バイオギ酸製造における持続可能な取り組み

バイオギ酸の重要性と市場動向

バイオベースのグリコール酸市場は、2023年に1億2200万ドルと推定され、2032年までに2億9300万ドルに達する見込みで、年平均成長率（CAGR）は10.1%と予測されています。この成長は、持続可能で環境に優しい製品への消費者の関心の高まりに起因しています。特に個人ケア、化粧品、家庭用清掃、製薬などの分野での需要が増加しています。技術革新も市場成長に寄与しており、発酵やバイオ触媒プロセスの進展により、生産効率とコスト効果が向上しています。北米とヨーロッパが主要市場であり、アジア太平洋地域も急成長が見込まれています。競争環境は激しく、DuPontやChemours、Croda Internationalなどの企業が持続可能な実践に注力しています。全体として、バイオベースのグリコール酸市場は持続可能な製品への需要の高まりと技術革新により、今後も拡大が期待されます。

バイオギ酸の重要性と市場動向

バイオベースのグリコール酸市場は、環境に優しく持続可能な製品への需要が高まる中で成長を続けています。この市場は、2024年から2031年にかけての成長が期待されており、特に化粧品や医薬品などの分野での応用が増加しています。

市場の競争分析

• バイオベースのグリコール酸市場は、主要プレイヤー間での競争が激化しています。
• 企業は製品ポートフォリオの拡大や生産能力の向上に注力しており、戦略的なコラボレーションや合併・買収が進行中です。

市場の成長ドライバー

• 環境意識の高まりとともに、バイオベースの製品への需要が増加しています。
• 技術革新が市場の成長を後押ししており、新しい製品の開発が進められています。

市場の制約要因

• 激しい競争や急速に進化する技術が市場の課題となっています。
• 市場の需要に適応する必要があり、企業は柔軟な戦略を求められています。

市場の機会

• 新興市場への進出や新製品の開発が、企業にとっての成長機会を提供しています。
• 環境規制の強化により、持続可能な製品の需要がさらに高まることが予想されます。

主要企業

• バイオベースのグリコール酸市場には、多くの主要企業が存在し、それぞれが独自の戦略を展開しています。
  • DuPont: 持続可能性と革新に焦点を当てたリーダー。
  • Chemours: 環境に優しいソリューションの開発に注力。
  • Croda International: 持続可能性と革新を重視する特化型化学企業。

結論

バイオベースのグリコール酸市場は、持続可能な製品への需要の高まり、技術革新、地域ごとの成長機会により、今後も拡大が期待されます。企業は、環境に配慮した製品を提供することで競争力を維持し、成長を図ることが求められます。

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CIRCLEコンソーシアムの取り組み

CIRCLEコンソーシアムは、ヨーロッパにおけるバイオベースの化学製品の生産を促進することを目的としています。このプロジェクトでは、食品廃棄物の流れを有効活用し、既存のバイオガスプラントの能力を向上させることで、食品廃棄物や他のバイオマスを高価値のバイオベース化学物質や中間体に変換します。具体的には、乳酸（LA）やその派生製品、ポリ乳酸（PLA）を含む製品が対象です。CIRCLEは、持続可能な化学製品の生産を通じて、環境への負荷を軽減し、循環型経済の実現を目指しています。具体的な成果として、食品廃棄物のリサイクルを通じて新たな経済的価値を創出することが期待されています。

CIRCLEコンソーシアムの詳細な取り組み

CIRCLEコンソーシアムは、持続可能なバイオベース化学製品の生産を促進するために、以下のような具体的な取り組みを行っています。

• プロジェクトの目的:

  • 食品廃棄物の流れをバイオベース化学製品に変換すること。
  • 既存のバイオリファイナリーの製品範囲を拡大し、より多くのバイオマスを利用可能にすること。

• 具体的な製品:

  • 乳酸（LA）やその派生製品、ポリ乳酸（PLA）など、環境に優しい材料の生産を目指しています。これにより、プラスチックの代替品としての利用が期待され、プラスチック廃棄物の削減にも寄与します。

• 環境への影響:

  • CIRCLEは、循環型経済の実現を目指し、持続可能な化学製品の生産を通じて環境への負荷を軽減します。食品廃棄物のリサイクルを通じて新たな経済的価値を創出することが期待されており、これにより地域経済の活性化にも寄与します。

