地球温暖化対策の一環として,CO2排出量が少ないバイオエネルギー研究が再燃!

ゲノム編集や合成生物学の技術進歩により,再び脚光を浴びつつあるバイオエネルギー!

バイオガソリンなどの液体バイオ燃料,バイオジェット燃料として注目を集める藻類バイオ燃料,メタンや水素などのバイオガス,有機性廃棄物の処理と同時に発電ができる微生物燃料電池など,今注目のバイオエネルギーの最新動向を一挙掲載!

監修

植田充美

著者一覧

植田充美　　京都大学
北川尚美　　東北大学
湯澤賢　　　慶應義塾大学
中川善直　　東北大学
藪下瑞帆　　東北大学
冨重圭一　　東北大学
三宅英雄　　三重大学
黒田浩一　　京都大学
笹野佑　　　崇城大学
濵真司　　　Bio-energy(株)
野田秀夫　　Bio-energy(株);関西化学機械製作(株)
渡邉幸夫　　富山県立大学
青木航　　　京都大学
伊藤幸博　　東北大学
原山重明　　中央大学
吉満勇也　　(株)デンソー
井出曜子　　(株)デンソー
野村俊尚　　(国研)理化学研究所
安藤正浩　　早稲田大学
堀井俊平　　早稲田大学
竹山春子　　早稲田大学
林勇樹　　　東京大学
工藤恒　　　神戸大学
新井宗仁　　東京大学
田中剛　　　東京農工大学
松本光史　　電源開発(株)
前田義昌　　東京農工大学
渡邉研志　　広島大学
秋庸裕　　　広島大学
福澤秀哉　　京都大学
松﨑巧実　　(株)ちとせ研究所;(一社)日本微細藻類技術協会
野村純平　　(株)ちとせ研究所;(一社)日本微細藻類技術協会
星野孝仁　　(株)ちとせ研究所
金子典充　　(株)IHI
加藤淳也　　広島大学
中島田豊　　広島大学
前田憲成　　九州工業大学
李玉友　　　東北大学
佐藤剛　　　神奈川大学
櫻井英博　　神奈川大学
井上和仁　　神奈川大学
金井保　　　富山県立大学
平野達也　　名城大学
村野宏達　　名城大学
前林正弘　　名城大学
林義明　　　名城大学
陳韶華　　　名城大学大学院
岡村浩一　　名城大学　愛知県立愛知総合工科高等学校
髙畑健二　　広島工業大学
大場正春　　名城大学
田村廣人　　名城大学
井原一高　　神戸大学
古崎康哲　　大阪工業大学
山崎明良　　三菱化工機(株)
北田和正　　三菱化工機(株)
土屋美愉　　東京薬科大学
川南朱里　　東京薬科大学
落合一太　　東京薬科大学
渡邉一哉　　東京薬科大学
窪田恵一　　群馬大学
渡邉智秀　　群馬大学
井上謙吾　　宮崎大学
冨永昌人　　佐賀大学
新田見匡　　横浜国立大学
藤田昌史　　茨城大学
田中孝国　　小山工業高等専門学校
横山浩　　　(国研)農業・食品産業技術総合研究機構
山下恭広　　(国研)農業・食品産業技術総合研究機構
小松和也　　栗田工業(株)
田丸浩　　　三重大学
澤田陽樹　　三重大学
井田民男　　近畿大学

目次

第1章　バイオエネルギーの進展状況
1　現況認識
2　食糧とエネルギーの非競合共役増産
3　前処理法の開発─バイオマスの完全糖化システムの合成生物学的創製
4　低炭素社会の新しいプラットフォーム:シュガープラットフォームとフェノールプラットフォームの形成
5　脱炭素エネルギーへの転換

