(57)【要約】【課題】  有機性廃棄物から、連続的に安定して高濃度に水素生産を行い、有用資源として活用すると共に、廃棄物の減容化を図る。【解決手段】  水素生産反応を単独の耐熱性芽胞を有する水素生産分離菌株であるＹＳＳ６菌株を用いることにより単純化し、発生ガスを水素ガスと二酸化炭素に限定し、さらに、反応液を加熱処理することによって耐熱性のＹＳＳ６菌株以外の環境中に存在する水素非生産菌による汚染を防止し、安定した長期運転を可能とすることを特徴とする。【選択図】  図１
2007075083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特許微生物受託番号ＮＩＴＥ  Ｐ−１０１の水素生産菌ＹＳＳ６菌株を用いたじゃがいも、とうもろこし、大豆、大麦、ビール麦、小麦、米、およびその加工や消費による有機性廃棄物からの直接水素生産方法。
【請求項２】
台所から排出される食品残渣、ホテル、旅館、コンビニエンスストアー、スーパーマーケット食品売り場、寿司店、仕出し屋、給食製造業、あるいは食品工場、食品配送センタ−から排出される有機性廃棄物の炭水化物から、特許微生物受託番号ＮＩＴＥ  Ｐ−１０１の水素生産菌ＹＳＳ６菌株を用いて水素を生産する方法。
【請求項３】
炭水化物が廃糖蜜である有機物あるいは有機性廃棄物を原料とする、特許微生物受託番号ＮＩＴＥ  Ｐ−１０１の水素生産菌ＹＳＳ６菌株を用いて水素を生産する方法。
【請求項４】
食品あるいは食品廃棄物に含まれる、乳糖、マルト−スを原料とする、特許微生物受託番号ＮＩＴＥ  Ｐ−１０１の水素生産菌ＹＳＳ６菌株を用いて水素を生産する方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４において、耐熱性芽胞を有する特許微生物受託番号ＮＩＴＥ  Ｐ−１０１の水素生産菌ＹＳＳ６菌株による水素生産時に、加熱処理の適用によって雑菌汚染を防止する水素生産方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、水素生産菌ＹＳＳ６菌株を用いる有機性基質、特に生ごみを含む食品廃棄物あるいは・また食品そのものからの直接高濃度水素生産方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  平成１７年２月１６日、京都議定書が発効した。わが国は、京都議定書の締結により、２００８年から２０１２年までに温室効果ガスを１９９０年比６％削減することが義務づけられている。しかし、温室効果ガスの２００１年時点での排出量は１９９０年比８．６％の増加となっており、１４．６％以上を削減しなければならず、着手可能な温暖化防止対策から早急に取り組んでいかなければならない状況にある。その対策として、化石燃料の使用量抑制、エネルギー効率の向上による浪費抑制、循環資源活用による廃棄物の排出抑制、化石燃料以外でのエネルギー生産、森林面積の拡大・保護による植物の温室効果ガス吸収助長、河川域・海域の汚染防止による海域での二酸化炭素の吸収の助長がある。特に、化石燃料である石油、石炭以外でのエネルギー生産技術は温室効果ガス削減対策の大きな柱となっており、太陽光発電、太陽熱利用、風力発電、廃棄物発電、バイオマス発電、バイオマス熱利用、未利用エネルギーの利用、地熱エネルギーの利用、海洋エネルギーの利用、波エネルギーの利用および原子力エネルギーの利用など多様なエネルギー獲得技術が考えられており、すでに実用化されているものもある。その１つの方法である廃棄物発電技術は、廃棄物を貴重な循環資源ととらえ、生ごみを含む有機性廃棄物を原料とする生物学的エネルギー生産技術であり、特に水素ガスの生産技術は、水素燃料電池の開発と相まって、二酸化炭素を全く排出しないクリーンエネルギー生産技術として注目されており、同時に、廃棄物の循環使用による排出量の抑制が可能であり、将来の水素社会を志向した、廃棄物からの水素生産技術は、大きな期待がかけられている。