(57)【要約】【課題】微生物を用いて水素生成を効率的に行う方法を提供すること。【解決手段】水素生成能力を有する微生物と有機廃棄物とを反応させて水素を生成するに際して、水素発酵槽へ供給する基質中の水溶性炭水化物および水溶性タンパク質の濃度を所定の濃度以上に制御しつつ連続培養することによって、有機物から水素を連続的に生成する方法を提供する。さらに、アンモニア態窒素を所定の濃度で供給することにより、水素生産の効率が上昇する。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素生成能力を有する微生物を用いて、有機物から水素を連続的に生成する方法であって、該微生物を含む水素発酵槽へ供給する基質中の水溶性炭水化物および水溶性タンパク質の濃度を所定の濃度以上に制御する工程を含む、方法。
【請求項２】
さらに、アンモニア態窒素を供給する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記有機物がオカラであり、前記水溶性炭水化物および水溶性タンパク質がオカラに由来する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記水溶性炭水化物および水溶性タンパク質が、それぞれ、３０００ｍｇ／Ｌまたはそれ以上の濃度に制御して供給される、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記水溶性炭水化物および水溶性タンパク質が、それぞれ、３５００ｍｇ／Ｌまたはそれ以上の濃度で供給される、請求項１から３のいずれかの項に記載の方法。
【請求項６】
前記微生物がエンテロバクター属に属する微生物である、請求項１から５のいずれかの項に記載の方法。
【請求項７】
水素発酵槽とメタン発酵槽とを備えた水素およびメタンの連続発酵装置であって、
該水素発酵槽には、水素回収手段、有機性廃棄物に由来する水溶性炭水化物および水溶性タンパク質を所定量またはそれ以上の量で供給する基質供給手段、および水素発酵培養液を該メタン発酵槽に供給する培養液供給手段が設けられ、
該メタン発酵槽には、メタン回収手段およびメタン発酵により生成するアンモニアを含むメタン発酵液あるいは排水の一部を該水素発酵槽に循環するアンモニア循環手段が備えられている、
水素およびメタンの連続発酵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素生成能力を有する微生物を用いて、有機物から、発酵により連続的に水素または水素およびメタンを生成する方法に関する。さらに詳しくは、水素発酵槽へ供給する有機酸の濃度を一定量またはそれ以上となるように制御する、水素、または水素とメタンの連続生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、化石燃料などのエネルギー源は、枯渇問題とその消費量の増大に基づくＣＯ２、ＮＯＸ、ＳＯＸなどの排出の問題を抱えている。これらの問題に対する対策として、再生可能なエネルギーが注目を浴びている。その中でも、水素は発熱エネルギーが大きいこと、ＣＯ２、ＮＯＸ、ＳＯＸなどを排出しないことから、次世代の燃料として期待されている。また、メタンも、ＣＯ２を発生するものの、エネルギー源として期待されている。
【０００３】
水素ガスは、炭化水素からの水蒸気改質、水の電気的、熱化学的あるいは放射線分解などの物理化学的方法で生産されているのが現状であり、エネルギーを大量に消費し、また炭化水素からの水蒸気改質においては大量の二酸化炭素を排出するという問題がある。
【０００４】
他方、有機廃棄物による環境汚染も問題となっている。水素も、メタンも有機廃棄物から生成されるため、環境汚染を防止しつつ、エネルギー源を確保できるという利点があり、有機廃棄物からの微生物による水素生産およびメタン生産の研究が行われている。
【０００５】
