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バイオマス糖化酵素製造技術を基にした都市型バイオリファイナリーの実現

柴田, 望 シバタ, ノゾム 神戸大学

2022.03.25

概要

世界的な脱炭素社会に向けた潮流の中で、‘‘化石資源に依存しない持続型の社会システム'’とも言われるバイオエコノミーに対する期待度が高まってきているが、日本においてはバイオエコノミー、またその工業分野を担うバイオリファイナリー産業において海外に大きく後れを取っている。またバイオリファイナリーの原料としては、現在はコーンやサトウキビといった可食原料が主に使われているが、食糧との競合を避けるために非可食原料であるセルロース系バイオマスからの化成品製造へのシフトが望まれている。非可食原料としては、農業系廃棄物からのバイオエタノール製造が行われ始めているが、農業系廃棄物に対して、古紙や一般ごみなどの都市系廃棄物がバイオリファイナリーの原料として利用されている例はほとんどない。

セルロース系バイオマスをバイオリファイナリー原料として利用するためには、バイオマス糖化酵素を用いて基幹原料となる糖への変換が必要となる。しかしながら、セルロース系バイオマスは強固な構造を有するため、変換には多量の糖化酵素が必要となり、結果的に可食原料を用いるよりも高コストとなるためにその利用が遅れている。このような背景のもと、セルロース系バイオマスを安価に利用するため、糖化酵素の性能向上、および、糖化酵素の安価生産が望まれている。

本研究では、これらの課題解決に向け、糖化酵素の性能向上を目指した検討、および、糖化酵素の安価生産技術の開発を行った。これらの技術的ブレークスルーを用いて「日本におけるバイオマスリファイナリーの出遅れ」、「都市系廃棄物へのバイオマスリファイナリーの展開の遅れ」といった課題に対する根本的な問題解決を図り、日本における新たなバイオリファイナリーの形を提案し、その実現に向けて事業、技術、知財、財務の観点から戦略立案を行った。

本論文は10章で構成され、各章は以下の概要について詳細に述べる。

第1章では、本研究の対象範囲となるバイオリファイナリーに関する社会的、学術的背景について述べ、本論文の意義を述べる。

第2章では、技術的プレークスルーの1つである糖化酵素の酵素性能向上を目指した研究として、新規糖化酵素PspXynlOの発見と本酵素を配合した糖化酵素製剤の開発について述べる。本章では土壌単離菌が生産するセルロース糖化率を大きく向上する新規酵素PspXynlOの特徴づけを行った。更に、本酵素を含む糖化酵素製剤を開発し、バイオマス糖化に必要な酵素量を大きく低減させることに成功した。本技術の利用することで、より少ない酵素量でセルロース系バイオマスを分解できることが期待された。

第3章では、もう1つの技術的プレークスルーである糖化酵素の安価生産を目指した研究として、aチューブリン遣伝子破壊株を用いた安価炭素源を用いた糖化酵素生産技術の開発について述べる。本章ではaチューブリン遺伝子破壊株を構築し、糖化酵素の生産能力について評価を実施した。その結果、本株では糖化酵素の生産性が大きく向上し、また酵素生産速度についても向上することを見出した。また、本遺伝子破壊の効果の詳細な解析を行った結果、遺伝子破壊によってカタボライト抑制が緩和することで、糖化酵素の高生産性を発揮していることが明らかとなった。本技術を酵素生産に利用することで、更なる安価生産、安定生産へと繋がることが期待された。

第4章では、日本におけるバイオリファイナリーの重要性、および課題について述べた上で、関連団体へのヒアリング、および第2章、第3章で述べた糖化酵素に関する技術的ブレークスルーの都市系廃棄物への適用性についてのプロトタイピングについて記す。

第5章では、イノベーションアイデアについて述べる。具体的には、糖化酵素に関わる技術的ブレークスルーを用いて、第4章で解決すべき課題として設定した「日本におけるバイオリファイナリーの遅れ」についてその根本的な問題解決を図れないかについて考察を行い、都市型バイオリファイナリーとして実現していくためのイノベーションアイデアを立案した。

第6章では、事業戦略について述べる。具体的には、環境分析、競合分析などを行い、それらを基に都市型バイオリファイナリーの実現していくためビジネスモデルを検討した。更に提案した事業について、外部環境分析、内部環境分析を通じて事業の競争優位性を評価した。

第7章では、技術戦略について述べる。具体的には、現在保有している技術プラットフォームについてまとめ、事業実施に向けて必要な技術、不足している技術の抽出を行った。その上で、事業展開を想定した上での更なる技術開発の方向性と技術開発ロードマップを策定した。

第8章では、知財戦略について述べる。具体的には、保有する知財ポートフォリオを整理し、知財の観点からの事業の競争優位性を解析した。また特許調査を通じ、事業の実施可能性についての解析を行った。更に、競合他社の知財解析の結果も交え、今後の知財戦略について立案した。

第9章では、財務戦略について述べる。具体的には、事業実施に関わる財務分析を行い、また事業計画に沿った財務計画の立案を行った。また、財務計画をもとに事業価値の評価を行ったうえで、より有利に事業を進めていく上での財務戦略の立案を行った。

第10章では、本研究の成果を簡潔にまとめた上で、本研究の波及効果について述べる

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108 「雑紙混じり「ミックス古紙」、国内滞留懸念高まる、アジアで輸入規制強化」日本経済新 聞, 2021 年 7 月 27 日(https://www.nikkei.com/article/DGKKZO74199260W1A720C2QM8000/)