【０００３】  従来、有機性基質特に生ごみを含む食品廃棄物あるいは・また、食品そのものからの生物学的水素生産技術は、光をエネルギー源とする、藻類を含む光合成微生物を利用する方法（〔特許参考文献１〕特開２００５−０９７０２３、〔特許文献２〕特開２００４−０９７１１６）と、光を必要としない水素発酵細菌を利用する方法（〔特許文献３〕特許開２００２−２７２４９）が開発されてきた。【０００４】  光を利用する水素生産については、現在まで数多くの科学的知見が集積されてきたにもかかわらず実用化まで至っていない。これは、太陽光を利用する場合、夜間の照明装置が必要であり、光合成に有効な強い光が到達できる深度が限定されているため、装置の専有面積が広大となるなど問題点を有しているためである。（〔非特許文献１〕生物工学会誌、８０（３）、１２８，２００２）【０００５】  一方、水素発酵菌は、嫌気条件下で有機物、特に炭水化物を分解する過程で水素ガスを生産する微生物で細菌を主たる構成員とする。その際生成してくるエネルギーを利用して増殖する微生物群であり、当該菌を用いることによって有機物を分解除去すると共に水素生産が可能である。さらに、水素生産には光の照射を必要とせず、昼夜の差異無く水素生産が可能であり、水素生産に当たり、光照射装置を必要としない（〔特許文献４〕特開２００５−１２５１８５）。
【特許文献１】      特開２００５−０９７０２３
【特許文献２】      特開２００４−０９７１１６
【特許文献３】      特許開２００２−２７２４９
【特許文献４】      特許開２００５−１２５１８５
【非特許文献１】      生物工学会誌、８０（３）、１２８，２００２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  水素発酵菌を用いる水素生産法の開発は、従来、混合微生物系を用いて実施されてきた。これは、様々な有機物を含有する他種類の廃棄物に適用可能であり、長所を有している。しかし、混合系では、混在する水素生産能を有しない他の多くの種類の微生物によって反応系が複雑化し、反応系を制御して安定した水素生産を得ることは必ずしも容易ではない。また、水素生産の基質となる炭水化物を、多くの混在微生物間で奪い合うために、相対的に水素発酵菌が利用できる炭水化物の割合が低下し、結果として水素生産効率が低下する。【０００７】  一方、単独菌株を用いた例もあるが、その場合にはブドウ糖、果糖、あるいはショ糖といった低分子化合物を原材料としている。その原因は、純粋菌株を用いる場合には、使用菌株の特性によって基質特異性を示し、利用可能な原材料が限定されるためである。【０００８】  また、単独菌株を使用した場合、長期間連続使用の間に環境中に棲息する他の多くの微生物によって汚染され、混合微生物系の場合と同様の結果となる可能性がある。したがって、使用される水素生産菌には、微生物汚染から回避するため他の夾雑微生物が生存し得ない環境下でも生存しうる特殊な性質を有する必要がある。【０００９】  現実には一般家庭やホテル、旅館、コンビニエンスストアー、スーパーマーケット食品売り場、寿司店、仕出し屋、給食製造業、あるいは食品工場、食品配送センタ−から排出される食品残渣などの有機性廃棄物からの水素生産は実用化されておらず、ほとんど焼却炉でエネルギーをかけて加熱乾燥焼却処理されているが例外的にコンポスト化されている部分も少量ある。
