(57)【要約】      （修正有）【課題】微生物燃料電池を用いて底質や水質を低コストかつ省エネルギーで浄化し、設備の汚れを改善できる動物飼育システムを提供する。【解決手段】動物を飼育する飼育領域１５と、飼育領域１５に配置された微生物燃料電池１０とを備える動物飼育システム、さらには、動物飼育システムが微生物燃料電池１０で発電した電力を使用する電力使用部または電力を解析する解析部を備え、飼育領域１５の状態をモニタする動物飼育システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動物を飼育する飼育領域と、該飼育領域に配置された微生物燃料電池とを備える、動物飼育システム。
【請求項２】
さらに、容器を備え、容器の内部に前記飼育領域を備える、請求項１に記載の動物飼育システム。
【請求項３】
前記動物が水生動物であることを特徴とする、請求項１または２に記載の動物飼育システム。
【請求項４】
前記微生物燃料電池がアノードを備え、前記飼育領域に水と底質とを備え、該アノードが該底質と接する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の動物飼育システム。
【請求項５】
前記微生物燃料電池がアノードを備え、前記飼育領域に水と底質とを備え、該アノードが該水と接する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の動物飼育システム。
【請求項６】
さらに、前記微生物燃料電池で発電された電力を使用する電力使用部を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の動物飼育システム。
【請求項７】
さらに、前記微生物燃料電池で発電された電力を解析する解析部を備え、
該解析部は、前記微生物燃料電池で発電された電力を解析することで、前記飼育領域の状態をモニタする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の動物飼育システム。
【請求項８】
さらに、前記飼育領域に配置された飼育設備と、該飼育設備を制御する設備制御部とを備え、該設備制御部が、前記解析部における解析結果に応じて該飼育設備を制御する、請求項７に記載の動物飼育システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物燃料電池を用いた動物飼育システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微生物燃料電池の開発が進められている。微生物燃料電池とは、発電菌と呼ばれる微生物により有機物を分解する際に生じる電子を回収し、電気エネルギーとして利用する発電方法である。（非特許文献１）。微生物燃料電池は、例えば、生活廃水などの中の有機物の分解処理と発電を並行して行えるため、消費エネルギーを低減できる水処理方法としても期待されている（非特許文献２）。また、特許文献１では、微生物燃料電池を用いた底質改善技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１６８５６０号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４，３８，４０４０−４０４６
【非特許文献２】微生物燃料電池による廃水処理システム最前線、（株）エヌ・ティー・エス
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、微生物燃料電池は、低い消費エネルギーや環境負荷で水質及び底質を浄化することができる。一方で、養殖や観賞用をはじめとする水生動物の飼育においては、飼料や排泄物による飼育水域や水槽内における飼育環境の悪化や、排水等による周辺の環境へ悪影響を防止するために、底質や水質の浄化処理を行う必要がある。底質については、飼育を行う海域や水槽内に堆積物が発生するため、回収や焼却などの処理に多大な労力がかかっている。また、水質については、排水を好気性生物処理や循環ろ過等により浄化し、再利用や排出しているが、消費エネルギーが大きい問題がある。また、水生動物の飼育においては、藻類やバイオフィルムによる設備の汚れの抑制も課題となっていた。