Coproduction of metallurgical coke and platform chemicals by sequential carbonization of biomass

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本研究の初年度（2021年度）では、木質系バイオマスの逐次処理＝トレファクション（TF）－粉砕－熱間成型－炭化によって冷間引張強度が最大で32 MPaのコークスを調製できることを実証し（成果1）、硫酸担持バイオマスのTFによって無水単糖を30%の収率（セルロース基準）で得ることにも成功した(成果2)。本年度は、成果1を得た研究をさらに発展させた。すなわち、TF・粉砕したバイオマスを非微粘結炭と配合した後に熱間成型、炭化することによって配合率によらず高強度コークスを得ることができた。従来研究の知見（バイオマス配合率の許容範囲を＜5 wt%）を覆し、バイオマスと石炭（しかも非微粘結炭）を任意の配合率で配合し、高強度コークスが得られることを示した。さらに、TFくに靱性）を増大させることを見出した。自生有機酸は脱金属剤として同等のpHを持つ無機酸よりも高性能であり、それは有機酸と共存する水溶性フェノール・フラン類の効果であることも見出し、さらに、自生有機酸処理したバイオマスに上記の逐次処理を施して調製したコークスの強度が処理なしの場合よりも大きく、しかもCO2に対するガス化反応性を1/45に抑制できることを明らかにした。上記（成果2）に関しては、セルロースに対するわずか（0.2から0.3 wt%）の硫酸担持によって無水単糖収率（炭素基準）＞50%を達成できる反応条件を見出すとともに、硫酸ではなく硫酸塩（これまで不活性と考えられてきた）にも無水単糖収率を40 wt%以上に増大させる触媒能力があることを発見した。これらの知見に基づき、木質系バイオマスからの無水糖収率を35%（重量基準）まで引き上げた。さらに無水単糖、フェノール類、フラン類とTFバイオマスを生成するTFに必要な熱量を明らかにした。