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公開番号2024106791
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-08
出願番号2023011229
出願日2023-01-27
発明の名称水素発酵処理システムおよび水素発酵処理方法
出願人株式会社神鋼環境ソリューション,国立大学法人東北大学
代理人弁理士法人ATEN
主分類B09B 3/65 20220101AFI20240801BHJP(固体廃棄物の処理;汚染土壌の再生)
要約【課題】難分解性の有機性廃棄物であるリグノセルロース系バイオマスを原料として水素発酵を行い、水素ガス等のバイオガスを効率的に製造するための水素発酵処理システムおよび水素発酵処理方法を提供する。
【解決手段】ルーメン液及びルーメン微生物培養液の少なくとも一つとリグノセルロース系バイオマスとを含む混合液の分解処理及び水素発酵処理を行う分解・水素発酵槽10を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ルーメン液及びルーメン微生物培養液の少なくとも一つとリグノセルロース系バイオマスとを含む混合液の分解処理及び水素発酵処理を行う分解・水素発酵槽を備えることを特徴とする水素発酵処理システム。
続きを表示（約 950 文字）【請求項２】
前記分解・水素発酵槽において、５０～６０℃で前記分解処理及び前記水素発酵処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の水素発酵処理システム。
【請求項３】
前記分解・水素発酵槽内の水素発酵液を原料としてメタン発酵を行うメタン発酵槽をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の水素発酵処理システム。
【請求項４】
ルーメン液及びルーメン微生物培養液の少なくとも一つとリグノセルロース系バイオマスとを含む混合液を分解処理する前処理槽と、
前記前処理槽内の前処理液を水素発酵処理する水素発酵槽と、
を備えることを特徴とする水素発酵処理システム。
【請求項５】
前記前処理槽において、５０～６０℃で前記分解処理を行い、
前記水素発酵槽において、５０～６０℃で前記水素発酵処理を行うことを特徴とする請求項４に記載の水素発酵処理システム。
【請求項６】
前記水素発酵槽内の水素発酵液を原料としてメタン発酵を行うメタン発酵槽をさらに備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の水素発酵処理システム。
【請求項７】
ルーメン液及びルーメン微生物培養液の少なくとも一つとリグノセルロース系バイオマスとを含む混合液の分解処理及び水素発酵処理を行う分解・水素発酵工程を備えることを特徴とする水素発酵処理方法。
【請求項８】
前記分解・水素発酵工程において、５０～６０℃で前記分解処理及び前記水素発酵処理を行うことを特徴とする請求項７に記載の水素発酵処理方法。
【請求項９】
前記分解・水素発酵工程で得られた水素発酵液を原料としてメタン発酵を行うメタン発酵工程をさらに備えることを特徴とする請求項７又は８に記載の水素発酵処理方法。
【請求項１０】
ルーメン液及びルーメン微生物培養液の少なくとも一つとリグノセルロース系バイオマスとを含む混合液を分解処理する前処理工程と、
前記前処理工程から供給された前処理液を水素発酵処理する水素発酵工程と、
を備えることを特徴とする水素発酵処理方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素発酵処理システム、及び水素発酵処理方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
リグノセルロース系バイオマスは、植物細胞の細胞壁、即ち植物繊維の主成分を構成する、地球上に多く存在する有機炭素源であることから、石油などの化石燃料に代わるエネルギー資源として注目されている。また、リグノセルロース系バイオマスは、セルロースが、ヘミセルロース、リグニンと呼ばれる高分子化合物と複雑に絡み合ったリグノセルロース構造を形成しており、難分解性の有機性廃棄物であることから、分解の段階において多大なエネルギー、コスト、及び時間を要する。そのため、エネルギー資源としての利用の拡大が滞っているのが実情である。
【０００３】
従来、生ごみ系有機性廃棄物を可溶化し、水素・メタン二段発酵を行うことで、水素ガスやメタンガスのようなバイオガスを作り出す技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
特許文献１には、糖質系廃棄物が主体の生ごみ系有機性廃棄物やセルロース固形物が主体の生ごみ系有機性廃棄物を嫌気性可溶化により低分子化する嫌気性可溶化と水素発酵とを併せ持つ工程、続く後段に完全混合型のメタン発酵工程からなる二段発酵法を行い、水素とメタンを回収する嫌気性処理方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１３－１３８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の嫌気性処理方法においては、糖質系廃棄物が主体の生ごみ系有機性廃棄物やセルロース固形物が主体の生ごみ系有機性廃棄物を嫌気性可溶化により低分子化し、水素発酵とメタン発酵による二段発酵法でバイオガスが得られているものの、難分解性の有機性廃棄物であるリグノセルロース系バイオマスを嫌気性可溶化して、水素発酵の基質である還元糖にまで分解するには、分解反応時間（水理学的滞留時間）を長く設定する必要があり、容量の大きい発酵槽の設置が必要となる。一方、別の方法として、薬品や酵素を用いて、リグノセルロース系バイオマスを前処理することにより還元糖を生成させ、水素発酵の基質として利用することとも考えられるが、この方法においては、処理工程が煩雑であることに加えて、薬品や酵素を使用するための試薬コストや設備コストが高額になるといった問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、難分解性の有機性廃棄物であるリグノセルロース系バイオマスを原料として水素発酵を行い、水素ガス等のバイオガスを効率的に製造するための水素発酵処理システムおよび水素発酵処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の水素発酵処理システムは、ルーメン液及びルーメン微生物培養液の少なくとも一つとリグノセルロース系バイオマスとを含む混合液の分解処理及び水素発酵処理を行う分解・水素発酵槽を備える。
【０００９】
上記構成によれば、分解・水素発酵槽で、リグノセルロース系バイオマスをルーメン液やルーメン微生物培養液と混合して分解処理し、水素発酵となる還元糖を生成させることで、次に続く、水素発酵反応が効率的に進行するため、水素ガスの生成量を向上させることができる。また、リグノセルロース系バイオマスを還元糖に分解するための反応処理時間を短縮することができるため、分解・水素発酵槽の容積を小さくすることができる。
【００１０】
また、本発明の水素発酵処理システムにおいて、前記分解・水素発酵槽において、５０～６０℃で前記分解処理と前記水素発酵処理とを行うように構成されていてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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