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未利用バイオマスの活用技術と事業性評価    
[コードNo.10STA063]

■体裁/ A4判上製本 387ページ
■発行/ 2010年 9月 29日 S&T出版(株)
■定価/ 71,280円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-86428-005-1
 
★環境負荷低減効果から事業性評価まで踏み込んだ一冊
★具体的な数値評価×実現技術、原料×利用双方の視点で「真に実現するための取組方・方法」を詳説!!

書籍趣旨

 未利用・非可食バイオマスの利活用は、資源循環化社会の構築・環境負荷低減の有力な手段として、研究開発が活発です。一方実現には「原料の収集・製造から物流、廃棄までトータルでの環境負荷低減効果」「経済性、事業性評価」「原料の季節変動、地域偏在」「既存物質と同等の性能や安全性の確保」等解決すべき課題は数多く残っています。
 本書は、実社会で実現するための「利用可能賦存量予測」「経済性・事業性評価」「環境負荷の直接的な削減効果と間接的な増減要因評価」「マテリアル・エネルギー利活用技術」について、原料側と利用する側双方から解説した書籍です。企業が「事業として取り組めるか」、「実現には何が必要か」を科学的根拠に基づいた様々な視点から解説した、これまでより一歩踏んだ内容になっています。
 研究開発に携わっている方だけでなく、事業・市場戦略、事業性評価、研究企画、技術調査にぜひご活用ください。

著者

久保山裕史(独)森林総合研究所
片山秀策(独)農業・食品産業技術総合研究機構
芋生憲司東京大学
惠谷浩惠谷資源循環研究所
高尾正樹日本環境設計(株)
石井宏幸国土交通省
三島康史(独)産業技術総合研究所
大村径(株)NTTデータCCS
佐々木ノピア兵庫県立大学
菊地淳(独)理化学研究所
尾形善之(独)理化学研究所
原亨和東京工業大学
山田竜彦(独)森林総合研究所
石川一彦(独)産業技術総合研究所
林田稔(株)スギノマシン
吉岡まり子京都大学
白石信夫(株)白石バイオマス
敷中一洋東京農工大学
重原淳孝東京農工大学
香川博之(株)日立製作所
岡部義昭(株)日立製作所
金子大作北陸先端科学技術大学院大学
羽部浩(独)産業技術総合研究所
福岡徳馬(独)産業技術総合研究所
多湖輝興北海道大学
増田隆夫北海道大学
近藤哲男九州大学
野間毅(株)東芝
根本明史(株)三菱化学科学技術研究センター
黒田真一群馬大学
寺澤勇三菱自動車工業(株)
常岡和記三菱自動車工業(株)
種田尚広三菱自動車工業(株)
城島透(財)地球環境産業技術研究機構
湯川英明(財)地球環境産業技術研究機構
山根浩二滋賀県立大学
山澤哲鹿島建設(株)
上野嘉之鹿島建設(株)
杉山喬バイオコーク技研(株)
上杉浩之バイオコーク技研(株)
井田民男近畿大学
熊崎実(社)日本木質ペレット協会
浦野直人東京海洋大学
小原信夫東京海洋大学
神田英輝(財)電力中央研究所
齋藤洋昭(独)水産総合研究センター
遠藤順也農林水産省
江藤寛子兵庫県立大学
湯木将生三菱UFJキャピタル(株)

