(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に酵素が存在する電極を備えたバイオ燃料電池に使用されるバイオ燃料を生成するバイオ燃料生成装置であって、
植物の樹液を採取するために該植物に刺される採取針と、この採取針と連通する採取容器とを備え、
前記採取針は針本体と基部からなり、中央に形成された貫通孔と、この針本体中央の貫通孔と連通して前記植物の樹液を植物から採取する複数の貫通孔を有し、
前記採取容器は前記採取針との分離が自在であって、かつ、スクラーゼの収納部を有しており、
前記採取針によって採取した前記樹液を前記採取容器に送り、前記樹液中に含まれるスクロースを前記採取容器内において前記スクラーゼと反応させ、グルコースとフルクトースとに分解する構成としたことを特徴とするバイオ燃料生成装置。
【請求項２】
前記採取容器は内部が負圧であり、前記樹液を該採取容器に吸引する構成であることを特徴とする請求項１に記載のバイオ燃料生成装置。
【請求項３】
前記採取容器が真空採取容器であることを特徴とした請求項２に記載のバイを燃料生成装置。
【請求項４】
前記採取容器がバイオ燃料電池に装入可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバイオ燃料生成装置。
【請求項５】
前記採取容器の下端に、バイオ燃料電池に装入したとき該バイオ燃料電池の流路と連通する針が突き刺さる底キャップを取り付けてあることを特徴とする請求項４に記載のバイオ燃料生成装置。
【請求項６】
前記採取針の針本体における外面に、雄ねじを形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のバイオ燃料生成装置。
【請求項７】
表面に酵素が存在する電極を備えたバイオ燃料電池に使用されるバイオ燃料の生成方法であって、
前記請求項１〜６のいずれか一項に記載のバイオ燃料生成装置によって植物の樹液を採取し、前記樹液に含まれるスクロースを採取容器内においてスクラーゼと反応させ、グルコースとフルクトースとに分解することによって、前記バイオ燃料を生成することを特徴とするバイオ燃料の生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオ燃料生成装置及びバイオ燃料の生成方法に関し、特に、植物が行う光合成反応を利用して、太陽光に依存して半永久的にバイオ燃料を生成するバイオ燃料生成装置及びバイオ燃料の生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
反応触媒として酸化還元酵素を使用したバイオ燃料電池は、グルコース（ブドウ糖とも呼ばれる。）などのバイオ燃料から、効率よく電子を取り出すことができるため、安全性が高い次世代の燃料電池として注目されている。  
【０００３】
たとえば、特許文献１には、正極と負極との間にプロトン伝導体を挟んだ構造を有し、酵素を用いて燃料を分解し発電し、前記燃料がマルトース、スクロース及びラクトースのうちの少なくとも一種を含む多糖類を含み、前記酵素が、前記多糖類の分解を促進し単糖類を生成する分解酵素と、生成した単糖類の酸化を促進し分解する酸化酵素と、前記単糖類の酸化に伴って還元された補酵素を酸化体に戻すとともに電子メディエーターを介して電子を前記負極に渡す補酵素酸化酵素とを含む燃料電池が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、正極と負極とがプロトン伝導体を介して対向した構造を有し、上記正極および上記負極の少なくとも一方に酵素、微生物または細胞と電子メディエーターとが用いられ、上記プロトン伝導体が上記電子メディエーターの酸化体または還元体の電荷と同符号の電荷を有し、上記プロトン伝導体に上記電子メディエーターの酸化体または還元体の電荷と同符号の電荷を有するポリアニオンまたはポリカチオンが含まれ、上記プロトン伝導体が、イミダゾールと塩酸とを混合した緩衝液を含む