(57)【要約】【課題】少ない稼動エネルギーにより、培養液に対して二酸化炭素を効率的に溶解できる光合成微生物培養装置を提供すること。【解決手段】培養液Ｃを収容し、当該培養液Ｃ中で光合成微生物を培養するための培養槽２Ａとは別に、二酸化炭素溶解装置４を設ける。この二酸化炭素溶解装置４により、培養槽２Ａにおける培養液Ｃの水圧よりも高い水圧下で、培養槽２Ａからの培養液Ｃに対し二酸化炭素を溶解し、当該二酸化炭素が溶解された培養液を培養槽２Ａに供給する。これにより、培養槽２Ａ全体に亘ってエアレーション設備を設ける場合に比して、少ない稼動エネルギーにより、培養液Ｃに対して二酸化炭素を効率的に溶解する。【選択図】図１
2013162762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光合成の際に光エネルギーを吸収すると共に二酸化炭素を取り込む光合成微生物を、培養液中で培養する光合成微生物培養装置であって、
前記培養液を収容し、当該培養液中で前記光合成微生物を培養する培養部と、
前記培養液を収容する溶解槽を有し、当該溶解槽において、前記培養部における前記培養液の水圧よりも高い水圧下で、前記培養部からの前記培養液に対し二酸化炭素を溶解させ、当該二酸化炭素が溶解された培養液を前記培養部に供給する二酸化炭素溶解部と、
を備える光合成微生物培養装置。
【請求項２】
前記溶解槽における水深は、前記培養部における水深よりも深い請求項１に記載の光合成微生物培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光合成の際に光エネルギーを吸収すると共に二酸化炭素を取り込む光合成微生物を培養するための光合成微生物培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光合成の際に光エネルギーを吸収すると共に地球温暖化の元凶である二酸化炭素を取り込んで固定化する光合成微生物が注目されている。ここで、光合成微生物による二酸化炭素の吸収を活発化させるためには、光合成微生物を培養するための培養液に対して、二酸化炭素を効率的に溶解させることが求められる。このような要求に応える構成として、例えば以下の特許文献１には、培養液を収容し培養を行うための藻類ポンド（培養部）に対して、微細気泡エアレーションにより二酸化炭素を放出するエアレーション設備を設けることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１０−５１９９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、培養部にエアレーション設備を設ける場合、効率的に二酸化炭素を溶解させるためには、例えば、培養部全体に亘ってエアレーション設備を設けることが考えられる。しかし、このような場合、エアレーション設備を稼動するための稼動エネルギーが増大してしまう。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、少ない稼動エネルギーにより、培養液に対して二酸化炭素を効率的に溶解できる光合成微生物培養装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る光合成微生物培養装置は、光合成の際に光エネルギーを吸収すると共に二酸化炭素を取り込む光合成微生物を、培養液中で培養する光合成微生物培養装置であって、培養液を収容し、当該培養液中で光合成微生物を培養する培養部と、培養液を収容する溶解槽を有し、当該溶解槽において、培養部における培養液の水圧よりも高い水圧下で、培養部からの培養液に対し二酸化炭素を溶解させ、当該二酸化炭素が溶解された培養液を培養部に供給する二酸化炭素溶解部と、を備える。
【０００７】
本発明に係る光合成微生物培養装置では、培養部とは別に二酸化炭素溶解部が設けられ、この二酸化炭素溶解部により、培養部における培養液の水圧よりも高い水圧下で、培養部からの培養液に対し二酸化炭素が溶解され、当該二酸化炭素が溶解された培養液が培養部に供給される。このため、培養部全体に亘ってエアレーション設備を設ける場合に比して、少ない稼動エネルギーにより、培養液に対して二酸化炭素を効率的に溶解することが可能となる。
【０００８】