微生物による水素生産は、光合成細菌を用いる方法、あるいは非光合成微生物の嫌気培養により行われている。光合成細菌（緑藻類あるいは藍藻類）を用いる方法は、光を必要とする。しかし、太陽光だけでは光量が不足し、光を照射しなければならないためエネルギーを大量使用する、広大な面積を必要とするなどの問題があり、実用化されるに至っていない。
【０００６】
他方、非光合成微生物における水素生産は、一般に嫌気性であるため通気が不要であり、大型の発酵槽で水素の生産を行うことができる、あるいは強い有機物分解能を有しているため、バイオマス、有機性廃棄物などから水素を生産できるなどの利点がある。
【０００７】
嫌気性細菌を用いる水素生産においては、種々の方法が検討されている。たとえば、特許文献１は、偏性嫌気性かつ水素生産性クロストリジウム属の細菌と酵母とを混合培養することにより水素を生産させることを記載しているが、水素生産量が十分ではない。特許文献２は、クロストリジウム属の細菌と光合成細菌とを暗嫌気条件下共生させて、混合培養することにより水素を生産させる方法が記載されている。この方法では、培養管理が容易でないことなどの問題がある。特許文献３には、シロアリの腸管系微生物群を用いる有機廃棄物からの水素生産方法が記載されているが、これらの微生物はセルラーゼ分解酵素を生産し、専ら、木質材料からの水素生産を意図し、汎用性がないという問題がある。特許文献４は、汚泥コンポスト中の微生物を用いる水素生産方法を記載しているが、滞留時間が長く、実質的に連続発酵が困難であるという問題がある。
【０００８】
上記のように、有機物から水素発酵を行った例はあるが、これらの例は、全て有機廃棄物と水素発酵種汚泥を混合し、回分的に水素を生成させる方法に限られており、連続的に実際の有機性廃棄物を反応槽に投入して水素生産を行うことに成功した例は報告されていない。そこで、実用化可能な、連続的に安定して水素を発酵させる方法が望まれている。
【０００９】
さらに、水素発酵とメタン発酵とは、同じ微生物で行われることもあるが、発酵条件により、いずれか一方のみが行われる場合が多い。そのため、水素生産とメタン生産を同時に行うことができる方法も、新エネルギー源の確保の点から、待望されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平８−３０８５９１号公報
【特許文献２】
特開平８−２９４３９６号公報
【特許文献３】
特開平７−３１４８４号公報
【特許文献４】
特開平７−７５５８８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、有機性廃棄物から、効率良く、連続的に水素を生産し、さらに、水素生産からの代謝物からメタンを生成して、有機廃棄物を有効利用できる方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水素生成能力を有する微生物を用いて、有機物から水素を連続的に生成する方法であって、該微生物を含む水素発酵槽へ供給する基質中の水溶性炭水化物および水溶性タンパク質の濃度を所定の濃度以上に制御する工程を含む、水素の連続生産方法を提供する。
【００１３】
好ましい実施態様においては、さらに、アンモニア態窒素を供給する工程を含む。
【００１４】
好ましい実施態様においては、前記有機物がオカラであり、前記水溶性炭水化物および水溶性タンパク質がオカラに由来する。
【００１５】
また、別の好ましい実施態様においては、前記水溶性炭水化物および水溶性タンパク質が、それぞれ、３０００ｍｇ／Ｌまたはそれ以上の濃度に制御して供給される。
【００１６】
さらに好ましい実施態様においては、前記水溶性炭水化物および水溶性タンパク質が、それぞれ、３５００ｍｇ／Ｌまたはそれ以上の濃度で供給される。
【００１７】
別の好ましい実施態様においては、前記微生物がエンテロバクター属に属する微生物である。
【００１８】
本発明は、また、水素発酵槽とメタン発酵槽とを備えた水素およびメタンの連続発酵装置であって、
