JP3004510B2 - Ethanol production process from microalgae - Google Patents
Ethanol production process from microalgaeInfo
- Publication number
- JP3004510B2 JP3004510B2 JP5239846A JP23984693A JP3004510B2 JP 3004510 B2 JP3004510 B2 JP 3004510B2 JP 5239846 A JP5239846 A JP 5239846A JP 23984693 A JP23984693 A JP 23984693A JP 3004510 B2 JP3004510 B2 JP 3004510B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ethanol
- microalgae
- starch
- methane
- carbon dioxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、微細藻が蓄積するデン
プンを原料として燃料や化学工業原料等として有用なエ
タノールを製造するプロセスに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a process for producing ethanol, which is useful as a fuel or a raw material for chemical industry, using starch accumulated by microalgae as a raw material.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来エタノールは、石炭、石油などの化
石資源を原料とし、エチレンを経由して化学合成する方
法、あるいはサトウキビの糖やトウモロコシのデンプン
などのバイオマス資源を原料として、カビ、酵母などの
微生物による発酵方法などにより製造されている。バイ
オマス原料の中でクロレラ、ドナリエラ、クラミドモナ
ス、セネデスムス、スピルリーナなどで代表される微細
な光合成生物である微細藻の中にはアルコールの原料と
なるデンプンやグリコーゲンを多量に（乾重量の５０％
以上）含有するものが知られており、これらの微細藻デ
ンプンを原料としてエタノールを製造する方法がある。2. Description of the Related Art Conventionally, ethanol is produced by using fossil resources such as coal and petroleum as raw materials and chemically synthesizing via ethylene, or by using biomass resources such as sugar cane sugar and corn starch as raw materials to mold, yeast, etc. It is manufactured by a fermentation method using microorganisms. Among biomass raw materials, microalgae, which are fine photosynthetic organisms represented by Chlorella, Donariella, Chlamydomonas, Scenedesmus, Spirulina, etc., contain a large amount of starch and glycogen (50% of dry weight) as alcohol raw materials.
The above is known, and there is a method for producing ethanol using these microalga starch as a raw material.
【０００３】これらの微細藻デンプンを原料とするエタ
ノールの製造は従来次のような方法により行われてい
る。 （１）微細藻を、光独立栄養的に明所で光合成により炭
酸同化させ増殖させるかあるいは従属栄養的に糖や有機
酸などの有機物を与えて暗所で増殖させるなどの方法に
より培養して増殖させる。 （２）増殖した微細藻は主として細胞内にデンプンを貯
蔵しているため、機械的な手段（超音波破砕、爆砕な
ど）あるいは細胞壁を溶解させる酵素等を用いてデンプ
ンを細胞より露出させ、水や有機溶剤を用いて抽出分離
する。 （３）抽出分離したデンプンは次に、酵素糖化方法など
によりブドウ糖に分解し、更にブドウ糖にアルコール酵
母を加えて発酵させ、エタノールに変換させる。[0003] The production of ethanol from these microalga starches is conventionally performed by the following method. (1) Microalgae are cultivated by a method such as photoautotrophic carbonation assimilation by photosynthesis in a light place and growth, or heterotrophic growth by providing organic substances such as sugars and organic acids in a dark place. Proliferate. (2) Since the grown microalgae mainly stores starch in the cells, the starch is exposed from the cells by mechanical means (such as ultrasonic crushing and explosion) or by using an enzyme or the like that dissolves the cell wall, and And extraction using an organic solvent. (3) Next, the extracted and separated starch is decomposed into glucose by an enzymatic saccharification method or the like, and is further fermented by adding alcoholic yeast to glucose and converted into ethanol.
【０００４】上記の従来方法においては次のような問題
点があった。 （１）細胞内のデンプンを一旦抽出分離する必要がある
が、微細藻の細胞壁は強固なものが多く、機械的な破砕
に多くの動力を消費したり、高価な細胞壁溶解酵素を必
要とする。また、デンプン抽出の過程では多量の有機溶
剤や遠心分離の動力が必要である。 （２）抽出分離したデンプンは生の状態であるため、糖
化酵素等によりブドウ糖までに分解する前に加熱処理
（糊化、あるいはαデンプン化と称する）を行う工程を
要することから、この加熱エネルギが大であることが問
題となる。通常この加熱エネルギはエタノール製造工程
全体でのエネルギの２〜３割を占めるとされている。[0004] The above conventional method has the following problems. (1) Although it is necessary to once extract and separate the starch in the cells, the cell walls of the microalgae are often strong, requiring a lot of power for mechanical crushing, and requiring expensive cell wall lysing enzymes. . In the process of starch extraction, a large amount of organic solvent and power for centrifugation are required. (2) Since the extracted and separated starch is in a raw state, a step of performing a heat treatment (referred to as gelatinization or α-starch) is required before it is decomposed into glucose by a saccharifying enzyme or the like. Is large. Usually, it is said that this heating energy accounts for 20 to 30% of the energy in the whole ethanol production process.
