(57)【要約】【課題】不純物が混入せず、高効率で安価に藻類を培養する。【解決手段】ブロー成形されたポリエステル等からなる合成樹脂容器２内に藻類と液状培地とを封入するとともに、合成樹脂容器２内を外部に対して陽圧とし、これらを封入した合成樹脂容器２を繋いで浮体構造物を構築し、この浮体構造物を洋上に浮かべた状態に係留することにより、合成樹脂容器２を浮遊させながら合成樹脂容器２内で藻類を培養し、培養後に合成樹脂容器２を回収して、油脂分を抽出精製する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂容器内に藻類と液状培地とを封入し、これらを封入した前記合成樹脂容器を多数集合させた状態で水上又は水中に浮遊させ、前記合成樹脂容器内で前記藻類を培養することを特徴とする藻類培養方法。
【請求項２】
前記合成樹脂容器を繋いで浮体構造物を構築し、前記浮体構造物を洋上に浮かべた状態に係留することを特徴とする請求項１記載の藻類培養方法。
【請求項３】
前記藻類と液状培地とを封入した前記合成樹脂容器内を外部に対して陽圧にすることを特徴とする請求項１又は２記載の藻類培養方法。
【請求項４】
前記合成樹脂容器として、ブロー成形されたポリエステル製容器を用いることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の藻類培養方法。
【請求項５】
藻類と液状培地とが封入される多数の合成樹脂容器と、これら合成樹脂容器を集合させた状態に保持する漂流防止手段とを備えることを特徴とする藻類培養装置。
【請求項６】
前記合成樹脂容器が、ブロー成形されたポリエステル製容器であることを特徴とする請求項５記載の藻類培養方法。
【請求項７】
前記合成樹脂容器は、内容積が１０リットル〜２００リットルであることを特徴とする請求項５又は６記載の藻類培養装置。
【請求項８】
前記合成樹脂容器が光透過性材料により形成されていることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項記載の藻類培養装置。
【請求項９】
前記合成樹脂容器を繋いで洋上に浮かべた状態に係留される浮体構造物を構築していることを特徴とする請求項５から８のいずれか一項記載の藻類培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、藻類を樹脂製容器に収容して培養する藻類培養方法及びその方法に用いられる藻類培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
枯渇が危惧される石油のような化石燃料の代替品として、バイオ燃料への関心が高まっている。バイオ燃料とは、植物などの生物資源を原料として製造される燃料である。代表的なバイオ燃料としては、トウモロコシやサトウキビなどの糖質をアルコール発酵させて得られるバイオエタノールや、植物油などの油脂を改質して得られるバイオディーゼルが知られている。しかし、従来のバイオ燃料の製造においては、原料の確保が問題となる。特に、バイオエタノールの原料は食糧にもなる場合が多く、バイオエタノールの製造の拡大が食糧及び飼料価格の高騰を引き起こし、大きな社会問題となっている。そのため、食糧供給に影響を及ぼさないバイオ燃料の製造方法が模索されている。
【０００３】
新たなバイオ燃料の原料として、光合成により油脂を生産する性質を有する微細藻類が注目されている。微細藻類を利用したバイオ燃料生産は、実質的に食糧生産と競合することがないどころか油脂回収後の藻体を食糧・飼料とすることもできる、高等植物よりも単位面積あたりの生産性が高い、高等植物の栽培に適さない土地でも利用できる、大気中の二酸化炭素固定への寄与を高めやすい、などの利点を有する。
例えば、特許文献１には、バイオリアクターにより屋外で藻類を培養し、そこからオイルを抽出してバイオディーゼルを製造する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２３９４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、微細藻類を大量培養する場合、培養コストの低減は必須の課題である。例えば、ポトリオコッカス・ブラウニー等の微細藻類を効率的に培養するためには、適性な栄養素や光といった生育条件が必要となる。このため、屋外のプールなどで培養するオープンボンド法（開放系）が提案されているが、供給される栄養素のばらつき、藻の生育を妨げる他の生物を含む不純物の混入による影響や、更には環境への負荷などが懸念される。
特許文献１記載の方法は、殺菌処理した栄養塩含有液を培養液としているが、コスト増の要因になる。
