(57)【要約】【課題】光合成微細藻類の培養効率を大幅に向上させる光合成微細藻類培養装置を提供する。【解決手段】光の透過可能な材質からなり、光合成微細藻類と培養液の混合液Ｃを収容し当該光合成微細藻類を培養するための培養容器１を、当該培養容器１内面のなす立体形状が高さ方向に長く延びたシルエットを有するように設置すると共に、散気手段３により培養容器１内面の下端部から二酸化炭素を供給し、混合液Ｃの高低差による大きな圧力及び長い二酸化炭素浮上時間を得ることで、混合液Ｃ中に多くの二酸化炭素を溶け込ませ光合成微細藻類の培養効率を向上させる。さらに、このような培養容器１を水中に設置し、浮力により培養容器１にかかる負荷を低減し使用材料を削減可能とすると共に、空気中と比べ耐光性・耐熱性の低い安価な材料を使用可能とすることで培養容器１の低コスト化を図る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を吸収し二酸化炭素を取り込み光合成を行う光合成微細藻類を培養するための光合成微細藻類培養装置において、
光の透過可能な材質からなり、前記光合成微細藻類と培養液の混合液を収容し当該光合成微細藻類を培養するための容器であって、当該容器内面のなす立体形状が一方向に長く延びたシルエットを有し、当該シルエットが高さ方向に長くなる状態で水中に設置された培養容器と、
前記培養容器中の前記混合液に、当該培養容器内面の下端部から二酸化炭素を供給する散気手段と、を備えたことを特徴とする光合成微細藻類培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光合成微細藻類を培養するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の元凶である二酸化炭素を光合成反応により吸収して固定化する微細生物として光合成微細藻類が注目されている。ここで、二酸化炭素の吸収を活発化させるためには、光合成微細藻類を効率的に培養することが求められる。このため、光合成微細藻類の性質に合わせ、人工光を間欠的に照射するなど様々な工夫がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２３４０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、人工光を間欠的に照射するなど、光の照射方法を調整するのみでは十分な効率が得られず、より培養効率の高い光合成微細藻類培養装置が求められていた。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、光合成微細藻類の培養効率を大幅に向上させる光合成微細藻類培養装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による光合成微細藻類培養装置は、光を吸収し二酸化炭素を取り込み光合成を行う光合成微細藻類を培養するための光合成微細藻類培養装置において、光の透過可能な材質からなり、光合成微細藻類と培養液の混合液を収容し当該光合成微細藻類を培養するための容器であって、当該容器内面のなす立体形状が一方向に長く延びたシルエットを有し、当該シルエットが高さ方向に長くなる状態で水中に設置された培養容器と、培養容器中の混合液に、当該培養容器内面の下端部から二酸化炭素を供給する散気手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
このような光合成微細藻類培養装置によれば、培養容器内面のなす立体形状が高さ方向に長く延びたシルエットを有するため、培養容器に収容される混合液の高さが高くなる。そして、混合液の高さにより、散気手段が二酸化炭素を供給する培養容器内面の下端部に大きな圧力がかかると共に、二酸化炭素が混合液中を浮上しきるまでの時間も長くなるため、多くの二酸化炭素が混合液中に溶け込む。さらに、培養容器が水中に設置されているため、培養容器外部の水圧により培養容器内面の下端部にさらに大きな圧力がかかり、一層多くの二酸化炭素が混合液中に溶け込む。以上により、光合成微細藻類の培養効率が向上する。また、培養容器が水中に設置されているため、培養容器にかかる負荷が浮力により軽減され、培養容器に使用する材料を削減することができる。さらに、水中にあることで太陽光の紫外線や熱による劣化も軽減され、培養容器に耐光性・耐熱性の低い安価な材料を用いることができる。以上により、低コストで培養容器を設置することができる。