第2章　液体バイオ燃料の開発動向
1　液体バイオ燃料の現状と未来
1. 1　はじめに
1. 2　液体バイオ燃料の導入推進のための政策
1. 3　液体バイオ燃料市場の現状
1. 4　日本のバイオ燃料の導入状況と課題～バイオエタノール～
1. 5　日本のバイオ燃料の導入状況と課題～バイオディーゼル～
1. 6　おわりに
2　バイオガソリンの生産に向けた合成生物学的アプローチ
2. 1　はじめに
2. 2　合成生物学的アプローチによる物質生産
2. 3　ガソリンとは?
2. 4　短鎖ケトンを生産する人工酵素の創出
2. 5　合成生物学的アプローチによる短鎖ケトンの生産
2. 6　おわりに
3　セルロース系原料からのガソリン製造
3. 1　概要
3. 2　緒言
3. 3　糖の水素化脱酸素による炭化水素合成
3. 4　有機合成化学的なアプローチ
3. 5　熱分解物やリグニンの水素化脱酸素
3. 6　まとめ
4　セルロース系バイオマスからのブタノール生産
4. 1　はじめに
4. 2　1-ブタノール生産の生化学的経路
4. 3　合成生物学的手法によるブタノール生産菌の育種
4. 4　セルロース系バイオマスからの1-ブタノール生産
5　酵母の窒素飢餓応答制御による分岐鎖アルコール耐性の強化とイソブタノール生産能の向上
5. 1　はじめに
5. 2　バイオ燃料生産に向けた細胞分子育種戦略
5. 3　バイオ燃料に対する酵母のストレス耐性
5. 4　分岐鎖アルコール耐性が向上した酵母株の同定
5. 5　耐性向上メカニズムとイソブタノールによる新たな生育阻害機構の発見
5. 6　分岐鎖アルコール耐性酵母におけるイソブタノール生産能の向上
5. 7　おわりに
6　ゲノム編集技術を応用した酵母によるバイオエタノール生産性向上
6. 1　はじめに
6. 2　酵母におけるゲノム編集技術の概略
6. 3　ゲノム編集技術を利用したバイオエタノール生産酵母の育種
6. 4　Non-conventional yeastでの実例
6. 5　おわりに(今後の展望)
7　酵素利用技術による液体バイオ燃料生産システムの研究開発
7. 1　はじめに
7. 2　バイオエタノールの生産
7. 2. 1　セルロース系エタノール生産における酵素の利用
7. 2. 2　安価なセルラーゼを利用可能にするセルロース系エタノール生産技術
7. 3　バイオディーゼルの生産
7. 3. 1　安価なリパーゼによる非可食油脂からのバイオディーゼル生産技術
7. 3. 2　新型撹拌翼による酵素反応プロセスの開発
7. 4　おわりに
8　カーボンフリーバイオアンモニア燃料の開発
8. 1　はじめに
8. 2　アンモニアの用途と特性,生産方法
8. 3　生物学的アプローチによるアンモニア生産
8. 3. 1　ニトロゲナーゼによるアンモニア生産
8. 3. 2　代謝工学および細胞工学的アプローチによるアンモニア生産
8. 4　おわりに
9　バイオ燃料生産に向けた稲わらの酵素糖化性の向上
9. 1　はじめに
9. 2　稲わらの糖化性の変動
9. 3　セルラーゼの発現による稲わら酵素糖化性の向上
9. 4　ラッカーゼの発現による稲わら糖化性の向上
9. 5　OsCESA9遺伝子の突然変異体