ここで、溶解槽における水深は、培養部における水深よりも深いと、溶解槽における培養液と二酸化炭素との接触時間が、培養部における培養液と二酸化炭素との接触時間に比して長くなるため、培養液に対して二酸化炭素がより溶解しやすくなる。このため、本発明に係る光合成微生物培養装置では、培養部にエアレーション設備を設ける場合に比して、培養液に対して二酸化炭素を一層効率的に溶解できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、稼動エネルギーを増大させることなく、培養液に対して二酸化炭素を効率的に溶解できる光合成微生物培養装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の光合成微生物培養装置に係る第一実施形態を示す概略平面構成図である。
【図２】図１中の二酸化炭素溶解装置を示す概略断面図である。
【図３】本発明の光合成微生物培養装置に係る第二実施形態を示す概略平面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の光合成微生物培養装置に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１２】
[第一実施形態]
図１は、本発明の光合成微生物培養装置に係る第一実施形態を示す概略平面構成図である。図１に示すように、光合成微生物培養装置１Ａは、培養液Ｃ中で光合成微生物を培養し、光合成微生物の光合成により二酸化炭素を吸収して固定化するものである。
【００１３】
光合成微生物培養装置１Ａにおいて培養される光合成微生物は、光合成の際に、エネルギー源として光エネルギーを吸収すると共に、炭素源として二酸化炭素を取り込むものである。このような光合成微生物として、例えば、光合成微細藻類の他、ミドリムシや光合成細菌等が挙げられる。このうち、光合成微細藻類としては、例えば、ボツリオコッカス（Botryococcus）属のボツリオコッカス・ブラウニー（Botryococcusbraunii）や、シュードコリシスチス（Pseudochoricystis）属のシュードコリシスチス・エリプソイディア（Pseudochoricystisellipsoidea）等が挙げられる。これらの光合成微細藻類は、光合成を行うことで石油類似の炭化水素（油脂）などの有益物を生成する。
【００１４】
このような光合成微生物を培養する光合成微生物培養装置１Ａは、培養槽（培養部）２Ａ、水車３及び二酸化炭素溶解装置（二酸化炭素溶解部）４を備えている。
【００１５】
培養槽２Ａは、光合成微生物を培養するための培養液Ｃを収容し、当該培養液Ｃ中で光合成微生物を培養する槽である。この培養槽２Ａは、ここでは、レースウェイタイプとされており、長円形状の循環水路をなしている。培養槽２Ａは、屋外に設置される場合には、太陽から太陽光が照射され、室内に設置される場合には、室内や槽内に設けられた光源から光が照射される。培養槽２Ａにおける水深は、槽の底部まで十分光が届くように、例えば５０ｃｍ以下程度と浅くされており、これにより、光合成微生物が良好に光合成を行えるようになっている。
【００１６】
水車３は、培養槽２Ａ内において培養液Ｃの滞留を防止して光合成微生物を好適に培養すべく、培養槽２Ａ内に培養液Ｃの流れを形成するものであり、培養槽２Ａを構成する循環水路の途中に設けられている。この水車３は、培養液Ｃを一方から他方に送り出すことで、培養槽２Ａ中の培養液Ｃの流れを形成する。なお、流れ形成手段としての水車３に代えて、水中ポンプ等を用いてもよい。
【００１７】
二酸化炭素溶解装置４は、培養液Ｃに対し二酸化炭素を溶解させるものであり、培養槽２Ａとは別に設けられている。図２は、図１中の二酸化炭素溶解装置を示す概略断面図である。図２に示すように、二酸化炭素溶解装置４は、二酸化炭素溶解槽４１、培養液導入管４２、培養液返送管４３、ガス導入管４４、ガス供給部４５、多孔質散気装置４６及びガス排出管４７を有している。
【００１８】
二酸化炭素溶解槽４１は、培養液Ｃを収容するための槽であり、ここでは中空球形状を呈している。この二酸化炭素溶解槽４１における水深ｄは、培養槽２Ａにおける水深よりも深くなるように設定されており、ここでは１００〜３００ｃｍ程度とされている。
【００１９】
培養液導入管４２は、培養液Ｃを培養槽２Ａから二酸化炭素溶解槽４１に導入するための配管であり、培養槽２Ａと二酸化炭素溶解槽４１とを連通している（図１参照）。培養液導入管４２は、ここでは二酸化炭素溶解槽４１の側部に接続されている。培養液導入管４２には、培養液Ｃの導入量を調節するための導入量調節弁４２ａが設けられている。また、培養液導入管４２には、培養液Ｃの導入を行う際の動力源となるポンプＰが設けられている。