【０００５】本発明者らは、微細藻細胞からのデンプン
の抽出分離及び生デンプンの加熱に要する多量のエネル
ギーコストを削減する手段について種々検討し、図２に
示すような方法により、デンプンを蓄積する微細藻を原
料として多量のエネルギや薬剤を必要とせず、簡単なプ
ロセスにより効率よくエタノールを製造できることを見
出し、別途出願した。図２の方法は、デンプンを蓄積す
る微細藻を培養し、培養した藻体を含む培養液を濃縮し
て得られるスラリーを、ｐＨを中性乃至弱アルカリ性領
域に保ちながら暗黒かつ嫌気的な雰囲気に保持してエタ
ノールを生成させる方法である。図２の方法において、
微細藻培養手段１は光独立栄養の場合、水深が１０〜３
０ｃｍ程の流水路型の培養槽で上面が開放され、窒素、
リンなどの無機栄養を与えながら太陽光を受光して培養
する方式が用いられる。培養液中の微細藻の濃度が培養
液１リットル当たり０．１〜１．０ｇ程度になった時点
で培養を止め、微細藻濃縮手段２により濃縮する。微細
藻濃縮手段２においては、沈殿性の高い微細藻の場合に
は一旦自然沈殿により固形分１％前後になるよう濃縮し
た後、遠心分離、ベルトフィルタなどにより更に固形分
１０〜２０％に濃縮する。沈殿性の低い微細藻の場合に
は直接遠心分離、ベルトフィルタなどにより固形分１０
〜２０％に濃縮する。The present inventors have studied various means for reducing the large amount of energy cost required for extraction and separation of starch from microalgae cells and heating of raw starch, and accumulated starch by the method shown in FIG. They found that ethanol can be produced efficiently by a simple process without using a large amount of energy or chemicals using microalgae as a raw material, and filed a separate application. The method of FIG. 2 is a method of culturing microalgae that accumulate starch, and concentrating a culture solution containing the cultured alga bodies to obtain a slurry obtained in a dark and anaerobic atmosphere while maintaining the pH in a neutral to weakly alkaline region. To produce ethanol. In the method of FIG.
When the microalga culturing means 1 is photoautotrophic, the water depth is 10 to 3
The upper surface is opened in a flowing water type culture tank of about 0 cm, and nitrogen,
A method of culturing by receiving sunlight while giving inorganic nutrients such as phosphorus is used. When the concentration of the microalgae in the culture solution reaches about 0.1 to 1.0 g per liter of the culture solution, the culture is stopped, and the microalgae is concentrated by the microalgae concentration means 2. In the microalga enrichment means 2, in the case of microalgae having a high sedimentation, the solid is once concentrated to about 1% solid by natural sedimentation, and then further concentrated to 10 to 20% solid by centrifugation, a belt filter or the like. I do. In the case of microalgae with low sedimentation, solid content of 10
Concentrate to ~ 20%.
【０００６】このようにして得られた微細藻の藻体濃縮
スラリーを暗黒かつ嫌気性雰囲気に保持できる保持手段
３に導いてエタノールの生産を行わせる。保持手段３は
スラリーポンプあるいは攪拌機などの緩速攪拌手段を備
えたｐＨモニター付密閉型容器からなる。ここで暗黒雰
囲気とは、光合成が行われない程度に光を遮断した状態
をいう。この保持手段３中にスラリーを導入し、緩くか
きまぜながら暗黒かつ嫌気性雰囲気に保持することによ
りエタノールを生成させる。この間、ｐＨモニターによ
りスラリーのｐＨを監視しておき、ＮａＯＨなどのアル
カリ液あるいはＨＣｌなどの酸溶液の供給手段を備えた
ｐＨ調整手段４より、アルカリ液あるいは酸溶液を添加
してスラリーのｐＨを６．０〜９．０、好ましくは６．
５〜８．０の範囲に保つようにする。[0006] The concentrated algae body slurry of the microalgae obtained in this manner is led to a holding means 3 capable of holding a dark and anaerobic atmosphere to produce ethanol. The holding means 3 is a closed vessel with a pH monitor provided with a slow stirring means such as a slurry pump or a stirrer. Here, the dark atmosphere means a state where light is blocked to such an extent that photosynthesis is not performed. The slurry is introduced into the holding means 3 and ethanol is generated by holding the slurry in a dark and anaerobic atmosphere with gentle stirring. During this time, the pH of the slurry is monitored by a pH monitor, and the pH of the slurry is adjusted by adding an alkali solution or an acid solution from a pH adjusting means 4 having a means for supplying an alkali solution such as NaOH or an acid solution such as HCl. 6.0-9.0, preferably 6.0.
Keep it in the range of 5-8.0.
