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リサイクルバイオテクノロジーの最前線    
Frontier of Biotechnology for Recycling - Recycle Biotechnology
[コードNo.2013T902]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 植田充美
■体裁/ B5判 237ページ
■発行/ 2013年5月1日 (株)シーエムシー出版
■定価/ 69,120円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-0800-5

 
★「ゴミ」として捨てられる廃棄物を生物の力で「資源」へと変換するリサイクルバイオテクノロジー!
★注目が集まる地産地消型再生可能エネルギーの代名詞、バイオマスエネルギー!
★廃棄物からバイオ燃料・バイオガス・化成品を作り出す、排水や廃棄物からレアメタルを回収する、重金属を回収して環境
  を浄化する最新技術を一挙紹介!

キーワード

バイオリファイナリー / バイオ燃料 / バイオエタノール / バイオディーゼル / ブタノール / プロパノール / バイオガス / メタン発酵 / アンモニア / セルロース系バイオマス / 藻類 / リグニン / ポリ乳酸 / 重金属・レアメタル回収 / リン資源 / 環境浄化

刊行にあたって

化石燃料をもとに発展してきたこの世界を、食料生産と共存し、しかも食料生産と競合しない環境と調和した新しいバイオテクノロジーを基盤とする循環型の世界へとギアチェンジする、すなわち、「社会基盤形成の変化」が求められている。
人口増加や中東情勢の不安定さによる「石油不安定供給や枯渇問題」は、「シェールガス・オイル」の出現により一息つきそうであるが(また、新たな環境汚染も生み出してきているが)、これは、化石燃料に依存してきた世界の社会や産業構造からシュガープラットフォームやフェノールプラットフォーム形成への急激な変化への準備段階を人類に与えたともいえよう。人類の絶えない欲望を満たしながら、生物多様性の保護者でもある人類に課せられた地球環境保護と保全のミッションは、自然を原料としてリサイクルを根幹とする体制へのスイッチングを希求している。
太陽や風力や地熱を用いて電気エネルギーを取り出すという極めてシンプルな再生可能エネルギーの活用が、福島原発事故以来、一つの社会現象として世界的に起こっている。自然由来なものとしてのバイオマスは、その複雑さのため、ややもすると活用が後手に回っている。しかし、社会や産業に与えるポテンシャルは、他の自然由来のものに比べてはるかに大きい。すなわち、「石油化学からバイオケミカルに」、時代を、そして、産業や社会構造を変える、いわゆる「産業や社会システムのパラダイムシフト」の可能性を秘めている。この場合のバイオマスは、いわゆる、ソフトからハードまですべてを含むものであり、単純にいえば、現在捨て去られている廃棄物全般を指しているともいえよう。これらは、捨てれば「ゴミ」、回収・リサイクルすれば「資源」となるもので、資源として活用するために、バイオテクノロジーの進展によるところが大きくなってきている。この新しい資源変換バイオテクノロジー技術を「リサイクルバイオテクノロジー」と名付け、今後の発展を支える未来開拓技術として位置づけしようとしている。
本書では、リサイクルの新しい産業構造を構築していくための現状認識と理解のうえに課題を見出し、エネルギーとモノづくりの進み行く方向を明示して、日本のバイオインダストリーを取り巻く環境の活性化をめざし、持続可能な未来型の循環型社会への移行に必要なスキャフォールドを提唱したいと考えている。
最後に、この「リサイクルバイオテクノロジー」の分野で、ご多忙の中、ご執筆いただきました先生方に、感謝いたしますとともに、本書での研究分野でのさらなるご活躍を祈念いたします。