• 関連情報:

  • CIRCLEコンソーシアムは、バイオベース産業コンソーシアム（BIC）とも連携しており、バイオベース産業の強化を目指しています。BICは、農業、化学、材料、廃棄物管理など多様なセクターのメンバーを持ち、持続可能な産業の発展を支援しています。

• EUのバイオ廃棄物の収集義務化:

  • 2024年1月1日より、EU加盟国においてバイオ廃棄物の収集が義務化されますが、現在の収集量は理論的な潜在能力の26%未満にとどまっています。この状況は、バイオ廃棄物の有効活用に向けた大きな課題を示しています。

詳細については、公式サイトをご覧ください：CBE JU

LUCRAプロジェクトの概要

LUCRAプロジェクトは、EUの未活用の有機都市固形廃棄物や木材廃棄物を利用して、バイオベースのコハク酸を生産することを目的としています。このコハク酸は、産業において需要の高いプラットフォーム化学物質であり、プロジェクトでは革新的な加水分解方法を用いて廃棄物から炭水化物を抽出し、発酵させてバイオコハク酸を得ます。LUCRAは、持続可能なバイオマスの利用や、非食品バイオマスからの糖生産の効率的なプロセスの実証を目指し、温室効果ガスの排出削減を図ります。また、化学産業向けの持続可能な原料供給チェーンの構築や、バイオコハク酸の商業製品の多様化を期待しています。これにより、EUの化学産業の持続可能性と競争力を向上させることを目指しています。

LUCRAプロジェクトの詳細

LUCRAプロジェクトは、以下のような具体的な目標と成果を掲げています。

• 持続可能なバイオマスの利用: プロジェクトは、未活用の有機廃棄物や木材廃棄物を原料として使用し、環境に優しい方法でコハク酸を生産します。これにより、廃棄物の削減と資源の循環利用を促進します。

• 高収率の生産方法: LUCRAは、パイロットから前工業規模への生産移行を促進するための革新的な加水分解方法を採用しています。この方法により、廃棄物から効率的に炭水化物を抽出し、発酵プロセスを経て高収率のバイオコハク酸を得ることが可能です。

• 環境への配慮: LUCRAの循環型利用プロセスは、バイオコハク酸のコストを削減し、化石資源への依存を減少させることを目指しています。従来のコハク酸生産と比較して、温室効果ガスの排出を大幅に削減することが期待されています。

• 商業製品の多様化: バイオコハク酸は、ポリエステル系ポリウレタン分散液や樹脂の製造に使用されるなど、様々な産業での応用が見込まれています。LUCRAは、これらの商業製品の多様化を図ることで、化学産業の競争力を高めることを目指しています。

• ビジネスモデルの提供: プロジェクトは、完全な工業生産を可能にするビジネスモデルを提供し、結果の広範な可視化と利害関係者との連携を強化します。

• 期待される成果: LUCRAは、化学産業向けの持続可能で循環型のバイオベース原料供給チェーンの構築を期待しています。また、EU製バイオベース化学製品ポートフォリオの多様化や、バイオベースソリューションの市場浸透と公共の認知度向上を目指しています。

詳細な情報は、こちらのリンクからご覧いただけます。

バイオギ酸製造の環境への影響

バイオギ酸製造における環境への影響は、持続可能な原料の使用と低炭素排出を実現することにより、従来の製造プロセスに比べて大幅に改善されています。具体的には、遺伝子工学を用いた微生物の活用により、グリコール酸の生産が効率化され、CO2排出量が41%削減されることが示されています。また、バイオサクシン酸の生産においても、廃棄物の管理や二酸化炭素の捕捉を通じて、気候変動への寄与が期待されています。これらの取り組みは、環境に優しい化学製品の生産を促進し、持続可能な社会の実現に向けた重要なステップとなります。

低炭素フットプリントのグリコール酸生産に向けて

この研究では、バイオプラスチック、食品、製薬産業において有望な成分であるグリコール酸（GA）を、遺伝子工学によって改良されたEscherichia coliを用いて、低炭素フットプリントで生産する方法が初めて報告されています。具体的には、TCAサイクルとグリオキシレートシャントの遺伝子を微調整することで、GAの収率は0.21 g/g-グルコース、生成速度は0.08 g/L/hに達しました。

