(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光合成活動を行う光合成微生物を培養する光合成微生物培養層を表面に有し、板状体であってその一面に凹部を形成してなる基板と、前記凹部に前記光合成微生物培養層を供給する光合成微生物培養層供給手段と、前記凹部内の光合成微生物培養層を排出する光合成微生物培養層排出手段と、を備えたことを特徴とする二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材。
【請求項２】
前記凹部を水密に閉塞する光透過部材と、前記凹部及び前記光透過部材によって形成される室に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材。
【請求項３】
前記光合成微生物は、微細藻類であることを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建築物用外装材に関し、特に光合成活動を利用して二酸化炭素を分解する建築物用外装材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より二酸化炭素は、自然界における植物や藻類等の光合成活動によって分解され、適度な濃度に維持されてきた。ところが、工業化が進んだ現在では、化石燃料の消費によって二酸化炭素の発生量が増加している。そして、この二酸化炭素の発生量の増加は、自然界の光合成活動による二酸化炭素の分解能力を上回り、地球温暖化の大きな要因となっている。
【０００３】
前記二酸化炭素を低減する手段としては、二酸化炭素の発生量の削減と、発生した二酸化炭素の分解とが考えられている。これらのうち、二酸化炭素を分解する手段としては、緑地の拡大、すなわち緑化が有効である。特に都市部では緑地が極端に少なく、二酸化炭素の分解の他に景観の向上等の目的で、ビルディング屋上の緑化、道路や公園の植樹、土木工事における緑化コンクリートの使用等が都市部の緑化の一環として行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した緑化は主に植樹によるものであって、植樹にはある程度の空間が必要であることから、緑化が制限されてしまう。また、植えられた樹木は、落葉や害虫の発生、枝による視界の不良等の不都合が生じるおそれがあるとともに、防災上において問題があり、これらの点からも緑化が制限される。
【０００５】
本発明は緑化による二酸化炭素の分解における問題点を解決すべくなされたもので、その目的は、設置にあたり設置箇所が制限されにくい二酸化炭素の分解手段を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材であり、前記目的を達成する手段として、以下に示す構成とされている。
すなわち、本発明の二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材は、光合成活動を行う光合成微生物を培養する光合成微生物培養層を表面に有することを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、ビルディング等の建築物における屋上や外壁等に本発明の二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材を設置することで、前記光合成微生物による光合成活動によって、空気中の二酸化炭素が分解される。
【０００８】
また、本発明の二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材は、板状体の一面に凹部を形成してなる基板と、前記凹部に前記光合成微生物培養層を供給する光合成微生物培養層供給手段と、前記凹部内の光合成微生物培養層を排出する光合成微生物培養層排出手段とを備えると、例えばビルディングの屋上等の水平な平面上に前記二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材を設置でき、かつ前記光合成微生物培養層が連続して供給・排出される。
【０００９】
また、本発明の二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材は、上記構成に加えて前記凹部を水密に閉塞する光透過部材と、前記凹部及び前記光透過部材によって形成される室に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段とを備えると、例えばビルディングの屋上を除く外壁等の非水平な平面上への設置が可能となる。
