願望から収益性への転換：バイオリファイナリーによるバイオ化学品の製造
23 Nov 2020
バイオリファイニングはバイオエコノミー成長の非常に重要な柱であり、バイオマスを化学業界などの多様な部門で使用するための広範なバイオベース製品とコンポーネントに変換することに関与します。再生可能資源を活用することによって、成長するバイオ化学品セグメントを含む業界は、化石資源に基づく飼料原料を削減する新しいイノベーションを開発して二酸化炭素排出量を削減しています。
バイオリファイニングによりバイオマスは有価物と化学成分に変換され、今日では食品、飼料 (給餌)、バイオエネルギーとしてだけでなく、化学業界でも広く使用されています。バイオマスが抽出される最も一般的な飼料原料は次の通りです：
- 植物
- 微生物
- 有機廃棄物
- 菌類
これらの飼料原料は再生可能な資源であり、比較的迅速に補充できるために、通常は再生可能資源カテゴリに分類されます。第 1 世代の飼料原料としては、サトウキビ、トウモロコシ、カノーラ（例：菜種）などの作物に含まれている砂糖類や植物油が挙げられます。これらの作物資源を食品製造以外の用途に転用することは広く議論されています。この理由から、食品製造、木材業界、リグノセルロースバイオマスや木質作物、農業残渣や廃棄物、または食品生産に適さない耕作限界地で栽培され特化した非食品エネルギー作物などの第 2 世代の飼料原料を使用するように製造業者に求める要求と圧力が増加しています。
バイオリファイナリープロセス
バイオリファイナリープロセスは、上流側・前処理段階、発酵ステップ、その後の下流側工程を含み、油類、脂肪類、リグノセルロース、タンパク質、でんぷん類、砂糖類を機械的、熱的に分離して、食品、飼料 (給餌)、バイオ燃料、バイオプラスチックで使用するため、および化学品やバイオ化学品の構成成分として使用するために行われるプロセスです。化学構成成分を製造するには、飼料原料を炭水化物、さまざまなタンパク質、トリグリセリドなどの中間製品に分画してからさらに付加価値のあるバイオベースの微細な従来型化学品に変換する必要があります。
バイオリファイニングには、広範なバイオマス資源を加工して、多様な業界で使用するための主要コンポーネントと化学品を分離し、業界の二酸化炭素排出量を削減するとともに、化石資源に基づく飼料原料への依存を削減するための取り組みが含まれます。
バイオエコノミー：現在の状況
以前には、バイオエコノミー探求はほとんどもっぱら農業部門におけるベンチマークと願望と見なされていました。しかしながら、今日ではその重要性ははるかに全体として理解されており、廃棄物を含む再生可能な生物資源の持続可能な利用に基づく経済がすべての部門に必要な戦略であることが広く合意されています。よって業界は、多くの用途・適用業務を活用して消費者市場と B2B 市場に提供するプロセスと製品の持続可能性を高めるという極度のプレッシャーにさらされています。したがって、再生可能資源を利用したバイオ化学品の製造を含むバイオリファイニングが重要な役割を果たします。
従来、ほとんどすべての基本的な化学品は、原油または液体化石燃料から製造されており、プラスチック、着色剤、肥料、および当社が数十年にわたって依存してきた他の多くの種類の製品の構成成分を形成しています。バイオ化学品または「ホワイトバイオテクノロジー」を通じてさらにバイオエコノミーを実装するには、起業家精神にあふれた努力と投資が必要であり、これは低原油価格の影響を大きく受けます。このトレンドは、再生可能な飼料原料を使用するためにスケーラブルなモデルを開発する上で障壁（仕切り柵）となり、価格設定と競争力に影響を及ぼします。同様に、多くの投資家は拡張性を証明するために、概念実証だけでなく、実証プラントを見る必要があると考えています。
また、規制も消費者を保護する有価物であり重要ですが、特に新規食品や原料が関与している場合には、政府の承認取得を困難かつ高価にする可能性があります。その結果として、バイオエコノミーの多くが依然として補助金主導であったり、未開発の状態になります。また、この 10～15 年間で化学業界の研究開発が強化されたにもかかわらず、再生可能な原材料から作られた基礎化学品や基盤化学物質の製造もほとんど競争力がない状態が続いています。
