(57)【要約】【課題】環境中に存在する低濃度のメタンを回収して資化する方法を提供する。【解決手段】メタン濃度６０００ｐｐｍ以下の環境下でメタン資化菌を培養することにより、環境中に存在するメタンをメタン資化菌に資化させる方法。例えば堆肥舎内には数千ｐｐｍ程度のメタンが存在する場合があり、畜舎内には動物の消化管由来のメタンや糞尿由来のメタンが濃度１０〜１００ｐｐｍ程度で存在する。本発明方法によれば、これらのメタンを有効に資化できる。得られる菌体は、家畜飼料や菌体バイオマスとして利用することができる。また、メタンは地球温暖化の一因になっているが、本発明によれば、このような地球温暖化ガスである低濃度メタンを効率よく除去することができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタン濃度６０００ｐｐｍ以下の環境下でメタン資化菌を培養することにより、環境中のメタンをメタン資化菌に資化させるメタン資化方法。
【請求項２】
メタン濃度１００ｐｐｍ以下の環境下でメタン資化菌を培養することにより、環境中のメタンをメタン資化菌に資化させるメタン資化方法。
【請求項３】
空気中でメタン資化菌を培養することにより、空気中のメタンをメタン資化菌に資化させるメタン資化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、環境中の低濃度メタンをメタン資化菌を用いて回収し、資化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、天然ガスやバイオガスなどの主成分であるメタンを回収するためには、分離膜などを用いて濃縮回収することが検討されてきた。しかし、回収対象とされるメタンは数％という高い濃度域のものであり、このメタンをさらに可燃性濃度以上に濃縮しようとするものであった。
【０００３】
一方、自然界で発生するメタンをその総量で見た場合ほとんどが、希薄な濃度のメタンである。例えば日本におけるメタン総排出量のうち、家畜の消化管由来のメタンや糞尿処理時に発生するメタンは約１／３を占め、水田などから発生するメタンは約１／４を占める。これらのメタンはいずれも６０００ｐｐｍ以下の低濃度のメタンである。
【０００４】
しかし、これらの希薄なメタンを回収して資化する有効な技術は存在しなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、環境中に存在する低濃度のメタンを回収して資化する方法を提供することを主目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記目的を達成するために鋭意研究を重ね、以下の知見を見出した。
▲１▼　メタン資化菌を６０００ｐｐｍ以下、特に１００ｐｐｍ以下の低濃度のメタン雰囲気下で生育させると、雰囲気中のメタンを資化して数日〜数カ月にわたり増殖する
。
▲２▼　本培養にあたり、十分時間低濃度のメタン雰囲気下で生育させると、低濃度
馴化が起こり、低濃度メタン雰囲気下での増殖が容易になる。
▲３▼　特に、増殖が盛んな菌体を用いると、空気中のメタン濃度を下回る０．５ｐｐｍ以
下の極めて低濃度のメタン雰囲気下まで増殖が継続する。
【０００７】
前記知見に基づき本発明は、以下のメタン資化方法を提供する。
【０００８】
項１．　メタン濃度６０００ｐｐｍ以下の環境下でメタン資化菌を培養することにより、環境中のメタンをメタン資化菌に資化させるメタン資化方法。
【０００９】
項２．　メタン濃度１００ｐｐｍ以下の環境下でメタン資化菌を培養することにより、環境中のメタンをメタン資化菌に資化させるメタン資化方法。
【００１０】
項３．　空気中でメタン資化菌を培養することにより、空気中のメタンをメタン資化菌に資化させるメタン資化方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のメタン資化方法は、メタン濃度６０００ｐｐｍ以下の環境下でメタン資化菌を培養することにより、雰囲気メタンをメタン資化菌に資化させる方法である。
【００１２】