【００１０】
また、本発明の二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材における光合成微生物は、一般に植物と同等の炭酸同化能力を有する微細藻類であることが望ましい。
以下、本発明の二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材について、詳細に説明する。
【００１１】
本発明における光合成活動とは、光エネルギーを化学的エネルギーに転換する生物的な営みによって二酸化炭素を分解する一連の活動を指している。この光合成活動を行う前記光合成微生物は、光合成細菌と微細藻類とに大別することができる。
【００１２】
光合成細菌には、例えば、硫黄細菌、緑色糸状細菌、紅色非硫黄細菌、ヘリオパクテリウム、高度高塩菌等を例示することができ、一般に、炭酸同化はするが酸素排出はせず、好気・嫌気両極性であるものが多い。また、微細藻類には、例えば、緑藻、ラン藻、褐藻、真正眼点藻等を例示することができ、一般に、植物と同等の光合成活動をするものが多い。
【００１３】
前記光合成微生物培養層は、建築物用外装材の一面に光合成微生物を保持可能であれば良く、光または気体に対する透過性の高いものが望ましい。また、光合成微生物培養層は、保持される光合成微生物の培養に適した環境を作り出せるものが望ましい。光合成微生物培養層には、客土、ジェル、中性コンクリート等を例示することができる。また、前記したように水密に閉塞された室内においては、適度な組成条件の水溶液（培養液）を例示することができる。
【００１４】
前記光透過部材は、太陽光等の照射を受け、光合成活動に必要な光エネルギーを前記光合成微生物に与えるものが望ましい。また、光透過部材は、前記光合成微生物培養層を保持可能な強度を有することが望ましい。光透過部材には、強化ガラス、強化アクリル板等の透明部材や、一部に受けた光を散乱することにより光のむらを低減する加工をした曇りガラス等を例示することができる。
【００１５】
また、光透過部材は、例えば半透膜のように、透過可能な分子の大きさを規定することができる部材を使用することにより、透光性及び通気性の両方を備えたものであっても良い。さらに、光透過部材は、前記光合成微生物の光合成活動に適した波長の光を透過するように着色等の処理を施しても良い。
【００１６】
前記二酸化炭素供給手段は、前記光合成微生物の光合成活動に適した濃度となるように、空気中の二酸化炭素を前記光合成微生物培養層へ供給する手段であることが望ましい。二酸化炭素供給手段は、個々の二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材にそれぞれ設けられても良く、また、前記光合成微生物培養層供給手段によって供給される光合成微生物培養層に、予め所定の濃度となるように二酸化炭素を供給する手段としても良い。
【００１７】
前記二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材は、隣接する二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材と、光合成微生物培養層供給手段及び光合成微生物排出手段の連結によって連結されていても良いし、個々の二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材が連結されることなく独立して光合成微生物の供給及び排出を行うように設置されていても良い。
【００１８】
これらのうち、光合成微生物培養層供給手段及び光合成微生物培養層排出手段が連結される形態によれば、前記光合成微生物が複数の二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材を通過することから、二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材の設置箇所に起因する日照の良否等に左右されず二酸化酸素の分解を安定した条件で行うことができるとともに、排出された光合成微生物を安定した条件で取り出すことができる。排出された光合成微生物は、タンパク質や脂質等の炭化水素を多く含んでおり、栄養価の高い家畜飼料、建築資材原料、コンクリートの混和物等に利用することが可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材を、微細藻類の一種であるラン藻を光合成微生物として使用した一実施の形態に基づき添付した図面を参照しながら説明する。
