(57)【要約】      （修正有）【課題】大気中の炭酸ガス濃度削減と石油資源の保護を目的として、外洋で海藻を養殖して光合成によって海藻の藻体内に炭酸ガスを固定化し、これからエタノールを製造する方法の提供。【解決手段】成長期に気胞をつけて自己浮遊性となる海藻１を収穫し、粉砕する工程と、粉砕された植物を水に懸濁し、沸騰を回避しながら高温高圧下で加熱し、前記高温高圧の懸濁液を大気圧に放出してセルロースを主成分とする不溶部を得る工程と、前記工程の不溶部をオゾン処理してセルロース画分を採取する工程と、セルロース画分を加水分解しする工程と、グルコース溶液をエタノール醗酵する工程と、エタノール醗酵液から、６０〜９０％含水エタノールを採取する工程と、６０〜９０％含水エタノールから９８〜９９．８％エタノールを得る工程と、廃液処理工程と、を含むエタノール製造段階と、を含むことを特徴とするエタノール製造方法及びその装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロースを含有する植物を収穫して粉砕する前処理段階と、粉砕された植物を水に懸濁し、沸騰を回避しながら高温高圧下で加熱しその後前記高温高圧の懸濁液を大気圧に放出してセルロースを主成分とする不溶部を得る蒸煮・爆砕段階と、前記不溶部を精製してセルロース画分を採取する精製段階と、前記セルロース画分を水に懸濁し、沸騰を回避しながら高温高圧下で加熱しその後前記高温高圧の懸濁液を大気圧に放出してグルコース溶液を製造する加水分解段階と、前記グルコース溶液をエタノール醗酵させるエタノール醗酵段階と、前記エタノール醗酵液から含水エタノールを採取するエタノール濃縮段階と、前記含水エタノールから水分を除去して乾燥エタノールを製造するエタノール乾燥段階と、
からなることを特徴とするエタノール製造方法。
【請求項２】
前記植物は成長期に気胞をつけて自己浮遊性となる海藻であって、前記植物の収穫は前記海藻の付着器を前記海藻保持器具に保持させ、この保持状態で成熟させる栽培段階と、前記海藻が成熟した後に、前記海藻保持器具から前記付着器と茎を残して刈り取って海藻の主枝を収穫する収穫段階とによってなされることを特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【請求項３】
前記海藻がヒバマタ目ホンダワラ科の海藻であることを特徴とする請求項２に記載のエタノール製造方法。
【請求項４】
前記精製段階が、前記不溶部をオゾンで処理してセルロース画分を精製する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【請求項５】
前記不溶部から可溶部を分離した後、前記可溶部から有用物質を回収する有用物質回収工程、前記可溶部から醗酵阻害物質を除去する阻害物質除去工程、前記可溶部から不要物質を除去する不要物質除去工程、前記可溶部から糖質を回収する糖質回収工程、の中の何れか少なくとも１工程を行う事を特徴とする請求項１に記載のエタノール製造方法。
【請求項６】
前記有用物質が、重金属、天然ウラン、アルギン酸、フコダイン、植物蛋白質、脂肪の中から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項５に記載のエタノール製造方法。
【請求項７】
収穫したセルロースを含有する植物を粉砕する前処理手段と、粉砕された植物を水に懸濁し、沸騰を回避しながら高温高圧下で加熱しその後前記高温高圧の懸濁液を大気圧に放出してセルロースを主成分とする不溶部を得る蒸煮・爆砕手段と、前記不溶部を精製してセルロース画分を採取する精製手段と、前記セルロース画分を加水分解してグルコース溶液を製造する加水分解手段と、前記グルコース溶液をエタノール醗酵させるエタノール醗酵手段と、前記エタノール醗酵液を濃縮して含水エタノールを採取するエタノール濃縮手段と、前記含水エタノールから水分を除去して乾燥エタノールを製造するエタノール乾燥手段と、を備えることを特徴とするエタノール製造装置。
【請求項８】
前記精製手段が、前記不溶部をオゾン処理してセルロース画分を精製する精製段階であることを特徴とする請求項７に記載のエタノール製造装置。
【請求項９】
前記セルロースを含有する植物は海藻養殖装置によって収穫される海藻であり、
当該海藻養殖装置は、前記海藻の付着器を保持するロープ状の海藻保持器具とこの海藻保持器具を浮沈させる浮力調節装置とを備えたネットが、海底に設置されたアンカーと浮力体とを連結する係留索に海面下で略水平に係着された藻場ユニットと、前記藻場ユニットの複数が所定間隔で整列して集合した藻場セットと、前記藻場セットが所定間隔を開けて複数個設置された藻場とを備えることを特徴とする請求項７に記載のエタノール製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中の炭酸ガス濃度削減と石油資源の保護を目的として、ガソリンエンジン用燃料として使用するエタノールを植物から製造する方法に係る。
更に詳しくは、外洋に浮体式藻場を設置し、海藻を栽培して、太陽エネルギーを利用する光合成反応によって炭酸ガスと水からセルロースを合成させて海藻を採取し、海藻に含まれるセルロースからエタノールを製造する方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭・石油等の大量使用は、石油、石炭等の化石燃料資源の枯渇と大気中の炭酸ガス濃度の上昇をもたらしている。特に、大気中の炭酸ガス濃度の上昇は、温室効果による地球温暖化を引き起こし、これが原因となって環境破壊が進行している。
この問題を解決する方法の１つとして、植物が炭酸ガスと水から光合成したバイオマス（資源作物）を、石油や石炭に代わるエネルギー源として利用する技術の開発が進められている。
【０００３】
バイオマスの利用と大気中の炭酸ガス濃度との関係は、「バイオマスを燃焼して炭酸ガスを放出しても、バイオマスはもともと植物が太陽エネルギーを吸収して大気中の炭酸ガスと水から光合成したものなので、大気中の炭酸ガスの量は増加していない」というものである。
【０００４】
バイオマス利用方法の一つとして、バイオマスをエタノール醗酵させてエタノールを生産し、得られたエタノールを自動車のガソリンエンジン用燃料として使用することによって石油の消費量を削減する方法が開発された。
【０００５】
エタノールを生産する原料として、最初に利用されたのは農産物である。アメリカ合衆国ではとうもろこしを原料としてエタノールが製造されている。またブラジルではさとうきびを原料としてエタノールが製造されている。
これらの農産物の炭化水素の主成分であるでん粉は、そのまま酵母を用いてエタノール醗酵させることができるので、比較的容易にエタノールを製造できる。
【０００６】
エタノールを生産する第２の原料として、木材を利用する技術の開発が進められている。
木材の炭化水素の主成分であるセルロースはそのままではエタノール醗酵に使用できないので、セルロースを加水分解してグルコースを製造し、得られたグルコースをエタノール醗酵する方法が開発されている。