第3章　藻類バイオ燃料の開発動向
1　産業用微細藻のゲノム編集
1. 1　はじめに
1. 2　コッコミクサに適用できる遺伝子操作法の開発
1. 2. 1　形質転換法の開発
1. 2. 2　ゲノム編集法の適用
1. 3　ゲノム編集による油脂生産性向上株の作製
1. 4　おわりに
2　ミドリムシにおける高効率ゲノム編集
2. 1　はじめに
2. 2　ミドリムシの特徴と利用
2. 3　従来のミドリムシ育種法
2. 4　ミドリムシのゲノム編集
2. 4. 1　Cas9 RNPを用いたミドリムシのゲノム編集法の開発
2. 4. 2　長鎖の欠損変異導入
2. 4. 3　一本鎖DNAを用いたノックインおよび塩基書き換え技術
2. 5　今後の展望と課題
3　シングルセル分子イメージングによる有用微生物の解析
3. 1　シングルセル解析
3. 2　ラマン分光法
3. 3　ラマン分光法を用いた珪藻のシングルセル解析
3. 4　ラマン分光解析の応用
3. 5　おわりに
4　バイオ燃料生産に向けたラン藻由来アルカン生成酵素の高活性化
4. 1　はじめに
4. 2　アルカン生成に必要な2つの酵素
4. 3　ADOの構造・機能とアルカン生成における課題
4. 4　ADOの活性測定
4. 5　高活性型ADOの探索
4. 6　活性に重要なアミノ酸残基の同定
4. 7　アミノ酸置換の効果
4. 8　今後の展望
5　海洋微細藻類を用いたバイオ燃料の通年生産プロセスの構築
5. 1　はじめに
5. 2　海洋微細藻類の屋外大量・通年培養
5. 3　海洋微細藻類のマルチオミクス解析
5. 4　海洋微細藻類の代謝改変技術の確立
5. 5　おわりに
6　オーランチオキトリウムによるバイオリファイナリーと有用脂質生産
6. 1　はじめに
6. 2　オーランチオキトリウムの特性と研究経緯
6. 3　バイオリファイナリー技術の拡張
6. 4　カーボンリサイクル技術開発への展開
6. 5　おわりに
7　微細藻類におけるCO2濃縮機構
7. 1　はじめに
7. 2　炭素の固定
7. 3　CO2固定酵素Rubiscoの問題点
7. 4　細胞外から葉緑体への無機炭素の輸送
7. 4. 1　炭酸脱水酵素(CA)
7. 4. 2　膜輸送体
7. 5　細胞膜に局在する重炭酸能動輸送体HLA3
7. 6　細胞膜のCO2チャネル型無機炭素輸送体LCI1
7. 7　葉緑体胞膜の無機炭素輸送体LCIA
7. 8　ピレノイドの重要性
8　藻類バイオ燃料の商業化に向けての課題と課題解決に向けた取り組み
8. 1　はじめに
8. 2　藻類バイオ燃料の実用化に向けた課題
8. 2. 1　標準手法及び評価基準
8. 2. 2　研究開発拠点
8. 2. 3　開発目標
8. 3　課題解決に向けた取り組み
8. 3. 1　NEDO事業「微細藻類技術開発/微細藻類研究拠点における基盤技術開発」
8. 3. 2　委員会,その他イベントの開催
8. 4　おわりに
9　微細藻類を用いたバイオジェット燃料生産プロセスの構築
9. 1　はじめに
9. 2　SAF導入に向けた世界的な情勢
9. 2. 1　SAF導入推進に向けた枠組みの策定
9. 2. 2　SAFの品質規格
9. 3　微細藻類由来のSAF
9. 4　HGBbを用いたSAF燃料生産プロセス
9. 4. 1　使用水および廃水の削減
9. 4. 2　CO2供給の低コスト化
9. 5　実用化に向けた取り組み

