(57)【要約】【課題】光合成微生物に効率よく光を照射するとともに構成を簡易とした光合成微生物培養用光分散担体を提供する。【解決手段】光を吸収し二酸化炭素を取り込み光合成を行う光合成微生物を培養するために用いられる光分散担体９であって、光透過性を有する殻９ａと、光透過性を有し、殻９ａの内部に充填される充填材９ｂと、を備えて液面に浮遊し、殻９ａ及び充填材９ｂの少なくとも一方に光分散材を含む構成とする。これにより、浮遊する殻９ａ及び充填材９ｂを光が透過して光合成微生物を照射し、このとき、光分散材によって光を分散させて、液中の光合成微生物に適度な光量の光を満遍なく照射するようにする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を吸収し二酸化炭素を取り込み光合成を行う光合成微生物を培養するために用いられる光合成微生物培養用光分散担体であって、
光透過性を有する殻と、
光透過性を有し、前記殻の内部に充填される充填材と、を備えて液面に浮遊し、
前記殻及び前記充填材の少なくとも一方に光分散材が含まれていることを特徴とする光合成微生物培養用光分散担体。
【請求項２】
前記殻は、液面を境に対称な形状とされていることを特徴とする請求項１に記載の光合成微生物培養用光分散担体。
【請求項３】
前記殻は、球状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光合成微生物培養用光分散担体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光合成微生物を培養するために用いる光分散担体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の元凶である二酸化炭素を低減する技術として光合成により生物的に二酸化炭素を固定化する方法は、エネルギー源として太陽光を用いることができ、環境に調和した技術として注目されている。このような技術に用いられる光合成微生物を培養する場合には、光の利用効率を高めるために光を分散させて適度な強度とすることが好ましい。そこで、太陽光を集光するフレネルレンズ等からなる集光装置と、集光した光を伝達させる光ファイバと、光ファイバにより伝達された光を拡散する導光体とを備える光合成微生物培養装置が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−６４５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような光合成微生物培養装置は、光を効率良く利用できるものの、集光装置及び導光体等の構造が複雑であるという問題がある。このため、装置の製造やメンテナンス等のコストがかかるという問題もある。よって、このような光合成微生物培養装置では、構成を簡易化することが強く望まれている。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、光合成微生物に効率よく光を照射するとともに構成を簡易とした光合成微生物培養用光分散担体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る光合成微生物培養用光分散担体は、光を吸収し二酸化炭素を取り込み光合成を行う光合成微生物を培養するために用いられる光合成微生物培養用光分散担体であって、光透過性を有する殻と、光透過性を有し、殻の内部に充填される充填材と、を備えて液面に浮遊し、殻及び充填材の少なくとも一方に光分散材が含まれている。
【０００７】
本発明に係る光合成微生物培養用光分散担体にあっては、光透過性を有する殻が浮遊しながら光を透過し、この光は、殻の内部に充填された光透過性を有する充填材を透過して、光合成微生物に照射される。このとき、殻及び充填材の少なくとも一方に含まれる光分散材によって光が分散され、液中の光合成微生物に適度な強さの光が満遍なく照射され、その結果、効率よく光合成微生物に光を照射することができる。また、このように、光合成微生物培養用光分散担体は、殻と充填材から構成されるため、構成を簡易にすることができる。
【０００８】
ここで、殻は、液面を境に対称な形状とされていることが好ましい。この場合、担体が液面に浮遊したとき、担体が液面に対して上下に回転することができ、このように、担体が回転することにより、担体の液面より上の部分に付着した藻や汚れが液中に浴することで除去される。
【０００９】
また、殻は、球状であることが好ましい。この場合、担体の構成を更に簡易にすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光合成微生物に効率よく光を照射するとともに構成を簡易とした光合成微生物培養用光分散担体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光合成微生物培養用光分散担体を備えた光合成微生物培養装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る光合成微生物培養用光分散担体の断面図である。
【図３】光が液面に対して９０度の角度から照射され、その光が殻及び殻に充填された水を透過する状態を示す図である。