メタン資化菌は、特に限定されず、メチロコッカス　（Ｍｅｔｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ）属、メチロモナス（Ｍｅｔｈｙｌｏｍｏｎａｓ）属、メチロバクター（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒ）属、メチロシスティス（Ｍｅｔｈｙｌｏｃｙｓｔｉｓ）属、メチロサイナス（Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ）属、メチロバクテリウム（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属などの公知のメタン資化菌を使用できる。特に、メチロコッカス（Ｍｅｔｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ）属、メチロサイナス（Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ）属の細菌が好ましい。
【００１３】
メタン資化菌を培養する培地は、微生物の成育に通常必要とされる窒素、リン、硫黄、カリウム、マグネシウム、カルシウム、鉄等を含むものであればよい。培地には、炭素が含まれていてもよく、又は含まれていなくてもよい。雑菌の混入を防止するためには、炭素源が含まれていないことが望ましい。培地のｐＨは中性付近に保つことが好ましいが、弱酸性又は弱塩基性側になってもよい。
【００１４】
さらに、メタン資化菌は、培地を含む担体に保持させた状態で培養することもできる。このような担体としては、活性炭、グラファイト、多孔質焼成土壌、ゼオライト、粘土、シリカ、木粉、ヤシガラ、寒天、海綿、セルロース、キトサン、各種合成高分子材料などを例示できる。特に、活性炭、多孔質焼成土壌等が好ましい。
【００１５】
培養雰囲気は、メタン濃度６０００ｐｐｍ以下とするが、特に１０００ｐｐｍ以下、さらに特に１００ｐｐｍ以下であっても構わない。例えば家畜の糞尿から堆肥を作るための堆肥舎内のメタン濃度は数千ｐｐｍ程度になる場合がある。また例えば畜舎内のメタン濃度は、１０〜１００ｐｐｍ程度であるため、１００ｐｐｍ以下の濃度でメタン資化菌を培養することが考えられる。さらに、培養雰囲気を空気とすることもできる。なお、空気中のメタン濃度は、通常１．６〜１．７ｐｐｍ程度である。
【００１６】
前記メタン濃度の雰囲気下での培養に当たり、メタン資化菌をメタン濃度１００〜６０００ｐｐｍ程度、特に１００〜１０００ｐｐｍ程度の雰囲気中で５〜７日程度前培養し、得られる菌体を新たな培地に接種して本培養を行うことが好ましい。これにより、本培養時に一層効率よくメタン資化菌を増殖させることができる。前培養時の培地も細菌の生育に通常必要とされる前述した成分を含むものを用いればよい。
【００１７】
また、増殖が盛んな菌体を用いる場合には効率よく１００ｐｐｍ以下の極低濃度メタンを資化できる。ところが６０００ｐｐｍ以下の低濃度のメタン雰囲気下でメタン資化菌を増殖させる場合には、一部の菌体が適応できず、菌体全体の増殖速度が遅い場合や、死滅する菌体が生じる場合がある。一方、メタン資化菌はメタンの代謝により生じるメタノール、ホルムアルデヒド、ギ酸も資化できる。従って、培地中にメタノール、ホルムアルデヒド、ギ酸を添加することによりメタン資化菌の生育又は増殖を活性化することができる。また一時的にメタン濃度を６０００ｐｐｍ以上の雰囲気下で培養することによっても、メタン資化菌の生育又は増殖を活性化することができる。
【００１８】
培養温度は、菌株に応じて最適生育温度を選択すればよいが、前培養及び本培養ともに１５〜４０℃程度とすればよい。
【００１９】
担体を用いず液体培地中でメタン資化菌を培養する場合には、培養中に振とう又は通気などの方法で雰囲気気体を培地中に供給することが好ましい。
【００２０】
また、メタンを含む培養雰囲気は、連続的に流通させてもよく、又は、バッチ式で経時的に入れ替えるようにしてもよい。連続的に流通させる方が効率よくメタンを資化することができる。
【００２１】
得られたメタン資化菌は、例えば動物飼料として、またバイオマス源として利用できる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明を実施例を示してより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
＜使用菌株＞
Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ　ｔｒｉｃｈｏｓｐｏｒｉｕｍ　ＯＢ３ｂ株　　ＡＴＣＣ３５０７０
＜使用培地組成＞
以下の組成の炭素を含まない液体培地を使用した。
【００２３】
ＮａＮＯ３　　　　　　　　０．８５ｇ／ｌ
