(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、短時間、省スペース、安価に微細藻を脱水しながら、燃料利用に適した形状に成型できる微細藻の処理システムを提供することにある。【解決手段】  微細藻を含む養液を微細藻と養液成分とに分離する固液分離装置と、分離された微細藻を脱水する脱水装置とを少なくとも備えた微細藻の処理システムであって、前記脱水装置は、マイクロ波照射器と、マイクロ波照射域内の一部又は全部がマイクロ波透過性材料からなる加圧濾過器とを備えたことを特徴とする微細藻の処理システムである。【選択図】図１
2011206693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細藻を含む養液を微細藻と養液成分とに分離する固液分離装置と、
分離された微細藻を脱水する脱水装置とを少なくとも備えた微細藻の処理システムであって、
前記脱水装置は、
マイクロ波照射器と、
マイクロ波照射域内の一部又は全部がマイクロ波透過性材料からなる加圧濾過器とを備えたことを特徴とする微細藻の処理システム。
【請求項２】
前記加圧濾過器は、
微細藻を貫通して所定寸法に区切るためのマイクロ波透過性材料からなる区切部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の微細藻の処理システム。
【請求項３】
微細藻は水分と分離可能な有価物を含んでおり、
前記脱水装置でマイクロ波加熱により微細藻から蒸発した気化抽出物を回収して凝縮する凝縮器と、
凝縮された液化抽出物から前記有価物を分離する第一分離槽と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の微細藻の処理システム。
【請求項４】
前記脱水装置で加圧濾過により微細藻から得られた濾液を回収して前記有価物を分離する第二分離槽をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の微細藻の処理システム。
【請求項５】
脱水装置で脱水により得られた微細藻の固化物をマイクロ波加熱により炭化する炭化装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の微細藻の処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧濾過とマイクロ波加熱との併用により微細藻を脱水する微細藻の処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策の一つとしてＣＯ２を吸収して成長がはやい微細藻の利用が注目されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、高増殖性、耐塩性、ＳＯ２ガス耐性およびＮＯガス耐性を有したSynechocystis属に属する微細藻類の新規株が開示されている。
【０００３】
微細藻の利用形態としては様々なものがあるが、例えば、乾燥した微細藻を燃焼させてバイオ燃料として利用することが検討されている。燃料として利用するためには微細藻の含水率を所定値以下に下げる必要があり、微細藻を効率よく脱水する技術の確立が求められていた。
【０００４】
微細藻の脱水は、天日干し、遠心分離、濾過、又はヒーター加熱などにより行われてきた。なお、遠心分離は微細藻からの脱水抽出だけでなく、多種の微細藻が混在している中から所要の微細藻を分離する方法としても用いられている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、固形物を燃焼させるだけでなく、微細藻から燃料や化学物質の原料（以下有価物と呼ぶ）を抽出する試みも行われている（例えば特許文献３参照）。特許文献３には、海水の塩分濃度で生育して細胞内に澱粉を蓄積し、暗くかつ嫌気性雰囲気に保つことにより細胞内の澱粉よりエタノールを生産するクラミドモナス属に属する微細藻が開示されている。
【０００６】
一般に微細藻から有価物は、低温圧搾法、高温圧搾法、溶媒抽出法などの方法で抽出されている（例えば特許文献４参照）。しかし、特許文献４に記載の溶媒抽出方法では、脱水が不十分な微細藻を使うと、表面に水分が残っているため微細藻表面に効果的に有機溶媒が接触できず、抽出効率が悪くなる。また、溶媒抽出以外の方法でも、微細藻の脱水が不十分だと、抽出した有価物に水分等の不純物が混ざってしまい、その価値が低下してしまう。よって、有価物の抽出効率を高めるとともに、抽出された有価物の価値を向上させるためにも、微細藻を完全に脱水できる効果的な脱水方法が必要となってくる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−５６６４８号公報