【０００７】
セルロースの加水分解には、酵素を用いる方法と、希硫酸のような酸触媒を用いている方法と、が用いられている。しかし、酵素を用いる方法は酵素が高価で経済性が悪く、また酸触媒を用いる方法は収率が低く、大量の酸性廃水が生じ、酸を中和するために廃棄物が生じるという問題点を有する。
【０００８】
また、木材に含まれるリグニンは酵母を用いるエタノール醗酵を阻害するので、エタノール醗酵を行う前に除去しなければならないが、リグニンの除去工程が木材からエタノールを製造する方法の総収率を低下させている。
【０００９】
更に、木材はＣ５単糖を多く含み、Ｃ５単糖はエタノール醗酵されないためにエタノールの収率が低いという欠点があった。
特許文献１、２には、テキーラの生産に使われている菌が持っていたエタノール醗酵遺伝子を大腸菌に組み込んだ遺伝子組替え細菌を用いて、Ｃ５単糖を含む木質材料から高収率でエタノールを生産する方法が開示されている。
【００１０】
木材のセルロースを加水分解する新しい方法として、特許文献３に木材を高温高圧の亜臨界水で蒸煮・爆碎処理してオリゴ糖を製造する方法が記載されている。しかし、この方法もリグニンを除去する工程で総収率が下がり、工業生産に実用可能な技術としてはまだ完成されていない。
【００１１】
エタノールを生産する第３の原料として、今まで利用されていない海洋バイオマス（海洋資源作物）を挙げることができる。
特許文献４には、海洋で海藻を生育する海洋プランテーションと、海藻を収穫し、部分燃焼させてメタノールとギ酸と水素とを製造する洋上プラント船と、これを支援する海洋衛星システムが記載されている。
【００１２】
また、特許文献５には、海藻に含まれるでんぷん質を加熱して取り出し、これを原料としてエタノールを製造する方法が開示されている。しかし、通常の海藻に含まれるでんぷんの量は少ない。また海藻に含まれる糖質は陸上植物のものとは異なっており、海藻に特有な糖質からエタノールを製造する方法は報告されていない。
【００１３】
海藻を人工的に栽培する方法に関しては、特許文献６にはホンダワラの幼胚から養殖用の種苗を栽培する方法が記載されている。また、特許文献７にはホンダワラの幼芽のカルス培養によって養殖用の種苗を栽培する方法が記載されている。
【００１４】
【特許文献１】米国特許第５，０００，０００号明細書
【特許文献２】米国特許第５，８２１，０９３号明細書
【特許文献３】特開２００４−２２９６０７号公報
【特許文献４】特開２００６−２０４２６４号公報
【特許文献５】特開２００３−３１０２８８号公報
【特許文献６】特開２００４−１８７５７４号公報
【特許文献７】特開２００６−１２９８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
自動車用燃料の一部をエタノールで置き換えるという計画は、大量のエタノールを必要とするので、既存のバイオマス原料を利用すれば原料の不足と原料価格の高騰を避けることが出来ない。
例えば、とうもろこしやさとうきびなどの農産物を原料とするエタノールの製造は、原料価格の高騰と食糧問題が現実に起っている。
【００１６】
また、樹木は成長に時間がかかり、森林は自己再生力が高くない。ガソリンの代替になるほど多量の木質バイオマスを森林から供給するためには、新たに広大な森林を造成しなければならず、莫大な努力と時間が必要である。
【００１７】
このために、今まで未利用であった新しいバイオマスの開発が必要とされている。
新しいバイオマスの候補として、海洋バイオマス（海洋資源作物）である海藻が注目される。海藻は成長が早く、光合成による炭酸ガスの固定化能力が高いので、効果的に炭酸ガスを固定化する新たなエネルギー資源として好都合であると期待される。
【００１８】
例えば褐藻類のアラメやカジメは、１ｍ２の海底あたり、年間に乾燥重量で２〜３ｋｇの葉が生産されると言われており、これは陸上の森林の生産量より多い。また、同じ褐藻類のホンダワラ類は年間に乾燥重量で８ｋｇの葉を生産すると言われており、これは熱帯雨林も凌ぐ生産量である。
しかし現状では、海藻によって固定された炭酸ガスは、海藻が枯死すると微生物によって炭酸ガスと水に分解されてしまい、海水を通じて大気中に再放出されている。
【００１９】
また、海藻が自然に生息できるのは、太陽光が透過する水深２〜３０ｍの浅海のみであり、それより水深の深い海洋に注がれる太陽エネルギーの大部分は海水に吸収されて海底まで届かない。また、海苔や昆布等の海藻、漁業の生簀、真珠などの養殖は沿岸設備が中心であった。沿岸では設置できる地形が限定され、設備の大規模化が困難であった。
【００２０】
かかる問題を解決するための本発明の課題は、エタノールの原料となる海藻を、外洋に浮体式藻場を設置して海藻を栽培する海藻養殖方法と前記海藻を効率的に収穫する海藻収穫方法とを確立することによって原料となる海藻を大量且つ安定に供給することと、前記海藻からセルロースを取り出してエタノールを製造する方法を確立することと、によって海藻からエタノールを製造する方法を開発することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するための本発明の植物からエタノールを製造する方法は、
セルロースを含有する植物を収穫して粉砕する前処理段階と、粉砕された植物を水に懸濁し、沸騰を回避しながら高温高圧下で加熱しその後高温高圧の懸濁液を大気圧に放出してセルロースを主成分とする不溶部を得る蒸煮・爆砕段階と、不溶部を精製してセルロース画分を採取する精製段階と、セルロース画分を水に懸濁し、沸騰を回避しながら高温高圧下で加熱しその後高温高圧の懸濁液を大気圧に放出してグルコース溶液を製造する加水分解段階と、グルコース溶液をエタノール醗酵させるエタノール醗酵段階と、エタノール醗酵液から含水エタノールを採取するエタノール濃縮段階と、含水エタノールから水分を除去して乾燥エタノールを製造するエタノール乾燥段階と、からなることを特徴とする。
【００２２】
請求項２によれば本発明は、前記植物は成長期に気胞をつけて自己浮遊性となる海藻１であって、植物の収穫は海藻１の付着器２を海藻保持器具１５に保持させ、この保持状態で成熟させる栽培段階と、海藻１が成熟した後に、海藻保持器具１５から付着器２と茎３を残して刈り取って海藻の主枝４を収穫する収穫段階とによってなされることが好ましい。
【００２３】
請求項３によれば本発明は、海藻１がヒバマタ目ホンダワラ科の海藻であることが好ましい。
【００２４】
請求項４によれば本発明は、精製工程は不溶部をオゾンで処理してセルロース画分を精製する工程を含むことが好ましい。
【００２５】
請求項５によれば本発明は、不溶部から可溶部を分離した後、可溶部から有用物質を回収する有用物質回収工程、可溶部から醗酵阻害物質を除去する阻害物質除去工程、可溶部から不要物質を除去する不要物質除去工程、可溶部から糖質を回収する糖質回収工程、の中の何れか少なくとも１工程を行う事が好ましい。
【００２６】