本発明の目的は、微生物燃料電池を用いて底質や水質を低コストかつ省エネルギーで浄化し、設備の汚れを改善できる動物飼育システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様にかかる動物飼育システムは、動物を飼育する飼育領域と、飼育領域に配置された微生物燃料電池とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、微生物燃料電池を用いて底質や水質を低コストかつ省エネルギーで浄化し、設備の汚れを改善できる動物飼育システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】微生物燃料電池を説明するための模式図である
【図２】微生物燃料電池のカソードおよびアノードの配置例を説明するための断面図である。
【図３】微生物燃料電池のカソードの配置例を説明するための断面図である。
【図４】実施の形態１にかかる動物飼育システムを説明するための断面図である。
【図５】実施の形態２にかかる動物飼育システムを説明するための断面図である。
【図６】実施の形態３にかかる動物飼育システムを示すブロック図である。
【図７】実施の形態４にかかる動物飼育システムを示すブロック図である。
【図８】実施の形態５にかかる動物飼育システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜微生物燃料電池の説明＞
まず、本発明で用いられる微生物燃料電池について、図１に示す模式図を用いて説明する。図１に示すように、微生物燃料電池１０は、カソード（正極）１１およびアノード（負極）１２を備える。カソード１１は、イオン伝導性を有する媒体を介してアノード１２と接しており、酸化剤と触れることができる位置に配置されている。酸化剤としては、大気中に存在する酸素を用いることが好ましい。アノード１２は、一部または全部が飼育領域１５の内部に設置されており、イオン伝導性を有する媒体を介してカソード１１と接している。カソード１１とアノード１２とは、抵抗を経由して電気的に接続されている。ここで、抵抗とは、電気回路における電気抵抗を示す。
【００１０】
ここで、飼育領域１５とは、動物を飼育できる場所である。飼育領域１５としては、淡水、海水、汽水、底質、土壌等が含まれ、海や川、池などの開放された領域や、その一部をフェンスや網等で区画した領域、または、水槽、檻等の閉鎖された領域であってもよい。すなわち、本実施の形態にかかる発明において飼育領域１５とは、動物を飼育することができる場所であればどのようなものであってもよい。飼育領域１５がイオン伝導性を有する場合は、カソード１１及びアノード１２の少なくとも一部が飼育領域１５の内部もしくは表面と接していればよい。また、イオン伝導性を有する媒体である電解質１３を用いる場合、カソード１１及び／またはアノード１２は、電解質１３を介して飼育領域１５と接していてもよい。
【００１１】
カソード１１は、例えばカーボンフェルト等のカーボン材料を用いて構成することができる。また、カソード１１は、基材（カーボンフェルト等のカーボン材料やステンレス等の金属材料、高分子材料）に、導電性カーボンや酸素還元触媒をコーティングしたものを用いてもよい。このとき使用する基材は、メッシュ状やパンチングメタル、または不織布状等の多孔性の材料が好ましい。反応促進の観点から、カソード１１は酸素還元触媒を含むことが好ましい。酸素還元触媒としては、耐久性及びコストの観点から、炭素触媒が好ましい。炭素触媒は、炭素を主成分とする触媒を意味し、従来から公知の炭素触媒を使用することができる。一実施形態において、炭素触媒は、金属元素及び／又は非金属元素がドープされている炭素系材料であってよい。そのような炭素系材料は、例えば、炭素粒子と、金属元素含有化合物等のその他の成分との混合物を加熱処理することによって得られる。
【００１２】
また、アノード１２も同様に、例えばカーボンフェルト等のカーボン材料を用いて構成することができる。また、アノード１２は、基材（カーボンフェルト等のカーボン材料やステンレス等の金属材料、高分子材料）に、導電性カーボンや有機物酸化触媒をコーティングしたものを用いてもよい。このとき使用する基材は、メッシュ状やパンチングメタル、または不織布状等の多孔性の材料が好ましい。微生物との親和性の観点から、アノード１２は、導電性カーボンと樹脂とを含む組成物を基材に塗工したものが好ましい。