電解質からなる燃料電池が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、表面に酵素が存在する電極を備えたバイオ燃料電池に使用される燃料溶液が貯留される燃料溶液貯留部と、前記バイオ燃料電池で使用された後の溶液が貯留される廃液貯留部と、前記燃料溶液の排出及び前記使用後の溶液の吸引を行う送液機構と、を備え、前記燃料溶液貯留部の燃料溶液を前記バイオ燃料電池に注入すると共に、該バイオ燃料電池内の使用後の溶液を前記廃液貯留部に回収するバイオ燃料電池用燃料容器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２４５５５号公報
【特許文献２】特開２００８−３０５５５９号公報
【特許文献３】特開２０１１−２５８５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１、２の技術は、グルコースなどのバイオ燃料から効率よく電子を取り出すことができる優れた技術ではあるものの、バイオ燃料電池の周辺の技術、たとえば、バイオ燃料を手軽、かつ容易に生成する技術などを確立することも要望されていた。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑み提案されたものであり、植物が行う光合成反応を利用して、太陽光に依存して半永久的にバイオ燃料を手軽、かつ容易に生成することのできるバイオ燃料生成装置及びバイオ燃料の生成方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、表面に酵素が存在する電極を備えたバイオ燃料電池に使用されるバイオ燃料を生成する本発明のバイオ燃料生成装置は、植物の樹液を採取するために該植物に刺される採取針と、この採取針と連通する採取容器とを備え、前記採取針は、針本体と基部からなり、中央に形成された貫通孔と、この針本体中央の貫通孔と連通して前記植物の樹液を植物から採取する複数の貫通孔を有し、前記採取容器は、前記採取針との分離が自在であって、かつ、スクラーゼの収納部を有しており、
前記採取針によって採取した前記樹液を前記採取容器に送り、前記樹液中に含まれるスクロースを前記採取容器内において前記スクラーゼと反応させ、グルコースとフルクトースとに分解する構成としてある。
【００１０】
また、表面に酵素が存在する電極を備えたバイオ燃料電池に使用される本発明のバイオ燃料の生成方法は、上記バイオ燃料生成装置によって、植物の樹液を採取し、前記樹液に含まれるスクロースをスクラーゼと反応させ、グルコースとフルクトースとに分解することによって、前記バイオ燃料を生成する方法としてある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のバイオ燃料生成装置及びバイオ燃料の生成方法によれば、植物が行う光合成反応を利用して、バイオ燃料を手軽に、かつ、容易に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかるバイオ燃料生成装置の使用状態概略図を示している。
【図２】図２は、本発明の一実施形態にかかるバイオ燃料生成装置の要部を説明するための概略図を示している。
【図３】図３は、本発明の第一応用例にかかるバイオ燃料生成装置を説明するための要部の概略拡大図であり、（ａ）は正面図を示しており、（ｂ）はＡ−Ａ矢視図を示している。
【図４】図４は、本発明の第二応用例にかかるバイオ燃料生成装置を説明するための概略図であり、（ａ）は樹液を採取している状態の拡大図を示しており、（ｂ）は生成したバイオ燃料を供給している状態の拡大図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［バイオ燃料生成装置及びバイオ燃料の生成方法の一実施形態］
