(57)【要約】  本発明の一の態様に係る水素製造方法は、微生物を利用して有機物から水素を生成させる水素製造方法において、耐酸性を有する水素生成菌を包括固定化した担体を用い、該担体をｐＨ４〜６の環境下で前記有機物と接触反応させることによって水素を生成することを特徴とする。本発明の発明者は、水素生成菌を包括固定化することによって、水素生成菌の至摘ｐＨが低い範囲に移行するという知見を得た。本発明はこのような知見に基づいて成されたものであり、水素生成菌を包括固定し、その担体を用いるようにしたので、ｐＨ４〜６の低い範囲で水素生成菌が活性して水素が生成される。したがって、水素を消費する雑菌の影響が少なく、水素の収率を向上させることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物を利用して有機物から水素を生成させる水素製造方法において、
耐酸性を有する水素生成菌を包括固定化した担体を用い、該担体をｐＨ４〜６の環境下で前記有機物と接触反応させることによって水素を生成させることを特徴とする水素製造方法。
【請求項２】
前記水素生成菌として、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターにThermoanaerobacterium PEH8株として寄託されている国際寄託の受託番号FERM  BP-10804菌株を用いることを特徴とする請求項１に記載の水素製造方法。
【請求項３】
微生物を利用して有機物から水素を生成させる水素製造装置において、
耐酸性を有する水素生成菌が包括固定化された担体が投入されるとともに、該担体が前記有機物と接触反応することによって水素を生成する水素発酵槽と、
前記水素発酵槽のｐＨを４〜６の範囲に制御するｐＨ制御装置と、
を備えたことを特徴とする水素製造装置。
【請求項４】
前記水素発酵槽の後段には、該水素発酵槽から流出する廃液をメタン発酵させるメタン発酵槽が設けられること特徴とする請求項３に記載の水素製造装置。
【請求項５】
耐酸性を有する水素生成菌が包括固定化されたことを特徴とする微生物固定化担体。
【請求項６】
前記水素生成菌として、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターにThermoanaerobacterium PEH8株として寄託されている国際寄託の受託番号FERM  BP-10804菌株を用いることを特徴とする請求項５に記載の微生物固定化担体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水素製造方法及び装置並びにそれに用いる微生物固定化担体に係り、特に、水素生成菌による水素発酵によって水素を生成する水素製造方法及び装置並びにそれに用いる微生物固定化担体に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化が進み、化石燃料を使用しない新たなエネルギー獲得のための技術開発が行われており、各種バイオマスや再生可能有機性源からのエネルギー回収技術開発が多方面で進められている。たとえば、水素は、環境汚染のない燃料として注目されており、現在は主に化石燃料から製造されているが、クリーンなエネルギーを得るために再生可能有機性資源の原料を用い、微生物による水素発酵が要望されている。【０００３】
水素発酵に用いられる再生可能有機性資源の原料としては、食品系廃棄物、農産物系廃棄物などがある。食品系廃棄物では複合ビル（レストラン、ホテル、事務所、店舗など）における生ごみ、食品工場での菓子やパン類の廃棄物、果実加工残渣などがある。これらを原料にして、水素生成菌を用いて水素発酵が行われる。水素生成菌としては、メタン発酵の前処理である可溶化槽の汚泥が種汚泥として用いられる。この種の汚泥には水素生成菌である偏性嫌気性細菌と通性嫌気性細菌が生息している。偏性嫌気性細菌ではClostridum butyricum やClostridum beijerinckii、通性嫌気性細菌ではEnterobacter aerogenes等である。これらの水素生成菌が有機物を基質にして、滞留日数１〜２日の反応で、水素発酵して水素を生成している。【０００４】
このように有機性資源から水素発酵により水素を回収する試みはすでに報告されており、たとえば特許文献１及び２には、得られた水素を電気エネルギーとしてリサイクルする方法が記載されている。また特許文献３には、水素分圧を下げるために減圧発酵することが記載されている。さらに、特許文献４では再生可能有機性廃棄物を原料として水素発酵する方法及び装置が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−２３６７７号公報
【特許文献２】特開２００１−２２９９５５号公報
【特許文献３】特開平７−３１９９８号公報
【特許文献４】特開２００３−１３５０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の方法及び装置では、水素生成菌による水素発酵の収率が極めて低いという問題があった。たとえば、基質として６単糖類を用いた場合には、その代謝系から推測すると理論上糖１モルあたり最大４モルの水素が生成されることになるが、これまで報告されている水素発酵の収率は１〜２モルと極めて低い。【０００６】
その原因の一つとして、水素を消費する雑菌の汚染によって収率が低下することが考えられる。雑菌の生育を抑えるためには、ｐＨが低い状態で発酵させる方法が考えられるが、ｐＨ６以下では収率が低下し、ｐＨ５以下では水素発酵が完全に停止する。このためｐＨ６〜７の環境下で運転する必要があり、雑菌の制御ができないという問題があった。【０００７】
この問題を解消する方法として、ｐＨ６以下で水素発酵活性を発現する水素生成菌を用いることが考えられる。しかし、そのような水素生成菌の集積培養は非常に困難であり、非現実的である。【０００８】
このような背景から、ｐＨ４〜６で水素生成菌の活性を高い状態に保持することによって、高い収率で水素発酵する方法が望まれている。【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、水素生成菌による水素発酵をｐＨ４〜６の範囲で行うことによって、水素を高い収率で生成できる方法及び装置並びにそれに用いる微生物固定化担体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様は前記目的を達成するために、微生物を利用して有機物から水素を生成させる水素製造方法において、耐酸性を有する水素生成菌を包括固定化した担体を用い、該担体をｐＨ４〜６の環境下で前記有機物と接触反応させることによって水素を生成することを特徴とする。【００１１】
本発明の発明者は、水素生成菌を包括固定化することによって、水素生成菌の至摘ｐＨが低い範囲に移行するという知見を得た。本発明はこのような知見に基づいて成されたものであり、水素生成菌を包括固定し、その担体を用いるようにしたので、ｐＨ４〜６の低い範囲で水素生成菌が活性して水素が生成される。したがって、水素を消費する雑菌の影響が少なく、水素の収率を向上させることができる。【００１２】
また、水素生成菌を包括固定化する方法としては、プレポリマーから成る固定化材料に菌を混合した混合液を重合し、ゲルの内部に菌を包括固定化する方法が好ましい。プレポリマー材料としてはポリエチレングリコールジアクリレートやポリエチレングリコールメタアクリレートがよく、その誘導体を用いることができる。また、担体の形状は、球状や筒状などの包括担体、紐状包括担体など凹凸が多い包括担体が好ましく、接触効率がよく水素生成速度が向上する。また、担体の大きさとしては球相当で０．５〜１０ｃｍがよい。【００１３】
本発明の第２の態様は第１の態様において、前記水素生成菌として、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターにThermoanaerobacterium PEH8株として寄託されている国際寄託の受託番号FERM  BP-10804菌株を用いることを特徴とする。【００１４】
本発明の発明者は、土壌微生物、海洋微生物、湖沼などの微生物を探索し、耐酸性を有する水素生成菌Thermoanaerobacterium PEH8株を分離し、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに、国際寄託の受託番号FERM  BP-10804菌株として寄託した（国際寄託日：2007年3月26日）。この菌の至摘ｐＨは５．５〜６．０の範囲であるが、本発明の発明者は、この菌を包括固定化することによって至摘ｐＨが４〜６の範囲に移行することを見出した。したがって、第２の態様の水素生成菌を包括固定化し、ｐＨ４〜６の環境下で使用することによって、水素を高い収率で得ることができる。【００１５】
なお、上記菌(微生物)の科学的性質は、
・グラム染色：陽性  
・形態      ：桿菌  
・酸素要求性：嫌気性（偏性）
であり、分類学上の位置は、
属：Thermoanaerobacterium
種：thermosaccharolyticum
である。【００１６】
本発明の第３の態様は前記目的を達成するために、微生物を利用して有機物から水素を生成する水素製造装置において、耐酸性を有する水素生成菌が包括固定化された担体が投入されるとともに、該担体が前記有機物と接触反応することによって水素を生成する水素発酵槽と、前記水素発酵槽のｐＨを４〜６の範囲に制御するｐＨ制御装置と、を備えたことを特徴とする。これにより、高い収率で水素を生成することができる。【００１７】
本発明の第４の態様は第３の態様において、前記水素発酵槽の後段には、該水素発酵槽から流出する廃液をメタン発酵させるメタン発酵槽が設けられることを特徴とする。第４の態様によれば、水素発酵させた後の廃液をメタン発酵させることによって、廃液中に残る有機物をメタンガスとして回収し、エネルギー利用することができる。【００１８】
本発明の第５の態様は、第１乃至第４の態様で用いられるのに適した担体であり、固定化前よりも至摘ｐＨが低い範囲に移行するため、ｐＨの低い範囲で水素を生成することができる。【００１９】
本発明の第６の態様は第５の態様において、前記水素生成菌として、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに Thermoanaerobacterium PEH8株として寄託されている国際寄託の受託番号FERM  BP-10804菌株を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、耐酸性を有する水素生成菌を包括固定化し、担体として用いるので、低ｐＨ領域で水素を生成することができ、雑菌に汚染されることなく、高収率で水素を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、水素生成菌の活性とｐＨとの関係を示す図であり；
【図２】図２は、包括固定化された水素生成菌の活性とｐＨとの関係を示す図であり；
【図３】図３は、本発明が適用された水素製造装置を示す構成図であり；
【図４】図４は、二段式の水素発酵槽を用いた水素製造装置を示す構成図であり；
【図５】図５は、実施例の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０…水素製造装置
１２…水素発酵槽
１４…ｐＨ制御装置
１６…供給管
１８…担体
２０…ガス管
２２…廃液管
２４…調整剤供給管
２６…開閉弁
２８…ｐＨ測定計
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下添付図面に従って、本発明に係る水素製造方法及び装置並びにこれらに用いる微生物固定化担体の好ましい実施形態について説明する。【００２４】
まず、本発明の根拠となったデータについて説明する。図１は、水素生成菌Thermoanaerobacterium PEH8株（独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに寄託されている国際寄託の受託番号FERM  BP-10804菌株；以下「Thermoanaerobacterium PEH8株」という）のｐＨ依存性を示したものであり、図２は、その水素生成菌Thermoanaerobacterium PEH8株を包括固定化した担体のｐＨ依存性を示したものである。【００２５】
包括固定化担体は以下のように作製した。Thermoanaerobacterium PEH8株をウレタンアクリレートプレポリマー液に懸濁し、過硫酸カリウムとNNN’N’テトラメチルエチレンジアミンを添加することにより重合し、菌を包括したゲルを得た。それぞれの添加量は次のとおりである。【００２６】
Thermoanaerobacterium PEH8株  ７×１０７cells/ml溶液    ２０％
ウレタンアクリレートプレポリマー        1５%
滅菌水                                ６４．２５％
NNN’N’テトラメチルエチレンジアミン     ０．５％
過硫酸カリウム ０．２５％
このゲルを３ｍｍ角に成形し、包括固定化担体を得た。得られた担体を５００ｍＬジャーファーメンターに１０％投入し、表１に示す培地を用いて各種ｐＨでの連続発酵を行った。図２はその結果である。なお、運転条件は、５５℃、培地投入速度１００〜３００ｍＬ／日である。【００２７】
【表１】
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【００２８】
図１から、Thermoanaerobacterium PEH8株の最適ｐＨは５．５〜６．５であることが分かる。従来報告されている水素生成菌の至適ｐＨは６〜６．５であることを考えると、 Thermoanaerobacterium PEH8株は低いｐＨで活性を発現する耐酸性菌であることが分かる。また、図２に示されるように、上記の水素生成菌を固定化すると、至摘ｐＨは低い範囲に広がることが分かる。すなわち、至摘ｐＨの範囲は、ｐＨ４〜６、好ましくはｐＨ４．８〜５．５になる。したがって、上記の水素生成菌を包括固定化した担体を、ｐＨ４〜６、好ましくはｐＨ４．８〜５．５の環境下で使用することによって、高収率で水素を生成することができる。【００２９】
次に、上記の水素生成菌を包括固定化菌（担体）として用いた場合と浮遊菌として用いた場合の比較を表２に基づいて説明する。表２は、浮遊菌、固定化菌を用い、各種ｐＨで収率を求めた結果である。
【００３０】
【表２】
2008120629.tif 000004
【００３１】
表２から分かるように、浮遊菌の状態では、ｐＨ６未満になると活性が急激に低下して水素の収率が１以下になり、さらにｐＨ５以下では水素が全く得られなくなる。これに対して、包括固定化した状態では、ｐＨ６の場合よりもｐＨ５の場合の方が水素の収率が高くなる。【００３２】
以下、本発明を実施するための装置について例をあげて説明する。【００３３】
図３は、本実施形態の水素製造装置１０の構成を模式的に示す図である。同図に示すように、水素製造装置１０は主として、水素発酵槽１２とｐＨ制御装置１４によって構成される。【００３４】
水素発酵槽１２は、その下部に供給管１６が接続されており、この供給管１６を介して発酵原料が水素発酵槽１２に供給される。【００３５】
水素発酵槽１２の内部には、複数の担体１８が投入されている。この各担体１８は、水素生成菌を包括固定化したものであり、水素生成菌としては、耐酸性を有する水素生成菌、たとえばThermoanaerobacterium PEH8株が用いられる。担体１８を製造する方法としては、水素生成菌を固定化材料に混合して重合させ、ゲルの内部に菌を包括固定化することによって担体１８が得られる。固定化材料は、プレポリマー材料が好ましく、たとえばポリエチレングリコールジアクリレートやポリエチレングリコールメタアクリレート、その誘導体が用いられる。これは、固定化材料として、アクリルアミド、メチレンビスアクリルアミド、トリアクリルフォルマールなどのモノマーを用いると、担体１８の内部で発生した水素が担体内部に蓄積し、担体がパンクし破裂するおそれがあるためである。また、固定化材料は、分子量２０００〜９０００の網目構造ゲルが好ましい。これは、分子量が小さいと、至摘ｐＨの移行幅が極めて小さいためであり、分子量２０００〜９０００の網目構造ゲルを用いることによって、至摘ｐＨの移行幅が大きくなり、幅広いｐＨ耐性を得ることができる。また、分子量２０００〜９０００の網目構造ゲルを用いることによって、担体１８の内部で発生した水素が透過しやすくなり、担体１８がパンクすることを防止することができる。【００３６】
担体１８を重合反応によって製造する場合には、重合促進剤として、NNN’N’テトラメチルエチレンジアミンを添加することが好ましい。本薬剤は、高アルカリで、菌との調合時にｐＨが高くなると菌が死滅する。調合としては、ウレタンアクリレートプレポリマー＋菌溶液にNN’N’テトラメチルエチレンジアミンを添加し、その後、重合開始剤を添加し重合する。NN’N’テトラメチルエチレンジアミンを添加する際のｐＨは６〜８、好ましくは６〜７に調整することが必要である。【００３７】
担体１８の形状としては、球状、角状、筒状、紐状等が好ましく、担体１８の大きさとしては球相当で０．５〜１０ｃｍが好ましい。このような担体１８が水素発酵槽１２の内部で発酵原料と接触することによって、水素が生成される。【００３８】
水素発酵槽１２の上部には、ガス管２０が接続されている。水素発酵槽１２の内部で生成された水素は、水素含有ガスとしてガス管２０から後段の処理装置（不図示）に送られる。【００３９】
また、水素発酵槽１２の上部側面には、廃液管２２が接続されており、その廃液管２２を介して水素発酵槽１２内の廃液が外部に排出される。廃液管２２の先端は、不図示のメタン発酵槽に接続されており、このメタン発酵槽において、廃液中の有機物がメタンガスに変換される。【００４０】
一方、ｐＨ制御装置１４は、調整剤供給管２４に設けられた開閉弁２６に接続されている。調整剤供給管２４は、主にアルカリ系のｐＨ調整剤を水素発酵槽１２に供給するためのラインであり、その一端が水素発酵槽１２に接続され、他端がｐＨ調整剤のタンク（不図示）に接続される。したがって、ｐＨ制御装置１４が開閉弁２６を開閉することによって、ｐＨ調整剤が調整剤供給管２４を介して水素発酵槽１２に供給され、水素発酵槽１２内のｐＨが調節される。【００４１】
また、ｐＨ制御装置１４は、水素発酵槽１２の内部に設けられたｐＨ測定計２８に接続されている。このｐＨ測定計２８で測定されたｐＨ値に基づいて、ｐＨ制御装置１４が開閉弁２６を制御してｐＨ調整剤を供給し、水素発酵槽１２の内部が所定のｐＨ値に制御される。所定のｐＨ値とは、本実施形態の場合ｐＨ４〜６であり、好ましくは、４．８〜５．５である。【００４２】
上記の如く構成された水素製造装置１０によれば、水素生成菌が担体１８として包括固定化されているので、至摘ｐＨは低い範囲に移行し、ｐＨ４〜６の低ｐＨ領域でも水素発酵の活性が高くなる。したがって、ｐＨ制御装置１４によって水素発酵槽１２の内部をｐＨ４〜６の範囲に調節することによって、担体１８に包括固定化された水素生成菌の活性が向上し、水素を高い収率で得ることができる。【００４３】
また、上述した実施形態によれば、水素発酵槽１２の内部がｐＨ４〜６の低ｐＨ領域に維持されるので、有機物を消費する雑菌の活性を抑えることができる。これにより、水素の収率をさらに向上させることができる。【００４４】
図４は、二段式の水素発酵槽を用いた水素製造装置を示している。【００４５】
同図に示す水素製造装置には、二段式の水素発酵槽（以下、第１段目の槽を第１水素発酵槽１２Ｘ、第２段目の槽を第２水素発酵槽１２Ｙという）が設けられ、この第１水素発酵槽１２Ｘと第２水素発酵槽１２Ｙが直列に接続されている。すなわち、第１水素発酵槽１２Ｘの下部には発酵原料の供給管１６が接続され、第１水素発酵槽１２Ｘの上部側面に接続された廃液管２２Ｘが第２水素発酵槽１２Ｙの下部に接続されるとともに、第２水素発酵槽１２Ｙの上部側面に廃液管２２Ｙが接続される。したがって、供給管１６を介して発酵原料が第１水素発酵槽１２Ｘに供給され、この第１水素発酵槽１２Ｘの内部で水素発酵が行われる。そして、その反応廃液が廃液管２２Ｘを介して第２水素発酵槽１２Ｙに供給され、第２水素発酵槽１２Ｙの内部で水素発酵が行われた後、その反応廃液が廃液管２２Ｙから排出される。【００４６】
なお、第１水素発酵槽１２Ｘ及び第２水素発酵槽１２Ｙには、水素生成菌を包括固定化した複数の担体１８が投入されており、この各担体１８が発酵原料に接触することによって、第１水素発酵槽１２Ｘ、第２水素発酵槽１２Ｙの内部で水素が生成される。また、第１水素発酵槽１２Ｘ及び第２水素発酵槽１２Ｙにはそれぞれ、ガス管２０Ｘ、２０Ｙが接続されており、このガス管２０Ｘ、２０Ｙを介して、水素含有ガスが排出される。【００４７】
第１水素発酵槽１２Ｘ、第２水素発酵槽１２Ｙにはそれぞれ、第１ｐＨ制御装置１４Ｘ、第２ｐＨ制御装置１４Ｙが設けられる。第１ｐＨ制御装置１４Ｘ、第２ｐＨ制御装置１４Ｙは、図３に示したｐＨ制御装置１４と同様に構成される。すなわち、第１ｐＨ制御装置１４Ｘは、第１水素発酵槽１２Ｘに接続された調整剤供給管２４Ｘを有し、この調整剤供給管２４Ｘに配設された開閉弁２６Ｘを制御することによって、第１水素発酵槽１２ＸにｐＨ調整剤を供給して第１水素発酵槽１２ＸのｐＨを調節する。また、第１ｐＨ制御装置１４Ｘは、第１水素発酵槽１２Ｘの内部に設けられたｐＨ測定計２８Ｘに接続され、このｐＨ測定計２８Ｘの測定値に基づいて前記開閉弁２６Ｘを制御することによって、第１水素発酵槽１２Ｘを所定のｐＨ値に制御する。一方、第２ｐＨ制御装置１４Ｙは、第２水素発酵槽１２Ｙに接続された調整剤供給管２４Ｙを有し、この調整剤供給管２４Ｙに配設された開閉弁２６Ｙを制御することによって、第２水素発酵槽１２ＹにｐＨ調整剤を供給して第２水素発酵槽１２ＹのｐＨを調節する。また、第２ｐＨ制御装置１４Ｙは、第２水素発酵槽１２Ｙの内部に設けられたｐＨ測定計２８Ｙに接続され、このｐＨ測定計２８Ｙの測定値に基づいて前記開閉弁２６Ｙを制御することによって、第２水素発酵槽１２Ｙを所定のｐＨ値に制御する。【００４８】
ところで、図４の水素製造装置では、第１ｐＨ制御装置１４Ｘと第２ｐＨ制御装置１４Ｙとが、異なるｐＨ値に制御している。具体的には、第１ｐＨ制御装置１４Ｘは、第１水素発酵槽１２ＸのｐＨを４〜５．５に制御し、第２ｐＨ制御装置１４Ｙは、第２水素発酵槽１２ＹのｐＨを５．５以上に制御する。このように第１水素発酵槽１２Ｘ内のｐＨを第２水素発酵槽１２Ｙ内のｐＨよりも低く制御することによって、第１水素発酵槽１２Ｘの内部では雑菌の増殖が抑制される。また、第２水素発酵槽１２Ｙの内部では、若干高めのｐＨに制御されるため、反応速度が上昇する。その際、第１水素発酵槽１２Ｘの内部で雑菌の活性が抑制されているため、第２水素発酵槽１２Ｙでは、雑菌と水素生成菌との競合により、水素生成菌の活性の方が優勢となり、収率がさらに向上する。また、第１水素発酵槽１２Ｘと第２水素発酵槽１２Ｙとで、ｐＨの勾配を設けることによって、幅広い微生物相を利用することができる。【００４９】
なお、上述した実施形態では、二段式までの水素発酵槽を示したが、三段以上の多段式の水素発酵槽を設けるようにしてもよい。この場合、後段の水素発酵槽になるほどｐＨを高い範囲に制御することが好ましい。【００５０】
なお、本水素生成菌は上述の例に限られない。すなわち、例えば、本水素生成菌としては、PEH8株の変異株を用いることができる。この変異株としては、上述したようなPEH８株が備える低pＨ範囲、高温範囲で効率よく水素を生産する能力を継承したものを好ましく用いることができる。
【実施例】
【００５１】
（第１試験）
実施例１として、Thermoanaerobacterium PEH8株が固定化されている包括固定化水素発酵担体を用い、図３の水素製造装置１０で水素発酵を行った。担体は以下のように作製した。すなわち、Thermoanaerobacterium PEH8株をウレタンアクリレートプレポリマー液に懸濁し、過硫酸カリウムとNNN’N’テトラメチルエチレンジアミンを添加することにより重合し、菌を包括したゲルを得た。それぞれの添加量は次のとおりである。
Thermoanaerobacterium PEH8株  ７×１０７cells/ml溶液    ２０％
ウレタンアクリレートプレポリマー         1５%
滅菌水                                ６４．２５％
NNN’N’テトラメチルエチレンジアミン ０．５％
過硫酸カリウム ０．２５％
このゲルを３ｍｍ角に成形し、包括固定化担体を得た。得られた担体を１Ｌジャーファーメンターに１０％投入し、表１で示した培地を滞留時間４８時間で投入し、水素発酵槽ｐＨ５で水素発酵試験を行った。【００５２】
比較例１、２として、Thermoanaerobacterium PEH8株を固定化せずに浮遊菌の状態で処理を行い、同条件でのｐＨ５とｐＨ６で水素発酵を実施した。連続運転１ヶ月後の結果を表３に示す。【００５３】
【表３】
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【００５４】
表３から分かるように、本発明を適用した実施例１は、従来法である比較例１、２よりも高い収率を得た。すなわち、比較例１では、全く水素を得ることができず、比較例２では、収率１．５〜２．０mol-H2/mol-xyloseと低い収率だったのに対し、実施例１では、収率２．２〜２．７mol-H2/mol-xyloseと高い収率が得られた。【００５５】
（第２試験）
第２試験では、バイオマスを原料として水素発酵の試験を行った。
［原料調製法］
バガス（サトウキビ搾り粕）等リグノセルロース系資源の可溶化及び糖化を行う方法としては、濃硫酸や希硫酸等の酸を用いる方法、水酸化ナトリウムやアンモニウム等のアルカリを用いる方法、超臨界水を用いる方法、酵素を用いる方法などがある。先ず、バガス１．６ｋｇ及び２％（ｗ／ｗ）水酸化ナトリウム水溶液１６ｋｇを３０Ｌ培養槽（ＨＭＦ−３０Ｆ０１、日立製作所（株）製）に投入し、１２１℃、１５分の条件で熱処理を行った。冷却後８０メッシュの篩にて固液分離を行い、篩上の固形分４．５ｋｇに水１８ｋｇを添加し、ホモジナイズ処理を行った。硫酸にてｐHを５．０に調整した後、市販の酵素（ＧＣ２２０；３２ｇ、Ｍｕｌｔｉｆｅｃｔ  Ｘｙｌａｎａｓｅ；３２ｇ、Ｇｅｎｅｎｃｏｒ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）を添加し、５５℃、７２時間の条件で酵素処理を行った。その後、酵母エキス（ＰＲＯＮＡＬ  ＮＳ  ５５  Ｔ４、ＰＲＯＤＥＳＡ）２３０ｇを添加し、これを原料液とした。原料液の組成は、フェノール硫酸法による全糖値が９５００ｍｇ／Ｌ、HPLCによる還元糖分析値が、グルコース５９７３ｍｇ／Ｌ、キシロース１７７６ｍｇ／Ｌ、アラビノース３１ｍｇ／Ｌであった。
［微生物包括固定化担体作製法］
実施例１に同じ。
［水素発酵］
得られた担体を１Lジャーファーメンター（エイブル（株）製）に１０％投入し、上記原料を滞留時間７２時間で投入し、水素発酵槽pH５．０で水素発酵を行った。バイオガスの発生が安定した培養開始後１０日目から１９日目までの連続運転の結果を図５に示す。なお、図５横軸の培養日数（日）１、２〜１０はそれぞれ培養開始後１０日目、１１日目〜１９日目を示している。また、図５中の折れ線グラフは、水素の体積比率を示すと共に、図５中の棒グラフは、発酵ガス生産量（ｍｌ／日）を示している。【００５６】
１０日間の平均値として、発酵ガス生産量は６９６ｍｌ／日、水素の体積比率は５９．３％であった。対糖収率は、フェノール硫酸法による全糖値を元に計算すると、２．３ｍｏｌ−Ｈ２／ｍｏｌ−糖（グルコース換算）であった。以上の結果により、本発明を用いることによってバイオマスを原料とした場合に十分に水素を発酵できることが分かる。
【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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【国際調査報告】
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