(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物を栽培する温室内にガスホルダーを設け、
該温室内の温室空間の空気中の二酸化炭素濃度よりも高濃度の二酸化炭素を含む排ガスで、且つ前記空気の温度よりも高温の排ガスを前記ガスホルダーに充填し貯留し、
該ガスホルダーに前記排ガスの充填を開始し終了するまで、さらに該終了後貯留している間に、該ガスホルダー表面からの放熱により、前記排ガスからの熱エネルギーを前記温室空間内へ供給し、前記植物近傍の空気を加温する加温工程と、
前記ガスホルダー内に貯留された前記排ガスを前記温室空間内へ排出し、排出された排ガス中に含まれる二酸化炭素によって前記植物近傍の空気中の二酸化炭素濃度を上昇させる二酸化炭素濃度上昇工程を備え、
前記加温工程における前記排ガスの充填と、前記二酸化炭素濃度上昇工程における前記排ガスの排出を、異なるタイミングで開始することを特徴とする温室栽培方法。
【請求項２】
前記植物近傍の空気の温度が低下する時間帯に該空気を加温し、前記植物の光合成が活性化する時間帯に該空気中の二酸化炭素濃度を上昇させることを特徴とする請求項１記載の温室栽培方法。
【請求項３】
前記排ガスは、二酸化炭素濃度が５〜２０体積％の範囲であることを特徴とする請求項１又は２記載の温室栽培方法。
【請求項４】
前記排ガスは、バイオマスをメタン発酵して生成したバイオガスを燃焼して生成した排ガスであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の温室栽培方法。
【請求項５】
前記排ガスを所定圧力になるまでガスホルダーに充填することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の温室栽培方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温室栽培方法に関し、詳しくは、ガスに含まれる熱エネルギー及び二酸化炭素を植物に利用させる温室栽培方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ハウス内の二酸化炭素濃度を調整することによって、栽培植物の生産性の向上を図ることが記載されている。
【０００３】
一方、多岐にわたる産業において、有機廃棄物等の燃焼によって生じた温室効果ガスである二酸化炭素を高濃度に含む高温の排ガスが、大量に大気排出されている現状がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２７５９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、環境問題に鑑みて、二酸化炭素を高濃度に含む高温の排ガスを有効利用することについて鋭意検討し、植物を温室栽培する際に、二酸化炭素を高濃度に含む高温の排ガスを供給し、排ガス中の熱エネルギー及び排ガス中の二酸化炭素を利用することによって、植物の成長を促進することを試みた。
【０００６】
しかるに、植物による熱エネルギー及び二酸化炭素の利用効率には限界があり、温室栽培領域を過剰に加温してしまったり、植物の酸素呼吸を二酸化炭素により阻害してしまったりするなどの弊害が生じ易く、成長促進の観点から、改良の余地が残されていた。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、二酸化炭素を高濃度に含む高温の排ガスに含まれる熱エネルギー及び二酸化炭素を植物に効率よく利用させて、植物の成長を促進できる温室栽培方法を提供することにある。
【０００８】
また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００１０】
（請求項１）
植物を栽培する温室内にガスホルダーを設け、
該温室内の温室空間の空気中の二酸化炭素濃度よりも高濃度の二酸化炭素を含む排ガスで、且つ前記空気の温度よりも高温の排ガスを前記ガスホルダーに充填し貯留し、
該ガスホルダーに前記排ガスの充填を開始し終了するまで、さらに該終了後貯留している間に、該ガスホルダー表面からの放熱により、前記排ガスからの熱エネルギーを前記温室空間内へ供給し、前記植物近傍の空気を加温する加温工程と、
前記ガスホルダー内に貯留された前記排ガスを前記温室空間内へ排出し、排出された排ガス中に含まれる二酸化炭素によって前記植物近傍の空気中の二酸化炭素濃度を上昇させる二酸化炭素濃度上昇工程を備え、
