(57)【要約】【課題】二酸化炭素含有排ガス中のＣＯ２の吸着・除去ステップが容易で、かつ処分工程では時間をかけてＣＯ２を生物に固定化することで、処理のために新たにＣＯ２が排出されることなく、低コストで実施可能であり、しかもＣＯ２の吸着から処分までの一貫処理が可能となる、吸着ガス処理方法を提供する。【解決手段】二酸化炭素含有排ガスを吸着した吸着材から放出される二酸化炭素を、植物の栽培に利用する吸着ガス処理方法とする。二酸化炭素含有排ガスを吸着した吸着材に、独立栄養細菌を添加することにより、前記吸着材に吸着された二酸化炭素から有機炭素化合物を産生させ、産生された有機炭素化合物を栄養源として植物を栽培することもできる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素含有排ガスを吸着した吸着材から放出される二酸化炭素を、植物の栽培に利用することを特徴とする吸着ガス処理方法。
【請求項２】
二酸化炭素含有排ガスを吸着した吸着材に、独立栄養細菌を添加することにより、前記吸着材に吸着された二酸化炭素から有機炭素化合物を産生させ、産生された有機炭素化合物を栄養源として植物を栽培することを特徴とする請求項１に記載の吸着ガス処理方法。
【請求項３】
前記二酸化炭素含有排ガスを吸着した吸着材からなる吸着材層が埋立地の地盤上に形成された請求項１又は２に記載の吸着ガス処理方法。
【請求項４】
前記二酸化炭素含有排ガスを吸着した吸着材とアルカリ性化合物を併用するか、又は前記吸着材層に隣接してアルカリ性化合物層を形成する請求項１〜３のいずれか１項に記載の吸着ガス処理方法。
【請求項５】
前記吸着材が、シリカ及び／又はゼオライトである請求項１〜４のいずれか１項に記載の吸着ガス処理方法。
【請求項６】
前記アルカリ性化合物が、焼却灰である請求項１〜５のいずれか１項に記載の吸着ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二酸化炭素含有排ガスを吸着した吸着材に含まれる二酸化炭素を、植物又は微生物に固定化する吸着ガス処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球温暖化対策の一環として二酸化炭素（ＣＯ２）の吸着・吸収技術の研究が盛んに行われている。吸着材等を用いて吸着したＣＯ２の処分方法としては、ＣＯ２の地中や海洋への貯留処分のほか、化学反応により水素及び二酸化炭素を含有するガスからジメチルエーテルを製造する方法（特許文献１等）や、二酸化炭素とメタン又は水素を反応ガス源として高機能性炭素に変換する方法（特許文献２等）など、二酸化炭素を固定化して再資源化する種々の方法が知られている。
【０００３】
また、ＣＯ２を直接植物や微細藻に吸収、固定化させる方法も研究されている（特許文献３等）。
【０００４】
一方、廃棄物を微生物を用いて処理する方法も研究されている。例えば、特開平８−１４１５９５号公報には、硝化菌を用いてアンモニア含有水を処理する方法において、廃水、下水、し尿処理設備、土壌、海水及び河川水などの自然界に分布する硝酸菌の硝化反応を促進するため、硝化菌に活性を有する従属栄養細菌の菌体を添加するアンモニア含有水の処理方法が提案されている（特許文献４参照）。
【０００５】
また、特開平９−３０２４２３号公報には、無機物を酸化する際のエネルギーで空気中の二酸化炭素を固定して生育する独立栄養細菌を含有する培養液中に、除去・回収すべき金属部を含む廃棄物を浸漬することで、該廃棄物中の金属の除去及び回収を行う方法が提案されている（特許文献５参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−７０７９３号公報
【特許文献２】
特開２００１−１８７３３３号公報
【特許文献３】
特開平８−５６６４８号公報
【特許文献４】
特開平８−１４１５９５号公報
【特許文献５】