【００１３】
飼育領域１５において飼育される動物は、飼育領域１５の内部または表面において活動している。動物としては、魚類や甲殻類、頭足類、両生類等の水生動物や、哺乳類、鳥類、爬虫類、昆虫類等の陸上動物等が挙げられる。
【００１４】
飼育領域１５には微生物と有機物とが含まれている。微生物は、アノード１２の表面に定着している。ここで、発電に関与する微生物は発電菌と呼ばれる主に嫌気性の微生物であり、例えばＳｈｅｗａｎｅｌｌａ菌、Ｇｅｏｂａｃｔｅｒ菌などを用いることができる。なお、本実施の形態にかかる発明では、有機物を分解して電力を発生することができる微生物であれば、これ以外の微生物を用いてもよい。
【００１５】
また、有機物とは、一般的に有機化合物と呼ばれるものを示すが、例えば、水、底質または土壌中の有機物、飼料やそれらの分解物などが挙げられる。水、底質または土壌中の有機物としては、植物、動物、微生物などの生物、動植物などの生物遺体、動物の排泄物などからなる有機物（炭水化物、タンパク質、アミノ酸、リグニン、糖類、脂質など）や、腐食物質（腐食酸、フルボ酸、ヒューミンなど）、非腐食物質からなる非生物の有機物や、植物の光合成により生成されるグルコースなどが挙げられ、微生物の代謝等により生成される乳酸や酢酸などの有機酸、アルコールなども挙げられる。また、飼料としては、植物性飼料（トウモロコシ、オオムギ等の穀類、大豆、落花生等の油粕類、玄米、大麦等のぬか類、でんぷん粕、ビール粕等の製造粕類など）や、動物性飼料（魚粉・肉骨粉など）、複数の種類の飼料を混合してなる配合飼料などが挙げられ、炭水化物、タンパク質、アミノ酸、リグニン、糖類、脂質などを含んでいる。なお、例えば、飼育領域１５に存在する微生物の数が少ない場合は、予め微生物をアノード１２に植種等してもよい。
【００１６】
微生物燃料電池１０の反応について、飼育領域１５が酸性状態の場合の例を示す。図１に示すように、アノード１２では、微生物の代謝によって有機物が分解される。このとき、下記の式１に示す反応が生じる。
【００１７】
有機物＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−  ・・・式１
【００１８】
式１の反応で発生した電子（ｅ−）はアノード１２に取り込まれ抵抗を経由してカソード１１側へと移動する。また、式１の反応で発生したプロトン（Ｈ＋）は、飼育領域１５中を通過して、カソード１１側へと移動する。
【００１９】
また、カソード１１では、アノード１２側から移動してきた電子とプロトン、及びカソード１１付近の酸素が下記の式２に示す反応をする。
【００２０】
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ  ・・・式２
【００２１】
そして、上記の式１および式２に示す反応が繰り返されることで、カソード１１とアノード１２との間に起電力が発生する。このような動作により、電子が抵抗を流れると、オームの法則に従って両端に電圧が発生し、電気エネルギーが消費される。すなわち、微生物燃料電池では、抵抗において電気エネルギーを回収することができる。したがって、抵抗としては、電力を消費または蓄積するデバイスなどが用いられる。電力は熱、光、運動エネルギーなどに変換されることで消費されるので、電力を消費するデバイスとしては、抵抗器、ヒーター、照明、モーター、ポンプ等が挙げられる。また、電力を蓄積するデバイスとしては、二次電池、キャパシタ、コンデンサ等が挙げられる。
【００２２】
＜カソード１１およびアノード１２の配置例＞
次に、カソード１１およびアノード１２の配置例について説明する。図２は、微生物燃料電池１０のカソード１１およびアノード１２の配置例を説明するための断面図であり、海や湖沼などの連続した飼育領域（つまり、区切りがない場合）にカソード１１およびアノード１２を配置する例を示している。一例として、飼育領域１５＿１が水であり、飼育領域１５＿２が底質である場合を挙げている。ここで、底質とは、水底を構成する堆積物を指す。底質は、天然においては主に砂泥、岩石、生物の遺骸、不溶性塩等からなる。底質としては、水槽等の人工的な飼育環境において一般に用いられるソイルやセラミック等の土壌焼成物も使用できる。
【００２３】