【００２０】
培養液返送管４３は、培養液Ｃを二酸化炭素溶解槽４１から培養槽２Ａに返送するための配管であり、培養槽２Ａと二酸化炭素溶解槽４１とを連通している（図１参照）。培養液返送管４３は、ここでは二酸化炭素溶解槽４１の側部であって培養液導入管４２よりも下方に接続されている。培養液返送管４３には、培養液Ｃの返送量を調節するための返送量調節弁４３ａが設けられている。培養液Ｃの返送は、上述のポンプＰの動力により培養液Ｃの導入と共に行われる。
【００２１】
ガス導入管４４は、二酸化炭素溶解槽４１に二酸化炭素を導入するための配管であり、二酸化炭素溶解槽４１と、高濃度高圧力の二酸化炭素の供給が可能なガス供給部４５とを接続している。ガス導入管４４は、ここでは二酸化炭素溶解槽４１の下端部に接続され、二酸化炭素溶解槽４１内に進入している。
【００２２】
多孔質散気装置４６は、培養液Ｃに対し二酸化炭素を溶解させるための装置であり、溶解槽４１の内部に設置されている。この多孔質散気装置４６は、多孔質散気板４６ａ、下部フランジ４６ｂ、上部フランジ４６ｃ及びＯリング４６ｄを有している。
【００２３】
多孔質散気板４６ａは、ガス導入管４４から導入された二酸化炭素を微細な気泡にするためのものであり、ここでは略円板状を呈している。この多孔質散気板４６ａは、例えば多孔質のセラミック材、焼結合金、高分子化合物等により形成することが可能である。多孔質散気板４６ａの孔径は、例えば１〜５００μｍ程度とされており、小さいほど培養液Ｃに対し二酸化炭素を良好に溶解させることができる。
【００２４】
下部フランジ４６ｂは略円板状を呈しており、その略中央部に上述のガス導入管４４が貫通され挿入されている。上部フランジ４６ｃは、略円筒状を呈しており、その上端部に内側に突出する鍔部４６ｅが設けられている。そして、多孔質散気板４６ａを上部フランジ４６ｃの内部に挿入して鍔部４６ｅと下部フランジ４６ｂとにより上下方向から挟み、多孔質散気板４６ａと下部フランジ４６ｂとの間にＯリング４６ｄを介した状態で、例えばボルト締結等により下部フランジ４６ｂと上部フランジ４６ｃとを連結することにより、多孔質散気板４６ａが固定されている。これにより、多孔質散気板４６ａと下部フランジ４６ｂとの間に、ガス導入管４４からの二酸化炭素が進入する空間が設けられる。
【００２５】
ガス排出管４７は、二酸化炭素溶解槽４１の内部の気体を外部に排出するための配管であり、二酸化炭素溶解槽４１の内部と外部とを連通している。このガス排出管４７は、ここでは二酸化炭素溶解槽４１の上端部に接続されている。ガス排出管４７には、気体の排出量を調節するためのガス排出量調整弁４７ａが設けられている。
【００２６】
次に、光合成微生物培養装置１Ａの動作について説明する。
【００２７】
光合成微生物培養装置１Ａでは、培養槽２Ａにおいて、培養液Ｃ中の光合成微生物に対して光が照射され、光合成微生物により光合成が行われる。また、水車３により、培養槽２Ａ内に培養液Ｃの循環流が形成される。
【００２８】
二酸化炭素溶解装置４においては、ポンプＰにより、培養液導入管４２を介して培養槽２Ａから二酸化炭素溶解槽４１に培養液Ｃが導入される。また、ガス導入管４４を介してガス供給部４５から二酸化炭素が供給され、多孔質散気板４６ａと下部フランジ４６ｂとの間の空間に進入した二酸化炭素が、多孔質散気板４６ａを通過して培養液Ｃ中を上昇する。多孔質散気板４６ａを通過する際、二酸化炭素は微細な気泡となり、その一部は培養液Ｃ中を上昇する途中で培養液Ｃ中に溶解され、溶解されない残りは二酸化炭素溶解槽４１の上部に溜まる。二酸化炭素溶解槽４１の上部に溜まった二酸化炭素は、ガス排出管４７を介して二酸化炭素溶解槽４１の外部に排出される。そして、二酸化炭素が溶解された培養液Ｃは、培養液返送管４３を介して二酸化炭素溶解槽４１から培養槽２Ａに供給される。このように、培養槽２Ａと二酸化炭素溶解装置４との間で、培養液Ｃが循環される。
【００２９】
ここで、二酸化炭素溶解槽４１においては、導入量調節弁４２ａ、返送量調節弁４３ａ及びガス排出量調整弁４７ａを調節することにより、培養液Ｃの水圧が培養槽２Ａにおける培養液Ｃの水圧よりも高く設定され、例えば０．２〜５ＭＰａ程度に設定される。一般的に、培養液Ｃの水圧が高いほど二酸化炭素は培養液Ｃに溶解しやすいため、二酸化炭素溶解槽４１では、少ない稼動エネルギーにより、培養液Ｃに対し二酸化炭素が良好に溶解される。
【００３０】