【０００７】スラリー中のエタノール濃度が５〜５０ｇ
／リットル程度になった時点で、エタノール分離濃縮手
段５に導き、エタノールの分離濃縮を行う。エタノール
分離濃縮手段５では蒸留方法の他、エタノール又は水分
離膜による濃縮方法、あるいはプロパンなどの溶媒を用
いた超臨界抽出方法などを用いることにより、最高は無
水エタノールまでの所望の濃度まで濃縮することができ
る。この方法よれば、従来の微細藻からのアルコール製
造技術で必要とされていた微細藻からのデンプンの分
離、デンプンの加熱や糖化処理が不要となり、大巾なエ
ネルギー節減が可能となる。The ethanol concentration in the slurry is 5 to 50 g
At the time when the volume is reduced to about 1 / liter, the mixture is led to the ethanol separation / concentration means 5, where the ethanol is separated and concentrated. In the ethanol separation / concentration means 5, by using a distillation method, a concentration method using an ethanol or water separation membrane, or a supercritical extraction method using a solvent such as propane, etc., the ethanol is concentrated to a desired concentration up to absolute ethanol. be able to. According to this method, separation of starch from microalgae, heating and saccharification treatment of starch, which are required in the conventional alcohol production technology from microalgae, are not required, and large energy saving can be achieved.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】前記の、微細藻特有の
細胞内デンプン−アルコール化反応を利用した方法にお
いても、なお次のような問題がある。 （１）エタノール分離濃縮手段５によりエタノールを分
離した後の液には、微細藻の細胞成分（デンプンはほと
んど無くなっているためたんぱく質や脂質などが主体）
がかなり多く含まれているほか、若干の残存エタノール
及び有機酸等も含まれるため有機性の汚濁負荷が高いの
でそのままプロセス外に排出すると周辺の環境が悪化す
る。 （２）また、微細藻培養手段１において光独立栄養的
に、例えば太陽光と炭酸ガスを用いて微細藻を培養生産
する場合大気中の炭酸ガスだけでは成長が遅いため、多
量の炭酸ガスを系外から搬入、供給する必要があり、そ
のためのコスト、エネルギーが少なくない。 本発明の目的は、このような問題点を解決し、有機性の
廃棄物を少なくし、しかも系外からの炭酸ガスの供給量
を削減できる微細藻からのエタノール製造プロセスを提
供することにある。The above-mentioned method utilizing the intracellular starch-alcoholization reaction peculiar to microalgae still has the following problems. (1) The liquid after the ethanol is separated by the ethanol separation / concentration means 5 contains cell components of microalgae (mainly proteins and lipids because starch is almost eliminated).
, And a small amount of residual ethanol and organic acids are included, so that the organic pollutant load is high. (2) When microalgae are cultured and produced photoautotrophically in the microalgae culturing means 1 using, for example, sunlight and carbon dioxide, the growth is slow only with carbon dioxide in the atmosphere. It is necessary to carry in and supply from outside the system, and the cost and energy for this need not be small. An object of the present invention is to provide a process for producing ethanol from microalgae capable of solving such problems, reducing organic waste, and reducing the supply of carbon dioxide gas from outside the system. .
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明はデンプン含有微
細藻を培養し、収穫、濃縮後、暗黒かつ嫌気性雰囲気に
保つことにより、エタノールを製造するプロセスであっ
て、次の（ａ）乃至（ｈ）の工程よりなることを特徴と
する微細藻からのエタノール製造プロセスである。 （ａ）細胞内にデンプンを蓄積する微細藻を培養する工
程、（ｂ）培養した藻体を含む培養液を濃縮し藻体濃縮
スラリーを得る工程、（ｃ）前記藻体濃縮スラリーを、
ｐＨを６．０〜９．０の範囲に保ちながら暗黒かつ嫌気
性雰囲気に保持してエタノールを生成させる工程、
（ｄ）生成したエタノールを分離、濃縮する工程、
（ｅ）エタノールを分離、濃縮した後の微細藻含有スラ
リーをメタン発酵させる工程、（ｆ）前記メタン発酵に
より生成するメタンを含む発酵ガスを燃焼させる工程、
（ｇ）前記メタン発酵の残渣を乾燥し、燃焼させる工
程、（ｈ）前記（ｃ）、（ｆ）及び（ｇ）の工程で発生
する炭酸ガスを微細藻培養工程に返送供給する工程。The present invention relates to a process for producing ethanol by culturing starch-containing microalgae, harvesting and concentrating them, and keeping them in a dark and anaerobic atmosphere. A process for producing ethanol from microalgae, which comprises the step (h). (A) a step of culturing a microalga that accumulates starch in cells, (b) a step of concentrating a culture solution containing the cultured alga bodies to obtain an alga body concentrated slurry, (c) the algal cell concentrated slurry,
a step of maintaining ethanol in a dark and anaerobic atmosphere while maintaining the pH in the range of 6.0 to 9.0 to produce ethanol;
(D) a step of separating and concentrating the produced ethanol,
(E) a step of methane fermenting the microalgae-containing slurry after separating and concentrating ethanol, and (f) a step of burning a fermentation gas containing methane generated by the methane fermentation.
