バイオマスは主に、植物の繊維状構造成分であるセルロース、ヘミセルロース、リグニンから構成されている。これらの成分は、森林残渣、農作物残渣、エネルギー作物、家畜排泄物、食品廃棄物など、さまざまなバイオマス資源に含まれている。
セルロース は地球上で最も豊富な有機ポリマーであり、植物の細胞壁の主要な構造成分を形成している。セルロースはグルコース分子が長く連なったもので、植物細胞に剛性と強度を与えている。セルロースは分解に非常に強いため、有用な製品への変換が技術的な課題となっている。
ヘミセルロース はバイオマスのもう一つの主要成分で、セルロースとは構造的に異なり、キシロース、マンノース、ガラクトースなどの短い糖鎖から構成されている。ヘミセルロースは植物の細胞壁で結合剤として働き、セルロース繊維をつなぎ合わせるのに役立っている。セルロースよりも分解されやすいが、構造が複雑で様々な糖が存在するため、バイオ燃料生産における利用は複雑である。
リグニン は複雑なポリマーで、植物に構造的な支持と剛性を与え、直立し、圧縮に耐えるのを助ける。フェノール化合物で構成され、微生物や酵素による分解に耐性がある。リグニンはセルロースとヘミセルロースの抽出と加工の障壁となるため、バイオマスにおけるリグニンの役割は極めて重要であり、リグノセルロース系バイオマスのバイオ燃料やその他の製品への転換を技術的に困難なものにしている。
これらの成分は、分解が困難である一方で、高度なバイオ燃料やバイオベースの化学物質の開発には不可欠である。バイオリファイナリーは、これらの成分を効率的に、化石燃料と化学的に同一の炭化水素バイオ燃料や、さまざまなバイオベースの化学物質や材料などの製品に変換することを目的としている。課題は、これらの成分を経済的かつ効率的に変換し、バイオマスを化石資源に対して競争力のある再生可能資源とする技術を開発することにある。
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