【００２０】
まず、本実施の形態における構成について説明する。図１は、本実施の形態の二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材で外装されたビルディング１００の概略構成を示している。ビルディング１００は、屋上に二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材（以下、屋上用外装材とする）１が複数設置され、屋上を除く外壁に二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材（以下、外壁用外装材とする）２が複数設置されている。また、ビルディング１００内には、回収設備３が設置されている。
【００２１】
屋上用外装材１は、図２に示されるように、上面に凹部を形成してなる基板１ａと、前記凹部にラン藻培養層を供給するラン藻培養層供給管（光合成微生物培養層供給手段）１ｂと、前記凹部の底部に開口するラン藻培養層排出管１ｃと、ラン藻培養層排出管１ｃから排出されるラン藻培養層の排出量を規定するラン藻培養層排出バルブ１ｄとを備えている。なお、ラン藻培養層排出管１ｃ及びラン藻培養層排出バルブ１ｄは、本発明における光合成微生物培養層排出手段に相当する。
【００２２】
外壁用外装材２は、図３に示されるように、外面に凹部を形成してなる基板２ａと、基板２ａの凹部を外方から水密に閉塞する光透過部材である強化ガラス２ｂと、前記凹部の一側面からラン藻培養層を供給するラン藻培養層供給管２ｃと、前記凹部に供給されたラン藻培養層を排出するように凹部の底面に開口するラン藻培養層排出管２ｄと、ラン藻培養層排出管２ｄから排出されるラン藻培養層の排出量を規定するラン藻培養層排出バルブ２ｅと、前記凹部及び外気を連通し空気中の二酸化炭素を吸引するとともに二酸化炭素を所定の濃度となるよう前記凹部へ吹き出す二酸化炭素供給管（二酸化炭素供給手段）２ｆとを備えている。なお、ラン藻培養層排出管２ｄ及びラン藻培養層排出バルブ２ｅは、屋上用外装材１と同様、本発明における光合成微生物培養層排出手段に相当する。
【００２３】
屋上用外装材１は、隣接する他の屋上用外装材１と、ラン藻培養層排出管１ｃ及びラン藻培養層供給管１ｂを連結することによって連結されている。そして、ビルディング１００屋上の周縁部に設置された屋上用外装材１は、ビルディング１００壁面の上端部に設置された外壁用外装材２と、ラン藻培養層排出管１ｃ及びラン藻培養層供給管２ｃを連結することによって連結されている。さらに、外壁用外装材２は、下方に隣接する他の外壁用外装材２と、ラン藻培養層排出管２ｄ及びラン藻培養層供給管２ｃを連結することによって連結されている。そして、最下位に設置された外壁用外装材２は、ラン藻培養層排出管２ｄによって回収設備３と連結されている。
【００２４】
回収設備３は、図４に示されるように、光合成活動により二酸化炭素を吸収・固定したラン藻（以下、このラン藻を藻体とする）を回収する回収槽３ａと、回収槽３ａで一部の藻体が回収されたラン藻培養層をろ過して残りの藻体を取り除くろ過装置３ｂと、ろ過装置３ｂを通過したラン藻培養層を調整する調整槽３ｃとを備えている。
【００２５】
回収設備３の回収槽３ａには、不織性の捕集板が着脱自在に複数設置されている。また、調整槽３ｃには、新規の培養液を供給する培養液槽３ｄと、新規のラン藻を供給するラン藻槽３ｅと、調整槽３ｃで調整された新規のラン藻培養層を屋上用外装材１へ送液するポンプ３ｆと、調整槽３ｃ内の培養層のｐＨ、温度、濃度等を検出する各種センサ３ｇとが設けられている。調整槽３ｃは、ポンプ３ｆを介してラン藻培養層供給管１ｂによって屋上用外装材１と連結されている。
【００２６】
次に、本実施の形態の前述した構成による作用をラン藻培養層の流れに沿って説明する。調整槽３ｃではラン藻培養層が調整される。まず、培養液層３ｄから新規の培養液が調整槽３ｃへ供給される。このときの培養液は、５mg/lとなるように添加された硝酸カリウム、及び２％の塩化ナトリウムを含む水溶液であり、ｐＨは約８に設定されている。また、培養液の温度は約４０℃に設定されている。この培養液にラン藻が供給されてラン藻培養層となる。
【００２７】
