(57)【要約】【課題】本発明の課題は、経済性と事業性を確保できる効率的な藻油の製造システム・方法を提供することにある。【解決手段】マイクロバブル発生器、及び該マイクロバブル発生器に連通した泡沫分離槽を備える、新規な藻類回収装置、ならびに、これを利用した藻油を製造するためのシステム及び方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロバブル発生器、及び該マイクロバブル発生器に連通した泡沫分離槽を備える藻類回収装置であって、
前記マイクロバブル発生器は、圧力制御手段を備え、ここで、該圧力制御手段により、マイクロバブル発生器内を加圧することでマイクロバブル発生器内の培養液に空気を溶解させ、その後、マイクロバブル発生器内を減圧することで該培養液にマイクロバブルを発生させ、そして
前記泡沫分離槽は、入水口、濃縮藻回収口、及び余剰水回収口を備え、ここで、該濃縮藻回収口は該泡沫分離槽の上部に位置し、該余剰水回収口は該泡沫分離槽の下部に位置し、該入水口から前記マイクロバブルを含む培養液が導入され、該マイクロバブルは、該泡沫分離槽内を旋回上昇しながら気泡を形成し、該気泡に凝集した藻類が付着した泡沫状濃縮藻は該濃縮藻回収口から回収され、そして、前記培養液から分離された余剰水は該余剰水回収口から回収されることを特徴とする、藻類回収装置。
【請求項２】
前記マイクロバブル発生器内の加圧下の圧力が、０．０５〜１ＭＰａであり、減圧下の圧力が、大気圧付近である、請求項１に記載の藻類回収装置。
【請求項３】
前記マイクロバブルを含む培養液が該泡沫分離槽の上部接線方向に導入される、請求項１又は２に記載の藻類回収装置。
【請求項４】
前記泡沫分離槽の下部に充填材を備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の藻類回収装置。
【請求項５】
前記泡沫分離槽の最下部に連通したホッパー部、及び該ホッパー部に連結した上昇管を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の藻類回収装置。
【請求項６】
前記上昇管が、前記泡沫分離槽内の液面の高さを調整するための手段を備える、請求項５に記載の藻類回収装置。
【請求項７】
種藻製造装置、該種藻製造装置と連通した藻類培養装置、該藻類培養装置と連通した濃縮藻回収装置、該濃縮藻回収装置と連通した藻類成熟化装置、該藻類成熟化装置と連通した成熟藻回収装置、該成熟藻回収装置と連通した藻油回収装置、該藻油回収装置と連通したバイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）化装置、及びＢＤＦ化装置と連通した水素添加装置を備える、藻油製造システムであって、前記濃縮藻回収装置及び成熟藻回収装置が、請求項１〜６のいずれか１項に記載の藻類回収装置であることを特徴とする、藻油製造システム。
【請求項８】
前記濃縮藻回収装置における泡沫分離槽で回収された泡沫状濃縮藻が、前記藻類成熟化装置に供され、そして、前記濃縮藻回収装置における泡沫分離槽で回収された余剰水が、前記藻類培養装置に供される、請求項７に記載の藻油製造システム。
【請求項９】
前記種藻製造装置が、チューブ式培養槽、及び該チューブ式培養槽の出口に連通した種藻調整循環槽を備える、請求項７又は８に記載の藻油製造システム。
【請求項１０】
前記チューブ式培養槽の配管口径が５０ ｍｍ〜１００ ｍｍである、請求項９に記載の藻油製造システム。
【請求項１１】
前記チューブ式培養槽を流れる培養液の線流速が０．１ｍ／秒である、請求項９又は１０に記載の藻油製造システム。
【請求項１２】
比重が約１である球状のボールを配管内に通過させることにより、前記チューブ式培養槽が洗浄される、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の藻油製造システム。
【請求項１３】
前記チューブ式培養槽の配管内のＣＯ2濃度が大気濃度の約１０倍である、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の藻油製造システム。
【請求項１４】
前記藻類培養装置が、レースウェイ式培養槽又は円形ポンド式培養槽、栄養塩類注入設備、及び炭酸ガス溶解設備を備える、請求項７〜１３のいずれか１項に記載の藻油製造システム。
【請求項１５】
前記レースウェイ式培養槽又は円形ポンド式培養槽の水深が０．３〜０．５ｍである、請求項７〜１４のいずれか１項に記載の藻油製造システム。
【請求項１６】
前記濃縮藻回収装置における泡沫分離槽で回収された余剰水が、前記藻類培養装置に供される前に紫外線照射処理される、請求項７〜１５のいずれか１項に記載の藻油製造システム。
【請求項１７】
前記藻類成熟化装置が、中心駆動レーキ及び集藻コーン部を有する円形ポンド式培養槽を備える、請求項７〜１６のいずれか１項に記載の藻油製造システム。
【請求項１８】
前記藻類成熟化装置が、藻類に色を感知するためのカラーセンサーを備える、請求項７〜１７のいずれか１項に記載の藻油製造システム。
【請求項１９】
前記藻油回収装置が、細胞壁破砕装置、及び該細胞壁破砕装置ですり潰された藻のスラリーを油脂分と水分と固形分に分離するための三相分離装置を備える、請求項７〜１８のいずれか１項に記載の藻油製造システム。
【請求項２０】
藻類からバイオ燃料を産生するための方法であって、以下の工程：
（１）チューブ式培養槽において、所望の種藻を培養する工程；
（２）レースウェイ式培養槽又は円形ポンド式培養槽において、前記工程（１）にて培養した種藻を大量培養する工程；
（３）濃縮藻を回収する工程であって、
（３−１）前記工程（２）で得られた培養液をマイクロバブル発生器に供し、該マイクロバブル発生器内を加圧することでマイクロバブル発生器内の培養液に空気を溶解させ、その後、該マイクロバブル発生器内を減圧することで該培養液中にマイクロバブルを発生させる工程、及び
（３−２）前記工程（３−１）で得られたマイクロバブルを含む培養液を泡沫分離槽に供し、該マイクロバブルを泡沫分離槽内で旋回上昇させることにより、気泡を形成させ、該気泡に凝集した藻類が付着した泡沫状濃縮藻を該濃縮藻回収口から回収し、そして、前記培養液から分離された余剰水を、該余剰水回収口から回収する工程、を含む工程；
（４）中心駆動レーキ及び集藻コーン部を有する円形ポンド式培養槽において、前記工程（３−２）で回収した濃縮藻を成熟化させる工程；
（５）前記工程（４）で得た成熟藻類を前記工程（３）と同様にして回収する工程；
（６）前記工程（５）で回収した成熟藻類の細胞壁を破砕して、成熟藻類中に含有される油脂を抽出する工程；
（７）前記工程（６）で抽出した油脂をバイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）化する工程；及び
（８）前記工程（７）で得たＢＤＦを水素添加する工程、
を含む、方法。
【請求項２１】
