木材や農業廃棄物からモノマーを製造する方法は、非食用バイオマスの効率利用を目的とした技術で、石油由来のモノマーに代わる持続可能な選択肢を提供します。セルロース、ヘミセルロース、リグニンの複合体）が主成分であり、これを化学的または生物学的に処理してモノマーを生成します。
以下に、製造方法を段階的に解説します。
1.原料と構成要素の概要
- 木材廃材: 製工場や建築現場の廃材。
- 農業廃棄物:稲わら、麦わら、トウモロコシの茎や穂軸、サトウキビバガスなど。
- 主要構成要素:
- セルロース（グルコース重ね体）: 糖類に変換可能。
- ヘミセルロース（キシロース、マンノースなど）：糖類や糖アルコールの源。
- リグニン（芳香族化合物）：バイオ芳香族モノマーの原料。
2. 製造プロセス
(1) 前処理
リグノセルロースを分解し、セルロース、ヘミセルロース、リグニンを分離する工程です。
- 蒸煮：高温・高圧蒸気を用いて材料を柔らかくし、分解を促進します。
- 酸またはアルカリ処理:化学薬品を用いてリグニンを除去し、セルロースとヘミセルロースを抽出。
- 酵素処理: 酵素を使用して、セルロースとヘミセルロースを単糖類に変換。
（２）糖化と発酵
セルロースとヘミセルロースをモノマーに変換するためのプロセス。
- 糖化：酵素や酸で加水分解して、グルコース、キシロースなどの糖を生成します。
- 発酵:
- 微生物（酵母や細菌）を使って、糖を特定のモノマーに変換。
- 例: グルコースから乳酸、キシロースからフランジカルボン酸 (FDCA)。
(3) 化学変換
リグニンやその他の副生成物から、化学の処理でモノマーを得る工程。
- 熱分解：高温下で分解して、芳香族化合物や炭化水素を生成する。
- 例: リグニンからフェノール類やバニリンを生成。
- 触媒変換: 特定の触媒を用いて反応を制御し、目標とするモノマーを得る。
- 例: リグニンを用いたバイオ芳香族モノマーの製造。
（4） 論文の精製
- 不純物を除去し、工業利用可能な純度のモノマーを得る。
- 精留塔や膜分離技術を使用。
3.生成可能なモノマーと用途
(1)グルコース由来モノマー
- 乳酸：PLA（ポリ乳酸）の原料。
- イソソルビド：ポリエステルやバイオPETの成分。
- エタノール: 化学反応でエチレンやエチレングリコールに変換。
(2) ヘミセルロース由来モノマー
- フルフラール: FDCAの中間体。バイオPEFの原料。
- キシリトール：食品添加物や高機能素材。
(3)リグニン由来モノマー
- フェノール類：エポキシ樹脂やどうしてもの原料。
- バニリン：香料や化学品の原料。
- グアヤコール：高耐熱性プラスチックの素材。
4. 技術の課題
(1) 効率的な前処理
- リグノセルローの分解はエネルギー節約的でコストが高い。
- 解決策: 酵素の効率化やエネルギー効率の高い処理技術の開発。
(2) 微生物の最適化
- 糖を特定モノマーに変換する微生物の性能が鍵。
- 解決策: 遺伝子工学を活用した高性能な微生物の開発。
(3) 副産物の利用
- リグニンなどの副産物の完全利用が課題です。
- 解決策: リグニンから高付加価値製品を製造する技術開発。
5. 成功事例
(1) Avantium社（オランダ）
- フルクトースからFDCAを製造するプロセスを開発。
- サトウキビバガスを原料に活用。
(2) Anellotech社（アメリカ）
- バガスからベンゼン、トルエン、キシレン（BTX）を製造。
- リグニン熱分解技術を活用。
(3) 日本のプロジェクト
- 製紙業界の廃液からリグニンを抽出し、芳香族モノマーを生成します。
- 農業廃棄物からPLA用乳酸の生成を目指した自治体と大学の共同研究。
6. 今後の展望
- 非食用バイオマスの拡大利用: 食料とのキャッシュを避けたバイオマス利用が重要です。
- 統合型バイオリファイナリー:廃棄物からモノマーだけでなく、燃料や他の化学品も一体的に生産。
- カーボンニュートラル:廃棄物由来のモノマーで、製造から廃棄までのCO₂排出を削減。