【図４】光が液面に対して７８．６度の角度から照射され、その光が殻及び殻に充填された水を透過する状態を示す図である。
【図５】光が液面に対して５０度の角度から照射され、その光が殻及び殻に充填された水を透過する状態を示す図である。
【図６】光が液面に対して３０度の角度から照射され、その光が殻及び殻に充填された水を透過する状態を示す図である。
【図７】図３に対応する変位と光強度との関係を示すグラフである。
【図８】図４に対応する変位と光強度との関係を示すグラフである。
【図９】図５に対応する変位と光強度との関係を示すグラフである。
【図１０】図６に対応する変位と光強度との関係を示すグラフである。
【図１１】第１実施形態に係る光合成微生物培養用光分散担体を液面に対して９０度の角度から照射した状態での変位と光強度との関係を示すグラフである。
【図１２】第１実施形態に係る光合成微生物培養用光分散担体を液面に対して７８．６度の角度から照射した状態での変位と光強度との関係を示すグラフである。
【図１３】第１実施形態に係る光合成微生物培養用光分散担体を液面に対して５０度の角度から照射した状態での変位と光強度との関係を示すグラフである。
【図１４】第１実施形態に係る光合成微生物培養用光分散担体を液面に対して３０度の角度から照射した状態での変位と光強度との関係を示すグラフである。
【図１５】第１実施形態に係る光合成微生物培養用光分散担体が回転して付着物を除去する作用を説明するための説明図である。
【図１６】第１実施形態に係る光合成微生物培養用光分散担体が液面に浮遊している状態を示す断面図である。
【図１７】図１６に示す光合成微生物培養用光分散担体とは別の浮遊している状態を示す断面図である。
【図１８】本発明の第２実施形態に係る光合成微生物培養用光分散担体の断面図である。
【図１９】第２実施形態に係る光合成微生物培養用光分散担体を液面に対して９０度の角度から照射した状態での変位と光強度との関係を示すグラフである。
【図２０】第２実施形態に係る光合成微生物培養用光分散担体を液面に対して７８．６度の角度から照射した状態での変位と光強度との関係を示すグラフである。
【図２１】第２実施形態に係る光合成微生物培養用光分散担体を液面に対して５０度の角度から照射した状態での変位と光強度との関係を示すグラフである。
【図２２】第２実施形態に係る光合成微生物培養用光分散担体を液面に対して３０度の角度から照射した状態での変位と光強度との関係を示すグラフである。
【図２３】本発明の第３実施形態に係る光合成微生物培養用光分散担体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明による光合成微生物培養用光分散担体の好適な実施形態について図１〜図２３を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
先ず、本発明による光合成微生物培養用光分散担体を備える光合成微生物培養装置１００について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る光合成微生物培養用光分散担体を備えた光合成微生物培養装置１００を示す概略構成図である。光合成微生物培養装置１００は、光を吸収し二酸化炭素を取り込み光合成を行う光合成微生物を培養するためのものである。なお、以下の説明では、光合成微生物培養用光分散担体を、単に光分散担体と称して説明する。
【００１４】
図１に示すように、光合成微生物培養装置１００は、光合成微生物と培養液とが混合された混合液２を収容し当該光合成微生物を培養するための培養槽１と、散気ガス６を供給するブロア３と、散気ガス６を流すための配管４及び散気するためのノズル５と、を備えている。培養槽１は、上方が開口するいわゆるオープンポンド式の培養槽であり、屋外に設置され、培養槽１には、太陽７からの太陽光８が照射される。
【００１５】
配管４は、ノズル５を軸線に沿って複数離間して有し、培養槽１の底部に沿って配置されている。ノズル５からは、ブロア３からの散気ガス６が混合液２中に散気される。このため、散気ガス６により、混合液２を均一に攪拌することができる。なお、散気ガス６としては、二酸化炭素を含むものであればよく、例えばボイラー排ガス等を用いることができる。
【００１６】
混合液２中の光合成微生物は、太陽光８を受けて増殖する。ここでは、混合液２は、改変ＭＣ培地（２００Ｌの水に、ＫＮＯ3、ＫＨ2ＰＯ4及びＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏを各１００ｇ、並びにＡ５溶液を１００ｍｌの割合で溶解し、初期ｐＨを６として、ＣＯ2濃度１％の通気ガスを０．３ｖｖｍで通気したもの）を用いてChlorella vulgaris（クロレラブルガリス；藻類）を培養するためのものである。
【００１７】
また、混合液２の液面には、本実施形態の特徴をなす光合成微生物培養用光分散担体である光分散担体９が複数浮遊している。
【００１８】
この光分散担体９は、図２に示すように、殻９ａと充填材９ｂとを備えている。殻９ａは、中空球体形状を成し、光透過性を有する。充填材９ｂは、光透過性を有し、殻９ａの内部に充填されている。
【００１９】