Ｋ２ＳＯ４　　　　　　　　０．１７　ｇ／ｌ
ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ　　　　　　０．０３７　ｇ／ｌ
ＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏ　　　　　　　０．００７　ｇ／ｌ
ＫＨ２ＳＯ４　　　　　　０．５３　ｇ／ｌ
Ｎａ２ＨＰＯ４　　　　　　０．８６　ｇ／ｌ
ＺｎＳＯ４・７Ｈ２Ｏ　　　　　　０．５７４ｍｇ／ｌ
ＭｎＳＯ４・７Ｈ２Ｏ　　　　　　０．４４６　ｍｇ／ｌ
Ｈ３ＢＯ３　　　　　　　０．１２４　ｍｇ／ｌ
ＮａＭｏＯ４・２Ｈ２Ｏ　　　　　０．０９６　ｍｇ／ｌ
ＣｏＣｌ２・６Ｈ２Ｏ　　　　　　　０．０９６　ｍｇ／ｌ
ＫＩ　　　　　　　　０．１６６　ｍｇ／ｌ
ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ　　　　　　　０．２５　ｍｇ／ｌ
ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ　　　　　　　１１．２　ｍｇ／ｌ
実施例１（大気中でのメタン資化菌の培養）
メタン資化菌Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ　ｔｒｉｃｈｏｓｐｏｒｉｕｍ　ＯＢ３ｂ株を、空気にメタンを添加して３０％メタンを含むように調製した雰囲気の密閉容器中で、２５℃で振とうすることにより前培養した。培養液の６００ｎｍにおける吸光度（ＯＤ６００）が０．７程度に達した時点で、同じ培養液を用いてＯＤ６００＝０．１程度に希釈した。この培養液２００ｍｌに１分間あたり５０ｍｌ程度の空気を通気しつつ２５℃にて培養し、数日ごとにＯＤ６００を測定した。
【００２４】
結果を図１に示す。図１によれば、約１カ月後から吸光度が急増加しており、細菌が対数増殖していることが分かる。培養液の一部を採取して平板培地に塗布して培養し、形態性質などにより菌株を同定したところ、増殖しているのは、メタン資化菌Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ　ｔｒｉｃｈｏｓｐｏｒｉｕｍ　ＯＢ３ｂ株であった。
【００２５】
このことから、炭素源を含まない培養液中で、空気中のメタンを炭素源として、同菌株が増殖したこと、すなわち空気中のメタンをメタン資化菌が資化、回収したことが分かる。
【００２６】
実施例２　　（１０ｐｐｍ及び１００ｐｐｍメタン雰囲気下でのメタン資化菌の培養）
メタン資化菌Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ　ｔｒｉｃｈｏｓｐｏｒｉｕｍ　ＯＢ３ｂ株を、空気にメタンを添加して３０％メタンを含むように調製した雰囲気密閉容器中で、２５℃で振とうすることにより前培養した。ＯＤ６００＝０．７程度に達した時点で、同じ培養液を用いてＯＤ６００＝０．０１程度に希釈した。この培養液２００ｍｌを、二つの５００ｍｌ容の三角フラスコに分注した。さらに、外気とフラスコ内雰囲気とを通気できる２本のガラス管を通したシリコンゴム栓にて密閉した。次いで、片方のガラス管から１００ｐｐｍ及び１０ｐｐｍメタンをそれぞれ通気し、十分大気と入れ替わった時点で、２本のガラス管を封鎖することによりフラスコ内と外部とを遮断した。
【００２７】
この状態で同菌株を２５℃にて培養し、数日ごとにＯＤ６００を測定し、その度ごとに、外気とフラスコ内雰囲気とを通気できる２本のガラス管を通したシリコンゴム栓にて密閉した。次いで、片方のガラス管から１００ｐｐｍ及び１０ｐｐｍメタンをそれぞれ通気し、十分大気と入れ替わった時点で、２本のガラス管を封鎖することによりフラスコ内と外部とを遮断し、培養を継続した。
【００２８】
結果を図２に示す。図２に示すように、メタン濃度１０ｐｐｍ及び１００ｐｐｍのいずれの場合も吸光度が上昇し、細菌が増殖している。培養液の一部を採取して平板培地に塗布して培養し、形態及び性質などにより菌株を同定したところ、増殖しているのは、メタン資化菌Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ　ｔｒｉｃｈｏｓｐｏｒｉｕｍ　ＯＢ３ｂ株であった。
【００２９】
このことから、炭素源を含まない培養液中で、１０ｐｐｍメタン又は１００ｐｐｍメタンを炭素源として同菌株が増殖したこと、すなわち１０ｐｐｍメタン又は１００ｐｐｍメタンをメタン資化菌が資化、回収したことが分かる。