(G) a step of drying and burning the residue of the methane fermentation, and (h) a step of returning and supplying the carbon dioxide gas generated in the steps (c), (f) and (g) to the microalga culturing step.
【００１０】すなわち、本発明はデンプン含有微細藻を
培養し、収穫、濃縮後、暗黒かつ嫌気性雰囲気に保ち、
エタノールを製造する方法において、エタノールを分離
した後の残存スラリーをメタン発酵させ、得られたメタ
ン及びメタン発酵の残渣を燃焼させてエネルギを回収す
るとともに炭酸ガスを発生させ、この炭酸ガスをエタノ
ール生成工程で副生する炭酸ガスと合わせて微細藻の培
養工程で使用するようにした点に特徴を有するものであ
る。That is, the present invention provides a method for culturing starch-containing microalgae, harvesting and concentrating the algae, and keeping them in a dark and anaerobic atmosphere.
In the method for producing ethanol, the remaining slurry after separating the ethanol is subjected to methane fermentation, and the obtained methane and the residue of the methane fermentation are burned to recover energy and generate carbon dioxide gas. It is characterized in that it is used in the microalga culturing step in combination with carbon dioxide gas by-produced in the step.
【００１１】本発明のエタノール製造プロセスのフロー
を図１に示す。図１中の１〜５までは、図２のプロセス
と同様である。エタノール分離濃縮手段５から排出され
るエタノールを分離、濃縮した後の微細藻含有スラリー
をメタン発酵手段６に供給し、３５℃程度に保ちながら
外気の酵素とは隔離して緩やかに攪拌し、共存する嫌気
性微生物群の作用により、該スラリー中の有機成分を低
分子物質に分解し、最終的にはメタンと炭酸ガスに変換
する。デンプン含有微細藻を暗黒かつ嫌気性雰囲気下で
エタノール生産させたあとの状態でメタン発酵がどの程
度可能かは従来未知であったが、本発明者らの実験によ
り、投入した有機物の６〜７割は分解されることがわか
った。また、投入した有機物１ｋｇ当たり、０．２〜
０．３Ｎｍ3 のメタンガス及びメタンと同容量乃至８割
程度の炭酸ガスが同時に発生することがわかった。FIG. 1 shows the flow of the ethanol production process of the present invention. 1 to 5 in FIG. 1 are the same as the processes in FIG. The microalgae-containing slurry after separating and concentrating the ethanol discharged from the ethanol separation / concentration means 5 is supplied to the methane fermentation means 6, and kept at about 35 ° C., separated from the enzyme in the outside air and gently stirred to coexist. By the action of the anaerobic microorganisms, the organic components in the slurry are decomposed into low-molecular substances, and finally converted into methane and carbon dioxide. The degree of methane fermentation possible after starch-containing microalgae are produced in a dark and anaerobic atmosphere under ethanol production has not been known so far. It turned out that the crack was decomposed. 0.2 kg / kg of organic matter
It was found that 0.3 Nm 3 of methane gas and carbon dioxide gas of the same volume to about 80% as methane were simultaneously generated.
【００１２】発生したメタン及び炭酸ガスは、例えば浮
き屋根式ガスホルダーなどの混合ガス捕集手段７に受け
入れる。該メタンと炭酸ガスの混合ガスは高い熱量（約
５０００ｋｃａｌ／Ｎｍ3 ）をもつので、燃料として利
用でき燃焼手段８により燃焼させ、ボイラで熱回収して
発電などに利用することができる。またメタン発酵手段
６から排出される発酵残渣は、発酵残渣乾燥手段９によ
り必要に応じて遠心分離を行い、固形物を天日乾燥した
上、燃焼手段８により燃焼させ、熱回収することができ
る。このようにしてエタノール分離濃縮手段５からの排
出物をメタン発酵させ、更に、メタン発酵残渣を乾燥、
燃焼させることによって、該排出物中の有機物を１／１
０〜１／３０程度に低減することができるので、エタノ
ール生産プロセス外への有機性廃棄物の排出を大巾に低
減することができる。また、更に活性汚泥処理などの軽
微な後処理工程を付加するだけでほぼ有機性廃棄物を皆
無のレベルまで低減させることができる。The generated methane and carbon dioxide gas are received by a mixed gas collecting means 7 such as a floating roof type gas holder. Since the mixed gas of methane and carbon dioxide has a high calorific value (about 5000 kcal / Nm 3 ), it can be used as a fuel, burned by the combustion means 8, recovered by a boiler, and used for power generation. The fermentation residue discharged from the methane fermentation unit 6 can be centrifuged as necessary by the fermentation residue drying unit 9 to dry the solid in the sun, and then burnt by the combustion unit 8 to recover heat. . In this manner, the effluent from the ethanol separation / concentration means 5 is subjected to methane fermentation, and further, the methane fermentation residue is dried,
By burning, the organic matter in the effluent is reduced to 1/1.