該水素発酵槽には、水素回収手段、有機性廃棄物に由来する水溶性炭水化物および水溶性タンパク質を所定量またはそれ以上の量で供給する基質供給手段、および水素発酵培養液を該メタン発酵槽に供給する培養液供給手段が設けられ、
該メタン発酵槽には、メタン回収手段およびメタン発酵により生成するアンモニアを含むメタン発酵液あるいは排水の一部を該水素発酵槽に循環するアンモニア循環手段が備えられている、水素およびメタンの連続発酵装置を提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の有機物からの水素の連続的生成は、水素発酵槽へ供給する基質中の有機物の濃度を所定量またはそれ以上に制御することを特徴とする。
【００２０】
本発明に用いられる有機物としては、有機性廃棄物が好ましく用いられる。有機性廃棄物とは、炭水化物（糖類）、タンパク質などの有機物質を含む産業廃棄物あるいは生活排水などをいい、特に制限されない。例えば、豆腐の製造において副生するオカラなどの食品製造時の廃棄物、パルプ製造時の廃棄物、都市下水などが例示されるが、これらに限定されない。
【００２１】
本発明に使用する微生物は、水素発酵能を有する微生物であれば、特に制限がない。光合成を行わず、嫌気性の微生物であることが好ましい。微生物としては、有機性廃棄物中に生息しており、水素生産能力を有する微生物（混合微生物、微生物フローラ）でもよく、水素生産能を有する既知の単離された微生物であってもよい。一般に、有機廃棄物中に生息する微生物としては、シトロバクター（Ｃｉｔｒｏｂａｃｔｏｒ）属、エンテロバクター（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｏｒ）属、クロストリジウム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ）属、クレブシエラ（Ｋｌｅｂｓｉｅｒａ）属などに属する微生物、またはメタン生成細菌などが知られているが、これらに制限されない。使用する有機廃棄物中の微生物を用いても良く、有機廃棄物の種類（成分）に応じて、適宜選択し、組合せて使用してもよい。オカラなどの食品製造時の副生物の処理には、エンテロバクター属に属する微生物が好ましく用いられる。
【００２２】
また、水素発酵時に生産される有機酸（酢酸、乳酸など）を資化し得る酵母とともに培養してもよい。この混合培養により、水素生産が促進され得る。このような酵母としては、例えば、サッカロマイセス（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）属、キャンディダ（Ｃａｎｄｉｄａ）属、ピヒア（Ｐｉｃｈｉａ）属、デバリオマイセス（Ｄｅｂａｒｉｏｍｙｃｅｓ）属、ハンセヌラ（Ｈａｎｓｅｎｕｌａ）属などに属する酵母が挙げられる。
【００２３】
本発明においては、水素生成能力を有する微生物を、水素発酵槽内で有機物（有機性廃棄物）と接触させる。このとき、水素発酵槽へ供給する基質中の水溶性炭水化物および／または水溶性タンパク質の濃度を所定濃度以上に制御しつつ連続培養する。この水溶性炭水化物および／または水溶性タンパク質は、有機性廃棄物に由来する。このとき添加される水溶性炭水化物および／または水溶性タンパク質の濃度は、使用する微生物の種類、量によって変化し、水素生産を停止しないような濃度で供給する。
【００２４】
水素発酵に用いる微生物およびその量にも依存するが、水溶性炭水化物および水溶性タンパク質は、好ましくは、それぞれ、３０００ｍｇ／Ｌ以上、より好ましくは３５００ｍｇ／Ｌ以上の濃度で水素発酵槽に供給される。
【００２５】