一方、恒温槽中等の閉じられた環境で培養する閉鎖系の場合は、培養される藻類が外気と直接接触しないため、開放系のような問題がないが、品質管理コストが増大し、生産量も限定されやすい。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、不純物が混入せず、高効率で安価に藻類を培養することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の藻類培養方法は、合成樹脂容器内に藻類と液状培地とを封入し、これらを封入した前記合成樹脂容器を多数集合させた状態で水上又は水中に浮遊させ、前記合成樹脂容器内で前記藻類を培養することを特徴とする。
【０００８】
多数の合成樹脂容器を水上又は水中に浮遊させた状態で培養するので、開放系と同様、屋外プール、海、湖等で培養することが可能である。一方、各合成樹脂容器は、藻類等を個々に封入しているので、内部の藻類が外気と直接接触しない閉鎖系の環境となる。
【０００９】
この場合、適切な樹脂素材の容器を選定することにより、藻類と液状培地とを封入した合成樹脂容器内を外部に対して陽圧にし、衝撃等の外部影響が生じた際にも、外気の侵入を有効に防止することが好ましい。また、合成樹脂容器内を外部に対して陽圧にすることで、他の微生物が培地に混入した場合であっても、その増殖を抑制することができる。合成樹脂容器内を陽圧にするには、液状培地に炭酸ガスを含有させることが容易かつ経済的であり、好ましい手段となる。特に、炭酸ガスは光合成する微細藻類を培養する場合には、光合成の炭素源にもなり、増殖速度を有効に高めることにも活用できる。この場合、液状培地が含有する炭酸ガス濃度は、市販の装置や培地に配合する原料により調整することができるため、培養に適した容器内ガス組成を選択することができる。
【００１０】
したがって、開放系の形態でありながら、閉鎖系と同様に不純物の混入がなく高品質で培養できる。また、合成樹脂容器を水中又は水上に浮遊させているので、合成樹脂容器内で液状培地が適度に撹拌され、藻類を新鮮な培地に接触させて成長を促進することができ、効率がよい。
ポトリオコッカス・ブラウニー等の光合成により増殖する藻類の場合は、合成樹脂容器を透明等、光を透過する素材で形成すればよい。
万一、特定の合成樹脂容器に不純物混入等が生じたとしても、その特定の合成樹脂容器の内容物のみを廃棄すればよく、他の合成樹脂容器での培養には影響を及ぼさない。
【００１１】
この場合、合成樹脂容器を繋いで浮体構造物を構築し、浮体構造物を洋上に浮かべた状態に係留することが好ましい。
浮体構造物として洋上で浮遊させておくことにより、ほぼ一定の温度で培養することができ、自然培養により大量に培養することができる。また、光合成により増殖する藻類を培養する場合も、十分な太陽光を得ることができる。
【００１２】
さらに、本発明において、前記合成樹脂容器として、ブロー成形されたポリエステル製容器を用いることが好ましい。
ブロー成形は中空成形品の経済的な大量生産に好適な方法であり、容器を安価に作製することができる。
【００１３】
本発明の藻類培養装置は、藻類と液状培地とが充填される多数の合成樹脂容器と、これら合成樹脂容器を集合させた状態に保持する漂流防止手段とを備えることを特徴とする。
漂流防止手段としては、個々の合成樹脂容器が離脱しないように集合させることができれば、特に限定されるものではなく、ワイヤや鎖等の索状具、網、多数の合成樹脂容器を一括して囲む枠状浮体などを適用することができるが、合成樹脂容器を繋いで洋上に浮かべた状態に係留する浮体構造物を構築するとよい。
また、合成樹脂容器と漂流防止手段は、１回の培養が終わったら、新たな藻類と炭酸培地とを封入してリサイクルすることができる。
【００１４】
この場合、合成樹脂容器の内容積は、１０リットル〜２００リットルであることが好ましい。この範囲の容器が飲料用容器等に一般に用いられており、その製造技術も確立しているため、これを用いることにより安価に容器を作製することができる。
また、光合成により増殖する藻類の培養には、上述したように、合成樹脂容器が光透過性材料により形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、開放系の形態でありながら、閉鎖系と同様に不純物の混入がなく高品質で培養でき、また、合成樹脂容器を浮遊させているので、合成樹脂容器内で適度に撹拌され、藻類を新鮮な培地に接触させて成長を促進することができ、効率がよい。しかも、ブロー成形された合成樹脂容器内に藻類と培地を封入して放置することで培養可能であるので、初期費用、維持費用ともにコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態の藻類培養方法の工程を示す模式図である。
【図２】一実施形態の藻類培養装置を洋上に浮体構造物として係留した状態を示す模式図である。
【図３】図２の藻類培養装置の一部を示す拡大図である。