上述したように、カソード１１では上記式２に示した反応を生じさせる必要があるので、カソード１１はイオン伝導性を有する媒体を介してアノード１２と接し、なおかつ空気（酸素）と触れる位置に配置する必要がある。飼育領域１５が水を含む場合、イオン伝導性を有するため、図２に示すカソード１１_１のように飼育領域１５の表面（水面）に配置することが好ましい。また、バブリングや植物の光合成、周辺からの拡散などによって酸素が供給される場合、カソード１１_２のように飼育領域１５の内部に配置してもよい。なお、図２に示すカソード１１_１、１１_２の配置は一例であり、カソード１１を配置する位置は、酸素と触れる位置であればどのような場所であってもよい。
【００２４】
また、上述したように、アノード１２では、上記式１に示した反応を生じさせる必要があるので、微生物および有機物と接触するようにアノード１２を配置する必要がある。また、微生物は嫌気性であるので、アノード１２は嫌気性となる場所に配置する必要がある。したがって、図２に示すアノード１２_１〜１２_３のように飼育領域１５の内部の、水や底質、土壌中に埋設することが好ましい。例えば、アノード１２_１のように水中にアノード１２を配置してもよく、アノード１２_２のように底質と水の境界部分にアノード１２を配置してもよく、アノード１２_３のように底質の内部にアノード１２を配置してもよい。なお、図２に示すアノード１２_１〜１２_３の配置は一例であり、アノード１２を配置する位置は、微生物および有機物と接触する位置であればどのような場所であってもよい。
【００２５】
なお、図２では複数のカソード１１_１〜１１_２、及び複数のアノード１２_１〜１２_３の配置例を示しているが、本実施の形態において微生物燃料電池を配置する際は、カソード１１とアノード１２とが対になるように配置することができる。例えば、カソード１１_１とアノード１２_１とを用いて１つの微生物燃料電池１０を構成することができる。また、本実施の形態では、複数の微生物燃料電池（すなわち、２対以上のカソード１１とアノード１２の組み合わせ）を飼育領域１５に配置してもよい。また、カソード１１とアノード１２の個数が対にならないように配置してもよい。例えば、カソード１１が１つに対してアノード１２が複数個となるように配置してもよい。また、カソード１１及び／またはアノード１２が、電解質１３を介して飼育領域１５と接していてもよい。
【００２６】
また、図２に示すように、本実施の形態では、カソード１１、アノード１２、及び電解質１３が一体となった微生物燃料電池セル１０_１、１０＿２を飼育領域１５中に配置してもよい。この場合は、カソード１１が空気取り入れ孔１４を通して空気と触れるようにすることができる。例えば、微生物燃料電池セル１０_１のように、空気取り入れ孔１４は、大気とカソード１１とを空間的に繋ぐホースを用いて構成してもよい。また、微生物燃料電池セル１０＿２のように、空気取り入れ孔１４をカソード１１の内側に空洞を設けて構成してもよく、カソード１１の外側に電解質１３を設けてもよく、さらに外側にアノード１２を設けた形状に構成してもよい。また、電解質１３は、イオンを伝導することができる材料を用いて構成することができる。
【００２７】
図３は、微生物燃料電池１０のカソード１１およびアノード１２の配置例を説明するための断面図であり、水槽やプールのように飼育領域が仕切られている場合におけるカソード１１およびアノード１２の配置例を示している。一例として、飼育領域１５＿１が水であり、飼育領域１５＿２が底質である場合を挙げている。なお、図３に示す場合においても、アノード１２の配置は図２に示したアノード１２_１〜１２_３の配置と同様であるので、図３ではアノード１２の図示を省略している。
【００２８】
図３に示す場合は容器１６に飼育領域１５が収容されている。
【００２９】
図３に示す場合においても、図２に示したカソード１１_１と同様に、飼育領域１５の表面（水面）に配置することが好ましい。また、バブリングや植物の光合成、周辺からの拡散などによって酸素が十分に供給される場合は、カソード１１_２のように飼育領域１５の内部に配置してもよい。
【００３０】
また、例えば、カソード１１_３のように、容器１６の側部にカソード１１_３を配置してもよい。この場合はカソード１１_３の上端が空気と触れるように配置することが好ましい。また、カソード１１_４のように、容器１６の側部に形成された穴にカソード１１_４を配置してもよい。このように配置することで、カソード１１_４の一方の面が空気と他方の面が飼育領域１５とそれぞれ触れるようにすることができる。