水溶性タンパク質の濃度が３０００ｍｇ付近では、後述のように窒素枯渇の問題があり、水素生産に影響を与えるので、窒素源を添加することが好ましい。水溶性タンパク質が３５００ｍｇ／Ｌ以上であれば、窒素源はほぼ確保できるので、特に窒素源を供給する必要はない。しかし、窒素源を供給することにより、水素の生産効率（水素収率：生成したＨ２モル数／ヘキソースのモル数）が上昇するので、窒素源を供給することが好ましい。供給する基質中の水溶性タンパク質の濃度が高すぎると、資化されずに排出される量が増加するので、好ましくない。供給する基質中の水溶性タンパク質の最大濃度は、水素発酵の定常状態における排出液中の水溶性タンパク質濃度を考慮して決定すればよい。
【００２６】
水溶性炭水化物は、水素発酵の原料となる。供給する基質中の水溶性炭水化物の濃度が３０００ｍｇ／Ｌ以上であれば、水素生産には影響を及ぼさないと考えられる。３５００ｍｇ／Ｌ以上が好ましく、４０００ｍｇ／Ｌ以上がより好ましく、５０００ｍｇ／Ｌ以上がさらに好ましい。しかし、供給する基質中の水溶性炭水化物の濃度が高すぎると、資化されずに排出される量が増加する、あるいは水素吸収を伴う有機酸（例えば、プロピオン酸）の生成が増加するなどの問題があるので、好ましくない。供給する基質中の水溶性炭水化物の最大濃度は、水素発酵の定常状態における排出液中の水溶性炭水化物濃度あるいは有機酸濃度を考慮して決定すればよい。
【００２７】
なお、有機性廃棄物を希釈して、いずれかの濃度が規定値以下になった場合に、濃度を調整するために水溶性炭水化物および水溶性タンパク質を添加することも、本発明の範囲に含まれる。
【００２８】
本発明においては、上記のように、水溶性タンパク質濃度が低い場合、窒素源を供給することが好ましい。窒素源としては、微生物に利用しやすいアンモニア態窒素（例えば、塩化アンモニウム、水酸化アンモニウムなど）が好ましく用いられる。窒素源の添加により、水素の生成が促進され、水素収率も上昇する。
【００２９】
窒素源としてのアンモニア態窒素も、所定の濃度で供給するように制御することが好ましい。約８００〜１５００ｍｇ−Ｎ／Ｌの濃度で水素発酵槽に供給されることが好ましい。あるいは、水素発酵の定常状態において、培養液中のアンモニア態窒素が、約６００〜１０００ｍｇ−Ｎ／Ｌの濃度、より好ましくは７００〜８００ｍｇ−Ｎ／Ｌの濃度となるように、供給されることが好ましい。このアンモニア態窒素は、水溶性炭水化物および水溶性タンパク質を含む基質に混合して水素発酵槽に供給してもよく、水溶性炭水化物および水溶性タンパク質を含む基質とは別に水素発酵槽に供給してもよい。
【００３０】
水素生成能力を有する微生物と上記供給された有機物（有機性廃棄物あるいは水溶性炭水化物および水溶性タンパク質）との嫌気的な条件下における反応により、水素が生成される。水素発酵の温度などの条件は特に制限がなく、当該微生物の最適な条件（一般的には、２０〜５０℃、好ましくは３０〜３７℃）で培養される。
【００３１】
上記本発明の方法を具体化し得る装置としては、水素発酵槽を備え、この水素発酵槽に、有機性廃棄物に由来する水溶性炭水化物および／または水溶性タンパク質が所定量またはそれ以上の量で供給する基質供給手段が備えられている装置が挙げられる。さらに、アンモニア態窒素を供給し得る手段を備えていることがより好ましい。
【００３２】
このような水素生成装置の水素発酵槽は、水素分圧を低下させ、水素を効率的に生成させるために、減圧下、稼動できるように構成されているか、生成した水素ガスを通過させるガス分離膜を備えていることが好ましい。
【００３３】
水素発酵においては、水素生成時に有機酸（例えば、酢酸、ギ酸、乳酸、酪酸、プロピオン酸など）が同時に生産され、また、利用されなかった水溶性炭水化物が排出される。そこで、これらの有機酸および水溶性炭水化物を利用して、同時にメタンを生産することができる。従って、本発明は、水素およびメタンの連続発酵装置を提供する。
【００３４】
本発明の、水素およびメタン連続発酵装置の概念を、図１に示す模式図で説明する。本発明の水素およびメタン連続発酵装置１は、水素発酵槽２とメタン発酵槽３と備えている。水素発酵槽２には、水素回収手段４、基質供給手段５、および培養液供給手段６が設けられている。メタン発酵槽３には、メタン回収手段７およびアンモニア循環手段８が備えられている。
