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微細藻類によるエネルギー生産と事業展望    
Technology of Microalgal Energy Production and its Business Prospect
[コードNo.2012T852]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 竹山春子
■体裁/ B5判 261ページ
■発行/ 2012年7月 (株)シーエムシー出版
■定価/ 71,280円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-0657-5

 
★次世代のバイオマスエネルギーとして注目の微細藻類に焦点を絞った初の成書!
★微細藻類の遺伝子組換え技術や培養、エネルギー変換までの一連の技術を網羅!
★実証実験やビジネスモデル、政策など、今後の動向についても詳述!

キーワード

分類と系統解析/ゲノム解析と生理機能/メタボロミクス/CO2濃縮機構/探索・収集/機能設計と改変技術/生産性向上/大量培養/屋外培養/屋内培養/バイオエタノール/メタン発酵/燃料製造時の廃液処理/自動車におけるバイオ燃料/バイオディーゼル/バイオマスエネルギー政策/海洋利用政策

刊行にあたって


地球温暖化とともに石油・石炭に依存しない社会の構築が急務とされ、それに資するための研究開発、インフラ作り、社会コンセンサスの構築等に世界規模でのかじ取りがされてきた。しかしながら、研究の面を垣間見ると、数十年おきに大きな波が起こるが、必ずしも長続きはぜず、まるでファッションのようにその熱も浮き沈みを繰り返してきている。しかしながら、研究の成果は着実に積み重ねられており、現時点では、様々なサイエンスの発展とともに必要な技術開発も高いレベルへと押し上げられてきた。
私たちの生活を支える身の周りの製品の開発には、省エネを達成するための多くの知恵が導入され、更なる省エネルギー社会への階段を上りつつある。それとともに、一般生活や産業を支えるために必要なエネルギー生産への自然エネルギー活用の重要性が指摘され、エネルギーの多様化が少しずつ進みつつある。その中で、バイオ燃料が大きな注目を集めている。ブラジルではバイオエタノールが実用化されており、アメリカではセキュリティーという意味合いが色濃く根底に流れる中、バイオエネルギー政策が産官学で推進されている。生産コストやバイオマス資源確保の課題があるが、全世界でその国の事情に合わせた研究開発が進んでいる。石油・石炭の化石燃料すべてをバイオ燃料で代替することは不可能であるが、中長期的な視野で着実に実用化を目指して進めていくことが重要である。
日本でも政府主導でバイオ燃料のプログラムが推進されてきたが、バイオマス資源確保や高コスト等の課題から研究開発に逆風が吹き始めつつあったところ、東日本大震災による原子力発電の大事故が発生した。原子力の安全性に対する危機感が日本だけでなく全世界に吹き荒れ、これをきっかけに脱原子力のための再生可能エネルギーの一つであるバイオ燃料への期待度が復活したように思われる。
光合成によって二酸化炭素を固定して成長する植物をカーボンニュートラルなバイオマス資源としてエネルギーを生産することが推し進められている。このカーボンニュートラルの考え方には、厳密には植物の生産・利用にかかるすべてのエネルギーを考慮して評価すること(ライフサイクルアセスメント)が必要である。現在のバイオマス燃料生産は、再生可能エネルギーを用いない限り厳密にはカーボンニュートラルなものとは言えないが、将来的にはそれが達成されるものと期待されている。バイオマス資源としては、生産性の高い微細藻類に期待がかけられている。特に、日本のような国土の小さい国におけるバイオマス生産においては、海洋域(日本の排他的経済水域面積は世界第6位)等を生産の場として有効に活用することが必要であろう。今回出版にあたってはこのような微細藻類に焦点をあててその生産と事業展望に関して、多くの先生方から執筆をいただいた。微細藻類の生理学、エネルギー生産に向けた分子生物学、培養工学、エネルギー生産技術、さらにはシステム開発と実証実験、国内外の藻類バイオマス情勢と海洋利用のための政策等の幅広い視点に立った内容を先生方のご協力のもと盛り込むことができた。
今後のこの分野の発展に是非この本が貢献できればと願っている。