前記加温工程における前記排ガスの充填と、前記二酸化炭素濃度上昇工程における前記排ガスの排出を、異なるタイミングで開始することを特徴とする温室栽培方法。
（請求項２）
前記植物近傍の空気の温度が低下する時間帯に該空気を加温し、前記植物の光合成が活性化する時間帯に該空気中の二酸化炭素濃度を上昇させることを特徴とする請求項１記載の温室栽培方法。
（請求項３）
前記排ガスは、二酸化炭素濃度が５〜２０体積％の範囲であることを特徴とする請求項１又は２記載の温室栽培方法。
（請求項４）
前記排ガスは、バイオマスをメタン発酵して生成したバイオガスを燃焼して生成した排ガスであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の温室栽培方法。
（請求項５）
前記排ガスを所定圧力になるまでガスホルダーに充填することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の温室栽培方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガスに含まれる熱エネルギー及び二酸化炭素を植物に効率よく利用させて、植物の成長を促進できる温室栽培方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る温室栽培方法を実施するための栽培システムの一例を示す概略図
【図２】可燃ガスを燃焼する燃焼装置から生じる排ガスを利用する例を示す概略図
【図３】燃焼装置として熱交換型ボイラを用いる例を示す概略図
【図４】複数の独立した温室空間にガスを供給する例を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
植物は、その成育のために、光合成のための光エネルギー、二酸化炭素の他に、代謝に適した温度を得るための熱源を必要とする。成育に適した温度の維持によって、酵素の活性を高め、また、膜脂質の固化を防止して細胞膜機能を高める等により、代謝反応の進行や物質の移動などに貢献する。二酸化炭素は、葉緑体に取り込まれて、光合成によって固定化され、ショ糖などのエネルギー源に変換される。
【００１４】
本発明者は、燃焼排ガス中の熱エネルギー及び二酸化炭素の利用法として、温室内植物によるこれら熱エネルギー及び二酸化炭素の要求性について検討した。そして、植物による熱エネルギー及び二酸化炭素要求性が、経時的に見ると、互いに独立して変化することに着目した。
【００１５】
本発明者は、これら要求性の変化に対応することについて鋭意検討し、ガスに含まれる熱エネルギーと二酸化炭素とが分離可能であることに着目し、この性質を利用して、熱エネルギーと二酸化炭素とを時間差で供給する構成に想到し、本願発明に至った。
【００１６】
例えば、夜間は、温度が低下して代謝反応や物質の移動が滞り易くなるため、熱エネルギー要求性は高まるが、光合成はほとんど進行せず酸素呼吸を行っている。このため、二酸化炭素要求性は低く、むしろ二酸化炭素濃度が低いことが望ましい。これに合わせてガスに由来する熱エネルギーを供給することで、二酸化炭素濃度を上昇させることなく、代謝反応や物質の移動を促進させることが可能となる。
【００１７】
一方、昼間は、太陽光により温度が高いため熱エネルギー要求性は比較的低いが、光合成が活発となって二酸化炭素が不足し易いため二酸化炭素要求性が高まる。これに合わせてガスに由来する二酸化炭素を供給することで、温室空間を過剰に加温することなく、二酸化炭素によって光合成を促進してエネルギー源の生産量を増加させることが可能となる。
【００１８】
その結果、酸素呼吸の阻害や過剰な加温という弊害を生じることなく、代謝反応や物質の移動を促進すると共に、エネルギー源の生産量を増加できる。
【００１９】
つまり、植物による熱エネルギー及び二酸化炭素要求性の変化に応じて、効率的に熱エネルギー及び二酸化炭素を供給できるため、ガスに含まれる熱エネルギー及び二酸化炭素を植物が効率よく利用できる。これにより、極めて好適に植物の成長が促進される効果を奏する。
【００２０】
以下に、図面を参照して本発明の温室栽培方法について更に詳しく説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る温室栽培方法を実施するための栽培システムの一例を示す概略図である。
【００２２】
図１において、Ｐは植物であり、１は植物Ｐを栽培するための温室空間であり、温室１１により、外気から遮蔽されている。
【００２３】