本実施形態のバイオ燃料生成装置及びバイオ燃料の生成方法は、後述するバイオ燃料電池などに使用されるバイオ燃料１０２の生成方法であって、植物１００の樹液１０１を採取し、この樹液１０１に含まれるスクロース（ショ糖とも呼ばれる。）をスクラーゼ１５（スクロースを加水分解する反応を触媒する酵素）と反応させ、グルコース（ブドウ糖とも呼ばれる。）とフルクトース（果糖とも呼ばれる。）に分解することによって、バイオ燃料１０２を生成する。
【００１４】
図１において、本実施形態のバイオ燃料生成装置１は、植物１００の樹液１０１を採取するために、該植物１００に刺し込む採取針１１、及び、この採取針１１と連通し、スクラーゼ１５（図１においては、図示せず）を収納した採取容器１３などを備えている。
このバイオ燃料生成装置１は、採取容器１３内において、採取した樹液１０１に含まれるスクロースをスクラーゼ１５と反応させ、グルコースとフルクトースとに分解することによって、上記のバイオ燃料電池２などに使用されるバイオ燃料１０２を生成する。
【００１５】
ここで、好ましくは、植物１００が、観葉植物であるとよい。このようにすると、身近にある植物を利用することができる。また、身近にある植物を利用して発電することによって、省エネや環境保護への意識を向上させることができる。
また、観葉植物とは、主に屋内において自然な雰囲気を醸し出すために育てる植物をいい、たとえば、アイビー（ウコギ科）、アジアンタム（ワラビ科）、アレカヤシ（ヤシ科）、インドゴム（クワ科）、オリヅルラン（ユリ科）、サンセベリア（リュウゼツラン科）、シェフレラ（ウコギ科）、スパティフィラム（サトイモ科）、ドラセナ（リュウゼツラン科）、ネオレゲリア（パイナップル科）、パキラ（パンヤ科）、ベンジャミン（クワ科）、ポトス（サトイモ科）、モンステラ（サトイモ科）、レックスベゴニア（シュウカイドウ科）などが挙げられる。
【００１６】
また、植物１００は、公園、学校の敷地などに生えている樹木であってもよく、このようにしても、身近にある植物を利用して発電することによって、省エネや環境保護への意識を向上させることができる。
【００１７】
また、本実施形態のバイオ燃料生成装置は、植物１００に採取針１１を刺し込み、この採取針１１と連通した採取容器１３に、樹液１０１を採取する。このようにすると、容易に樹液１０１を採取でき、また、植物１００へのダメージを低減することができる。
また、チューブ１２を介して、採取針１１と採取容器１３とを連通させており、採取容器１３は、ベルトなどの保持手段１４によって、植物１００に保持されている。
【００１８】
上記の採取針１１は、通常、注射針のように、筒状の針本体１１１と、針本体１１１が取り付けられる基部１１２とからなっている（図２参照）。
また、針本体１１の長さ及び太さ（内径）は、植物１００の種類や、植物１００の幹の太さなどによって、適宜、設定される。
【００１９】
ここで、好ましくは、刺された採取針１１の先端の深さは、通常、植物１００の幹の直径（φＤ）の１０％以上２０％以下であるとよい。この理由は、１０％未満だと、樹液１０１を効率よく採取できないおそれがあるからであり、また、２０％を超えると、植物１００へダメージを与えるおそれがあるからである。
また、採取針１１の刺し込み方は、通常、採取針１１を植物１００に直接的にねじ込んだり、あるいは、きりなどで穴をあけた後に、この穴に採取針１１を挿入する。
【００２０】
また、好ましくは、採取容器１３は、内部が負圧であり、樹液１０１が該採取容器１３に吸引されるとよく、このようにすると、樹液１０１を短時間で採取することができる。
なお、内部を負圧とした採取容器１３として、たとえば、図２においては、内部が減圧された容器として、真空採取管１３ａを用いている。
この真空採取管１３ａは、真空採血管とほぼ同様な構造としてあり、有底筒状の管本体１３１、及び、管本体１３１の上部に取り付けられ、真空引きされた状態を維持するキャップ１３２とからなっている。
また、図２においては、チューブ１２の一端に、採取針１１の基部１１２と連結されるジョイント１２３が取り付けられており、かつ、チューブ１２の他端に、キャップ１３１に刺し込まれる針１２１、及び、この針１２１を収納するカバー１２２が取り付けられている。
