(57)【要約】【課題】  十分な二酸化炭素の固定を、独立した電力供給システムにより行う。【解決手段】  二酸化炭素固定システムにおいて、ユーグレナ藻と、該ユーグレナ藻を培養する培養槽と、該培養槽を制御する制御装置と、該制御装置に接続された通信装置と、該制御装置および通信装置に電力を供給する電力供給装置とより二酸化炭素固定システムを構成する。そして、前記の電力供給装置が、風力発電機と太陽光発電機とを有するものである。【選択図】図１
2009028028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素固定システムであって、
ユーグレナ藻と、
該ユーグレナ藻を培養する培養槽と、
該培養槽を制御する制御装置と、
該制御装置に接続された通信装置と、
該制御装置および通信装置に電力を供給する電力供給装置と、により構成され、
前記電力供給装置が、
風力発電機であって、
風力により回転する回転軸と、
該回転軸に直交して回転軸とともに回転し、永久磁石を配設した円盤により構成される回転子と、
前記回転軸に直交して前記回転子と平行に配設されるコイルを有する電機子と、
を交互に配設した発電機と、
太陽光発電機と、
を有することを特徴とする二酸化炭素固定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、二酸化炭素の固定を行なう技術に関する。より詳しくは、藻類を用いて、独立して二酸化炭素の固定を行なうシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、工業技術の発達に伴う環境の変化を防ぐための試みが行なわれている。特に、空気中の二酸化炭素の削減が重視されており、二酸化炭素の固定化による地球における温室効果の低減が重要な課題とされている。
このような二酸化炭素の固定化のための技術として、植物を用いたものが知られている。例えば、特許文献１に示されるものである。これは、コケの光合成を用いて二酸化炭素の固定を行なうものであり、養液中で曝気攪拌など酸素を含む気体を断続的にコケ類に接触させ攪拌しながら生育させるものである。
【特許文献１】  特開２００６−２５４９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  しかし、二酸化炭素の固定を行なうシステムにおいて、電力などを用いることは、その電力を供給するために、排出される二酸化炭素を考慮しないものであり、不完全なものと考えられる。また、従来の太陽電池を用いる場合には、平均的な日照時間を考慮すると、広大な太陽電池のための空間が必要となるとともに、太陽電池のメンテナンスが大きな負荷となる。さらに、風力発電においては、大型のものや、十分な風力を得られない場合には、発電を行なえないものが多い。このため、風力発電設備は風の強い場所に建設されるものである。しかし、風の強い場所においては培養の条件には適さないものである。風の強い場所に風力発電設備を建設し、そこから培養設備に電力を供給する場合には、電力設備を含めて培養設備が大規模なものとなり、立地条件等が問題となる。また、送電にかかる電力損失も問題となる。
そして、コケでは、十分な二酸化炭素の固定能力が得られないものであり、培養後の用途も限られるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  そこで、本発明は、小型軽量で放熱性に優れ、発電出力の増加が容易なインナーロータ型コアレス発電機を利用するものであり、二酸化炭素を固定するものとして、ユーグレナ藻を用いるものである。
発電機としては、回転軸に直交して回転軸とともに回転する円盤上に永久磁石を配設した回転子と、回転軸に直交して回転子と平行に配設されるコイルを有する電機子とを交互に配設した、インナーロータ型コアレス発電機を用いるものである。このような発電機を用いることにより、発電機の径を大きくすることなく、回転軸方向への回転子と電機子の配設数を増大させることにより、発電容量を増大できるものである。回転する部位の径を小さくできるので、回転モーメントを減少させ、小さなトルクでも発電機を回転させることができる。また、成形精度のむらも影響し難い構成となる。
このような発電機を、風力発電の発電機とすることにより、弱い風を用いても発電を行なうことが出来、動植物の培養に適した環境においても十分な発電を行なうことができるものである。【０００５】  また、二酸化炭素固定媒体として、ユーグレナ藻を用いるものである。ユーグレナ藻は、単細胞性か群体性であり、植物と動物の中間的な生物であり、淡水域、汽水域、内湾の海水域に広く生息する。ユーグレナ藻は、細胞の前端部に長い鞭毛を有し、この鞭毛を、弧を描くように、動かして細胞に推進力を与える。鞭毛基部には感光部があり、走光性のある種ではここで光受容が行われる。
ユーグレナ藻の貯蔵物質はパラミロンと呼ばれるβ１，３−グルカンの多糖である。パラミロンは時に細胞の乾燥重量の５０％に達する。近年、サプリメントとしてβグルカンが利用されるようになっている。【０００６】  本発明の二酸化炭素固定システムにおいては、ユーグレナ藻と、該ユーグレナ藻を培養する培養槽と、該培養槽を制御する制御装置と、該制御装置に接続された通信装置と、該制御装置および通信装置に電力を供給する電力供給装置とより二酸化炭素固定システムを構成するものであり、前記の電力供給装置が、風力発電機と太陽光発電機とを有するものであり、前記の風力発電機が、風力により回転する回転軸と、該回転軸に直交して回転軸とともに回転し、永久磁石を配設した円盤により構成される回転子と、前記回転軸に直交して前記回転子と平行に配設されるコイルを有する電機子と、を交互に配設した発電機である。
【発明の効果】
