(57)【要約】【課題】洋上での藻類培養のプロセスにかかるコストを削減することのできる藻類培養装置および藻類培養方法を提供する。【解決手段】屋外の水上Ｗに設けられ、藻類を含有する培養液Ｂを貯留するとともに藻類を培養する培養槽１０と、培養槽１０の外部の水を培養槽１０の内部に取水するための取水口２４と、培養槽１０から培養液Ｂを汲み上げるための揚水手段２６とを備え、揚水手段２６で培養液Ｂを汲み上げることにより、培養槽１０の内部に取水口２４から揚水手段２６に向かう流れを形成し、取水口２４を通じて培養槽１０の外部の水を培養槽１０の内部に導入するようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
藻類を培養する装置であって、
屋外の水上に設けられ、藻類を含有する培養液を貯留するとともに藻類を培養する培養槽と、培養槽の外部の水を培養槽の内部に取水するための取水口と、培養槽から培養液を汲み上げるための揚水手段とを備え、揚水手段で培養液を汲み上げることにより、培養槽の内部に取水口から揚水手段に向かう流れを形成し、取水口を通じて培養槽の外部の水を培養槽の内部に導入することを特徴とする藻類培養装置。
【請求項２】
培養槽は海洋上に設けられ、取水口は海洋深層水が存在する深海部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の藻類培養装置。
【請求項３】
取水口に設けられ、取水する水を濾過するための濾過手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の藻類培養装置。
【請求項４】
屋外の水上に設けられ、藻類を含有する培養液を貯留するとともに藻類を培養する培養槽と、培養槽の外部の水を培養槽の内部に取水するための取水口と、培養槽から培養液を汲み上げるための揚水手段とを備える藻類培養装置を用いて藻類を培養する方法であって、
揚水手段で培養液を汲み上げることにより、培養槽の内部に取水口から揚水手段に向かう流れを形成し、取水口を通じて培養槽の外部の水を培養槽の内部に導入するステップを備えることを特徴とする藻類培養方法。
【請求項５】
培養槽は海洋上に設けられ、取水口は海洋深層水が存在する深海部に設けられており、取水口を通じて海洋深層水を培養槽の内部に導入することを特徴とする請求項４に記載の藻類培養方法。
【請求項６】
取水する水を取水口に設けた濾過手段で濾過することを特徴とする請求項４または５に記載の藻類培養方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、藻類培養装置および藻類培養方法に関し、特に洋上における藻類培養装置および藻類培養方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、バイオマス燃料や食品の材料として微細藻類が注目されており、大規模な培養プラントにおける藻類培養が盛んである（例えば、特許文献１〜３を参照）。藻類は光合成により炭水化物を生産できるため、太陽光と二酸化炭素を利用して独立栄養的に培養することが可能である。屋外で独立栄養的に培養を行う場合、培養には膨大な日射量が必要になり、生産施設には広く平坦な土地が必要になる。このような理由から日本のように国土が狭く、起伏が激しい国で大規模な藻類培養を行うことは非常に難しい。
【０００３】
大規模培養を行う際の土地の課題を解決するために、培養を洋上で行うという手段がある。培養装置を洋上に浮上させ、海産性藻類を培養する。この際、生産コストを削減するために培養装置は非常に巨大になり、水の導入、培養に用いる栄養塩、攪拌、回収などそれぞれのプロセスにおけるコストも非常に大きくなる。特にバイオマス燃料として微細藻類を利用する場合、生産量あたりのコストを削減することが最も大きな課題となるため、それぞれのプロセスの最適化が重要になってくる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２４３９４３号公報
【特許文献２】国際公開第２０１５／０８７８５８号公報
【特許文献３】特開２０１１−２３４６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このため、洋上での藻類培養のプロセスにかかるコストを削減することのできる技術が求められていた。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、洋上での藻類培養のプロセスにかかるコストを削減することのできる藻類培養装置および藻類培養方法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】
