細菌を活用して未利用な植物資源からバイオ燃料を生産する

• 7 エネルギーをみんなに、そしてクリーンに
• 9 産業と技術革新の基盤をつくろう
• 13 気候変動に具体的な対策を

〈教育学部・教育学研究科〉市川 俊輔（講師）

　環境とエネルギーの課題の原因の一つとして，化石資源に大きく依存した社会システムが挙げられます。化石資源の埋蔵量は有限です。化石資源の消費により放出されるCO₂は，地球温暖化の主要因とされています。私は，地球上に大量に存在し再生可能で地球温暖化への寄与の小さい資源である植物茎葉部（セルロース系バイオマス）を活用する技術について研究開発することで，環境とエネルギーの課題の解決に貢献したいと考えています。私たちは化石資源の多くを液体燃料として利用していますので，特に地域社会に豊富に存在する稲わらなどセルロース系バイオマスから液体燃料（バイオ燃料）を生産する技術について研究しています。燃料に付加価値をつけることは難しいです。従って，バイオ燃料を社会実装できるものにするためには，現在の液体燃料と同等以下まで価格を小さくする必要があると考えています。現状のバイオ燃料生産技術は複数のコストの大きい過程を有しています（図１）。

　現行のバイオ燃料生産技術で用いられるセルロース系バイオマスの酵素分解反応は効率が悪いです（図１）。私は，土壌中に存在するセルロース系バイオマス分解力が高い細菌Clostridium thermocellumのセルロース分解メカニズムを明らかにすることは，バイオ燃料生産の効率化につながるのではないかと考えています。この細菌は70以上の多様な分解酵素を状況に合わせて調節して分泌したり，また小さい泡を作ってその表面にこれら分解酵素を集めて働かせることで，セルロースを効率よく分解しているようです（図２）^1,2)。

　特定の分解酵素を足してこの細菌を培養することで，セルロースの大部分を糖に分解できることもわかってきました（図３）^3,4)。

　また加えて，抜本的な生産コスト低減を可能にするために，細菌を培養することのみでセルロース系バイオマスから液体燃料を生産する技術の開発に取り組みました。高級アルコールはディーゼル燃料として利用することができます。近年，細菌が高級アルコールを合成するのに必要な遺伝子群が同定されました⁵⁾。私はこのセルロース分解細菌への遺伝子導入系の立ち上げに成功し，高級アルコール合成遺伝子をこの細菌に導入することができました。遺伝子導入されたセルロース分解細菌は，セルロースを利用し高級アルコールを生産することを確認しました。また，主要なバイオ燃料のバイオエタノールは水に溶けるためエネルギーをかけて蒸留して回収する必要がありますが，水に不溶な高級アルコールは培養液に重ねた油層から直接回収できることを確認できました（図１，４）⁶⁾。

　以上の通り，私は細菌のことをよく知って，バイオ燃料生産など環境に配慮した技術開発につなげられるよう，研究に取り組んでいます。