• CO2の削減: Clostridium acetobutylicum由来のグリセルアルデヒド-3-リン酸脱水素酵素（gapC）を使用することでNADPHの再生が改善され、さらにCO2の取り込みとTCAサイクルへの炭素フラックスを向上させるために、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（ppc）とピルビン酸カルボキシラーゼ（pyc）が適用されました。その結果、GAの濃度と生成速度はそれぞれ11.9 g/Lおよび0.23 g/L/hに達し、発酵中のCO2排出量は41%削減されました。

• ポリマー化: 最後に、GAはポリ（グリコール酸）に重合され、フーリエ変換赤外分光法（FTIR）および示差走査熱量測定（DSC）によって特性評価が行われました。この戦略は、低炭素排出に向けた化学製品の生産において、環境に優しくコスト効率の良いアプローチを提供します。

この研究は、持続可能な化学工業の発展に寄与する重要なステップであり、今後のバイオプラスチック生産における新たな可能性を示しています。詳細な情報は、こちらのリンクからご覧いただけます。

BIOSUCCINIUM®の概要

BIOSUCCINIUM®は、100%バイオベースのコハク酸であり、持続可能な材料の生産を可能にします。この製品は、従来の石油由来のコハク酸に代わる再生可能な選択肢を提供し、特にポリブチレンコハク酸（PBS）やバイオベースのポリマー、樹脂の製造に利用されます。BIOSUCCINIUM®は、持続可能なバイオマスからの発酵プロセスを通じて生産され、環境への影響を大幅に削減します。

環境への配慮

BIOSUCCINIUM®は、従来のコハク酸と比較して、環境フットプリントが大幅に改善されています。特に、製造プロセスにおいては、低pHの酵母ベースの技術を使用しており、これにより温室効果ガスの排出が大幅に削減されています。このプロセスは、エネルギー消費が少なく、塩類の副産物を生成しないため、持続可能性が高いとされています。

主な用途

BIOSUCCINIUM®の主な用途には以下が含まれます：

• ポリブチレンコハク酸（PBS）
• ポリウレタン用ポリエステルポリオール
• コーティングおよび複合樹脂
• フタル酸エステルフリーのプラスチック添加剤
• 1,4-ブタンジオール

これらの用途により、パッケージング、使い捨てプラスチック製品、複合材料、塗料、持続可能なスポーツウェアなど、さまざまな製品が製造されています。

USDA認証

Roquetteは、米国農務省（USDA）から「認定バイオベース製品」ラベルを取得しており、BIOSUCCINIUM®は100%のバイオベース含有量を示すユニークなUSDAラベルを表示できます。

持続可能性への注力

消費者や企業は、製品の環境影響にますます関心を持っています。BIOSUCCINIUM®は、持続可能なバイオベース製品を生産するための優れた選択肢を提供し、環境フットプリントを大幅に低減することができます。

BIOSUCCINIUM®は、持続可能な材料の生産を促進し、環境に優しい選択肢を提供するための重要な製品です。詳細については、こちらのプレスリリースをご覧ください。

バイオサクシン酸の持続可能な生産

この研究は、バイオマスからのバイオサクシン酸（bio-SA）生産の経済性、環境影響、リスク評価、および最適な処理ルートを評価しています。バイオサクシン酸は、石油化学製品の一部を代替し、二酸化炭素を捕捉することで気候変動を軽減し、廃棄物の管理によってクリーンな環境を提供する可能性があります。

• 原料の種類:
  • グルコース
  • トウモロコシの茎（corn stover）
  • グリセロール
  • 海藻（Saccharina japonica）

この研究では、39の処理代替案からなるスーパー構造最適化モデルが開発され、決定論的および確率的条件下での純現在価値の最大化に基づいて、バイオサクシン酸生産の最適なトポロジーが特定されました。

• 経済的成果:

  • グリセロールを使用した場合、バイオサクシン酸の販売価格は1.6～1.9 USD/kg。
  • トウモロコシの茎を使用した場合は1.7～2.0 USD/kg。

• 環境影響:

  • グリセロールからの最適な処理ルートが最も環境に優しいプロセスであることが示されました。
  • 次いで、トウモロコシの茎、グルコース、S. japonicaからの処理ルートが続きます。

