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

バイオギ酸の重要性と市場動向

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

CIRCLEコンソーシアムの取り組み

CIRCLEコンソーシアムの詳細な取り組み

• 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。

LUCRAプロジェクトの概要

LUCRAプロジェクトの詳細

• 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。

バイオギ酸製造の環境への影響

低炭素フットプリントのグリコール酸生産に向けて

• 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。

BIOSUCCINIUM®の概要

環境への配慮

主な用途

• 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

USDA認証

持続可能性への注力

バイオサクシン酸の持続可能な生産

• 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）

• 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。

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。

バイオマスからのバイオベース化学品の生産 - Celignis

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

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

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

• 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

会社の概要

企業の背景

環境への配慮

研究の展望

共同研究の取り組み

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とエチレングリコールの生産

• 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

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

• 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。