【００２１】
また、好ましくは、採取容器１３には、予めスクラーゼ１５が収納されており、採取された樹液１０１を、採取容器１３内でスクラーゼ１５と反応させ、グルコースとフルクトースとに分解し、バイオ燃料１０２を生成してもよい。このようにすると、採取した樹液１０１を反応容器などに入れ替える手間が不要となり、作業性などを向上させることができる。
たとえば、図２においては、真空採取管１３ａに予めスクラーゼ１５が収納されており、採取された樹液１０１は、スクラーゼ１５と反応し、バイオ燃料１０２となる。
【００２２】
また、本発明で用いる樹液とは、植物中に含まれている養分となる液をいう。また、植物の根から葉まで導管伝いに流れている樹液は、導管液と呼ばれ、葉から各組織に流れている樹液は、師管液と呼ばれる。
導管液は、根が土壌から吸収した水とミネラル（無機イオン類）、及び、根の細胞で合成され分泌されたアミノ酸（クルタミンなど）や糖質（ショ糖など）などの有機物質を含んでいる。
また、師管液は、葉の細胞で合成され分泌されたタンパク質、高濃度のショ糖、アミノ酸（グルタミン）などを含んでいる。
【００２３】
なお、本実施形態の植物１００は、図２に示すように、幹の中央に心材１０４が位置しており、心材１０４のほぼ中心に髄１０３がある。また、心材１０４の外側に、形成層１０６を挟んで木部１０５と師部１０７が位置しており、師部１０７の外側に外樹皮１０８が位置している。また、上記の師管は師部１０７にあり、導管は木部１０５にある。そして、採取針１１は、図２に示すように、樹液として、師管液を採取している。ただし、これに限定されるものではなく、本発明で用いる樹液とは、植物中に含まれている養分となる液であって、スクロースを含む液であればよい。
【００２４】
また、バイオ燃料１０２が使用されるバイオ燃料電池は、図示してないが、表面に酵素が存在する電極（すなわち、負極及び正極）を備えており、負極と正極とがプロトンのみ伝導する電解質層を介して対向した構造を有している。
このバイオ燃料電池は、負極側にグルコースが供給されると、このグルコースが酸化酵素を含む分解酵素により分解される。この単糖類の分解プロセスで酸化酵素が関与することで、負極側で電子とＨ+ とを生成することができ、負極と正極との間で電流を発生させることができる。
なお、このバイオ燃料電池の基本的な構成は、上述した特許文献２の燃料電池とほぼ同様な構成としてあるので、その詳細な説明を省略する。
【００２５】
次に、上記バイオ燃料生成装置１の動作などについて説明する。
まず、植物１００は、光合成反応を行っている。すなわち、植物１００は、光エネルギーを使って水と空気中の二酸化炭素から炭水化物（糖類：例えば、スクロース（ショ糖）など）を合成し、また、水を分解する過程で生じた酸素を大気中に供給している。なお、植物１００の樹液１０１は、スクロースを含んでいる。
【００２６】
バイオ燃料生成装置１は、採取針１１が植物１００に刺されており、樹液１０１は、チューブ１２を通って、採取容器１３に滴下する。
ここで、植物１００によっては、樹液１０１が良好に滴下しない場合があるが、このような場合には、採取容器１３を負圧にして（たとえば、真空採血管１３ａ（図２参照）を用いて）、樹液１０１を採取してもよい。また、樹液１０１が滴下しすぎる場合には、流量制御弁などにより、滴下量を制御する。
【００２７】
採取容器１３は、スクラーゼ１５を収納しており、滴下した樹液１０１に含まれるスクロース（ショ糖）は、スクラーゼ（スクロースを加水分解する反応を触媒する酵素）と反応し、グルコース（ブドウ糖）とフルクトース（果糖）とに分解され、バイオ燃料１０２となる。
なお、バイオ燃料１０２は、グルコース（ブドウ糖）とフルクトース（果糖）を有しており、上述したように、バイオ燃料電池は、グルコース（ブドウ糖）を利用して発電する。ここで、バイオ燃料１０２は、フルクトース（果糖）を含んでいるが、フルクトース（果糖）は発電に悪影響をほぼ与えないので、通常、バイオ燃料１０２は、フルクトース（果糖）を含んでいてもよい。