請求項６によれば本発明は、回収する有用物質が、重金属、天然ウラン、アルギン酸、フコダイン、植物蛋白質、脂肪の中から選ばれる１種以上である。
【００２７】
請求項７によれば本発明の植物からエタノールを製造する装置は、収穫したセルロースを含有する植物を粉砕する前処理手段と、粉砕された植物を水に懸濁し、沸騰を回避しながら高温高圧下で加熱しその後高温高圧の懸濁液を大気圧に放出してセルロースを主成分とする不溶部を得る蒸煮・爆砕手段と、不溶部を精製してセルロース画分を採取する精製手段と、セルロース画分を加水分解してグルコース溶液を製造する加水分解手段と、グルコース溶液をエタノール醗酵させるエタノール醗酵手段と、エタノール醗酵液を濃縮して含水エタノールを採取するエタノール濃縮手段と、含水エタノールから水分を除去して乾燥エタノールを製造するエタノール乾燥手段と、を備えることが好ましい。
【００２８】
請求項８によれば本発明は、精製手段は
不溶部をオゾンで処理してセルロース画分を精製する手段であることが好ましい。
【００２９】
請求項９によれば本発明の植物からエタノールを製造する装置は、セルロースを含有する植物は海藻養殖装置によって収穫される海藻１であり、
当該海藻養殖装置は、前記海藻１の付着器２を保持するロープ状の海藻保持器具１５とこの海藻保持器具１５を浮沈させる浮力調節装置１６とを備えたネット１４が、海底に設置されたアンカー１１と浮力体１２とを連結する係留索１３に海面下で略水平に係着された藻場ユニット９と、前記藻場ユニット９の複数が所定間隔で整列して集合した藻場セット８と、前記藻場セット８が所定間隔を開けて複数個設置された藻場７とを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
海藻からエタノールを製造し、得られたエタノールを自動車用ガソリン燃料として使用することによって、大気中の炭酸ガスの増加を防ぎ、地球温暖化対策に資することができる。また、石油ガソリンの使用量を削減し、石油資源を保護することができる。
【００３１】
海藻は海水から窒素やリン等の栄養分を吸収するので、本発明の藻場は設置された海域の水質を浄化することができる。また、浮遊ゴミの回収も行われる。
浮体式藻場は魚類の産卵場所や稚魚生育場所を提供するので、漁業の活性化に資することができる。
【００３２】
海藻は海水から重金属を取り込むので、海藻から重金属を採取することによって、海を貴重な重金属の資源として利用することが可能である。特に、原子力発電の原料である天然ウランの回収が期待される。
【００３３】
海藻は陸上の植物と異なった化合物を生産するので、それらを採取して利用することが可能である。現在既に利用されているものとしては、アルギン酸、フコダイン、植物蛋白質等の大量・安価な製造が可能である。
海藻の脂肪分は回収し、バイオディーゼル油に改質して、本発明で使用する船舶の燃料として使用する。
【００３４】
本発明に係る海藻からエタノールを製造する技術を開発する波及効果として、海洋生物に関する基礎研究と、外洋における大規模養殖技術の確立と、海洋資源の利用方法の確立が期待される。
【００３５】
本発明を実施するためには、例えば日本海に１万ｋｍ２程度の藻場を設置することを計画している。これは日本の国土総面積の３％にあたり、琵琶湖１５個分の広さに相当する。
【００３６】
この計画が実施されれば、大規模な藻場の形成による波及効果として新規産業創出に伴う地域科学技術振興が期待できる。漁業の振興を始めとして、藻場ユニット製造工場、種苗養殖物工場、蛋白質加工工場、バイオ燃料加工工場、海洋作業ロボットメンテナンス工場、洋上漂流ゴミ分別、処理工場、等による、近隣諸国を含めた環日本海経済圏の形成が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明は、外洋に浮体式藻場を設置し、海藻１を栽培しこれを収穫することと、収穫した海藻からエタノールを製造することと、にその特徴がある。
以下に、図を参照しながら本発明の実施形態を説明する。以下の説明は本発明を明確に説明するためのものであって、本発明の権利範囲を何ら制限するものではない。
【００３８】
（Ａ）海藻の栽培
（栽培する海藻の選択）
本発明は、気胞６をつけて自己浮遊性となる海藻１を栽培することを特徴とする。
海藻１が自己浮遊性になることによって、栽培装置にかかる海藻１の重量を軽減して装置の簡素化を図ることができる。又、収穫に際して、成熟した海藻１を海藻保持器具１５から刈り取り、刈り取られて海面に浮遊する海藻１を中型作業船３１によって収穫することによって、収穫作業を効率化することができる。
【００３９】
また、高さが２ｍ以上となる多年性の海藻であることがより好ましい。高さが２ｍ以上となる大型の海藻であれば、藻場７の単位面積あたりの収量が増加することが期待され，海藻１が多年性であれば、２年目から種苗の育成から移植までの工程を省略できるので好ましい。
【００４０】
上記の条件を満たす海藻１として、具体的にはヒバマタ目ホンダワラ科の海藻が好ましい。ホンダワラ科の海藻は気胞を有することを特徴としている。
ホンダワラ科の海藻は複数の属に分かれて多品種あるが、好ましい例として、ホンダワラ属ホンダワラ、同アカモク、同イソモク、同サレバモク、同ツクシモク、同マジリモク、同フシスジモク、同アツバモク、同トサカモク、同フタエモク、同ヒジキ、同ノコギリモク、同ミヤベモク、同オオバモク、同ヨレモク、スギモク属スギモク、ウガノモク属ウガノモク、ヤバネモク属ヤバネモク、ジョロモク属ジョロモクを挙げることが出来る。
【００４１】
これらの中で最も好ましい例として、ヒバマタ目ホンダワラ科ホンダワラ属ホンダワラ（以下ホンダワラと略す）を挙げることが出来る。ホンダワラは成長すると高さ２〜４ｍになる多年性海藻である。
【００４２】
（ホンダワラの生態）
ホンダワラは本州の北端から九州にかけての日本海側と、三陸沖から瀬戸内海にかけての太平洋側に分布する褐藻である。生育する水深は海域によって異なるが、通常水深３〜１０ｍの岩場に生育し、水深２０ｍが生育の下限であるといわれる。
【００４３】
ホンダワラは春に受精卵が発芽して幼胚となる。幼胚の大きさは０．２５〜０．３ｍｍ程度である。約４ヶ月で、体長０．５〜１５ｍｍの幼体となる。その後成長期に入るが、体長が５０ｍｍ程度となる２年目の秋までの１年半の間は生長が遅い。２年目の秋以降急速に生長し、気胞をつけて、２年目の冬から３年目の夏にかけて成熟する。
【００４４】
図１にホンダワラを示す。成熟したホンダワラは、海底の岩に藻体を付着させるための付着器２と円盤型の茎３とを備える。茎３の上部から数本の主枝４が伸長し、高さは２〜４ｍに成長する。主枝４には多数のへら型または楕円形の葉５と、突起を持った卵型の多数の気胞６と、を付け、水に浮かぶ(自己浮遊性)になる。
【００４５】
成熟後しばらくすると上部は切れて流れ藻となり、付着器２と茎３だけが海底に残り、翌年春に茎３から再び新しい主枝４が伸びる。このようにして主枝４が毎年生え替わり、３年程度の寿命を保つ。従って、ホンダワラを収穫するには、付着器２と茎３とを残し、主枝４のみを刈り取ることが重要である。