【発明の効果】
【０００８】
このように本発明によれば、低コスト化を図りつつ、光合成微細藻類の培養効率を大幅に向上させる光合成微細藻類培養装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光合成微細藻類培養装置の概略側面構成図である。
【図２】図１中の培養容器の斜視図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る光合成微細藻類培養装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る光合成微細藻類培養装置が備える培養容器の斜視図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る光合成微細藻類培養装置が備える培養容器の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明による光合成微細藻類培養装置の好適な実施形態について図１〜図５を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１１】
先ず、本発明による光合成微細藻類培養装置の第１実施形態を説明する。図１は第１実施形態に係る光合成微細藻類培養装置の概略側面構成図、図２は図１中の培養容器の斜視図である。
【００１２】
図１に示すように、光合成微細藻類培養装置１００は、光合成微細藻類と培養液の混合液（濁液）Ｃを収容し当該光合成微細藻類を培養する１又は複数個（本実施形態では８個）の培養容器１と、水Ｅ及び培養容器１を収容する培養槽又は培養池（以降、一括して培養槽と呼ぶ）２と、培養容器１中の混合液Ｃに二酸化炭素を供給する散気手段３と、培養容器１中の混合液Ｃを回収し、培養容器１中に新たな混合液Ｃを供給する送受液ポンプ４とを備えている。
【００１３】
培養容器１に収容され培養液と混合される光合成微細藻類は、ボツリオコッカス（Botryococcus）属のボツリオコッカス・ブラウニー（Botryococcusbraunii）や、シュードコリシスチス（Pseudochoricystis）属のシュードコリシスチス・エリプソイディア（Pseudochoricystis ellipsoidea）等が用いられている。これらの光合成微細藻類は、光を吸収し二酸化炭素を取り込む光合成を行うことで石油類似の炭化水素（油）を生成する。
【００１４】
図２に示すように、培養容器１は中空直方体形状の容器であり、光の透過可能な（光透過性を有する）樹脂等の材料からなる。そして、培養容器１内面のなす立体形状は高さ、幅（横）、奥行き方向にそれぞれ辺ｈ，ｗ，ｄを有する直方体となっており、各辺の大小関係はｈ＞ｗ＞ｄとなっている。このため、培養容器１内面のなす立体形状を辺ｈ及びｄのなす面側から見たシルエットは、一方向（辺ｈの方向）に長く延びた形状となっている。ここで、立体形状を辺ｈ及びｄのなす面側から見たシルエットとは、当該立体形状が辺ｈ及びｄのなす面に正投影された像を意味している。以下、シルエットは同様の意味で用いる。
【００１５】
このような構成を有する培養容器１は、辺ｈが鉛直方向に一致するように設置され、辺ｄ及び辺ｗのなす２面が培養容器１内面の上面及び底面となっている。そして、培養容器１内面の底面には、培養容器１中に混合液Ｃを出し入れする送受液口５と、二酸化炭素を供給する散気ノズル６が設けられている。一方、培養容器１内面の上面には、混合液Ｃに溶け込まなかった二酸化炭素を排出する排気ノズル７が設けられている。なお、送受液口５及び散気ノズル６の形成箇所は底面に限定されるものではなく、底面近傍すなわち培養容器１内面の下端部であれば良い。同様に、排気ノズル７の形成箇所も上面近傍すなわち培養容器１内面の上端部であれば良い。
【００１６】
ここで、上記各辺の寸法の好ましい例としては、辺ｄを１０ｃｍ以下、辺ｈを１００ｃｍ以下、辺ｗを１０ｃｍ以上の任意の値とするものが挙げられる。
【００１７】