１２は温室空間１内に設けられたガスホルダーである。
【００２４】
ガスホルダー１２は、排ガスを導入するための開閉可能な導入口１２１と、温室空間１に排ガスを排出するための開閉可能な排出口１２２を備えている。
【００２５】
まず、図１（ａ）に示すように、導入口１２１を開き、排出口１２２を閉じ、導入口１２１を介して、ガスホルダー１２内に、温室空間１の空気よりも高温且つ高濃度の二酸化炭素を含む排ガスを充填する。
【００２６】
次いで、図１（ｂ）に示すように、導入口１２１を閉じて充填を終了し、充填された排ガスをガスホルダー１２内に貯留する。
【００２７】
ガスの充填開始から貯留を継続する間に、ガスホルダー１２表面からの放熱により、ガスからの熱エネルギーを温室空間１内へ供給し、植物Ｐ近傍の空気を加温する（加温工程）。
【００２８】
次いで、所定時間の貯留の後、図１（ｃ）に示すように、排出口１２２を開いて、排出口１２２を介して、ガスホルダー１２内に貯留された排ガスを温室空間１内へ排出し、排出された排ガス中に含まれる二酸化炭素によって植物Ｐ近傍の空気中の二酸化炭素濃度を上昇させる（二酸化炭素濃度上昇工程）。
【００２９】
このようにして、極めて簡単な構造であるガスホルダー１２を用いて、加温工程における排ガスの充填と、二酸化炭素濃度上昇工程における排ガスの排出を、異なるタイミングで開始することにより、植物Ｐに、排ガスに由来する熱エネルギーと二酸化炭素とを時間差で供給することが可能になる。
【００３０】
これにより、上述したように、二酸化炭素を高濃度に含む高温の排ガスに含まれる熱エネルギー及び二酸化炭素を植物に効率よく利用させて、植物の成長を促進できる効果を得ることができる。
【００３１】
本発明において、ガスホルダー１２は、内部に排ガスを貯留可能であり且つ該排ガスが有する熱エネルギーを外部（温室空間１）に向けて放熱可能なものであれば格別限定されず、具体的には、自然対流による熱移動が、５〜１０ｋｃａｌ・ｍ２・ｈｒ−１・ｄｅｇ−１の範囲であることが好ましい。
【００３２】
ガスホルダー１２の材質は、二酸化炭素が導入口１２１と排出口１２２以外の部位から外部に流出することがなければ格別限定されず、樹脂や金属等を好ましく例示でき、特に、可撓性に優れ、ガスの充填及び排出に伴って容易に変形可能であることから樹脂であることが好ましい。
【００３３】
本発明において用いられるガスホルダー１２の形状及び容量は、格別限定されず、入手容易な袋状あるいは筒状等のシートを用いて、これらを個別に、または連結して、温室空間１内に設置できる。例えば、径約７０ｃｍの筒状の硬質ポリエチレンシートを連結して、１０ｍを超える長さにして、１つのガスホルダーとすることができ、例えば、冷害防止のための保温用であれば数十メートル以上の長さにすることも好ましい。これらは、栽培される植物Ｐの種類や温室空間１の体積あるいは外気の温度（栽培季節）などに応じて適宜変更できる。
【００３４】
ガスホルダー１２内に充填される排ガスの温度は、少なくとも温室空間１よりも高温であり、少なくともガスホルダー１２を構成する部材の融点以下の温度であれば格別限定されない。融点を超える場合はあらかじめラジエーター等の冷却手段によって温度を調節することができる。ガスホルダー１２として耐熱性の樹脂シートを用いる場合、例えば１００℃以下５０℃以上の範囲などが好ましい。また、５０℃未満の低い温度であっても、寒冷地の冷害防止などの用途においては、十分な機能を発揮することができる。
【００３５】
ガスホルダー１２内に導入されるガスの温度を、栽培される植物Ｐの種類や温室空間１の体積あるいは外気の温度（栽培季節）などに応じて適宜調節して変更することも好ましいことである。
【００３６】
ガスホルダー１２が備える導入口１２１と排出口１２２は、開閉可能な１つの開口がこれらの両方を兼ねてもよい。この場合、開口が、ガス導入時及びガス排出時に開かれ、貯留時に閉じられる。
【００３７】
本発明において、ガスホルダー１２への排ガスの充填を終了するタイミングは、格別限定されず、適宜設定できるが、例えば、ガスホルダー１２内の圧力が所定値になるまで充填を行うこと、具体的には、所定値になったところで充填を終了することも好ましいことである。また、圧力に代えて、ガスホルダー１２内の体積をトリガーに用いてもよい。
【００３８】
本発明において、熱エネルギーと二酸化炭素を供給する時間差は、ガスホルダー１２内への排ガスの充填開始から、排出開始までの時間差であり、導入に費やす時間及び貯留時間の設定によって、植物の熱エネルギー及び二酸化炭素要求性の変化等に応じて、適宜調整される。