特開平９−３０２４２３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣＯ２の処分方法として上記に掲げた再資源化技術や固定化技術は、いずれも大掛かりな装置や多くのエネルギーが必要で、かつ高コストである。一方、大量のＣＯ２の排出を抑制するため、ＣＯ２対策はなるべく低コストであることが望まれており、処理のために新たに排出されるＣＯ２も極力抑える必要がある。従って、上記の技術では、現状では実証試験レベルで実施されているものの、コスト、エネルギーの面で不利な面が多く、汎用化は難しいと考えられており、現状の技術によりＣＯ２の処理を処分まで含めて短時間で実施することは、極めて大掛かりでコスト高になる。
【０００８】
本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、二酸化炭素含有排ガス中のＣＯ２の吸着・除去ステップが容易で、かつ処分工程では時間をかけてＣＯ２を生物に固定化することで、処理のために新たにＣＯ２が排出されることなく、低コストで実施可能であり、しかもＣＯ２の吸着から処分までの一貫処理が可能となる、吸着ガス処理方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、植物による二酸化炭素の同化、並びに二酸化炭素を炭素源として利用できる微生物に着目し、該微生物により変換された有機物を植物に吸収させて二酸化炭素をセルロース等に固定化することにより、植物はパルプ、バイオマスエネルギー等の再資源として有効に利用しうるとの知見を得、本発明に至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、二酸化炭素含有排ガスを吸着した吸着材から放出される二酸化炭素を植物の栽培に利用することを特徴とする吸着ガス処理方法を提供するものである。本構成によれば、植物は吸着材から放出される二酸化炭素を炭酸イオンの形で同化することができるので、二酸化炭素を効率よく植物に固定化することができる。植物にとっては、ＣＯ２施肥の効果がある。生長した植物は緑化目的で維持することができるほか、森林資源として、原料パルプ、バイオマスエネルギー等に有効利用することができる。
【００１１】
また、二酸化炭素含有排ガスを吸着した吸着材を温室あるいは屋外栽培植物へのＣＯ２供給源として使用することもできる。
【００１２】
本発明の吸着ガス処理方法においては、二酸化炭素含有排ガスを吸着した吸着材に、独立栄養細菌を添加することにより、前記吸着材に吸着された二酸化炭素から有機炭素化合物を産生させ、産生された有機炭素化合物を栄養源として植物を栽培してもよい。本構成によれば、地上部に植栽された植物の根が、雨水や地下水に溶解した二酸化炭素あるいはその変換有機炭素化合物を吸収し、同化することにより、二酸化炭素がセルロース等に固定化される。
【００１３】
本発明の吸着ガス処理方法においては、前記二酸化炭素含有排ガスを吸着した吸着材からなる吸着材層が埋立地の地盤上に形成されていることが好ましく、当該吸着材層の上面が覆土層により被覆されていてもよい。本構成により、吸着材から除放された二酸化炭素の独立栄養細菌による取り込みが容易となり、有機炭素化合物への変換が促進される。また、上面に覆土層を設けることにより、吸着材の飛散を防止することができる。
【００１４】
また、前記の吸着ガス処理方法においては、前記二酸化炭素含有排ガスを吸着した吸着材とアルカリ性化合物を併用するか、又は前記吸着材層に隣接してアルカリ性化合物層を形成することが好ましい。本構成により、アルカリ性化合物として石炭灰を使用する場合、石炭灰に含まれる酸化カルシウム等のアルカリ物質によって、微生物が資化し損ねた二酸化炭素を炭酸カルシウム等の塩としてトラップすることが可能となる。
【００１５】
また、本発明の吸着ガス処理方法においては、前記吸着材が、シリカ及び／又はゼオライトであることが好ましく、前記アルカリ性化合物が、焼却灰であることが好ましい。本構成により、焼却灰も有効利用することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による吸着ガス処理方法を詳細に説明する。