したがって、本発明は、前記の従来技術の欠点を解消し、水素生産において運転管理の容易な連続的水素生産法を提供し実用化の前進を図るために水素生産菌を単離し、水素生産に応用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  上記の目的を達成する本発明に用いる水素生産菌は、環境材料から分離されたＹＳＳ６菌株であり、耐熱性芽胞を有しており、でんぷん分解能を有し、食品残渣などの有機性廃棄物から直接水素生産を行いうる。当該水素生産菌株ＹＳＳ６菌株は表２に示されたように、でんぷん以外にブドウ糖、乳糖、マルト−ス、Ｄ−マンニト−ル、サリシン、Ｄ−キシロ−ス、Ｌ−アラビノ−ス、グリセリン、Ｄ−セロビオ−ス、Ｄ−マンノ−ス、Ｄ−メレチト−ス、Ｄ−ラフィノ−ス、Ｄ−ソルビト−ル、Ｌ−ラムノ−スを分解可能で、とくに、ブドウ糖、マルトースからはガスを生産する。したがって、一般家庭やコンビニエンスストアー、スーパーマーケット食品売り場、寿司店、仕出し屋、給食製造業、あるいは食品工場、食品配送センタ−から排出される食品残渣などの事業系一般廃棄物から直接水素生産可能である。図１（ａ）にＹＳＳ６菌株のコロニー形態とでんぷん分解能を示してあり、図１（ｂ）にＹＳＳ６菌株のグラム染色による菌の形態が示してある。また、表１にＹＳＳ６菌株の分類学的性質が示してある。図１および表１からＹＳＳ６菌株はＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉと同定された。このＹＳＳ６菌株は平成１７年６月２０日付けで独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センタ−にＮＩＴＥ  Ｐ−１０１として寄託している。【００１１】
【表１】
2007075083.tif 000003
2007075083.tif 000004
【発明の効果】
【００１２】  以上説明したように、ＹＳＳ６菌株は、台所から排出される食品残渣、ホテル、旅館、コンビニエンスストアー、スーパーマーケット食品売り場、寿司店、仕出し屋、給食製造業、あるいは食品工場、食品配送センタ−から排出される有機性廃棄物中に含まれる主たる炭水化物であるでんぷんから直接水素ガスを生産することができる。【００１３】  また、ＹＳＳ６菌株を台所から排出される食品残渣、ホテル、旅館、コンビニエンスストアー、スーパーマーケット食品売り場、寿司店、仕出し屋、給食製造業、あるいは食品工場、食品配送センタ−から排出される有機性廃棄物に用いれば、食品廃棄物排出量を減容化できると共に、資源を有効に活用することができる。【００１４】  同時に生産ガスを水素ガスと二酸化炭素に限定することによって反応の制御も容易となり、反応系を単純化でき、装置も単純化でき、安定した水素生産が可能となる。【００１５】  さらに、ＹＳＳ６菌株は耐熱性芽胞を有することから、反応混合物を熱処理することが可能であり、このことによって外部から侵入する水素生産能を有しない多くの微生物を殺菌除去することができ、有機性廃棄物を水素生産菌に限定して利用させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】  本発明において使用する水素生産菌は環境から分離されたＣｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｂｅｉｊｅｒｉｎｃｋｉｉと同定されたＹＳＳ６菌株である。本株は、第一図に示したように、グラム陽性の絶対嫌気性菌であり、耐熱性の芽胞を有する。また、デンプン分解能を有しており、ｐＨ５からｐＨ７の間でデンプンから直接水素を生産しうるが好適にはｐＨ５．５から６．５の間での運転が望ましい。【００１７】  また、反応温度は１０Ｌから４０Ｌで運転可能であるが好適には３０Ｌから４０Ｌでの運転が望ましい。
【実施例】
【００１８】  以下、実施例を示して、本発明を適用した水素生産をさらに具体的に説明するが、これら、本発明の範囲を制限するものでないことはいうまでもない。
【実施例１】