ここで、特に本実施形態では、殻９ａに、受光した光を分散して透過する光分散材が含まれている。なお、殻９ａとしては、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等のプラスチックやガラス等を用いることができる。充填材９ｂとしては、液体や気体を用いることができ、例えば、水、空気又は窒素を用いることができる。
【００２０】
次に、太陽光８の位置により異なる、球形物体に対する光の透過の様子について説明する。ここでは、光透過性を有する球形の殻（光分散材含まず）に５０％の水を充填材として充填させた球形物体を液面に浮遊させ、この球形物体に光を照射した場合の光の様子を図３〜図１０に示す。図３は、液面に対して９０度の角度から球形物体に光を照射した場合、図４は、液面に対して７８．６度の角度から球形物体に光を照射した場合、図５は、液面に対して５０度の角度から球形物体に光を照射した場合、図６は、液面に対して３０度の角度から球形物体に光を照射した場合、をそれぞれ示す。
【００２１】
また、図７〜図１０に、上記の光分散材を含まない球形物体の水没部分の変位と、その水没部分を透過する光の光強度との関係を示した。図７は、図３に対応する変位と光強度との関係、図８は、図４に対応する変位と光強度との関係、図９は、図５に対応する変位と光強度との関係、図１０は、図６に対応する変位と光強度との関係、をそれぞれ示す。なお、図７〜図１０の横軸の左端は、球形物体の水没部分の左端に対応し、横軸の右端は、球形物体の水没部分の右端に対応する。
【００２２】
以上のように、球形物体を浮遊させてこの球形物体に光を色々な角度で照射した場合、液面下部の形状がＵ字状になっているため、図３〜図６に示すように、照射された光を多少拡げて透過させることができる。一方、透過した光強度については、これらの図３〜図６に対応する図７〜図１０に示すように、太陽光の位置によって大きく光強度が異なり、特に、太陽が９０度（図７）から３０度（図１０）へと傾いていくに連れて、図９及び図１０に示すように、球形物体の右側ではほとんど光が照射されていないのがわかる。
【００２３】
以上のように、光透過性を有する球形の殻に水を充填させただけの球形物体を液面に浮遊させた場合については、透過させる光に偏りが生じるため、混合液２中の光合成微生物に適度な強さの光を満遍なく照射できない。
【００２４】
そこで、第１実施形態では、図２で説明したように、光分散担体９の殻９ａに、受光した光を分散して透過する光分散材が含まれている。ここで、光分散材を含ませる手段としては、例えばすりガラスと同様の、スリ光散乱加工を殻９ａに施す技術を採用することができる。また、微細気泡や微粒子を光分散材として、これらを封入したものを殻９ａとして使用してもよい。
【００２５】
上記のような、光分散材が含まれた殻９ａと充填材９ｂとを備える光分散担体９を液面に浮遊させ、光分散担体９に光を照射した場合における、殻９ａの水没部分の変位と、殻９ａの水没部分を透過する光強度との関係について、図１１〜図１４を参照しながら説明する。図１１は、光分散担体９を液面に対して９０度の角度から照射した状態、図１２は、光分散担体９を液面に対して７８．６度の角度から照射した状態、図１３は、光分散担体９を液面に対して５０度の角度から照射した状態、図１４は、光分散担体９を液面に対して３０度の角度から照射した状態、をそれぞれ示す。
【００２６】
図７〜図１０に示すように光分散材を含まない球形物体に光を照射させた場合よりも、図１１〜図１４に示すように光分散材を含む殻９ａを備えた光分散担体９に光を照射させた場合の方が、光の偏りが抑えられて、満遍なく光を分散させて透過させることができる。光の照射角度が特に５０度、３０度の場合において、光分散材がない場合（図９及び図１０参照）は全く光を透過しない部分が存在したが、光分散材を有する光分散担体９の場合（図１３及び図１４参照）は光源側（横軸右側）であっても光を透過させることができ、満遍なく光を分散させて透過させることができる。
【００２７】
以上、第１実施形態の光分散担体９では、光透過性を有する殻９ａが浮遊しながら太陽光８を透過し、この光は、殻９ａの内部に充填された光透過性を有する充填材９ｂを透過して、混合液２中の光合成微生物に照射される。このとき、殻９ａに含まれる光分散材によって光が分散され、混合液２中の光合成微生物に適度な強さの光が満遍なく照射され、その結果、効率よく光合成微生物に光を照射することができる。具体的には、光分散担体９を使用しない場合と比較して、藻の量を約２０％増加させることができる。
【００２８】
また、光分散担体９は、殻９ａと充填材９ｂとから構成されるため、構成を簡易にすることができる。従って、製造等のコストを抑えることができるとともに、そのまま培養槽１等に投入できるため、容易に使用可能である。
【００２９】
また、第１実施形態の光分散担体９は、球体であり液面Ｓを境に対称な形状となっているため、光分散担体９を液面Ｓに対して回転させることが可能である。従って、図１５に示すように、光分散担体９の液面Ｓより上の部分に藻や汚れ５０が付着したとしても、回転することにより、藻や汚れ５０が液中Ｗに浴することで除去される。よって、藻や汚れ５０が付着して光の透過又は分散が阻害される問題を回避することができる。
【００３０】