流れ藻となったホンダワラは、イカの産卵場所や稚魚の隠れ場所として重要である。藻体は食用に供される。
【００４６】
（海藻を栽培する装置）
図２は本発明による藻場７の構成を示す図である。
本発明における海藻１を栽培する藻場７は、実効栽培面積が１，０００〜５０，０００ｋｍ２のものが好ましく、実効栽培面積が５，０００〜４０，０００ｋｍ２のものがより好ましい。
【００４７】
実効栽培面積が１，０００ｋｍ２より狭いと、藻場の大型化の効果が発揮できず、操業効率が悪くなる。実効栽培面積の上限に制限はないが、４０，０００ｋｍ２を越えると、藻場７の１辺が２００ｋｍを越えるので管理が行き届かなくなる。
【００４８】
藻場７は、図示していない地上集中支援システムによって支援される。
藻場７には管理センター２６が設置される。管理センター２６は、藻場７を支援する地上集中支援システムと連携して、藻場7全体を管理する。
【００４９】
藻場７は、１辺が１００ｋｍにも及ぶ広大なものであるので、特許文献４に記載した複数の人工衛星からなる海洋衛星システム２７を用いて管理されることが好ましい。
海洋衛星システム２７は、ＧＰＳ衛星、通信衛星、海洋観測衛星、及び気象衛星を含むことが好ましい。海洋観測衛星と気象衛星は、海藻発育状況、イソ焼けや養殖装置の損壊状況、気象、海流、浮遊ごみ等の情報収集を行う。
【００５０】
又、海洋衛星システム２７は、小型高速海藻カッター艇３２の自動運転や、浮力調節装置１６の自動浮力調節等の無人運転に関する指令と伝達を、ＧＰＳ通信衛星からの遠隔操作指令によって行う。更に海洋衛星システム２７は、前記藻場セット８の管理拠点２８に伝達する情報伝達や、藻場７を支援する地上集中支援システムとの情報交換を通信衛星を経由して行う。
【００５１】
このように大規模な藻場７を沿岸部に設置することは事実上不可能なので、本発明は浮体式藻場を外洋に設置する。
【００５２】
図２（Ａ）に示すように、藻場７は一般船舶の航路２４や漁場２５となる開水面を開けて複数個の藻場セット８が設置されて構成される。藻場７に設置される藻場セット８の数は、２〜１００個、より好ましくは５〜５０個、最も好ましくは５〜２０個である。
藻場セット８は、海藻養殖設備とエタノール製造設備２９とを有する養殖−製造設備の複合セットである。藻場セット８は、管理拠点２８と、排水量３０万トンクラスの海藻運搬タンカー３０と、積載重量６００トンの中型作業船３１と、小型高速海藻カッター艇３２と、を備える。
【００５３】
中型作業船３１は双胴船で、ホンダワラの収穫や、収穫したホンダワラの水洗や、藻場の新設作業や、損壊した箇所の修復作業を行う。そのために中型作業船３１は、船舶用コジェネレーション発電機を搭載して、多機能を備えている。
小型高速海藻カッター艇３２は、ウオータージェット推進装置を備え、海洋衛星システムからの指令で遠隔操作される。
中型作業船３１や小型高速海藻カッター艇３２の燃料は、ホンダワラ中の脂肪分を回収し、改質して得たバイオディーゼル燃料であることが好ましい。
【００５４】
図１（Ｂ）に示すように、藻場セット８は、小型高速海藻カッター艇３２が通行可能な小水路２１と、中型作業船３１が通行可能な中水路２２と、海藻運搬タンカー３０の航路である大水路２３が設置され、各種の水路で分画された海面に藻場ユニット９が複数個整列・並置されて形成される。
藻場セット８に設置される藻場ユニット９の数は、１，０００〜５０，０００個、好ましくは４，０００〜４０，０００個、最も好ましくは５，０００〜２０，０００個である。
【００５５】
図1（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、本発明の藻場７の最小構成単位は藻場ユニット９である。藻場ユニット９は海底１７に設置されたアンカー１１と浮力体１２とを連結する係留索１３に水面下で略水平に係着された一辺が１０〜１０００ｍの正方形ないし長方形のネット１４と、海藻１の付着器２を保持する海藻保持器具１５と、海藻保持器具１５を浮沈降させるための１以上の浮力調節装置１６と、を含む浮体式藻場である。
【００５６】
藻場ユニット９は大きいほど栽培や収穫する際の効率は高いが、海藻保持器具１５を張るための張力が大きくなる。これらの点を考慮すると、藻場ユニット９は一辺が１〜１０、０００ｍの正方形ないし長方形が好ましく、一辺が１０〜１，０００ｍの正方形ないし長方形がより好ましく、一辺が５０〜５００ｍの正方形が最も好ましい。
【００５７】
海藻は、陸上植物の「根」に相当する器官を有しておらず、付着器２（仮根）で海底に付着している。従って、海藻１を栽培するためには海藻１の付着器２を保持する海藻保持器具１５が必要である。
【００５８】
海藻保持器具１５の形式は海藻１の付着器２をしっかりと保持できるものであれば何れでも良いが、収穫の便利さを考えると、ロープのような索状の器具が好ましい。大量に使用され、数年間使用した後は廃棄されるるものなので、環境に対する影響を考えると生分解性のある天然素材がより好ましい。最も好ましい例として、稲藁の縄を天然繊維で補強したロープを例示することが出来る。稲藁の縄は、廃棄の際に海藻と混ぜてエタノールの原料として使用できる。
【００５９】
水深が深い場所に藻場７を設置する為にはアンカー１１、浮力体１２、係留索１３を大きくしなければならないので、経済的ではない。藻場７を建設する場所の水深７００ｍ以内であることが好ましく、水深５００ｍ以内であることがより好ましい。
【００６０】
本発明の藻場ユニット９は、海藻保持器具１５を浮沈させるための１以上の浮力調節装置１６を備えることを特徴とする。浮力調節装置１６は１以上のブイであって、浮上・沈降は浮力調節装置１６に封入する気体の体積の増減及び／又は水温に応じて気化・凝縮するような液化ガスを封入することによって行うことができる。
【００６１】
封入する気体の体積を増減して浮上、沈下させる場合は、気体の体積の調節は遠隔操作で自動的に行うことが好ましく、指令の伝達は海洋衛星システム２７のＧＰＳ衛星を経由する通信網を通じて行われるようにすることが好ましい。海藻保持器具１５を浮上・沈降させるかどうかの天候判断に資する情報は気象衛星によって蒐集する。
海藻保持器具１５を沈降させる深さは、冬季に長期間沈降させる場合は、７〜１３ｍとすることが好ましく、大時化で短期間沈降させる場合でもホンダワラの自然生息限界である２０ｍを限度とする。
【００６２】
（種苗の育成）
ホンダワラは、雄雌異株であるので、雄性生殖器床と雌性生殖器床を取り出して人工受精させる。受精後１年半の間は陸上に設置した種苗育成施設で育成することが好ましい。
４月に受精卵が発芽して０．２５〜０．３ｍｍの幼胚を水槽で育成する。受精後４〜６ヶ月で幼胚が体長０．５〜１５ｍｍの幼体となり、それ以後は茎伸長期となる。種苗の育成は成長に合わせて順次大きな水槽に移しながら、水槽の下から光を照射し、空気を送って空気撹拌しながら行う。受精後１年半経った２年目の秋に体長２００ｍｍ程度に成長したホンダワラを種苗として藻場に移植し海藻保持器具１５に付着させて外洋での栽培を始める。