【０００７】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る藻類培養装置は、藻類を培養する装置であって、屋外の水上に設けられ、藻類を含有する培養液を貯留するとともに藻類を培養する培養槽と、培養槽の外部の水を培養槽の内部に取水するための取水口と、培養槽から培養液を汲み上げるための揚水手段とを備え、揚水手段で培養液を汲み上げることにより、培養槽の内部に取水口から揚水手段に向かう流れを形成し、取水口を通じて培養槽の外部の水を培養槽の内部に導入することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る他の藻類培養装置は、上述した発明において、培養槽は海洋上に設けられ、取水口は海洋深層水が存在する深海部に設けられることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る他の藻類培養装置は、上述した発明において、取水口に設けられ、取水する水を濾過するための濾過手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る藻類培養方法は、屋外の水上に設けられ、藻類を含有する培養液を貯留するとともに藻類を培養する培養槽と、培養槽の外部の水を培養槽の内部に取水するための取水口と、培養槽から培養液を汲み上げるための揚水手段とを備える藻類培養装置を用いて藻類を培養する方法であって、揚水手段で培養液を汲み上げることにより、培養槽の内部に取水口から揚水手段に向かう流れを形成し、取水口を通じて培養槽の外部の水を培養槽の内部に導入するステップを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る他の藻類培養方法は、上述した発明において、培養槽は海洋上に設けられ、取水口は海洋深層水が存在する深海部に設けられており、取水口を通じて海洋深層水を培養槽の内部に導入することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る他の藻類培養方法は、上述した発明において、取水する水を取水口に設けた濾過手段で濾過することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る藻類培養装置によれば、藻類を培養する装置であって、屋外の水上に設けられ、藻類を含有する培養液を貯留するとともに藻類を培養する培養槽と、培養槽の外部の水を培養槽の内部に取水するための取水口と、培養槽から培養液を汲み上げるための揚水手段とを備え、揚水手段で培養液を汲み上げることにより、培養槽の内部に取水口から揚水手段に向かう流れを形成し、取水口を通じて培養槽の外部の水を培養槽の内部に導入するので、洋上のような水上での藻類培養装置において、取水プロセスにかかる膨大なコストを削減することができるという効果を奏する。また、揚水手段の揚水能力を調整することで取水から汲み上げ回収までにかかる時間を調整できるため、季節によって変化する増殖速度にも容易に対応することができる。藻類の回収を連続的に行うことができるので、回収装置に求められる処理能力を低く抑えることができ、運転に必要な人工を削減できる。
【００１４】
また、本発明に係る他の藻類培養装置によれば、培養槽は海洋上に設けられ、取水口は海洋深層水が存在する深海部に設けられるので、海洋深層水に含まれる栄養分を培養槽内に直接導入することができ、培養液に用いている栄養分のコストを削減することができるという効果を奏する。さらに、海洋深層水を地上に汲み上げて、培養槽内に導入するコストを削減することができる。海洋深層水を利用した培養を行うことで培養槽内の温度、成分などの環境が安定し、年間を通して安定した生産が可能になる。
【００１５】
また、本発明に係る他の藻類培養装置によれば、取水口に設けられ、取水する水を濾過するための濾過手段をさらに備えるので、水中の浮遊物や雑菌が培養槽内に混入する事態を未然に防ぐことができるという効果を奏する。
【００１６】
また、本発明に係る藻類培養方法によれば、屋外の水上に設けられ、藻類を含有する培養液を貯留するとともに藻類を培養する培養槽と、培養槽の外部の水を培養槽の内部に取水するための取水口と、培養槽から培養液を汲み上げるための揚水手段とを備える藻類培養装置を用いて藻類を培養する方法であって、揚水手段で培養液を汲み上げることにより、培養槽の内部に取水口から揚水手段に向かう流れを形成し、取水口を通じて培養槽の外部の水を培養槽の内部に導入するステップを備えるので、取水プロセスにかかる膨大なコストを削減することができるという効果を奏する。また、揚水手段の揚水能力を調整することで取水から汲み上げ回収までにかかる時間を調整できるため、季節によって変化する増殖速度にも容易に対応することができる。藻類の回収を連続的に行うことができるので、回収装置に求められる処理能力を低く抑えることができ、運転に必要な人工を削減できる。
【００１７】
