バイオマスの供給前におい� ��、前処理装置として、例えば粉砕装置を用� ��て前処理するようにしてもよい。また、洗� ��装置により洗浄するようにしてもよい。
 なお、バイオマス原料11として、例えば籾� �等の場合には、粉砕処理することなく、そ� �まま水熱分解装置41Aに供給することができ� �ものとなる。

 また、水熱分解装置41Aにおける、反応温度� ��180~240℃の範囲とするのが好ましい。さらに 好ましくは200~230℃とするのがよい。
 これは、180℃未満の低温では、水熱分解速� ��が小さく、長い分解時間が必要となり、装� ��の大型化につながり、好ましくないからで� ��る。一方240℃を超える温度では、分解速度� ��過大となり、セルロース成分が固体から液� ��側へ移行を増大すると共に、ヘミセルロー� ��系糖類の過分解が促進され、好ましくない� ��らである。
 また、ヘミセルロース成分は約140℃付近か� ��、セルロースは約230℃付近から、リグニン� ��分は140℃付近から溶解するが、セルロース� ��固形分側に残し、且つヘミセルロース成分� ��びリグニン成分が十分な分解速度を持つ180� ��~240℃の範囲とするのがよい。

 また、反応圧力は本体内部が加圧熱水の状� ��となる、各温度の水の飽和蒸気圧に更に0.1~ 0.5MPaの高い圧力とするのが好ましい。
 また、反応時間は20分以下、3分~10分とする� ��が好ましい。これはあまり長く反応を行う� ��過分解物の割合が増大し、好ましくないか� ��である。

 ここで、本発明では、水熱分解装置の本� ��内の加圧熱水15とバイオマス原料11との流動 は、バイオマス原料11と加圧熱水15とを対向� �触させる、いわゆるカウンターフローで接� �・撹拌・流動するようにすることが好まし� �。

 また、前記水熱分解装置では、バイオマ� ��原料11の固形分は図中左側から供給され、� �方加圧熱水15は図中右側から供給され、相互 が移動することにより、加圧熱水15(熱水、分 解物が溶解した液)は、固体であるバイオマ� �原料11とカウンターフローに固体粒子間に滲 みながら移動することとなる。

 その対向接触の際、固体であるバイオマ� ��原料11が加圧熱水15により分解すると、その 分解物が加圧熱水15側に溶解移行することと� ��る。

 また、固体と液体との固液比は、液体分が� ��ないほど回収水及び水熱分解のための加温� ��スチーム量を減らすことができるので好ま� ��い。
 ここで、供給するバイオマス原料と加圧熱� ��との重量比は、装置構成により適宜異なる� ��、例えば1:1~1:10、より好ましくは1:1~1:5とす� ��のが好ましい。

 本実施例によれば、予めバイオマス原料1 1と水とを混合して装置本体に供給するよう� �スラリー流通式の反応装置では、スラリー� �流動性をもたせるために、固体に対してか� �り多量の水(重量比で10~20倍)を加えなければ� ��らないが、原料であるバイオマス原料11と� �バイオマス中のリグニン成分及びヘミセル� �ース成分を除去する加圧熱水15とを水熱分解 装置41Aに別系統で供給するため、固体に対す る液体の重量比を小さくすることができ、装 置の経済性の向上に寄与することとなる。

 なお、本発明では装置本体42の内部には気� �部分が存在することとなるので、加圧窒素(N ₂ )を内部に供給するようにしている。

 また、水熱分解装置内におけるバイオマ� ��原料11の昇温は、装置本体42内で加圧熱水15� ��接触させることによる直接熱交換で実施可� ��である。なお、必要に応じて、外部から水� ��気等を用いて加温するようにしてもよい。

 ここで、バイオマス供給装置31は、バイオ� �ス自体によるマテリアルシール機構を有す� �スクリュー式押出機構32を採用し、固形のバ イオマス原料11を常圧下から加圧下へ供給す� ��ものである。
 すなわち、スクリューフィーダー32aと油圧� ��リンダー32bとからなる押出機構32とするこ� �で、内部に供給されたバイオマス原料11が圧 縮され、バイオマスプラグ33を形成し、この� ��イオマスプラグ33自身で水熱分解装置内圧� �を遮断するマテリアルシールを行うように� �ている。スクリューフィーダー32aにより徐� �に押されて、油圧シリンダー32bの先端部分� �ら徐々にバイオマスが切り出され、装置本� �42内部に確実にバイオマス原料11を供給する� ��ととなる。

