(57)【要約】【課題】油脂分解酵素を利用した効率の良い発電装置、及び、該発電装置を備えた汚水浄化装置を提供する。【解決手段】本発明の発電装置１は、カソード電極２を含むカソード区画３と、アノード電極４を含むアノード区画５を備えた発電装置であって、前記アノード区画５は、基質として油脂を含み、油脂分解酵素としてリパーゼを含むことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード電極を含むカソード区画と、アノード電極を含むアノード区画を備えた発電装置であって、
前記アノード区画は、基質として油脂を含み、油脂分解酵素としてリパーゼを含むことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記リパーゼは微生物由来リパーゼである請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記アノード区画は更に前記リパーゼを生成する微生物を含む請求項１又は２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記微生物は、バチルス属細菌である請求項２又は３に記載の発電装置。
【請求項５】
油脂含有汚水を浄化する汚水浄化装置であって、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の発電装置を備えたことを特徴とする汚水浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置及び汚水浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生物の多くは、糖質、脂質、タンパク質といった有機物を体内に取り込み、二酸化炭素と水に分解する。その過程で生じた電子を電子受容体に渡すことによって、生命活動に必要なエネルギーを得ている。
その電子を収奪することによって発電する微生物燃料電池は、エサに有機物を含む、農業廃棄物や食品工場廃水等の廃水を使うことで、発電と廃棄物処理、余剰汚泥の減少を同時に行うことができる。
微生物燃料電池は、微生物の生育エネルギーから電気を取り出すので半永久的な発電が可能であり、また電気を収奪することで微生物の生育をコントロールすることも見込まれている。
これまで、微細物発電については、いくつか提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１では、主に生物の代謝反応において、最も多くエネルギーを取り出せる糖質についての酵素群によるバイオ燃料電池が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２１０４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料溶液として油脂を用い、油脂の分解反応から発生する電気エネルギーを取り出す発電装置については、なんら具体的に開示されていなかった。
また、食品工場等の廃水処理において、汚水の浄化と発電を同時に行える汚水浄化装置については、なんら開示されていなかった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、油脂分解酵素を利用した効率の良い発電装置、及び、該発電装置を備えた汚水浄化装置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】
［１］本発明の発電装置は、カソード電極を含むカソード区画と、アノード電極を含むアノード区画を備えた発電装置であって、前記アノード区画は、基質として油脂を含み、油脂分解酵素としてリパーゼを含むことを特徴とする。
［２］本発明の発電装置において、前記リパーゼは微生物由来リパーゼであることが好ましい。
［３］本発明の発電装置において、前記アノード区画は更に前記リパーゼを生成する微生物を含むことが好ましい。
［４］本発明の発電装置において、前記微生物は、バチルス属細菌であることが好ましい。
［５］本発明の汚水浄化装置は、油脂含有汚水を浄化する汚水浄化装置であって、前記発電装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、油脂から効率よく電気エネルギーを取り出すことができ、エネルギーを再利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態における発電装置の一態様の模式図である。
【図２】実施例における発電装置の模式図である。
【図３】実施例における発電試験の結果である。
【図４】実施例における発電試験の結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