目次

1章 未利用・非可食バイオマスの潜在量と利活用および経済性・環境負荷低減効果の評価

1節木質バイオマスの再資源化と評価
1森林バイオマス供給
1.1林業連係型のバイオマス供給
1.2伐採方法とバイオマス供給
1.3林業連携型のバイオマス供給可能量
1.4林業生産拡大の条件
1.5森林バイオマスの供給コストについて
1.6森林バイオマス利用によるCO2削減効果
1.7森林バイオマス供給ポテンシャル
2林産バイオマス
2.1林産バイオマスの供給可能量
2.2林産バイオマス供給ポテンシャル
2節バイオマス利用のための資源作物と畜産廃棄物の可能性
1畜産廃棄物利用の可能性
1.1畜産廃棄物の発生量
1.2畜産廃棄物のバイオマス原料としての利用可能性
2資源作物利用の可能性
2.1資源作物の種類と特性
2.2資源作物利用の可能性
3節稲わら、麦わらの利用可能量・資源化と評価
1エタノール原料としての稲わら、麦わらの特徴
1.1稲わら
1.2麦わら
2稲わらの発生量と利用可能量
3稲わらの輸入について
4麦わらの生産量
5流通価格
6収集作業体系
7稲わらの収集・運搬コスト事例
8コスト低減の可能性
4節都市ごみ、食品加工残渣の循環利用と評価
1都市ごみ中のバイオマス、食品加工残渣の排出・発生量および利用可能量
1.1都市ごみ中のバイオマスの種類と排出・発生
1.2食品加工残渣の種類と発生量
1.3都市ごみバイオマスと食品加工残渣の利用可能量
2生ごみなどの循環利用における収集・運搬など課題
2.1家庭系生ごみについての課題
2.2事業系食品廃棄物についての課題
2.3食品加工残渣についての課題
3生ごみなどの再資源化システムとその普及・将来性
3.1堆肥化技術・システム
3.2飼料化技術・システム
3.3バイオディーゼル燃料化技術・システム
3.4バイオガス化(メタン発酵)技術・システム
3.5炭化技術・システム
3.6バイオエタノール化技術・システム
3.7バイオマスプラスチック化技術・システム
3.8ガス化技術・システム
4生ごみなどの循環利用における環境負荷と経済性
4.1廃棄物処理による温暖化ガス排出の現状
4.2生ごみなどの循環利用による環境負荷の削減と経済・事業性
5節繊維リサイクルと綿繊維由来バイオエタノール生産
1繊維の廃棄とリサイクルの現状
1.1繊維のライフサイクル
1.2繊維リサイクルの取組み
2綿繊維由来バイオエタノール生産
2.1バイオマスとしての綿繊維
2.2生産プロセス
2.3技術課題とその解決
3繊維のリサイクル制度の設計と構築
3.1日本におけるリサイクル制度
3.2繊維リサイク制度の設計と構築の取組み
6節下水汚泥バイオマスの利用促進に向けた取組
1下水汚泥の発生量と処理処分等の現状
2下水汚泥の有効利用
2.1マテリアル利用
2.2エネルギー利用
3重点施策
3.1「資源のみち」の創出
3.2国土交通省成長戦略
3.3下水汚泥の資源化に係る技術開発及び新技術の円滑な導入の推進
4その他の施策
7節藻類バイオマスの資源化と実現可能性
1海域および水域の植物群
2海域の栄養塩
3微細藻類の利用
4大型藻類バイオマスの利用
4.1瀬戸内海における利用可能量
4.2世界の海洋バイオマスの利用可能量
4.3大型藻類の特徴
4.4紅藻パルプの生産
4.5大型緑藻類のエネルギー・マテリアル利用の可能性
5どのようなシステムを目指すべきか
5.1海藻(草)類利用の歴史
5.2環境との共生とバイオマス利用
8節アジアのバイオマスと資源利用の供給可能量
1農業系バイオマス賦存量と供給可能量
1.1世界の主要農産物の生産量
1.2種類と特徴
1.3賦存量と供給可能量の推計
2供給可能量分布の分布推定(タイ国におけるケーススタディ)
2.1資源分布の推定方法
2.2資源と供給可能量の分布
2.3月別最小購入費の計算による供給可能量の分布
2.4供給可能量と事業性
9節東南アジアにおける森林経営による木質バイオマス利用可能量と削減可能なCO2量
1推定資料と方法
1.1東南アジアの森林
1.2土地利用モデル
1.3木質バイオマスのモデル
2結果と考察
2.1森林面積の変化
2.2林分バイオマスの推移
2.3木質バイオマスおよびバイオエネルギーの年間生産量
2.4過去の研究例との比較
3感度分析
4REDDにおける木質バイオマス生産に対する政策的影響
10節バイオマス利用の設計図入手を目指した物質・情報資源の探索
1地下資源依存から生存圏での資源循環利用へ
2バイオマス利用の設計図という情報資源
3物質資源の存在様式・化学組成のプロファイリング技術開発
4ゲノム情報資源を次世代シーケンサー利用で探索する技術開発
5経済活動に偏重せず、生物資源を循環的に活用する社会形成を目指したオミクス研究・ECOMICS (=[Economics]-[No])を目指して