また、バイオ燃料１０２が貯留された採取容器１３は、たとえば、チューブ１２及び植物１００から取り外され、バイオ燃料電池（図示せず）に取り付けられ、採取容器１３からバイオ燃料１０２が、バイオ燃料電池に供給される。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態によれば、植物１００が行う光合成反応を利用して、太陽光に依存して半永久的に、バイオ燃料１０２を生成することができる。また、植物１００に採取針１１を刺し、採取針１１と連通し、かつ、スクラーゼ１５を収納した採取容器１３に、樹液１０１を採取するので、バイオ燃料１０２を手軽に、かつ、容易に生成することができる。
また、本実施形態は、様々な応用例を有している。
次に、本実施形態の応用例について、図面を参照して説明する。
【００２９】
＜バイオ燃料生成装置及びバイオ燃料の生成方法の第一応用例＞
図３において、バイオ燃料生成装置及びバイオ燃料の生成方法は、上述した実施形態と比べると、採取針１１及びジョイント１２３の代わりに、採取針１１ｂ及びジョイント１２３ｂを有している点などが相違する。なお、本応用例の他の構成などは、バイオ燃料生成装置１とほぼ同様としてある。
したがって、図３において、図１、２と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００３０】
採取針１１ｂは、針本体１１１ｂと基部１１２ｂを有しており、針本体１１１ｂと基部１１２ｂのほぼ中央に貫通孔１１５が形成されている。
上記の針本体１１１ｂは、外面に雄ねじ１１３が形成されており、さらに、水平方向に沿って複数の貫通孔１１６、及び、垂直方向に沿って複数の貫通孔１１７が交互に形成されている。
また、基部１１２ｂは、ほぼ円筒形状であり、端部に、プラスドライバー（図示せず）と係合する十字溝１１４が形成されている。
この採取針１１ｂは、外面に雄ねじ１１３が形成されているので、木ねじを締め込むようにして、採取針１１ｂを植物１００に直接的に刺し込むことができ、利便性などを向上させることができる。
また、貫通孔１１５に連通する複数の貫通孔１１６、１１７によって、採取針１１ｂは、効果的に樹液を採取することができる。
【００３１】
また、ジョイント１２３ｂは、ジョイント本体１２４と筒状弾性体１２５を有しており、ジョイント本体１２４のほぼ中央に貫通孔１２６が形成されている。
上記の筒状弾性体１２５として、ゴム製の筒体などが用いられ、ジョイント本体１２４は、一方の端部が筒状弾性体１２５の右側に圧入され、他方の端部がチューブ１２に圧入される。
このジョイント１２３ｂは、筒状弾性体１２５の左側に、採取針１１ｂの基部１１２ｂが圧入されることによって、容易に採取針１１ｂと連結される。
なお、上記のジョイント１２３ｂの構成は、一例であり、これに限定されるものではない。
【００３２】
このように、本応用例のバイオ燃料生成装置及びバイオ燃料の生成方法は、上述した実施形態とほぼ同様の効果を奏するとともに、木ねじを締め込むようにして、採取針１１ｂを植物１００に直接的に刺し込むことができるので、利便性などを向上させることができる。
【００３３】
＜バイオ燃料生成装置及びバイオ燃料の生成方法の第二応用例＞
図４において、第二応用例のバイオ燃料生成装置及びバイオ燃料の生成方法は、上述した実施形態と比べると、真空採取管１３ａの代わりに、真空採取管１３ｃを有する点などが相違する。なお、本応用例の他の構成は、バイオ燃料生成装置１とほぼ同様としてある。
したがって、図４において、図２と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００３４】
真空採取管１３ｃは、ほぼ円筒形状の管本体１３１ｃ、管本体１３１ｃの上端に取り付けられたキャップ１３２、ほぼ中段に取り付けられたマイクロフィルタ１３３、収納されたスクラーゼ１５及び下端に取り付けられた底キャップ１３２ｃを有している。この真空採取管１３ｃは、後述するように、生成されたバイオ燃料１０２を供給するバイオ燃料供給用容器として用いられる。