2012年7月
早稲田大学
竹山春子

著者一覧

竹山春子早稲田大学 理工学術院 先進理工学部 生命医科学科 教授
川井浩史神戸大学 自然科学系先端融合研究環 内海域環境教育研究センター 教授
中山剛筑波大学 生命環境系 講師
得平茂樹中央大学 理工学部 生命科学科 助教
大森正之中央大学 理工学部 生命科学科 教授
馬場健史大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻 准教授
山野隆志京都大学 大学院生命科学研究科 統合生命科学専攻 助教
福澤秀哉京都大学 大学院生命科学研究科 統合生命科学専攻 教授
宮下英明京都大学 大学院人間・環境学研究科 教授
馬場将人筑波大学 生命環境系 研究員
白岩善博筑波大学 生命環境系 教授
岡田茂東京大学 大学院農学生命科学研究科 水圏生物科学専攻 准教授
田中剛東京農工大学 大学院工学研究院 生命機能科学部門 准教授
吉野知子東京農工大学 大学院工学研究院 生命機能科学部門 准教授
藏野憲秀(株)デンソー 機能材料研究部 藻類研究室 担当次長
萩原大祐(株)デンソー 機能材料研究部 藻類研究室;中央大学 理工学部 生命科学科 原山研究室
今村壮輔中央大学 理工学部 生命科学科 原山研究室 客員研究員(機構准教授);東京工業大学 資源化学研究所 生物資源部門 准教授
原山重明中央大学 理工学部 生命科学科 教授
増川一(独)科学技術振興機構 さきがけ研究者;神奈川大学 光合成水素生産研究所 客員研究員
北島正治神奈川大学 総合理学研究所 客員教授
櫻井英博神奈川大学 光合成水素生産研究所 客員教授
井上和仁神奈川大学 理学部 生物科学科 教授、光合成水素生産研究所 所長
天尾豊大分大学 工学部 准教授;(独)科学技術振興機構 さきがけ研究員
増田篤稔ヤンマー(株) 経営企画本部 ソリューショニアリング部 推進グループ 主席研究員;高知大学 総合研究センター 客員教授
松本光史電源開発(株) 若松研究所 バイオ研究室 主任研究員;東京農工大学 非常勤講師
佐藤朗ヤマハ発動機(株) 技術本部研究開発統括部BT推進グループ 主査・グループリーダー
一井京之助ヤマハ発動機(株) 技術本部研究開発統括部BT推進グループ 主事
島村智子高知大学 教育研究部 総合科学系 生命環境医学部門 准教授
受田浩之高知大学 教育研究部 総合科学系 生命環境医学部門 教授
竹中裕行マイクロアルジェコーポレーション(株) MAC総合研究所 所長
小嶋勝博東京農工大学 大学院工学府 産業技術専攻 特任准教授;(独)科学技術振興機構、CREST
早出広司東京農工大学 大学院工学研究院 生命機能科学部門 教授;(独)科学技術振興機構、CREST
蓮沼誠久神戸大学 自然科学系先端融合研究環 重点研究部 講師
近藤昭彦神戸大学大学院 工学研究科 応用化学専攻 教授
石井孝定大阪府立大学 21世紀科学研究機構 エコロジー研究所 特別教授
モリテツシ早稲田大学 理工学術院 国際教育センター、先端生命医科学センター
植田充美京都大学 大学院農学研究科 応用生命科学専攻 教授
徳弘健郎(株)豊田中央研究所 有機材料・バイオ研究室 研究員
村本伸彦(株)豊田中央研究所 有機材料・バイオ研究室 研究員
今村千絵(株)豊田中央研究所 有機材料・バイオ研究室 主任研究員
関根啓藏(株)関根産業 代表取締役
岡島いづみ静岡大学 工学部 物質工学科 助教
佐古猛静岡大学 大学院創造科学技術研究部 教授
七條保治新日鐵化学(株) 開発推進部 部長
岡崎奈津子新日鐵化学(株) 開発推進部 主任
多田羅昌浩鹿島建設(株) 技術研究所 地球環境・バイオグループ 主任研究員
岡島博司トヨタ自動車(株) 技術統括部 主査 担当部長
千田二郎同志社大学 理工学部 教授
松浦貴同志社大学大学院 工学研究科
Michael LakemanBoeing Commercial Airplanes
冷牟田修一出光興産(株) 先端技術研究所 主任研究員
須田彰一郎琉球大学 理学部 海洋自然科学科 教授
秋庸裕広島大学 大学院先端物質科学研究科 准教授
若山樹国際石油開発帝石(株) 経営企画本部 事業企画ユニット 事業企画グループ、技術本部 技術研究所 貯留層評価グループ コーディネーター
中村元洋経済産業省 資源エネルギー庁 省エネルギー・新エネルギー部 新エネルギー対策課 バイオマス担当係長
寺島紘士海洋政策研究財団 常務理事