【００３１】
また、カソード１１_５のように、容器１６の底面にカソード１１_５を配置してもよい。この場合は容器１６の底面に穴を開けてカソード１１_５の一方の面が空気と触れるようにする。また、カソード１１_６のように、容器１６の底部に形成された穴にカソード１１_６を配置してもよい。このように配置することで、カソード１１_６の一方の面が空気と他方の面が飼育領域１５と触れるようにすることができる。
【００３２】
また、図３に示すように、微生物燃料電池セル１０_３を容器１６の底部や側部に配置してもよい。この場合は、容器１６に形成された穴を通じて微生物燃料電池セル１０_３のカソード１１が空気と触れるようにする必要がある。また、図３に示す場合においても、図２に示した微生物燃料電池セル１０_１、１０＿２と同様に、微生物燃料電池セル１０_１、１０＿２を飼育領域１５中に配置してもよい。この場合は、カソード１１が空気取り入れ孔１４を通して空気と触れるようにしてもよい。
【００３３】
容器１６の側部や底面にカソード１１や微生物燃料電池セルを配置する場合には、水分が飼育領域１５の外に漏出することがある。カソード１１に撥水処理や防水処理等の処理を施して水漏れを防止することは好ましい。
【００３４】
なお、図２、図３に示したカソード１１およびアノード１２の配置は一例であり、本実施の形態では、図２、図３に示した位置以外にカソード１１およびアノード１２を配置してもよい。
【００３５】
＜実施の形態１＞
次に、本発明の実施の形態１について説明する。図４は、実施の形態１にかかる動物飼育システムを説明するための断面図である。図４に示すように、動物飼育システム１は、カソード１１とアノード１２とからなる微生物燃料電池１０及び飼育領域１５を備える。ここでは、飼育領域１５＿１が水であり、飼育領域１５＿２が底質である場合を例示している。
【００３６】
微生物燃料電池１０は、飼育領域１５に配置されている。飼育領域１５には動物が飼育されている。なお、微生物燃料電池１０が備えるカソード１１およびアノード１２の配置は、図２、図３に示した場合と同様に配置することができる。アノード１２の嫌気性を保つため、アノード１２は底質内部に配置することが好ましく、底質表面からの距離が１０ｃｍ以上の位置に配置することはさらに好ましい。
【００３７】
飼育領域１５には、動物の育成のために飼料が投入される。飼料の大部分は動物に摂取されるが、飼料の一部や動物の排泄物などが水中および底質中に残存し、水質を悪化させる原因となる。前述のように、これらの有機物の処理には多大なエネルギーが必要であった。また、特に海面養殖などを行う場合に、底質の汚染が周辺の環境を破壊することが問題となっていたが、従来行われてきた浚渫などの対策では、消費エネルギーや環境負荷が非常に高かった。本実施の形態によれば、微生物燃料電池１０のアノード１２において有機物が分解され、抵抗において電力を回収できるため、省エネルギーで飼育領域１５の環境を良好に保つことができる。
【００３８】
また、本実施の形態によれば、飼育される動物の収穫量が増大する。その原因は未だ明らかとなっていないが、微生物燃料電池１０が存在することで、生態系に何らかの影響を与え、動物の健康状態が改善された可能性がある。具体的には、アノード１２とカソード１１の間に発生する電圧や、アノード１２付近での微生物群集構造、局所的な水素イオン濃度の変化等の影響が挙げられる。また、底質に接する位置にアノード１２を設置すると、底質上に産み付けられた卵や、底質内の微生物群集に対してより高い効果が得られるため、好ましい。
【００３９】
以上で説明した本実施の形態にかかる発明により、微生物燃料電池１０を用いて底質や水質を低コストかつ省エネルギーで浄化し、動物の健康状態や収穫量、設備の汚れを改善できる動物飼育システムを提供することができる。
【００４０】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図５は、実施の形態１にかかる動物飼育システムを説明するための断面図である。図５に示すように、動物飼育システム２は、カソード１１とアノード１２とからなる微生物燃料電池１０、容器１６及び飼育領域１５を備える。ここでは、飼育領域１５が水である場合を例示している。