第4章　バイオガスの開発動向
1　カーボンリサイクルガス発酵技術
1. 1　カーボンリサイクルガス発酵技術
1. 2　ガス発酵の可能性と化学的手法との差別化
1. 3　Acetogenの特性
1. 4　Acetogenを利用したバイオ燃料生産
1. 4. 1　ガス発酵によるアルコール生産の例
1. 4. 2　2段階発酵による油脂生産の例
1. 5　まとめと産業化の動向
2　下水汚泥を資源としたメタン生成促進
2. 1　下水汚泥とは
2. 2　下水汚泥の嫌気消化
2. 3　下水汚泥の嫌気消化を促進するこれまでのアプローチ
2. 4　下水汚泥の嫌気消化における微生物間相互作用
2. 5　下水汚泥の嫌気消化における抗生物質の使用
2. 6　下水汚泥の嫌気消化における抗生物質の効果
2. 7　下水汚泥の嫌気消化におけるクォーラムセンシングの効果
2. 8　まとめ
3　バイオマスからの水素生産
3. 1　バイオ水素
3. 2　水素発酵の代謝経路と反応
3. 3　水素発酵の原料,微生物および反応条件
3. 3. 1　水素発酵の原料
3. 3. 2　水素発酵微生物と反応条件
3. 3. 3　水素発酵反応槽
3. 4　水素発酵のエネルギー回収効率と限界
3. 5　二相式水素・メタン発酵プロセス
3. 5. 1　二相発酵の必要性とその利点
3. 5. 2　二相式水素・メタン発酵プロセスの研究例
4　シアノバクテリアと光合成細菌による光生物学的水素生産
4. 1　はじめに
4. 2　光生物学的水素生産
4. 2. 1　水素生産に利用できる酵素
4. 2. 2　水素生産に利用できる光合成微生物
4. 3　水素生産量向上のための取り組み
4. 3. 1　取り込み型ヒドロゲナーゼの不活性化
4. 3. 2　ニトロゲナーゼにおけるアミノ酸残基置換
4. 3. 3　ヘテロシスト形成頻度の遺伝子工学的調節
4. 4　今後の課題(おわりに)
5　超好熱菌によるバイオマスからの発酵水素生産
5. 1　はじめに
5. 2　超好熱菌
5. 3　Thermococcus属アーキアによる発酵水素生産
5. 3. 1　Thermococcus kodakarensisを用いたバイオマスからの水素生産
5. 3. 2　T. kodakarensisの水素関連代謝経路の予測
5. 3. 3　遺伝学的手法によるT. kodakarensisの高水素生産株の育種
5. 3. 4　キチンを基質とする水素生産系の構築
5. 4　超好熱菌を用いた発酵水素生産の利点
5. 5　おわりに
6　発酵田による稲わら由来のバイオメタン生産
6. 1　はじめに
6. 2　水田から発生するバイオガスの回収技術の確立
6. 3　GETシステムで生産されるバイオガスの特性
6. 4　GETシステムにより生産したバイオメタンのエネルギー利用
6. 5　GETシステムの可能性と今後の課題
7　地域分散バイオマスのための小型メタン発酵装置の開発とエネルギー利用
7. 1　はじめに
7. 2　実証実験地およびバイオガスユニットの概要
7. 3　バイオガス生成の評価
7. 4　バイオガスの熱エネルギー利用
7. 5　消化液の利活用
7. 6　まとめ
8　水素を使った嫌気性消化ガスの生物学的高濃度メタン化
8. 1　バイオメタネーションへの期待
8. 2　バイオメタネーション反応とは
8. 3　バイオメタネーション反応の課題
8. 4　バイオメタネーションの現在の性能と開発目標
8. 5　反応に関与する微生物群
8. 6　マイクロバブルエジェクターを用いた消化ガスのバイオメタネーション
8. 7　まとめ
9　下水バイオガス原料による水素創エネ技術実証の紹介～水素リーダー都市プロジェクト～
9. 1　はじめに
9. 2　主要設備の概要
9. 2. 1　前処理設備
9. 2. 2　水素製造装置
9. 2. 3　水素供給設備
9. 2. 4　CO2液化回収設備
9. 3　実証結果の概要
9. 4　本技術の効果
9. 5　おわりに