前記マイクロバブル発生器内の加圧下の圧力が、前記マイクロバブル発生器内の加圧下の圧力が、０．０５〜１ＭＰａであり、減圧下の圧力が、大気圧付近である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記工程（３−２）において、マイクロバブルを含む培養液が泡沫分離槽の上部接線方向に導入される、請求項２０又は２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記工程（３−２）で回収した余剰水が工程（２）の培養液として使用される、請求項２０〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記余剰水が紫外線照射処理される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記チューブ式培養槽の配管口径が５０ ｍｍ〜１００ ｍｍである、請求項２０〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記工程（１）において、チューブ式培養槽を流れる培養液の線流速が０．１ｍ／秒である、請求項２０〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記工程（１）において、比重が約１である球状のボールを配管内に通過させることにより、前記チューブ式培養槽が洗浄される、請求項２０〜２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記工程（１）において、チューブ式培養槽の配管内のＣＯ2濃度が大気濃度の約１０倍である、請求項２０〜２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記工程（２）において、培養液に栄養塩類及び炭酸ガスが添加される、請求項２０〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記工程（２）において、レースウェイ式培養槽又は円形ポンド式培養槽の水深が０．３〜０．５ｍである、請求項２０〜２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記工程（４）において、中心駆動レーキ及び集藻コーン部を有する円形ポンド式培養槽の水深が０．３〜０．５ｍである、請求項２０〜３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
前記工程（４）において、カラーセンサーで藻類の色を感知することにより、藻類の成熟化を判断する、請求項２０〜３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記工程（６）において、成熟藻類にメタノールを暴露させる、請求項２０〜３２のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロバブル発生器、及び該マイクロバブル発生器に連通した泡沫分離槽を備える、新規な藻類回収装置、ならびに、これを利用した藻油を製造するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、化石資源の利用は、地球温暖化や環境汚染に象徴されるような深刻な問題の要因になっている。さらに、グローバルな産業の拡大によって、化石燃料の資源の枯渇という問題が懸念されている。このような中、植物などの生物資源を原料として製造されるバイオ燃料への関心が高まっている。しかしながら、従来のバイオ燃料は食料を原料としているなどの問題があった。そこで、新たなバイオ燃料として、食料と競合せず、かつ持続可能なバイオ燃料の原料が依然として必要とされる。
【０００３】
このようなバイオ燃料の原料として、光合成を行うことで油脂類を蓄える藻類が注目されており、この油脂類を蓄えた藻類から効率よく油脂類を抽出するプロセスの研究が３０年以上にもわたり進められてきたが、依然として、地下資源に由来する油脂類に比較して安価なバイオ燃料の商業的生産は達成されていない。このような理由としては、藻類中の油脂の含有率の低さ、自然環境下での藻類の培養の困難性、油脂分を含有する藻類の回収における非効率性、及び藻類からの油脂の抽出における非効率性などが主に考えられる。
【０００４】
藻類中の油脂の含有率の低さに関する課題を解決するために、これまでに、多くの研究者が、数万種類もの藻類を発見し、脂質含有率の高い藻類の発見に注力してきたが、その多くは、乾燥藻類重量あたり約３０％以下であり、今後、更に含有率を高めるため遺伝子操作や新規藻類探索が必要とされる。
【０００５】
藻類の培養方法としては、一般の植物栽培と同様、光合成を利用した培養技術により、光、炭酸ガス及び栄養塩を利用して一定の環境下で培養することが知られているが、これらの多くは既存技術と考えられる。例えば、微細藻類を効率よく増殖させるために、微細藻類の光合成反応に必要な光を培養液中に均一に分散照射するための光源及び攪拌器を備えたバイオリアクターやこれを用いた微細藻類の培養方法（特許文献１）、微細藻類の増殖に適した波長を発する光源を備えた培養装置やこれを用いた微細藻類の培養方法（特許文献２）、ならびに従属栄養条件で微細藻類の呼吸によって発生する二酸化炭素を微細藻類の光合成に活用するために、従属栄養条件でも微細藻類の光合成における光反応系に有効な光質及び光量子を照射するための光源を備えた連続培養装置やこれを用いた微細藻類の連続培養方法（特許文献３）が知られている。
【０００６】
また、藻類は、多くの場合ミクロン単位の微細な細胞で構成されているため、沈降も浮上もせずに固体表面に付着するか、水中に懸濁しており、このような藻類の回収技術としては、エネルギー効率が極めて悪い遠心分離法や凝集法（特許文献４）が知られているに過ぎない。
【０００７】
回収した藻類から油脂類を抽出する方法については、例えば、酸性触媒を用いた加水分解により藻類中のリン脂質から遊離脂肪酸を回収する方法（特許文献５）や、抽出の効率化を図るために、ホモジナイザー、ビーズミル、ボールミルなどを用いて藻類の細胞を破壊する方法が知られている（特許文献６〜９）。しかしながら、抽出における最適な条件や工程ごとの組み合わせについては検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１０／１００７９５号
【特許文献２】国際公開第２０１１／０６５４４５号
【特許文献３】特開２０１２−１８３００２号公報
【特許文献４】特開２０１１−２１２６２４公報
【特許文献５】特許第５６１１４２９号公報
【特許文献６】特開２０１１−２１２６２４公報
【特許文献７】特開２０１１−２１２６２４公報
【特許文献８】特開２０１１−２１２６２４公報
【特許文献９】特開２０１１−２１２６２４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、経済性と事業性を確保できる効率的な藻油の製造システム・方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、この度、鋭意検討した結果、マイクロバブル発生器、及び該マイクロバブル発生器に連通した泡沫分離槽を備える新規な藻類回収装置を用いて、藻油を効率的に得ることに成功した。