2章 未利用・非可食資源からのポリマー合成、化学品製造

1節触媒によるセルロース糖化
1カ−ボン系固体酸の合成
2カーボン系固体酸の構造と機能
3カーボン系固体酸の触媒能
3.1セルロースの加水分解による単糖の製造
3.2カーボン系固体酸によるセルロースの加水分解
2節ポリマー原料用リグニンの製造
1ポリマー材料の観点からのリグニンの特性と分類
1.1リグニンとは
1.2どの植物由来のリグニンか
1.3どのような処理法で得られたリグニンか
2副産リグニン
2.1クラフトリグニン
2.2リグニンスルホン酸
2.3酢酸リグニン
2.4硫酸リグニン
2.5バイオエタノール製造副産アルカリリグニン
2.6副産リグニンの機能化の方向性
3調製リグニン
3.1加溶媒分解反応について
3.2有用ケミカルス製造過程で副産した加溶媒分解リグニン
3.3溶融紡糸可能な加溶媒分解リグニンの調製
3.4リグノフェノール誘導体
3.5調製リグニン開発の方向性
4リグニンの木材化学
3節ウオータージェットによるバイオマスの前処理技術
1湿式ジェットミル
2ウォータージェットによるセルロースの分散化
3電子顕微鏡によるセルロース・ナノファイバーの評価方法
4節未利用バイオマスからの液化樹脂の製造
1フェノール存在下でのバイオマス液化と樹脂への変換
1.1バイオマス液化法の改良
1.2液化木材フェノール樹脂車載部品の開発
1.3木質バイオマス由来カーボンファイバーの調製と特性化
2多価アルコール存在下でのバイオマス液化と樹脂への変換
5節リグニン由来低分子量体を用いたバイオベース材料
1微生物代謝によるリグニンの選択的低分子化
1.1リグニン代謝中間体 2-pyrone-4,6-dicarboxylic acid (PDC)
1.2PDCの物理化学的性質
2PDC含有高機能バイオベース樹脂の開発
2.1PDCの高分子材料化
2.2PDC含有分子の強力接着剤への展開
3酵素的糖化と物理的粉砕法を組み合わせたリグニンの低分子化
3.1同時糖化粉砕法による低変性リグニンの調製
3.2低変性リグニンのナノ粒子としての特性
6節リグニンからのエポキシ樹脂合成と電気・電子機器への応用
1リグニンからのエポキシ樹脂合成
2エポキシ樹脂硬化物の特性
3リグニン由来エポキシ樹脂のプリント配線基板としての応用可能性検討
4リグニン由来エポキシ樹脂の成形材料としての応用可能性検討
7節植物由来カテコール性樹脂の創製と応用
1植物由来カテコール性樹脂の分子設計と重合
2植物由来カテコール性樹脂の接着特性
8節BDF副生グリセリンからの機能性化学品製造
1BDF副生グリセリン
2グリセリン誘導体の研究開発動向
3特許・論文にみるグリセリン酸の用途開発動向
3.1グリセリン酸およびその塩の用途
3.2グリセリン酸誘導体の用途
4バイオプロセスによるD-グリセリン酸の製造
4.1グリセリン酸高生産菌の探索
4.2グリセリン酸生産条件の検討
4.3グリセリン酸生産機構の解析
5グリセリン酸のバイオプラスチックへの利用
9節触媒反応による未利用バイオマスからの基礎化学物質合成
1はじめに
1.1バイオマス資源の利用
1.2非可食バイオマスからの基礎化学物質合成
1.3バイオマスを基礎化学物質へ転換する触媒
2バイオマス廃棄物のモデル物質による反応経路の検討
2.1アルコール類、およびカルボン酸類からのケトン類合成
2.2グリセリンからの基礎化学物質合成
3バイオマス廃棄物からの基礎化学物質合成
3.1大腸菌発酵残さの可溶化と触媒によるケトン類合成
3.2粗製グリセリンからの基礎化学物質合成
4おわりに

