(57)【要約】エネルギー効率が良く、安定かつ安価に水素を発生することができる微生物、それを用いた水素発生方法及び水素発生装置を提供する。スクリーニングによって、バチルス・サブチリス属に属し、水と鉄の存在下で撹拌することで水素発生能を有する新規菌株バチルス・サブチリス・サカネ（ＦＥＲＭ  ＢＰ−１０７１５）を単離した。水素発生装置１は、当該新規菌株を含有する水素発生反応溶液１２と、水素発生反応溶液１２を貯留するための気密容器１１と、水素発生反応溶液１２を撹拌するための撹拌手段１３と、気密容器１１と気密性を保つように接続され、水素発生反応溶液１２において発生する水素を含有する気体を気密容器１１から排出する気体排出管１４とを備え、撹拌手段１３で水素発生反応溶液１２を撹拌することにより、水素を発生させることができる。
2007049769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バチルス・サブチリス（Bacillus subtilis）に属し、水（Ｈ２Ｏ）と鉄（Ｆｅ）の存在下において撹拌することで水素発生能を有する新規菌株バチルス・サブチリス・サカネ（Bacillus subtilis sakane；ＦＥＲＭ  ＢＰ−１０７１５）。
【請求項２】
新規菌株バチルス・サブチリス・サカネ（Bacillus subtilis sakane；ＦＥＲＭ  ＢＰ−１０７１５）を含有する水溶液に鉄（Ｆｅ）を加えて調製した水素発生反応溶液と、
前記水素発生反応溶液を貯留するための気密容器と、
前記水素発生反応溶液を撹拌するための撹拌手段と、
前記気密容器と気密性を保つように接続され、前記水素発生反応溶液において発生した水素を含有する気体を前記気密容器から排出する気体排出管と、を備え、
前記撹拌手段で前記水素発生反応溶液を撹拌することにより、水素を発生させることを特徴とする水素発生装置。
【請求項３】
前記気体排出管に気密性を保つように接続され、前記気体から前記水素を選択的に分離して採集する水素分離手段を有することを特徴とする請求の範囲第２項に記載の水素発生装置。
【請求項４】
気密容器に入れられた、新規菌株バチルス・サブチリス・サカネ（Bacillus subtilis sakane；ＦＥＲＭ  ＢＰ−１０７１５）を含有する水溶液に鉄（Ｆｅ）を加えて水素発生反応溶液を調製する第一工程と、
前記第一工程で調製された前記水素発生反応溶液を撹拌して水素を発生する第二工程と、
前記第二工程で発生した前記水素を含む気体を採集する第三工程と、
を含むことを特徴とする水素発生方法。
【請求項５】
前記第三工程は、前記水素を含む気体から前記水素を選択的に分離して採集する水素分離手段によって行うことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の水素発生方法。
【請求項６】
請求の範囲第２項または第３項に記載の水素発生装置を用いて構成され、
前記水素発生装置の気密容器内に貯留された、新規菌株バチルス・サブチリス・サカネ（Bacillus subtilis sakane；ＦＥＲＭ  ＢＰ−１０７１５）を含有する水溶液に鉄（Ｆｅ）を加えて調製した水素発生反応溶液と、
前記水素発生反応水溶液に浸漬したアノード電極およびカソード電極と、
を備えることを特徴とする電池。
【請求項７】
請求の範囲第２項または第３項に記載の水素発生装置を用いて構成され、
前記水素発生装置は、気密容器内に新規菌株バチルス・サブチリス・サカネ（Bacillus subtilis sakane；ＦＥＲＭ  ＢＰ−１０７１５）を含有する水溶液に鉄（Ｆｅ）を加えて調製した水素発生反応溶液を貯留し、
前記水素発生装置に備えられた、水素を含有する気体を排出するための気体排出管と接続されたアノード電極と、
前記アノード電極を備えた燃料電池本体と、
前記燃料電池に備えられたカソード電極と、
前記カソード電極と接続された、酸素を供給するための空気供給手段と、
を備えることを特徴とする電池。
【請求項８】
前記気体排出管は、気密性を保つように接続され、前記気体から前記水素を選択的に分離して採集する水素分離手段を有することを特徴とする請求の範囲第７項に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素発生能を有するバチルス属の新規菌株と、それを用いた水素発生装置および水素発生方法と、その新規菌株および水素発生装置を用いた電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油等のエネルギー資源の枯渇化や環境への影響等の観点から、エネルギー源として燃料電池が注目されている。一般的に、燃料電池は、水素と酸素を用いて水を生成しつつ電気を発生するものである。【０００３】
このとき、エネルギー源としての水素は、水を電気分解（２Ｈ2Ｏ→２Ｈ2＋Ｏ2）することで生成することができるが、この方法では、標準状態で１．２３Ｖの電位差が必要とされている。しかし、水は高い電気抵抗を有するため、それ以上の電位差を水に与えなければならない。【０００４】
ここで、水素を発生する方法として、ナトリウムやマグネシウム等のアルカリ金属やアルカリ土類金属を水と反応させて水素を発生する方法や水蒸気を鉄と接触させて水素を発生する方法がある。
また、平均粒径２μｍ以下のケイ素微粉末と水とを接触させることによって、水素を発生する方法がある（日本国特開平４―５９６０１号公報（第１〜２頁）を参照。参照して説明に代える。）。【０００５】