Since it can be reduced to about 0 to 1/30, the discharge of organic waste outside the ethanol production process can be greatly reduced. Further, the organic waste can be reduced to almost zero level only by adding a slight post-treatment step such as activated sludge treatment.
【００１３】燃焼手段８からの燃焼排ガスには、エタノ
ール分離濃縮手段５からの排出物に含まれていた炭素の
大半が回収され、炭酸ガスの形で含まれており、これを
微細藻培養手段１に供給することにより、微細藻培養に
必要な無機炭素源として活用できる。また、暗黒かつ嫌
気性雰囲気での保持手段３の中で微細藻細胞内デンプン
が分解し、エタノールに変換されるが、このとき分解デ
ンプン量のほぼ半分は炭酸ガスとして気相に排出される
ため、この炭酸ガスを例えば浮き屋根式ガスホルダーな
どの発生ガス捕集手段１０により補集し、適宜、微細藻
培養手段１に供給することにより、微細藻培養の無機炭
素源として活用できる。すなわち、該燃料手段８及び発
生ガス捕集手段１０からの炭酸ガスを用いることによ
り、微細藻培養手段１で必要とする炭酸ガスの相当部分
をまかなうことができ、外部からの炭酸ガスの搬入、供
給を大巾に減らすことができる。In the flue gas from the combustion means 8, most of the carbon contained in the effluent from the ethanol separation / concentration means 5 is recovered and contained in the form of carbon dioxide gas. By supplying it to 1, it can be used as a source of inorganic carbon necessary for microalgae culture. Further, the starch in the microalgae cells is decomposed in the holding means 3 in a dark and anaerobic atmosphere and is converted into ethanol. At this time, almost half of the decomposed starch is discharged into the gas phase as carbon dioxide gas. By collecting this carbon dioxide gas by generated gas collecting means 10 such as a floating roof type gas holder and supplying it to the microalga culturing means 1 as appropriate, it can be used as an inorganic carbon source for microalga culturing. That is, by using the carbon dioxide gas from the fuel means 8 and the generated gas collecting means 10, a considerable portion of the carbon dioxide gas required by the microalga culturing means 1 can be covered, so that the carbon dioxide gas can be imported from the outside, Supply can be greatly reduced.
【００１４】[0014]
【実施例】以下実施例により本発明のプロセスをさらに
具体的に説明する。 （実施例１）緑藻の一種であるクラミドモナス・ライン
ハルディ（Chlamydomonas reinhardtii ）ＵＴＥＸ２２
４７を、表１に示す組成のＡ乃至Ｅの培地をＡ：１ミリ
リットル、Ｂ：１０ミリリットル、Ｃ：１０マイクロリ
ットル、Ｄ：１００ミリリットル、Ｅ：６ミリリットル
の割合で混合し水を加えて全量１リットルとし、ＮａＯ
ＨでｐＨを８．０に調整した培養液を用いて培養した。
この培養液５０リットルと、前記クラミドモナスの培養
種（乾燥藻体として３．０ｇ相当量）を偏平透明容器に
入れ、白色蛍光灯で約１５０００ルックス（ｌｕｘ）の
連続照射を行い、空気（５％ＣＯ2 添加）を通気しなが
ら２５℃で４日間培養し、５０リットル中に４５ｇ（乾
燥藻体として）の藻体を含む培養液を得た。The process of the present invention will be described more specifically with reference to the following examples. (Example 1) Chlamydomonas reinhardtii UTEX22, a kind of green algae
No. 47 was mixed with the mediums A to E having the compositions shown in Table 1 in the proportions of A: 1 ml, B: 10 ml, C: 10 microliters, D: 100 ml, and E: 6 ml, and water was added to the mixture. 1 liter, NaO
The cells were cultured using a culture solution adjusted to pH 8.0 with H.
50 liters of this culture solution and the cultured species of Chlamydomonas (equivalent to 3.0 g as dry alga bodies) were placed in a flat transparent container, and subjected to continuous irradiation of about 15,000 lux (lux) with a white fluorescent lamp, and air (5% The mixture was cultured at 25 ° C. for 4 days while passing aeration (CO 2 added) to obtain a culture solution containing 45 g (as dry algal cells) in 50 liters.
【００１５】[0015]
【表１】 [Table 1]
【００１６】次にこの液を遠心沈殿法により濃縮し、３
００ミリリットルの液中にクラミドモナスＵＴＥＸ２２
４７の藻体４５ｇを含む藻体スラリー液とし、これを５
００ミリリットルの三角フラスコに移し、窒素ガスを短
時間スラリ液に注入して容器内の酸素を除去した後、密
閉し暗黒条件下で振とう（６５往復／分）し、エタノー
ルの生成を行わせた。この間、０．１Ｎ−ＮａＯＨ及び
０．１Ｎ−ＨＣｌを添加してスラリ液のｐＨを７．０〜
８．０の範囲に保持した。この結果、初期の４８時間で
エタノールが生成し、エタノール濃度が最大値約９００
０ｐｐｍに達した。Next, this solution is concentrated by a centrifugal sedimentation method.