【００６３】
茎から幼芽細胞を採取し、２〜３ｍｍｍ角の前記幼芽細胞をクローン技術によって培養・育成して種苗とすることも可能である。
【００６４】
（海藻の栽培）
２年目の秋に種苗として藻場に移植したホンダワラは急速に生長し、気胞を付けて自己浮遊性となり２〜４ｍに成長する。栽培は、翌年の早春から夏にかけて、気胞を付けて自己浮遊性となったホンダワラの上部の葉が海面で漂い、太陽の光を充分に受けるようにすることが好ましい。
【００６５】
本発明の藻場７は外洋に設置するが、外洋は沿岸海域より波が大きくなる。低気圧の通過や台風によって大荒れになることもある。藻場７を日本側に設置した場合は、冬季は季節風によって海が荒れる日が多くなる。冬季は、海藻保持器具１５に保持した海藻１を育成する季節である。
海が荒れたときに藻場ユニット９を海面の近くに浮上させておくと、波に揉まれて海藻１の藻体が切れたり、栽培装置が損壊したりする可能性がある。荒天の場合には、藻場ユニット９を海面下に沈めて荒波の影響を避けるようにすることが望ましい。
【００６６】
（海藻の収穫）
海藻１の収穫は、３年目の春から始め、少なくとも台風の季節までには収穫を終えるようにする。
収穫は、海藻１の付着器２と茎３とを残して、主枝４を海藻保持器具１５から刈り取る小型高速海藻カッター艇３２と、刈り取られて海上に浮遊するホンダワラ１を巻き取り、或いは海面の水と共に吸引して、ホンダワラ１を濾し取って収穫する中型作業船３１と、の共同作業で行う。
【００６７】
海藻１の単位面積収穫量は乾燥重量で年間５．５〜８．０ｋｇ／ｍ２またはそれ以上であることが望ましい。
現行のエタノールの製造原料であるとうもろこしの単位面積収穫量は年間０．４ｋｇ／ｍ２程度であるので、ホンダワラは新しいバイオマスとして有望である。
【００６８】
（Ｂ）エタノールの製造
従来は、セルロースを含有する植物から蒸煮・爆砕工程を応用してエタノールを製造する方法は、原料のセルロースを１工程でグルコースまで分解していた。
しかし海藻を原料として用いた場合はこの方法では、海藻はセルロース以外の糖質も含み、得られるグルコース溶液はグルコース以外の糖を多く含むものとなった。また、リグニンを含む原料を用いた場合には、リグニンを除くためにグルコース及びヘミセルロースの過分解を伴う条件で操業が行われ、その結果として糖加水分解収率が低く、エタノールの総合収率を３０％以上にあげることは困難であった。
【００６９】
本発明は、原料を１３０〜２３０℃で加熱しその後前記高温高圧の懸濁液を大気圧に放出してセルロースを主成分とする不溶部を得る蒸煮・爆砕工程を行うことを特徴とする。
この、蒸煮・爆砕工程としては緩和な温度条件では、セルロースとグルコースは分解されず、ヘミセルロースは分解されて可溶性となる。
【００７０】
原料植物として海藻を選択した場合は、この条件による蒸煮・爆砕工程を行うことによってセルロース以外の糖は分解されて可溶性となるので、簡単な精製工程によって純度の高いセルロースを、不溶物として得ることが出来る。また、原料植物としてリグニンを含有する植物を適用した場合は、この条件による蒸煮・爆砕工程に引き続きオゾン処理を含む精製工程を行うことによって効率よくリグニンを分解・除去できる。
精製工程に引き続き、得られたセルロースを２３０〜２６０℃で蒸煮・爆砕工程を行うことによってグルコースを収率良く製造できる。
以下に、  図３のフローチャートに従ってエタノール製造段階の各工程について説明する。
【００７１】
（第１工程）前処理
収穫した海藻を、水洗して付着する塩分を除去し、細断、粉砕、若しくは５０〜９０℃に加熱しながら磨砕して原料を製造する。加温するのは海藻中の成分がゲル化するのを防ぐ為である。
更に、原料にアルカリ金属塩を添加することが好ましい。アルカリ金属塩としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムを例示できる。アルカリ性物質の添加は、蒸煮・爆砕工程においてセルロースを主成分とする不溶部の収率の向上と、海藻中の成分がゲル化するのを防ぐのと、が目的である。
また、流木等の木質系の浮遊物や、使用済の海藻保持器具１５なども、粉砕して原料に加えて使用することが出来る。
【００７２】
（第２工程）蒸煮・爆砕工程
図４に蒸煮・爆砕装置４０を示す。
前記蒸煮・爆砕装置４０は、１）上方に設置された原料供給部４１と、２）原料を高温高圧水蒸気４６で前処理する広い前処理部４８を上部に有する縦長の圧力釜４３であって、原料供給部４１と接続した原料の圧入口４４と、原料供給部４１に蒸気を供給するプレヒーティング手段４５と、高温高圧水蒸気４６を供給する配管４７と、圧力釜４３の下部に貯留された亜臨界水４９と、底部に設置された断熱膨張ノズル５０と、を含んで構成される蒸煮部４２と、３）断熱膨張ノズル５０と接続し、常圧蒸気出口５１と、可溶部出口５２と、固体−液体分離装置５３と、を含んで構成される断熱膨張部５４と、を含んで構成される。
【００７３】
海藻１は原料供給部４１に於いてプレヒーティング手段４５で予熱された後、圧入口４４から圧力釜４３へ供給され、上部の前処理部４８に於いて高温高圧水蒸気４６で前処理された後に下部の亜臨界水４９へ落下し、沸騰を回避しながら加圧下において１３０〜２３０℃で蒸煮される。この温度領域に於いては、ヘミセルロースは加水分解されるが、セルロースは加水分解されない。１３０℃未満ではヘミセルロースは加水分解されず、２３０℃以上ではセルロースも速やかに加水分解される。反応時間は反応温度に影響されるが、１〜６０分の範囲が好ましく、５〜２０分の範囲がより好ましい。反応温度と反応時間の最適条件は装置や目的に応じて事前に検討し決定されることが好ましい。
【００７４】
蒸煮された原料は断熱膨張ノズル５０から断熱膨張部５４へ噴出されることによって急激に大気圧に減圧されて爆砕される。生成したスラリーは固体−液体分離装置５３によって可溶部と不溶部とに分離される。目的のセルロースは不溶部に含まれる。固体−液体分離装置５３の好ましい例としては、スクリュ−プレス、濾過装置、遠心分離機を挙げることが出来る。
【００７５】
常圧蒸気からはヨウ素やフルフラールなどの低沸点成分や水蒸気蒸留で流出する有用成分が回収される。常圧蒸気を凝縮した液は、有用物や糖質の回収を行うときは第８工程へ、回収を行わないときは第１１工程へ送るか、そのまま廃水として放流する。可溶部５２は第８工程へ送る。
【００７６】
（第３工程）精製工程
海藻を原料とした場合は、セルロース以外の糖質は水洗して除き、セルロースを分離する。脂肪などの油溶性部分は有機溶媒で抽出する。有機溶媒は本プロジェクトの生産物であるエタノールが好ましい。脂肪は回収してバイオディーゼル油に改質して、中型作業船の燃料として使用し、抽出溶媒のエタノールは回収して再利用する。
使用済みの海藻保持器具１５や流木等、リグニンを含有する原料を用いた場合は、前記不溶部は醗酵阻害物質となるリグニンを含むので、薬品処理してリグニンを分解する。