【００３５】
水素発酵槽２には、基質供給手段５から有機性廃棄物に由来する水溶性炭水化物および水溶性タンパク質を含む基質が供給され、生成した水素は水素回収手段４で回収され、水素発酵槽内の培養液は、培養液供給手段６によりメタン発酵槽３に供給される。メタン発酵槽３で生成したメタンはメタン回収手段７で回収され、メタン発酵により生成するアンモニアを含むメタン発酵液あるいは排水の一部は、アンモニア循環手段８で、水素発酵槽２に循環される。このように構成することにより、外部から新たにアンモニアなどを添加することなく、有機廃棄物が有効に利用され、エネルギーが回収されるとともに、廃棄物の量も低減する。
【００３６】
なお、この装置において、水素発酵槽が、水素を効率的に生成させるために、減圧装置あるいはガス分離膜を備えていることが好ましいのは、上記の通りである。
【００３７】
なお、メタン発酵は、メタン発酵に用いられている汚泥、あるいは、例えば、メタン生成細菌といわれる、メタノコッカス（Ｍｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ）属、メタノバクテリウム（Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属、メタノサルシナ（Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ）属などに属する微生物を用いて行うことができる。本発明においては、水素発酵において生成した有機酸（酢酸、酪酸など）と水溶性炭水化物とが炭素源となる。メタン発酵においては、酢酸からメタンが生成されるため、本発明は効率のよいメタン生成法となる。メタン発酵により生成するアンモニアは、上記のように、水素発酵槽に循環されて、水素発酵に利用される。
【００３８】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は、この実施例に制限されない。
【００３９】
（基質の調製）
有機物として、オカラを使用した。オカラは全国で年間約７５万トン生産されており、その９０％以上が焼却処分を受けているため、その有効利用が望まれている。オカラを水道水で希釈し、７０℃、３０分間の加熱処理を行い、次いで濾布を用いて濾過した。得られた濾液を希釈して、水溶性炭水化物および水溶性タンパク質がそれぞれ、約３０００ｍｇ／Ｌ、約４０００ｍｇ／Ｌ、および約５０００ｍｇ／Ｌとなるように基質を調製し、それぞれ、基質Ａ−３０００、基質Ｂ−４０００および、基質Ｃ−５０００とした。また、基質中の水溶性炭水化物および水溶性タンパク質の濃度がそれぞれ、約３０００ｍｇ／Ｌとなるように調製し、塩化アンモニウムを１２５０ｍｇ−Ｎ／Ｌとなるように添加した基質Ｄ−３０００＋Ｎを調製した。それぞれの基質の組成（成分）を、表１に示す。
【００４０】
【表１】
2005013045.tif 000002
【００４１】
（使用した微生物）
微生物としてエンテロバクター属に属する以下の３菌株：エンテロバクター・アエロゲネス（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ａｅｒｏｇｅｎｅｓ）ＩＡＭ１２３４８Ｔ株、エンテロバクター・クロアカエ（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ｃｌｏａｃａｅ）ＩＡＭ１２３４９Ｔ株、およびエンテロバクター・サカザキイ（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ  ｓａｋａｚａｋｉｉ）ＩＡＭ１２６６０Ｔ株の混合菌を用いた。
【００４２】
（培養条件）
連続培養は、温度３５℃、基質の滞留時間が６時間となるように行った。培養液のｐＨは３Ｎ−ＮａＯＨで５．５±０．１となるように制御した。培養方法としては、水素発酵槽への基質の流入と水素発酵槽からの培養液の流出を常時等流量で行う、連続培養方法を採用した。図２に、培養装置の概略図を示す。