海藻は、コストが高く、主要な炭水化物成分であるアルギン酸の加水分解が酵素によって行えないため、大規模なバイオサクシン酸生産にはあまり適していないとされています。

この研究は、バイオリファイナリーの技術的、経済的、環境的側面を含む多基準分析のための明確なガイダンスを提供します。詳細については、こちらのリンクをご覧ください: RSC Publishing

バイオベースの揮発性脂肪酸（VFA）生産と廃棄物からの回収

• バイオベースの揮発性脂肪酸（VFA）生産は、環境に優しくコスト効果の高いアプローチとして注目されています。市場の需要が高まる中、廃棄物からのVFA生産が広範な用途で期待されています。

• 本論文では、VFAの生産と回収方法について包括的なレビューが行われており、以下の点が強調されています。

  • VFA生産と回収の効率化は主な課題である。
  • 微生物群集の活用や、インラインでのVFA回収が有望なアプローチとして挙げられています。

• 操作条件（pH、温度、滞留時間、基質の種類、混合微生物群）によるVFAの生産と組成への影響がレビューされています。

• VFAの回収方法としては、以下の技術が評価されています。

  • ガスストリッピングと吸収
  • 吸着
  • 溶媒抽出
  • 電気透析
  • 逆浸透
  • ナノ濾過
  • 膜コントラクター

• さらに、廃棄物からのバイオベースのVFA生産と回収を強化するための戦略として、特に現在一般的に使用されていないインラインVFA回収とバイオ増強が注目されています。

このように、バイオベースのVFA生産は、持続可能な資源利用と環境保護の観点から、今後の研究や実践において重要なテーマとなるでしょう。

バイオマスからのバイオベース化学品の生産 - Celignis

Celignisは、バイオマス原料からのバイオベース化学品の効率的かつ持続可能な生産方法を開発しています。バイオベース化学品の生産は、化石燃料への依存を減らすために重要な役割を果たし、環境に優しい未来を実現するための鍵となります。

バイオベース化学品生産の利点

• 持続可能性: バイオマスからの化学品生産は、再生可能な資源を利用するため、環境への負荷を軽減します。
• 多様性: 様々なバイオマス原料から多様な化学品を生産可能です。

バイオベース化学品の生産アプローチ

バイオベース化学品は、主に以下の2つの方法で得られます。

1. 抽出: バイオマスからの有用成分の抽出。
2. 化学変換: バイオマスを化学的に変換して新しい化合物を生成。

Celignisの支援内容

Celignisの多分野にわたるチームは、バイオマス化学、バイオプロセス技術、さまざまなバイオベース化学品の生産に関するメカニズムと課題について深い理解を持っています。以下のプロセスでお客様をサポートします。

1. 要件の理解
2. 詳細な原料分析
3. 実験計画の策定
4. 実験の実施
5. 技術経済分析 (TEA)

具体的なプロジェクト例

• パーム残渣からのバイオエタノール生産: 中東のクライアント向けにバイオプロセス開発プロジェクトを実施。
• グリセロールの生産: 工業副産物からのグリセロール生産を目指すプロジェクト。

グローバルな認識

Celignisは、バイオプロセスの専門家として国際的に認知されています。以下のプロセスを通じて、研究協力やプロセスの最適化を行っています。

• 抽出
• 前処理
• 加水分解
• 酵素処理
• 発酵
• 下流処理
• 実験室規模の最適化
• 技術成熟度のスケールアップ
• 技術経済分析

Celignisは、プロセスの改良から新しいプロセスの開発まで、幅広いサポートを提供しています。

会社の概要

新たに化学工学部に加わったクリスチャン・エウラー教授は、ビジネスパートナーのヴィク・パンディットと共に、世界初のバイオベースのグリコール酸を生産するスタートアップ企業を設立しました。このプロセスでは、廃棄物を利用して生産を行っています。グリコール酸は、化粧品や他の化学製品の原料として広く使用されているコモディティ化学物質です。

企業の背景

エウラー教授とパンディットは、2018年にPhycus Biotechnologiesを設立し、環境に優しい成分を使用して化粧品業界向けのグリコール酸を製造しています。2020年にはLow Carbon Innovation Fundから資金を受け、ノバスコシア州シドニーにデモンストレーションバイオ製造施設を設立しました。この施設は、Verschuren Centreという研究機関との共同プロジェクトです。