【００１１】
本発明は、以下の発明を包含する：
［１］  マイクロバブル発生器、及び該マイクロバブル発生器に連通した泡沫分離槽を備える藻類回収装置であって、
前記マイクロバブル発生器は、圧力制御手段を備え、ここで、該圧力制御手段により、マイクロバブル発生器内を加圧することでマイクロバブル発生器内の培養液に空気を溶解させ、その後、マイクロバブル発生器内を減圧することで該培養液にマイクロバブルを発生させ、そして
前記泡沫分離槽は、入水口、濃縮藻回収口、及び余剰水回収口を備え、ここで、該濃縮藻回収口は該泡沫分離槽の上部に位置し、該余剰水回収口は該泡沫分離槽の下部に位置し、該入水口から前記マイクロバブルを含む培養液が導入され、該マイクロバブルは、該泡沫分離槽内を旋回上昇しながら気泡を形成し、該気泡に凝集した藻類が付着した泡沫状濃縮藻は該濃縮藻回収口から回収され、そして、前記培養液から分離された余剰水は該余剰水回収口から回収されることを特徴とする、藻類回収装置。
［２］  前記マイクロバブル発生器内の加圧下の圧力が、０．０５〜１ＭＰａであり、減圧下の圧力が、大気圧付近である、［１］に記載の藻類回収装置。
［３］  前記マイクロバブルを含む培養液が該泡沫分離槽の上部接線方向に導入される、［１］又は［２］に記載の藻類回収装置。
［４］  前記泡沫分離槽の下部に充填材を備える、［１］〜［３］のいずれかに記載の藻類回収装置。
［５］  前記泡沫分離槽の最下部に連通したホッパー部、及び該ホッパー部に連結した上昇管を備える、［１］〜［４］のいずれかに記載の藻類回収装置。
［６］  前記上昇管が、前記泡沫分離槽内の液面の高さを調整するための手段を備える、［５］に記載の藻類回収装置。
［７］  種藻製造装置、該種藻製造装置と連通した藻類培養装置、該藻類培養装置と連通した濃縮藻回収装置、該濃縮藻回収装置と連通した藻類成熟化装置、該藻類成熟化装置と連通した成熟藻回収装置、該成熟藻回収装置と連通した藻油回収装置、該藻油回収装置と連通したバイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）化装置、及びＢＤＦ化装置と連通した水素添加装置を備える、藻油製造システムであって、前記濃縮藻回収装置及び成熟藻回収装置が、［１］〜［６］のいずれかに記載の藻類回収装置であることを特徴とする、藻油製造システム。
［８］  前記濃縮藻回収装置における泡沫分離槽で回収された泡沫状濃縮藻が、前記藻類成熟化装置に供され、そして、前記濃縮藻回収装置における泡沫分離槽で回収された余剰水が、前記藻類培養装置に供される、［７］に記載の藻油製造システム。
［９］  前記種藻製造装置が、チューブ式培養槽、及び該チューブ式培養槽の出口に連通した種藻調整循環槽を備える、［７］又は［８］に記載の藻油製造システム。
［１０］  前記チューブ式培養槽の配管口径が５０ ｍｍ〜１００ ｍｍである、［９］に記載の藻油製造システム。
［１１］  前記チューブ式培養槽を流れる培養液の線流速が０．１ｍ／秒である、［９］又は［１０］に記載の藻油製造システム。
［１２］  比重が約１である球状のボールを配管内に通過させることにより、前記チューブ式培養槽が洗浄される、［９］〜［１１］のいずれかに記載の藻油製造システム。
［１３］  前記チューブ式培養槽の配管内のＣＯ2濃度が大気濃度の約１０倍である、［９］〜［１２］のいずれかに記載の藻油製造システム。
［１４］  前記藻類培養装置が、レースウェイ式培養槽又は円形ポンド式培養槽、栄養塩類注入設備、及び炭酸ガス溶解設備を備える、［７］〜［１３］のいずれかに記載の藻油製造システム。
［１５］  前記レースウェイ式培養槽又は円形ポンド式培養槽の水深が０．３〜０．５ｍである、［７］〜［１４］のいずれかに記載の藻油製造システム。
［１６］  前記濃縮藻回収装置における泡沫分離槽で回収された余剰水が、前記藻類培養装置に供される前に紫外線照射処理される、［７］〜［１５］のいずれかに記載の藻油製造システム。
［１７］  前記藻類成熟化装置が、中心駆動レーキ及び集藻コーン部を有する円形ポンド式培養槽を備える、［７］〜［１６］のいずれかに記載の藻油製造システム。
［１８］  前記藻類成熟化装置が、藻類に色を感知するためのカラーセンサーを備える、［７］〜［１７］のいずれかに記載の藻油製造システム。
［１９］  前記藻油回収装置が、細胞壁破砕装置、及び該細胞壁破砕装置ですり潰された藻のスラリーを油脂分と水分と固形分に分離するための三相分離装置を備える、［７］〜［１８］のいずれかに記載の藻油製造システム。
［２０］  藻類からバイオ燃料を産生するための方法であって、以下の工程：
（１）チューブ式培養槽において、所望の種藻を培養する工程；
（２）レースウェイ式培養槽又は円形ポンド式培養槽において、前記工程（１）にて培養した種藻を大量培養する工程；
（３）濃縮藻を回収する工程であって、
（３−１）前記工程（２）で得られた培養液をマイクロバブル発生器に供し、該マイクロバブル発生器内を加圧することでマイクロバブル発生器内の培養液に空気を溶解させ、その後、該マイクロバブル発生器内を減圧することで該培養液中にマイクロバブルを発生させる工程、及び
（３−２）前記工程（３−１）で得られたマイクロバブルを含む培養液を泡沫分離槽に供し、該マイクロバブルを泡沫分離槽内で旋回上昇させることにより、気泡を形成させ、該気泡に凝集した藻類が付着した泡沫状濃縮藻を該濃縮藻回収口から回収し、そして、前記培養液から分離された余剰水を、該余剰水回収口から回収する工程、を含む工程；
（４）中心駆動レーキ及び集藻コーン部を有する円形ポンド式培養槽において、前記工程（３−２）で回収した濃縮藻を成熟化させる工程；
（５）前記工程（４）で得た成熟藻類を前記工程（３）と同様にして回収する工程；
（６）前記工程（５）で回収した成熟藻類の細胞壁を破砕して、成熟藻類中に含有される油脂を抽出する工程；
（７）前記工程（６）で抽出した油脂をバイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）化する工程；及び
（８）前記工程（７）で得たＢＤＦを水素添加処理する工程、
を含む、方法。
［２１］  前記マイクロバブル発生器内の加圧下の圧力が、０．０５〜１ＭＰａ、好ましくは０．２〜０．３ＭＰａであり、減圧下の圧力が、大気圧付近である、［２０］に記載の方法。
［２２］  前記工程（３−２）において、マイクロバブルを含む培養液が泡沫分離槽の上部接線方向に導入される、［２０］又は［２１］に記載の方法。
［２３］  前記工程（３−２）で回収した余剰水が工程（２）の培養液として使用される、［２０］〜［２２］のいずれかに記載の方法。
［２４］  前記余剰水が紫外線照射処理される、［２３］に記載の方法。
［２５］  前記チューブ式培養槽の配管口径が５０ ｍｍ〜１００ ｍｍである、［２０］〜［２４］のいずれかに記載の方法。
［２６］  前記工程（１）において、チューブ式培養槽を流れる培養液の線流速が０．１ｍ／秒である、［２０］〜［２５］のいずれかに記載の方法。