構成および内容

【第I編 微細藻類の基礎】

第1章分類と系統解析 川井浩史、中山 剛
1はじめに
2藻類の誕生、進化と系統
第2章藍藻(シアノバクテリア)のゲノム解析と生理機能 得平茂樹、大森正之
1藍藻(シアノバクテリア)
2藍藻ゲノム
3藍藻の形質転換
4藍藻の生理機能と遺伝子
4.1乾燥耐性機能の分子生物学的解明
4.2細胞内信号伝達系遺伝子の改変による代謝の制御
5藍藻ゲノム情報の応用利用
5.1比較ゲノム解析によるアルカン生合成経路の同定
5.2ポストゲノム解析を利用した代謝改変
第3章脂溶性代謝物プロファイリング(脂質メタボロミクス) 馬場健史
1はじめに
2脂質プロファイリング法の概論
3ダイレクトインフュージョンMSによる脂質プロファイリング
4LC/MSによる脂質プロファイリング
5脂質メタボロミクスにおけるデータ解析
6SFC/MSを用いた新規脂質プロファイリングシステム
7おわりに
第4章微細藻類のCO2濃縮機構―モデル緑藻におけるゲノム発現情報の利用― 山野隆志、福澤秀哉
1はじめに
2CO2濃縮のモデル生物としての緑藻クラミドモナス
3CO2濃縮機構(CCM)
4真核藻類のCCM
5ピレノイド
6ゲノム発現情報を利用したクラミドモナスCCM遺伝子の探索
7CCMの調節機構
8おわりに
第5章微細藻類の多様性と有用藻類の探索・収集 宮下英明
1はじめに
2微細藻類の大量培養方式
3藻類の大量培養において藻類に要求される能力
4エネルギー生産と藻類
5藻類バイオディーゼル生産コスト削減に向けた藻類株選抜
6藻類の分離戦略
7おわりに

【第U編 機能設計と改変技術】

第6章藻類の脂質代謝経路とその応用 馬場将人、白岩善博
1はじめに
2脂質
3多くの生物が合成する脂質
3.1脂肪酸合成経路
3.2脂肪酸伸長経路
3.3ポリケチド合成経路
3.4テルペノイド合成経路
4一部の生物特有の脂質
4.1ハプト藻のアルケノン類
4.2ラン藻アナベナの糖脂質
4.3バクテリアのオレフィン系炭化水素
4.4偶数脂肪族炭化水素
5環境条件による脂質合成および蓄積の促進
6中性脂質の代謝
6.1脂質の細胞内蓄積と分解
6.2脂質の細胞外への放出
7藻類の脂質合成経路を応用する際の留意点
第7章ボツリオコッカスの炭化水素合成経路の解明 岡田 茂
1Botryococcus brauniiとは
2A品種における炭化水素とその関連化合物
3B品種における炭化水素とその関連化合物
4B品種のトリテルペン系炭化水素生合成メカニズム
第8章オミクス解析を用いた代謝経路の解明と遺伝子組換えによる高効率トリグリセリド生産株の作製 田中 剛、吉野知子
1はじめに
2トリグリセリドを高生産する微細藻類
3微細藻類のオミクス解析とトリグリセリド代謝経路の解明
4微細藻類の遺伝子組換えによるトリグリセリド生産の向上
4.1微細藻類における遺伝子組換え技術
4.2遺伝子ノックインまたはノックダウンによるトリグリセリド生産性の向上
5おわりに
第9章軽油生産能を有する単細胞緑藻の生産性向上 藏野憲秀、萩原大祐、今村壮輔、原山重明
1はじめに
2実用的な藻株を分子育種することの重要性
3実用的な藻株を分子育種する際の課題
4P. ellipsoideaの形質転換の取り組み
5油分蓄積量をいかに増大させるか
6おわりに
第10章ラン藻の窒素固定酵素ニトロゲナーゼを利用した大規模な水素生産構想 増川 一、北島正治、櫻井英博、井上和仁
1はじめに
2ラン藻による水素生産
2.1ニトロゲナーゼとヒドロゲナーゼ
2.2ヘテロシスト形成型ラン藻のニトロゲナーゼを利用した光生物学的水素生産
2.3取り込み型ヒドロゲナーゼの遺伝子破壊による水素生産性増大
3ニトロゲナーゼへの変異導入による水素生産性の向上
3.1ニトロゲナーゼ活性中心金属クラスター配位子ホモクエン酸の除去
3.2ニトロゲナーゼ活性中心近傍のアミノ酸残基置換
4更なる水素生産性の向上に向けた改良の必要性
5おわりに
第11章藻類由来光合成機能を利用したバイオ燃料変換系への展開 天尾 豊
1はじめに
2藻類の光合成機能を利用した太陽光駆動型水素生産反応
3葉緑体集積電極の調製と光電変換系の構築
4おわりに

