高選択的なバイオケミカルス／バイオ燃料生産を目指したリグニンの熱分解分子機構解明

木質バイオマスの細胞壁は、結晶性のセルロースミクロフィブリルがリグニンとヘミセルロースからなる非結晶性のマトリックスにより取囲まれた複層構造を持つ。平成28年度までの研究では、熱重量分析（TGA）を用いた検討により、マトリックスの熱分解がリグニンの熱分解により支配されており、その挙動が針葉樹（スギ）と広葉樹（ブナ）で異なること、木粉からリグニンを除去することでセルロースとヘミセルロースの熱分解に対する反応性が向上することなどを明らかにし、木材中のリグニンが他の成分と相互作用しながら熱分解されることを示した。また、木材熱分解へのボールミル処理の影響を調べた結果、木材細胞壁の充填状態を弛緩することで、セルロースの熱分解反応性が高まり、その効果が針葉樹と広葉樹で異なることも明らかにしている。平成29年度は、セルロースが熱分解に対して活性化される機構に着目し、針葉樹と広葉樹での活性化の違いとその機構を明らかにすることを目的に研究を進めた。その結果、セルロースの熱分解は、一定温度での加熱においても加熱時間とともに熱分解に対する反応性が向上し（セルロースが活性化され）、その温度域が針葉樹と広葉樹で異なることを明らかにした。本結果は、リグニンを含むマトリックスとセルロース微結晶との相互熱分解の起こる温度域が針葉樹と広葉樹で異なり、このような機構を考慮することが木材からの高選択的なケミカルス、燃料生産において重要であることを示唆する。

木質バイオマスの細胞壁は、結晶性のセルロースミクロフィブリルがリグニンとヘミセルロースからなる非結晶性のマトリックスにより取囲まれた複層構造を持つ。平成28年度までの研究では、熱重量分析（TGA）を用いた検討により、マトリックスの熱分解がリグニンの熱分解により支配されており、その挙動が針葉樹（スギ）と広葉樹（ブナ）で異なること、木粉からリグニンを除去することでセルロースとヘミセルロースの熱分解に対する反応性が向上することなどを明らかにし、木材中のリグニンが他の成分と相互作用しながら熱分解されることを示した。また、木材熱分解へのボールミル処理の影響を調べた結果、木材細胞壁の充填状態を弛緩することで、セルロースの熱分解反応性が高まり、その効果が針葉樹と広葉樹で異なることも明らかにしている。平成29年度は、セルロースが熱分解に対して活性化される機構に着目し、針葉樹と広葉樹での活性化の違いとその機構を明らかにすることを目的に研究を進めた。その結果、セルロースの熱分解は、一定温度での加熱においても加熱時間とともに熱分解に対する反応性が向上し（セルロースが活性化され）、その温度域が針葉樹と広葉樹で異なることを明らかにした。本結果は、リグニンを含むマトリックスとセルロース微結晶との相互熱分解の起こる温度域が針葉樹と広葉樹で異なり、このような機構を考慮することが木材からの高選択的なケミカルス、燃料生産において重要であることを示唆する。