しかし、従来のアルカリ（土類）金属を水と反応させて水素を発生する方法は、反応が爆発的に進行するという欠点を有するとともに、原料となるアルカリ（土類）金属は高価なものであるという欠点があった。
そして、前記特許文献に記載されている水素を発生させる方法は、安定して多量の水素を取り出すことができないという欠点があった。【０００６】
そのため、従来は低ランニングコストである燃料電池を実現することができなかった。【０００７】
したがって、エネルギー効率が良く、安定かつ安価に水素を発生することができる微生物と、それを用いた水素発生方法および水素発生装置と、その新規菌株および水素発生装置を用いた低ランニングコストである電池の提供が望まれている。
【発明の開示】
【０００８】
本発明者は、このような従来技術の実状に鑑みて鋭意研究した結果、水と鉄の存在下で撹拌すると、水から水素を発生することのできる微生物（菌）をスクリーニングすることに成功し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の諸側面として、次のような微生物と、それを用いた水素発生方法および水素発生装置と、その新規菌株および水素発生装置を用いた電池を提供する。
【００１０】
［１］  バチルス・サブチリス（Bacillus subtilis）に属し、水（Ｈ２Ｏ）と鉄（Ｆｅ）の存在下において撹拌することで水素発生能を有する新規菌株バチルス・サブチリス・サカネ（Bacillus subtilis sakane；ＦＥＲＭ  ＢＰ−１０７１５）。
【００１１】
［２］  新規菌株バチルス・サブチリス・サカネ（Bacillus subtilis sakane；ＦＥＲＭ  ＢＰ−１０７１５）を含有する水溶液に鉄（Ｆｅ）を加えて調製した水素発生反応溶液と、前記水素発生反応溶液を貯留するための気密容器と、前記水素発生反応溶液を撹拌するための撹拌手段と、前記気密容器と気密性を保つように接続され、前記水素発生反応溶液において発生した水素を含有する気体を前記気密容器から排出する気体排出管と、を備え、前記撹拌手段で前記水素発生反応溶液を撹拌することにより、水素を発生させることを特徴とする水素発生装置。
【００１２】
このような水素発生装置とすれば、主として気密容器と、この気密容器内に内設された撹拌手段と、気体排出管とで構成される。このような簡易な構成でありながら、気密容器内で、新規菌株バチルス・サブチリス・サカネと鉄と水とを撹拌手段で撹拌することによって水素を発生することができる。
【００１３】
［３］  前記気体排出管に気密性を保つように接続され、前記気体から前記水素を選択的に分離して採集する水素分離手段を有することを特徴とする［２］に記載の水素発生装置。
このような水素発生装置とすれば、水素分離手段を設けるによって、気密容器内に存在する気体から水素を選択的に分離して採集することができ、水素の純度を高めることができる。
【００１４】
［４］  気密容器に入れられた、新規菌株バチルス・サブチリス・サカネ（Bacillus subtilis sakane；ＦＥＲＭ  ＢＰ−１０７１５）を含有する水溶液に鉄（Ｆｅ）を加えて水素発生反応溶液を調製する第一工程と、前記第一工程で調製された前記水素発生反応溶液を撹拌して水素を発生する第二工程と、前記第二工程で発生した前記水素を含む気体を採集する第三工程と、を含むことを特徴とする水素発生方法。
【００１５】
このような水素発生方法とすれば、第一工程で気密容器内に、新規菌株バチルス・サブチリス・サカネを含有する水溶液と鉄とを加えることで、水素の発生に必要な環境である水素発生反応溶液を調製して、第一工程で調製された水素発生反応溶液を撹拌手段により撹拌することで水素を発生させることができ、第三工程の水素分離手段によって、第二工程で発生した水素を採集することができる。
【００１６】
［５］  前記第三工程は、前記水素を含む気体から前記水素を選択的に分離して採集する水素分離手段によって行うことを特徴とする［４］に記載の水素発生方法。
このような水素発生装置とすれば、水素を含む気体から水素を選択的に採集することで水素の純度を高めることができる。
【００１７】
［６］  ［２］または［３］に記載の水素発生装置を用いて構成され、前記水素発生装置の気密容器内に貯留された、新規菌株バチルス・サブチリス・サカネ（Bacillus subtilis sakane；ＦＥＲＭ  ＢＰ−１０７１５）を含有する水溶液に鉄（Ｆｅ）を加えて調製した水素発生反応溶液と、前記水素発生反応水溶液に浸漬したアノード電極およびカソード電極と、を備えることを特徴とする電池。
【００１８】
このような電池とすれば、水素発生能を有する新規菌株バチルス・サブチリス・サカネを用いて水素発生装置で水素を発生させ、その水素と水素発生反応溶液中の酸素とをそれぞれアノード電極およびカソード電極と接触させることで発電することができる。
【００１９】
［７］  ［２］または［３］に記載の水素発生装置を用いて構成され、前記水素発生装置は、気密容器内に新規菌株バチルス・サブチリス・サカネ（Bacillus subtilis sakane；ＦＥＲＭ  ＢＰ−１０７１５）を含有する水溶液に鉄（Ｆｅ）を加えて調製した水素発生反応溶液を貯留し、前記水素発生装置に備えられた、水素を含有する気体を排出するための気体排出管と接続されたアノード電極と、前記アノード電極を備えた燃料電池本体と、前記燃料電池に備えられたカソード電極と、前記カソード電極と接続された、酸素を供給するための空気供給手段と、を備えることを特徴とする電池。