【第V編 培養技術】

第12章大量培養技術と装置の開発 増田篤稔
1はじめに
2微細藻類培養装置開発に関する基礎的知見
2.1培養槽における環境制御項目
2.2光環境
2.3溶存ガス環境
3設計における環境因子の定量方法
3.1培養槽外郭周辺の光環境設計計算
3.2培養槽内の光環境計測と培養器形状
3.2.1光透過測定装置と結果
3.2.2解析
3.2.3考察
4実用プラントにおける餌料用微細藻類培養システム開発
4.1培養槽条件と設計と性能
4.2実用プラントシステム
第13章バイオ原料・燃料用オイル生産微細藻類の屋外培養条件の考え方と実証研究 松本光史
1はじめに
2バイオ原・燃料生産用微細藻類の屋外培養条件の考え方
2.1屋外培養時に必要な微細藻類の能力
2.2培養装置(オープン系、クローズド系培養装置)
2.3培養規模イメージと現状の培養技術レベル
3高オイル産生微細藻類ソラリス株の可能性
3.1ソラリス株の獲得
3.2ソラリス株の200Lクラスのレースウェイ型培養装置を用いた屋外培養試験
4将来展望
5まとめ
第14章商業的屋内培養システムの開発と産業応用 佐藤 朗、一井京之助
1はじめに
2ヤマハ発動機におけるPBR開発
3商業規模での屋内培養試験事例
4生産性の試算および原価構成
5おわりに
第15章海洋深層水を利用した微細藻デュナリエラの大量培養システムの開発 島村智子、受田浩之、竹中裕行
1はじめに
2海洋深層水と円筒型フォトバイオリアクターを用いた培養システム
2.1円筒型フォトバイオリアクター
2.2D. salina藻体と培養液組成
2.3海洋深層水と円筒型フォトバイオリアクターを利用したD. salinaの培養
3濃縮海洋深層水の膜蒸留法による高塩分化とD.salina培養への応用
3.1膜蒸留法による濃縮海洋深層水の高塩分化
3.2濃縮高塩分化海洋深層水によるD. salinaの培養
4おわりに
第16章シアノファクトリの開発 小嶋勝博、早出広司
1はじめに
2合成情報伝達系としての二成分制御系とその応用
3リボスイッチ・リボレギュレータとその応用
4イオン液体とその応用
5シアノファクトリ
6展望

【第W編 エネルギー生産技術】

第17章バイオリファイナリーの微細藻類への展開 蓮沼誠久、近藤昭彦
1はじめに
2バイオリファイナリー、微細藻利用への新展開
3微細藻を利用した物質生産
4微細藻エンジニアリングのためのキーテクノロジー―システムバイオロジー解析―
5おわりに
第18章微細藻類からのバイオエタノール生産 石井孝定
1はじめに
2藻類の培養
3バイオマス(デンプン)の生産
4バイオマス(デンプン)の回収と残渣処理の問題
5おわりに
第19章海藻バイオマスからのバイオ燃料生産への環境メタゲノムの応用 モリ テツシ
1はじめに
2カーボンニュートラルなエネルギーの必要性
3ハイスループットスクリーニング技術を用いた環境微生物メタゲノムからの有用遺伝子の獲得
4バイオエネルギーの生産に向けた環境微生物メタゲノムの可能性
5おわりに
第20章酵母を利用したバイオ燃料生産技術 植田充美
1はじめに
2バイオマスの完全糖化が可能な微生物ゲノムの完全解読
3プラットフォーム形成による未来型のバイオ燃料研究
4新しい反応場の創成
第21章バイオリファイナリーのための酵素変換技術 徳弘健郎、村本伸彦、今村千絵
1はじめに
2セルラーゼの酵母細胞表層への提示
3セルロースからの乳酸生産
4酸性条件下でのセルラーゼ活性の向上
5おわりに
第22章バイオマスからのメタン発酵技術 関根啓藏
1はじめに
2嫌気性分解
2.1可溶化
2.2メタン発酵槽
3脱硫とガスホルダー
4石灰乾燥塔
5メタン貯蔵タンク
6まとめ
第23章亜臨界水による藻類の燃料化技術 岡島いづみ、佐古 猛、七條保治、岡崎奈津子
1はじめに
2亜臨界水とは
3海藻の油化
3.1バッチ反応装置
3.2亜臨界水による海藻の分解・油化
3.2.1ヒトエグサの分解・油化
3.2.2コンブの分解・油化
4微細藻類抽出残渣の油化の可能性
5おわりに
第24章バイオ燃料製造時の廃液処理 多田羅昌浩
1はじめに
2バイオ燃料製造廃液の特性
3廃液処理システムの検討
3.1廃液の特性
3.2処理システムの検討
3.3処理特性
3.3.1固定床の有効性
3.3.2処理性能
3.4処理に係る微生物
3.5高度処理
3.6処理水のリサイクル利用
4おわりに