また、本発明に係る他の藻類培養方法によれば、培養槽は海洋上に設けられ、取水口は海洋深層水が存在する深海部に設けられており、取水口を通じて海洋深層水を培養槽の内部に導入するので、海洋深層水に含まれる栄養分を培養槽内に直接導入することができ、培養液に用いている栄養分のコストを削減することができるという効果を奏する。さらに、海洋深層水を地上に汲み上げて、培養槽内に導入するコストを削減することができる。海洋深層水を利用した培養を行うことで培養槽内の温度、成分などの環境が安定し、年間を通して安定した生産が可能になる。
【００１８】
また、本発明に係る他の藻類培養方法によれば、取水する水を取水口に設けた濾過手段で濾過するので、水中の浮遊物や雑菌が培養槽内に混入する事態を未然に防ぐことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明に係る藻類培養装置および藻類培養方法の実施の形態１を示す側断面図である。
【図２】図２は、本発明に係る藻類培養装置および藻類培養方法の実施の形態１を示す上面図である。
【図３】図３は、本発明に係る藻類培養装置および藻類培養方法の実施の形態２を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る藻類培養装置および藻類培養方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２１】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１について説明する。本実施の形態１は、海洋上での大規模培養の際の培養槽への取水方法を以下のように工夫することで水の導入コストを削減し、攪拌を補助するものである。
【００２２】
図１は本実施の形態１の藻類培養装置を水平方向から見た断面図、図２は上から見た図である。これらの図に示すように、本実施の形態１の藻類培養装置１００は、洋上に設置される培養槽１０と、藻類回収装置１２と、藻類貯留タンク１４と、排水処理装置１６とを備える。藻類回収装置１２、藻類貯留タンク１４、排水処理装置１６は、培養槽１０から若干離れた場所で浮かぶ浮体構造物２０上に設置されている。
【００２３】
培養槽１０は、海面Ｗに浮かぶ直方体箱状の浮体構造物１８の内部に設けられており、藻類を培養するための角型プール状の培養池からなる。培養池には、海産性微細藻類を含有する培養液Ｂが貯留されている。この培養槽１０の底面２２の一角には取水口２４が設けられており、これとは対角の位置に水中ポンプ２６（揚水手段）が設けられている。取水口２４は、培養槽１０の外部の海水を内部に取水するためのものである。水中ポンプ２６は、培養槽１０から培養液Ｂを汲み上げるためのものである。
【００２４】
また、この培養槽１０の内部は、互いに平行な複数の仕切り壁２８によって仕切られているとともに、各仕切り壁２８の一端側が互い違いとなるように交互に切除されている。このため、これら複数の仕切り壁２８によって取水口２４側から水中ポンプ２６側に向かって幾重にも蛇行した蛇行水路３０が形成されていて、培養槽１０内を流動する培養液Ｂの滞留時間をできる限り長く確保するように配慮されている。各仕切り壁２８のうち部分的に切除された部分で形成された開口部３２の幅は、仕切り壁２８で形成された水路３０の幅と同程度となっている。
【００２５】
取水口２４には、取水する水を濾過するためのフィルター４４（濾過手段）が設けられている。このフィルター４４により、取水した海水中の浮遊物や雑菌が培養槽１０内に混入する事態を未然に防ぐことができる。なお、フィルター４４の代わりに、例えばステンレス製のストレーナーを用いて濾過手段を構成することもできる。
【００２６】
浮体構造物１８の上面四隅には、球状浮体である半潜水式のフロート３４が設けられている。また、本実施の形態では、浮体構造物１８の上面は大気に開放された状態となっているが、透光性および通気性の蓋材で塞いでもよい。
【００２７】
藻類回収装置１２は、培養槽１０で培養した藻類を回収するためのものであり、浮体構造物２０上に設けられる。藻類回収装置１２は、例えば大型遠心機などの装置を用いて構成することができる。この藻類回収装置１２は水中ポンプ２６と配管３６で接続しており、配管３６を通じて水中ポンプ２６で汲み上げた培養液Ｂを回収して、この培養液Ｂに含まれる培養後の藻類を回収する。回収した藻類は、配管３８を通じて藻類貯留タンク１４に送られるようになっている。一方、藻類を回収した後の上澄み液は、配管４０を通じて排水処理装置１６に送られるようになっている。
【００２８】
藻類貯留タンク１４は、培養後の藻類を貯留するためのタンクであり、浮体構造物２０上に設けられる。この藻類貯留タンク１４は藻類回収装置１２と配管３８で接続しており、藻類回収装置１２で回収した藻類を受け入れて貯留する。
【００２９】
排水処理装置１６は、藻類を回収した後の上澄み液などの排液を排水処理するためのものであり、浮体構造物２０上に設けられる。この排水処理装置１６は藻類回収装置１２と配管４０で接続しており、藻類回収装置１２から排液を回収して排水処理する。排水処理後の処理液は排水管４２から海洋へ放出される。