【００１９】  本発明において使用する水素生産菌は環境から分離された株である。本株は、図１に示したように、グラム陽性の絶対嫌気性菌であり、耐熱性の芽胞を有する。また、デンプン分解能を有しており、デンプンから直接水素を生産しうる。図２に示す装置（有効容量１．０  ｌ）に水でスラリー状とした湿重量２４０ｇの台所食品残渣を材料として添加したのち、１２０ｌで加圧滅菌し、水素生産菌ＹＳＳ６菌株の菌液１５ｍｌを加えたのち、水で１．０ｌにメスアップし、これを３０℃で静置し、１日１回攪拌し、運転を継続した結果、運転開始７２時間までに殆ど反応が終了し、表２に示すように生産ガス量は１７．４ｌでその４７％は水素ガスであった。また、その他のガスは二酸化炭素であり生産ガスが水素と二酸化炭素に限定されており、反応が複雑でないことを示した。
【実施例２】
【００２０】  実施例１で実験を終了した反応液９００ｍｌを除去し、残液１００ｍｌに、実施例１と同じ材料であるスラリーとした台所食品残渣、湿重量２４０ｇを添加し、水で１．０ｌにメスアップしたのち、８０℃５分間加熱処理し、これを３０℃で静置し、１日１回攪拌し、運転を継続した。その結果、表２に示すように、生成ガス量１６．８ｍｌでその４４．２％が水素ガスであった。このことは、新たに菌液を添加することなく、８０℃５分間の加熱処理を行うことによって、実施例１の反応混合液を菌液として繰り返し使用することができ、連続的な水素生産が可能であることを示したものといえる。この原因は、ＹＳＳ６菌株が、耐熱性の芽胞を有するためである。今回は８０℃５分間の加熱処理を実施したが、本発明の方法では８０℃に限定したものではなく、耐熱性の芽胞を有する菌株であれば６０℃から１００℃の間で加熱処理しうる。【００２１】  また、表２に示すように、実験前後で固形物がそれぞれ５９．８％および５７．３％減少した。固形物減少率は用いる材料中の炭水化物の含有率によって左右されるものの、廃棄物の減容化が達成されていることは明らかである。【００２２】
【表２】
2007075083.tif 000005
2007075083.tif 000006
【実施例３】
【００２３】  ＹＳＳ６菌株がデンプン、ブドウ糖、製糖工場のショ糖廃棄物である廃糖蜜から水素ガスを生産することを確認するため、実施例１で用いた装置と同様の装置にデンプン、ブドウ糖および廃糖蜜のそれぞれ２％溶液１．０ｌに０．５％になるように酵母エキスを添加し、それぞれの装置に１０ｍｌのＹＳＳ６菌株の培養液を添加して３０Ｌで静置した。その結果、表３に示すように、２０ｇのデンプンから６．５ｌ、２０ｇのブドウ糖から６．５ｌおよび２０ｇの廃糖蜜から３．５ｌのガスが得られ、それぞれ、その５４．１％，５５．４％および５４．１％は水素ガスであった。【００２４】
【表３】
2007075083.tif 000007
【産業上の利用可能性】
【００２５】    以上の通り、本発明によれば、デンプン、ブドウ糖からはもちろんのこと、それらを含有する廃棄物である台所から排出する食品残渣、あるいは製糖工場から排出する廃糖蜜からも水素ガスを生産できる。しかも、この方法は、単一菌で反応が進行すると共に、使用菌株が耐熱性の芽胞を有することから材料の熱処理ができ、連続処理が可能である。さらに、生産ガスが水素ガスと二酸化炭素に限定されており、従来の混合培養系で生産される混合ガスに比べて、後の処理が非常に容易となる。また、従来のメタン発酵によるメタンガスからの改質による水素の獲得に比べて、装置が非常に簡便となるなど、いくつもの優位性を持っている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ）は本発明に用いた水素生産菌ＹＳＳ６菌株の平面写真でデンプン分解を示す寒天培地上のハロー現象を示す。（ｂ）は菌の形態を示す水素生産菌ＹＳＳ６菌株の顕微鏡写真像である。
【図２】本発明に用いた水素発生装置の概略図である。
【００２７】    符号の説明
１廃棄物投入口
２生成ガス捕集部
３廃棄物とＹＳＳ６菌株反応混合液
【図１】
2007075083.tif 000008
【図２】
2007075083.tif 000009