Chlamydomonas UTEX22 in 00 ml of liquid
An algal cell slurry solution containing 45 g of algal cells of 47 was prepared, and
After transferring to a 00 ml Erlenmeyer flask and injecting nitrogen gas into the slurry solution for a short time to remove oxygen in the container, it was sealed and shaken under dark conditions (65 reciprocations / min) to produce ethanol. Was. During this time, 0.1N-NaOH and 0.1N-HCl were added to adjust the pH of the slurry solution to 7.0 to 7.0.
It was kept in the range of 8.0. As a result, ethanol was produced in the initial 48 hours, and the ethanol concentration reached a maximum value of about 900.
Reached 0 ppm.
【００１７】次いで、このエタノール含有微細藻スラリ
ーを加熱蒸留し、エタノールを除いた後の微細藻含有ス
ラリーを、予め微細藻細胞成分で馴養しておいたメタン
発酵汚泥に添加し、該スラリーのメタン発酵による分解
性、ガス発生量を調べた。すなわち、３５℃で緩速攪拌
条件でのメタン発酵を行った結果、１０日後に投入有機
物の６割が、１５〜２０日後には７割が分解されてお
り、発生ガス量は、投入有機物当たり約０．４５（Ｎ−
リットル／ｇ・投入有機物）でメタンガス約６０％及び
炭酸ガス約４０％の混合ガスが得られた。メタンの低位
発熱量は約８１００ｋｃａｌ／Ｎｍ3 であるので、上記
混合ガスは約５０００ｋｃａｌ／Ｎｍ3 の熱量を有し、
ボイラーや内熱機関に利用できる燃料ガスが得られるこ
とがわかった。Next, the ethanol-containing microalgae slurry is heated and distilled, and the ethanol-removed microalgae-containing slurry is added to methane fermentation sludge that has been acclimated to microalgae cell components in advance. Degradability by fermentation and gas generation were examined. That is, as a result of performing methane fermentation under the condition of slow stirring at 35 ° C., 60% of the input organic matter was decomposed after 10 days, and 70% after 15 to 20 days, and the amount of generated gas was About 0.45 (N-
As a result, a mixed gas of about 60% of methane gas and about 40% of carbon dioxide gas was obtained. Because the lower heating value of the methane is about 8100kcal / Nm 3, the mixed gas has a heat of about 5000kcal / Nm 3,
It was found that fuel gas usable for boilers and internal heat engines could be obtained.
【００１８】次に、メタン発酵処理を行った後の残渣を
遠心分離（３０００Ｇ、１０分間）すると、有機物の含
量が７０％以上（乾燥重量ベース）のケーキ状固形物が
得られ、これは太陽光で照射乾燥可能なものであった。
また上記のメタン発酵により処理前の有機物量は６〜７
割が減少すること及び後段の遠心分離処理により有機物
の８〜９割は固形物として除去されることから遠心分離
上清の有機物はメタン発酵前の１／１０〜１／３０に低
減されることがわかった。Next, the residue after the methane fermentation treatment is centrifuged (3000 G, 10 minutes) to obtain a cake-like solid having an organic content of 70% or more (dry weight basis). It could be dried by irradiation with light.
The amount of organic matter before the treatment by the methane fermentation is 6-7.
That the organic matter in the centrifugation supernatant is reduced to 1/10 to 1/30 before methane fermentation because 80 to 90% of the organic matter is removed as a solid matter by the subsequent centrifugation treatment. I understood.
【００１９】微細藻の培養に要する炭酸ガスの量は、得
られた微細藻体４５ｇ（乾燥重量）に対して約６６ｇで
あったが、前記処理による炭酸ガスの発生量は、暗黒か
つ嫌気性雰囲気下でのエタノール生産時に約１１ｇ、メ
タン発酵ガスの燃焼により約２１ｇ、メタン発酵残渣の
乾燥物の燃焼により約１０ｇであることから、これらの
合計量を微細藻培養工程に供給することにより、培養の
ために必要な炭酸ガスの６０〜７０％をまかなうことが
可能であることがわかった。更に、メタン発酵ガス及び
発酵残渣乾燥物を燃焼させて得られる熱、電気等のエネ
ルギーは極めて大きく、図１のプロセスの稼働エネルギ
ーのほぼ全量に匹敵するエネルギー回収を行えることか
ら、前記の有機性廃棄物の減量、炭酸ガス回収再利用に
加えて、本発明のプロセスは一石三鳥の効果を生むプロ
セスである。The amount of carbon dioxide required for culturing the microalga was about 66 g with respect to 45 g (dry weight) of the obtained microalgae, but the amount of carbon dioxide generated by the treatment was dark and anaerobic. About 11 g during ethanol production under an atmosphere, about 21 g by combustion of methane fermentation gas, and about 10 g by combustion of dried methane fermentation residue, by supplying the total amount of these to the microalga culturing step, It has been found that it is possible to cover 60 to 70% of the carbon dioxide required for the culture. Furthermore, the energy of heat, electricity, etc. obtained by burning the methane fermentation gas and the dried fermentation residue is extremely large, and energy recovery equivalent to almost all of the operating energy of the process of FIG. 1 can be performed. In addition to waste reduction and carbon dioxide capture and reuse, the process of the present invention is a process that produces the effect of three birds per stone.