【００４１】
微生物燃料電池１０及び飼育領域１５は容器１６の内部に配置されており、飼育領域１５には動物が飼育されている。なお、微生物燃料電池１０が備えるカソード１１およびアノード１２の配置は、図２、図３に示した場合と同様に配置することができる。本実施の形態２においては、飼育領域１５の体積が容器１６の内部に限定されているため、水中の有機物濃度が増大しやすく、発電量や浄化量、動物へ与える影響が大きくなる。
【００４２】
本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、微生物燃料電池１０を用いて底質や水質を低コストかつ省エネルギーで浄化し、動物の健康状態や収穫量、設備の汚れを改善できる動物飼育システムを提供することができる。また、実施の形態１と同様、飼育領域１５として底質および底質に接するアノード１２を設置すると、より高い効果が得られる。
【００４３】
また、本実施の形態２によれば、藻類の発生が抑制されることが明らかとなった。従来、プールや水槽等において飼育を行う場合、壁面や壁面等の設備表面や水中に藻類が発生するため、悪臭や視認性の悪化、流路の狭窄等が問題となる。このような藻類としては、珪藻、藍藻、緑藻、紅藻等が挙げられ、通称としてコケと呼ばれることもある。藻類は、清掃や、魚やエビ等の動物による摂食により除去され得るが、設備の表面にスポット状に発生する緑色の藻類（斑点状藻）は固着性が高いため、摂食が困難であり、清掃にも多大な労力を要する。しかし、本実施の形態によれば、藻類の発生を抑制でき、特に斑点状藻に有効であるため、清掃性が大きく改善される。その理由は明らかではないが、微生物燃料電池１０が存在することで、生態系に何らかの影響を与えた可能性がある。具体的には、微生物の数や代謝が増大することにより藻類の生育に必要な栄養素の濃度が低下する効果が挙げられる。また、アノード１２とカソード１１の間に発生する電圧や、アノード１２付近での微生物群集構造、水素イオン等の物質濃度の変化等の影響が挙げられる。
【００４４】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図６は、実施の形態３にかかる動物飼育システムを示すブロック図である。図６に示すように、動物飼育システム３は、微生物燃料電池１０、飼育領域１５、及び電力使用部１７を備える。電力使用部１７は、微生物燃料電池１０から得られる電気エネルギーを使用する機器である。
【００４５】
飼育領域１５においては、エアーポンプや循環ポンプ、照明、温度調節器、自動給餌器などの設備を使用することが一般的であるが、これら設備の駆動にはエネルギーが必要である。電力使用部１７として上述の飼育設備を用いると、微生物燃料電池１０から供給される電力を用いて、動物の飼育にかかるエネルギーを低減することができ、好ましい。この場合、安定的に設備を稼働させ、かつ、微生物燃料電池１０に対する電力負荷を一定とするために、蓄電デバイスを通じて電力を供給することができる。
【００４６】
また、電力使用部１７としては、表示器を用いてもよい。例えば、表示器として、昇圧回路と組み合わせたＬＥＤを用いることで、微生物燃料電池１０が所定の値以上の電圧を示した場合にＬＥＤを発光させることができる。このようにして、微生物燃料電池１０の発電状態を視覚的に表示することができる。また、電力使用部１７において、電力負荷を変更させることで、微生物燃料電池１０の電圧や電流、発電量を制御することができる。これにより、浄化や動物へ与える影響を制御することもできる。
【００４７】
＜実施の形態４＞
次に、本発明の実施の形態４について説明する。図７は、実施の形態４にかかる動物飼育システムを示すブロック図である。図７に示すように、動物飼育システム４は、微生物燃料電池１０、飼育領域１５、解析部１８、表示部１９を備える。
【００４８】
微生物燃料電池１０は、飼育領域１５に配置されている。飼育領域１５には動物が飼育されている。なお、微生物燃料電池１０が備えるカソード１１およびアノード１２の配置は、図２、図３に示した場合と同様に配置することができる。なお、図７では微生物燃料電池１０を機能ブロックで示している。
【００４９】
解析部１８は、微生物燃料電池１０で発電された電力を解析する機能を有する。例えば、解析部１８は、コンピュータ等を用いて構成することができる。すなわち、解析用のプログラムをコンピュータ等で実行することで、解析処理を実施することができる。本実施の形態にかかる培地モニタリングシステム１では、解析部１８において微生物燃料電池１０で発電された電力を解析することで、飼育領域１５の状態をモニタする。すなわち、微生物燃料電池１０で生成される電力と飼育領域１５の状態とは互いに関連性を有しているので、微生物燃料電池１０で発電された電力を解析することで、飼育領域１５の状態をモニタすることができる。
【００５０】
表示部１９は、解析部１８における解析結果を表示する。例えば、表示部１９は、液晶ディスプレイ等を用いて構成することができる。また、微生物燃料電池１０の電力情報を、解析部１８及び表示部１９へ、有線または無線で送信するように構成することもできる。なお、不要であれば表示部１９は適宜省略してもよい。
【００５１】
本実施の形態にかかる動物飼育システム４では、微生物燃料電池１０で発電された電力を解析することで飼育領域１５の状態をモニタしている。ここで、微生物燃料電池１０で発電された電力とは、微生物燃料電池１０で発電された電力の電圧値（起電力）および電流値を含んでいる。つまり、解析部１８は、微生物燃料電池１０で発電された電力の電圧値および電流値の少なくとも一方を解析することで、飼育領域１５の状態をモニタすることができる。
【００５２】
本実施の形態にかかる動物飼育システム４における解析例について説明する。図１に示したように、微生物燃料電池１０は微生物の代謝によって有機物が分解されることで発電される。このため、微生物燃料電池１０においては、有機物の量が多いほど発電量が増加する。したがって、発電量が定常時より増加した場合は、有機物が多くなっており水質が悪化していると推定することができる。また、発電量が定常時より減少した場合は、有機物が少なくなっており、飼料が不足していると推定することができる。また、微生物燃料電池１０のカソード１１を水中に設置した場合、カソード１１で溶存酸素を消費することで反応が進行し、発電される。このため、溶存酸素が多いほど発電量が増加する。この場合は、発電量が定常時より減少した場合には、水中の酸素が不足していると推定することができる。したがって、複数のアノード１２及びカソード１１を組み合わせて解析することで、多様な情報を得ることができる。
【００５３】
上述のような解析結果に応じて、飼料の量やエアーポンプの流量などの飼育方法を調節することによって、飼育環境を改善することができる。このように、本実施の形態においても、微生物燃料電池１０を用いて底質や水質を低コストかつ省エネルギーで浄化し、動物の健康状態や収穫量、設備の汚れを改善できる動物飼育システムを提供することができる。
【００５４】
なお、本実施の形態においても、上述の実施の形態２、実施の形態３の内容を適宜組み合わせてもよい。例えば、解析部１８、表示部１９の駆動に、微生物燃料電池１０から得られる電力を用いてもよい。この場合、微生物燃料電池１０に対する電力負荷を一定とするために、蓄電デバイスを通じて電力を供給することが好ましい。
【００５５】
＜実施の形態５＞
次に、本発明の実施の形態５について説明する。図８は、実施の形態５にかかる動物飼育システムを示すブロック図である。図８に示す動物飼育システム５は、実施の形態４で説明した動物飼育システム４と比べて、設備制御部２０と飼育設備２１とを備え、表示部１９を必ずしも備えない点が異なる。これ以外の構成及び動作については、実施の形態４で説明した動物飼育システム４と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して重複した説明は省略する。図８に示すように、本実施の形態にかかる動物飼育システム５は、微生物燃料電池１０、飼育領域１５、解析部１８、設備制御部２０、飼育設備２１を備える。
【００５６】
飼育設備２１は、動物の飼育を目的として使用される設備であり、例えば、エアーポンプや循環ポンプ、照明、温度調節器、自動給餌器などが挙げられる。設備制御部２０は、解析部１８における解析結果に応じて、飼育設備２１を制御する。解析例については、実施の形態４で説明したので省略する。例えば、水質の悪化が推定された場合、自動給餌器の給餌量及び給餌頻度を減少させることができる。また、酸素濃度の低下が推定された場合は、エアーポンプの流量を増大させることができる。
【００５７】
以上で説明したように、本実施の形態にかかる動物飼育システム５では、解析部１８における解析結果に応じて、飼育設備２１を制御している。したがって、必要とされる飼料や酸素を飼育領域１５に適切に供給することができる。
【００５８】
なお、本実施の形態においても、上述の実施の形態２〜４の内容を適宜組み合わせてもよい。
【００５９】
以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
【実施例】
【００６０】
以下に、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。但し、以下の実施例は本発明の権利範囲を何ら制限するものではない。なお、実施例および比較例における「部」は「質量部」を表す。
【００６１】
＜微生物燃料電池用カソード＞
ケッチェンブラック（ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ社製）と鉄フタロシアニン Ｐ−２６（山陽色素社製）を、質量比１／０．５（ケッチェンブラック／鉄フタロシアニン）となるようにそれぞれ秤量し、乾式混合を行い、混合物を得た。上記混合物を、アルミナ製るつぼに充填し、電気炉にて窒素雰囲気下、６００℃で２時間熱処理を行い、炭素触媒を得た。
【００６２】
上記の炭素触媒１４部、ＰＶＤＦ＃７２００（ポリフッ化ビニリデン、クレハ社製）６部、Ｎ−メチルピロリドン８０部、を混合して電極形成用組成物を得た。カーボンフェルト（大きさ１０ｃｍ×１０ｃｍ、日本カーボン社製）上に、上記の電極形成用組成物を目付け量が３ｍｇ／ｃｍ２となるように塗工した後、オーブンで乾燥させてカソード１１を作製した。
【００６３】
＜微生物燃料電池用アノード＞
カーボンフェルト（日本カーボン社製）を大きさ１０ｃｍ×１０ｃｍに切断し、アノード１２を作製した。
【００６４】
＜動物飼育システムの作製＞
［実施例］
図５に示すように、上記のカソード１１及びアノード１２を用いた微生物燃料電池１０と、飼育領域１５である底質及び水と、容器１６と、を備える動物飼育システムを構成した。４０Ｌの容量を持つガラス製の容器１６に、底質を容器１６の底部から１０ｃｍの高さまで充填し、アノード１２を底質中に埋設した。次に、水を容器１６の底部から３０ｃｍの高さまで充填し、カソード１１を水面に浮遊させた。続いて、カソード１１とアノード１２に配線を取り付けて外部抵抗（１ｋΩ）と電気的に接続し、微生物燃料電池１０を連続運転させた。エアーポンプにより水中に空気をバブリングした。水中に金魚３匹を入れ、飼料を毎日１回投入した。また、１週間毎に蒸発等により減少した水分を補った。
［比較例]
カソード１１とアノード１２とを電気的に接続しない以外は、実施例と同様にして、動物飼育システムを構成した。
【００６５】
＜動物飼育システムの評価＞
上記の動物システムを３ヶ月間にわたって継続的に運転し、データロガーを用いて微生物燃料電池１０の電圧を連続的に測定した。また、容器１６の壁面に生じる藻類を目視で観察した。
【００６６】
実施例では設置後徐々に電圧が上昇し、２週間後以降は電圧が９０ｍＶで安定したことから、底質中の微生物がアノード１２に付着し、飼料や動物の排泄物等の有機物を分解して電子を放出したと考察される。実施例の動物飼育システムでは、比較例よりも藻類の発生が少なかった。特に斑点状藻の発生が大幅に減少し、比較例では壁面１０ｃｍ２あたり１個以上の斑点状藻によるスポットが見られた一方で、実施例では斑点状藻の発生が確認できなかった。これにより、清掃の頻度や労力を低減できることが明らかとなった。
【符号の説明】
【００６７】
１０、１０_１〜１０_３  微生物燃料電池
１１、１１_１〜１１_６  カソード
１２、１２_１〜１２_３  アノード
１３  電解質
１４  空気取り入れ孔
１５、１５＿１、１５＿２  飼育領域
１６  容器
１７  電力使用部
１８  解析部
１９  表示部
２０  設備制御部
２１  飼育設備
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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