【第X編 システム開発と実証実験】

第25章自動車におけるバイオ燃料使用の検討 岡島博司
1はじめに
2自動車用バイオ燃料の技術
3国際動向とコスト計算
第26章バイオディーゼル機関における燃焼過程 千田二郎、松浦 貴
1はじめに
2バイオディーゼル燃料の軽質化および供試燃料
3実験装置および実験条件
3.1定容燃焼容器
3.1.1噴霧シャドウグラフ撮影
3.1.2画像二色法
3.1.3実験条件
3.2エンジン
3.2.1供試機関および周辺装置
3.2.2実験条件
4実験結果および考察
4.1定容燃焼容器
4.1.1熱発生率履歴および着火遅れ期間
4.1.2噴霧画像
4.1.3火炎温度およびKL値画像
4.1.4平均火炎温度と面積積分KL値
4.1.5噴霧の希薄化とすす生成領域の関係
4.2エンジン
4.2.1熱発生率履歴および着火遅れ期間
4.2.2排気特性および機関性能
5結言
6おわりに
第27章An Introduction to Sustainable Aviation Biofuel―A chapter prepared for inclusion in “Technology of Microalgal Energy Production and its Business Prospect”― マイケル レイクマン
1Introduction
2Requirements for new aviation fuels
3Feedstock Options
4Fuel Processing Technologies
4.1The HEFA route
4.2Gasification-Fischer Tropsch
4.3Alcohols-to-Jet
4.4Biological Production of Hydrocarbons
4.5Other Thermochemical Processes
5Future Prospects
第28章微細藻類によるエネルギー生産と事業展望 冷牟田修一、須田彰一郎、秋 庸裕
1石油業界からみたバイオマスエネルギー
1.1藻類を用いることのメリット
1.2藻類を用いることのデメリット
1.3これまでの検討
1.4今後の課題
2ボトリオコッカス
3オーランチオキトリウム
3.1特徴と歴史
3.2分離と培養
第29章藻類系バイオマスを活用したエネルギー生産事業への展望 若山 樹
1はじめに
2藻類系バイオマスのエネルギー生産技術としての適用
2.1液体燃料
2.2固体燃料
2.3気体燃料
3藻類系バイオマスを活用した事業展開先
3.1エネルギー生産への適用
3.2CO2固定・利用技術への適用
3.3排水処理・廃熱回収への適用
3.4高付加価値物質生産への適用
4藻類系バイオマスを活用した事業
4.1米国の状況
4.2藻類系バイオマスの事業性
4.3フォトバイオリアクター
4.4関連事業者間の連携
5おわりに

【第Y編 国内および海外の情勢と展望】

第30章バイオマスエネルギー政策の概要について 中村元洋
1はじめに
2バイオマスのエネルギー利用の現状
3バイオマスのエネルギー利用を取り巻く課題
4バイオ燃料の戦略と計画
5経済産業省の支援状況について
6おわりに
第31章海洋利用のための政策と今後 寺島紘士
1海洋の法秩序と国際的政策の枠組みの変化
2新たな海洋秩序や海洋政策の変化のわが国への影響
3広大で変化に富んだわが国の海域
4わが国海域のポテンシャルとその活用
5海洋基本法の制定と海洋の利用
6今後の課題



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