【００２０】
このような電池とすれば、水素発生能を有する新規菌株バチルス・サブチリス・サカネを用いて水素発生装置で水素を発生させ、その水素と、空気供給手段から供給される酸素と、を燃料電池本体に供給することで発電することができる。
【００２１】
［８］  前記気体排出管は、気密性を保つように接続され、前記気体から前記水素を選択的に分離して採集する水素分離手段を有することを特徴とする［７］に記載の電池。
【００２２】
このような電池とすれば、気体排出管が水素分離手段を有すれば、不純物をほとんど含まない水素を供給することができるので、発電効率を向上させることが可能となる。また、不純物をほとんど含まない水素を用いるので、電池本体が傷みにくい。
【００２３】
本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
本発明の新規菌株バチルス・サブチリス・サカネによれば、水と鉄の存在下で撹拌することで水素を発生することができる。
また、本発明の水素発生装置によれば、気密性の容器内に水と鉄と新規菌株バチルス・サブチリス・サカネとを加えて撹拌するだけの簡単な構成で水素を発生させることができる。
さらに、本発明の水素発生方法によれば、気密性の容器内に水と鉄と新規菌株バチルス・サブチリス・サカネとを加えて撹拌するだけで容易に水素を発生させることができる。
また、本発明の燃料電池によれば、新規菌株バチルス・サブチリス・サカネを用いた水素発生装置で水素を発生させ、その水素を用いて発電するので、低ランニングコストの燃料電池とすることができる。
【００２４】
前記した本発明の諸側面及び効果、並びに、他の効果および更なる特徴は、添付の図面を参照して後述する本発明の例示的かつ非制限的な実施の形態の詳細な説明により、一層明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）は、本発明の水素発生装置の第一実施形態を示す概略構成図であり、（ｂ）は、水素分離手段を示す概略構成図である。
【図２】本発明の水素発生装置の第二実施形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明の電池の第一実施形態を示す概略構成図である。
【図４】本発明の電池の第二実施形態を示す概略構成図である。
【図５】キャリヤーガスとしてヘリウムガスを使用した、水素のガスクロマトグラムである。
【図６】キャリヤーガスとしてアルゴンガスを使用した、水素のガスクロマトグラムである。
【図７】キャリヤーガスとしてアルゴンガスを使用した、空気のガスクロマトグラムである。
【図８】気体成分の分析を行った結果を示すガスクロマトグラムであって、（ａ）は、実施例１のガスクロマトグラムであり、（ｂ）は、発明例２のガスクロマトグラムである。
【図９】実施例１の比較対象となる比較例１〜３のガスクロマトグラムであって、（ａ）は、比較例１のガスクロマトグラムであり、（ｂ）は、比較例２のガスクロマトグラムであり、（ｃ）は、比較例３のガスクロマトグラムである。
【図１０】実施例２の対照のガスクロマトグラムであって、（ａ）は、比較例４のガスクロマトグラムであり、（ｂ）は、比較例５のガスクロマトグラムであり、（ｃ）は、比較例６のガスクロマトグラムである。
【図１１】検体のグラム染色像である（同図中のバーは１０μｍを示す）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明の新規菌株バチルス・サブチリス・サカネ、それを用いた水素発生装置、水素発生方法および電池について、適宜図面を参照しつつ、詳細に説明する。
参照する図面において図１（ａ）は、本発明の水素発生装置の第一実施形態を示す概略構成図であり、同図（ｂ）は、水素分離手段を示す概略構成図である。図２は、本発明の水素発生装置の第二実施形態を示す概略構成図である。【００２７】
［１．新規菌株バチルス・サブチリス・サカネ］
本発明の新規菌株バチルス・サブチリス・サカネは、バチルス・サブチリスに属する微生物であり、水（Ｈ２Ｏ）と鉄（Ｆｅ）の存在下で撹拌することによって水素（Ｈ２）を発生することができる。この新規菌株バチルス・サブチリス・サカネは、２００４年３月２９日付けで日本国の独立行政法人  産業技術総合研究所  特許生物寄託センターに、Bacillus subtilis sakane；受託番号ＦＥＲＭ  Ｐ−１９７５８として寄託され、２００６年１０月２５日付けで同特許生物寄託センターに、Bacillus subtilis sakane；受託番号ＦＥＲＭ  ＢＰ−１０７１５として移管されている。【００２８】
新規菌株バチルス・サブチリス・サカネは、鳥取県大山山麓の紅葉樹林帯の中から採取されたものである。
この赤土から新規菌株バチルス・サブチリス・サカネを単離するスクリーニング方法としては、例えば、寒天培地の上に、採取した土壌を水などの溶液に溶かして得た菌液を塗り広げて培養し、生育したコロニーを単一の形態のコロニーとなるまで繰り返し行う平板培養法や、液体培地を用いて、確率的に細胞数が１個となるような状態まで希釈して単離を行う限界希釈法などにより好適に単離することができる。【００２９】