【図４】合成樹脂容器を複数群に分けて培養し、個々に回収する形態を模式化して示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
一実施形態の藻類培養装置１は、藻類（種藻）１１と液状培地１２とが封入される多数の合成樹脂容器２と、これらを集合させた状態に保持する漂流防止手段３とを備えており、洋上に人工浮体構造物を構築している。
【００１８】
合成樹脂容器２は、藻類等が貯留される容器本体２１と、この容器本体２１の口部２１ａを密閉するためのキャップ２２とからなる構成である。容器本体２１は、生産性の面でブロー成形（中空成形、吹き込み成形ともいう）によって形成されたものが好ましい。ブロー成形の一つの態様は、押出成形や射出成形で作った筒状のパリソンを金型（ともに図示略）で挟み、内部に加圧空気を吹き込んで、金型内面に沿った中空の成形品を得る方法であり、中空成形品の経済的な大量生産に好適な代表的方法である。
【００１９】
合成樹脂容器２の材料としては、ブロー成形できる合成樹脂で、気候の変化に対応できる程度の耐候性、機械的強度、および合成樹脂容器２の内部を陽圧にする場合には適度な耐圧性、耐クリープ性を発揮できるものであればよく、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリエチレンフランカルボン酸（ＰＥＦ）をはじめとするポリエステル類、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）をはじめとするポリオレフィン類、ポリアミド類（ＰＡ）などを適用することができる。容器の成型性及び経済性から、ポリエステル類、特に、ポリエチレンテレフタレートが好適である。
この合成樹脂容器２の大きさとしては、１０リットル〜２００リットルの容量のものを適用することができる。この範囲の容器は飲料用等に一般に用いられており、ブロー成形を含めた製造技術だけでなく、後述する充填技術も確立されている。例えば、直径３０ｃｍｍ、高さが３５ｃｍで、約１００リットルのものが適用される。
【００２０】
この合成樹脂容器２内で培養される藻類１１としては、ボトリオコッカス・ブラウニー、オーランチオキトリウム、ユーグレナ、クロレラ、スプルリナ、デュナリエア、ヘマトコッカス、ナンノクロロプシス、シュードコリシスチスなどが挙げられる。
液状培地１２は、炭酸水に栄養素を混入したもので、栄養素としては、公知の糖質、脂質、ビタミン、ミネラルなどを組み合わせることができる。廃糖蜜などの農作物廃棄物を利用すると、栄養素のほかに、経済性ならびに食糧生産との非競合という観点で好ましい。
そして、藻類が０．０１〜１ｇ／ｌ、糖質が５〜５０ｇ／ｌ、ＣＯ２濃度が０〜１０ｇ／ｌ、ｐＨが３〜１０となるように、藻類、栄養素、炭酸水を混合して合成樹脂容器に充填する。この充填には、飲料容器内に飲料を充填する設備と同様のものを用いることができる。この充填システムは、飲料用として無菌充填の技術が確立しており、これを本発明に活用することがで、合成樹脂容器内への藻類の充填時に雑菌等が混入することを防止できる。なお、炭酸水をベースにした場合には、合成樹脂容器２には０．０１〜０．７ＭＰａ程度の内圧が作用する。
【００２１】
漂流防止手段３としては、図２に示すような浮体構造物を構築することができる。
この図２に示す浮体構造物３の例では、合成樹脂容器２がワイヤ、ロープ、チェーン等の索状体３１により多数連結されて集合されるとともに、これら合成樹脂容器２の集合体の外側全体が枠状浮体３２によって囲まれ、この枠状浮体３２に索状体３１が固定されることにより、枠状浮体３２内に多数の合成樹脂容器２が集合された状態に保持されている。藻類１１がボトリオコッカス・ブラウニーのような光合成により増殖する場合は、枠状浮体３２の内側で合成樹脂容器２が面状に並ぶようにするとよい。また、各合成樹脂容器２の間は、相互に自由に運動できるように索状具３１に弛みを持たせておくとよい。そして、枠状浮体３２の四隅部が海底５に固定用索状具３３によって固定され、海流に流されないようになっている。
図２及び図３中、符号６は海面を示している。
なお、本実施形態では漂流防止手段３として浮体構造物を構築した例を示しているが、必ずしも浮体構造物でなくてもよい。
【００２２】
このように構成した藻類培養装置１は、図１に示すように、まず、個々の合成樹脂容器２内に藻類１１と液状炭酸培地１２とを充填してキャップ２２により密閉し、これら合成樹脂容器２を洋上に投入して浮体構造物として海底５に係留した状態に設置する。その状態で所定期間放置され、その間に各合成樹脂容器２内で藻類１１が培養される。
