Coproduction of biofuel and carbon materials by sequential conversion of microalgae

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本研究では、微細藻類のおよびリグノセルロース系バイオマスのシーケンシャル転換によるバイオフュエルおよび高付加価値炭素材の製造に関して反応工学的に検討した。実施した研究の概要ならびに成果を以下に述べる。(1) 微細藻類の燃料としての基本プロセス物性(揮発成分量、固定炭素量および灰分；標準法では決定できない)を測定するH2O2添加燃焼法を開発した。(2) 微細藻類の水熱処理を実施し、同処理によって得られる水熱炭化物(hydrochar)は、最大で50 wt%のジクロロメタン可溶成分を含むことがわかった。(3) 微細藻類を水熱処理した後の水相には酢酸イオン、リン酸イオン、アルカリ金属イオン、窒素を含む有機化合物が豊富にふくまれ、藻類の栽培に効果的にリサイクルできることがわかった。(4) 水熱炭化物の脂質抽出回収・熱間成型・炭化シーケンスによって、脂質を回収するとともに高炉用コークスとして使用可能な炭化物を調製することに成功した。とくに、褐炭とのブレンド(水熱炭化物；10 wt%)からは引張強度が25 MPaを超える高強度コークスを調製可能であり、石炭ベースの成型コークス製造において極めて有効な添加材となり得ることがわかった。(5)リグノセルロース系バイオマスの簡便な熱分解はバイオチャー、軽質油、重質油、水および非凝縮性ガスを生成するが、これらの生成物のうち、多孔性のバイオチャーに重質油を保持させ、熱間成型・炭化を行うと、引張強度が10 MPaを超えるコークスを調製することができた。さらに、有機酸を含む水（生成物）を使ってバイオチャーを洗浄するとチャーに含まれるアルカリおよびアルカリ土類金属を除去し、これによりコークスの反応性を低下できることもわかった。以上に述べたように、本研究によって、熱分解・水熱分解をベースとするバイオ資源転換に関する有用な反応工学的知見を得た。