【００３５】
また、バイオ燃料供給用容器として用いられる真空採取管１３ｃは、図４（ｂ）に示すように、バイオ燃料電池２の装入穴２１に装入される。この装入穴２１は、上部に、回動又は弾性変形する蓋部２２を有し、底部に、流路２３と連通した針２４が突設されている。
【００３６】
上記の真空採取管１３ｃは、バイオ燃料１０２を生成する際、図４（ａ）に示すように、キャップ１３２の針１２１が刺し込まれ、針１２１から樹液１０１が滴下する。滴下した樹液１０１は、マイクロフィルタ１３３によって、異物などが除去され、スクラーゼ１５によって、バイオ燃料１０２が生成される。
【００３７】
そして、生成されたバイオ燃料１０２を使用する際は、図４（ｂ）に示すように、キャップ１３２から針１２１が取り外され、真空採取管１３ｃは、バイオ燃料電池２の装入穴２１に装入される。装入された真空採取管１３ｃは、底キャップ１３２ｃに針２４が刺し込まれ、バイオ燃料１０２が流路２３に流れ出る。
なお、底キャップ１３２ｃは、上面に漏斗のような斜面が形成してあるので、バイオ燃料１０２を最後の数滴まで利用することができる。
また、底キャップ１３２ｃは、弾性体からなり、真空採取管１３ｃの下端に固定された構成としてあるが、この構成に限定されるものではない。たとえば、底キャップ１３２ｃの代わりに、回動式、かつ、密閉性を有する底板（図示せず）を有する構成としてもよい。
【００３８】
このように、本応用例のバイオ燃料生成装置及びバイオ燃料の生成方法は、上述した実施形態とほぼ同様の効果を奏するとともに、真空採取管１３ｃを、生成されたバイオ燃料１０２を供給するバイオ燃料供給用容器として用いることができるので、利便性などを向上させることができる。
【００３９】
以上、本発明のバイオ燃料生成装置及びバイオ燃料の生成方法について、好ましい実施形態などを示して説明したが、本発明に係るバイオ燃料生成装置及びバイオ燃料の生成方法は、上述した実施形態などにのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、バイオ燃料生成装置１において、貯留された採取容器１３は、たとえば、チューブ１２及び植物１００から取り外され、バイオ燃料電池（図示せず）に取り付けられ、採取容器１３からバイオ燃料１０２が、バイオ燃料電池に供給されるが、これに限定されるものではない。たとえば、図示してないが、採取容器１３がバイオ燃料電池と連結されており、バイオ燃料１０２が、採取容器１３から直接的にバイオ燃料電池に供給されてもよい。このようにすると、バイオ燃料生成装置１が、バイオ燃料１０２をバイオ燃料電池にほぼ自動的に供給することができるので、利便性などを大幅に向上させることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  バイオ燃料生成装置
２  バイオ燃料電池  
１１、１１ｂ  採取針  
１２  チューブ
１３  採取容器  
１３ａ  真空採取管
１４  保持手段
１５  スクラーゼ
２１  装入穴
２２  蓋部
２３  流路
２４  針
１００  植物
１０１  樹液
１０２  バイオ燃料
１０３  髄
１０４  心材
１０５  木部
１０６  形成層
１０７  師部
１０８  外樹皮
１１１、１１１ｂ  針本体
１１２、１１２ｂ  基部
１１３  雄ねじ
１１４  十字溝
１１５、１１６、１１７  貫通孔
１２１  針
１２２  カバー
１２３、１２３ｂ  ジョイント
１２４  ジョイント本体
１２５  筒状弾性体
１２６  貫通孔
１３１  管本体
１３２  キャップ
１３２ｃ  底キャップ
１３３  マイクロフィルタ
【図１】
0005827657.tif 000002
【図２】
0005827657.tif 000003
【図３】
0005827657.tif 000004
【図４】
0005827657.tif 000005