≪発電装置≫
図１に示すように、本実施形態の発電装置１は、カソード電極２を含むカソード区画３と、アノード電極４を含むアノード区画５を備えている。
【００１１】
＜アノード区画＞
アノード区画５は、基質として油脂を含み、油脂分解酵素としてリパーゼを含んでいる。
［油脂］
基質として用いられる油脂としては、特に限定されず、例えば、アブラヤシ、オニトゲココヤシ、ペクイ、サフォウノキ、オオミテングヤシ、オイチシカ、ナンキンハゼ、ココヤシ、アボカド、ブラジルナッツノキ、マカダミアナッツ、ククイノキ、ナンヨウアブラギリ、パパスヤシ、ホホバ、ピーカンナッツ、クラブウッド、パクリ、トウゴマ、カントンアブラギリ、ホルトソウ、ブラジルゾウゲヤシ、オリーブ、セイヨウアブラナ、ケシ、ハゼノキ、ペルシャグルミ、ラッカセイ、カカオ、ヒマワリ、オクラ、シナアブラギリ、アビシニアガラシ、カラシナ、イネ、アーモンド、バッファローゴート、ベニバナ、オイスターナッツ、クランベ、ゴマ、インドセンダン、チョウセンアザミ、アマナズナ、シロガラシ、エゴマ、コリアンダー、ペオカボチャ、クロガラシ、トンカマメ、オイルシードラディッシュ、セイヨウハシバミ、ハズノキ、アマ、コーヒー、ダイズ、アブラギリ、メドウフォーム、アサ、ワタ、ルリギク、ペクイア、キバナスズシロ、キンセンカ、レスケレラ、ニガーシード、ケナフ、パラゴムノキ、ピスタチオ、キノア、シロバナルービン、コロハ、ヒユ、エンバク、ルリジサ、イノンド、ヤブツバキ、カシューナッツノキ、トウモロコシ、クズイモ、ヒヨコマメ、ウイキョウ、アルファルファ由来の油脂が挙げられる。
また、食品工場等の廃水由来の油脂であってもよい。
【００１２】
［リパーゼ］
本発明においては、酸化還元酵素としてリパーゼが用いられる。
リパーゼ(トリ(アシル)グリセロールジパーゼ、ＥＣ３．１．１．３)は油脂（脂肪酸トリグリセリド)のエステル結合を加水分解(水解)し、遊離脂肪酸とグリセリン、または部分アシルグリセロールを生成する酵素の総称である。
リパーゼとしては、油脂を効率的に分解するものであれば、その資源は特に限定されず、動物由来リパーゼ、植物由来リパーゼ、微生物由来リパーゼが挙げられる。
動物由来リパーゼとしては、脊椎動物の豚、猿、人、牛、鶏、サメ等の臓器由来リパーゼや無脊椎動物のザリガニ、ミミズ、ウニ由来リパーゼが挙げられる。リパーゼが抽出される臓器としては、膵臓、肝臓、唾液、胃、十二指腸、月旨肪組織、腎臓、心筋、肺、動脈等が挙げられる。また、ミルク由来のリパーゼも挙げられる。
植物由来リパーゼとしては、油脂を多く含む種子や殻類由来リパーゼが挙げられる。一例として、ヒマシ、米ぬか、小麦、エンパク、菜種、落花生、大豆、 トウモロコシ、からし菜由来リパーゼが挙げられる。
微生物由来リパーゼとしては、カビ、酵母、細菌類由来リパーゼが挙げられる。細菌類由来リパーゼとしては、乳酸菌、バチルス属細菌由来リパーゼが挙げられる。
これらの中でも、微生物由来リパーゼが好ましく、バチルス属細菌由来リパーゼがより好ましい。
【００１３】
また、アノード区画５は、更に前記リパーゼを生成する微生物を含むことが好ましい。これにより、外からリパーゼを追加せずとも、微生物の増殖により自ずとリパーゼを発電装置に供給することができる。微生物としては、バチルス属細菌が好ましい。
【００１４】
バチルス属細菌としては、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ａｎｔｈｒａｃｉｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｃｅｒｅｕｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｃｏａｇｕｌａｎｓ 、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｌｉｃｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｍｅｇａｔｅｒｉｕｍ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ等が挙げられる。
【００１５】
［アノード電極］
アノード電極４としては、特に限定されず、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｇｅ、Ｈｆ等の金属；アルメル、真ちゅう、ジュラルミン、青銅、ニッケリン、白金ロジウム、ハイパーコ、パーマロイ、パーメンダー、洋銀、リン青銅等の合金類；ポリアセチレン類等の導電性高分子；グラファイト、カーボンブラック、カーボンフェルト、カーボンペーパー等の炭素材；ＨｆＢ２、ＮｂＢ、ＣｒＢ２、Ｂ４Ｃ等のホウ化物；ＴｉＮ、ＺｒＮ等の窒化物；ＶＳｉ２、ＮｂＳｉ２、ＭｏＳｉ２、ＴａＳｉ２等のケイ化物；及びこれらの合材等を用いることができ、炭素材が好ましく、カーボンフェルト、カーボンペーパーがより好ましい。