そして、単離した微生物（菌）について、後記するガスクロマトグラフィーなどにより、水素発生能を有するか否かを確認することで水素発生能を有する微生物のみをスクリーニングすることができる。【００３０】
このようなスクリーニング方法により単離され、所定の条件下で水素発生能を有する新規菌株バチルス・サブチリス・サカネは、次に説明する水素発生装置、水素発生方法および燃料電池に好適に用いることができる。【００３１】
［２．水素発生装置］
［水素発生装置の第一実施形態］
図１（ａ）の概略構成図に示すように、本発明の第一実施形態に係る水素発生装置１としては、気密容器１１内に、主として水素発生反応溶液１２と、撹拌手段１３と、気体排出管１４とを含んで構成される。【００３２】
（気密容器）
本発明で用いることのできる気密容器１１は、後記する水素発生反応溶液１２を貯留することができ、細菌などのバクテリアによって生分解されず、さらに、気密性を有する容器を好適に用いることができる。このような容器としては、ガラス製の気密容器や金属製の気密容器、樹脂製の気密容器を好適に例示することができる。なお、気密容器１１の形状はどのようなものであっても構わない。また、この気密容器１１には、発生した水素を含有する気体を排出するための気体排出管１４が設けられており、この気体排出管１４には、さらに、気密性を保つように水素を選択的に分離する水素分離手段１５（図１（ｂ）参照）を接続するのが好ましい。【００３３】
水素を選択的に分離するための水素分離手段１５としては、芳香族ポリイミドを用いた中空糸状の膜を用いた水素分離装置や、パラジウム系アモルファス合金を用いた水素分離膜を用いた水素分離装置などを好適に例示することができる。例えば、図１（ｂ）に示すように、水素分離手段１５として芳香族ポリイミドを用いた中空糸状の膜１５ｅを用いた水素分離装置１５ａを使用した場合、第一実施形態に係る水素発生装置１の気体排出管１４と気密的に接続された導入口１５ｂから、発生した水素を含む気体を導入し、内設された芳香族ポリイミド製の中空糸状の膜１５ｅを透過した純度の高い水素ガスを、透過ガス排出口１５ｃから分離することができる。なお、芳香族ポリイミド製の中空糸状の膜１５ｅを透過できなかった窒素ガスや酸素ガスは、非透過ガス排出口１５ｄから排出することができる。
このように、水素分離手段１５を用いることで、本発明の水素発生装置１によって発生した水素を、より純度の高い水素として得ることが可能である。【００３４】
また、本発明の第一実施形態に係る水素発生装置１には、水素発生反応溶液１２を曝気するための曝気手段１６を設けるのがよい。曝気手段１６としては、図１（ａ）に示すように、水素発生装置１の外部から水素発生反応溶液１２中まで延設された曝気管１６ａと、この曝気管１６ａに接続された送気用のポンプ（不図示）とで構成するのがよい。このポンプによって継続的に曝気を行うことで水素発生反応溶液１２中の新規菌株バチルス・サブチリス・サカネの活性を向上させ、水素の発生量を高めることが可能である。なお、この曝気手段１６には、外部からの細菌のコンタミネーションを防止するため、コンタミネーション防止用のフィルター（不図示）などを介して空気を送り、曝気するのがよい。【００３５】
（水素発生反応溶液）
本発明における水素発生反応溶液１２は、新規菌株バチルス・サブチリス・サカネを含有する水溶液と鉄１７とを含んで構成されている。なお、この水溶液としては、新規菌株バチルス・サブチリス・サカネを培養するための栄養素を含んだ液体培地を用いることができるほか、純水を用いて水素を発生させることも可能である。なお、液体培地を用いると、比較的長期間に渡って連続して水素を発生させることが可能となるため、より好ましい。【００３６】
そして、この水素発生反応溶液１２に加える鉄（Ｆｅ）１７は、水（Ｈ２Ｏ）との接触面積を大きくする観点から、できるだけ細かい粒子の鉄粉を用いるのがよい。【００３７】
（撹拌手段）
本発明で用いることのできる撹拌手段１３としては、例えば、マグネットスターラーを用いて撹拌することや、水素発生装置１の気密性を保つように回転自在に取り付けられた軸に固定されている撹拌翼（不図示）で撹拌することを好適に例示することができる。【００３８】
このように、本発明の水素発生装置１によれば、気密容器１１内に、水（Ｈ２Ｏ）と、鉄（Ｆｅ）１７と、新規菌株バチルス・サブチリス・サカネとを撹拌するための撹拌手段１３を設けるだけの簡単な構成で水素を発生させる装置を具現することができる。また、本発明の水素発生装置１は、従来用いられてきたアルカリ金属やアルカリ土類金属と水とを反応させて水素を発生させる方法とは異なり、操作が容易であり、かつ安価に水素を発生させることが可能である。また、水素の発生のために多大なエネルギーを必要とすることがない。【００３９】
［水素発生装置の第二実施形態］
また、図２の概略構成図に示すように、本発明の第二実施形態に係る水素発生装置２としては、第一実施形態と同様、気密容器２１内に、主として水素発生反応溶液１２と、撹拌手段１３と、気体排出管１４とを含んで構成されているが、より長期間に渡って水素発生能を高く維持するため、および、水素発生量の調節を行うために、水素発生反応溶液１２を循環するための循環ポンプ２８と、水素発生反応溶液１２を一時的に貯留しておくための水素発生反応溶液槽２９とを備えている。また、気密容器２１には、水素発生反応溶液１２を水素発生反応溶液槽２９に排出するための排出口２１ａと、循環ポンプ２８によって送出される水素発生反応溶液１２を気密容器２１内に注入するための注入口２１ｂとが形成されている。