［２７］  前記工程（１）において、比重が約１である球状のボールを配管内に通過させることにより、前記チューブ式培養槽が洗浄される、［２０］〜［２６］のいずれかに記載の方法。
［２８］  前記工程（１）において、チューブ式培養槽の配管内のＣＯ2濃度が大気濃度の約１０倍である、［２０］〜［２７］のいずれかに記載の方法。
［２９］  前記工程（２）において、培養液に栄養塩類及び炭酸ガスが添加される、［２０］〜［２８］のいずれかに記載の方法。
［３０］  前記工程（２）において、レースウェイ式培養槽又は円形ポンド式培養槽の水深が０．３〜０．５ｍである、［２０］〜［２９］のいずれかに記載の方法。
［３１］  前記工程（４）において、中心駆動レーキ及び集藻コーン部を有する円形ポンド式培養槽の水深が０．３〜０．５ｍである、［２０］〜［３０］のいずれかに記載の方法。
［３２］  前記工程（４）において、カラーセンサーで藻類の色を感知することにより、藻類の成熟化を判断する、［２０］〜［３１］のいずれかに記載の方法。
［３３］  前記工程（６）において、成熟藻類にメタノールを暴露させる、［２０］〜［３２］のいずれかに記載の方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、効率的かつ持続的にバイオ燃料を供給することが可能となり、バイオ燃料の製造において十分な経済性・事業性を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の藻油製造システムにおける藻類の培養からＢＤＦ化、水素添加までのブロックフロー図である。
【図２】本発明の藻油製造システムにおける種藻製造装置の機器フロー図である。
【図３】本発明の藻油製造システムにおける藻類培養装置の機器フロー図である。
【図４】本発明の藻油製造システムにおける濃縮藻回収装置の機器フロー図である。
【図５】本発明の藻油製造システムにおける藻類成熟化装置の機器フロー図である。
【図６】本発明の藻油製造システムにおける成熟藻回収装置の機器フローシートである。
【図７】本発明の藻油製造システムにおける藻油回収装置の機器フロー図である。
【図８】本発明の藻類回収装置における泡沫分離機構図である。
【図９】本発明の藻類回収装置により回収された藻類スラリーの写真である。
【図１０】モデル試験による成熟前の培養藻類と成熟後の培養藻類の写真である。
【００１４】
種藻製造装置：
本発明において用いられる種藻製造装置は、チューブ式培養槽及び種藻調整循環槽を備える。このような種藻製造装置により、油脂生産に有利な藻類を純粋培養に近く、かつ高濃度に培養することが可能となる。
【００１５】
本発明において種藻として用いられる藻類は、バイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）の原料となり得る油脂を含有する限り特に制限されることはないが、例えば、アンキストロデスムス属（Ankistrodesmus）、デスモデスムス属（Desmodesmus）、セネデスムス属（Scenedesmus）、クロレラ属（Chlorella）、クラミドモナス属（Chlamydomonas）及びモノラフィディウム属（Monoraphidium）に属する微細藻類が挙げられる。
【００１６】
既存のチューブ式培養槽においては、配管の内壁に藻類が付着することによる光の遮断、配管内の光合成反応で発生する酸素の過剰発生、液温の上昇といった課題が存在する。
【００１７】
本発明で用いられるチューブ式培養槽においては、配管口径を５０ ｍｍ〜１００ ｍｍとして表面積を確保した上で、配管を流れる線流速を０．０５〜１．０ｍ／秒以上（好ましくは０．１〜０．５ｍ／秒）とすることにより、培養藻類が内壁に付着することを防ぐことができる。比重が約１の球状のボールを定期的に通過させて、配管内を接触洗浄してもよい。また、配管内のＣＯ2濃度が大気濃度の約１０倍程度になるように配管内に事前に調整し、配管内の過剰溶存酸素は、チューブ式培養槽の排出口付近に種藻調整循環槽を設けて、その中に設けた散気筒で大気解放して過剰溶存酸素を大気に放出することが好ましい。種藻調整循環槽において電気伝導度計を用いて、培養液の栄養塩類の制御・調整を行うこともできる。
【００１８】
種藻調整循環槽からチューブ式培養槽に循環を行う過程で、熱交換器を設けて、培養温度を１５〜３０℃、好ましくは２５±３〜４℃に制御する。光量子計のデータ（光量子積算量）をコンピューターで補足し、必要な場合は人工の照明設備を点灯することもできる。
【００１９】
藻類培養装置：
本発明において用いられる藻類培養装置は、レースウェイ式培養槽又は円形ポンド式培養槽、ならびに栄養塩類注入設備及び炭酸ガス溶解設備を備える。このような藻類培養装置により、上記の種藻製造装置で製造した種藻を大量培養することが可能となる。
【００２０】
既存の藻類培養装置においては、光量子量の不足、混入汚染対策の欠如、及び明期・暗期、ＣＯ2、温度、栄養塩、水位の制御に関する知見の欠如といった課題が存在する。
【００２１】
本発明において用いられる藻類培養装置においては、レースウェイ式培養槽又は円形ポンド式培養槽の水深を０．２〜１．０ｍ（好ましくは０．３〜０．５ｍ）とすることにより、光量子が確保される。また、培養槽の各所にエアレーターを設け撹拌を促し、大気中の炭酸ガスの溶解と光合成によって発生する酸素の放出が促される。上記種藻製造装置から得られた種藻を高濃度で、優占藻類が一定濃度で保たれる。後述の藻類回収装置からの循環液をＵＶ（紫外線）処理し雑菌を一定量以下に保ち、優占藻類に有利な環境を作ることができる。太陽光が当たっている日中は撹拌機の回転を上げ激しくし、飛沫による蒸散により水温の上昇を抑制し、夜間は撹拌速度を制御して流動性を保つ程度に稼働してランニングコストを抑えることもできる。後述の藻類回収装置からの循環配管に炭酸濃度計を設け、炭酸の注入量を制御弁で調整し、さらに循環配管出口と熱交換器出口に温度センサーを設けて、熱媒体制御弁を制御することもできる。また、培養槽の中に電気伝導度計、水位計を設けて、栄養塩類および補給水の添加を自動弁で自動的に制御してもよい。
【００２２】
さらに、本発明において用いられる藻類培養装置は、鳥類、昆虫等からの汚染物混入を防ぐために、ビニールハウス様の保護環境装置で覆っても良い。その際、夏季の高温対策として、天井部分に設けた温度計の制御によりフィルター付き換気口から外気を吸引し、反対側のファンで排気することが好ましい。冬季は、湿度が下がりビニール表面に結露して受光を妨げるのを防止するため、ファンの回転数を制御して換気してもよい。光量子量の積算量を光量子計で計測し、不足する場合は人工の照明設備を点灯することもできる。
【００２３】
濃縮藻回収装置：
本発明において用いられる濃縮藻回収装置は、マイクロバブル発生器及び泡沫分離槽を備える。このような濃縮藻回収装置においては、マイクロバブルの供給によって藻類の凝集性を促進し、マイクロバブルを凝集させた藻類に付着させ、そして、泡と共に藻類を装置上部に浮上させ回収することが可能となる。回収した泡・藻類以外の分離液は上述の藻類培養装置の培養液として戻される。