前記ラン藻培養層は、ポンプ３ｆによって屋上用外装材１へ所定の速度で送液される。ラン藻培養層は、基板１ａの凹部に供給され、ラン藻培養層中のラン藻は、日光の照射、及び空気中の二酸化炭素の吸収により光合成活動を行う。この光合成活動の結果、空気中の二酸化炭素は、水と反応することにより酸素及び炭化水素に分解される。ラン藻培養層は、屋上用外装材１のラン藻培養層排出管１ｃから連続して排出される。なお、屋上用外装材１のラン藻培養層排出バルブ１ｄは、所定の開度に設定されており、ラン藻培養層の排出速度を規定している。
【００２８】
前記ラン藻培養層は、図１中の実線の矢印が示す方向へ排出及び供給を繰り返す。すなわち、前記屋上用外装材１から排出されたラン藻培養層は、隣接する他の屋上用外装材１へと供給され、そこでラン藻が前述した光合成活動を行いつつ、さらに隣接する屋上用外装材１へと供給される。このように屋上用外装材１での排出及び供給を繰り返したラン藻培養層は、次いで外壁用外装材２へと供給される。
【００２９】
屋上用外装材１から排出されたラン藻培養層は、ラン藻培養層供給管２ｃを通って、外壁用外装材２の凹部及び強化ガラス２ｂによって形成される室に供給される。前記室に供給されたラン藻培養層は、外壁用外装材２の二酸化炭素供給管２ｆから二酸化炭素の供給を受ける。このとき二酸化炭素供給管２ｆは、ラン藻培養層に対して約５％の濃度となるように二酸化炭素を供給する。
【００３０】
前記ラン藻培養層は二酸化炭素の供給を受けるとともに、強化ガラス２ｂを透過した日光を受け、ラン藻が光合成活動を行う。この光合成活動の結果、二酸化炭素供給管２ｆを介して供給された空気中の二酸化炭素は、水と反応することにより酸素と炭化水素に分解される。光合成活動によって前記藻体になったラン藻は、外壁用外装材２のラン藻培養層排出管２ｄからラン藻培養層とともに排出される。なお、ラン藻培養層排出バルブ２ｅは所定の開度に設定されており、ラン藻培養層の排出速度を規定している。
【００３１】
ラン藻は、前述した屋上用外装材１における排出及び供給の繰り返しと同様に、光合成活動を行いながらラン藻培養層とともに下方に隣接する外壁用外装材２へ順次供給される。そして、最下位の外壁用外装材２から排出されたラン藻培養層は、回収設備３へ供給される。
【００３２】
ラン藻培養層におけるラン藻は、前述した光合成活動によって炭化水素を含む藻体となっており、この炭化水素等を再利用すべく藻体を回収することが望ましい。また、藻体は前述した光合成活動の過程で生じてラン藻培養層を濁らせるため、ラン藻培養層の透光性の悪化等に起因する光合成活動の鈍化が生じる。従って、光合成活動の鈍化を防止するためには、藻体を回収しラン藻培養層を入れ替える必要がある。
【００３３】
前記藻体は回収設備３で回収される。まず、ラン藻培養層中の藻体は、回収槽３ａにおいて沈降し、あるいは回収槽３ａに設置された前記捕集板を通過する際に絡め取られて一部が捕集される。回収槽３ａで沈降した藻体は、培養層ごと回収される。また、捕集板で捕集された藻体は捕集板ごと回収される。
【００３４】
回収槽３ａで一部の藻体が取り除かれたラン藻培養層は、ろ過装置３ｂへ供給され、ここでラン藻培養層中のラン藻のうち、光合成活動の結果藻体になったものが全て取り除かれる。藻体が取り除かれた培養層は、調整槽３ｃへ供給される。回収槽３ａあるいはろ過装置３ｂで回収された藻体は、家畜飼料や建築資材原料、コンクリートの混和剤等に再利用される。
【００３５】
調整槽３ｃでは、藻体が取り除かれた培養層（培養液）を各種センサ３ｇが検出し、この各種センサ３ｇによる検出結果に基づき、培養液槽３ｄから新規の培養液が調整槽３ｃへ供給され、ラン藻の光合成活動に適した前記組成条件の培養液となるよう調整する。そして、ラン藻槽３ｅからは、ラン藻の光合成活動に好適な条件に再調整された培養液へ新規のラン藻が供給される。このようにして調整された新規のラン藻培養層は、ポンプ３ｆで屋上用外装材１へ送液される。
【００３６】
時間の経過に伴い、ビルディング１００のある一壁面の外壁に太陽光が当たらなくなったら、その外壁に設置された外壁用外装材２へラン藻培養層を排出する屋上用外装材１のラン藻培養層排出バルブ１ｄを閉じて、より強い日照の得られる外壁用外装材２へラン藻培養層を集中的に供給しても良い。
【００３７】
また、前記二酸化炭素供給管２ｆに代えて、調整槽３ｃへ空気中の二酸化炭素を吹き込むブロアを設置し、ラン藻培養層に予め所定の濃度（５％程度）の二酸化炭素が含まれるようにしても良い。
【００３８】