なお、水素発生反応溶液１２、撹拌手段１３、および気体排出管１４については第一実施形態で詳述しているので説明を省略する。【００４０】
すなわち、第二実施形態の水素発生装置２は、水素発生反応溶液１２の流れに沿って、気密容器２１→排出口２１ａ→水素発生反応溶液槽２９→注入口２１ｂ→気密容器２１という循環系を構成している。
また、この循環系では、排出口２１ａにフィルター２１ｃを配設しており、鉄１７が気密容器２１外に出るのを防止している。したがって、循環ポンプ２８により水素発生反応溶液１２の循環を行い、気密容器２１内の水素発生反応溶液１２の量を調節することにより、水素発生量の調節を行うことができる。【００４１】
また、水素発生反応溶液槽２９には、新規菌株バチルス・サブチリス・サカネを適度に濾過して排出するための濾過排出手段（不図示）、或いは、増殖し過ぎた新規菌株バチルス・サブチリス・サカネを、当該水素発生反応溶液１２とともに排出するための廃液排出手段（不図示）を設けるのが好ましい。濾過排出手段としては、限外濾過フィルター等を好適に示すことができ、廃液排出手段としては、この水素発生反応溶液１２を直接排出することのできるコックを取り付けることができる。
そして、液体培地を補充するための補充手段（不図示）を設けるのが望ましい。液体培地を補充することによって、新規菌株バチルス・サブチリス・サカネを常に活性の高い状態に維持するためである。
このように、適度に菌体数を減らし、さらに、液体培地を補充することによって新規菌株バチルス・サブチリス・サカネを対数増殖期に維持することができるとともに、水素発生能を高い状態に維持することが可能である。【００４２】
なお、前記で説明した第一実施形態に係る水素発生装置１および第二実施形態に係る水素発生装置２においては、気密容器１１（２１）内の新規菌株バチルス・サブチリス・サカネを好適に培養するために、この気密容器１１（２１）内の水素発生反応溶液１２の温度を一定に保つための恒温装置（不図示）を備えるのが好ましい。恒温装置で設定する温度としては、新規菌株バチルス・サブチリス・サカネが生育し得る温度とするのがよく、例えば、１０〜５０℃、好ましくは２０〜４０℃、さらに好ましくは２５〜３５℃に設定するのが好ましい。【００４３】
［３．水素発生方法］
次に、本発明の水素発生方法について説明する。
本発明に係る水素発生方法は、まず、第一工程において、気密容器１１（２１）に入れられた新規菌株バチルス・サブチリス・サカネを含有する水溶液に鉄を加えて水素発生反応溶液１２を調製する。
次に、第二工程において、第一工程で調製された水素発生反応溶液１２を、撹拌手段１３によって撹拌する。このようにすれば、水素発生反応溶液１２中の新規菌株バチルス・サブチリス・サカネと鉄との作用によって水素を発生させることができる。
そして、第三工程において、第二工程で発生した水素を採集する。その際、水素分離手段１５によって水素を含む気体から水素を選択的に分離して採集すると、水素の純度を高めることができるので好ましい。【００４４】
［４．電池］
次に、適宜図面を参照して、前記で説明した新規菌株バチルス・サブチリス・サカネを用いた水素発生装置を備えて構成される本発明の電池について説明する。参照する図面において、図３は、本発明の電池の第一実施形態を示す概略構成図であり、図４は、本発明の電池の第二実施形態を示す概略構成図である。【００４５】
［電池の第一実施形態］
図３に示すように、本発明の第一実施形態に係る電池３は、例えば、前記で説明した第１実施形態に係る水素発生装置１を用いて構成されるものであり、水素発生装置１の気密容器１１内に貯留された新規菌株バチルス・サブチリス・サカネを含有する水溶液に鉄１７を加えて調製した水素発生反応溶液１２と、この水素発生反応水溶液１２に浸漬したアノード電極３１およびカソード電極３２と、を備えている。
なお、水素発生装置１、気密容器１１および水素発生反応溶液１２については既に詳述しているのでその説明を省略する。【００４６】
この電池３に用いるアノード電極３１およびカソード電極３２は、電気陰性度の異なる金属材などで具現できる。アノード電極３１としては、例えば、ニッケル板で構成することができ、カソード電極３２としては、例えば、１〜数本の炭素棒で構成することができる。【００４７】
そして、図３に示すように、アノード電極３１とカソード電極３２は、お互いに接触しないように水素発生装置１の水素発生反応溶液１２に浸漬する。このようにすれば、水素発生反応溶液１２中で新規菌株バチルス・サブチリス・サカネと鉄１７によって水素を発生することができ、さらに、このようにして発生させた水素と、水素発生反応溶液１２中の酸素とを作用させて電気を発生する。【００４８】
なお、アノード電極３１または／およびカソード電極３２には、接着剤（望ましくは導電性の接着剤）を用いて鉄粉を付着させておいてもよい。【００４９】
そして、これらアノード電極３１とカソード電極３２は、それぞれ銅線などによって電力の供給先の機材と連結することによって、当該電池３で発生した電気を供給することができる。
なお、電池３に備える水素発生装置は、第二実施形態にかかる水素発生装置２を用いてもよいことはいうまでもない。【００５０】
［電池の第二実施形態］
次に、本発明の電池の第二実施形態について説明する。