【００２４】
既存の藻類回収装置においては、遠心分離の前処理として凝集剤の使用が前提となっており、また、回収後の分離液には栄養塩が残存しているが、培養液として再利用する仕組みは備えていない。したがって、無機凝集剤を用いた場合、分離液に金属塩類が混入することや、金属塩類が残留する場合には、前段の培養の培養液としての使用に弊害がある。また藻体細胞残渣にも金属塩が含まれるため、残渣の有効利用が困難になるといった課題が存在する。
【００２５】
本発明において用いられる濃縮藻回収装置においては、マイクロバブル発生器に上記藻類培養装置からの培養液を通液し、加圧・減圧工程を経て空気を溶解させ、その後開放することでマイクロバブルを発生させる。マイクロバブル発生器内の加圧下の圧力は、０．０５〜１ＭＰａ、好ましくは０．２〜０．３ＭＰａであり、減圧下の圧力は、大気圧付近である。このような加圧・減圧の効果により、油脂生産に有利な藻類の凝集性が生じることが見いだされた。上記藻類培養装置からの培養液は、図８の泡沫分離槽の上部接線方向に導入される。分離槽内は旋回流となり、マイクロバブルは会合してより大きな気泡となる。この気泡に凝集した藻類が付着した形で、図８上部の越流マス（４−Ｃ−３）から泡沫としてあふれ出る。旋回流のため、マイクロバブルが全て上昇するわけではないことから、この弊害の対策として、分離槽下部に充填材（４−Ｃ−２）を置いて旋回流を止める機能を付けた。充填材は傾斜板を多数組み込んだ構造を有することが好ましい。気泡に付着した藻類は、ここで凝集し再浮上させることができる。気泡に付着しなかった藻類は、凝集した状態で下部へ沈降する。図８の充填材（４−Ｃ−２）より下部は整流効果が働き、沈降する藻類は最下部のホッパー部（４−Ｃ−５）に沈降積層する。
【００２６】
藻類の種類によって泡沫浮上の様子が変わる可能性がある。一方で泡沫分離の性能は泡沫分離槽内の液面の高さの影響を受ける。したがって、本発明において用いられる濃縮藻回収装置においては、様々な泡沫不定パターンに対応できるように、泡沫分離槽内の液面の高さの調整機構（４−Ｃ−７）を設けることが好ましい。このような調整機構は、手動でも自動制御でも良い。
本発明において用いられる濃縮藻回収装置は、例えば、分離液が図８の下部コーン（４−Ｃ−４）を経由して最下部のホッパー部から上昇管（４−Ｃ−６）を通じてオーバーフロー部（４−Ｃ−８）を経由後、ＵＶ殺菌器を経由して培養槽に戻るような仕組みを備えても良い。泡沫分離した濃縮藻と最下部のホッパー部に堆積した沈殿物は、濃縮藻混合槽（４−ｄ）に導入され、攪拌機（４−ｄ−２）で混合撹拌脱泡され、そして濃縮藻移送ポンプ（４−ｄ−１）で濃縮藻貯槽（４−ｆ）に移送される。また、上記藻類培養装置の培養槽の藻の色をカラーセンサーで検知し、本回収槽の稼働のオン／オフ制御を行っても良い。
【００２７】
藻類成熟化装置：
本発明において用いられる藻類成熟化装置は、中心駆動レーキ及び集藻コーン部を有する円形ポンド式培養槽を備える。一般的な藻類では、栄養塩類の欠乏状態がきっかけとなり藻類細胞内のでんぷん質や糖質の油脂化が促進される。本願明細書においては、この油脂化が進むプロセスを「成熟化」という。このような藻類成熟化装置により、上記濃縮藻回収装置で回収した藻類を成熟化させ、細胞内の成分を脂質に変換させる。
【００２８】
従来技術においては、「成熟化」に的を絞った制御の方法はほとんど知られていない。上記藻類培養装置の培養槽で長時間をかけて成熟化させることもできるが、時間がかかりすぎて全体の油脂製造の効率が悪くなる。
【００２９】
本発明において用いられる藻類成熟化装置においては、成熟槽（５−ａ）の中心駆動のレーキ（５−ａ−１）で外周部から中心部の集藻コーン部（５−ａ−４）に藻類を移動させながら成熟させ、そこから成熟液循環ポンプ（５−ａ−５）で循環させる。ＣＯ2、光、温度、栄養塩、ＵＶ殺菌等の制御については、上記藻類培養装置の制御方法と同様である。
藻類が脂質を貯め始めると、緑から黄緑、そして黄緑から黄色へと藻類の色が変化することが判明した。したがって、成熟化の指標として、カラーセンサーで藻類の色を感知し、次の成熟藻回収工程のオン／オフ制御を行っても良い。
【００３０】
成熟藻回収装置：
本発明において用いられる成熟藻回収装置は、マイクロバブル発生器及び泡沫分離槽を備える。このような成熟藻回収装置によって、上記藻類成熟化装置で成熟させた藻類を回収することができる。
成熟藻回収装置は、上記濃縮藻回収装置と同様の構造及び回収プロセスに基づく。
【００３１】
藻油回収装置：
本発明において用いられる藻油回収装置は、細胞壁破砕装置、及び該細胞壁破砕装置ですり潰された藻のスラリーを油脂分と水分と固形分に分離するための三相分離装置を備える。このような藻油回収装置により、上記成熟藻回収装置で回収し濃縮した成熟藻から油脂が抽出・回収される。
【００３２】
従来技術においては、ホモジナイザー、ビーズミル及びボールミル、超音波破砕などの機械的処理が行われているが、例えば、ホモジナイザーはフロック状態の藻類の塊を処理するに不適であり、ビーズミルは粉砕効率は高いが、設備コスト、運転コストに難点があり、ボールミルは安価だが粉砕効率が低く、５〜１０μｍ程度の藻類の破砕には適さない、また、超音波破砕は消費エネルギーが大きく対象範囲が狭く大量処理には適さないといった課題が存在する。
【００３３】
本発明において用いられる藻油回収装置においては、細胞壁破砕装置は高速石臼回転方式により石臼間の間隔を調整することで破砕能力が調整される。石臼はセラミック製の突起のあるもので、固定円盤（７−ｂ−１）と高速回転する円盤（７−ｂ−２）の組合せ、その隙間に成熟藻が導入される。三相分離装置（７−ｄ）では、細胞壁破砕装置ですり潰された藻のスラリーが、油脂分と水分と固形分に分離される。本発明において用いられる藻油回収装置では、石臼の摩擦力と摩擦により発生する摩擦熱を利用して細胞壁が破壊され、石臼の間隔の操作により藻の種類、藻の状態を選ばず破砕できる。
【００３４】
破砕された藻体細胞と油脂分の分離が困難な場合は、細胞破砕装置の前に設けられる混合撹拌槽（７−ａ）にメタノール等の溶剤を適量注入混合することで分離効率を高めることができる。
【００３５】
ＢＤＦ化装置：
上記藻油回収装置により回収された藻油は、既存のバイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）化装置によってＢＤＦに変換される。
【００３６】