【特許文献２】特開平０９−８０３号公報
【特許文献３】特許第３８３７５８９号公報
【特許文献４】特開平０９−８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
天日干しでは、微細藻表面の水分をある程度除去できるが、そのためには広大な面積を要するとともに、微細藻に含まれる成分によっては紫外線照射により品質が劣化する恐れがある。遠心分離や濾過（ろ布を用いたベルトプレス等）などでは、短時間で脱水可能であるが、微細藻外側の水分が脱水されるのみで、細胞内に含まれる多くの水分は残ってしまい、燃料利用をするには望ましくない。ヒーター加熱により乾燥させる場合、細胞内部の水分も脱水（乾燥）することが可能だが、このためには、時間がかかりかつ余計なコストが発生する。
【０００９】
また、天日干しもしくは、ヒーター加熱により乾燥させた微細藻は、通常、粉体状もしくは塊状で得られる。塊状のものも、もろく、容易に粉体になりやすい。これらを燃料利用する場合、粒子の細かい粉体は、燃焼ボイラ内でバックファイヤーをおこしやすいという問題点があり、安全上好ましくない。
【００１０】
以上の課題を踏まえ、本発明の第一の目的は、短時間、省スペース、安価に微細藻を脱水しながら、燃料利用に適した形状に成型できる微細藻の処理システムを提供することにある。また、本発明の第二の目的は、微細藻を脱水すると共に、効率的に微細藻から有価物を分離できる微細藻の処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明者らが鋭意検討を行った結果、マイクロ波を照射しながら微細藻を加圧濾過することで、効率的に脱水と成型ができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は、微細藻を含む養液を微細藻と養液成分とに分離する固液分離装置と、分離された微細藻を脱水する脱水装置とを少なくとも備えた微細藻の処理システムであって、前記脱水装置は、マイクロ波照射器と、マイクロ波照射域内の一部又は全部がマイクロ波透過性材料からなる加圧濾過器とを備えたことを特徴とする微細藻の処理システムである。
【００１３】
加圧濾過に加えて、マイクロ波により細胞内の水分を直接加熱し蒸発させることができるため、短時間で微細藻を脱水することができる。また、同時に加圧により微細藻を成型できるため、一定強度を持った微細藻の固形物を得ることができ、粉末化による燃焼時のバックファイヤーの危険性を低減できる。
【００１４】
ここで、前記加圧濾過器は、微細藻を貫通して所定寸法に区切るためのマイクロ波透過性材料からなる区切部を備えていることが好ましい。加圧濾過器が区切部を備えていることで、微細藻を所定寸法（ペレット状等）に区切って成型でき、燃料としての利便性を高めることができる。さらに、区切部をマイクロ波透過性とすることで、マイクロ波伝達材としての役割を果たし、微細藻の固化物内部へもマイクロ波が伝達しやすくなり、脱水効率を高めることができる。
【００１５】
また、微細藻は水分と分離可能な有価物を含んでおり、前記脱水装置でマイクロ波加熱により微細藻から蒸発した気化抽出物を回収して凝縮する凝縮器と、凝縮された液化抽出物から前記有価物を分離する第一分離槽とをさらに備えていることが好ましい。マイクロ波加熱時の副産物である気化抽出物から有価物を分離することで、資源を有効活用できる。また、高純度、高付加価値の有価物を容易に抽出することができる。
【００１６】
また、前記脱水装置で加圧濾過により微細藻から得られた濾液を回収して前記有価物を分離する第二分離槽をさらに備えていることが好ましい。加圧濾過時の副産物である濾液から有価物を分離することでも、資源を有効活用できる。また、比較的大量の有価物を容易に抽出することができる。
【００１７】
また、脱水装置で脱水により得られた微細藻の固化物をマイクロ波加熱により炭化する炭化装置をさらに備えていることが好ましい。脱水により得られた微細藻の固化物を炭化処理することで、より燃料利用に適した炭化燃料を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の微細藻の処理システムによれば、短時間、省スペース、安価に微細藻を脱水しながら、燃料利用に適した形状に成型することが可能となる。また、微細藻を脱水すると共に、効率的に微細藻から有価物を分離することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一実施形態に係わる微細藻の処理システムの概要を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係わる脱水装置の概要を示す構成図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係わる微細藻の処理システムの概要を示す構成図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係わる微細藻の処理システムの概要を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。