本実施の形態における屋上用外装材１は、ラン藻培養層を連続して供給及び排出可能な構成とし、かつ空気中の二酸化炭素を直接吸収する構成としたことから、空気中の二酸化炭素をラン藻の光合成活動によって分解することができる。
【００３９】
また、本実施の形態における外壁用外装材２は、前記構成に加えて、前記凹部及び強化ガラス２ｂによってラン藻培養層を保持可能な構成とし、かつ空気中の二酸化炭素を二酸化炭素供給管２ｆによって供給可能な構成としたことから、ビルディング１００の外壁においてもラン藻の光合成活動によって空気中の二酸化炭素を分解することができる。
【００４０】
また、本実施の形態における回収設備３は、光合成活動によって炭化水素を生成したラン藻（藻体）を回収可能な構成としたことから、光合成活動によって生成した炭化水素（タンパク質や脂質等）を含む、再利用に有用な藻体を回収することができる。
【００４１】
また、本実施の形態における回収設備３は、新規の培養液及び新規のラン藻を供給可能な構成としたことから、光合成活動に伴い二酸化炭素の分解反応が鈍化するラン藻培養層を入れ替えることができ、安定した状態で二酸化炭素の分解及びラン藻の回収（再利用）を行うことができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材は、光合成活動を行う光合成微生物を培養する光合成微生物培養層を表面に有することから、建築物の外壁に設置されることで、地球温暖化の大きな要因となっている空気中の二酸化炭素を分解することができる。
【００４３】
また、本発明の二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材は、前記基板が形成する凹部に前記光合成微生物培養層を供給及び排出可能な構成としたことから、光合成活動の鈍化が生じた光合成微生物培養層を入れ替えることができ、安定した二酸化炭素分解能力を維持することができる。
【００４４】
さらに、本発明の二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材は、前記構成としたことから、前記光合成微生物の回収が可能であるため、光合成微生物が光合成活動の一環として行う二酸化炭素中の炭素の固定化で得られた炭化水素を回収することが可能となる。
【００４５】
また、本発明の二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材は、前記凹部及び光透過部材によって水密な室を形成するとともに、この室へ空気中の二酸化炭素を供給可能な構成としたことから、建築物の非水平な外壁にも設置することができ、今まで活用されにくかったビルディングの側壁等を活用することができ、よって設置にあたり設置箇所が制限されにくい二酸化炭素の分解手段とすることができる。
【００４６】
また、本発明の二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材は、光合成微生物に微細藻類を使用すると、光合成活動による二酸化炭素の分解を効率よく行うことができるとともに、光合成活動によって生成した炭化水素類を含む微細藻類を、様々な分野において原料、あるいはエネルギー源として再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材における一実施の形態を示す全体図である。
【図２】図１に示される屋上用外装材１をII−II線に沿って切断して示す断面図である。
【図３】図１に示される外壁用外装材２をIII−III線に沿って切断して示す断面図である。
【図４】図１に示される回収設備３を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材（屋上用外装材）
１ａ、２ａ  基板
１ｂ、２ｃ  ラン藻培養層供給管
１ｃ、２ｄ  ラン藻培養層排出管
１ｄ、２ｅ  ラン藻培養層排出バルブ
２  二酸化炭素分解機能付き建築物用外装材（外壁用外装材）
２ｂ  強化ガラス
２ｆ  二酸化炭素供給管（二酸化炭素供給手段）
３  回収設備
３ａ  回収槽
３ｂ  ろ過装置
３ｃ  調整槽
３ｄ  培養液槽
３ｅ  ラン藻槽
３ｆ  ポンプ
３ｇ  各種センサ
１００  ビルディング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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