2013年5月
植田充美

著者一覧

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
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 准教授;(独)科学技術振興機構 さきがけ研究者
荻野千秋神戸大学大学院 工学研究科 応用化学専攻 准教授
近藤昭彦神戸大学大学院 工学研究科 応用化学専攻 教授
M真司Bio-energy(株) R&D研究所 主任研究員
野田秀夫Bio-energy(株) ; 関西化学機械製作(株) 代表取締役社長
三宅英雄三重大学 大学院生物資源学研究科 助教
片岡道彦大阪府立大学 大学院生命環境科学研究科 教授
浦野信行大阪府立大学 大学院生命環境科学研究科 博士研究員
鶴野圭悟九州大学 大学院農学研究院 学術研究員
花井泰三九州大学 大学院農学研究院 准教授
河井重幸京都大学大学院 農学研究科 助教
村田幸作京都大学大学院 農学研究科 教授
松井一真京都大学大学院 農学研究科 応用生命科学専攻
横井貴大京都大学大学院 農学研究科 応用生命科学専攻
黒田浩一京都大学大学院 農学研究科 応用生命科学専攻 准教授
片岡直明水ing(株) 技術開発統括 技術開発室 第二グループ 副参事
帆秋利洋大成建設(株) 環境本部 環境開発部 新エネルギー開発室 室長
高橋潤一帯広畜産大学大学院 環境衛生学 名誉教授
坪田潤大阪ガス(株) エネルギー技術研究所 シニアリサーチャー
中西裕士大阪ガス(株) エネルギー事業部 エネルギー技術部
松井徹東京ガス(株) 基盤技術部 主幹
白井義人九州工業大学 大学院生命体工学研究科 教授
舩岡正光三重大学 大学院生物資源学研究科 教授
滝澤昇岡山理科大学 工学部 バイオ・応用化学科 教授
玉川英幸キリン(株) R&D本部 基盤技術研究所 研究員
五十川團哉京都大学大学院 農学研究科 応用生命科学専攻
小西康裕大阪府立大学 大学院工学研究科 化学工学分野 教授
谷幸則静岡県立大学 環境科学研究所・食品栄養環境科学研究院 准教授
宮田直幸秋田県立大学 生物資源科学部 准教授
常佳寧静岡県立大学大学院 生活健康科学研究科
大橋晶良広島大学 大学院工学研究院 社会基盤環境工学専攻 教授
櫻井康祐DOWAテクノロジー(株) 技術開発部 担当部長
惣田訓大阪大学 大学院工学研究科 環境・エネルギー工学専攻 准教授
池道彦大阪大学 大学院工学研究科 環境・エネルギー工学専攻 教授
仲山英樹長崎大学 大学院水産・環境科学総合研究科 環境科学領域 循環型社会創成技術分野 准教授
松浦秀幸大阪大学大学院 薬学研究科 助教
平田收正大阪大学大学院 薬学研究科 教授
戎谷一輝京都大学大学院 農学研究科 応用生命科学専攻
井藤賀操(独)理化学研究所 植物科学研究センター 生産機能研究グループ 上級研究員
川上智DOWAエコシステム(株) 環境技術研究所 所長
榊原均(独)理化学研究所 植物科学研究センター 生産機能研究グループ グループディレクター
黒田章夫広島大学 大学院先端物質科学研究科 分子生命機能科学専攻 教授
廣田隆一広島大学 大学院先端物質科学研究科 分子生命機能科学専攻 助教