【００２１】
（第一実施形態）
図１に、本発明の第一実施形態に係わる微細藻の処理システムの概要を示す構成図を示す。本発明は、微細藻を含む養液を微細藻と養液成分とに分離する固液分離装置２０と、分離された微細藻を脱水する脱水装置３０とを備えた微細藻の処理システム１０を対象とする。
【００２２】
固液分離装置２０では、微細藻を含む養液を微細藻と養液成分とに分離する。固液分離方式は特に限定されず、微細藻と養液成分とが分離できれば、任意の方式を用いることができる。一般には重圧濾過方式（砂層濾過、袋濾過、遠心分離）、真空濾過方式（ヌッチェ・ムーアフィルター・ディスクフィルター・ドラムフィルター・オリバーフィルター）および加圧濾過方式（ベルトプレス、フィルタープレス・密閉式リーフフィルター・密閉式多段フィルター）を例示できる。
【００２３】
遠心分離方式を例にして固液分離の詳細について説明する。遠心分離方式では、微細藻を含む養液を高速回転する容器に入れて、その比重差により微細藻と養液成分とに分離する。回転速度は養液成分を効果的に分離できる範囲から適宜設定すればよい。一般的には５００〜１００００ｒｐｍであり、このうち、１０００〜５０００ｒｐｍがより好ましい。なお、通常は遠心分離を行っても微細藻の細胞内の水分（重量比８０〜９０％の含有率）は分離（脱水）できない。
【００２４】
ここで、微細藻とはミクロサイズの淡水もしくは海水に生息している小さな植物のことであり、一般に微細藻類とも呼ばれる。このうち、特に本実施形態では、成長が早く高カロリーで燃焼可能な微細藻を対象とする。このような微細藻には、ボトリオコッカス、クロレラ、ドナリエラ、クラミドモナスが例示できるが、これらに限定されず燃料として利用可能な微細藻を広く含むものとする。
【００２５】
また、養液とは微細藻が生息している環境にある液体のことである。微細藻が淡水や海水で生息していれば、淡水や海水が養液に該当する。微細藻が培養液中に培養されていれば、培養液が養液に該当する。
【００２６】
脱水装置３０では、分離された微細藻を脱水する。図２に、本発明の実施形態に係わる脱水装置の概要を示す構成図を示す。本実施形態に係わる脱水装置３０は、マイクロ波照射器４０と、マイクロ波照射域内の一部又は全部がマイクロ波透過性材料からなる加圧濾過器５０を備えていることを特徴とする。
【００２７】
マイクロ波照射器４０は、脱水装置３０の上部に配置されている。マイクロ波照射器４０の位置はこれに限定されず、加圧濾過器５０にマイクロ波が照射できるならば脱水装置３０の側面でもよい。さらに、１箇所だけでなく、２以上の箇所（上下箇所、両側面等）に配置してもよい。
【００２８】
マイクロ波照射器４０はマイクロ波発振器（図示しない）を有し、マイクロ波を照射する。マイクロ波発振器としては、マグネトロン等のマイクロ波発振器や、固体素子を用いたマイクロ波発振器等を適宜用いることができる。
【００２９】
加圧濾過器５０では、微細藻を加圧濾過して脱水する。また、加圧により微細藻を所定形状に成型することもできる。加圧濾過方式は特に限定されず、微細藻に十分な圧力がかかれば任意の方式を用いることができる。これ以降は、図２に示すベルトプレス方式を例にして説明する。
【００３０】
同図の加圧濾過器５０は、上部構造と下部構造とに分けられる。上部構造は、複数の上部加圧ローラー５１と、上部加圧ローラー５１の間に巻かれた上部ベルト５２とから構成される。下部構造は、それぞれの上部加圧ローラー５１と対をなす下部加圧ローラー５３と、下部加圧ローラー５３の周辺に配置される下部小型ローラー５４と、下部加圧ローラー５３および下部小型ローラー５４の間に巻かれた下部ベルト５５とから構成される。下部小型ローラー５４および下部ベルト５５の一部は脱水装置３０の外に出ており、微細藻の搬送手段も兼ねている。
【００３１】
微細藻は加圧濾過器５０の左側（上流側）から下部ベルト５５に載って右側（下流側）に搬送される。その過程で、上部加圧ローラー５１と下部加圧ローラー５３との間や、上部ベルト５２と下部ベルト５５との間で微細藻が加圧濾過される。また、微細藻が通過する部分の一部または全部にマイクロ波が照射され、マイクロ波加熱により脱水される。
【００３２】
加圧濾過に加えて、マイクロ波により細胞内の水分を直接加熱し蒸発させることができるため、短時間で微細藻を脱水することができる。また、同時に加圧により微細藻を成型できるため、一定強度を持った微細藻の固形物を得ることができ、粉末化による燃焼時のバックファイヤーの危険性を低減できる。