【００３０】
上記の構成の動作および作用について説明する。
水中ポンプ２６を稼働して、培養槽１０の一角から培養後の藻類を含む培養液Ｂを汲み上げ、藻類回収装置１２で培養した藻類を回収する。この培養液Ｂの汲み上げによって、蛇行水路３０内の培養液Ｂに取水口２４側から水中ポンプ２６側に向かう浸透圧による微流速の流れが生じる。この浸透圧による流れを利用して、取水口２４下の海水を培養槽１０内に引き込むことができる。また、この取水口２４にフィルター４４等の濾過手段を設けることで海水中の浮遊物や雑菌の混入を防ぐことができる。
【００３１】
取水口２４から導入された海水は、流れによって蛇行水路３０内の培養液Ｂに混合撹拌され、回収地点（水中ポンプ２６の位置）に向かってゆっくりと流れながら太陽光を浴び、培養液Ｂ中の微細藻類が増殖していく。仕切り壁２８で互い違いに仕切られた蛇行水路３０内をゆっくりと流れることで、藻類の増殖に十分な時間が確保される。なお、藻類回収装置１２により回収した藻類は藻類貯留タンク１４に貯蔵され、上澄み液は排水処理装置１６での処理を経た後海洋へ放出される。
【００３２】
したがって、本実施の形態１によれば、洋上での藻類培養の際に取水プロセスにかかる膨大なコストを削減することができる。また、水中ポンプ２６の出力を調整することで取水から回収までにかかる時間を調整できるため、季節によって変化する増殖速度にも容易に対応することができる。藻類の回収を連続的に行うことができるので、藻類回収装置１２に求められる処理能力を低く抑えることができ、運転に必要な人工を削減できる。
【００３３】
なお、本実施の形態１の培養槽１０は非循環型（一方向）の培養槽であり、培養日数は１〜２日程度を想定している。洋上培養では陸上の用地を用いないので培養槽１０を大規模なものとすることができる。例えば、蛇行水路３０内の培養液Ｂの滞留時間を４８時間、流速０．１ｍ／ｓと仮定した場合、全長１７．２８ｋｍの蛇行水路が必要になる。培養槽１０の規模を平面寸法で１００ｍ×２００ｍの規模とし、水路幅を１ｍとすれば、培養槽１０内に全長２０ｋｍ程度の蛇行水路を確保することができる。したがって、本実施の形態１の培養槽１０としては、例えば平面寸法で１００ｍ×２００ｍ程度のものを利用することができる。
【００３４】
（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。
本実施の形態２は、上記の実施の形態１において、取水口を海洋の深部に配置して、培養槽１０内に海洋深層水を導入するようにしたものである。
【００３５】
図３に示すように、本実施の形態２に係る藻類培養装置２００は、培養槽１０の底面２２の一角に、下方向に延びる縦配管４６を設け、その下端部に取水口４８を設けたものである。取水口４８は、海洋深層水が存在する海底Ｇ付近の深海部Ｄに位置している。なお、この他の構成要素は、上記の実施の形態１と同様である。
【００３６】
本実施の形態２によれば、取水口４８は海洋深層水が存在する深海部Ｄに設置されるので、海洋深層水に含まれる栄養分を縦配管４６を通じて培養槽１０内に直接導入することができ、培養液Ｂに用いている栄養分のコストを削減することができる。さらに、別の装置を用いて海洋深層水を地上に汲み上げて、培養槽１０内に導入するコストを削減することができる。海洋深層水を利用した培養を行うことで培養槽１０内の温度、成分などの環境が安定し、年間を通して安定した生産が可能になる。
【００３７】
上記の実施の形態においては、培養槽１０内に形成される水路３０が蛇行水路である場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限るものではなく、取水口２４側から水中ポンプ２６側に向けて水流を起こせる水路形状であればいかなる形状でもよい。例えば平面視で螺旋状の水路であってもよい。このようにしても、上記と同様の作用効果を奏することができる。
【００３８】
また、上記の実施の形態においては、取水口２４と水中ポンプ２６を培養槽１０の底面２２の対角位置に設置した場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限るものではなく、取水口２４から水中ポンプ２６までの培養液Ｂの流動経路を長く確保できる位置関係であれば、いかなる位置関係でもよい。このようにしても、上記と同様の作用効果を奏することができる。また、上記の実施の形態においては、直方体箱状の培養槽１０の場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限るものではなく、本発明の目的を阻害しない形態であればいかなる形態でもよい。このようにしても、上記と同様の作用効果を奏することができる。
【００３９】