この場合、洋上等での培養であるので、オープンボンド法と同様の開放系であるが、各合成樹脂容器２は、藻類等を貯留した容器本体２１の口部２１ａがキャップ２２により密閉されており、内部の藻類１１が外気と接触しない閉鎖系の環境となる。また、培地として炭酸水を用いているので、炭酸ガスにより合成樹脂容器２内が外気よりも高い陽圧になっており、外部衝撃等により瞬間的に蓋の密封が損なわれたような場合であっても、外気の侵入を有効に防止することができる。したがって、開放系の形態でありながら、閉鎖系と同様に不純物の混入がなく高品質で培養することができる。
【００２３】
また、各合成樹脂容器２は、洋上に浮遊した状態であるとともに、内部には液状の炭酸培地等が封入されており、波の影響等により揺れ動くので、合成樹脂容器２内が撹拌される。このため、内部に封入された藻類１１を新鮮な炭酸培地１２に接触させて成長を促進させることができ、効率がよい。
さらに、ボトリオコッカス・ブラウニーのような光合成により増殖する藻類の場合には、透明な合成樹脂容器２により、洋上で十分な太陽光を浴びて成長する。
【００２４】
そして、所定期間、例えば２か月間、洋上に放置した後、図１に示すように、合成樹脂容器２を回収し、藻類から油脂分を抽出して精製する。得られた油脂分は重油等の製品として利用することができる。また、油脂分が抽出された藻類の残渣は、飼料等に利用することができる。ボトリオコッカス・ブラウニーの場合は、油脂分を体外産生するので、油脂分が藻体と分離しており、その回収が容易である。オーランチオキトリウムは、体内産生の藻類であり、藻類から精製して油脂分を回収する。
藻類を回収した合成樹脂容器２は、内部を洗浄した後に、再び、藻類１１と炭酸培地１２とを充填して、浮体構造物１の一部として再利用される。この場合、一部の合成樹脂容器に破損等が生じていた場合には、その合成樹脂容器のみを新しい合成樹脂容器２に代えればよく、他の健全な合成樹脂容器はそのまま再利用することができる。
【００２５】
以上の合成樹脂容器への藻類等の充填から培養、回収、油脂分の抽出精製までの一連のシステムにおいて、充填及び洋上までの運搬、培養後の回収、油脂分の抽出精製等の作業を除けば、全工程の大半が藻類等を貯留した合成樹脂容器を洋上に浮遊させておくだけであるので、培養期間中は、新規の投入エネルギーは不要である。したがって、培養装置として安価に製作できることと相俟って、閉鎖系の培養システムであるにもかかわらず、大幅にコストを低減することができる。
【００２６】
なお、洋上から合成樹脂容器２を回収する場合、すべてを一括して回収して油脂分等を抽出した後、使用済の合成樹脂容器２をリサイクルして、新たな藻類により再培養してもよいが、複数個ずつ場所を変えながら順次回収して、再培養するようにしてもよい。この場合、図２に示すように一群として洋上に浮遊させた中から、複数個ずつ回収、再培養してもよいし、複数群に分けた状態で洋上に浮遊させて、群ごとに回収、再培養するようにしてもよい。
図４は、合成樹脂容器を複数群に分けて培養し、個々に回収、再培養する形態を模式化して示している。この図４に示す例では、群ごとに漂流防止手段３１〜３ｎが設けられており、洋上に整然と配列されている。また、陸上には管理施設３５が設けられており、矢印で示すように、群ごとに設置、回収がなされ、管理施設３５において、合成樹脂容器２への藻類及び炭酸培地の充填、培養後の藻類の回収、油脂分の抽出が行われる。
このように、複数の群に分けて回収、再培養することにより、連続的に大量に油脂分を得ることができ、商業生産に適している。
【００２７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、藻類等を貯留した合成樹脂容器を洋上に浮遊させて培養することとしたが、湖、沼、河川等であってもよく、水上だけでなく、水中に浮遊させることも可能である。
漂流防止手段としても、実施形態以外に、水上又は水中に浮遊させた多数の合成樹脂容器の全体を網で覆う、などの手段も採用することができる。
人工の屋外プールを建設して、その水上、又は水中に配置してもよい。
また、合成樹脂容器の外面に、半径方向等に延びる羽根を一体に形成しておいてもよく、その羽根が洋上で波により圧力を受けて合成樹脂容器の揺れを大きくすることができる。
さらに、光合成により増殖する藻類の場合、ＬＥＤ等により人工的な照明を付与してもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１  藻類培養装置
２  合成樹脂容器
３  漂流防止手段
５  海底
６  海面
１１  藻類
１２  液状培地
２１  容器本体
２１ａ  口部
２２  キャップ
３１  索状体
３２  枠状浮体
３３  固定用索状体
３５  管理施設
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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