【００７７】
好ましい薬品としては、オゾン、塩素、次亜塩素酸塩、過酸化水素などを例示でき、その内では、オゾンを最も好ましい実例として上げることが出来る。オゾンは電力を用いて製造でき、リグニンなどの不飽和結合を有する化合物の分解力が強く、セルロースとは反応せず、それ自身で水質浄化作用を有し、放置すれば酸素を放出して分解するので環境への悪影響がない。
【００７８】
なお、第２工程の蒸煮・爆砕工程で純度の高いセルロースが得られた場合は、精製工程を行わずに、第２工程で得られた不溶物をそのまま第４工程の加水分解工程へ送ることができる。
第３工程で薬品を用いた精製工程の排出液は、他の排出液とは別個にして有用物の回収と廃液の処理を行うか、又は廃水処理工程へ送ることが好ましい。
【００７９】
（第４工程）加水分解工程
セルロースを加水分解する方法は特に限定されるものではなく、何れの方法も用いることが出来る。以下に、その代表的なものを例示する。
木質バイオエタノールの工業生産に現在用いられているセルロースの加水分解法は、酸触媒法である。酸触媒法は希硫酸法を用いて１４０〜２６０℃でセルロースを加水分解する方法で、簡便な方法であるが糖分の分解が多く収率が低い。濃硫酸と蒸気蒸煮と組み合わせた酸触媒法もあるが、硫酸の使用量が多い。また、酸触媒法は共通して、得られるグルコース溶液の濃度が低く、又多量の酸性排出液が生じるという問題点がある。
【００８０】
酵素法はグルコース溶液と酵素を所定温度で接触させる方法なので、使用するエネルギーが少なく、クリーンな方法であるが、使用する酵素が高価である。また、酵素は基質特異性が高く、糖化酵素阻害物質の影響を受けることもある。酵素としては、従来からの生菌を用いる方法と固定化酵素を用いる方法との他に、新しい方法として遺伝子組み替え菌を用いる方法がある。工業生産で酵素を使用するためには、更に活性が高く、基質特異性が低く、安価な酵素を開発する基礎研究が必要である。
【００８１】
蒸煮・爆砕法は、第２工程で用いた蒸煮・爆砕装置で加水分解を２３０〜２８０℃で行う方法である。
これらの方法の内では、蒸煮・爆砕法が好ましい。特に好ましい方法として、海藻を原料として用いる場合は、第２工程の蒸煮・爆砕法と、第３工程のセルロースを分離する工程と、第４工程の蒸煮・爆砕法によるセルロースの加水分解法によってグルコース溶液を製造する工程の組合せを例示でき、リグニンを含む原料を用いる場合は、第２工程の蒸煮・爆砕法と、第３工程のオゾン処理によってリグニンを分解する工程と、第４工程の蒸煮・爆砕法によるセルロースの加水分解法によってグルコース溶液を製造する工程の組合せを例示できる。
【００８２】
グルコースを単離する場合は、反応終了後、グルコース溶液を濃縮してグルコースを濃厚溶液とし、種結晶を加えて結晶化する。反応液の濃縮方法としては、逆浸透圧膜法、蒸留法、機能性膜を利用する方法、ハイドロキシアパタイトゲルや親水性高分子物質などの吸着剤を利用する方法がある。結晶化の際にはエタノールやメタノールのような親水性の有機溶媒を加えて結晶化の促進や分離操作を効率化することが出来る。
また、前記吸着剤を利用して精製することができる。
【００８３】
場合によってはグルコースの精製操作を行わず、反応液を濃縮した液をグルコース溶液を第５工程に送ることができる。
この工程の排出液は、酸触媒法を用いたときは中和して廃棄されることが好ましい。その他の方法を用いたときは、有用物や糖質の回収を行うときは第８工程へ、回収を行わないときは第１１工程へ送られることが好ましい。
【００８４】
（第５工程）エタノール醗酵工程
グルコースを水に溶解した溶液にエタノール醗酵酵母を接触させてエタノール醗酵を行う。
エタノール醗酵酵母としては、従来からの生菌を用いる方法と固定化酵素を用いる方法の他に、新しい方法として遺伝子組み替え菌を用いる方法と生存非依存性細菌（ＲＩＴＥ菌）を用いる方法がある。木質原料を用いる場合は、特許文献１、２に記載されたＣ５炭糖を分解できる遺伝子組換え菌を用いることが好ましい。
これらの方法の間に、酵母阻害物質に対する抵抗性や、基質選択性に差が認められるので、原料に応じて最適な酵母を選択する事が望ましい。
本発明では、エタノール醗酵酵母は特に限定されず、何れの方法も用いることが出来る。
【００８５】
第４工程に於いて、セルロースの結晶化による精製を行わず、セルロース画分を加水分解した反応液をそのままエタノール醗酵させる場合の問題点は、反応液中の醗酵阻害物質の有無と原料の糖液中に含まれるエタノール醗酵に利用可能な単糖の量とである。
エタノール醗酵の反応収率が悪い場合は、第４工程に於いてグルコースの結晶化による精製精製を行うか、第８工程に記載した有用物質の回収、醗酵阻害物質、不用物資の除去プロセスを実行してから糖分を回収してエタノール醗酵工程を行う必要がある。
【００８６】
海藻を原料とした場合の可溶部を第８、９工程によって処理した回収糖質液はエタノール醗酵に利用できない単糖を多く含んでいる可能性がある。グルコース以外の糖類を利用してエタノール醗酵する酵母の開発や、糖をグルコースに異性化する酵素の開発が望まれる。
【００８７】
（第６工程）エタノール濃縮工程
エタノールの濃縮方法は効率の良いものであればよく、方法は特に限定されない。
従来は、エタノール醗酵液を蒸留して共沸エタノールを製造していた。この方法で共沸エタノールを製造すると、大量の燃料を消費し、このエネルギーを得るために炭酸ガスを放出するので、炭酸ガスの削減効果が上がらないという問題点があった。
【００８８】
エタノール−水系の分離には各種の膜分離法が検討されている。その中で最近、ゲート膜の原理を応用したエタノール濃縮法が開発された。この膜は、エタノール透過性のポリエチレン膜に開けられた微細な孔の内側に、エタノール濃度が高くなると収縮して孔を開かせる特殊なポリマーを塗布し、孔が開くエタノール濃度をポリマーの成分によって調節した分子認識性の機能性膜であって、この膜を利用することによって６０〜９０％エタノールを得ることが出来る。
この工程の排出液は、有用物質や糖質の回収を行うときは第８工程へ、回収を行わないときは第１１工程へ送られる。
【００８９】
（第７工程）エタノール乾燥工程
ゼオライトのカラムにエタノールを通過させて水分を吸収させる。水分を吸収したゼオライトは加熱した空気を送って乾燥させて再使用する。９９．５％のエタノールが得られる。
【００９０】
（第８工程）有用物質回収、醗酵阻害物質除去、不要物質除去、糖質回収工程
この工程は、プロセス全体のバランスを調節する工程であるので、操業時点における種々の要因に応じて単位反応を選択して実行されることが好ましい。この工程に含まれる単位工程を記載する。
第２工程の蒸煮・爆砕工程の常圧蒸気を凝縮して得られる排出液から、フルフラール等の低沸点有機物質を凝縮液の分別蒸留によって回収する。ヨウ素は、凝縮液をたとえば次亜塩素酸塩で酸化して、ヨウ素イオンをヨウ素に変換し、ヨウ素を完全に析出させてから水蒸気蒸留して回収する。
【００９１】