【００３３】
加圧濾過器５０のうち少なくとも上部加圧ローラー５１と上部ベルト５２には、マイクロ波透過性材料が用いられている。微細藻へのマイクロ波の照射量を増加させるためである。
【００３４】
一方、下部加圧ローラー５３と下部ベルト５５には、マイクロ波に対して発熱する材料や反射する材料を用いて微細藻の加熱効率を高めてもよい。また、マイクロ波照射器４０が脱水装置３０の下側にも配置されている場合には、微細藻へのマイクロ波の照射量を増加させるため、下部加圧ローラー５３と下部ベルト５５にもマイクロ波透過性材料を用いてもよい。
【００３５】
上部ベルト５２と下部ベルト５５は、加圧成型時に濾過フィルターとして機能できるように細孔の開いたフィルター構造をしている。フィルターの素材、細かさは、濾過対象である微細藻の大きさから適宜設定すればよい。例えば、フィルターの細孔径は数十μｍ程度とするのがよい。
【００３６】
また、加圧濾過器５０には、微細藻を貫通して所定寸法に区切るためのマイクロ波透過性材料からなる区切部５６を備えていることが好ましい。加圧濾過器５０が区切部５６を備えていることで、微細藻を所定寸法に区切って成型でき、燃料としての利便性を高めることができる。さらに、区切部５６をマイクロ波透過性とすることで、マイクロ波伝達材としての役割を果たし、微細藻の固化物内部へもマイクロ波が伝達しやすくなり、脱水効率を高めることができる。
【００３７】
図２では、略三角形断面の区切部５６が上部ベルト５２に一定間隔で取り付けられている。取り付け位置はこれに限定されず、下部ベルト５５に取り付けてもよく、上部ベルト５２、下部ベルト５５の両方に取り付けてもよい。また、同図ではベルト進行方向に直交して区切部５６が取り付けられており、加圧成型後には細長い棒状の固形物を得ることができる。さらに、ベルト進行方向に沿った区切部５６を併設してもよい。加圧成型後に小片（ペレット状等）の固形物を得ることができ、石炭等の他の固体燃料と混合しやすくなるためである。
【００３８】
ここで、マイクロ波透過性材料とは、マイクロ波を透過する材質であれば特に限定されない。一般に、セラミックや耐熱性樹脂、ガラス等を用いることができる。耐熱性樹脂としては、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリフェニレンサルフォン（ＰＰＳＵ）樹脂、ポリアリレート（ＰＡＲ）樹脂、ポリサルフォン（ＰＳＦ）樹脂、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、液晶ポリエステル（ＬＣＰ）樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂等を用いることができる。
【００３９】
脱水時のマイクロ波の照射時間は、通常３０秒〜１時間、好ましくは１分〜３０分である。脱水装置内の温度は、３５℃〜１６０℃
に保持されていることが好ましく、より好ましくは７５℃〜１２０℃である。反応温度をこの範囲に保持することにより、微細藻から効率よく脱水することができる。なお、この温度は、脱水装置内に取り付けられた温度計（図示しない）等で計測される。
【００４０】
マイクロ波照射器４０から照射するマイクロ波の出力や周波数、照射方法は、特に限定されるものではなく、反応温度が上述の範囲に保持できるよう電気的に制御すればよい。微細藻の脱水効率を高めるには、電気的に制御しながら１０Ｗ〜２０ｋＷの範囲とするのがよい。その中でも、マイクロ波の出力を５００Ｗ〜１０００Ｗの範囲とするのが好ましい。また、マイクロ波の周波数は０．５〜１０ＧＨｚが好ましい。マイクロ波の照射は連続照射、間欠照射のいずれの方法であってもよいが、電気的に制御しながら連続照射するのが好ましい。
【００４１】
以上説明の通り、本実施形態の微細藻の処理システム１０によれば、短時間、省スペース、安価に微細藻を脱水しながら、燃料利用に適した形状に成型することが可能となる。
【００４２】
（第二実施形態）
第二実施形態では、微細藻が水分と分離可能な有価物を含んでいる場合を対象とする。このような有価物には、燃料や化学物質の原料となり得る物質を広く含むが、特に油成分が好ましい。油成分は付加価値が高く多様な用途に用いることができるためである。
【００４３】