第5章　微生物燃料電池の開発動向
1　発電菌利用の研究開発動向と今後の展望
1. 1　はじめに
1. 2　微生物燃料電池
1. 3　微生物電気分解
1. 4　微生物電気合成
1. 5　おわりに
2　微生物燃料電池の環境技術への応用に向けた展開
2. 1　はじめに
2. 2　種々の環境技術への応用
2. 2. 1　排水処理への応用(WWT-MFC)
2. 2. 2　底質改善への応用(SMFC)
2. 2. 3　人工湿地への応用(CW-MFC)
2. 3　MFCによるエネルギー回収とその利用
2. 4　おわりに
3　芋焼酎粕を用いた微生物燃料電池の開発
3. 1　はじめに
3. 2　焼酎製造と焼酎粕
3. 3　微生物燃料電池
3. 4　芋焼酎粕を用いた微生物燃料電池
3. 5　おわりに
4　微生物を利活用した「泥の電池」～発電に及ぼす界面活性剤の添加効果～
4. 1　はじめに
4. 2　「泥の電池」vs.従来型微生物燃料電池
4. 3　微生物の疎水性有機物の取り込み
4. 4　各種の界面活性剤で修飾したアノードを用いた「泥の電池」
4. 5　Tween 20の修飾濃度変化
4. 6　おわりに
5　微生物燃料電池と嫌気性アンモニア酸化を組み合わせた次世代下水処理法の開発
5. 1　はじめに
5. 2　研究の概要
5. 3　微生物燃料電池
5. 3. 1　背景・目的
5. 3. 2　実験方法
5. 3. 3　結果と考察
5. 4　嫌気性アンモニア酸化
5. 4. 1　Anammoxについて
5. 4. 2　Anammox細菌の集積培養(親器)および増殖細菌の分注(子器)
5. 4. 3　各塩分濃度下におけるAnammox細菌の窒素除去能
5. 4. 4　各温度条件下におけるAnammox細菌の窒素除去能
5. 5　おわりに
6　センサーモジュールを駆動できる実用的な微生物燃料電池システム
6. 1　MFCシステムの概要
6. 2　MFC発電のメカニズムと出力
6. 3　炎酸化ステンレス鋼負極
6. 4　実用的なMFCの開発
6. 5　MFCの発電プロファイル
6. 6　MFCの直列接続による液晶時計の駆動
6. 7　超低消費電力のエナジーハーベスタ
6. 8　MFCシステムによるセンサーの駆動
7　発電菌を利用した次世代創エネ型排水処理技術の開発
7. 1　発電菌利用技術の排水処理技術としての特長
7. 2　メタン生成MECによる排水処理の開発状況と課題
7. 2. 1　検討の目的
7. 2. 2　検討方法
7. 2. 3　電流値,有機物除去速度の推移
7. 2. 4　メタン生成MECの物質収支
7. 2. 5　メタン生成MECのエネルギー収支
7. 2. 6　まとめと課題
7. 3　MFCによる排水処理の開発状況と課題
7. 3. 1　検討の目的
7. 3. 2　検討方法
7. 3. 3　発電量とCODcr除去速度の推移
7. 3. 4　カソード触媒の劣化
7. 3. 5　まとめと今後の課題

第6章　バイオ燃料活用の新展開
1　バイオマス利用による陸上養殖の展開
1. 1　はじめに
1. 2　代替肉について
1. 3　代替肉需要増加の背景
1. 4　陸上養殖の現状
1. 5　アワビの陸上養殖
1. 6　ナマズの陸上養殖
1. 7　養殖におけるバイオマス利用
1. 8　おわりに
2　次世代固形バイオエネルギーの開発;バイオコークスの備蓄機能
2. 1　はじめに
2. 2　形成原理
2. 3　発火・備蓄機能
2. 3. 1　発火性:高感度熱量(C80)
2. 3. 2　微生物の発酵などによる微少な発熱性:超高感度熱量(TAM-?)
2. 3. 3　自然発火温度(SIT)
2. 3. 4　自然発火性(ワイヤーバスケット試験)
2. 4　エネルギー備蓄の必要性とその取り組み
2. 5　おわりに