【００２０】[0020]
【発明の効果】本発明のプロセスで微細藻からのエタノ
ール生産の排出物をメタン発酵すること及びメタン発酵
の残渣を固形分として除去することにより、本エタノー
ル生産プロセスから系外に排出する有機性廃棄物量を大
巾（１／１０〜１／３０）に低減でき、周辺環境を良好
に保つことができる。また、メタン発酵ガスと発酵残渣
乾燥物を燃焼させて得られる炭酸ガス及び暗黒かつ嫌気
性雰囲気での保持手段から発生する炭酸ガスを合わせて
微細藻培養手段に供給することにより、培養原料である
炭酸ガスの６０〜７０％を再循環供給でき、系外からの
炭酸ガスの搬入供給コストを大巾に節減することができ
る。According to the present invention, the effluent of ethanol production from microalgae is methane-fermented in the process of the present invention, and the organic matter discharged from the ethanol production process to the outside of the system is removed by removing methane fermentation residue as solids. The amount of waste can be greatly reduced (1/10 to 1/30), and the surrounding environment can be kept good. Further, by supplying the combined carbon dioxide gas obtained by burning the methane fermentation gas and the dried fermentation residue and the carbon dioxide gas generated from the holding means in a dark and anaerobic atmosphere to the microalga culturing means, it is a culture raw material. It is possible to recirculate and supply 60 to 70% of the carbon dioxide gas, thereby greatly reducing the cost of carrying in and supplying the carbon dioxide gas from outside the system.
【図１】本発明の微細藻からのエタノール製造プロセス
の概要を示すフロー図。FIG. 1 is a flowchart showing an outline of a process for producing ethanol from microalgae of the present invention.
【図２】微細藻特有の細胞内デンプン−アルコール化反
応を利用したエタノール製造プロセスの概要を示すフロ
ー図。FIG. 2 is a flow chart showing an outline of an ethanol production process using an intracellular starch-alcoholization reaction specific to microalgae.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平山 伸 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地 １ 三菱重工業株式会社 基盤技術研究 所内 (72)発明者 中山 博之 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地 １ 三菱重工業株式会社 基盤技術研究 所内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C12P 7/06 ＢＩＯＳＩＳ（ＤＩＡＬＯＧ) ＣＡ（ＳＴＮ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Shin Hirayama 1-8-1 Koura, Kanazawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture 1 Mitsubishi Electric Corporation Basic Research Laboratory (72) Inventor Hiroyuki Nakayama 1-chome, Yukiura Kanazawa-ku, Yokohama, Kanagawa 8 No. 1 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Basic Technology Research Institute (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C12P 7/06 BIOSIS (DIALOG) CA (STN) WPI (DIALOG)
Claims (1)
縮後、暗黒かつ嫌気性雰囲気に保つことにより、エタノ
ールを製造するプロセスであって、次の（ａ）乃至
（ｈ）の工程よりなることを特徴とする微細藻からのエ
タノール製造プロセス。 （ａ）細胞内にデンプンを蓄積する微細藻を培養する工
程、（ｂ）培養した藻体を含む培養液を濃縮し藻体濃縮
スラリーを得る工程、（ｃ）前記藻体濃縮スラリーを、
ｐＨを６．０〜９．０の範囲に保ちながら暗黒かつ嫌気
性雰囲気に保持してエタノールを生成させる工程、
（ｄ）生成したエタノールを分離、濃縮する工程、
（ｅ）エタノールを分離、濃縮した後の微細藻含有スラ
リーをメタン発酵させる工程、（ｆ）前記メタン発酵に
より生成するメタンを含む発酵ガスを燃焼させる工程、
（ｇ）前記メタン発酵の残渣を乾燥し、燃焼させる工
程、（ｈ）前記（ｃ）、（ｆ）及び（ｇ）の工程で発生
する炭酸ガスを微細藻培養工程に返送供給する工程1. A process for producing ethanol by culturing, harvesting and concentrating starch-containing microalgae, and keeping it in a dark and anaerobic atmosphere, comprising the following steps (a) to (h): A process for producing ethanol from microalgae. (A) a step of culturing a microalga that accumulates starch in cells, (b) a step of concentrating a culture solution containing the cultured alga to obtain an algal cell concentrated slurry, (c) the algal cell concentrated slurry,
maintaining ethanol in a dark and anaerobic atmosphere while maintaining the pH in the range of 6.0 to 9.0,
(D) a step of separating and concentrating the produced ethanol,
(E) a step of methane fermenting the microalgae-containing slurry after separating and concentrating ethanol, and (f) a step of burning a fermentation gas containing methane generated by the methane fermentation.