3章 未利用・非可食資源からの繊維と複合材料

1節木質バイオマスからのナノファイバーの創製と複合材料の開発
1ナノファイバーとは?
1.1ナノサイズファイバー
1.2ナノ構造ファイバー
1.3ナノファイバーテクノロジー
2セルロースナノファイバーの創製法
2.1化学処理によるナノファイバーの創製
2.1.1硫酸処理によるナノウィスカーあるいは微結晶セルロースの調製
2.1.2TEMPO触媒酸化によるナノファイバーの調製
2.2酵素加水分解によるナノエレメント創製
2.3物理化学的手法によるナノファイバー創製
2.3.1メカノケミカル処理によるセルロース繊維の微粒子化
2.3.2高圧ホモジナイザーによるミクロフィブリル化ナノファイバーの調製
2.3.3水中カウンターコリジョン法によるセルロースナノファイバーの調製
3セルロースナノファイバーの複合化
3.1分散化技術
3.2セルロース系ナノファイバーコンポジットの現状
2節木質バイオマスからのナノカーボンの製造
1木質バイオマスの現状について
1.1我が国の森林資源のエネルギーポテンシャル
1.2木質資源の高付加価値利用の検討
2木質バイオマスの高付加価値化技術の開発状況について
2.1木質のマテリアル原料としての可能性
2.2木質の熱分解プロセスを用いた化学変換
2.3木質からのナノカーボン生成
3各プロセスにおける特徴
3.1木質原料について
3.2ナノカーボン生成について
4ナノカーボンのアプリケーションへの展開
3節バイオマスナノファイバーを用いたフレキシブル基板
1セルロース源
1.1バクテリアセルロース
1.2植物性セルロース
2ナノファイバーを使う意義
2.1ナノファイバー化による物性向上
2.2ナノファイバー化による光学特性向上
3他の材料との比較
4節ケナフの特性と複合材料の開発
1ケナフ繊維の特性
1.1ケナフとは
1.2ケナフ繊維の植物学的特徴
1.3ケナフ繊維の弾性率
1.4ケナフ繊維の供給体制の現状
2ケナフ繊維含有プラスチックの開発・生産状況と課題
2.1開発の経緯
2.2企業における取組状況
2.3ケナフ繊維含有プラスチックの実用化における課題
3ケナフ繊維含有プラスチックの射出成形に関する研究事例
3.1研究の背景
3.2高分子カップリング剤処理されたケナフ繊維およびポリスチレンからなる複合材料
3.3射出成形したPS/KF複合材料の特性
3.4今後の課題と展望
5節竹繊維複合材料の自動車内装部品への適用
1竹繊維の選定
2製造工程
3耐湿熱老化性
4CO2排出量
5VOC発生量および有機酸発生量
6その他の性能

4章 未利用・非可食資源のエネルギーへの利用技術

1節非可食バイオマスからのエタノール製造技術と化学品生産
1米国におけるバイオ燃料導入
1.1歴史的背景と現在の動向
1.2バイオ燃料導入計画
1.3セルロースエタノール実証試験
2セルロースエタノールの製造コスト
3RITEにおける非可食バイオマスからのバイオ燃料製造技術の開発
3.1要素技術
3.2バイオ変換工程に必要な技術特性
3.3RITEバイオプロセス
3.4セルロースエタノール工業化へ向けたRITE の取り組み
3.5バイオブタノール生産技術の開発
4RITEバイオプロセスによる化学品の生産
4.1RITEバイオプロセスのC3〜C6化合物生産への応用
4.2グリーン化学工業への期待
2節未利用バイオマスからのBDF製造技術
1燃料原料としてのジャトロファ油および米ヌカ油の可能性
2ジャトロファ油および米ヌカ油からのバイオディーゼル製造
2.1アルカリ触媒によるメチルエステル変換
2.2高遊離脂肪酸含有原料油のメチルエステル変換
2.3燃料性状
3微細藻類からの油脂の可能性
4動物脂の可能性
3節廃棄物系バイオマスを原料とする微生物燃料電池
1微生物燃料電池とは
2微生物燃料電池のメリット
3実用型リアクターとしてのカセット微生物燃料電池リアクター
4実廃水への適用試験
5今後の展望
4節木質バイオマスからの高効率水素製造
1木質系バイオマスからの水素製造への全体システム
1.1パイロクリーンガスの製造工程
1.2水素分離工程
1.3MgへのH2吸蔵工程
1.4本システムから得られる製品とその用途
2PCシステムによる木質バイオマスからのパイロガスの製造技術
2.1コーカー炉によるタール蒸気含有ガスからクリーンガスへの転換
2.2バイオマス原料種の特性評価
2.3PCS から発生するエネルギーの利用とCO2 削減効果
3水素化マグネシウムの製造技術の確立
3.1水素吸蔵合金への水素吸蔵技術
3.2加水分解によるMgH2 からのH2 の取り出し
3.3マグ水素リアクターの開発