実施例３　　（低メタン濃度雰囲気下でのメタン資化菌のメタン利用活性）
メタン資化菌Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ　ｔｒｉｃｈｏｓｐｏｒｉｕｍ　ＯＢ３ｂ株を、空気にメタンを添加して３０％メタンを含むように調製した雰囲気密閉容器中で、２５℃で振とうすることにより前培養した。ＯＤ６００＝０．７程度に達した時点で、同培養液にてＯＤ６００＝０．２程度に希釈した。この培養液５ｍｌを８個の７０ｍｌ容の密閉容器に入れ、シールした後、各ボトルにメタンをシリンジを用いて加えることにより、各ボトルの雰囲気中のメタン濃度をそれぞれ３　ｐｐｍ、７　ｐｐｍ、３０　ｐｐｍ、３９　ｐｐｍ、５４　ｐｐｍ、６５　ｐｐｍ、２７０　ｐｐｍ及び６７０５ｐｐｍに調製した。各菌液を２５℃にて振とう培養し、１日ごとに密閉容器内雰囲気中のメタン濃度をガスクロマトグラフィにより測定した。
【００３０】
結果を図３に示す。図３の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ培養日数に対してメタン濃度をプロットしたものであるが、縦軸のスケールが互いに異なる。
【００３１】
図３に示されるように、増殖がさかんな複数のサンプルにおいて、測定したメタン濃度０．６９ｐｐｍ〜５．９１ｐｐｍの範囲では、測定１日後のメタン濃度が検出限界（０．５ｐｐｍ）以下になった。また、それ以外サンプルにおいて測定したメタン濃度３．１７ｐｐｍ〜６７０５ｐｐｍにおいては、メタン濃度測定１日後にメタンは検出されたものの、それぞれ元の値に比べて５．９〜５６％程度に減少した。また、いずれのメタン濃度の場合も、培養開始４日後には雰囲気中のメタン濃度は検出限界（０．５ｐｐｍ）以下となった。
【００３２】
実施例４（雰囲気中メタンの半減期）
当初メタン濃度０．６９〜６７０５ｐｐｍの１６段階の培養液について、実施例３と同様にしてメタン資化菌を培養した。雰囲気中のメタン濃度が当初の２分の１になるまでの時間を測定し、この時間を培養液と等量の気相当たり及びＯＤ６００＝１．０の菌数当たりに換算した。
【００３３】
結果を図４に示す。図４の（Ａ）及び（Ｂ）はいずれもメタン濃度に対してメタン半減期をプロットしたものであるが、（Ａ）と（Ｂ）とでは横軸のスケールが互いに異なる。図４に示されるように、当初メタン濃度３〜３０ｐｐｍの範囲で１０分間程度の半減期を示すものもあるが、当初メタン濃度２０〜６７００ｐｐｍの範囲で２０分間程度の半減期を示す。このように、メタン濃度が低くなってもメタン濃度半減期はあまり変化せず、メタン資化菌は６０００ｐｐｍ以下の低濃度のメタンを効率よく資化、回収できることが分かる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によると、環境中に存在する低濃度のメタンを回収して資化する方法が提供される。さらにいえば、メタン資化菌を用いる本発明方法によれば、環境中に自然に存在する６０００ｐｐｍ以下の低濃度のメタンを、実用上十分な速度で回収し、再資源化することができる。例えば家畜の糞尿から堆肥を作るための堆肥舎内のメタン濃度は数千ｐｐｍ程度になる場合がある。また、例えば畜舎内には、動物の消化管由来のメタンや糞尿由来のメタンが濃度１０〜１００ｐｐｍ程度で存在する。本発明方法によれば、このようなメタンを有効に資化できる。得られる菌体は、家畜飼料や菌体バイオマスとして利用することができる。また、メタンは地球温暖化の一因になっているが、本発明によれば、このような地球温暖化ガスであるメタンを効率よく除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】空気中でのメタン資化菌の増殖を示すグラフである。
【図２】メタン濃度１０ｐｐｍ又は１００ｐｐｍの下でのメタン資化菌の増殖を示すグラフである。
【図３】メタン濃度３〜６７０５ｐｐｍの下でメタン資化菌を増殖させた場合の雰囲気中のメタンの減少速度を示すグラフである。
【図４】メタン濃度０．６９〜６７０５ｐｐｍの下でメタン資化菌を増殖させた場合の雰囲気中のメタンの半減期を示すグラフである。
【図１】
2004057095.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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