ＢＤＦは、バイオマス由来の脂質に対して、ディーゼルエンジンに適合するように化学処理することにより改質した燃料の総称である。脂質は粘度が高いなどの特徴を有しており、そのままディーゼルエンジンの燃料として使用した場合、噴射ポンプや噴射ノズルに析出物が付着して不具合が発生することが懸念される。このため、ＢＤＦの産生は、原料となる脂質からグリセリンをエステル交換により取り除き粘度を下げる等の化学処理を施すことにより、脂質を軽油に近い物性に変換することにより行われる。具体的には、脂質にメタノールと触媒を加えてエステル交換反応を起こし、これに酸を加えて中和させたうえで、脂肪酸メチルエステルとグリセリンに分離させる。分離した脂肪酸メチルエステルを水洗処理してアルカリ触媒を取り除き、さらに蒸留処理をすることでメタノールを除去したものが、ＢＤＦとなり、例えば、自動車や船舶などのディーゼルエンジンの燃料として用いることが可能である。この方法でＢＤＦ化装置で得られた粗ＢＤＦは、既存の装置により精製される。例えば、沈殿分離、カラム分離、液相分離、比重分離、蒸留分離など、種々の分離方法を使用することができる。一般には、バイオディーゼルとして国際的に規格化されているものは、脂肪酸メチルエステルのみであるが、必ずしもこれに限定されない。
【００３７】
水素添加装置：
脂肪酸メチルエステルは、水素と触媒下にて高温で反応させて炭化水素化させることにより、更に良質なバイオディーゼル・航空機燃料に変換できる。
【００３８】
本発明により、商業的ベースにおいて経済性を確保する水準でバイオ燃料を効率的に産生することが可能となる。
【００３９】
以下、図１〜８に基づき本発明をより具体的に説明する。なお、本発明はこれにより限定されるものではない。
【実施例】
【００４０】
１．種藻の製造
種藻の製造は、図２に示される「種藻製造装置」により行われる。
一般に、藻類の純粋培養のための設備は、密閉系であり、様々な種類が存在するが、従来の藻類培養における課題は、光と炭酸ガスによる炭酸同化作用をいかにして効率よく行わせ、かつ、受光面の最大化を図るかにある。太陽光の光量子束は、非常に大きく、人工的な照明をはるかに凌いでいる。一方、受光面は、藻類の付着が激しく短期間に光の透過性が落ちる。大口径の透明円筒状のチューブ式培養槽では、表面をレーキ状の掻き採り装置を設けても、濃度が高くなると光の透過が数十センチにも到達しないため口径も５０〜６０ｃｍが最大なる。そのため大規模化には向かない。
【００４１】
そこで、本発明では、配管径を１０ｃｍ以下とし、光の透過を上げ、その距離を延長することで表面積を最大化できる透明配管を有するチューブ式培養槽（２−ａ）を種藻製造装置に採用した。しかしながら、配管距離を伸ばすためにはいくつかの解決すべき課題が存在する。例えば、炭酸ガスの供給、炭酸同化作用で発生する過剰酸素の除去、温度の上昇、配管表面に付着する藻類の剥離洗浄などが挙げられる。
【００４２】
炭酸ガスの供給に関しては、一定濃度の過剰な炭酸でも培養に大きな阻害性を与えることがないため、配管流出端に炭酸濃度計（２−ｂ）を設けることで炭酸の注入量を制御弁（２−ｃ）で制御し、不足が起きないように制御することができる。
【００４３】
過剰酸素の除去に関しては、種藻調整循環槽（２−ｄ）内に設けた散水籠（２−ｄ−１）で循環する培養液が大気中に散水される際、大気中に放出されることで過剰化を防ぐことができる。
【００４４】
温度の上昇に関しては、液温を最適温度２５℃に近く制御するため、熱交換器（２−ｅ）を設置する。熱交換器出口と循環配管出口に温度センサー（２−ｅ−１，２−ｅ−２）をつけコンピューターで熱媒体制御弁（２−ｅ−３）を制御する。
【００４５】
循環液において、炭酸同化作用により藻類濃度が上昇すると、栄養塩類が消費される。また、散水するため、水の蒸発もあり種藻調整循環槽の中に電気伝導度計（２−ｄ−２）と水位計（２−ｄ−３）を設け、栄養塩類の添加や補給水の添加を自動的に行う制御を行う。水位計は、種藻循環ポンプ（２−ｆ）の制御も行う。
【００４６】
種藻の培養は、太陽光に依存するため、曇天や雨天が続くと成長性に阻害が出る。したがって、安定した操業のためには、補光が必要な時があり、光量子量を光量子計（２−ｇ−１）で積算量を計測し、不足する場合は、補光照明パネル（２−ｇ）を点灯する。
【００４７】
チューブ式培養槽は、全配管に太陽光を受けられる様な構造とするため、屋外に設置することが望ましいが、季節による気候変動や曇天・雨天からの影響を受けやすく、安定した運転が困難になる場合があるため、ビニールハウス様の保護環境装置を設置してもよい。
【００４８】
チューブ式培養槽を立ち上げ、高濃度になった種藻を回収するために、種藻貯槽（２−ｈ）が設けられている。この貯槽は、初期立ち上げ時にチューブ式培養槽への培養液の供給で一定濃度の培養液を種藻移送ポンプ（２−ｈ−１）でチューブ式培養槽に送液し、そして、純粋培養で一定濃度になった種藻をチューブ式培養槽から回収して貯留し、次工程の培養槽に送り出すまで貯留する役割を有する。そのため、貯槽底部に散気管（２−ｈ−２）を設け種藻の沈殿腐敗を防止する機能も有している。
【００４９】
付帯設備として、栄養塩溶解槽（２−ｉ）及び栄養塩注入ポンプ（２−ｉ−１）を備えてもよい。
【００５０】
２．藻類の培養
上記で得られた種藻による藻類の培養は、図３に示される「藻類製造装置」により行われる。
培養槽（３−ａ）は、一般に使用されるレースウェイ式培養槽又は円形ポンド式培養槽であってよい。
【００５１】
前記培養槽では、太陽光による炭酸同化作用を最大限にするために、水深を０．３ｍ〜０．５ｍ程度に浅くして、底部まで太陽光が届くように工夫するとともに、エアレーターを各所に設けることにより、藻類の撹拌を促し、大気中の炭酸ガスの培養液への溶解と発生する酸素の放出を促す仕組みを有する。
【００５２】
また、従来使用されてきた多くの開放型オープンポンドやレースウェイ方式の培養槽では、混入汚染や、季節変動などの環境からの妨害因子によって、想定された藻類の増殖が得られないといった課題が存在するため、本発明で用いられる培養槽では、これらの要因を極力排除する工夫が組み込まれている。その１つは、前述の種藻培養工程で純粋培養された藻類を高濃度で種付けすることである。培養槽での対象藻類の優占種化には、一定濃度以上の藻類の添加が重要である。
【００５３】
本発明の藻類製造装置においては、培養液の藻類構成を変化させず、外部から汚染要因を入れないような工夫がなされている。培養液の一部は、培養槽循環ポンプ（３−ａ−１）で次工程の泡沫分離装置に導入されるが、凝集した藻類を分離回収した後の清澄水はＵＶ殺菌され、培養槽に戻される。これにより、培養槽のサイドフィルトレーション効果がもたらされ、雑菌類の除去と殺菌効果で常に雑菌を一定以下に保ち、藻類の増殖の妨害を防いでいる。
【００５４】
また、屋外に設置される培養槽は、季節による気候変動や周囲環境からの影響を受けやすく、安定した運転が困難になる場合があるため、ビニールハウス（３−ｂ）様の保護環境装置を設置することで鳥類や昆虫等からの汚染物混入を防ぐことができる。また、夏場の高温時には、フィルター付きの換気口（３−ｂ−１）から外気を吸引し、反対側のファン（３−ｂ−２）により排気される。ファンは、天井部分に設けられた温度計の制御を受けて稼働する。冬季は、逆に湿度が上がりビニール表面に結露して受光を妨げるのを防止すため回転数を制御して換気する。
【００５５】
藻類の培養は、太陽光に依存しているため、曇天や雨天が続くと成長性に影響が出る。安定した操業のためには、補光が必要な場合があり、光量子量を光量子計（３−ｃ−１）で積算量を計測し、不足する場合は、補光照明パネル（３−ｃ−２）を点灯する。