また、上記の実施の形態においては、培養槽１０を海洋上に浮体構造物１８として設置する場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限るものではない。培養槽１０を海洋上ではなく湖沼上、河川上などの屋外の水上に設置してもよい。また、培養槽１０を浮体構造物ではなく水底に固定した水上構造物として設置してもよい。また、藻類回収装置１２、藻類貯留タンク１４、排水処理装置１６は、浮体構造物２０上に限らず、水底に固定した水上構造物に設置してもよいし、陸上に設置してもよい。また、培養槽１０、藻類回収装置１２、藻類貯留タンク１４、排水処理装置１６を同じ浮体構造物または水上構造物に設置してもよい。
【００４０】
以上説明したように、本発明に係る藻類培養装置によれば、藻類を培養する装置であって、屋外の水上に設けられ、藻類を含有する培養液を貯留するとともに藻類を培養する培養槽と、培養槽の外部の水を培養槽の内部に取水するための取水口と、培養槽から培養液を汲み上げるための揚水手段とを備え、揚水手段で培養液を汲み上げることにより、培養槽の内部に取水口から揚水手段に向かう流れを形成し、取水口を通じて培養槽の外部の水を培養槽の内部に導入するので、洋上のような水上での藻類培養装置において、取水プロセスにかかる膨大なコストを削減することができる。また、揚水手段の揚水能力を調整することで取水から汲み上げ回収までにかかる時間を調整できるため、季節によって変化する増殖速度にも容易に対応することができる。藻類の回収を連続的に行うことができるので、回収装置に求められる処理能力を低く抑えることができ、運転に必要な人工を削減できる。
【００４１】
また、本発明に係る他の藻類培養装置によれば、培養槽は海洋上に設けられ、取水口は海洋深層水が存在する深海部に設けられるので、海洋深層水に含まれる栄養分を培養槽内に直接導入することができ、培養液に用いている栄養分のコストを削減することができる。さらに、海洋深層水を地上に汲み上げて、培養槽内に導入するコストを削減することができる。海洋深層水を利用した培養を行うことで培養槽内の温度、成分などの環境が安定し、年間を通して安定した生産が可能になる。
【００４２】
また、本発明に係る他の藻類培養装置によれば、取水口に設けられ、取水する水を濾過するための濾過手段をさらに備えるので、水中の浮遊物や雑菌が培養槽内に混入する事態を未然に防ぐことができる。
【００４３】
また、本発明に係る藻類培養方法によれば、屋外の水上に設けられ、藻類を含有する培養液を貯留するとともに藻類を培養する培養槽と、培養槽の外部の水を培養槽の内部に取水するための取水口と、培養槽から培養液を汲み上げるための揚水手段とを備える藻類培養装置を用いて藻類を培養する方法であって、揚水手段で培養液を汲み上げることにより、培養槽の内部に取水口から揚水手段に向かう流れを形成し、取水口を通じて培養槽の外部の水を培養槽の内部に導入するステップを備えるので、取水プロセスにかかる膨大なコストを削減することができる。また、揚水手段の揚水能力を調整することで取水から汲み上げ回収までにかかる時間を調整できるため、季節によって変化する増殖速度にも容易に対応することができる。藻類の回収を連続的に行うことができるので、回収装置に求められる処理能力を低く抑えることができ、運転に必要な人工を削減できる。
【００４４】
また、本発明に係る他の藻類培養方法によれば、培養槽は海洋上に設けられ、取水口は海洋深層水が存在する深海部に設けられており、取水口を通じて海洋深層水を培養槽の内部に導入するので、海洋深層水に含まれる栄養分を培養槽内に直接導入することができ、培養液に用いている栄養分のコストを削減することができる。さらに、海洋深層水を地上に汲み上げて、培養槽内に導入するコストを削減することができる。海洋深層水を利用した培養を行うことで培養槽内の温度、成分などの環境が安定し、年間を通して安定した生産が可能になる。
【００４５】
また、本発明に係る他の藻類培養方法によれば、取水する水を取水口に設けた濾過手段で濾過するので、水中の浮遊物や雑菌が培養槽内に混入する事態を未然に防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明に係る藻類培養装置および藻類培養方法は、洋上における藻類培養に有用であり、特に、洋上での藻類培養のプロセスにかかるコストを削減するのに適している。
【符号の説明】
【００４７】
１０  培養槽
１２  藻類回収装置
１４  藻類貯留タンク
１６  排水処理装置
１８，２０  浮体構造物
２２  底面
２４，４８  取水口
２６  水中ポンプ（揚水手段）
２８  仕切り壁
３０  水路
３２  開口部
３４  フロート
３６，３８，４０  配管
４２  排水管
４４  フィルター（濾過手段）
４６  縦配管
１００，２００  藻類培養装置
Ｂ  培養液
Ｄ  深海部
Ｇ  海底
Ｗ  海面
【図１】
2019122264.tif 000003
【図２】
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【図３】
2019122264.tif 000005