【００１７】
本発明に適用できる二酸化炭素含有排ガスを吸着した吸着材としては、二酸化炭素含有排ガス中の二酸化炭素を吸着しうるものであれば特に限定されず、二酸化炭素吸着材として公知のもの全てを使用することができる。例えば、圧力変動吸着方式（ＰＳＡ方式）、温度変動吸着方式（ＴＳＡ方式）、圧力−温度変動吸着方式（ＰＴＳＡ方式）により、排ガス中の二酸化炭素の吸着に使用する吸着材等が挙げられる。これらの吸着方式に用いる吸着材としては、一般にシリカ、天然又は合成のゼオライト、活性炭等が知られている。二酸化炭素の有効吸着量の点からは、合成ゼオライトが優れていると言われているが、合成ゼオライトの中でもＸ型ゼオライトが実用的であることが知られている。
【００１８】
ここで、前記の二酸化炭素含有排ガスとしては、二酸化炭素が含まれていれば特に限定されず、二酸化炭素を１〜９０ｖｏｌ％含む混合ガスが挙げられる。このような二酸化炭素を含む混合ガスとしては、例えば、石炭、石油、ＬＮＧ、及びＬＮＧコンバインドサイクル等の火力発電所から排出される燃焼排ガス、熱風炉排ガス、高炉排ガス、転炉排ガス、燃焼排ガス等の製鉄所副生ガス、廃プラスチック燃焼ガス、木質系バイオマス燃焼排ガス等を挙げることができる。
【００１９】
二酸化炭素含有排ガスを吸着した吸着材は、土壌に混合するか、あるいは埋立地の地盤上に敷設する。吸着材中の二酸化炭素は、雨水や地下水等の水によって溶出されて炭酸イオンとなり、土壌中に存在する当該炭酸イオンを吸収等することで植物が生育する。前記の吸着材とアルカリ性化合物とを併用してもよい。アルカリ性化合物を併用することにより、吸着材から放出された二酸化炭素から生成した炭酸イオンを効率よくトラップすることができる。
【００２０】
独立栄養細菌は、細胞内の全ての有機代謝物質をＣＯ２を還元して合成し、一切栄養素として有機化合物を要求しない微生物である。独立栄養細菌としては、水素細菌、硫黄細菌、硝酸細菌、亜硝酸細菌及び鉄細菌からなる群より選ばれる少なくとも一種の微生物を挙げることができる。
【００２１】
前記の二酸化炭素を吸着した吸着材に独立栄養細菌を添加する場合は、二酸化炭素を吸着した吸着材を埋立地の地盤上に一定厚に敷き、地盤上に吸着材層を形成した後、該吸着材層に独立栄養細菌を粒状あるいは液状にしたものを、散布等の方法により添加するのが望ましい。あるいは、独立栄養細菌を添加した吸着材を、埋立地の地盤上に一定厚に敷いてもよい。二酸化炭素は、温度や圧力の影響あるいは雨水や地下水等の水を吸着することによって吸着材から除放されるため、除放された二酸化炭素を独立栄養細菌が取り込むことで、有機炭素化合物が産生される。排ガスや吸着材、石炭灰等に微量の重金属が含まれる場合などは、管理型埋立地で管理するのがよい。
【００２２】
表層は植物育成の観点より覆土層により被覆するのが望ましい。二酸化炭素を吸着した吸着材層を形成する場合、層数の制限はない。段階的に埋立てを実施する場合等は、吸着材層は複数層形成されることになるからである。吸着材層と吸着材層の間には、吸着材層以外の層を一層又は二層以上形成することができるが、微生物が資化し損ねた二酸化炭素をトラップするためには、アルカリ性化合物からなる一定厚の層を形成することが望ましい。この場合、吸着材層又はアルカリ性化合物層の上面（すなわち表層）は、覆土層により被覆するのが望ましい。吸着材層を複数層形成することで、地上部に植栽された植物の根が、雨水や地下水に溶解した二酸化炭素あるいはその変換有機炭素化合物を吸収することが容易となる利点がある。アルカリ性化合物としては、二酸化炭素と反応して塩形成しうるものであれば特に限定されない。
【００２３】