そうは言っても、バイオ化学業界は選定されたバリューチェーンに重点を置いた企業の形成、化粧品/特殊化学品/接着剤における特殊な地位の確立、さらに他の製品用に販売できる構成成分の開発を行うことで、これらの課題のいくつかを克服する方法を見つけました。全体としては、石油化学製品の再生可能な原材料への置き換えは、経済的価値の高い製品を作り出すための基礎として実施することにより収益性を向上させることができました。
この部門における目覚ましい成長は以下のいくつかの主要傾向につながります：
- 業界リーダー間におけるカーボンニュートラルな飼料原料を利用した循環経済の追求による温室効果ガス排出量削減への注目の高まり
- 化石燃料ベースの代替品に比べて多くの機能または優れた性能を提供するいくつかのバイオ化学品の商業的実現可能性の向上
- 「環境に優しいエネルギー」への強い転換志向と、従来産油国と石油価格からの経済的独立性の向上
GEA バイオリファイナリーの実績とバイオエコノミーへの貢献
GEA ソリューションとバイオリファイナリーの経験で取得した知識は、バイオ燃料と蒸留廃液処理、バイオポリマーとバイオプラスチックだけでなく、食品業界と飼料 (給餌) 業界向けの化学成分と原料の効率的な製造を含む、ほぼすべての種類の再生可能資源と業界用途に対応します。当社は、お客様および多様なコンソーシアムと提携して、バイオプラスチックの構成成分として使用される再生可能な飼料原料から酸を製造するため、バイオリファイナリーモデルを確立し、テストしました。例：バイオ農薬と飼料 (給餌) での微細藻類の利用、タンポポ抽出ゴムの製造、昆虫タンパク質および食品製造からの廃棄物流など他多数。当社のお客様には、専門スタッフを擁するテストセンター、研究所施設、パイロットプラントからなる GEA ネットワークを利用できるメリットがあり、当社はお客様の進捗状況に合わせて工業生産への移行を支援することができます。
GEA の能力とバイオベースの化学業界向けのソリューションは、以下を含む発酵側面と主要な下流側工程に対応します：
- 遠心分離器または膜ろ過によるバイオマス分離
- 蒸留、溶融結晶化または膜ろ過による生産物の単離と精製
- 蒸発による濃縮
- 最終製品の結晶化・乾燥
- 副産物の濃縮・乾燥
現在 GEA は、次世代バイオ化学品を製造するいくつかの主要産業パートナーのバイオリファイナリー工場に対して、デカンタ、セパレーター、エバポレータ、流動床乾燥機を供給しています。この環境に優しい製造に使われる原材料は、主に持続可能に管理された森林からの無垢材、木材廃棄物、間伐材、工業ブナ材（通常は焼却処分される）だけでなく、地域の製材所の残留物からも供給されています。GEA はまた、工業用砂糖や残留副流から生成されるバイオエネルギーとバイオ燃料の製造面でもお客様を支援しています。
2019 年には、木々、植物、および一部の藻類に見い出される有機ポリマーであるリグニンを生成するための新プラント設置プロジェクトで、GEA は世界的なノルウェーのバイオ化学品リーダーを支援しました。リグニンとリグニンスルホン酸塩は、コンクリート混和剤、肥料、工業バインダー、油田化学品、その他のさまざまな用途に使用されています。この新しい噴霧乾燥用ターンキープラントは、下流側工程をサポートし、貯蔵された粉末材料を包装システムに供給するための新しいサイロと、粉塵除去用の大型ウェットスクラバーで構成されています。GEA の高度なスクラバー技術により、有価物の回収が可能になり、洗浄液は処理水として噴霧乾燥機に戻され、製品収率を増加させ、淡水取水量を削減します。
新規事業として立ち上げられたフランスのバイオテクノロジー企業が、現在 GEA の支援によって工業生産へのスケールアップを実施しています。その強力なテストセンター機能、豊富な経験、信頼性に対する評判を買われて選ばれた当社は、砂糖大根の生産から廃棄物を取り除いて、特許取得済み発酵過程を通じてさまざまな新しい高付加価値分子の製造支援を行っています。これらの酸は、食品、薬品、化粧品、化学業界、農学産業で使用される化学品の構成成分を形成します。この新しい GEA 濃縮・蒸留プラントは特にセルロースベースの発酵製品用に設計され、2021 年に操業を開始します。