 また、バイオマス抜出装置51は、その構成� �前記バイオマス供給装置31と同様であり、ス クリューフィーダー52aと油圧シリンダー52bと からなる押出機構とすることで、水熱分解装 置で反応したバイオマス固形物17が圧縮され� ��バイオマスプラグ53を形成し、このバイオ� �スプラグ53自身で水熱分解装置内圧力を遮断 するマテリアルシールを行うようにしている 。そして、熱水排出液16にリグニン成分及び� ��ミセルロース成分を移行させたバイオマス� ��形分17を加圧下から常圧下へ排出を可能と� �るものである。この際、バイオマスプラグ53 から残留された水分が脱水される。
 この脱水液54は、加圧熱水可溶分(リグニン� ��分及びヘミセルロース成分)を含むものであ るので、熱水排出液16に送られ、熱水排出液1 6と共に別途処理される。

 また、バイオマス抜出装置51内で、加圧� �態から常圧状態に変化するので、排出され� �バイオマス固形物17は、爆砕されることとな り、繊維が破壊され、後の工程である酵素糖 化における糖化効率が向上することとなる。

 また、バイオマス抜出装置51においては� �低分子化した揮発性の酵素糖化阻害成分又� �エタノール発酵阻害成分のいずれか一方又� �両方を除去することができる。

 また、本発明においては、バイオマス原料� ��加圧熱水とを対向接触させることにより、� ��水に可溶化され易い成分から順次排出され� ��と共に、バイオマスの投入部から熱水投入� ��まで温度勾配が生じる為、ヘミセルロース� ��分の過分解が抑制され、結果的に5炭糖成分 が効率よく回収することができる。
 さらに、対向接触させることで、熱回収が� ��きシステム効率から好ましいものとなる。

 また、図4に示す水熱分解装置41Dに示すよう に、バイオマス抜出装置51で分離され脱水液5 4を再度装置本体42内に供給するようにしても よい。これにより、装置本体42の内部に供給� ��る加圧熱水量の削減を図ることができる。
 また、理想的なカウンターフローの実現が� ��能となる。

 また、図4に示すよう水熱分解装置41Dでは 、装置本体42のバイオマス原料11が供給され� �部分でバイオマスに含まれる余剰水34を除去 するように、余剰水除去ラインを設けるよう にしている。この余剰水34はバイオマス原料1 1を湿潤状態にするのに用いてもよい。

 本発明による実施例2に係るバイオマス原料 を用いた有機原料であるアルコールの製造シ ステムについて、図面を参照して説明する。 図5は、実施例に係るバイオマス原料を用い� �有機原料の製造システムを示す概念図であ� �。
 図5に示すように、本実施例に係るバイオマ ス原料を用いたアルコールの製造システム10- 1は、バイオマス原料11を例えば粉砕処理する 前処理装置12と、前処理したバイオマス粉砕� ��13を加圧熱水15と対向接触させつつ水熱分解 し、加圧熱水15中にリグニン成分及びヘミセ� ��ロース成分を移行し、バイオマス固体中か� ��リグニン成分及びヘミセルロース成分を分� ��してなる図1に示す水熱分解装置41Aと、前記 水熱分解装置41Aから排出されるバイオマス固 形分17中のセルロースを酵素処理して6炭糖を 含む糖液に酵素(セルラーゼ)18-1で酵素分解す る第1の酵素分解装置19-1と、第1の酵素分解装 置19-1で得られた第1の糖液(6炭糖)20-1を用いて 、発酵処理によりアルコール類(本実施の形� �ではエタノール)を製造する第1のアルコール 発酵装置21-1と、第1のアルコール発酵液22-1を 精製して目的生成物のエタノール23と残渣24-1 とに分離処理する第1の精製装置25-1とを具備� ��るものである。

 本発明によれば、図1に示すような水熱分解 装置41Aにおいて、カウンターフローを採用す ることにより、液体側の加圧熱水15中にリグ� ��ン成分及びヘミセルロース成分を移行させ� ��固体側のバイオマス固形分17にはセルロー� �がとどまることとなり、酵素糖化の第1の酵� ��分解装置19-1により第1の糖液(6炭糖)20-1を得� ��こととなる。
 そして、6炭糖に応じた発酵(最終製品に応� �た発酵:本実施例では第1のアルコール発酵装 置21-1を用いてエタノール23を発酵により求め る)プロセスを構築することができる。

 本実施例では、発酵処理により求めるも� ��として、アルコール類のエタノールを例示� ��たが、本発明はこれに限定されるものでは� ��く、アルコール類以外の、化成品原料とな� ��石油代替品類又は食品・飼料原料となるア� ��ノ酸類を発酵装置により得ることができる� ��

 ここで、糖液を基点とした化成品として� ��、例えばLPG、自動用燃料、航空機用ジェッ� ��燃料、灯油、ディーゼル油、各種重油、燃� ��ガス、ナフサ、ナフサ分解物であるエチレ� ��グリコール、エタノールアミン、アルコー� ��エトキシレート、塩ビポリマー、アルキル� ��ルミニウム、PVA、酢酸ビニルエマルジョン� ��ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピ� ��ン、ポリカーボネート、MMA樹脂、ナイロン� ��ポリエステル等を挙げることができる。よ� ��て、枯渇燃料である原油由来の化成品の代� ��品及びその代替品製造原料としてバイオマ� ��由来の糖液を効率的に利用することができ� ��。

 本発明による実施例3に係るバイオマス原料 を用いた有機原料であるアルコール製造シス テムについて、図面を参照して説明する。
 図6は、本実施例に係るバイオマス原料を用 いた有機原料のアルコール製造システムを示 す概念図である。
 図6に示すように、本実施例に係るバイオマ ス原料を用いたアルコールの製造システム10- 2は、図5に示すアルコール製造システム10-1に おいて、水熱分解装置41Aから排出される熱水 排出液16中に移行されたヘミセルロース成分� ��酵素処理して5炭糖を含む第2の糖液20-2に酵� ��分解する第2の酵素分解装置19-2を設けてな� �ものである。
 なお、酵素分解装置、アルコール発酵装置� ��精製装置は、それぞれ別途2機(第1の酵素分� ��装置19-1、第2の酵素分解装置19-2、第1のアル コール発酵装置21-1、第2のアルコール発酵装� ��21-2、第1の精製装置25-1、第2の精製装置25-2)� ��置している。そして、第1の糖液(6炭糖)20-1� �第2の糖液(5炭糖)20-2に応じた酵素分解工程、 アルコール発酵工程及び精製工程を行うよう にして、エタノール23を得るようにしている� ��

 そして、本実施例では、第2の酵素分解装 置19-2で得られた第2の糖液(5炭糖)20-2を用いて 、発酵処理によりエタノール23を製造するこ� ��ができる。

 なお、熱水排出液は必ずしも別系統にお� ��て処理するものではなく、例えば酵素分解� ��置を以降の工程を共通化したり、アルコー� ��発酵装置以降の工程を共通化したり、ある� ��は精製装置以降を共通化する等適宜変更を� ��うことができる。

 本発明によれば、水熱分解装置41Aにおい� ��、カウンターフローを採用することにより� ��固体側のバイオマス固形分17では、セルロ� �スがとどまることとなり、酵素糖化の第1の� ��素分解装置19-1により第1の糖液(6炭糖)20-1を� ��ると共に、液体側の加圧熱水15では、その� �圧熱水に可溶したヘミセルロース成分を熱� �排出液16として分離し、別途酵素糖化の第2� �酵素分解装置19-2により第2の糖液(5炭糖)20-2� �得るので、両者を効率よく分離して各々糖� �することが可能となる。そして、6炭糖、5炭 糖に応じた発酵(最終製品に応じた発酵:例:エ タノール発酵)プロセスを構築することがで� �る。

 このように、水熱分解装置41Aにおけるカ� ��ンターフローを採用することによって6炭糖 を得る酵素糖化反応において阻害物質となる 副反応成分や加圧熱水に可溶なリグニン成分 を加圧熱水15側に移行させるため、セルロー� ��主体のバイオマス固形分17となり、その後� �糖化反応における6炭糖の糖化反応収率が向� ��する。

 一方、分離された熱水排出液16に含まれる� �ミセルロース成分は、その後第2の酵素分解� ��置19-2において糖化され、5炭糖を含む糖液� �得ることができる。
 そして、6炭糖、5炭糖の各々に適した酵母� �を用いることでエタノールを効率的に個別� �発酵により求めることができるものとなる� �

 このように、従来の技術では、副反応生� ��物が、酵素糖化阻害を引起し糖収率が減少� ��る現象が起きていたが、本発明によれば、� ��イオマス原料からセルロース主体の成分と� ��ミセルロース成分を加圧熱水に移行させて� ��者を分離し、各々に適した効率的な糖液(6� �糖液、5炭糖液)の製造を行うと共に、該糖液 を基点として、各種有機原料(例えばアルコ� �ル類、石油代替品類、又はアミノ酸類等)を� ��率よく製造することができるバイオマス原� ��を用いた有機原料の製造システム及び方法� ��提供することが可能となる。