図１に示すように、培養容器１は、その上端部に比重が軽く浮力の大きい浮力体８が付され、排気ノズル７を空気中に露出させた状態で水Ｅ中に設置されている。そして、この培養容器１は、各種配管１１，１２により散気手段３、送受液ポンプ４と接続されている。なお、各種配管１１，１２は、その全体又は一部がフレキシブルな管路となっており、水Ｅの流動による培養容器１の動きにフレキシブルに追従することが可能となっている。
【００１８】
散気手段３は、工場等の二酸化炭素排出源９からのガスを吸入し、培養容器１に向かって排出するブロア１０を有している。このブロア１０は、散気配管１１により培養容器１の上記散気ノズル６と接続されている。
【００１９】
送受液ポンプ４は、送受液配管１２により培養容器１の上記送受液口５と接続され、培地供給配管１３により培地供給タンク１４と接続され、生産受け入れ配管１５により生産受け入れタンク１６と接続されている。培地供給タンク１４は、培養容器１に供給する新たな混合液Ｃを収容しているタンクである。また、生産受け入れタンク１６は、培養容器１において光合成微細藻類の増殖が進行した混合液Ｃを収容するタンクである。そして、送受液ポンプ４は、新たな混合液Ｃを培地供給タンク１４から培養容器１に供給する動作と、光合成微細藻類の増殖が進行した混合液Ｃを培養容器１から生産受け入れタンク１６に回収する動作の２種類の動作を選択的に行うことができるようになっている。
【００２０】
続いて、このように構成された光合成微細藻類培養装置１００の作用について、図１を参照して説明する。
【００２１】
培養容器１内の混合液Ｃには、散気手段３により二酸化炭素が供給される。また、屋外にあっては太陽光、室内にあっては室内に設けた光源の光が、水Ｅを透過し、さらに光の透過可能な材質からなる培養容器１を透過して混合液Ｃに照射される。そして、混合液Ｃ中の光合成微細藻類が光を吸収し、二酸化炭素を取り込んで光合成を行い増殖する。
【００２２】
上記二酸化炭素の供給は、散気手段３の有するブロア１０により、二酸化炭素排出源９のガスが散気配管１１及び散気ノズル６を経由して混合液Ｃ中に供給されることで行われている。そして、供給された二酸化炭素は混合液Ｃ中に溶け込み光合成微細藻類に取り込まれ、溶け込まなかった二酸化炭素は混合液Ｃ中を浮上して排気ノズル７から空気中に排出される。
【００２３】
以上の培養過程において光合成微細藻類の増殖が十分に進行すると、培養容器１中の混合液Ｃの補給及び増殖した光合成微細藻類の回収が行われる。具体的には、培養容器１中で光合成微細藻類の増殖の進行した混合液Ｃが、送受液ポンプ４により送受液口５、送受液配管１２及び生産受け入れ配管１４を介し生産受け入れタンク１６に回収される。さらに、培地タンク１４中の新たな混合液Ｃが、送受液ポンプ４により培地供給配管１３、送受液配管１２及び送受液口５を介し培養容器１中に供給される。このように混合液Ｃの補給及び光合成微細藻類の回収を行うことで、培養容器１中の光合成微細藻類が継続的に培養され、増殖過程で油を生成した光合成微細藻類が生産受け入れタンク１６に蓄積される。
【００２４】
ここで、培養容器１は、最も長い辺ｈが鉛直方向に一致するように設置されている、すなわち培養容器１内面のなす立体形状が高さ方向に長く延びたシルエットを有するように設置されているため、辺ｄや辺ｗを鉛直方向に一致させる場合と比べ収容されている混合液Ｃの高さが高くなっている。これにより、散気ノズル６の設けられた培養容器１内面の下端部に大きな圧力がかかると共に、二酸化炭素が混合液Ｃ中を浮上しきるまでの時間も長くなるため、光合成に必要な二酸化炭素が混合液Ｃ中に多く溶け込む。さらに、培養容器１が水中に設置されているため、培養容器１外部の水圧により培養容器１内面の下端部にさらに大きな圧力がかかり、一層多くの二酸化炭素が混合液Ｃ中に溶け込む。このようにして、混合液Ｃ中に溶け込む二酸化炭素の量が増え、光合成微細藻類の培養効率が向上する。
【００２５】
また、培養容器１が培養槽２中の水Ｅ中に設置されているため、培養容器１にかかる負荷が浮力により軽減され、培養容器１を薄肉化し、使用材料を削減することができる。さらに、水中にあることで太陽光の紫外線や熱による劣化も軽減され、培養容器１の材質を耐光性・耐熱性の低い安価な材質とすることができる。以上により、低コストで培養容器１を設置することができる。
【００２６】
このように、本実施形態においては、低コスト化を図りつつ、光合成微細藻類の培養効率を大幅に向上させることができる。
【００２７】