図４に示すように、本発明の電池に係る電池４は、例えば、前記で説明した第１実施形態に係る水素発生装置１を用いて構成されるものであり、気密容器１１内に新規菌株バチルス・サブチリス・サカネ（Bacillus subtilis sakane；ＦＥＲＭ  ＢＰ−１０７１５）を含有する水溶液に鉄１７を加えて調製した水素発生反応溶液１２を貯留し、水素発生装置１に備えられた、水素を含有する気体を排出するための気体排出管１４と接続されたアノード電極４１と、アノード電極４１を備えた燃料電池本体４３と、燃料電池４３に備えられたカソード電極４２と、カソード電極４２と接続された、酸素を供給するための空気供給手段４４と、を備えている。つまり、第二実施形態に係る電池４は、燃料電池型の電池である。
なお、水素発生装置１、気密容器１１、水素発生反応溶液１２および気体排出管１４については、すでに詳述しているのでその説明を省略する。【００５１】
かかる構成の第二実施形態に係る電池４では、水素発生装置１において、新規菌株バチルス・サブチリス・サカネと鉄１７とによって水素を発生させ、その水素を気体排出管１４を介して燃料電池本体４３に供給する。
他方、この燃料電池本体４３には空気供給手段４４が接続されており、これにより酸素を大気中から採取して当該燃料電池４３に供給する。【００５２】
燃料電池本体４３は、例えば、プロトン導電性の高分子電解質膜（ＰＥＭ膜；不図示）を挟んで、一側にアノード極４１を区画し、他側にカソード極４２を区画して膜電極構造体（ＭＥＡ；不図示）が構成されており、アノード極４１に供給される水素と、カソード極４２に供給される空気中の酸素との電気化学反応によって発電するものである。そして、このような燃料電池本体４３は、発電単位である単セル（不図示）を多数積層した構造のスタックとして構成されている。なお、燃料電池本体４３のアノード電極４１に供給される水素は、水素発生装置１と接続された気体排出管１４から供給される。
このとき、水素分離手段１５を用いて水素を分離すると水素の純度を高くすることができる。このように水素の純度を高くすると、発電効率が向上し得るだけでなく、セルが傷まないので好適である。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明の実施例について説明する。
［１．新規菌株バチルス・サブチリス・サカネのスクリーニング］
（１−１．菌の単離）
新規菌株バチルス・サブチリス・サカネは、鳥取県大山山麓の紅葉樹林帯の中から採集した。かかる場所から採集した土壌１０ｇを予め滅菌した容器に入れ、水を３００ｍＬ加えてよく撹拌し、室温（約２５℃）で２時間静置して形成された水相からマイクロピペットを用いて０．５ｍＬ採集し、ＬＢアガー（１．５％寒天濃度のＬＢ培地（トリペプトン １０ｇ、イーストエクスラクト ５ｇ、ＮａＣｌ １０ｇ、１Ｍ ＮａＯＨ １ｍＬ、アガー １５ｇ））上に塗り広げた。２５℃の温度条件下で２４時間培養して得られた種々の形態のコロニーの中から任意に選択したコロニーを白金耳で採集し、単一のコロニーとなるまで単離作業を繰り返した（平板培養法）。【００５４】
（１−２．水素発生能）
水（Ｈ２Ｏ）と鉄（Ｆｅ）の存在下に水素（Ｈ２）を発生させることができる微生物を提供することが本発明の課題の一つであるので、前記の１−１．菌の単離の項目の操作によって単離されたサンプルについて、水素を発生するか否かを指標としてスクリーニングを行ったところ、特定のサンプルが水素発生能を有することがわかった。【００５５】
次に、単離した特定のサンプルを用いて水素の発生を確認するために、ガスクロマトグラフィーによる水素発生能確認試験を行った。試験の操作手順は以下の通りである。なお、ガスクロマトグラフィーによる気体成分の分析は鳥取県産業技術センター応用技術部に依頼した。【００５６】
ガスクロマトグラフィーの条件は以下のとおりである。
＜ガスクロマトグラフィーの条件＞
ガスクロマトグラフ：ガスクロマトグラフＧＣ−３ＢＴ（島津製作所社製ＧＣ−３ＢＴ）
カラム：モレキュラーシーブ５Ａ
カラムサイズ：２．６ｍｍφ×１．７ｍｍ
キャリヤーガス：アルゴンガスまたはヘリウムガス
カラム温度：６０℃
検出器：熱伝導度型検出器（ＴＣＤ）【００５７】
はじめに、かかる条件の下、水素の分析を行うための前実験を行った。
前実験では、水素の注入量を種々変更するなどしてガスクロマトグラフにて水素の保持時間およびピークの大きさを確認した。前実験の結果を図５から図７に示す。なお、図５は、キャリヤーガスとしてヘリウムガスを使用した、水素のガスクロマトグラムである。図６は、キャリヤーガスとしてアルゴンガスを使用した、水素のガスクロマトグラムである。図７は、キャリヤーガスとしてアルゴンガスを使用した、空気のガスクロマトグラムである。【００５８】
キャリヤーガスとしてヘリウムガスを用いて水素を測定すると、図５に示すように、水素は、酸素（Ｏ２）や窒素（Ｎ２）と逆向きのピークとして検出された。ピークは極めて小さいものであった。なお、わずかに検出されている酸素および窒素は、空気が混入したためと考えられる。【００５９】
ヘリウムガスでは水素ガスのピークが小さかったために、キャリヤーガスをアルゴンガスに変更して同様の測定を行った。なお、水素の注入量を０．１ｍＬ、０．２５ｍＬ、０．５ｍＬ、１．０ｍＬに変更して行った。
キャリヤーガスをアルゴンガスに変更した結果、図６に示すように、水素の注入量が０．１ｍＬであっても大きく明瞭なピークを得ることができた。そのため、キャリヤーガスとしてアルゴンガスを用いることにした。また、水素を０．１〜１．０ｍＬに変更して測定したところ、保持時間は０．８４５〜１．１３７分の範囲にあり、水素ガスの注入量が多くなるに従って保持時間が遅くなる傾向にあることがわかった。【００６０】