構成および内容

【第I編 バイオリファイナリーによる資源循環】

第1章バイオ燃料
1未来型CBP法によるバイオエタノール生産技術の展開  (蓮沼誠久、荻野千秋、近藤昭彦)
1.1はじめに
1.2リグノセルロース系バイオエタノール
1.3高温でのリグノセルロース系エタノール生産
1.4システムバイオロジー解析に基づく発酵阻害物耐性の強化
1.5イオン液体前処理と表層提示酵母の組み合わせによるエタノール発酵プロセス(i-CBP)の構築
1.6おわりに
2廃食用油からのバイオディーゼル生産  (M真司、野田秀夫)
2.1はじめに
2.2バイオディーゼルの背景
2.2.1バイオディーゼルとは
2.2.2バイオディーゼルの品質規格
2.2.3廃食用油からのバイオディーゼル生産
2.3バイオディーゼルの製造方法
2.4酵素法による廃食用油からの連続バイオディーゼル生産
2.4.1酵素法の特徴
2.4.2連続バイオディーゼル生産装置
2.4.3廃食用油からの連続バイオディーゼル生産
2.5廃食用油からのバイオディーゼル生産に関する事業課題
2.6おわりに
3セルロース系バイオマスからのブタノール生産  (三宅英雄)
3.1はじめに
3.2バイオブタノールの歴史と現状
3.3ABE発酵とブタノール回収技術
3.4ソルベント生成Clostridium属細菌の代謝経路
3.5セルロース系バイオマスの利用
4組換え微生物による1-プロパノール生産  (片岡道彦、浦野信行)
4.1はじめに
4.2プロパノール人工生合成経路の設計
4.3新規1-プロパノール生合成経路の実証
4.41-プロパノール生合成経路遺伝子を導入した組換えE.coliの構築
4.5おわりに
5バイオマスからのC3アルコール生産  (鶴野圭悟、花井泰三)
5.1はじめに
5.2イソプロパノール生産
5.31-プロパノール
5.41,2-プロパンジオール
5.51,3-プロパンジオール
5.6まとめと展望
6大型海藻(褐藻類)からのエタノール生産  (河井重幸、村田幸作)
6.1はじめに
6.2バイオマス資源としての海藻の魅力
6.3海藻の炭水化物
6.4褐藻類からのエタノール生産
6.4.1Sphingomonas属細菌A1株を用いたアルギン酸からのエタノール生産
6.4.2褐藻類由来成分(アルギン酸以外)からのエタノール生産
6.4.3酵母を用いたマンニトールからのエタノール生産
6.5おわりに
7大型藻類からのバイオエタノール生産  (松井一真、横井貴大、黒田浩一、植田充美)
7.1はじめに
7.2大型藻類の成分
7.3各成分のエタノール変換の戦略
7.3.1アルギン酸からのエタノール生産
7.3.2マンニトールのエタノールへの変換
7.3.3セルロースからのエタノール生産
7.3.4ヘミセルロースからのエタノール生産
7.4その他の有用成分
7.5おわりに
8微細藻類・シアノバクテリアからのバイオエタノール生産  (蓮沼誠久)
8.1はじめに
8.2微細藻類・シアノバクテリアからのエタノール生産プロセス
8.3微細藻類・シアノバクテリアからのエタノール生産
8.4システムバイオロジー解析に基づく新規有用微細藻の創製
8.5おわりに
第2章バイオガス
1廃棄物系バイオマスメタン発酵技術の基礎と開発事例  (片岡直明)
1.1はじめに
1.1.1メタン発酵技術の歴史
1.1.2バイオマスの発生と循環的利用および処分の現状
1.1.3バイオマス活用の推進に向けた法制度の施行状況
1.1.4廃棄物系バイオマスメタン発酵の技術開発
1.2廃棄物系メタン発酵技術の基礎
1.2.1メタン発酵処理の特徴
1.2.2有機物の嫌気分解経路
1.2.3バイオガス発生
1.2.4バイオマス活用に向けたメタン発酵処理技術
1.3生ごみ系メタン発酵技術の開発事例
1.3.1システムフロー
1.3.2生ごみバイオガス化設備の運転結果
1.3.3生ごみ中温メタン発酵性能の評価(室内実験)
1.4今後の展望
2水産加工廃棄物からのメタン生産  (帆秋利洋)
2.1はじめに
2.2水産加工廃棄物のメタン発酵における技術的課題
2.2.1アンモニア阻害の実態
2.2.2アンモニア阻害のメカニズム
2.2.3アンモニア対策技術
2.3無加水でのアンモニア阻害回避技術
2.3.1原料
2.3.2生物学的アンモニア変換
2.3.3アンモニアストリッピング
2.3.4アンモニア回収
2.4無加水メタン発酵の適用事例
2.5おわりに
3家畜排泄物からのアンモニア生産(バイオガスプラントのアンモニアストリッピングとセルロースバイオマスのアンモノリシス)  (高橋潤一)
3.1はじめに
3.2生物学的方法
3.3化学的方法
3.4物理的方法
4小規模オンサイト利用のための小型バイオガス化システム  (坪田潤、中西裕士)
4.1はじめに
4.2バイオガスとは
4.3小型バイオガス化装置の特長
4.4小型バイオガス化装置の開発状況
4.4.1試験内容
4.4.2試験結果
4.5本装置の環境性
4.6今後の展望
5海藻ゴミからのメタン生産技術  (松井徹)
5.1はじめに
5.2海藻ゴミ
5.3海藻のメタン発酵に関する取り組み事例
5.4海藻メタン発酵の技術
5.5おわりに
第3章化成品
1食品廃棄物からポリ乳酸、あるいは、エタノールの製造  (白井義人)
1.1資源としての食品廃棄物
1.2食品廃棄物の組成と利用の可能性
1.3食品廃棄物からポリ乳酸の生産
1.4食品廃棄物からのエタノール発酵について
1.5食品廃棄物からの発酵生産に伴う未利用物の資源化
2リグノセルロースから循環型リグニン素材の直接誘導  (舩岡正光)
2.1はじめに
2.2炭素濃縮体としての森林
2.3生態系における分子スタンダード
2.4環境規格分子素材“リグニン”
2.5分子の絡まりを解く
2.5.1リグニンおよび炭水化物の基本変換設計
2.5.2リグノセルロースの精密リファイニング
2.5.3リグノフェノールの2次機能制御
2.5.4リグノフェノールの応用展開
2.6持続的社会に向けて
3BDF製造廃液からのL-乳酸生産  (滝澤昇)
3.1はじめに
3.2グリセリン発酵性乳酸菌の分離
3.3Enterococcus faecalis W11株の乳酸生成特性
3.4W11株によるグリセリンからのL-乳酸生成
3.5BDF製造廃グリセリンからのL-乳酸生成
3.6ミニジャーファーメンターを用いての廃グリセリンからのL-乳酸生産
3.7おわりに
4トルラ酵母を用いたキシロースからのエタノール、乳酸生産  (玉川英幸)
4.1はじめに
4.2バイオエタノール
4.2.1エタノール生産における酵母の有用性と課題
4.2.2キシロース発酵性トルラ酵母の育種
4.3バイオプラスチック―ポリ乳酸
4.3.1既存の乳酸生産とその課題
4.3.2乳酸高生産トルラ酵母の育種
4.4おわりに
5カニ廃棄物からの有用オリゴ糖生産技術  (五十川團哉、黒田浩一、植田充美)
5.1はじめに
5.2キチン・キトサンと現在の利用状況
5.3P. fukuinensis由来キトサナーゼ
5.4細胞表層工学を用いた変異体ライブラリー構築
5.5P. fukuinensis由来キトサナーゼ変異体ライブラリー構築
5.6変異体ライブラリーにおけるキトサナーゼ/グルカナーゼ活性測定
5.7おわりに