以上、本実施形態に係る光合成微生物培養装置１Ａでは、培養槽２Ａとは別に二酸化炭素溶解装置４が設けられ、この二酸化炭素溶解装置４により、培養槽２Ａにおける培養液Ｃの水圧よりも高い水圧下で、培養槽２Ａからの培養液Ｃに対し二酸化炭素が溶解され、当該二酸化炭素が溶解された培養液Ｃが培養槽２Ａに供給される。このため、例えば培養槽２Ａ全体に亘ってエアレーション設備を設ける場合に比して、少ない稼動エネルギーにより、培養液Ｃに対して二酸化炭素を効率的に溶解することが可能となる。
【００３１】
また、光合成微生物培養装置１Ａでは、二酸化炭素溶解槽４１における水深は、培養槽２Ａにおける水深よりも深いため、二酸化炭素溶解槽４１における培養液Ｃと二酸化炭素との接触時間が、培養槽２Ａにおける培養液Ｃと二酸化炭素との接触時間に比して長くなる。このため、培養液Ｃに対して二酸化炭素がより溶解しやすくなり、培養槽２Ａにエアレーション設備を設ける場合に比して、培養液Ｃに対して二酸化炭素を一層効率的に溶解できる。
【００３２】
ここで、例えば培養槽２Ａにエアレーション設備を直接設ける場合、培養液Ｃは大気下にあるため、培養液Ｃに対し二酸化炭素が溶解せずに、培養液Ｃ中に気泡が発生し、この気泡により光合成微生物が損傷されるおそれがある。これに対し、光合成微生物培養装置１Ａでは、培養槽２Ａとは別に設けられた二酸化炭素溶解装置４において、培養液Ｃに対し二酸化炭素が良好に溶解され、二酸化炭素が溶解された状態の培養液Ｃが培養槽２Ａに供給されるため、光合成微生物の損傷を抑制できる。なお、二酸化炭素溶解装置４から培養槽２Ａに供給される培養液Ｃの量に比して、培養槽２Ａ中に存在する培養液Ｃの量の方が多いため、二酸化炭素が溶解された状態の培養液Ｃが大気下の培養槽２Ａに供給されたとしても、気泡に戻る二酸化炭素の量は少なく、光合成微生物の損傷を抑制できる。また、培養槽２Ａ中の培養液ＣのｐＨが高い場合には、気泡に戻る二酸化炭素の量はさらに低減される。
【００３３】
また、光合成微生物培養装置１Ａでは、二酸化炭素溶解槽４１は培養槽２Ａよりも水深が深いため、例えば培養槽２Ａに多孔質散気装置４６を設ける場合に比して、多孔質散気装置４６を容易に設置できる。
【００３４】
また、光合成微生物培養装置１Ａでは、上述のように、培養液Ｃに対して二酸化炭素を効率的に溶解できるため、光合成微生物を良好に培養でき、光合成微生物として油脂を生成する光合成微細藻類を培養する場合には、油脂の生成効率を向上することが可能となる。
【００３５】
[第二実施形態]
図３は、本発明の光合成微生物培養装置に係る第二実施形態を示す概略平面構成図である。図３に示すように、第二実施形態に係る光合成微生物培養装置１Ｂが、第一実施形態に係る光合成微生物培養装置１Ａ（図１参照）と異なる点は、レースウェイタイプの培養槽２Ａに代えて、オープンポンドタイプの培養槽２Ｂを用いた点である。
【００３６】
具体的には、培養槽２Ｂは円形状の槽であり、その中心部から径方向外側に向けて、培養槽２Ｂ内に培養液Ｃの流れを形成する羽根５が延在している。羽根５は、培養槽２Ｂの中心部に回転可能に固定されており、培養槽２Ｂ内を回転移動することにより、培養槽２Ｂ内に培養液Ｃの流れを形成する。
【００３７】
このような光合成微生物培養装置１Ｂが第一実施形態に係る光合成微生物培養装置１Ａと同様な作用・効果を奏することは、言うまでもない。
【００３８】
以上、本発明の光合成微生物培養装置に係る実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、二酸化炭素溶解槽４１の内部には、多孔質散気装置４６が設置されているが、これに代えて、例えば、チューブタイプのエアレーション等が設置されてもよく、要は、培養液Ｃ中に二酸化炭素の微細な気泡を発生できるものであればよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、培養部として、槽である溶解槽２Ａ，２Ｂが用いられているが、これに代えて、池である培養池が用いられてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１Ａ，１Ｂ…光合成微生物培養装置、２Ａ，２Ｂ…培養槽（培養部）、４…二酸化炭素溶解装置（二酸化炭素溶解部）、４１…二酸化炭素溶解槽（溶解槽）。
【図１】
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【図２】
2013162762.tif 000004
【図３】
2013162762.tif 000005