5-5 参考文献および引用

109 「バイオ燃料製造の有用要素技術開発事業」事業原簿, 国立研究開発法人 新エネルギー・産 業技術総合開発機構 新エネルギー部, 2017 年 7 月 19 日(https://www.nedo.go.jp/content/100867491.pdf)

110 若宮汐里, 馬場祐太朗, 谷修治, 柴田望, 炭谷順一, 川口剛司. Aspergillus aculeatus 由来β-glucosidase1 の植物バイオマス糖化残渣への吸着が緩和された変異酵素の獲得. 2019 年度日本農 芸化学会大会

6-6 参考文献および引用

111 首相官邸 地球温暖化対策推進本部, 「日本の NDC(国が決定する貢献)」, 2021 年 10 月 22 日(https://www.kantei.go.jp/jp/singi/ondanka/kaisai/dai48/pdf/ndc_kouken.pdf)

112 農林水産省 TPP 大筋合意について,「TPP 農林水産物市場アクセス交渉の結果」環太平洋パー トナーシップ(TPP)協定に関する説明会, 2015 年 10 月 9 日(https://www.maff.go.jp/j/kokusai/tpp/pdf/tpp_1.pdf)

113 「世界の ESG 投資額 35 兆ドル 2 年で 15%増」日本経済新聞, 2021 年 7 月 19 日 (https://www.nikkei.com/article/DGXZQOUB163QV0W1A710C2000000/)

114 Energy Transition: Total Is Investing More Than €500 Million To Convert Its Grandpuits Refinery Into a Zero-Crude Platform for Biofuels and Bioplastics, Total Energies, Sep. 24, 2020 (https://www.total.com/media/news/news/energy-transition-total-investing-more-eu500- million-convert-its-grandpuits)

115 フレイトス・バルチック国際コンテナ指数(FBX)(https://fbx.freightos.com/)

116 農畜産業振興機構, 「異性化糖等糖化製品市中相場 (東京) 」 (https://www.alic.go.jp/starch/japan/data/kokunai2-1.pdf)

117 「SDGs 認知率はコロナ禍を経てほぼ倍増。10 代は 70%超え〜最新調査リポート」, 電通, 2021 年 6 月 22 日(https://www.dentsu-sdgs.com/article/report/2021/06/22/509/)

118 「「東京じゃなくていい」コロナ・デジタル化で地方回帰:」日本経済新聞, 2021 年 7 月 19 日 (https://www.nikkei.com/article/DGXZQOUA0671Q0W1A700C2000000/)

119 経済産業省 産業構造審議会 商務流通情報分科会 バイオ小委員会 報告書「バイオテクノロ ジーが拓く『第五次産業革命』」, 2021 年 2 月 2 日 (https://www.meti.go.jp/press/2020/02/20210202001/20210202001-1.pdf)

120 ‘Project Liberty’ cellulosic ethanol plant in Emmetsburg closed, RADIO IOWA, Oct. 21, 2020 (https://www.radioiowa.com/2020/10/21/project-liberty-cellulosic-ethanol-plant-inemmetsburg-closed/)

121 Leaf Resources teams with Novozymes to boost yields of cellulosic sugar production, Biofuels Digest, Dec. 8, 2017 (https://www.biofuelsdigest.com/bdigest/2016/12/08/leaf-resourcesteams-with-novozymes-to-boost-yields-of-cellulosic-sugar-production/)

122 GranBio Acquires 100% Equity of the North American Biotechnology Firm American Process Inc. (API), GranBio, Mar. 3, 2019 (http://www.granbio.com.br/press-releases/granbio-acquires100-equity-of-the-north-american-biotechnology-firm-american-process-inc-api/)

123 花王株式会社「2020 年 12 月期決算説明会」2021 年 2 月 3 日 (https://www.kao.com/content/dam/sites/kao/www-kao-com/jp/ja/corporate/investor-relations/pdf/presentations-fy2020-01.pdf)

124 ビジネスモデル・ジェネレーション ビジネスモデル設計書, Alex Osterwalder, 翔泳社

125 ビジネスモデル図解キット(https://zukai.co/products/bizgram-kit)

7-5 参考文献および引用

126 「バイオ燃料製造の有用要素技術開発事業 バイオ燃料事業化に向けた革新的糖化酵素工業生 産菌の創製と糖化酵素の生産技術開発 平成 25 年度〜平成 28 年度成果報告書20180000000244」, 国立研究開発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構 新エネルギー 部

127 新井ら, 糸状菌 Trichoderma reesei を用いた転写因子制御による誘導物質フリーの糖化酵素生 産システム, 4H02-16, 2021 年度日本農芸化学会大会

128 「古紙原料処理設備 ニーディングパルパー」日本車輌製造株式会社(https://www.nsharyo.co.jp/business/papermanufact/kneadingpulper/index.html)

129 「ドライファイバーテクノロジー」エプソン (https://www.epson.jp/prod/smartcycle/dft.htm)

130 「統合報告書 TORAY REPORT 2020」東レ(https://www.toray.co.jp/ir/integrated_report/)

131 Clariant EP2947152A1, Process for the hydrolysis of lignocellulosic material, wherein the hydrolysate is used for microbial hydrolase production

132 戦略的イノベーション創造プログラム アグリバイオ・化学システムコンソーシアム (http://agribioconso.cm.kyushu-u.ac.jp/project/)

133 「膜利用糖化プロセスのタイ実証プラント竣工式開催について」東レ, 2018 年 7 月 6 日 (https://cs2.toray.co.jp/news/toray/newsrrs01.nsf/0/259C8D39B2313DB7492582C0002CC23E ?open)

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