また、前記と同様に、注入量を種々変更した空気を注入してガスクロマトグラフによる測定を行った。保持時間が１．４分前後のピークは空気中の酸素であり、保持時間が２．０分前後のピークは空気中の窒素である。
酸素の保持時間は１．４５９〜１．４８９分の範囲にあり、注入量が多くなるに従って保持時間が遅くなる傾向にあることがわかった。
他方、窒素の保持時間は１．９９６〜２．１２３分の範囲にあり、注入量が多くなるに従って保持時間が早くなる傾向にあることがわかった。
前実験の結果、水素ガスは空気中の酸素および窒素と保持時間が異なり、十分に分離が可能であることがわかった。【００６１】
このような結果を踏まえ、単離した特定のサンプルを用いて培養して水素発生の有無を確認した。その内容を以下に説明する。
実施例１として、前記したガスクロマトグラフィーの条件の下、１２１℃、２０分間の滅菌処理を行った液体培地（ＬＢ培地：トリペプトン １０ｇ、イーストエクスラクト ５ｇ、ＮａＣｌ １０ｇ、１Ｍ ＮａＯＨ １ｍＬ、アガー １５ｇ）を滅菌処理した密閉できる容器に４ｍＬ入れ、単離されたサンプルを植えて２５℃、２日間静置して培養した。
サンプルの培養後、この容器内の培養液中に鉄粉（本発明の水素発生反応溶液に相当する）と、マグネットスターラーバーと、を入れて密閉し撹拌した。そして、容器内の気体をシリンジで採集して、ガスクロマトグラフィーによる気体成分を分析した。結果を図８（ａ）に示す。なお、鉄粉は、液体培地１０Ｌに対し５０ｇを加えた。【００６２】
また、実施例２として、単離したサンプルを含む水素発生反応溶液２０ｍＬを密閉できる容器に入れ、実施例１の手順と同様の操作を行い、マグネットスターラーバーで撹拌しつつ気体成分の分析を行った。結果を図８（ｂ）に示す。【００６３】
図８は、実施例１および実施例２で反応させた気体の分析を行った結果を示すガスクロマトグラムであって、（ａ）は、実施例１（液量４ｍＬ）で発生させた気体を分析した結果を示すガスクロマトグラムであり、（ｂ）は、実施例２（液量２０ｍＬ）で発生させた気体を分析した結果を示すガスクロマトグラムである。なお、実施例１と実施例２は同じサンプルであり、培養する液量が異なるだけである。【００６４】
また、実施例１の比較対象として、単離したサンプルを含む水素発生反応溶液４ｍＬを用いて、以下の条件で水素を発生させるための反応を行い、ガスクロマトグラフィーによる気体成分の分析を行った（比較例１〜３）。
比較例１では、鉄を添加せず、撹拌も行わなかった。比較例２では、鉄を添加せずに撹拌のみを行った。また、比較例３では、鉄を添加するものの、撹拌を行わなかった。これら比較例１から比較例３の気体成分の分析を行った結果を図９（ａ）〜（ｃ）のガスクロマトグラムに示す。なお、図９の（ａ）が比較例１であり、（ｂ）が比較例２であり、（ｃ）が比較例３である。【００６５】
また、さらに、実施例２の比較対象として、単離したサンプルを含む水素発生反応溶液２０ｍＬを用いて、以下の条件で水素を発生させるための反応を行い、ガスクロマトグラフィーによる気体成分の分析を行った（比較例４〜６）。
すなわち、比較例４では、鉄を添加せず、撹拌も行わなかった。比較例５では、鉄を添加せずに撹拌のみを行った。また、比較例６では、鉄は添加するものの、撹拌は行わなかった。これら比較例４から比較例６の気体成分の分析を行った結果を図１０（ａ）〜（ｃ）のガスクロマトグラムに示す。なお、図１０の（ａ）が比較例４であり、（ｂ）が比較例５であり、（ｃ）が比較例６である。【００６６】
前記の条件の下で水素を発生させるための反応を行い、気密容器中の気体を採集してガスクロマトグラフィーによる気体成分の分析を行った。図９に、実施例１の対照である比較例１から比較例３のガスクロマトグラムを示し、図１０に実施例２の対照である比較例４から比較例６のガスクロマトグラムを示す。【００６７】
図８から図１０に示すガスクロマトグラムを参照して分かるように、図９（ａ）〜（ｃ）および図１０（ａ）〜（ｂ）に示す比較例１から比較例６のガスクロマトグラムでは、いずれも保持時間１．４分付近と保持時間１．９分付近の２つのピークを確認することができるが、図８（ａ）に示す実施例１のガスクロマトグラムで確認することのできる３つのピークのうち保持時間０．８５４分のピークと、図９（ｂ）に示す実施例２のガスクロマトグラムで確認することのできる３つのピークのうち保持時間０．８５８分のピークは、比較例１から比較例６のガスクロマトグラムからは確認することができなかった。
なお、保持時間０．８５分付近のピークに表される気体を分析したところ、この気体は水素であることが分かった。【００６８】
（１−３．水素濃度の測定）
また、実施例１および実施例２について、ガスクロマトグラフィーによる気体成分の分析の際に、かかる気体の成分比率も測定した。なお、比較対象として空気を採集し、その成分比率を測定した。結果を表１に示す。【００６９】
【表１】
2007049769.tif 000003
【００７０】
表１に示すように、実施例１および実施例２の水素濃度は、空気中に含まれる水素濃度と比較して著しく高いことがわかる。
以上詳しく説明したように、本発明の新規菌株バチルス・サブチリス・サカネは、水（Ｈ２Ｏ）と鉄（Ｆｅ）の存在下で撹拌することにより、高い水素発生能を有することが分かった。【００７１】