【００５６】
培養槽（３−ａ）では、明期は、炭酸同化作用が進み、暗期では、自己酸化が進むため、陽光が当たっている間は、撹拌機（３−ａ−２）の回転を上げて激しくし、飛沫による蒸散により水温の上昇を抑制し、夜間は、撹拌速度を制御して流動性を保つ程度に稼働させる仕組みを備える。
【００５７】
上記培養槽の炭酸の供給に関しては、一定濃度の過剰な炭酸でも培養に大きな阻害性を与えることがないため、循環配管に炭酸濃度計（３−ｄ−１）を設けることで炭酸の注入量を制御弁（３−ｄ−２）で制御し不足が起きないように制御することができる。
【００５８】
温度の上昇の問題に関しては、液温を最適温度２５℃に近く制御するため、熱交換器（３−ｅ）を設置する。熱交換器出口と循環配管出口に温度センサー（３−ｅ−１，３−ｅ−２）をつけ、コンピューターで熱媒体制御弁（３−ｅ−３）を制御する。
【００５９】
上記培養液は、炭酸同化作用により藻類濃度が上昇し、それに従い、栄養塩類を消費する。培養液の次工程での泡沫分離に伴うロスや撹拌機の稼働に伴うロスおよび水の蒸発もあり培養槽の中に電気伝導度計（３−ａ−３）と水位計（３−ａ−４）を設け、栄養塩類の添加や補給水の添加を自動弁（３−ａ−５）（３−ａ−６）等で自動的に行う制御を行う。水位計は、循環ポンプ（３−ａ−１）の制御も行う。
【００６０】
３．濃縮藻の回収
上記で培養された藻類の回収は、図４に示される「濃縮藻回収装置」により行われる。
具体的には、上記培養槽で一定濃度になった藻類は、培養槽循環ポンプ（３−ａ−１）の循環配管より一定量引き抜かれ、培養藻受槽（４−ａ）に継続的に供され、オーバーフロー水は、上記培養槽に戻される。受槽では底部に散気管（４−ａ−１）を設け、曝気し藻類の均質化を図る。
【００６１】
上記受槽からマイクロバブル発生器（４−ｂ）に培養液を通液し、加圧・減圧工程を経て培養液に空気を溶解・開放することでマイクロバブルが発生する。その状態で泡沫分離装置（４−ｃ）の分離槽上部（４−ｃ−１）に接線方向に培養液が導入されるため、分離槽内は旋回流となり、マイクロバブルは会合してより大きな気泡となり泡沫分離槽最上部の越流堰（４−ｃ−３）から泡沫として溢れ出る。この際、気泡に藻類が付着し越流するため濃度の高い藻類スラリーが得られる。このスラリーは、濃縮藻混合槽（４−ｄ）へと流出する。
【００６２】
上記泡沫分離槽では、旋回流の存在でマイクロバブルが全て上昇しないため、分離槽下部に充填材（４−ｃ−２）を設け旋回流を止める機能を付与している。充填材は傾斜版を多数組み込んだ構造で、気泡に付着した藻類は凝集させ再浮上させるとともに付着しなかった藻も凝集させ沈降させる。充填材は、整流効果もあり泡沫分離槽下部コーン部（４−ｃ−４）を経由して最下部のホッパー部（４−ｃ−５）に沈降積層する。
【００６３】
藻類を分離した清澄水は、下部コーン部（４−ｃ−４）を経由して最下部のホッパー部から上昇管（４−ｃ−６）を通じてオーバーフロー部（４−ｃ−８）を経由後、殺菌のためのＵＶ殺菌器（４−ｅ）を経由して培養槽に戻る。
【００６４】
上記泡沫分離の性能は、藻類の泡沫による濃縮と越流量で決まるが、その量は、泡沫分離槽内の液面の高さに影響を受ける。そのため、液面制御を行えるよう高さ調整できる機構を設けている。オーバーフロー管の高さ調整機構（４−ｃ−７）の操作で可能としている。
【００６５】
上記濃縮藻混合槽は、泡沫分離した濃縮藻と泡沫分離槽最下部のホッパー部に堆積した沈殿物を受け入れ攪拌機（４−ｄ−２）で混合撹拌脱泡し、濃縮藻移送ポンプ（４−ｄ−１）で濃縮槽貯槽（４−ｆ）に移送する。ポンプ制御のためのＬＳ（４−ｄ−３）を設け空引き防止を行う。
【００６６】
濃縮槽貯槽は、次工程である成熟槽への移送のための濃縮藻移送ポンプ（４−ｆ−１）を備えており、条件が整えば送り出しをする。一旦濃縮藻を貯留するため槽内底部に腐敗防止と沈殿防止の散気管（４−ｆ−２）と液面を監視制御する液面計（４−ｆ−３）を装備している。
【００６７】
藻類回収装置により、濃縮された藻類スラリーが回収された（図９）。
【００６８】
４．藻類の成熟化
上記で回収された濃縮藻の成熟化は、図５に示される「藻類成熟化装置」により行われる。
一般的には、藻類の成熟は、培養槽での長期間の培養で栄養塩類の現象が、成熟化のきっかけとなり藻類細胞内のでんぷん質や糖質の油脂化が促進されるとされている。本発明における藻類の成熟化は、窒素源の不足、及びリン分の不足が油脂化を促進するという知見に基づく。
【００６９】
上記泡沫分離による藻類の濃縮工程において、藻類の高濃度なスラリーが得られるが、このスラリーにおいて、藻類は、培養液中の藻類濃度の１０倍から２０倍に濃縮されており、そのままでは、光の透過は望めないため、成熟槽（５−ａ）では、１０倍から１００倍に希釈して光の透過による炭酸同化作用を行い、同時に成熟化を進める必要がある。
【００７０】
上記成熟槽においても、太陽光による炭酸同化作用を最大限にするため、水深を０．３ｍ〜０．５ｍ程度に浅くし、底まで太陽光が届くよう工夫するとともに、藻類の撹拌を促し、大気中の炭酸ガスの培養液への溶解と発生する酸素の放出を促す仕組みとして培養液の循環を利用した越流堰（５−ａ−３）を備える。しなしながら、従来の多くの開放型オープンポンドやレースウェイ式の培養槽では、季節変動などの環境からの妨害因子で想定された藻類の増殖が得られないといった懸念がある。そこで、本発明においては、ビニールドーム（５−ａ−２）で覆われた円形ポンド式培養槽を採用した。
【００７１】
成熟槽（５−ａ）では、粘性の変化や藻類の性状の変化で凝集性が増加する傾向にあり、中心駆動のレーキ（５−ａ−１）で外周部から中心部の集藻コーン部（５−ａ−４）に藻類を移動させながら成熟させそこから成熟液循環ポンプ（５−ａ−５）で循環する方式を採用した。
【００７２】
上記炭酸ガスの供給に関しては、一定濃度の過剰な炭酸でも培養に大きな阻害性を与えることがないため、配管流出端に炭酸濃度計（５−ａ−６）を設けることで炭酸の注入量を制御弁（５−ａ−７）で制御し不足が起きないように制御することができる。
【００７３】
さらに、藻類成熟化装置においては、成熟液の藻類構成を変化させず、外部からの汚染要因を入れないような工夫がなされている。成熟液の一部は、成熟液循環ポンプ（５−ａ−５）で次工程の泡沫分離装置に導入されるが、凝集した藻類を分離回収した後の清澄水はＵＶ殺菌され、成熟槽に戻される。これにより、成熟槽のサイドフィルトレーション効果をもたらし、雑菌類の除去と殺菌効果で常に雑菌を一定以下に保ち、藻類の増殖の妨害を防いでいる。
【００７４】
また、屋外に設置される成熟槽は、季節による気候変動や周囲環境からの影響を受けやすく、安定した運転が困難になる場合があり、ビニールドーム（５−ａ−２）様の保護環境装置を設置することで鳥類や昆虫等からの汚染物混入を防いでいる。夏場の高温期には、フィルター付きの換気口（５−ｂ−１）から外気を吸引し、反対側のファン（５−ｂ−２）により排気される。ファンは、天井部分に設けられた温度計（５−ｂ−３）の制御を受けて稼働する。冬季は、逆に湿度が上がりビニール表面に結露して受光を妨げるのを防止すため回転数を制御して換気する。