さらに、本実施形態にあっては培養容器１の上端部に浮力体８が付され、浮力体８の浮力により当該上端部が上方に牽引されて培養容器１の姿勢が安定するため、培養容器１にかかる負荷がさらに軽減される。これにより、培養容器１をさらに薄肉化し、使用材料をさらに削減することができ、一層低コストで培養容器１を設置することができる。
【００２８】
また、本実施形態にあっては培養容器１を例えば樹脂等の柔軟な材質で形成しているため、培養槽２中の水Ｅの流動に伴って培養容器１が変形し、培養容器1内部の混合液Ｃを撹拌する作用が得られる。さらに、この変形に伴い、最短辺ｄを挟む２面、すなわち対向する辺ｈ，ｈ同士が接触する程度まで接近し、培養容器１内面に付着した光合成微細藻類を除去する作用が得られる。このように光合成部際藻類の堆積が防止され、光合成微細藻類の培養効率がさらに向上する。
【００２９】
なお、本実施形態では、好ましい例として培養容器１内面の各辺の大小関係をｈ＞ｗ＞ｄとしているが、辺ｈが高さ方向に長く延びていればｗはそれ以上に長くても良い。
【００３０】
また、本実施形態では、培養容器１の上端部に浮力体８を付しているが、培養容器単体で十分な浮力を得られる場合には省略しても良い。
【００３１】
また、培養容器１をラミネート構造のフィルム材で形成してもよい。これにより、適度に強度を保ちつつ、さらに薄肉化を図ることができる。
【００３２】
また、本実施形態では、培養容器１中にの混合液Ｃ中に溶け込まなかった二酸化炭素が排気ノズル７から空気中に排出されるが、この二酸化炭素をブロア１０に戻し再度散気するようにしても良い。このようにすることで、空気中に放出される二酸化炭素をさらに削減することができる。
【００３３】
次に、本発明による光合成微細藻類培養装置の第２実施形態を説明する。図３は、第２実施形態に係る光合成微細藻類培養装置概略構成図である。
【００３４】
第２実施形態の光合成微細藻類培養装置２００が第１実施形態の光合成微細藻類培養装置１００と違う点は、培養槽２中の水Ｅ中に代え、海洋や湖等の天然の水中に培養容器１を設置し、その設置数量を大規模にした点である。
【００３５】
付帯設備１７は、第１実施形態における散気手段３や送受液ポンプ４等、培養容器１に付帯する設備を１ユニットとしてまとめて図示したものであり、所定数量の培養容器１を縦横に併設してなる１群ごとに１ユニットが設置されている。
【００３６】
本実施形態においても、第１実施形態で述べたように培養容器１単体を低コストで設置可能であるため、低コストで設置数量の大規模化を図ることができる。
【００３７】
このように、本実施形態においては、第１実施形態と同様な効果を得られるのに加え、低コストで光合成微細藻類培養装置を大規模化することで光合成微細藻類の培養効率を一層向上させることができる。
【００３８】
次に、本発明による光合成微細藻類培養装置の第３、第４実施形態を説明する。図４は、第３実施形態に係る光合成微細藻類培養装置が備える培養容器の斜視図、図５は、第４実施形態に係る光合成微細藻類培養装置が備える培養容器の斜視図である。
【００３９】
第３、第４実施形態の光合成微細藻類培養装置が第１実施形態の光合成微細藻類培養装置１００と違う点は、培養容器1を、第３実施形態にあっては辺ｈ及びｗのなしていた長方形がひし形となる培養容器１８に代え、第４実施形態にあっては辺ｈ及びｗのなしていた長方形が楕円形となる培養容器１９に代えた点である。
【００４０】
このように形状を変更しても、培養容器１８，１９内面のなす立体形状が高さ方向に長く延びたシルエットを有することに変わりは無いため、第1実施形態と同様な効果が得られる。さらに、培養容器１内面の底部両端側の二酸化炭素供給デッドスペースが解消されたため、二酸化炭素が培養容器１８，１９の全体に行き渡りやすくなり、光合成微細藻類の培養効率を一層向上させることができる。
【符号の説明】
【００４１】
1，１８，１９…培養容器、２…培養槽、３…散気手段、６…散気ノズル、９…排出源、１０…ブロア、１１…散気配管、１００，２００…光合成微細藻類培養装置、Ｃ…混合液、Ｅ…水、ｈ，ｗ，ｄ…辺。
【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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