【第U編 重金属・レアメタル・有用元素回収による環境保全】

第4章金属イオン還元細菌を活用したレアメタル・貴金属の回収  (小西康裕)
1はじめに
2白金族金属・金のバイオミネラリゼーション
2.1金属イオン還元細菌の利用
2.2リサイクル技術としての特徴と課題
2.2.1金属回収の従来技術
2.2.2新技術の特色
2.2.3都市鉱山の浸出液への応用
2.3還元細菌を内包した新規カプセルの開発
2.4工業用触媒としての展開
3ジスプロシウム、インジウムのバイオソープション
3.1希薄溶液からのレアメタルの吸着分離
3.2リサイクル技術としての特徴と課題
4マンガンなどのバイオリーチング
4.1マンガンの浸出機構
4.2電池電極材料からのマンガンなどの浸出
5おわりに
第5章Mn酸化物形成能を有する微生物によるレアメタルの回収  (谷幸則、宮田直幸、常佳寧)
1微生物によるMn酸化物の形成とMnの回収
2バイオMn酸化物によるレアメタルの回収
3BMOの化学特性と元素吸着
4その他の元素類との相互作用
第6章細菌を使った排水からのレアメタル回収システム  (大橋晶良)
1はじめに
2バイオMnO2の吸着性
3マンガン酸化細菌の培養とMnO2の生成
3.1マンガン酸化細菌の培養
3.2マンガン酸化細菌と硝化細菌との共存培養
3.3DHSバイオリアクターの特徴
3.4DHSバイオリアクターによるMnO2の高速生成
3.5バイオMnO2のレアメタル吸着
3.6メタン酸化細菌との共存によるMnO2の生成
4排水からのレアメタル回収システム
4.1Mn・レアメタル同時回収システム
4.2セパレートシステム
5実用化に向けての酸化機構の解明
6適用の拡大
第7章水生植物を用いた金属加工廃水からの金属回収  (櫻井康祐、惣田訓、池道彦)
1はじめに
2植生浄化システム(ビオパレット)
3ビオパレットにおける金属加工廃水の仕上げ処理
4抽水植物の金属類に対する濃縮係数
5抽水植物の金属類に対する移動係数
6廃水からのファイトマイニングの可能性
第8章塩類集積環境に適応可能なメタルバイオ技術の開発研究  (仲山英樹)
1はじめに
2カリウムのアナログ元素としてのアルカリ金属カチオン
3生物細胞におけるアルカリ金属カチオンの蓄積
4アルカリ金属カチオン選択的なバイオアキュムレーション技術
5今後の展望
第9章光合成生物の機能を利用した重金属のモニタリングと回収  (松浦秀幸、平田收正)
1はじめに
2フィトケラチン合成酵素を細胞表層に提示した酵母を用いた有害重金属バイオセンサー
3ラン藻を利用した重金属吸着
4おわりに
第10章細胞表層工学によるレアメタル・ウランの選択的回収  (戎谷一輝、黒田浩一、植田充美)
1はじめに
2資源回収におけるバイオ技術の可能性
3アーミング酵母によるモリブデン・タングステンの回収
4アーミング酵母によるウランの回収
5おわりに
第11章葉状体タイ類を用いた重金属・レアメタル回収技術  (井藤賀操、川上智、榊原均)
1はじめに
2葉状体タイ類による重金属・レアメタル回収技術の概念
3葉状体タイ類の背腹性と機能の分化
4ゼニゴケの亜鉛・カドミウム・水銀の浄化能力
5ゼニゴケのニッケル・パラジウム・白金の回収能力
6カーボンニュートラルな素材としてのゼニゴケ生産技術の開発にむけて
7今後の展望
第12章バイオ技術を利用したリン資源のリサイクル技術  (黒田章夫、廣田隆一)
1はじめに
2リンのリサイクル技術―リン蓄積菌の育種
2.1ポリリン酸蓄積変異菌の取得方法
2.2ポリリン酸蓄積変異株の不安定性と解析
3リンのリユース技術―亜リン酸のバイオ変換技術
3.1亜リン酸廃液と亜リン酸酸化細菌
3.2安定な亜リン酸酸化酵素の取得
4リンのリデュース技術―亜リン酸を利用した究極の省リン技術
5おわりに



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