【００３９】
本発明において、ガスホルダー１２内への排ガスの導入は、導入速度を低下させて時間をかけて行う、あるいは複数回に分けて間欠的に行うことも好ましい。これにより、排ガスに由来する熱エネルギーを経時的に分散させて植物に供給することができ、急激な加温が防止され、植物が熱エネルギーを更に効率的に利用できる効果を奏する。
【００４０】
本発明において、ガスホルダー１２内へのガスの導入の結果、温室空間１内の温度が過剰に上昇する場合は、適宜温室空間１内の空気を外気等と置換する（換気・放散）などにより容易に低下させて対応することができる。
【００４１】
また、本発明において、ガスホルダー１２内から温室空間１への排ガスの排出を、排出速度を低下させて時間をかけて行う、あるいは複数回に分けて間欠的に行うことも好ましい。これにより、排ガスに由来する二酸化炭素を経時的に分散させて植物に供給することができる。例えば、光合成における有効二酸化炭素濃度の上限（通常２０００ｐｐｍ程度）を超えない範囲で、植物による二酸化炭素消費を逐次補うように、時間をかけて供給することで、植物が二酸化炭素を更に効率的に利用できる効果を奏する。
【００４２】
本発明において、ガスホルダー１２内から温室空間１への排ガスの排出の結果、温室空間１内の二酸化炭素濃度が過剰に上昇する場合は、適宜温室空間１内の空気を外気等と置換する（換気・放散）などにより容易に低下させて対応することができる。
【００４３】
本発明においては、温室空間１の温度が低下する時間帯に、ガスホルダー１２内への排ガスの導入を開始して、植物Ｐへの熱エネルギーの供給を行い、植物Ｐの光合成が活性化する時間帯に、ガスホルダー１２内から温室空間１への排ガスを排出して、植物Ｐへの二酸化炭素の供給を行うことが好ましい。
【００４４】
温室空間１の温度が低下する時間帯は、通常であれば、日没から日の出までの夜間（暗期）であり、植物Ｐの光合成が活性化する時間帯は、通常であれば、日の出から日没までの昼間（明期）である。ただし、光の照射条件等を制御して栽培する場合はこの限りではなく、明期又は暗期を形成するタイミング等に合わせて適宜設定することが好ましい。
【００４５】
本発明においては、温室空間１が、温室１１によって外気から遮蔽されていることが好ましく、これにより、排ガスに由来する熱エネルギー及び二酸化炭素の外気放散による損失が好適に防止される。
【００４６】
ここで、遮蔽は密閉状態を意味するものではなく、温室空間１は、必ずしも外気から完全に遮蔽されている必要はない。
【００４７】
図２は、本発明に係る温室栽培方法の他の例を示す概略図であり、可燃ガスを燃焼する燃焼装置から生じる排ガスを利用する例を示している。
【００４８】
図２において、２はメタン発酵槽、３は脱硫装置、４はバイオガス貯留タンク、５は燃焼装置、６は排ガス貯留タンクである。なお、図１と同じ符号の部位は、同じ構成なので説明を省略する。
【００４９】
メタン発酵槽２は、バイオマスを導入して発酵し、少なくともメタンと二酸化炭素及び硫化水素を含むバイオガスを生成する。生成したバイオガスは、脱硫装置３に導入され脱硫処理により硫化水素が除去される。脱硫装置としては、格別限定されないが、生物脱硫塔を好ましく例示できる。脱硫処理後のバイオガスは、適宜バイオガス貯留タンク４に貯留された後、燃焼装置５に供給される。燃焼装置５としては、格別限定されないが、ガスエンジン等を好ましく例示でき、バイオガスを燃焼して燃焼エネルギーを回収すると共に、排ガスを生成する。
【００５０】
バイオガスから生じる二酸化炭素は、所謂カーボンニュートラルといわれるものであり、大気中に放散しても温暖化ガスを新たに放出したことにはならないとされている。特に、本発明においては、二酸化炭素を植物に有効利用させるため、未利用の二酸化炭素を大気放出したとしても、極めて環境適応性に優れる効果を奏する。
【００５１】
本発明において、燃焼装置５において生じた排ガスは、温室空間１よりも高温且つ高濃度の二酸化炭素を含むガスであり、適宜排ガス貯留タンクに貯留された後、図１の例と同様にして、ガスホルダー１２に導入される。
【００５２】
図３は、本発明に係る温室栽培方法の更なる他の例を示す概略図であり、燃焼装置５として熱交換型ボイラを用いた例を示している。図３において、図２と同じ符号は、同じ構成を指す。
【００５３】
