食品廃棄物と森林残渣からの高付加価値化学品の持続可能な生産

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:バイオリファイナリーのプロセス設計と原料多様性の影響に関する知見を提供。

🏢実務担当者:廃棄物由来化学品の生産プロセス開発に応用可能な技術的示唆を含む。

🏛政策担当者:バイオマス利用促進政策の根拠となる科学的データを提供。

世界のエネルギーの80%以上、化学製品の90%以上は化石燃料に由来しており、これらは温室効果ガス排出の主要な要因となっている。エネルギーと化学製品への需要の高まり、環境意識の向上、そして厳格な温室効果ガス排出規制は、再生可能な代替手段の緊急の必要性を浮き彫りにしている。森林残渣と食品廃棄物（FW）は、これらの需要を持続的に満たす有望な資源である。原料の選択に加えて、持続可能なバイオリファイナリーは、変換技術、高付加価値製品、そして費用対効果、エネルギー効率、炭素効率の維持に依存している。本論文では、経済的かつ環境に優しいプロセスを介して、FWと森林残渣を高付加価値化学品へ変換することを調査する。☐ 熱触媒による価値化の前にFWからフェノール酸を抽出することは、資源効率と経済的利益を高めるために極めて重要である。第2章から第4章では、多様なFW原料からのフェノール酸抽出における主要な知識ギャップに対処する。第2章では、溶媒選択の青写真を確立し、FWからのフェノール酸抽出に関する新たな知見を提供する。高性能溶媒が特定され、その有用性がジャガイモ皮廃棄物で実証される。さらに、溶解性の高い毒性溶媒をグリーン混合物で置換する戦略が提示される。第3章は、原料の不均一性がマイクロ波加熱と抽出収率に与える影響の理解に焦点を当てる。FW-抽出剤混合物の加熱は、0.05の固液比（g/mL）で均一混合が起こるため、FWの誘電特性の影響を受けないことを実証する。高水分FWにおける熱と物質移動の向上は、遊離型および結合型の酸の濃度に支配される標的酸の収率を向上させる。様々なFW成分間の分子間相互作用を解明し、混合FWにおいて単純な加成モデルと比較してより高いフェノール類が得られることを示し、多様な原料を処理するための汎用的なMAE戦略の開発に新たな知見を提供する。最後に、第4章では、FW抽出混合物から商業的に価値のあるフェノール酸を選択的に分離するための分子インプリントポリマーの合成を提示する。ポリマー合成のためにバイオベースのモノマーが特定され、従来のモノマーと比較してクロロゲン酸に対して最高の分離係数を提供する。HSPiPを用いて合成溶媒と官能性モノマーをスクリーニングする。データは、抽出溶媒がポリマーと相互作用し、その性能に影響を与えることを示している。合成したポリマーを利用した分離戦略を提案し、それをジャガイモ皮とコーヒー豆廃棄物の抽出混合物に適用し、商業的代替品に対する経済的および環境的利点を分析する。☐ 第5章では、4つの共存種（Betula lenta L.、Fagus grandifolia Ehrh.、Liriodendron tulipifera L.、Pinus rigida Mill）から4つのフェノフェーズ（落葉、無葉、展葉、着葉）で採取された3つの樹木部位（樹皮、小枝/枝、葉）の森林残渣の還元性接触分画に焦点を当てる。フェノフェーズ、種、樹木部位がリグニン含有量、総フェノール性モノマー、SおよびGユニット収率に与える影響を調べる。一般的に、樹皮が最も高いリグニン含有量を有し、次いで小枝/枝、葉の順である。さらに、着葉フェノフェーズで採取された森林残渣は最も高い総フェノール性モノマー収率を提供し、リグニンの価値化により効果的である。この研究は、バイオリファイナリーのための特定のモノマーと製品を標的とする簡単な収穫戦略を導入する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Over 80% of global energy and more than 90% of chemical products are derived from fossil fuels, making them a dominant driver of greenhouse gas emissions. The escalating demand for energy and chemicals, alongside increasing environmental awareness and stringent greenhouse gas emission regulations, highlights the critical need for renewable alternatives. Forest residues and food waste (FW) are promising resources to meet these demands sustainably. In addition to feedstock selection, a sustainable biorefinery relies on conversion technology, and high-value products while maintaining cost-effectiveness, energy and carbon efficiency. In this thesis, we investigate conversion of FW and forest residues into value-added chemicals via economic and environment-friendly processes. ☐ The extraction of phenolic acids from FW prior to thermocatalytic valorization is crucial for enhancing resource efficiency and economic gains. In Chapters 2-4, we address the key knowledge gaps in phenolic acids extraction from diverse FW feedstocks. In Chapter 2, we establish a blueprint for solvent selection, offering new insights into phenolic acids extraction from FW. A high-performance solvent is identified, and its utility is demonstrated on potato peel waste. In addition, a strategy for replacing highly soluble toxic solvents with green mixtures is presented. Chapter 3 focusses on understanding the impact of feedstock heterogeneity on microwave heating and extractive yields. We demonstrate that the heating of FW-extractant mixtures is unaffected by the FW dielectric properties, as uniform mixing occurs at a 0.05 solid-to-liquid ratio (g/mL). The enhanced heat and mass transfer in high-moisture FW improves target acid yields, governed by the acid’s concentration in free and bound forms. We elucidate intermolecular interactions among various FW components that yield higher phenolics in mixed FW compared to a simple additive model and provides new insights into developing versatile MAE strategies for treating diverse feedstocks. Finally, Chapter 4 presents synthesis of a molecular imprinted polymer to selectively separate commercially valuable phenolic acids from a FW-extracted mixture. A biobased monomer is identified for synthesis of the polymer, providing the highest separation factor for chlorogenic acid compared to traditional monomers. HSPiP is employed to screen synthesis solvents and functional monomers. The data indicates that the extraction solvent interacts with the polymer, influencing its performance. We propose a separation strategy utilizing the synthesized polymer and apply it to potato peel and coffee bean waste extractive mixtures, analyzing its economic and environmental advantages over commercial alternatives. ☐ In chapter 5, we direct our attention to reductive catalytic fractionation of forest residues of three tree parts (bark, twigs/branchlets, leaves) collected in four phenophases (senescence, leafless, emergence, and leafed for deciduous trees) from four co-occurring species (Betula lenta L., Fagus grandifolia Ehrh., Liriodendron tulipifera L., and Pinus rigida Mill). We examine the impact of phenophases, species and tree part on the lignin content, total phenolic monomer, S, and G units yields. Generally, bark has the highest lignin content, followed by twigs/branchlets and leaves. Further, the forest residues collected in leafed phenophase provide the highest total phenolic monomer yields, making them more effective for lignin valorization. This work introduces simple harvesting strategies for targeting specific monomers and products for biorefineries.

• openalex https://doi.org/10.58088/vsj7-1231first seen 2026-08-02 05:05:37