第２工程の蒸煮・爆砕工程の可溶部４２と、第４工程の加水分解工程の排出液（酸分解法以外）と、第６工程のエタノール濃縮工程の排出液と、は必要に応じて夫々別個に及び／又は合わせて有用物質の回収を行う。
重金属は、イオン交換樹脂を用いて回収する。
天然ウランは、アルギン酸中に濃縮されている天然ウランをタンニン吸着剤のカラムを通過させることによって吸着し、０．０１モル塩酸で溶出して回収する。
【００９２】
排出液中の脂肪は、静置して油液分離するか、水に不溶性の有機溶媒で抽出して回収する。回収した脂肪は、メタノリシス反応でバイオディーゼル油に改質して中型作業船の燃料として使用する。
未分解のアルギン酸は排出液を酸性にするか、カルシウム塩を加えて析出させて回収する。
植物蛋白質は半透膜を用いて分離するか吸着剤に吸着させて分離する。吸着剤としてはアルギン酸も使用できる。
【００９３】
排出液から有用物質を回収した後に、利用可能な量と純度の糖質が含有されている場合は阻害物質と不要物質を除去して糖質を回収する。利用可能な量と純度の糖質が含有されていない場合には、不溶物質・阻害物質液として第１１工程の廃液処理工程に送る。
予測される醗酵阻害物質の除去方法は以下のとおりである。
醗酵阻害物質が重金属である場合は、イオン交換樹脂を用いて除去する。
醗酵阻害物質がリグニンである場合は、オゾンを加えてリグニンを分解除去する。
排出液中の不要物質として最も多量に含まれるのは水であるので、濃縮を行う、濃縮方法は逆浸透圧法、蒸留法、機能性膜を利用する方法、ハイドロキシアパタイトゲルや親水性高分子物質などの吸着剤を利用する方法がある。
【００９４】
排出液中の糖質を回収する方法は、
１）ハイドロキシアパタイトゲルや親水性高分子物質などの吸着剤を利用して回収する。
２）水溶液を濃縮して結晶化して回収する。濃縮方法としては、逆浸透圧法、蒸留法、機能性膜を利用する方法があり、前記の吸着剤を使用する方法も応用できる。結晶化の際にはエタノールやメタノールのような親水性の有機溶媒を加えて結晶化を促進することが出来る。
３）場合によっては糖質の分離操作を行わず、排出液中の有用物質、醗酵阻害物質を除去し、糖質濃度が５〜５０％になるまで濃縮した液を回収糖質液として第９工程の加水分解工程に送る。
【００９５】
（第９工程）加水分解工程
第２工程の蒸煮・爆砕工程の可溶部と、第６工程のエタノール濃縮の排出液と、を第８工程で処理した回収糖質は、一度は加水分解工程を経ているが、未反応のオリゴ糖を含んでいる可能性がある。検査によってオリゴ糖の含有量が無視できる場合を除き、回収糖質液の加水分解を行うことが好ましい。方法は第４工程と同様である。
【００９６】
（第１０工程）廃水処理工程
第２〜４、６、８，９工程の排出液を合わせて膜ろ過法によって濃縮してバイオマスを回収する。本発明のエタノール製造段階は、少量の無機物しか使わず、公害物質を使用せずに運転できるので、排出液の濃縮液は炭化水素が主成分となる。これを廃液回収ボイラーで燃焼させて発電すれば、エタノール製造設備の必要電力を上回る電力を供給出来る。また、蒸気を濃縮した蒸留水と、温水を供給できる。実際の計算例は実施例に示す。
発電に抽気背圧タービン発電機を用いれば、第２，４工程に必要な高温高圧水蒸気をタービンから抽気して供給出来る。
【００９７】
以下に、本発明を実施する実施例として、１０，０００ｋｍ２の藻場においてホンダワラを栽培・収穫し、エタノールを製造した例を物質バランスを示す計算例と共に示す。
【実施例】
【００９８】
（Ａ）ホンダワラの栽培
（藻場）
図２は藻場７の構成を示す概略図である。藻場７は日本海の大和堆の平均水深約４００ｍの海域に設置した。
藻場７は図２（Ａ）に示すように、少なくとも幅１ｋｍ以上の航路２４や漁場２５となる開水面を空けて１０個の藻場セット８を設置して構成した。実効栽培面積は１０，０００ｋｍ２である。
藻場７には管理センターを設置した。管理センターは、藻場７を支援する図に示していない地上集中支援システムと連携して、藻場全体を管理した。
【００９９】
藻場７は、海洋衛星システムを用いて管理した。海洋衛星システムは、ＧＰＳ衛星、通信衛星、海洋観測衛星、及び気象衛星を含む。海洋衛星システムは、ホンダワラの発育状況、イソ焼け等の損壊状況、気象、海流、浮遊ごみ等の情報収集を行った。又、小型高速海藻カッター艇３２や浮力調節装置１６の無人運転に関する指令伝達を行うと共に、管理情報を衛星監視システムを経由して前記藻場セットの管理拠点に伝達する情報伝達、藻場７を支援する地上集中支援システムとの情報交換も行った。
【０１００】
藻場セット８は、図２（Ｂ）に示すように、小水路２１と、中水路２２と、大水路２３で分画された海面に藻場ユニット９を１０，０００個整列・並置して形成した。
藻場セット８には、管理拠点と、海藻輸送手段として３０万総トンクラスの海藻運搬タンカーと、収穫手段として積載量６００トンの中型作業船３１を１０隻及び小型高速海藻カッター船３２を１０隻と、エタノール製造設備２９と、を設備した。
【０１０１】
藻場７の最小構成単位は、図２（Ｃ）及び（Ｄ）に示す藻場ユニット９である。藻場ユニット９は海底１７に設置されたアンカー１１と浮力体１２とを連結する係留索１３に略水平に海面下で略水平に係着された一辺が１００ｍの正方形のネット１４と、ホンダワラの付着器２を保持する稲藁の縄を棕櫚で補強したロープで製造された海藻保持器具１５と、封入する気体の体積を増減することによってネット１４及び海藻保持器具１５を浮上、沈降させるための１個の浮力調節装置１６と、を備えている。
【０１０２】
封入する気体の体積の増減は遠隔操作で自動的に行い、指令の伝達は海洋監視衛星を経由する通信網を通じて行った。
沈降させる深さは、冬季に長期間沈降させる場合は、１０ｍであり、暴風で短期間沈降させる場合でも２０ｍを限度とした。
浮上、沈下させるかどうかの天候判断に資する情報は海洋監視衛星のデータから収集した。
【０１０３】
（ホンダワラの栽培）
４月にホンダワラの雄性生殖器床と雌性生殖器床を取り出して人工受精させた。０．２５〜０．３ｍｍの幼胚を水槽で育成した。育成はホンダワラの成長に合わせて順次大きな水槽に移しながら、透明な水槽の下から光を照射し、空気を送って空気撹拌しながら育成した。受精後４〜６月で幼胚が体長０．５〜１５ｍｍの幼体となり、それ以後茎伸長期になった。受精後１年半経った２年目の１０月に体長２００ｍｍ程度の茎伸長期のホンダワラとなったので種苗として藻場７に移植した。海藻保持器具１５の間隔は１ｍとし、１０ｃｍ間隔で１ｍ当たり１０本のホンダワラを付着させて外洋での栽培を始めた。
【０１０４】
冬季は海藻保持器具１５を水深１０ｍに沈めて育成した。早春から夏にかけては、海が穏かなときは海藻保持器具１５を水深４ｍに保持し、気胞６を付けて自己浮遊性となったホンダワラの上部の葉５が海面で漂い、太陽の光を充分に受けるようにした。ホンダワラは急速に生長し、２〜４ｍに成長した。
【０１０５】
（ホンダワラの収穫）
３年目の５月に、小型カッター艇３２によってを海藻保持器具１５からホンダワラの主枝４を付着器２と茎と３を残して刈り取った。