熱交換型ボイラ５における熱交換により生成した熱エネルギーは、温室空間１の植物に供給される。これにより、植物は、熱交換型ボイラ５における熱交換により生成した熱エネルギーと、ガスホルダー１２からの放熱による熱エネルギーの両方を受け取ることができるため、特に冬場の栽培などに好適である。
【００５４】
なお、図示の例において、熱交換型ボイラ５は、温室空間１内に設置されているが、必ずしもこれに限定されず、温室空間１の外に設置されていてもよく、熱エネルギーを温室空間１の植物に供給可能に設けられていればよい。
【００５５】
図４は、本発明に係る温室栽培方法の更なる他の例を示す概略図であり、ここでは排ガスを複数の独立した温室空間１に供給するようにしている。
【００５６】
図４において、図３と同じ符号の部位は同じ構成なのでその説明を省略する。
【００５７】
図４に示す通り、バイオガス貯留タンク４に貯留されたバイオガスを、各々の温室空間１が備える熱交換型ボイラ５に供給するようにする。各温室空間１内の温度を測定し、各温室空間１内の温度があらかじめ定められた温度を維持するように、各温室空間１に対するバイオガスの供給量を制御することも好ましいことである。
【００５８】
以上の説明では、燃焼装置５がメタン発酵で生じたバイオガスを燃焼して排ガスを生成する場合について説明したが、必ずしもバイオガスに限定されるものではなく、天然ガス等の可燃性ガスでもよい。
【００５９】
本発明において、ガスホルダー１２に導入される排ガス、つまり、温室空間１よりも高温且つ高濃度の二酸化炭素を含む排ガスは、二酸化炭素濃度が５〜２０体積％の範囲であることが好ましい。
【００６０】
本発明において、ガスホルダー１２と植物Ｐとの位置関係は、排ガスに由来する熱エネルギー及び二酸化炭素をガスホルダー１２から植物Ｐに供給可能であれば格別限定されない。例えば、ガスホルダー１２を植物の上方、下方あるいは側方に設置することができ、熱エネルギーの供給効率に優れることから、特にガスホルダー１２が植物Ｐの側方ないし下方に設けられることが好ましい。
【００６１】
以上の説明では、ガスから熱エネルギーの供給を受ける植物と、二酸化炭素の供給を受ける植物が同一である場合について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、本発明においては、排ガスから熱エネルギーと二酸化炭素とを分離して利用するが故に、熱エネルギーの供給を受ける植物と、二酸化炭素の供給を受ける植物が異なるものであってもよい。例えば、排ガスに由来する熱エネルギーを第１の温室空間における植物に供給し、該排ガスに由来する二酸化炭素を、第１の温室空間とは異なる第２の温室空間における植物に供給することができる。このような態様により、熱エネルギー及び二酸化炭素を更に有効利用することが可能になる効果が得られる。
【００６２】
具体的には、第１の温室空間に設けられたガスホルダーに排ガスを導入して、該排ガスからの放熱により、第１の温室空間の加温を行い、次いで、ガスホルダ内の排ガスを第２の温室空間に移送して導入することにより、第２の温室空間の二酸化炭素濃度を上昇させる方法を好ましく例示できる。
【００６３】
本発明によれば、例えば、バイオガスにおけるトリジェネレーション（電力、熱、二酸化炭素供給）等において、その効率性に優れたシステムを提供することができる。更に、本発明では、例えば温室内で養液栽培等を行う場合に、メタン発酵消化液、好ましくは脱塩処理後のメタン発酵消化液を使用する場合は、四重の（クウォーテット）ジェネレーションとなり、極めて効率的なトマト栽培法等を提供することができる。そのため、温室空間１の温度と二酸化炭素濃度の許容値（閾値）を超えない範囲で、熱エネルギーと二酸化炭素をできるだけ多く供給できるようにすることが好ましい。これを具体的に実現するために、温室空間１内の温度監視あるいは二酸化炭素濃度監視を行って、熱エネルギーと二酸化炭素の供給量を制御することも好ましいことである。温度と二酸化炭素濃度の許容値は、栽培される植物Ｐの種類等に応じて適宜設定され、時間帯などに応じて適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１：温室空間
１１：遮蔽手段
１２：ガスホルダー
１２１：導入口
１２２：排出口
２：メタン発酵槽
３：脱硫装置
４：バイオガス貯留タンク
５：燃焼装置
６：排ガス貯留タンク
Ｐ：植物
【図１】
0005681084.tif 000002
【図２】
0005681084.tif 000003
【図３】
0005681084.tif 000004
【図４】
0005681084.tif 000005