【００４３】
（分析）
ガス生成量は、ガスホルダーのメモリの変化で測定し、その体積を標準状態（０℃、１気圧）におけるガス量に換算した。発生ガス中の水素と二酸化炭素濃度は、ＴＣＤ−ガスクロマトグラフ（ＳＨＩＭＡＺＵ  ＧＣ−８Ａ）を用いて測定した。アンモニア濃度、有機酸濃度は、キャピラリー電気泳動装置を用いて測定した。水溶性炭化水素はフェノール硫酸法により、水溶性タンパク質はローリー法により測定した。全固形分濃度（ＴＳ）と揮発性固形分濃度（ＶＳ）は、適量の試料を１０５℃および６００℃のオーブン中で乾燥させ、重量差を求めることにより測定した。連続培養中の分析は、流出した培養液を用いて行った。
【００４４】
（実験結果）
それぞれの基質を用いた場合の水素生成速度、水溶性炭水化物および水溶性タンパク質の経時変化を、図３〜６に示す。基質Ａ−３０００を用いた場合、図３に示すように、水溶性炭水化物は９０％以上が分解された。培養開始当初は水素生成が認められたが、培養開始後５０時間目以降は、水素吸収反応が起こり、以降、水素生成が認められなかった。この水素吸収の間も、水溶性タンパク質の濃度は減少し続けた。
【００４５】
基質Ｂ−４０００を用いた場合、図４に示すように、培養開始後２２５時間目以降は、平均約１２ｍｌ／Ｌ／ｈｒの速度で、水素を生成した。水素生成速度が安定すると、培養液中の水溶性タンパク質濃度もほぼ１０００ｍｇ／Ｌに維持された。水素収率は、０．１６であった。
【００４６】
基質Ｃ−５０００を用いた場合、図５に示すように、培養開始後１６０時間目以降は、平均約５０ｍｌ／Ｌ／ｈｒの速度で、水素を生成した。水素生成速度が安定すると、培養液中の水溶性タンパク質濃度もほぼ一定に維持された。特に、培養開始から２８０時間目以降は、培養液中の水溶性タンパク質濃度がほぼ１２００ｍｇ／Ｌに維持され、水素生成速度もほぼ一定となった。水素収率は、０．５２であった。
【００４７】
基質Ｄ−３０００＋Ｎを用いた場合、図６に示すように、同じ水溶性タンパク質濃度で、塩化アンモニウムを添加しない基質Ａ−３０００と比べると、基質Ｄ−３０００＋Ｎは、水素吸収が起こることがなく、水素生成が継続した。実験開始後２２５時間目以降は、平均約３５ｍｌ／Ｌ／ｈｒの速度で水素を生成し、水溶性タンパク質の濃度も、約１０００ｍｇ／Ｌに維持されていた。水素収率は０．６２であった。
【００４８】
安定状態における基質Ｄ−３０００＋Ｎの水素生成速度は、基質Ｂ−４０００を用いた場合よりも大きかった。また、塩化アンモニウムを添加することにより、培養液中の水溶性タンパク質の濃度が一定に維持され、水素生成が行われること、および基質Ａ−３０００では、水溶性タンパク質の濃度が低下し続け、水素生産が水素吸収に変化したことから、図３においては、窒素源の枯渇が水素生成に影響を与えたと推定された。また、基質Ｄ−３０００＋Ｎは、基質Ｂ−４０００およびＣ−５０００と比較して、水素生成速度と有機酸濃度が安定する時間が早く、水素収率も高かった。これらのことから、基質として利用しやすい窒素源を用いることにより、水素生成の安定性を高め、同時に水素収率も向上させることができると考えられる。
【００４９】
また、各基質を用いた場合の水素生成速度と有機酸濃度の経時変化を図７〜１０に示す。基質Ａ−３０００を用いた場合、図７に示すように、水素生成から水素吸収に転じた後でも、酢酸とプロピオン酸の濃度は、徐々に増加し、その他の有機酸（ギ酸、乳酸、酪酸）の濃度も一定しなかった。
【００５０】
基質Ｂ−４０００を用いた場合、図８に示すように、実験開始後２８８時間目以降は、各有機酸の濃度が一定となり、酢酸、プロピオン酸、酪酸の順で、濃度が高かった。
【００５１】
基質Ｃ−５０００を用いた場合、図９に示すように、実験開始後３２０時間以降に、各有機酸の濃度が一定となり、酢酸、酪酸、プロピオン酸の順で、濃度が高かった。