【００１６】
＜カソード区画＞
カソード区画３は、電子伝達メディエーターを含む。
［電子伝達メディエーター］
電子伝達メディエーターとしては、アノード区画５で用いられる油脂に比べて酸化還元電位が高ければ特に限定されず、ＡＢＴＳ(２，２’−ａｚｉｎｏｂｉｓ（３−ｅｔｈｙｌｂｅｎｚｏｌｉｎｅ−６−ｓｕｌｆｏｎａｔｅ))、Ｋ３［Ｆｅ（ＣＮ）６］等が挙げられる。
【００１７】
［カソード電極］
カソード電極２としては、アノード電極４と同様のものが挙げられ、炭素材が好ましく、カーボンフェルト、カーボンペーパーがより好ましい。
【００１８】
（発電機構）
本実施形態の発電装置１において、アノード区画５では、リパーゼによる油脂の分解により電子が生じる。この電子はアノード電極４に伝達される。アノード電極４に達した電子は、外部回路を通り、カソード電極２に到達する。カソード電極２に到達した電子は、カソード区画３中の高い価数の多価金属イオンを還元し、低い価数の多価金属イオンを生成する（Ｆｅ３＋→Ｆｅ２＋）。
また、アノード区画５では、リパーゼによる油脂の分解によりプロトンが生じる。プロトンは、プロトン透過膜６を透過してカソード区画３に導入され、カソード電極２において低い価数の金属イオンとともに酸素によって酸化される。これにより、水が生成すると同時に、低い価数の金属イオンが元の価数の高い金属イオンに戻る。これらの一連の反応は、例えば下記式で表される。
【００１９】
【化１】
2015170466.tif 000003
【００２０】
本実施形態の発電装置によれば、油脂から効率よく電気エネルギーを取り出すことができ、エネルギーを再利用できる。
【００２１】
≪汚水浄化装置≫
本発明の汚水浄化装置は、油脂含有汚水を浄化する汚水浄化装置であって、上述した発電装置を備えたものである。
本発明の汚水浄化装置によれば、廃水処理槽の中で分離等処理にひと手間加えなければならない油脂を、分離することなく、リパーゼの分解能力だけで処理し、同時に発電できる。
【００２２】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００２３】
［発電装置］
図２に示す発電装置を作製した。装置の各構成を以下に示す。
１）セル
容器: (材質:アクリル、容量１００ｍＬ、ラバー、電解質板、イオン交換膜(ネオセプタ)、抵抗 (１ｋΩ )
電極：カーボンフェルト
２)溶液
Ａｎｏｄｅ:オリーブオイル(０．０５ｍＬ)、人工廃水（２４．９５ｍＬ）
Ｃａｔｈｏｄｅ:ヘキサシアノ鉄(ＩＩＩ)溶液(５０ｍＬ)
３）電流・電圧計:マルチメーター(ＡＤＣＭＴ  ７６４１Ａ  Ｄｉｔｔｔａｌ  Ｍｕｌｔｉｎｅｔｅｒ)
４）スキャナ
５）温度計(ＫＥ島田ＮＣＥ ＮＲ―１０００)
６）エアーポンプ(ＨＩＢＬＯＷＡＩＲＰ  ＣＤ―８Ｓ)
７）吸引用トラップ三ロフラスコ（Ｓａｒｔｏｒｉｕｓ  １６６１０）
８）パソコン
実施例に用いた人工廃水の組成を表１に示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
［発電試験］
上述した装置を用いて、Ａｎｏｄｅ側に２４．９５ｍＬの人工廃水、５０μＬのオリーブオイル、表２に示す試料２５ｍＬを投入し、Ｃａｔｈｏｄｅ側に、６．６ｇ／Ｌのヘキサシアノ鉄(ＩＩＩ )溶液を５０ｍＬ投入した。１分おきに電圧、電流を自動で計測し、５日間（約１４７時間)稼動させた。１分おきに温度を自動で計測し、温度を一定に保つため、恒温室で室温を３０℃に設定して実験を行った。
また、油を撹拌するためＡｎｏｄｅ側をバブリングし、蒸発量を少なくするためトラップを設けた。電圧・電流計測結果を図３〜図４に示す。
図３〜図４に示すように、納豆菌、バチルス・サブチリス、バチルス菌由来のリパーゼを用いて、油脂の分解反応から発生する電気エネルギーを取り出せることが確認された。
【００２６】
【表２】
2015170466.tif 000005
【００２７】
以上の結果から、本発明によれば、油脂分解酵素を利用した効率の良い発電装置を提供できることが明らかである。
【符号の説明】
【００２８】
１…発電装置、２…カソード電極、３…カソード区画、４…アノード電極、５…アノード区画、６…プロトン透過膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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