中型作業船３１によって、刈り取られて海上に浮遊するホンダワラを海水と共に吸入し濾しとって収穫した。
これによって、１ｍ２当たり年間６．５ｋｇの収穫があり、１０個の藻場セット（藻場全体）で６，５００万トン（乾燥重量換算）のホンダワラを収穫した。
【０１０６】
（Ｂ）エタノール製造
以下に、図３のフローチャートに従って収穫した海藻からエタノール製造段階を説明する。
（第１工程）前処理
収穫した海藻を、水洗して付着する成分を除去し、微破砕機で、５０〜９０℃に加熱しながら粉砕し、少量の水酸化ナトリウムを加えて原料を製造した。流木等の木質系の浮遊物や、使用済の海藻保持器具１５なども粉砕して粉末にして原料に加えて使用した。
【０１０７】
（第２工程）蒸煮・爆砕工程
図４に蒸煮・爆砕装置４０を示す。
原料を原料供給部４１に於いてプレヒーティング手段４５から蒸気を供給して予熱した後、圧入口４４から圧力釜４３へ供給し、落下中に上部の前処理部４８に於いて１３０〜２３０℃の水蒸気４６で処理された後に下部の亜臨界水４９へ加えられ、１３０〜２３０℃で、この反応温度に於いて亜臨界水４９が沸騰しない程度の加圧下で５分間蒸煮した。
蒸煮した原料を断熱膨張ノズル５０から断熱膨張部５４へ噴出することによって急激に大気圧に減圧して爆砕した。生成したスラリーはスクリュープレスによって可溶部と不溶部に分離した。常圧蒸気を凝縮した液と可溶部とは、本実施例では有用物や糖質の回収を行わずに第１０工程へ送って廃液処理した。
【０１０８】
（第３工程）精製工程
第２工程で得た不溶部をエタノールで数回洗い、洗液は合わせて濃縮して、脂肪分とエタノールとを回収した。不溶部をオゾン含有水で処理して、リグニンを含む着色物質を分解してセルロース画分を得た。この工程の排出液は、第１１工程へ送った。
【０１０９】
（第４工程）加水分解工程
第３工程で得たセルロース画分を、再度第２工程で用いた蒸煮・爆砕装置で、但し加水分解を２３０〜２８０℃で５分間行ってグルコース溶液を得た。
（第５工程）エタノール醗酵工程
グルコース溶液を生存非依存性としたエタノール醗酵菌（ＲＩＴＥ菌）を加えたカラムに通してエタノール醗酵を行った。
【０１１０】
（第６工程）エタノール濃縮工程
ゲート膜の原理を応用したエタノール濃縮法によって６０〜９０％エタノールを得ることが出来た。
（第７工程）エタノール乾燥工程
ゼオライトのカラムにエタノールを通過させて水分を吸着させて９９．５％のエタノールを得た。
６，５００万トンのホンダワラ（乾燥重量）から、約２，０００万ｍ２（２０，０００，０００キロリットル）のエタノールが製造された。
【０１１１】
（第８工程）有用物質回収、醗酵阻害物質除去、不要物質除去、糖質回収工程及び（第９工程）糖加水分解
この２工程は行わず、全ての排出液を廃液処理工程（第１０工程）へ送った。
【０１１２】
（第１０工程）廃水処理工程
第２、４、６工程の排出液を合わせて膜濾過法によって濃縮してバイオマスを回収した。回収率は６５％であった。これを廃液回収ボイラーで燃焼させて、抽気背圧タービン発電機を用いて発電した。
上記実施例に基づく物質及びエネルギーバランスの計算例を示す。
【０１１３】
（バランス計算例）
１）ホンダワラの収量
作付面積：                １０，０００ｋｍ２
単位面積あたり収穫量：    ６．５ｋｇ／ｍ２
総収穫量：                ６，５００万トン
【０１１４】
２）エタノール生産量
炭水化物含量：            ８８％
エタノール収量推定値：    ２８９ｋｇ／トン＊１）÷０．７９（比重）
＝０．３６５キロリットル／トン・ホンダワラ
エタノール年間生産量：    ６，５００×０．８８×０．３６５
＝２，０７８万キロリットル
＊１）  出典：  産業技術総合研究所  中国センター  バイオマス研究センター資料  ２０１０年時点の予想置
【０１１５】
３）廃液回収（概算）
設定条件：バイオマス回収率    ６５％
ボイラー効率        ０．７
発電機効率          ０．３５
炭化水素燃焼熱      ４０２０Ｋｃａｌ
分子量：炭水化物／エタノール＝１８０／（４６×２）
＝２
バイオマス回収量
（６，５００×０．８８−２、０００×０．７９×２）×０．６５
＝１，６６０万トン
廃液回収ボイラー熱量
１，６６０×４０２０×０．７×（１，０００／８６０）
＝５４３０万ＭＷｈ
発電機出力
（５４３０×０．３４）／（３６５日×２４時間）
＝２，１００ＭＷ
【０１１６】
廃液回収による発電量は、藻場およびエタノール製造工場の使用電力を大幅に上回っており、外部に売電することが出来る。
概算による経費バランスから見ると、本発明の海藻からエタノールを製造する方法は、実施例に記載したエタノールの製造方法のみで経済的に成立すると推定された。更に回収糖質の利用による収率向上や、有用物質の回収や，廃液回収発電の売電等を実施すれば、十分な利益が得られるものと推定される。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】ホンダワラの模式図である。
【図２】海藻からエタノールを製造するシステムの藻場の形態を説明する模式図である。（２Ａ）は藻場を、（２Ｂ）は藻場セットを、（２Ｃ）は藻場ユニットを、（２Ｄ）は（２Ｃ）のａ−ａ断面図を示す。
【図３】エタノールを製造する工程の概略を示すフローチャートである。
【図４】蒸煮・爆碎装置の断面を示す概念図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１      海藻
２      付着器
３      茎
４      主枝
５      葉
６      気胞
７      藻場
８      藻場セット
９      藻場ユニット
１１    アンカー
１２    浮力体
１３    係留索
１４    ネット
１５    海藻保持器具
１６    浮力調節装置
１７    海底
１８    海面
２１    小水路
２２    中水路
２３    大水路
２４    航路
２５    漁場
２６    管理センター
２７    海洋衛星システム
２８    管理拠点
２９    エタノール製造設備
３０    海藻運搬タンカー
３１    中型作業船
３２    小型高速海藻カッター艇
４０    蒸煮・爆碎装置
４１    原料供給部
４２    蒸煮部
４３    圧力釜
４４    圧入口
４５    プレヒーティング手段
４６    高温高圧水蒸気
４７    配管
４８    前処理部
４９    亜臨界水
５０    断熱膨張ノズル
５１    常圧蒸気出口
５２    可溶部
５３    固体−液体分離装置
５４    断熱膨張部
【図１】
2008271910.tif 000003
【図２】
2008271910.tif 000004
【図３】
2008271910.tif 000005
【図４】
2008271910.tif 000006