(G) a step of drying and burning the residue of the methane fermentation, and (h) a step of returning and supplying the carbon dioxide gas generated in the steps (c), (f) and (g) to the microalga culturing step.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5239846A JP3004510B2 (en) | 1993-09-27 | 1993-09-27 | Ethanol production process from microalgae |
| EP94114900A EP0645456B1 (en) | 1993-09-27 | 1994-09-22 | Process and system for the production of ethanol from microalgae |
| DE69427144T DE69427144T2 (en) | 1993-09-27 | 1994-09-22 | Process and system for producing ethanol from microalgae |
| US08/310,769 US5578472A (en) | 1993-09-27 | 1994-09-27 | Process for the production of ethanol from microalgae |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5239846A JP3004510B2 (en) | 1993-09-27 | 1993-09-27 | Ethanol production process from microalgae |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0787984A JPH0787984A (en) | 1995-04-04 |
| JP3004510B2 true JP3004510B2 (en) | 2000-01-31 |
Family
ID=17050746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5239846A Expired - Fee Related JP3004510B2 (en) | 1993-09-27 | 1993-09-27 | Ethanol production process from microalgae |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3004510B2 (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4598976B2 (en) * | 2001-03-15 | 2010-12-15 | 三井造船株式会社 | Biomass power generation system and biomass power generation method using the same |
| DE10327954C5 (en) * | 2003-06-20 | 2008-06-26 | Wilkening, Carl Ludwig, Dr. | Improved processes for the production of ethanol and methane from cereals |
| JP2008104452A (en) * | 2006-09-29 | 2008-05-08 | Kumamoto Univ | Alcohol production system and alcohol production method |
| ES2308912B2 (en) * | 2007-01-16 | 2009-09-16 | Bernard A.J. Stroiazzo-Mougin | ACCELERATED PROCEDURE OF ENERGETIC CONVERSION OF CARBON DIOXIDE. |
| EP2017346A1 (en) * | 2007-07-19 | 2009-01-21 | Ineos Europe Limited | Process for the production of alcohols |
| JP5737567B2 (en) * | 2010-09-27 | 2015-06-17 | 東京電力株式会社 | Renewable energy multistage utilization system |
-
1993
- 1993-09-27 JP JP5239846A patent/JP3004510B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0787984A (en) | 1995-04-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Siddiki et al. | Microalgae biomass as a sustainable source for biofuel, biochemical and biobased value-added products: An integrated biorefinery concept | |
| US5578472A (en) | Process for the production of ethanol from microalgae | |
| Cheah et al. | Cultivation in wastewaters for energy: a microalgae platform | |
| Razzak et al. | Integrated CO2 capture, wastewater treatment and biofuel production by microalgae culturing—a review | |
| Craggs et al. | Algal biofuels from wastewater treatment high rate algal ponds | |
| Sawayama et al. | CO2 fixation and oil production through microalga | |
| Taparia et al. | Developments and challenges in biodiesel production from microalgae: A review | |
| Lunprom et al. | A sequential process of anaerobic solid-state fermentation followed by dark fermentation for bio-hydrogen production from Chlorella sp. | |
| US20080085536A1 (en) | Production of Cellulose in Halophilic Photosynthetic Prokaryotes (Cyanobacteria) | |
| JP2011234676A (en) | Biofuel production method using microalgae | |
| Smachetti et al. | Microalgal biomass as an alternative source of sugars for the production of bioethanol | |
| Özçimen et al. | Bioethanol production from microalgae | |
| US11208340B2 (en) | Multi-step method for producing algae products | |
| Bajpai | Third generation biofuels | |
| JP3004510B2 (en) | Ethanol production process from microalgae | |
| JP3837589B2 (en) | Seawater microalgae producing ethanol | |
| EP2619303A1 (en) | Integrated process for the production of oil bearing chlorella variabilis for lipid extraction utilizing by-products of jatropha methyl ester (jme) production | |
| JP2009261287A (en) | Chlorella/hydrogen production method and chlorella/hydrogen production apparatus | |
| JP3004509B2 (en) | Method and apparatus for producing ethanol from microalgae | |
| Gavrisheva et al. | Mass-energy balance analysis for estimation of light energy conversion in an integrated system of biological H2 production. | |
| JPH0787986A (en) | Process for producing ethanol from fine alga | |
| Nomanbhay et al. | Enhancement of bio-hydrogen production in Chlamydomonas Reinhardtii by immobilization and co-culturing | |
| Manivasagan et al. | Marine algae: An important source of bioenergy production | |
| CN116396988B (en) | Method for producing polyunsaturated fatty acid by micro-mango algae | |
| RU2797838C1 (en) | Method for utilization of carbon dioxide using microalgae chlorella |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19991019 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |