(57)【要約】【解決手段】  リグノセルロース系材料を粉砕して細かいチップの集合体とする。このチップの集合体を、湿り気を与えながら好気的条件下で、少なくとも腐朽菌の付着により部分的に腐朽の開始が認められるまでの一定期間堆積する。この堆積物をタンクに入れ、水及び前記堆積物の重量に対して少なくとも２０重量％の泥土又はヘドロを加え、前記タンク内容物をメタン醗酵に適した温度で嫌気的条件下で培養する。このようにして、メタンガスを生成するに当って、前記堆積物に泥土又はヘドロを加える前に、その泥土又はヘドロを純粋寒天培養し、純粋寒天培養された寒天に少なくとも肉汁を添加する。【効果】  原料コストがかからず、かつ、入手しやすい、リグノセルロース系資源と泥土又はヘドロとを用いて、メタンガスを効率良く、しかも、大量に生成することができる。メタンガスの発生をより促進させることができる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物体の一部をなしていた木質系部分を含む材料であって、家畜等の動物の消化管を通ったことがなく、かつ、工業的に食品または飼料とするために加工又は分解工程を受けたことがなく、かつ、食品又は食品原料として不適である、リグニンの結合しているセルロース質を含んでいる材料を粉砕して細かいチップの集合体とし、
このチップの集合体を、湿り気を与えながら好気的条件下で、チップの形状をそのまま保持した状態で、少なくとも腐朽菌の付着により部分的に腐朽の開始が認められるまでの一定期間堆積し、
この堆積物をタンクに入れ、水及び前記堆積物の重量に対して少なくとも２０重量％の泥土又はヘドロを加え、
前記タンク内容物をメタン醗酵に適した温度で嫌気的条件下で培養し、
このタンクからメタンガスを取り出すに際して、
前記堆積物に泥土又はヘドロを加える前に、その泥土又はヘドロを純粋寒天培養するとともに、純粋寒天培養された寒天に少なくとも肉汁を添加し、
この混合物を前記堆積物に加えてメタンガスの発生を促進させる、
ことを特徴とする、メタンガスを生産する方法。
【請求項２】
(a) 搬入口から搬入される生ゴミを、必要ならば、生ゴミを粉砕した後、水性嫌気性菌に富んだ泥土又はヘドロと、攪拌槽で攪拌し、
(b) この攪拌物を嫌気的条件下のサイロに入れ、このサイロ中に一定期間保持して生ゴミを分解させ、
(c) 前記サイロ中で発生するメタンガスをサイロから取り出して収集し、
(d) 前記サイロ中に残る残渣を排出して、空になったサイロは再び上記ステップ(b)のために用いるステップを含む、
メタンガスを生産する方法において、
泥土又はヘドロを加える前に、その泥土又はヘドロを純粋寒天培養するとともに、純粋寒天培養された寒天に少なくとも肉汁を添加し、
この混合物を前記生ゴミもしくは粉砕後の生ゴミに加えてメタンガスの発生を促進させる、
ことを特徴とする、メタンガスを生産する方法。
【請求項３】
純粋寒天培養された寒天に肉汁を添加した後、さらに培養することを特徴とする、請求項１又は２記載のメタンガスを生産する方法。
【請求項４】
泥土又はヘドロとして、水素生成菌とメタン産生菌の両方の棲息に適していてこれらの菌を含んでいるものを使用するか、あるいは、水をはったレンコン畑の中の泥土又はヘドロ、生活排水や温泉浴場の排水等によりある程度有機物を含む河川の水のよどんだ所の底にある泥土又はヘドロ、及び有機物を多く含んでいる湖沼の底の泥土又はヘドロからなる群から選択される泥土又はヘドロを使用することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のメタンガスを生産する方法。
【請求項５】
木質系部分を含む材料が、樹木の枝や幹を切って生じた処分材、倒木や廃棄樹木及びそれらの一部、及び落葉からなる群から選択される１以上のもの、又はそれの実質的な量又は主要量と廃棄野菜、雑草ゴミ、ワラ、生ゴミからなる群から選択される１以上のものとの混合物である、請求項１記載のメタンガスを生産する方法。
【請求項６】
チップの寸法が８ｍｍの篩を通過させたものである、請求項１記載のメタンガスを生産する方法。
【請求項７】
堆積期間が２０〜３０日である、請求項１記載のメタンガスを生産する方法。
【請求項８】
メタン醗酵に適した温度が２５℃以上である、請求項１記載のメタンガスを生産する方法。
【請求項９】
貯蔵のために水を吸着させた活性炭に、生じたメタンを吸着させるステップを含む請求項１〜８のいずれかに記載のメタンガスを生産する方法。
【請求項１０】
電気を生じさせるために、メタンガスを燃料電池のための原料に供給するステップを含む請求項１〜９のいずれかに記載のメタンガスを生産する方法を利用して電気を造り出す方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタンガスを生産する方法と、その方法を利用して電気を造り出す方法に関するものである。さらに詳しくは、樹木を切ったときに発生する木質系の廃材などに代表される材料であって、家畜等の動物の消化管を通ったことがなく、かつ、工業的に食品または飼料とするために加工又は分解工程を受けたことがなく、かつ、食品又は食品原料としては不適である、リグニン含有セルロース質材料、即ち木質系も含めたリグノセルロース系資源を原料としてメタンガスを生産する方法と、その方法を利用して電気を造り出す方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リグノセルロースは地球上で最も多量に存在する有機物であり、構造性多糖のセルロース及びヘミセルロース、芳香族化合物の重合対のリグニンから構成される。なかでも、木質系の廃棄物質は燃やすと高温になるので、廃棄物処分業者にも引き取りをいやがられる存在であり、単に堆肥化するのも加熱を要したりして厄介である（例えば、特許文献１参照）。成形物に混ぜたり、熱分解したりして利用する場合もあるが、熱を加えない処理に関しては現状ではシロアリの利用が可能かどうかについて研究がなされている程度で、再利用できないようなものは焼却処分するか、放置するしかないのが現状である。
【特許文献１】特開２００２−３２６０７４号公報
【０００３】
有機物から生じ得るメタンガスは無制御状態で大気中に放出されると、二酸化炭素の約２０倍もの温室効果を持つ温室効果ガスとして環境に悪影響を及ぼす。一方、タンク内でこれを廃棄物の処理工程として大気中に漏れ出ることがないように発生させれば、廃棄物の部分的処理と有用メタンガス生産の両方を一挙に実現出来るはずである。
【０００４】
メタンガスの有用性は、燃料としてエネルギー源になり得ること、燃料電池で使用する改質反応や直接分解により水素を製造するための原料になり得ること、または直接バイオガス利用のリン酸型燃料電池に利用され得ること等にある。
【０００５】
微生物作用によりメタン醗酵で有機物がメタンに変換されることは周知であり、消化ガスやバイオガス（メタンや二酸化炭素等の混合ガス）と呼ばれる廃棄物処理への応用も盛んになって来た。
【０００６】
これまで、メタン醗酵又は消化ガスやバイオガス生産における基質又は原料としては、生ゴミ、牛糞、豚糞、鶏糞その他の畜産糞尿、廃棄農作物、食品工業からの廃棄物などが知られている。また、セルロース質の原料を用いてメタンガスを発生することも、例えば、特許文献２に記載されている。
【特許文献２】特開２００２−２４８４４８号公報ただし、セルロース質の原料と言っても、動物の胃腸・内蔵を通り抜け種々の酵素作用を受けた後のものである畜産糞尿を用いた実例が知られているに過ぎない。ある情報（例えば、非特許文献１）によれば、畜産糞のリグニンは食べられた牧草のリグニンとは別のものである。
【非特許文献１】東北農試たよりＮｏ．７９、  １９９６年９月
【０００７】
また、非特許文献２には、大量（おそらく７５％程度）の厨芥とわずかな量（おそらく４％程度）の草木屑の混合物をバイオガスの製造のための原料にすることが記載されているが、草木屑処分のために主に草木屑をバイオガスの製造の原料とすることは知られていない。（なお、非特許文献３も参照）。
【非特許文献２】堂野千里・浜嶋光洋、  「環境技術  生ごみバイオガス化技術（ＩＭＣ）  ２９−９」、  第６７６〜６８１頁、  ２０００年
【非特許文献３】(株)栗本鐵工所  浜嶋  光洋・中村  幸子、  バブコック日立(株)  守  秀治・下平  和佳子、    「生ごみを対象としたメタン醗酵システムの開発」  http://www.kurimoto.co.jp/rd/pdf_ronbun/ron110.pdf
【０００８】
ところで、有機物のメタン化の容易度は、
易分解性有機物：糖、澱粉、水溶性タンパク質＞中分解性有機物：菌体タンパク質、脂肪、ヘミセルロース、非結晶性セルロース＞難分解性有機物：結晶性セルロース、リグノセルロース、リグニン、硬タンパク
の順であるとされている。また、バイオガスについて、「原料に向かないものは、ネギ、タマネギ、ニンニク、魚・獣類の腐肉や内臓、落花生、茶ガラ、大豆、わら、鋸屑、紙等である。」と述べられている。
【０００９】
メタン化をしないで木質系廃棄物の腐朽を実施させることだけに関しても、前記特許文献１（特開２００２−３２６０７４号公報）に、「木質系廃棄物は含水率が低く、リグニン質、セルロース、ヘミセルロース等の微生物分解が難しい成分を多く含むので、醗酵温度が上昇せず、コンポストの十分な腐熟が得難い問題点もある。腐熟とは、作物に生育障害を起こさない程度にまで有機質材を腐朽させることである。このため、特に寒冷地においては、コンポストを腐熟させるためにヒータ等で醗酵槽を加熱する必要があり、腐熟のためにさらにエネルギーの消費量が多くなる問題点が経験された。」と記載されるように、木質系廃棄物の処分は厄介な問題である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、メタン醗酵やバイオガス製造の原料として（リグノセルロース系資源として畜産糞尿を含めた）種々の廃棄有機物が使用されているにもかかわらず、また、樹木等の成長が多量のリグノセルロース系資源としての廃棄物を生じるにもかかわらず、切り取ったままの樹木の枝など家畜の胃腸管を通ったことのないリグノセルロース系資源は、地球上で最も多量に存在する有機物の一形態でありながら、メタン醗酵又はバイオ生産の原料としてこれまで利用されなかった。さらに、これまで生ゴミ等を用いたバイオガスの製造はメタンの発生量がそれほどでもなかった。
【００１１】
そこで、大量の原料が存在しているにもかかわらず、これまではメタンガスを発生させるための原料としては不適とされてきた樹木の枝など、家畜の胃腸管を通ったことのないリグニンの結合しているセルロース質を含んでいる材料又は廃物を、メタンガスを発生させるための原料として用いてメタンガスを製造することができれば、極めて価値があると言える。
【００１２】
これらの目的を達成するため、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、それを可能ならしめる技術開発に成功し、また、特許としてすでに出願を済ませている（出願番号：特願２００３−０３４４３０、出願日：平成１５年  ２月１２日）。ところで、それらの技術の要旨は、以下のようなものである。
【００１３】
すなわち、植物体の一部をなしていた木質系部分を含む材料であって、家畜等の動物の消化管を通ったことがなく、かつ、工業的に食品または飼料とするために加工又は分解工程を受けたことがなく、かつ、食品又は食品原料として不適である、リグニンの結合しているセルロース質を含んでいる材料を用いる場合においては、その材料を粉砕して細かいチップの集合体とし、このチップの集合体を、湿り気を与えながら好気的条件下で、チップの形状をそのまま保持した状態で、少なくとも腐朽菌の付着により部分的に腐朽の開始が認められるまでの一定期間堆積し、この堆積物をタンクに入れ、水及び前記堆積物の重量に対して少なくとも２０重量％の泥土又はヘドロを加え、前記タンク内容物をメタン醗酵に適した温度で嫌気的条件下で培養し、このタンクからメタンガスを取り出すところにある。
【００１４】
また、生ゴミを原料として用いる場合においては、
(a) 搬入口から搬入される生ゴミを、必要ならば、生ゴミを粉砕した後、水性嫌気性菌に富んだ泥土又はヘドロと、攪拌槽で攪拌し、
(b) この攪拌物を嫌気的条件下のサイロに入れ、このサイロ中に一定期間保持して生ゴミを分解させ、
(c) 前記サイロ中で発生するメタンガスをサイロから取り出して収集する、
ところにある。
【００１５】
これらの方法を採用することにより、従来の場合よりも効率的にメタンガスを生成することができることが判ったが、本発明者はさらに研究を進めてより大量のメタンガスを生成することができないかを模索し続けた。その結果、ついにその方法を見出すに至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
その方法とは、前記堆積物あるいは生ゴミもしくは粉砕後の生ゴミに泥土又はヘドロを加える前に、その泥土又はヘドロを純粋寒天培養するとともに、純粋寒天培養された寒天に少なくとも肉汁を添加し、この混合物を前記堆積物あるいは生ゴミもしくは粉砕後の生ゴミに加える点に特徴がある。すなわち、泥土又はヘドロを純粋寒天培養するとともに、純粋寒天培養された寒天に少なくとも肉汁を添加し、この混合物を前記堆積物あるいは前記生ゴミもしくは粉砕後の生ゴミに加えることにより、メタンガスの発生を促進させることができる。
【００１７】
純粋寒天培養された寒天に肉汁を添加した後、さらに培養するとよい。この培養により、メタンガスの発生をより促進させることができる。
【００１８】
泥土又はヘドロを純粋寒天培養するに当っては、泥土又はヘドロを寒天培養床で一定の温度、例えば、３５℃程度を保ち、一週間程度培養するのがよい。その場合における泥土又はヘドロの量は、寒天培養床２ｋｇに対し５００ｇ〜１ｋｇ程度が好ましい。また、純粋寒天培養された寒天に肉汁を添加した後の培養期間も、一週間程度が好ましい。
「肉汁」とは、牛、豚、鶏その他各種の肉の脂身を煮詰めてゼラチン状にしたものをいい、その添加量は好ましくは１０ｇ程度である。
【００１９】
前記泥土又はヘドロをより具体的にいうと、水素生成菌とメタン産生菌の両方の棲息に適していてこれらの菌を含んでいるもの、あるいは、水をはったレンコン畑の中の泥土又はヘドロ、生活排水や温泉浴場の排水等によりある程度有機物を含む河川の水のよどんだ所の底にある泥土又はヘドロ、及び有機物を多く含んでいる湖沼の底の泥土又はヘドロからなる群から選択される泥土又はヘドロを挙げることができる。
【００２０】
「泥土」とは、ぬかるみのような物性の水分の多い泥土を意味する。「ヘドロ」が水底に沈澱した有機物含有の泥を意味するときは、「泥土」に含まれ得る。また、「汚泥」も「泥土」に含まれる場合があり得る。粉砕物腐朽化チップの堆積物の重量に対するその様な泥土の重量パーセントが示される場合は、そのような水分を含んだものの重量％で示され、乾物のパーセントではない。
【００２１】
「水素生成菌とメタン産生菌の両方の棲息に適していてこれらの菌を含んでいる泥土」に関して、水素生成菌とメタン産生菌の利用する栄養は異なっているとされているが、嫌気性条件下水素生成菌のいる所にメタン産生菌もいると考えられる。
「水素生成菌とメタン産生菌の両方の棲息に適していてこれらの菌を含んでいる泥土又はヘドロ」については、一例として、土壌がタンパク質分解物又は有機物にもある程度富んでいる場所において、その土壌が嫌気性となっている（例えば、水底に存在する）場合であって、水が流れておらず澱んでおり、なおかつ、水が汚れていない（上の水が澄んでいる）場合に、そのような泥土又はヘドロは水素生成菌とメタン産生菌の両方の棲息に適していると考えられる。
水をはったレンコン畑の中の泥土又はヘドロ、生活排水や温泉浴場の排水等によりある程度有機物を含む河川の水のよどんだ所の底にある泥土又はヘドロ、及び有機物を多く含んでいる湖沼の底の泥土又はヘドロは、このような条件を満たすものである。
【００２２】
木質の原料の例としては、樹木の枝や幹を切って生じた処分材、倒木や廃棄樹木及びそれらの一部、及び落葉からなる群から選択される１以上のもの、又はそれの実質的な量又は主要量と廃棄野菜、雑草ゴミ、ワラ、生ゴミからなる群から選択される１以上のものとの混合物を挙げることができる。木質の原料として、製材工程や解体で生じる廃木材及び木屑等も使用できる場合があるが、近年主流の外国産材木は海水が侵入していることにより、また、新建材は化学物質が含まれているので、適しない場合も多い。
木質材の粉砕は、８ｍｍの篩の目に通る程度に粉砕するのが好ましい。木質系廃棄物は小枝を含んでいたり、繊維状で細長いものであるから、長さは８ｍｍよりも長い断片のものも含まれる。例えば、あらかじめ２ｃｍ程度に粉砕しておいて、次に８ｍｍの篩の目に通る程度に粉砕することができる。
【００２３】
木質材粉砕物チップを堆積して腐朽化させる際の堆積物全体の水分は６０％程度が好ましい。堆積して腐朽化させる段階では、水を撒き好気性にするために通気すればよく、それ以外に混ぜ物をする必要はない。混ぜ物をすると逆効果となる場合もあり得る。例えば、茸（ナメコ及びシメジ）の菌の残渣を混入して腐朽を試みた場合、後のメタン醗酵段階に悪影響がみられた。堆積段階で温度は５０〜６０℃程度に上昇することが認められた。堆積期間は２０〜３０日が良い。すなわち、腐朽の開始の認められた程度から少し腐朽が進行した程度の時点であり、チップの形状は維持された状態のままとする。
【００２４】
木質材粉砕物腐朽化チップを原料として用いる場合における本発明の効率の良いメタン生産は、次のようなプロセスを経るものと推測される。木質材の粉砕物の好気的な条件下での堆積により木材腐朽菌が粉砕物の表面に付着し、部分的な腐朽が進行した粉砕物が水中に浸漬されることによって、好気性の腐朽菌は粉砕物表面で細かい気泡を生じる。気泡の酸素を消費し尽くした状態で腐朽菌は死滅し、それに代わって気泡と水との界面に泥土又はヘドロ中の嫌気性の水素生成菌が繁殖しやすい状態になる。水素生成菌はセルロース、ヘミセルロース等を分解し、リグニンとセルロースとの結合は破壊されて粉砕物は柔らかくなり、水素生成菌の繁殖によりそれを栄養とする泥土又はヘドロ中に存在したメタン産生菌が繁殖し、メタンを生成すると考えられる。
【００２５】
一方、生ゴミを原料として用いる場合における本発明の効率の良いメタン生産も、水素生成菌の繁殖により生ゴミが分解され、水素生成菌を栄養とする泥土又はヘドロ中に存在していたメタン産生菌が繁殖し、メタンを生成すると考えられる。
【００２６】
そして、前記タンク中の堆積物あるいは前記攪拌槽中の生ゴミもしくは粉砕後の生ゴミに泥土又はヘドロを加える前に、その泥土又はヘドロを純粋寒天培養するとともに、純粋寒天培養された寒天に少なくとも肉汁を添加し、この混合物を前記タンク中の堆積物あるいは前記攪拌槽中の生ゴミもしくは粉砕後の生ゴミに加えることにより、メタンガスの発生を促進させることができる。
【００２７】
生成したメタンを貯蔵するために、水を吸着させた活性炭に、生じたメタンを吸着させるとよい。このようにすると、生成したメタンを効率的に、しかも、安全に貯蔵することができる。
【００２８】
電気を生じさせるために、メタンガスを燃料電池のための原料に供給するとよい。このようにすると、メタンの製造を直に燃料電池へ組み合わせて利用することができるので、極めて便利である。
【発明の効果】
【００２９】
請求項１記載の方法によれば、原料コストがかからず、かつ、入手しやすい、リグノセルロース系資源と泥土又はヘドロとを用いて、メタンガスを効率良く、しかも、大量に生成することができる。
【００３０】
請求項２記載の方法によれば、生ゴミを原料として、泥土又はヘドロを用いて、メタンガスを効率良く、しかも、大量に生成することができる。
【００３１】
請求項３記載の方法によれば、メタンガスの発生をより促進させることができる。
【００３２】
請求項４記載の方法によれば、原料コストがかからず、かつ、入手しやすく、また、使用しても枯渇の心配がない泥土又はヘドロを用いて、メタンガスを効率良く、しかも、大量に生成することができる。
【００３３】
請求項５記載の方法によれば、原料コストがかからず、かつ、入手しやすい材料を用いて、メタンガスを効率良く、しかも、大量に生成することができる。
【００３４】
請求項６記載の方法は、木質材粉砕物の腐朽化に適している。
【００３５】
請求項７記載の方法は、木質材粉砕物の腐朽化に適している。
【００３６】
請求項８記載の方法は、メタンガスを生産するのに適した環境でメタンガスを生産することができる。
【００３７】
請求項９記載の方法によれば、生成したメタンを効率的に、しかも、安全に貯蔵することができる。
【００３８】
請求項１０記載の方法によれば、メタンの製造を直に燃料電池へ組み合わせて利用することができるので、極めて便利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。ただし、以下に示す例はあくまでも一例を示すものであって、それらに限定されるということではない。
【００４０】
(1) 木質原料の選定
同一出願人に係る先の出願（出願番号：特願２００３−０３４４３０、出願日：平成１５年  ２月１２日）において、木質原料として、針葉樹と広葉樹の両方のもの、そして、針葉樹と広葉樹の両方のものを全て含んでいる廃樹木、切り枝、及び葉（通常の庭木の剪定で生じる割合）や、杉の葉と幹、落葉樹、落ち葉、檜の葉と幹、松の葉と幹などを用いると良いことが実証されている。そして、それらを粉砕機で粉砕して８ｍｍの目の篩を通る寸法の粉砕物（チップ）にする。一度での粉砕が困難な場合には、一旦粗い粉砕物にしてから再び細かく粉砕すれば良い。
【００４１】
(2) 木質原料の部分的腐朽化処理
同一出願人に係る先の出願（出願番号：特願２００３−０３４４３０、出願日：平成１５年  ２月１２日）において、上記粉砕物チップを堆積させ、２日に１回の間隔で湿り気を与えながら、２０日〜１ケ月保つと良いことが実証されている。内部温度が約５０〜６０℃となること、及び、内部で好気性従属栄養最近（主に白色腐朽菌及び糸状腐朽菌）が自然に（１週間程度で）付着し始めることを目視確認している。酸素を供給した場合には、上記の好気性菌の活性化により好気性菌のより早い付着が認められることも確認している。大規模生産において、この腐朽菌処理工程は時々水をかけるだけであって、屋外の堆積で良く、比較的場所を選ばないから、２０日〜１ケ月という期間はプロセスの能率を悪化させることにはならない。
【００４２】
(3) 泥土の選定
また、同一出願人に係る先の出願（出願番号：特願２００３−０３４４３０、出願日：平成１５年  ２月１２日）では、前記ステップ(2)、すなわち、木質原料の部分的腐朽化処理工程で得られた部分的に腐朽化が進行している腐朽菌の付着したままの木質材粉砕物腐朽化チップ（以下、粉砕物腐朽化チップ又は木質材粉砕物腐朽化チップと称する）１ｋｇを、１０リットルの容器に入れ、粉砕物腐朽化チップの重量に対し５０重量％の水を加え、さらに、粉砕物腐朽化チップ重量に対し３０重量％〜５０重量％の種々の泥土を加え、それぞれの試料についてメタンガスの発生量を調べることを試みた。その結果、泥土成分としては、レンコン畑の泥土が最も適しており、その次に、濁川下流の泥土が適していることが実証されている。そして、この度の実験では、メタンガスの発生のために使用し得る泥土成分のうち、最も成績の良かったレンコン畑の泥土と、その次に成績の良かった濁川下流の泥土の二種類を、泥土成分として使用する。なお、濁川下流の泥土とは、温泉街のすぐ下流の泥土のことをいう。
【００４３】
(4) 泥土の純粋寒天培養
本発明においては、上記粉砕物腐朽化チップに泥土又はヘドロ（以下、単に泥土と称する）を加える前に、その泥土を純粋寒天培養する。泥土を純粋寒天培養するに当っては、その泥土を寒天培養床で一定の温度、例えば、３５℃程度を保ち、一週間程度培養するのが良い。その場合における泥土の量は、寒天培養床２ｋｇに対し５００ｇ〜１ｋｇ程度とするのが良い。
【００４４】
(5) 肉汁の添加
純粋寒天培養された寒天に、少なくとも肉汁を添加する。「肉汁」とは、牛、豚、鶏その他各種の肉の脂身を煮詰めてゼラチン状にしたものをいい、その添加量は好ましくは１０ｇ程度である。純粋寒天培養された寒天に肉汁を添加した後、一定の温度、例えば、３５℃程度を保ち、さらに一週間程度培養するのが良い。
【００４５】
(6) メタンガス発生
１ｋｇの粉砕物腐朽化チップを１０リットルの容器に入れ、粉砕物腐朽化チップの重量に対し５０重量％の水を加え、さらに、肉汁添加後一週間程度培養した寒天を粉砕物腐朽化チップ重量に対し５０重量％加え、窒素によるエアーパージを行った。その際、容器内は低酸素状態にあるが、その中の温度を３５℃に保ち、以降１週間から約８週間後迄メタンガスの発生量を測定した。メタンガスの測定は、ＪＩＳ  Ｋ  ２３０１ガスクロマトグラフィー（ＴＣＤ）法に基づいて行った。なお、水道水は殺菌作用がある可能性があるから、ここで使用する水は井戸水（軟水）を使用した。
【００４６】
(7) メタンガスの採集
メタンガスの採集実験を１０リットルのポリタンクで行った。そして、仕込みから約８週間にわたり１週間ないし２週間あるいはその期間のある１回の値を、結果として記録した。
【実施例】
【００４７】
（実施例１、２）
実施例１、実施例２の場合の数値を、表１と図１（グラフ）に示す。実施例１では、レンコン畑の泥土を純粋寒天培養し、その寒天に肉汁を添加した後、さらに培養した寒天を用い、実施例２では、濁川の泥土を純粋寒天培養し、その寒天に肉汁を添加した後、さらに培養した寒天を用いた。
【００４８】
【表１】
2006089668.tif 000002
【００４９】
（比較例１）
粉砕物腐朽化チップに純粋寒天培養されていない泥土を加えても、メタンガスの発生が認められることは、同一出願人に係る先の出願（出願番号：特願２００３−０３４４３０、出願日：平成１５年  ２月１２日）ですでに実証されており、そのデータを比較例１として表２に示す。
【００５０】
【表２】
2006089668.tif 000003
【００５１】
表１と表２とから明らかなように、実施例１、２の場合（泥土を純粋寒天培養し、その寒天に肉汁を添加した場合）には、純粋寒天培養されていない泥土（肉汁無添加）を用いた場合に比べて、メタンガスの発生量が大きく増加することが実証された。
【００５２】
（比較例２、３）
肉汁を添加することの良否を実証するために、レンコン畑の泥土を純粋寒天培養し、その寒天に、実施例１、２における肉汁に代えてそれと同じ量のポテト（片栗粉）を添加し、その後さらに培養した寒天を用いて、実施例１、２の場合と同じようにメタンガスの採集実験を行った。また、濁川の泥土を純粋寒天培養し、その寒天に、実施例１、２における肉汁に代えてそれと同じ量のポテトを添加し、その後さらに培養した寒天を用いて、実施例１、２の場合と同じようにメタンガスの採集実験を行った。それらの結果を、比較例２及び比較例３として、表３に示す。また、表３の結果を図２にグラフで示す。
【００５３】
【表３】
2006089668.tif 000004
【００５４】
表１と表３、図１と図２からも明らかなように、実施例１、２の場合（肉汁を添加した場合）には、泥土を純粋寒天培養し、その寒天に実施例１、２における肉汁に代えてポテト（片栗粉）を添加した場合に比べて、メタンガスの発生量が大きく増加することが実証された。
【００５５】
（比較例４〜１０）
一方、粉砕物腐朽化チップを用いることの良否を実証するために、粉砕物腐朽化チップに代えて以下に示す各種の有機質を用い、実施例１、２の場合と同じようにメタンガスの採集実験を行った。それらの結果を、比較例４〜１０として表４〜表７に示す。
各種の有機質：オカラ、キノコ（ナメコ）、キノコ（シメジ）、キノコ（エノキ）、米ヌカ、モミガラ、残飯
【００５６】
【表４】
2006089668.tif 000005
【００５７】
【表５】
2006089668.tif 000006
【００５８】
【表６】
2006089668.tif 000007
【００５９】
【表７】
2006089668.tif 000008
【００６０】
表４〜表７からも明らかなように、粉砕物腐朽化チップ以外の有機質では、たとえ泥土を純粋寒天培養し、その寒天を用いても、メタンガスの発生量が極めて少ないか、あるいは、採取不能であることが実証された。
【００６１】
（比較例１１）
また、上述の有機質に代えて以下に示す有機質を用い、実施例１、２の場合と同じようにメタンガスの採集実験を行った。その結果を、比較例１１として表８に示す。
有機質：河川のアオコ
【００６２】
【表８】
2006089668.tif 000009
【００６３】
表８からも明らかなように、自然界で発生するこの種の有機質を用いても、メタンガスの発生量が極めて少ないことが実証された。
【００６４】
（比較例１２〜１４）
一方、メタンガスを発生させるに当って、家畜の糞を利用することが発案されており、それが果たして可能なのか否かを確認するために、牛糞、豚糞、鶏糞を用いてメタンガスの採集実験を行ってみた。それぞれの結果を、比較例１２〜１４として表９、表１０に示す。また、表９、表１０の結果を図３にグラフで示す。
【００６５】
【表９】
2006089668.tif 000010
【００６６】
【表１０】
2006089668.tif 000011
【００６７】
表１、表２と表９、表１０とから、及び図１と図３とから明らかなように、粉砕物腐朽化チップに泥土を加えてメタンガスを発生させるに当って、泥土を加える前に、その泥土を純粋寒天培養するとともに、純粋寒天培養された寒天に少なくとも肉汁を添加すれば、牛糞、豚糞、鶏糞を用いた場合ほどではないが十分な成果が得られることが実証された。
【００６８】
次に、上記試料Ｂについて、以下に示す方法で直接計数法により、試料Ｂ中の細菌数を計数した。
【００６９】
（試料の前処理）
検体から約５ｇを分取し、抽出バッファー（１００ｍＭ  Ｔｒｉｓ−ＨＣＬ［ｐＨ９．０］，５０ｍＭ  ＥＤＴＡ）を加え、ホモジナイザー（エースホモジナイザー［日本精機製作所製、東京］）（１５０００ｒｐｍ,１５分）で分散後、殺菌済み５０ｍＬチューブに移した。
【００７０】
（検体中の細菌数の計数）
前処理を行った検体を原液として滅菌水で希釈液を作製し、あらかじめズダンブラックで黒暗色に染色した孔径０．２μｍのヌクレポアフィルターでろ過し、検体中の懸濁液を回収した。フィルターは１試料あたり２枚用意した。スライドグラス上にマウントした、ろ過済みのフィルターを無蛍光エマルジョンオイルを用い、落射型蛍光顕微鏡（オリンパスＡＸ８０[オリンパス光学工業製、東京]）に１００倍の対物レンズ（ＵｐｌａｎＡｐｏ  １００ｘＯＩ）を装着して検鏡した。メタン菌の持つＦ−４２０自家蛍光を観察するためのフィルターキューブとして、ＢＶ励起観察用オリンパスＵ−ＭＷＢＶ（ダイクロイックミラーＤＭ４５５、励起フィルターＢＰ４００−４４０、吸収フィルターＢＡ４７５）を使用した。
接眼レンズ側に計数用グリッド（１０×１０マス、方形状、１マスの辺の長さは１０μｍ）を入れ、任意の区画数あたりの細菌数を数取り器で計数した。１枚のフィルターあたり、１０視野について計数を行い、計数に用いた区画数、細菌数を記録した。２枚のフィルターについて得られた細菌数の平均から、次式により検体１ｍＬ中のメタン菌の割合（菌数）を求めた。
【００７１】
【数１】
2006089668.tif 000012
【００７２】
この場合に用いたシートを表１１に示す。なお、計数用フィルター作製で用いた希釈試料の最終量は、原液１μＬであった。また、フィルターろ過面積は１９３．５ｍｍ2であった。上記式から直接計数法による検体１ｍＬあたりのメタン菌の割合を計算すると、次のようになる。
全メタン菌数  ＝  １．４６×１０9
【００７３】
【表１１】
2006089668.tif 000013
【００７４】
以上から明らかなように、レンコン畑の泥土を純粋寒天培養し、あるいは、濁川の泥土を純粋寒天培養し、その寒天に肉汁を添加し、そのいずれかを粉砕物腐朽化チップに加えた場合には、純粋寒天培養されていない泥土（肉汁無添加）を用いた場合に比べて、メタンガスの発生量が大きく増加することを確認することができた。
【００７５】
なお、泥土（促進剤）の量を変えても、メタン発生量が変わらないことは、同一出願人に係る先の出願（出願番号：特願２００３−０３４４３０、出願日：平成１５年  ２月１２日）において実証されており、本発明の場合にも適用され得る。すなわち、泥土は必要十分量が供給された状態でその量が変化しても、メタン生成量の変化に大きく関係してこない。このことは、泥土がメタンの原料としてよりも、ある範囲の量でメタン発生を促進するように作用していると考えられる。例えば、微生物の供給に寄与するものとの考え方が成り立つと思われる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】粉砕物腐朽化チップに泥土を加える前にその泥土を純粋寒天培養するとともに、純粋寒天培養された寒天に肉汁を添加した後、さらに培養した寒天を用いてメタンガスを発生させた場合の結果を示すグラフである。
【図２】粉砕物腐朽化チップに純粋寒天培養されていない泥土を加えても、メタンガスの発生が認められることを、比較例として示すグラフである。
【図３】牛糞、豚糞、鶏糞を用いてメタンガスの採集実験を行った結果を示すグラフである。
【図１】
2006089668.tif 000014
【図２】
2006089668.tif 000015
【図３】
2006089668.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成16年10月18日(2004.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
リグノセルロースは地球上で最も多量に存在する有機物であり、構造性多糖のセルロース及びヘミセルロース、芳香族化合物の重合体のリグニンから構成される。なかでも、木質系の廃棄物質は燃やすと高温になるので、廃棄物処分業者にも引き取りをいやがられる存在であり、単に堆肥化するのも加熱を要したりして厄介である（例えば、特許文献１参照）。成形物に混ぜたり、熱分解したりして利用する場合もあるが、熱を加えない処理に関しては現状ではシロアリの利用が可能かどうかについて研究がなされている程度で、再利用できないようなものは焼却処分するか、放置するしかないのが現状である。
【特許文献１】特開２００２−３２６０７４号公報
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
これまで、メタン醗酵又は消化ガスやバイオガス生産における基質又は原料としては、生ゴミ、牛糞、豚糞、鶏糞その他の畜産糞尿、廃棄農作物、食品工業からの廃棄物などが知られている。また、セルロース質の原料を用いてメタンガスを発生することも、例えば、特許文献２に記載されている。
【特許文献２】特開２００２−２４８４４８号公報ただし、セルロース質の原料と言っても、動物の胃腸・内蔵を通り抜け種々の酵素作用を受けた後のものである畜産糞尿を用いた実例が知られているに過ぎない。ある情報（例えば、非特許文献１）によれば、畜産糞のリグニンは食べられた牧草のリグニンとは別のものである。
【非特許文献１】東北農試たよりＮｏ．７９、  １９９６年９月
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
木質材粉砕物腐朽化チップを原料として用いる場合における本発明の効率の良いメタン生産は、次のようなプロセスを経るものと推測される。木質材の粉砕物の好気的な条件下での堆積により木質材腐朽菌が粉砕物の表面に付着し、部分的な腐朽が進行した粉砕物が水中に浸漬されることによって、好気性の腐朽菌は粉砕物表面で細かい気泡を生じる。気泡の酸素を消費し尽くした状態で腐朽菌は死滅し、それに代わって気泡と水との界面に泥土又はヘドロ中の嫌気性の水素生成菌が繁殖しやすい状態になる。水素生成菌はセルロース、ヘミセルロース等を分解し、リグニンとセルロースとの結合は破壊されて粉砕物は柔らかくなり、水素生成菌の繁殖によりそれを栄養とする泥土又はヘドロ中に存在したメタン産生菌が繁殖し、メタンを生成すると考えられる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
(2) 木質原料の部分的腐朽化処理
同一出願人に係る先の出願（出願番号：特願２００３−０３４４３０、出願日：平成１５年  ２月１２日）において、上記粉砕物チップを堆積させ、２日に１回の間隔で湿り気を与えながら、２０日〜１ケ月保つと良いことが実証されている。内部温度が約５０〜６０℃となること、及び、内部で好気性従属栄養細菌（主に白色腐朽菌及び糸状腐朽菌）が自然に（１週間程度で）付着し始めることを目視確認している。酸素を供給した場合には、上記の好気性菌の活性化により好気性菌のより早い付着が認められることも確認している。大規模生産において、この腐朽菌処理工程は時々水をかけるだけであって、屋外の堆積で良く、比較的場所を選ばないから、２０日〜１ケ月という期間はプロセスの能率を悪化させることにはならない。
【手続補正書】
【提出日】平成16年11月17日(2004.11.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタンガスを生産する方法と、その方法を利用して電気を造り出す方法に関するものである。さらに詳しくは、樹木を切ったときに発生する木質系の廃材などに代表される材料であって、家畜等の動物の消化管を通ったことがなく、かつ、工業的に食品または飼料とするために加工又は分解工程を受けたことがなく、かつ、食品又は食品原料としては不適である、リグニン含有セルロース質材料、即ち木質系も含めたリグノセルロース系資源を原料としてメタンガスを生産する方法と、その方法を利用して電気を造り出す方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リグノセルロースは地球上で最も多量に存在する有機物であり、構造性多糖のセルロース及びヘミセルロース、芳香族化合物の重合体のリグニンから構成される。なかでも、木質系の廃棄物質は燃やすと高温になるので、廃棄物処分業者にも引き取りをいやがられる存在であり、単に堆肥化するのも加熱を要したりして厄介である（例えば、特許文献１参照）。成形物に混ぜたり、熱分解したりして利用する場合もあるが、熱を加えない処理に関しては現状ではシロアリの利用が可能かどうかについて研究がなされている程度で、再利用できないようなものは焼却処分するか、放置するしかないのが現状である。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２６０７４号公報
【０００４】
有機物から生じ得るメタンガスは無制御状態で大気中に放出されると、二酸化炭素の約２０倍もの温室効果を持つ温室効果ガスとして環境に悪影響を及ぼす。一方、タンク内でこれを廃棄物の処理工程として大気中に漏れ出ることがないように発生させれば、廃棄物の部分的処理と有用メタンガス生産の両方を一挙に実現出来るはずである。
【０００５】
メタンガスの有用性は、燃料としてエネルギー源になり得ること、燃料電池で使用する改質反応や直接分解により水素を製造するための原料になり得ること、または直接バイオガス利用のリン酸型燃料電池に利用され得ること等にある。
【０００６】
微生物作用によりメタン醗酵で有機物がメタンに変換されることは周知であり、消化ガスやバイオガス（メタンや二酸化炭素等の混合ガス）と呼ばれる廃棄物処理への応用も盛んになって来た。
【０００７】
これまで、メタン醗酵又は消化ガスやバイオガス生産における基質又は原料としては、生ゴミ、牛糞、豚糞、鶏糞その他の畜産糞尿、廃棄農作物、食品工業からの廃棄物などが知られている。また、セルロース質の原料を用いてメタンガスを発生することも、例えば、特許文献２に記載されている。
【０００８】
【特許文献２】特開２００２−２４８４４８号公報
【０００９】
ただし、セルロース質の原料と言っても、動物の胃腸・内蔵を通り抜け種々の酵素作用を受けた後のものである畜産糞尿を用いた実例が知られているに過ぎない。ある情報（例えば、非特許文献１）によれば、畜産糞のリグニンは食べられた牧草のリグニンとは別のものである。
【００１０】
【非特許文献１】東北農試たよりＮｏ．７９、  １９９６年９月
【００１１】
また、非特許文献２には、大量（おそらく７５％程度）の厨芥とわずかな量（おそらく４％程度）の草木屑の混合物をバイオガスの製造のための原料にすることが記載されているが、草木屑処分のために主に草木屑をバイオガスの製造の原料とすることは知られていない。（なお、非特許文献３も参照）。
【００１２】
【非特許文献２】堂野千里・浜嶋光洋、  「環境技術  生ごみバイオガス化技術（ＩＭＣ）  ２９−９」、  第６７６〜６８１頁、  ２０００年
【００１３】
【非特許文献３】(株)栗本鐵工所  浜嶋  光洋・中村  幸子、  バブコック日立(株)  守  秀治・下平  和佳子、    「生ごみを対象としたメタン醗酵システムの開発」  http://www.kurimoto.co.jp/rd/pdf_ronbun/ron110.pdf
【００１４】
ところで、有機物のメタン化の容易度は、
易分解性有機物：糖、澱粉、水溶性タンパク質＞中分解性有機物：菌体タンパク質、脂肪、ヘミセルロース、非結晶性セルロース＞難分解性有機物：結晶性セルロース、リグノセルロース、リグニン、硬タンパク
の順であるとされている。また、バイオガスについて、「原料に向かないものは、ネギ、タマネギ、ニンニク、魚・獣類の腐肉や内臓、落花生、茶ガラ、大豆、わら、鋸屑、紙等である。」と述べられている。
【００１５】
メタン化をしないで木質系廃棄物の腐朽を実施させることだけに関しても、前記特許文献１（特開２００２−３２６０７４号公報）に、「木質系廃棄物は含水率が低く、リグニン質、セルロース、ヘミセルロース等の微生物分解が難しい成分を多く含むので、醗酵温度が上昇せず、コンポストの十分な腐熟が得難い問題点もある。腐熟とは、作物に生育障害を起こさない程度にまで有機質材を腐朽させることである。このため、特に寒冷地においては、コンポストを腐熟させるためにヒータ等で醗酵槽を加熱する必要があり、腐熟のためにさらにエネルギーの消費量が多くなる問題点が経験された。」と記載されるように、木質系廃棄物の処分は厄介な問題である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述したように、メタン醗酵やバイオガス製造の原料として（リグノセルロース系資源として畜産糞尿を含めた）種々の廃棄有機物が使用されているにもかかわらず、また、樹木等の成長が多量のリグノセルロース系資源としての廃棄物を生じるにもかかわらず、切り取ったままの樹木の枝など家畜の胃腸管を通ったことのないリグノセルロース系資源は、地球上で最も多量に存在する有機物の一形態でありながら、メタン醗酵又はバイオ生産の原料としてこれまで利用されなかった。さらに、これまで生ゴミ等を用いたバイオガスの製造はメタンの発生量がそれほどでもなかった。
【００１７】
そこで、大量の原料が存在しているにもかかわらず、これまではメタンガスを発生させるための原料としては不適とされてきた樹木の枝など、家畜の胃腸管を通ったことのないリグニンの結合しているセルロース質を含んでいる材料又は廃物を、メタンガスを発生させるための原料として用いてメタンガスを製造することができれば、極めて価値があると言える。
【００１８】
これらの目的を達成するため、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、それを可能ならしめる技術開発に成功し、また、特許としてすでに出願を済ませている（出願番号：特願２００３−０３４４３０、出願日：平成１５年  ２月１２日）。ところで、それらの技術の要旨は、以下のようなものである。
【００１９】
すなわち、植物体の一部をなしていた木質系部分を含む材料であって、家畜等の動物の消化管を通ったことがなく、かつ、工業的に食品または飼料とするために加工又は分解工程を受けたことがなく、かつ、食品又は食品原料として不適である、リグニンの結合しているセルロース質を含んでいる材料を用いる場合においては、その材料を粉砕して細かいチップの集合体とし、このチップの集合体を、湿り気を与えながら好気的条件下で、チップの形状をそのまま保持した状態で、少なくとも腐朽菌の付着により部分的に腐朽の開始が認められるまでの一定期間堆積し、この堆積物をタンクに入れ、水及び前記堆積物の重量に対して少なくとも２０重量％の泥土又はヘドロを加え、前記タンク内容物をメタン醗酵に適した温度で嫌気的条件下で培養し、このタンクからメタンガスを取り出すところにある。
【００２０】
また、生ゴミを原料として用いる場合においては、
(a) 搬入口から搬入される生ゴミを、必要ならば、生ゴミを粉砕した後、水性嫌気性菌に富んだ泥土又はヘドロと、攪拌槽で攪拌し、
(b) この攪拌物を嫌気的条件下のサイロに入れ、このサイロ中に一定期間保持して生ゴミを分解させ、
(c) 前記サイロ中で発生するメタンガスをサイロから取り出して収集する、
ところにある。
【００２１】
これらの方法を採用することにより、従来の場合よりも効率的にメタンガスを生成することができることが判ったが、本発明者はさらに研究を進めてより大量のメタンガスを生成することができないかを模索し続けた。その結果、ついにその方法を見出すに至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
その方法とは、前記堆積物あるいは生ゴミもしくは粉砕後の生ゴミに泥土又はヘドロを加える前に、その泥土又はヘドロを純粋寒天培養するとともに、純粋寒天培養された寒天に少なくとも肉汁を添加し、この混合物を前記堆積物あるいは生ゴミもしくは粉砕後の生ゴミに加える点に特徴がある。すなわち、泥土又はヘドロを純粋寒天培養するとともに、純粋寒天培養された寒天に少なくとも肉汁を添加し、この混合物を前記堆積物あるいは前記生ゴミもしくは粉砕後の生ゴミに加えることにより、メタンガスの発生を促進させることができる。
【００２３】
純粋寒天培養された寒天に肉汁を添加した後、さらに培養するとよい。この培養により、メタンガスの発生をより促進させることができる。
【００２４】
泥土又はヘドロを純粋寒天培養するに当っては、泥土又はヘドロを寒天培養床で一定の温度、例えば、３５℃程度を保ち、一週間程度培養するのがよい。その場合における泥土又はヘドロの量は、寒天培養床２ｋｇに対し５００ｇ〜１ｋｇ程度が好ましい。また、純粋寒天培養された寒天に肉汁を添加した後の培養期間も、一週間程度が好ましい。
「肉汁」とは、牛、豚、鶏その他各種の肉の脂身を煮詰めてゼラチン状にしたものをいい、その添加量は好ましくは１０ｇ程度である。
【００２５】
前記泥土又はヘドロをより具体的にいうと、水素生成菌とメタン産生菌の両方の棲息に適していてこれらの菌を含んでいるもの、あるいは、水をはったレンコン畑の中の泥土又はヘドロ、生活排水や温泉浴場の排水等によりある程度有機物を含む河川の水のよどんだ所の底にある泥土又はヘドロ、及び有機物を多く含んでいる湖沼の底の泥土又はヘドロからなる群から選択される泥土又はヘドロを挙げることができる。
【００２６】
「泥土」とは、ぬかるみのような物性の水分の多い泥土を意味する。「ヘドロ」が水底に沈澱した有機物含有の泥を意味するときは、「泥土」に含まれ得る。また、「汚泥」も「泥土」に含まれる場合があり得る。粉砕物腐朽化チップの堆積物の重量に対するその様な泥土の重量パーセントが示される場合は、そのような水分を含んだものの重量％で示され、乾物のパーセントではない。
【００２７】
「水素生成菌とメタン産生菌の両方の棲息に適していてこれらの菌を含んでいる泥土」に関して、水素生成菌とメタン産生菌の利用する栄養は異なっているとされているが、嫌気性条件下水素生成菌のいる所にメタン産生菌もいると考えられる。
「水素生成菌とメタン産生菌の両方の棲息に適していてこれらの菌を含んでいる泥土又はヘドロ」については、一例として、土壌がタンパク質分解物又は有機物にもある程度富んでいる場所において、その土壌が嫌気性となっている（例えば、水底に存在する）場合であって、水が流れておらず澱んでおり、なおかつ、水が汚れていない（上の水が澄んでいる）場合に、そのような泥土又はヘドロは水素生成菌とメタン産生菌の両方の棲息に適していると考えられる。
水をはったレンコン畑の中の泥土又はヘドロ、生活排水や温泉浴場の排水等によりある程度有機物を含む河川の水のよどんだ所の底にある泥土又はヘドロ、及び有機物を多く含んでいる湖沼の底の泥土又はヘドロは、このような条件を満たすものである。
【００２８】
木質の原料の例としては、樹木の枝や幹を切って生じた処分材、倒木や廃棄樹木及びそれらの一部、及び落葉からなる群から選択される１以上のもの、又はそれの実質的な量又は主要量と廃棄野菜、雑草ゴミ、ワラ、生ゴミからなる群から選択される１以上のものとの混合物を挙げることができる。木質の原料として、製材工程や解体で生じる廃木材及び木屑等も使用できる場合があるが、近年主流の外国産材木は海水が侵入していることにより、また、新建材は化学物質が含まれているので、適しない場合も多い。
木質材の粉砕は、８ｍｍの篩の目に通る程度に粉砕するのが好ましい。木質系廃棄物は小枝を含んでいたり、繊維状で細長いものであるから、長さは８ｍｍよりも長い断片のものも含まれる。例えば、あらかじめ２ｃｍ程度に粉砕しておいて、次に８ｍｍの篩の目に通る程度に粉砕することができる。
【００２９】
木質材粉砕物チップを堆積して腐朽化させる際の堆積物全体の水分は６０％程度が好ましい。堆積して腐朽化させる段階では、水を撒き好気性にするために通気すればよく、それ以外に混ぜ物をする必要はない。混ぜ物をすると逆効果となる場合もあり得る。例えば、茸（ナメコ及びシメジ）の菌の残渣を混入して腐朽を試みた場合、後のメタン醗酵段階に悪影響がみられた。堆積段階で温度は５０〜６０℃程度に上昇することが認められた。堆積期間は２０〜３０日が良い。すなわち、腐朽の開始の認められた程度から少し腐朽が進行した程度の時点であり、チップの形状は維持された状態のままとする。
【００３０】
木質材粉砕物腐朽化チップを原料として用いる場合における本発明の効率の良いメタン生産は、次のようなプロセスを経るものと推測される。木質材の粉砕物の好気的な条件下での堆積により木質材腐朽菌が粉砕物の表面に付着し、部分的な腐朽が進行した粉砕物が水中に浸漬されることによって、好気性の腐朽菌は粉砕物表面で細かい気泡を生じる。気泡の酸素を消費し尽くした状態で腐朽菌は死滅し、それに代わって気泡と水との界面に泥土又はヘドロ中の嫌気性の水素生成菌が繁殖しやすい状態になる。水素生成菌はセルロース、ヘミセルロース等を分解し、リグニンとセルロースとの結合は破壊されて粉砕物は柔らかくなり、水素生成菌の繁殖によりそれを栄養とする泥土又はヘドロ中に存在したメタン産生菌が繁殖し、メタンを生成すると考えられる。
【００３１】
一方、生ゴミを原料として用いる場合における本発明の効率の良いメタン生産も、水素生成菌の繁殖により生ゴミが分解され、水素生成菌を栄養とする泥土又はヘドロ中に存在していたメタン産生菌が繁殖し、メタンを生成すると考えられる。
【００３２】
そして、前記タンク中の堆積物あるいは前記攪拌槽中の生ゴミもしくは粉砕後の生ゴミに泥土又はヘドロを加える前に、その泥土又はヘドロを純粋寒天培養するとともに、純粋寒天培養された寒天に少なくとも肉汁を添加し、この混合物を前記タンク中の堆積物あるいは前記攪拌槽中の生ゴミもしくは粉砕後の生ゴミに加えることにより、メタンガスの発生を促進させることができる。
【００３３】
生成したメタンを貯蔵するために、水を吸着させた活性炭に、生じたメタンを吸着させるとよい。このようにすると、生成したメタンを効率的に、しかも、安全に貯蔵することができる。
【００３４】
電気を生じさせるために、メタンガスを燃料電池のための原料に供給するとよい。このようにすると、メタンの製造を直に燃料電池へ組み合わせて利用することができるので、極めて便利である。
【発明の効果】
【００３５】
請求項１記載の方法によれば、原料コストがかからず、かつ、入手しやすい、リグノセルロース系資源と泥土又はヘドロとを用いて、メタンガスを効率良く、しかも、大量に生成することができる。
【００３６】
請求項２記載の方法によれば、生ゴミを原料として、泥土又はヘドロを用いて、メタンガスを効率良く、しかも、大量に生成することができる。
【００３７】
請求項３記載の方法によれば、メタンガスの発生をより促進させることができる。
【００３８】
請求項４記載の方法によれば、原料コストがかからず、かつ、入手しやすく、また、使用しても枯渇の心配がない泥土又はヘドロを用いて、メタンガスを効率良く、しかも、大量に生成することができる。
【００３９】
請求項５記載の方法によれば、原料コストがかからず、かつ、入手しやすい材料を用いて、メタンガスを効率良く、しかも、大量に生成することができる。
【００４０】
請求項６記載の方法は、木質材粉砕物の腐朽化に適している。
【００４１】
請求項７記載の方法は、木質材粉砕物の腐朽化に適している。
【００４２】
請求項８記載の方法は、メタンガスを生産するのに適した環境でメタンガスを生産することができる。
【００４３】
請求項９記載の方法によれば、生成したメタンを効率的に、しかも、安全に貯蔵することができる。
【００４４】
請求項１０記載の方法によれば、メタンの製造を直に燃料電池へ組み合わせて利用することができるので、極めて便利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。ただし、以下に示す例はあくまでも一例を示すものであって、それらに限定されるということではない。
【００４６】
(1) 木質原料の選定
同一出願人に係る先の出願（出願番号：特願２００３−０３４４３０、出願日：平成１５年  ２月１２日）において、木質原料として、針葉樹と広葉樹の両方のもの、そして、針葉樹と広葉樹の両方のものを全て含んでいる廃樹木、切り枝、及び葉（通常の庭木の剪定で生じる割合）や、杉の葉と幹、落葉樹、落ち葉、檜の葉と幹、松の葉と幹などを用いると良いことが実証されている。そして、それらを粉砕機で粉砕して８ｍｍの目の篩を通る寸法の粉砕物（チップ）にする。一度での粉砕が困難な場合には、一旦粗い粉砕物にしてから再び細かく粉砕すれば良い。
【００４７】
(2) 木質原料の部分的腐朽化処理
同一出願人に係る先の出願（出願番号：特願２００３−０３４４３０、出願日：平成１５年  ２月１２日）において、上記粉砕物チップを堆積させ、２日に１回の間隔で湿り気を与えながら、２０日〜１ケ月保つと良いことが実証されている。内部温度が約５０〜６０℃となること、及び、内部で好気性従属栄養細菌（主に白色腐朽菌及び糸状腐朽菌）が自然に（１週間程度で）付着し始めることを目視確認している。酸素を供給した場合には、上記の好気性菌の活性化により好気性菌のより早い付着が認められることも確認している。大規模生産において、この腐朽菌処理工程は時々水をかけるだけであって、屋外の堆積で良く、比較的場所を選ばないから、２０日〜１ケ月という期間はプロセスの能率を悪化させることにはならない。
【００４８】
(3) 泥土の選定
また、同一出願人に係る先の出願（出願番号：特願２００３−０３４４３０、出願日：平成１５年  ２月１２日）では、前記ステップ(2)、すなわち、木質原料の部分的腐朽化処理工程で得られた部分的に腐朽化が進行している腐朽菌の付着したままの木質材粉砕物腐朽化チップ（以下、粉砕物腐朽化チップ又は木質材粉砕物腐朽化チップと称する）１ｋｇを、１０リットルの容器に入れ、粉砕物腐朽化チップの重量に対し５０重量％の水を加え、さらに、粉砕物腐朽化チップ重量に対し３０重量％〜５０重量％の種々の泥土を加え、それぞれの試料についてメタンガスの発生量を調べることを試みた。その結果、泥土成分としては、レンコン畑の泥土が最も適しており、その次に、濁川下流の泥土が適していることが実証されている。そして、この度の実験では、メタンガスの発生のために使用し得る泥土成分のうち、最も成績の良かったレンコン畑の泥土と、その次に成績の良かった濁川下流の泥土の二種類を、泥土成分として使用する。なお、濁川下流の泥土とは、温泉街のすぐ下流の泥土のことをいう。
【００４９】
(4) 泥土の純粋寒天培養
本発明においては、上記粉砕物腐朽化チップに泥土又はヘドロ（以下、単に泥土と称する）を加える前に、その泥土を純粋寒天培養する。泥土を純粋寒天培養するに当っては、その泥土を寒天培養床で一定の温度、例えば、３５℃程度を保ち、一週間程度培養するのが良い。その場合における泥土の量は、寒天培養床２ｋｇに対し５００ｇ〜１ｋｇ程度とするのが良い。
【００５０】
(5) 肉汁の添加
純粋寒天培養された寒天に、少なくとも肉汁を添加する。「肉汁」とは、牛、豚、鶏その他各種の肉の脂身を煮詰めてゼラチン状にしたものをいい、その添加量は好ましくは１０ｇ程度である。純粋寒天培養された寒天に肉汁を添加した後、一定の温度、例えば、３５℃程度を保ち、さらに一週間程度培養するのが良い。
【００５１】
(6) メタンガス発生
１ｋｇの粉砕物腐朽化チップを１０リットルの容器に入れ、粉砕物腐朽化チップの重量に対し５０重量％の水を加え、さらに、肉汁添加後一週間程度培養した寒天を粉砕物腐朽化チップ重量に対し５０重量％加え、窒素によるエアーパージを行った。その際、容器内は低酸素状態にあるが、その中の温度を３５℃に保ち、以降１週間から約８週間後迄メタンガスの発生量を測定した。メタンガスの測定は、ＪＩＳ  Ｋ  ２３０１ガスクロマトグラフィー（ＴＣＤ）法に基づいて行った。なお、水道水は殺菌作用がある可能性があるから、ここで使用する水は井戸水（軟水）を使用した。
【００５２】
(7) メタンガスの採集
メタンガスの採集実験を１０リットルのポリタンクで行った。そして、仕込みから約８週間にわたり１週間ないし２週間あるいはその期間のある１回の値を、結果として記録した。
【実施例】
【００５３】
（実施例１、２）
実施例１、実施例２の場合の数値を、表１と図１（グラフ）に示す。実施例１では、レンコン畑の泥土を純粋寒天培養し、その寒天に肉汁を添加した後、さらに培養した寒天を用い、実施例２では、濁川の泥土を純粋寒天培養し、その寒天に肉汁を添加した後、さらに培養した寒天を用いた。
【００５４】
【表１】
2006089668.tif 000017
【００５５】
（比較例１）
粉砕物腐朽化チップに純粋寒天培養されていない泥土を加えても、メタンガスの発生が認められることは、同一出願人に係る先の出願（出願番号：特願２００３−０３４４３０、出願日：平成１５年  ２月１２日）ですでに実証されており、そのデータを比較例１として表２に示す。
【００５６】
【表２】
2006089668.tif 000018
【００５７】
表１と表２とから明らかなように、実施例１、２の場合（泥土を純粋寒天培養し、その寒天に肉汁を添加した場合）には、純粋寒天培養されていない泥土（肉汁無添加）を用いた場合に比べて、メタンガスの発生量が大きく増加することが実証された。
【００５８】
（比較例２、３）
肉汁を添加することの良否を実証するために、レンコン畑の泥土を純粋寒天培養し、その寒天に、実施例１、２における肉汁に代えてそれと同じ量のポテト（片栗粉）を添加し、その後さらに培養した寒天を用いて、実施例１、２の場合と同じようにメタンガスの採集実験を行った。また、濁川の泥土を純粋寒天培養し、その寒天に、実施例１、２における肉汁に代えてそれと同じ量のポテトを添加し、その後さらに培養した寒天を用いて、実施例１、２の場合と同じようにメタンガスの採集実験を行った。それらの結果を、比較例２及び比較例３として、表３に示す。また、表３の結果を図２にグラフで示す。
【００５９】
【表３】
2006089668.tif 000019
【００６０】
表１と表３、図１と図２からも明らかなように、実施例１、２の場合（肉汁を添加した場合）には、泥土を純粋寒天培養し、その寒天に実施例１、２における肉汁に代えてポテト（片栗粉）を添加した場合に比べて、メタンガスの発生量が大きく増加することが実証された。
【００６１】
（比較例４〜１０）
一方、粉砕物腐朽化チップを用いることの良否を実証するために、粉砕物腐朽化チップに代えて以下に示す各種の有機質を用い、実施例１、２の場合と同じようにメタンガスの採集実験を行った。それらの結果を、比較例４〜１０として表４〜表７に示す。
各種の有機質：オカラ、キノコ（ナメコ）、キノコ（シメジ）、キノコ（エノキ）、米ヌカ、モミガラ、残飯
【００６２】
【表４】
2006089668.tif 000020
【００６３】
【表５】
2006089668.tif 000021
【００６４】
【表６】
2006089668.tif 000022
【００６５】
【表７】
2006089668.tif 000023
【００６６】
表４〜表７からも明らかなように、粉砕物腐朽化チップ以外の有機質では、たとえ泥土を純粋寒天培養し、その寒天を用いても、メタンガスの発生量が極めて少ないか、あるいは、採取不能であることが実証された。
【００６７】
（比較例１１）
また、上述の有機質に代えて以下に示す有機質を用い、実施例１、２の場合と同じようにメタンガスの採集実験を行った。その結果を、比較例１１として表８に示す。
有機質：河川のアオコ
【００６８】
【表８】
2006089668.tif 000024
【００６９】
表８からも明らかなように、自然界で発生するこの種の有機質を用いても、メタンガスの発生量が極めて少ないことが実証された。
【００７０】
（比較例１２〜１４）
一方、メタンガスを発生させるに当って、家畜の糞を利用することが発案されており、それが果たして可能なのか否かを確認するために、牛糞、豚糞、鶏糞を用いてメタンガスの採集実験を行ってみた。それぞれの結果を、比較例１２〜１４として表９、表１０に示す。また、表９、表１０の結果を図３にグラフで示す。
【００７１】
【表９】
2006089668.tif 000025
【００７２】
【表１０】
2006089668.tif 000026
【００７３】
表１、表２と表９、表１０とから、及び図１と図３とから明らかなように、粉砕物腐朽化チップに泥土を加えてメタンガスを発生させるに当って、泥土を加える前に、その泥土を純粋寒天培養するとともに、純粋寒天培養された寒天に少なくとも肉汁を添加すれば、牛糞、豚糞、鶏糞を用いた場合ほどではないが十分な成果が得られることが実証された。
【００７４】
次に、上記試料Ｂについて、以下に示す方法で直接計数法により、試料Ｂ中の細菌数を計数した。
【００７５】
（試料の前処理）
検体から約５ｇを分取し、抽出バッファー（１００ｍＭ  Ｔｒｉｓ−ＨＣＬ［ｐＨ９．０］，５０ｍＭ  ＥＤＴＡ）を加え、ホモジナイザー（エースホモジナイザー［日本精機製作所製、東京］）（１５０００ｒｐｍ,１５分）で分散後、殺菌済み５０ｍＬチューブに移した。
【００７６】
（検体中の細菌数の計数）
前処理を行った検体を原液として滅菌水で希釈液を作製し、あらかじめズダンブラックで黒暗色に染色した孔径０．２μｍのヌクレポアフィルターでろ過し、検体中の懸濁液を回収した。フィルターは１試料あたり２枚用意した。スライドグラス上にマウントした、ろ過済みのフィルターを無蛍光エマルジョンオイルを用い、落射型蛍光顕微鏡（オリンパスＡＸ８０[オリンパス光学工業製、東京]）に１００倍の対物レンズ（ＵｐｌａｎＡｐｏ  １００ｘＯＩ）を装着して検鏡した。メタン菌の持つＦ−４２０自家蛍光を観察するためのフィルターキューブとして、ＢＶ励起観察用オリンパスＵ−ＭＷＢＶ（ダイクロイックミラーＤＭ４５５、励起フィルターＢＰ４００−４４０、吸収フィルターＢＡ４７５）を使用した。
接眼レンズ側に計数用グリッド（１０×１０マス、方形状、１マスの辺の長さは１０μｍ）を入れ、任意の区画数あたりの細菌数を数取り器で計数した。１枚のフィルターあたり、１０視野について計数を行い、計数に用いた区画数、細菌数を記録した。２枚のフィルターについて得られた細菌数の平均から、次式により検体１ｍＬ中のメタン菌の割合（菌数）を求めた。
【００７７】
【数１】
2006089668.tif 000027
【００７８】
この場合に用いたシートを表１１に示す。なお、計数用フィルター作製で用いた希釈試料の最終量は、原液１μＬであった。また、フィルターろ過面積は１９３．５ｍｍ2であった。上記式から直接計数法による検体１ｍＬあたりのメタン菌の割合を計算すると、次のようになる。
【００７９】
【数２】
2006089668.tif 000028
【００８０】
【表１１】
2006089668.tif 000029
【００８１】
以上から明らかなように、レンコン畑の泥土を純粋寒天培養し、あるいは、濁川の泥土を純粋寒天培養し、その寒天に肉汁を添加し、そのいずれかを粉砕物腐朽化チップに加えた場合には、純粋寒天培養されていない泥土（肉汁無添加）を用いた場合に比べて、メタンガスの発生量が大きく増加することを確認することができた。
【００８２】
なお、泥土（促進剤）の量を変えても、メタン発生量が変わらないことは、同一出願人に係る先の出願（出願番号：特願２００３−０３４４３０、出願日：平成１５年  ２月１２日）において実証されており、本発明の場合にも適用され得る。すなわち、泥土は必要十分量が供給された状態でその量が変化しても、メタン生成量の変化に大きく関係してこない。このことは、泥土がメタンの原料としてよりも、ある範囲の量でメタン発生を促進するように作用していると考えられる。例えば、微生物の供給に寄与するものとの考え方が成り立つと思われる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】粉砕物腐朽化チップに泥土を加える前にその泥土を純粋寒天培養するとともに、純粋寒天培養された寒天に肉汁を添加した後、さらに培養した寒天を用いてメタンガスを発生させた場合の結果を示すグラフである。
【図２】粉砕物腐朽化チップに純粋寒天培養されていない泥土を加えても、メタンガスの発生が認められることを、比較例として示すグラフである。
【図３】牛糞、豚糞、鶏糞を用いてメタンガスの採集実験を行った結果を示すグラフである。