【００７５】
夏場などの温度の上昇の問題に関しては、液温を最適温度２６℃近くに制御するため、熱交換器（５−ｃ）を設置する。熱交換器出口と循環配管出口に温度センサー（５−ｃ−１，５−ｃ−２）をつけコンピューターで熱媒体制御弁（５−ｃ−３）を制御する。
【００７６】
藻類の培養は、太陽光に依存しているため、曇天や雨天が続くと成長性に影響が出る。安定した操業のためには、補光が必要な時があり、光量子量を光量子計（５−ｄ−１）で積算量を計測し、不足する場合は、補光照明パネル（５−ｄ−２）を点灯する。
【００７７】
藻類成熟化装置において、藻類が脂質を貯め始めると、緑から黄緑、そして黄緑から黄色へと藻類の色が変化することがモデル試験で明らかになった（図１０）。
【００７８】
４．成熟藻類の回収
上記で得られた成熟藻類の回収は、図６に示される「成熟藻回収装置」により行われる。
具体的には、上記成熟槽で含油状況になった藻類は、成熟液循環ポンプ（５−ａ−５）の循環配管より一定量引き抜かれ、成熟藻受槽（６−ａ）に継続的に供され、オーバーフロー水は、成熟槽に戻される。受槽では底部に散気管（６−ａ−１）を設け曝気し藻類の均質化を図る。
【００７９】
成熟藻の回収は、前記「濃縮藻の回収」と同様、図８に示される泡沫分離機において行われる。具体的には、上記受槽からマイクロバブル発生器（６−ｂ）に成熟液を通液し、加圧・減圧工程を経て成熟液に空気を溶解・開放することでマイクロバブルが発生する。その状態で泡沫分離装置（６−ｃ）の分離槽上部（６−ｃ−１）に接線方向に培養液が導入されるため、分離槽内は旋回流となり、マイクロバブルは会合してより大きな気泡となり泡沫分離槽最上部の越流堰（６−ｃ−３）から泡沫として溢れ出る。この際、気泡に藻類が付着し越流するため濃度の高い藻類スラリーが得られる。このスラリーは、成熟藻混合槽（６−ｄ）へと流出する。
【００８０】
上記泡沫分離槽では、旋回流の存在でマイクロバブルが全て上昇しないため、分離槽下部に充填材（６−ｃ−２）を設け旋回流を止める機能を付与している。充填材は傾斜版を多数組み込んだ構造で、気泡に付着した藻類は凝集させ再浮上させるとともに付着しなかった藻も凝集させ沈降させる。充填材は、整流効果もあり泡沫分離槽下部コーン部（（６−ｃ−４）を経由して最下部のホッパー部（６−ｃ−５）に沈降積層する。
【００８１】
藻類を分離した清澄水は、下部コーン部（６−ｃ−４）を経由して最下部のホッパー部から上昇管（６−ｃ−６）を通じてオーバーフロー部（６−ｃ−８）を経由後、殺菌のためのＵＶ殺菌器（６−ｅ）を経由して成熟槽に戻る。
【００８２】
上記泡沫分離の性能は、藻類の泡沫による濃縮と越流量で決まるが、その量は、泡沫分離槽内の液面の高さに影響を受ける。そのため、液面制御を行えるよう高さ調整できる機構を設けている。これは、オーバーフロー管の高さ調整機構（６−ｃ−７）の操作で可能となる。
【００８３】
上記濃縮藻混合槽は、泡沫分離した濃縮藻と泡沫分離槽最下部のホッパー部に堆積した沈殿物を受け入れ攪拌機（６−ｄ−２）で混合撹拌脱泡し、成熟藻移送ポンプ（６−ｄ−１）で成熟藻貯槽（６−ｆ）に移送する。ポンプ制御のためのＬＳ（６−ｄ−３）を設け空引き防止を行う。
【００８４】
成熟藻貯槽は、次工程である藻油回収工程の混合撹拌槽への移送のための成熟藻移送ポンプ（６−ｆ−１）を備えており、条件が整えば送り出しをする。一旦成熟藻を貯留するため槽内底部に腐敗防止と沈殿防止の散気管（６−ｆ−２）と液面を監視制御する液面計（６−ｆ−３）を装備している。
【００８５】
５．藻油の回収
上記で回収された成熟藻類からの油脂の回収は、図７に示される「藻油回収装置」により行われる。
成熟した藻類は、細胞内部に油脂分を貯めているため、見かけ上も緑色から黄緑色・褐色に変化することが観察されており、その時期を見極める手段としては、抜き取り分析するしか現状は手段が見出されていない。また、油脂の回収時期を藻類の成熟日数で管理すると光量子量の積算値との整合性が取れなくなることもあり、予定含油率と異なり収率が悪くなることも予測される。また、成熟度と細胞壁の硬さとの相関性も認められており、本工程における調整が必要となる。
【００８６】
具体的には、上記成熟藻貯槽からポンプで移送された成熟藻類は、容積式ポンプ（６−ｆ−１）で定量を混合撹拌槽（７−ａ）に送られ、ここで攪拌機（７−ａ−１）で再度均質化され、オーバーフローで細胞壁破砕装置（７−ｂ）に導入される。この装置は、セラミック製の突起のある臼状のもので、固定円盤（７−ｂ−１）と高速回転する円盤（７−ｂ−２）の組み合せ、その隙間に成熟藻を導入することで摩擦による細胞壁の剪断を行うものである。上記隙間を調整し投入量を調整することで剪断時間を調整し、細胞壁の破壊を行う。
【００８７】
上記工程で、十分な細胞破砕ができない場合や、破砕細胞から油脂分を十分に分離できない場合には、混合撹拌槽（７−ａ）にメタノール等の溶剤を添加してもよい。
【００８８】
細胞壁破砕装置から剪断されて流出してくるスラリー状の液体を破砕スラリー槽（７−ｃ）に受け、容積式のスラリー移送ポンプ（７−ｃ−１）で定量を三相分離装置に導入する。
【００８９】
三相分離装置（７−ｄ）は、スラリー状の液体から比重差で油脂分と水と細胞残渣とを分離する装置であり、高速で回転するセパレーターの遠心力でそれぞれを分離し、油脂分と水分は液状で、細胞残渣は固形状で排出される。油脂分は藻油として藻油受槽（７−ｄ−２）に、残渣は藻残渣受槽（７−ｄ−１）にそれぞれ送られ、水分は有機分を含むため排水処理される。その後、藻油は、藻油移送ポンプ（７−ｄ−３）により藻油貯槽（７−ｅ）に移送される。
【００９０】
藻油は、藻油貯槽に貯留されるが、その後に続くＢＤＦ化や精製工程の障害とならないように窒素ガスによるシールで酸化防止を考慮する必要がある。そのため、圧力計（７−ｅ−３）や安全弁、窒素ガス弁（７−ｅ−４）等を設けている。次の工程に藻油を移送する藻油ポンプ（７−ｅ−１）を設備している。
【００９１】
６．ＢＤＦ化・水素添加
上記で得られた藻油は、慣習的な手段により、バイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）化された後、水素添加される。本発明に用いるＢＤＦ化の方法は、油脂とアルコールから脂肪酸アルキルエステルおよび／またはグリセリンを製造できる方法であれば良く、商業的に採用されているアルカリ触媒法、固定触媒法、酸性触媒法、メタノール蒸気法、酵素法等を用いることができる。
ＢＤＦは脂肪酸のカルボキシル基を残しており酸素を含有している。そのため、酸化による劣化や低温固化等の課題がある。このため、水素ガスや触媒の存在下でエステル化したＢＤＦに含まれる酸素を水素に還元する工程を経て、バイオ航空機燃料とすることができる。
【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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