前記のアルカリ性化合物のなかでも、石炭、バイオマス及び廃棄物等の焼却灰を用いることが好ましく、焼却灰に含まれる酸化カルシウム等が水中に溶出し、これと二酸化炭素が反応することで炭酸カルシウムが生成する。前記目的を有効に達成するためには、アルカリ性化合物層は吸着材層に隣接して形成することが望ましい。この点、アルカリ性化合物は吸着材と併用されていてもよい。本発明の方法によれば、二酸化炭素のトラップと焼却灰処理の双方が実現可能となる。
【００２４】
次に、図を用いて、ゼオライト吸着材と石炭灰を用いた吸着ガス処理方法の一例を説明する。図１は、本発明の吸着ガス処理方法の一実施形態を示す概念図であり、図２は図１の拡大図で、微生物による二酸化炭素の取り込みから有機炭素化合物への変換を示す概念図である。図３は、本発明の吸着ガス処理方法の他の一例を示す概念図である。
【００２５】
発電所の排ガス吸着塔等から取り出した二酸化炭素を吸着したゼオライトを用意し、図１に示す埋立地の地盤５上に、一定厚のゼオライト層２を形成し、これに独立栄養細菌１１を添加する。その上層に一定厚の石炭灰層３を形成する。さらに、上層に向かってゼオライト層２（独立栄養細菌添加）、石炭灰層３を交互に形成して行く。表層となるゼオライト層２又は石炭灰層３の上面は、覆土層４により被覆する。ゼオライト層２に添加された独立栄養細菌１１は、二酸化炭素２１を取り込み有機炭素化合物２２へ変換する。変換された有機炭素化合物は、水とともに移動し、植物の根を通じて植物に吸収され同化される。ゼオライト層２と石炭灰層３とが順次形成されることで、植栽された植物は地中に存在する有機炭素化合物をくまなく吸収することができる。
【００２６】
図３には吸着材とアルカリ性化合物を併用した一実施形態を示した。二酸化炭素を吸着したゼオライト２と、石炭灰３を混合して植物の培地を形成する。ゼオライト２から放出される二酸化炭素は水に溶解して炭酸イオンとなり、該炭酸イオンが植物に吸収されて同化される。石炭灰３は植物が吸収しない炭酸イオンと反応して塩を形成する。
【００２７】
本発明で栽培する植物としては、特に限定されるものではないが、ＣＯ２のより迅速な固定やバイオマスの迅速な有効利用という観点からは、根が発達しやすい植物や成長の早い植物が好適である。アルカリ性化合物を併用する場合はアルカリに強い植物が好適である。例えば、オオムギ、アルファルファ、セスバニア、テンサイ、ナタネ、ソバ、イチリンソウ属（イチリンソウ、ニリンソウ、キクザキイチゲ、アズマイチゲ）、カタクリ、クレマチス、デルフィニューム、スイトピー、カスミソウ、Ａｆｒｉｐｌｅｘ  ｖｅｓｉｃａｒｉａ（灌木）、Ｈａｌｏｘｙｌｏｎ  ａｍｍｏｄｅｎｄｒｏｎ（灌木）、麻黄（ヤダチマオウ、シナマオウ、フタンタマオウ）、スギナ等を挙げることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、地上部に植栽された植物の根が、雨水や地下水に溶解した二酸化炭素あるいはその変換有機炭素化合物を吸収し、同化することにより、二酸化炭素がセルロース等に固定化されるので、生長した植物は緑化目的で維持することができるほか、森林資源として、原料パルプ、バイオマスエネルギー等の有効利用することができる。また、植物によって固定化するため、排出された二酸化炭素を自然界の炭素循環系に戻す事になり、再資源化に有効であり、地球環境的にも好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の吸着ガス処理方法の一実施形態を示す概念図である。
【図２】微生物による二酸化炭素の取り込みと有機炭素化合物への変換を示す拡大概念図ある。
【図３】本発明の吸着ガス処理方法の一実施形態を示す概念図である。
【符号の説明】
１  植物
２  吸着材層
３  アルカリ性化合物層
４  覆土層
５  埋立地地盤
１１  微生物
２１  二酸化炭素
２２  有機炭素化合物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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