環境への配慮

従来のグリコール酸の製造プロセスは、フォルムアルデヒドを原料として使用し、環境や肌に有害な汚染物質を生成します。しかし、エウラー教授のチームは、植物由来のフィードストックを使用した発酵プロセスを開発しました。彼らの製品「Purolic Acid」は100%バイオベースであり、製造時の炭素排出量を現在の推定で35%削減できる可能性があります。

研究の展望

エウラー教授は、ウィルフリッド・ローリエ大学での研究を続け、CO2を微生物に供給してグリコール酸を生成する変革的なプロセスの開発を目指しています。このプロセスは、プラスチックや医薬品の製造にも応用可能です。エウラー教授は、微生物代謝の力を活用した循環型製造のリーダーとしての地位を確立しつつあります。

共同研究の取り組み

化学工学部の他の研究者たちも、微生物を利用した新しい変革プロセスの開発に取り組んでいます。例えば、ボクシン・ジャオ教授やウィリアム・アンダーソン名誉教授は、マイクロプラスチック廃棄物を摂取し、環境に優しいポリマーを排出する微生物の探索に取り組んでいます。

エウラー教授は、ウィルフリッド・ローリエ大学の起業家エコシステム内での協力関係を築くことに期待を寄せています。

今後の展望と課題

バイオテクノロジーによるグリコール酸（GA）とエチレングリコール（EG）の生産は、持続可能な化学品製造に向けた重要なステップであるが、商業的に競争力のあるレベルには達していない。特に、GAとEGの生産量は多くの経路で低く、さらなる改良が必要である。今後は、再生可能な資源からの生産経路の設計が重要であり、工業的および農業的廃棄物からの糖を利用することが期待されている。また、微生物の代謝工学を通じて、GAとEGの生産効率を向上させるための研究が進められている。これにより、持続可能なプロセスでの生産が実現することが期待される。

バイオテクノロジーによるグリコール酸とエチレングリコールの生産

グリコール酸（GA）とエチレングリコール（EG）は、日常的に使用される多用途の二炭素有機化合物です。これらは現在、化学合成によって生産されていますが、再生可能資源からのバイオテクノロジーによる生産が注目されています。遺伝子改変微生物（例：Escherichia coli、Corynebacterium glutamicum、酵母など）を用いたさまざまな代謝経路が確立されており、糖からのGAおよびEGの収率が大幅に向上しています。

• 市場規模: GA市場は2015年に1億5960万ドルと評価され、2024年には4億1500万ドルに達すると予測されています。これは、化粧品や家庭用洗剤でのGAの使用増加によるものです。
• GAの用途: テキスタイル業界では染色・鞣し剤として、食品業界では風味や保存料として、製薬業界ではスキンケア剤として使用されます。また、エマルジョンポリマーやインク、塗料の添加剤としても利用されます。

生産経路の概要

GAとEGの生産には、以下のような代謝経路が利用されています。

1. グリオキシレートシャント経路: GAの生産に最も広く研究されている経路で、E. coliやSaccharomyces cerevisiaeなどで利用されています。GAはグリオキシレートから生成され、D-グルコースやD-キシロースなどの炭素源からGAを生産することが可能です。
2. D-キシルロース-1-リン酸経路: D-キシロースを基にした経路で、GAとEGの両方を生産できます。E. coliやSaccharomyces cerevisiaeでの実験が行われています。
3. ダームス経路: Caulobacter crescentusから発見された経路で、D-キシロースを酸化してGAやEGを生産します。この経路は、GAとEGの両方を高い収率で生産できる可能性があります。

生産の課題と展望

バイオテクノロジーによるGAとEGの生産は、環境問題への対応として重要です。持続可能なプロセスでの生産が求められていますが、現在のところ、収率や生産量が商業的に競争力のあるレベルには達していません。特に、GAとEGの生産量は多くの経路で低く、さらなる改良が必要です。

• 今後の方向性:
  • 再生可能な資源からの生産経路の設計が重要です。特に、工業的および農業的廃棄物からの糖を利用することが期待されています。
  • 微生物の代謝工学を通じて、GAとEGの生産効率を向上させるための研究が進められています。

このように、GAとEGのバイオテクノロジーによる生産は、持続可能な化学品の製造に向けた重要なステップであり、今後の研究と技術開発が期待されます。

詳細な情報は以下のリンクからご覧いただけます：Biotechnological production of glycolic acid and ethylene glycol