【００５２】
基質Ｄ−３０００＋Ｎを用いた場合、図１０に示すように、実験開始後２２０時間以降に、各有機酸の濃度が一定となり、酢酸、酪酸、プロピオン酸の順で、濃度が高かった。
【００５３】
この図８〜図１０の、水素生成が継続し、かつ安定した状態におけるデータから、それぞれの水溶性有機炭素（ＤＯＣ）物質収支を計算すると、基質Ｂ−４０００では、プロピオン酸の占める割合が高いのに対して、基質Ｃ−５０００および基質Ｄ−３０００＋Ｎでは、酢酸と酪酸の占める割合が高いことが判明した。水素生成速度は、基質Ｃ−５０００および基質Ｄ−３０００＋Ｎを用いた方が、基質Ｂ−４０００を用いた場合より高い。このことから、可溶性炭水化物の濃度を高くして、プロピオン酸の合成を回避することにより、水素生成を促進すること、あるいは、可溶性炭水化物の濃度を維持したまま、利用されやすい窒素源を添加することも、水素生成を促進し、安定化することが可能であることが理解される。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の、供給する可溶性炭化水素および／または可溶性タンパク質の濃度を所定の濃度以上に制御する方法により、水素を安定的に、効率良く生産することができる。また、アンモニア態窒素を添加することにより、有機酸の生成と水素の生成が安定化し、水素収率がさらに上昇する。さらに、水素発酵槽とメタン発酵槽を備えた、水素生産とメタン生産を同時に行う装置では、水素発酵の培養液をメタン発酵の基質として用い、メタン発酵により生成するアンモニアを含有するメタン発酵培養液の一部を水素発酵槽に循環することにより、有機廃棄物から有効に、水素およびメタンという２種類のエネルギーガスを生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水素およびメタンの連続発酵装置を示す模式図である。
【図２】水素発酵装置の模式図である。
【図３】基質Ａ−３０００を用いた水素生成速度と水溶性炭水化物および水溶性タンパク質濃度の経時変化を示すグラフである。
【図４】基質Ｂ−４０００を用いた水素生成速度と水溶性炭水化物および水溶性タンパク質濃度の経時変化を示すグラフである。
【図５】基質Ｃ−５０００を用いた水素生成速度と水溶性炭水化物および水溶性タンパク質濃度の経時変化を示すグラフである。
【図６】基質Ｄ−３０００＋Ｎを用いた水素生成速度と水溶性炭水化物および水溶性タンパク質濃度の経時変化を示すグラフである。
【図７】基質Ａ−３０００を用いた水素生成速度と各種有機酸濃度の経時変化を示すグラフである。
【図８】基質Ｂ−４０００を用いた水素生成速度と各種有機酸濃度の経時変化を示すグラフである。
【図９】基質Ｃ−５０００を用いた水素生成速度と各種有機酸濃度の経時変化を示すグラフである。
【図１０】基質Ｄ−３０００＋Ｎを用いた水素生成速度と各種有機酸濃度の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  水素およびメタン連続発酵装置
２  水素発酵槽
３  メタン発酵槽
４  水素回収手段
５  基質供給手段
６  培養液供給手段
７  メタン回収手段
８  アンモニア循環手段
【図１】
2005013045.tif 000003
【図２】
2005013045.tif 000004
【図３】
2005013045.tif 000005
【図４】
2005013045.tif 000006
【図５】
2005013045.tif 000007
【図６】
2005013045.tif 000008
【図７】
2005013045.tif 000009
【図８】
2005013045.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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