5章 未利用木材の木炭・炭素化、チップ化、ペレット化

1節バイオマスの熱分解・炭素化
2節木質バイオマスのチップ化と経済性・市場展望
1木質バイオマスエネルギーの競争力
2木質バイオマスの経済的なエネルギー利用方法
2.1熱利用と発電利用
2.2発電利用の問題点
3森林バイオマスの低コスト供給の可能性
3節木質バイオマスのペレット化と経済性・市場展望
1木質ペレットとは
2木質ペレットの製造
2.1ぺレット成型の原理
2.2製造プロセス
2.3木質ぺレットの品質基準
2.4生産コスト
3ペレット市場の国際的な動向
3.1拡大を続ける世界のペレット市場
3.2大型施設での需要
3.3ペレット原料の多様化
3.4ペレット工場の大型化
4日本におけるペレット生産の動向と展望
4.1歴史的な経緯
4.2原料問題と生産コスト
4.3今後の展望

6章 未利用海洋資源の活用

1節水圏の未利用バイオマス―植物資源と微生物資源の相互利用開発
1水圏植物を原料とするエネルギー生産
1.1水圏植物資源
1.2エタノール発酵
1.3水素発酵と光化学水素生産
1.4メタン発酵
1.5バイオディーゼル生産
2水圏微生物を利用したバイオレメディエーション
2.1内分泌撹乱化学物質の生分解
2.2油(炭化水素)の生分解
2節液化DMEを利用した藻類からの燃料の高収率抽出技術
1微細藻類からの燃料抽出を取りまく現状
1.1はじめに
1.2従来技術の問題点
2液化ジメチルエーテルを用いた、微細藻類からの燃料抽出技術
2.1ジメチルエーテル(DME)とは
2.2液化DMEを用いた緑の原油の抽出技術の概要
3微細藻類(アオコ)からの緑の原油の抽出試験
3節ホタテガイ残渣からの有用物質生産
1有用機能性脂肪酸(脂肪酸レベル)
2有用脂質成分(脂質クラスレベル)
2.1プラズマローゲン型ホスファチジルエタノールアミン(PE プラズマローゲン)
2.2セラミドとは?
2.3セラミドの生理機能
2.4セラミドの分布
2.5化学合成によるセラミド
2.6水産物中のセラミド
3ホタテガイの残渣
4ホタテガイの脂質成分
4.1脂質クラス
4.2脂肪酸組成
4.3プラズマローゲン型ホスファチジルエタノールアミン(PE プラズマローゲン)
4.4軟体動物中のスフィンゴ脂質

7章 バイオマス資源の利用促進政策

1節日本のバイオマス政策の展望
1「バイオマス・ニッポン総合戦略」策定の背景
2バイオマスタウン構想の策定・公表
3バイオマスタウン加速化戦略の構築
4地域のバイオマス利活用に対する交付金
5バイオ燃料の利用促進
6農林漁業バイオ燃料法の制定
7バイオマス活用推進基本法
2節欧州の事例からみた日本の木質バイオマス利用促進政策の検討
1欧州各国の事例と日本の再生可能エネルギー政策の比較方法について
2欧州各国の事例と日本における再生可能エネルギー促進制度・政策
2.1ドイツにおける再生可能エネルギー促進制度・政策
2.2スウェーデンにおける再生可能エネルギー促進制度・政策
2.3オーストリアにおける再生可能エネルギー促進制度・政策
2.4イタリアにおける再生可能エネルギー促進制度・政策
2.5日本における再生可能エネルギー促進のための主な導入制度・政策
3欧州各国の政策導入による木質バイオマス発電量の変化

8章 バイオマスエネルギーシステム導入における戦略立案と事業評価

はじめに バイオマスの全体像
1目的・状況にあった導入計画の立て方
1.1失敗と成功の分岐点は何か
1.2事業実現に向けたトータルシステムの構築と重要性
1.3導入計画の手順とその進め方
1.3.1導入計画の手順
1.3.2設置条件の検討
1.3.3エネルギー変換プロセスの検討
1.3.4エネルギー需給バランスの検討
1.3.5設備・運転コストの算定にあたって
1.4目的・状況にあったバイオマスの収集・輸送の検討
1.4.1バイオマスの存在範囲と輸送距離の検討にあたって
1.4.2バイオマス輸送におけるルート選定のポイント
2導入における事業採算性の実態
2.1事業採算性評価に際しての事前検討のポイント
2.2事業採算性評価の実際
3バイオマスエネルギーシステムの事業成立条件とは



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