なお、第１実施形態の光分散担体９について、充填材９ｂの充填量を多くすれば光分散担体９の水没量を多くすることができ、この水没量は、使用者の要望や光の分散効率等を考慮して種々選択できる。ここで、図１６及び図１７に示すように、浮遊している光分散担体９を液面Ｓを含む面で切断した面の断面積を断面積Ｓ１、液中Ｗに水没している光分散担体９の表面積を表面積Ｓ２とすると、充填量が多く水没量が多い図１７の方が図１６に示す場合に比して表面積Ｓ２が断面積Ｓ１に対してより大きくなり、これにより、光分散担体９の液中部分に接する藻への単位面積当たりの光量を低減することができ、光の光合成微生物への照射阻害の問題をより確実に回避できる。例えば、太陽光が比較的強い地域などでは好適に選択できる。
【００３１】
次に、第２実施形態の光分散担体２９について、図１８〜図２２を参照しながら説明する。
【００３２】
光分散担体２９は、第１実施形態の光分散担体９と同様、殻２９ａと充填材２９ｂとを備えており、この光分散担体２９が第１実施形態の光分散担体９と異なる点は、光分散材を、充填材２９ｂにのみ含むようにした点である。なお、充填材２９ｂに対する光分散材の封入については、第１実施形態の殻９ａと同様、微細気泡や微粉末を封入することにより実現できる。
【００３３】
上記のような、殻２９ａと光分散材を含んだ充填材２９ｂとを備える光分散担体２９を液面に浮遊させ、光分散担体２９に光を照射した場合における、殻２９ａの水没部分の変位と、殻２９ａの水没部分を透過する光強度との関係について、図１９〜図２２を参照しながら説明する。図１９は、光分散担体２９を液面に対して９０度の角度から照射した場合、図２０は、光分散担体２９を液面に対して７８．６度の角度から照射した場合、図２１は、光分散担体２９を液面に対して５０度の角度から照射した場合、図２２は、光分散担体２９を液面に対して３０度の角度から照射した場合、をそれぞれ示す。
【００３４】
第２実施形態の図１９〜図２２と、第１実施形態の図１１〜図１４とを比較すると、光分散材を含む充填材２９ｂを用いた場合、第１実施形態の光分散担体９よりも更に満遍なく光を分散できることがわかる。そして、より光強度を平らにならすことができる。
【００３５】
以上、第２実施形態の光分散担体２９では、充填材２９ｂに含まれる光分散材によって更に光が分散される点について、より顕著な効果が得られる。また、他の効果は、第１実施形態と同様である。
【００３６】
次に、第３実施形態の光分散担体３９について、図２３を参照しながら説明する。この第３実施形態の光分散担体３９が第１実施形態の光分散担体９及び第２実施形態の光分散担体２９と異なる点は、殻３９ａと充填材３９ｂとの両方に光分散材を含むようにした点である。
【００３７】
第３実施形態の光分散担体３９では、殻３９ａと充填材３９ｂとの両方に光分散材が含まれるため、光の分散効果としては、第１実施形態及び第２実施形態の場合よりも、更に顕著な効果を得ることができる。また、他の効果は、第１実施形態及び第２実施形態と同様である。
【００３８】
以上、第１〜第３実施形態では、殻及び充填材の少なくとも一方に光分散材が含まれているため、光合成微生物に効率よく光を照射させることができる。
【００３９】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態では、光分散担体を特に好ましい例として球形としているが、必ずしも球形に限られるものではなく、要は、液面に対して回転可能であることが好ましいため、例えば、楕円体等でもよく、液面を境に対称な形状であればよい。
【００４０】
また、上記実施形態にあっては、培養槽１がオープンポンド式である例について説明したが、オープンポンド式に限定されるものではなく、例えば培養槽がオープンポンド式の一種であるレースウェイ式とし、光分散担体９が浮遊する領域にブラシ洗浄装置を設けることにより、光分散担体９に付着した藻や汚れを一層容易に除去できるようにしてもよい。
【００４１】
また、培養槽１は、角形槽であっても、円形槽であってもよく、用途等によって適宜選択できる。更に、培養槽１の代わりに培養池を用いることもできる。また、培養槽１を屋内に設置してもよく、この場合には、太陽光８の代わりに、屋内に設置された光源による照射光を利用できる。
【００４２】
更に、混合液２について、改変ＭＣ培地を用いた例について説明したが、混合液としては、必ずしも改変ＭＣ培地を用いなくてもよい。また、混合液２中の光合成微生物としては、クロレラブルガリスではなく、他の光合成微細藻類として、例えば、ボツリオコッカス属のボツリオコッカス・ブラウニーや、シュードコリシスチス属のシュードコリシスチス・エリプソイディアや、シアノバクテリア等を用いてもよく、要は光合成微生物であればよい。
【符号の説明】
【００４３】
２…混合液（光合成微生物）、６…散気ガス（二酸化炭素）、９，２９，３９…光分散担体（光合成微生物培養用光分散担体）、９ａ，１９ａ，２９ａ…殻、９ｂ，２９ｂ，３９ｂ…充填材、Ｓ…液面。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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