油成分としては、油脂や炭化水素類が例示でき、これらは常温で液体、固体を問わず、また、揮発性、不揮発性を問わない。油脂としては、トリグリセリド、ジグリセリド、モノグリセリドが例示でき、その構成脂肪酸としてはＣ１２〜Ｃ２８の脂肪酸からなる群から選択される脂肪酸（ミリストリル酸、パルミチン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、ステアリン酸、リノール酸、リノレン酸等）を例示できる。炭化水素類としては、主にC１６〜C３３のアルカジエンやアルカトリエン、またはテルペン類として、トリテルペン類（スクアレン）やテトラテルペン類（リコパジエン）、ボツリオコッセン（Botryococcenes）等が例示できる。
【００４４】
図３に、本発明の第二実施形態に係わる微細藻の処理システムの概要を示す構成図を示す。第二実施形態に係わる微細藻の処理システムでは、第一実施形態に追加して、脱水装置３０でマイクロ波加熱により微細藻から蒸発した気化抽出物を回収して凝縮する凝縮器６０と、凝縮された液化抽出物から有価物を分離する第一分離槽７０とをさらに備えている。
【００４５】
凝縮器６０は、マイクロ波加熱により蒸発した気化抽出物を回収し凝縮して液化抽出物を生成するための冷却手段を備えている。冷却手段では冷媒を循環させて気化抽出物を冷却する。冷媒の温度は、通常は−２０〜１０℃
の範囲（より好ましくは−１０〜５℃の範囲）から適宜設定すればよい。
【００４６】
第一分離槽７０は、液化抽出物を収容する容器を有している。ここで、液化抽出物が静置され、水分と有価物とが比重差により分離される。また、第一分離槽７０は第一排出弁７１を有し、ここから分離された水分と有価物とが分けて排出される。
【００４７】
マイクロ波加熱時の副産物である気化抽出物から有価物を分離することで、資源を有効活用できる。また、特に気化抽出物に含まれる高純度、高付加価値の有価物を容易に抽出することができる。
【００４８】
また、第二実施形態では、脱水装置３０で加圧濾過により微細藻から濾過された濾液を回収して有価物を分離する第二分離槽８０も備えている。ここでも、濾液が静置され、水分と有価物とが比重差により分離される。また、第二排出弁８１を有し、ここから分離された水分と有価物とが分けて排出される。
【００４９】
加圧濾過時の副産物である濾液から有価物を分離することでも、資源を有効活用できる。また、比較的大量の有価物を容易に抽出することができる。
【００５０】
（第三実施形態）
図４に、本発明の第三実施形態に係わる微細藻の処理システムの概要を示す構成図を示す。第三実施形態に係わる微細藻の処理システムでは、第一実施形態に追加して、脱水装置３０で脱水により得られた微細藻の固化物をマイクロ波加熱により炭化する炭化装置９０をさらに備えている。脱水により得られた微細藻の固化物を炭化処理することで、より燃料利用に適した炭化燃料を得ることができる。
【００５１】
炭化装置９０は、脱水装置３０で脱水された固化物を搬送する搬送手段９１を有している。微細藻の搬送方向に沿った搬送手段９１の途中部分を炭化装置内のマイクロ波照射域内に配置し、第二のマイクロ波照射器９２よりマイクロ波を照射する。
【００５２】
固形物の炭化処理時の温度は、微細藻の種類等によって炭化に相応しい温度が異なるため、特に限定されないが、原料のガス化反応が進行すると共に、燃料比の高い炭化物５が得られ、原料の熱変換効率を高めることができる点より、３００℃〜１３００℃に保持されていることが好ましく、より好ましくは７００℃〜１３００℃である。加熱時間は、約１０分〜１０時間、好ましくは約３０分〜４時間である。その他のマイクロ波の照射条件は、脱水装置３０の場合と同様である。加熱処理時には、ＣＨ４、ＣＯ、Ｈ２等の揮発性ガス４が発生するので、これらの揮発性ガスを捕集することにより、燃料や原料ガスとして利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
微細藻の処理システム    １０
固液分離装置            ２０
脱水装置                ３０
マイクロ波照射器        ４０
加圧濾過器              ５０
上部加圧ローラー        ５１
上部ベルト              ５２
下部加圧ローラー        ５３
下部小型ローラー        ５４
下部ベルト              ５５
区切部                  ５６
凝縮器                  ６０
第一分離槽              ７０
第一排出弁              ７１
第二分離槽              ８０
第二排出弁              ８１
炭化装置                ９０
搬送手段                ９１
第二のマイクロ波照射器  ９２
【図１】
2011206693.tif 000003
【図２】
2011206693.tif 000004
【図３】
2011206693.tif 000005
【図４】
2011206693.tif 000006