［２．菌学的性質］
前記のスクリーニングによって単離された水素発生能を有するサンプルに係る菌株の菌学的性質を明らかにするため、株式会社エヌシーアイエムビー・ジャパンに依頼し、形態観察および生理・生化学性状試験を行った。その結果を以下に示す。なお、一般的なバチルス・サブチリスの菌学的性質は、BARROW, (G. I.) and FELTHAM, (R. K. A.) :Cowan and Steel’s Manual for the Identification of Medical Bacteria. 3rd edition. 1993, Cambridge University Press.「医学細菌同定の手引き＜第３版＞；坂崎利一  監訳，ｐ９５〜９９」に示されている。【００７２】
（１）検体の培養
単離したサンプル（菌株）をＬＢアガー（Becton Dickinson, MD, U.S.A）に植菌し、３０℃で２４時間培養した。そして、培養した菌体を分析の供試菌体（以下、「検体」という）とした。【００７３】
（２）形態観察および生理・生化学性状試験
単離したサンプルの性状を調べるため、光学顕微鏡ＢＸ５０Ｆ４（オリンパス株式会社製）による細胞形態、グラム染色性、胞子の有無、鞭毛による運動性の有無を観察した（撮影倍率×１５００、引き伸ばし倍率×２０００）。かかる条件でＬＢアガー上でのコロニー形態を観察した。
また、カタラーゼ反応、オキシダーゼ反応、グルコースからの酸／ガス産生、グルコースの酸化／発酵（Ｏ／Ｆ）について試験を行った（BARROW, (G. I.) and FELTHAM, (R. K. A.) :Cowan and Steel’s Manual for the Identification of Medical Bacteria. 3rd edition. 1993, Cambridge University Press.）。
さらに、分類学的比較性状を調べるため、ＡＰＩシステム（bioMerieux, Lyon, France, http://www. Biomerieux.fr/home_en.htm）を使い、検体の生理・生化学的性状を調べた。各操作はＡＰＩシステムの測定方法（ＡＰＩ  ５０ＣＨＢの測定方法（５０４３０））に従った。
また、ＡＰＩシステムに含まれず、検体の帰属分類群の推定に必要な試験についても行った。かかる試験は、英国ＮＣＩＭＢ  Ｌｔｄ．（http://www.ncimb.co.uk/）による分類・同定の関連文献に従って行った。【００７４】
（３）結果
前記各試験の結果を図１１、表２〜表４に示す。なお、図１１は、検体のグラム染色像である（同図中のバーは１０μｍを示す）。表２は、形態観察および生理・生化学性状試験の結果を示す表である。表３は、ＡＰＩシステムを用いた生理・生化学性状試験の結果を示す表である。表４は、帰属分類群の推定に必要なその他の試験についての結果を示す表である。【００７５】
【表２】
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【００７６】
【表３】
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【００７７】
【表４】
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【００７８】
図１１および表２に示すように、形態観察および生理・生化学性状試験の結果、検体はグラム染色不定、桿菌、有芽胞（胞子の有無（＋））、カタラーゼ反応陽性（＋）、グルコースからの酸／ガス産生（−／−）、グルコースの酸化／発酵（Ｏ／Ｆ）（−／−）などの性状を示した。
また、表３に示すように、ＡＰＩシステムを用いた生理・生化学性状試験の結果、ＲＩＢ、ＧＬＵ、ＳＯＲ、ＥＳＣ、ＭＡＬの試験項目で陽性（＋）、ＥＲＹ、ＤＡＲＡ、ＬＹＸ、ＤＦＵＣ、ＬＦＵＣ、ＤＡＲＬ、ＧＮＴ、２ＫＧ、５ＫＧの試験項目で陰性（−）などの性状を示した。
さらに、表４に示すように、帰属分類群の推定に必要なその他の試験の結果、５０℃での生育性（＋）、嫌気条件下での非生育性（−）、カゼインの加水分解（＋）などを示した。
以上の結果から、本検体はバチルス・サブチリス属に属する菌の一種であることが示唆され、
また、これらの試験の結果から、本検体のバイオセーフティレベルは、ヒトに疾病を起こし、或いは動物に獣医学的に重要な疾患を起こす可能性のないもの（レベル１）であることもわかった（日本細菌学会バイオセーフティ指針（http://wwwsoc.nii.ac.jp/jsp/biosafety/CONTENTS.HTM））。【００７９】
以上より、水素発生能を有する本検体を、新規菌株バチルス・サブチリス・サカネ（Bacillus subtilis sakane；ＦＥＲＭ  ＢＰ−１０７１５）とした。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の新規菌株バチルス・サブチリス・サカネ、それを用いた水素発生装置および水素発生方法は、高純度の水素を発生することができるので、例えば水素を利用した燃料電池などの電池に適用し得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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