【０００７】  このような二酸化炭素固定システムを構成することにより、外部の電力供給に頼らない、独立した二酸化炭素固定システムを構成可能であり、二酸化炭素固定要素であるユーグレナの生育特定に適した場所において、独立した二酸化炭素固定システムを構成できる。
また、この二酸化炭素固定システムが、独立したエネルギー供給源として、災害時などにおいても利用可能であり、さらには、二酸化炭素固定要素であるユーグレナを食物供給源として利用可能である場合には、完全に独立したエネルギーおよび食料供給源として、利用可能であり、災害時におけるライフラインが断絶した地域においても、エネルギーと食料の供給が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】  本発明は、上記に示すごとく、二酸化炭素の固定源として用いるものの生態環境に適した発電機を用いて、当該二酸化炭素の固定源の育成を行い、二酸化炭素の効率的な固定を、行なうものである。そこで、特に、二酸化炭素の固定にユーグレナ藻類を用いるものであり、発電容量に対して、回転時のモーメントが小さい、インナーロータ型コアレス発電機を用いるものである。
【実施例１】
【０００９】  次に、本発明の実施例について説明する。
図１は、本発明の二酸化炭素固定装置の構成を示す模式図である。
二酸化炭素固定装置は、主に培養槽１および発電装置２とにより構成されている。培養槽１には、水が貯められており、この中において、ユーグレナ藻の繁殖が行われる。培養槽１は水深１ｍ〜２ｍのものを用いることが可能であり、攪拌能力を向上させた場合には、さらに水深を増すことも可能である。また、培養槽１に照明装置を取り付け、発電装置２よりの電力により照明を行い、日光不足を解消することも可能である。さらに、照明の点灯パターンを制御して、ユーグレナ藻の走光性を利用して、ユーグレナ藻の移動により水の攪拌もしくは対流を制御することも可能である。この場合には、攪拌設備を非可動式の照明により実現できるので、耐久性の高い設備とすることができる。【００１０】  発電装置２は、風力発電機３と太陽発電機４とにより構成されており、風力発電機３は、インナーロータ型コアレス発電機により構成されるものであり、太陽発電機４は太陽電池により構成されている。
発電装置２により発電された電力は、制御装置５において制御され、この制御装置５を介して、培養槽１への電力供給が行われる。培養槽１においては、供給された電力により、水の状態の認識および管理が行われる。水の管理としては、培養槽１内の水の攪拌や清掃、状態の認識としては、水温、ユーグレナ藻の濃度、ｐＨの測定、比重の測定、酸素濃度測定などが行われるものである。【００１１】  風が吹いている場合には、風力発電機３により発電が行われ、日光がさしている場合には、太陽発電機４により発電が行われる。そして、これらの電力が培養槽１の管理に用いられる。発電装置２により発電された電力は、制御装置５により制御されるものであり、この制御装置５に蓄電装置を接続して、電力を蓄電することも可能である。蓄電装置としては、蓄電池や、キャパシタ、あるいは、水を電気分解して水素および酸素ガスとして蓄積することも可能である。【００１２】  さらに、制御装置５には、蓄熱装置を接続することも可能である。蓄熱装置としては、熱交換器、保温槽、そして、蓄熱体により構成されるものを用いることができる。発電装置２において発生した余剰したエネルギーを蓄熱体に熱量として貯めることにより、培養槽１の温度調節を容易に行うことができ、余剰したエネルギーを効率的に利用できる。保温槽内に蓄熱体を配置して、この蓄熱体を熱交換器により加熱もしくは冷却して、蓄熱体を加熱源もしくは冷却源とすることができる。なお、熱交換器には発電装置２もしくは蓄電装置より、電力が供給され、蓄熱体の加熱もしくは冷却を行うものである。蓄熱体としては、エチレングリコールなどの液体あるいは水や、パラフィンなど相変化するもの、もしくは金属や石の固体、さらには、これらを組み合わせたものを適宜利用できる。【００１３】  次に、図２を用いて、発電装置２と制御装置５の構成について説明する。
図２は、発電装置と制御装置の構成を示す模式図である。
制御装置５には、複数の風力発電機３、および太陽電池発電機４が接続されており、この制御装置５において発電機よりの電力は、変圧変調され、利用しやすい電力として調節される。制御装置５はコントローラ５１と、パワーコンディショナ５２と、補助電源装置５３と、配電盤５４と、買電メーター５５と、売電メーター５６と、逆潮流防止回路５７とにより構成されている。
コントローラ５１には、風車制御部と、昇圧回路と、保護回路とが含まれるものであり、風車制御部は風車にかかるトルク制御などを行うものであり、昇圧回路は風力発電された電力の電圧を上げるものである。保護回路は、風車に過剰な風力が与えられた場合に風車の負荷を軽減して、風車を破損より保護するものである。また、過剰な電力よりコントローラ５１を保護しても良い。
パワーコンディショナ５２は、ＤＣ／ＡＣ変換部と、制御回路と、保護回路とを有するものであり、ＤＣ／ＡＣ変換部は直流を交流に変換するものであり、制御回路はこのＤＣ／ＡＣ変換部の制御および、パワーコンディショナ５２に供給される電力および出力される電力の制御を行うものである。また、保護回路はパワーコンディショナ５２を電気的に保護する回路である。
補助電源装置５３は、風力発電機３および太陽発電機４の電力では、不足が生じる場合に、不足分の電力を補助する装置である。
配電盤５４には、電灯などの負荷５８が接続されるものであり、パワーコンディショナ５２よりの電力を負荷５８に供給するものである。配電盤５４には、買電メーター５５と、売電メーター５６とが接続されており、不足する電力を商用電源より購入可能であり、過剰な電力を販売することも可能である。なお、売電メーター５６は、逆潮流防止回路５７を介して商用電源に接続されるので、売電経路より商用電源よりの電力流入が防がれる。
このように、制御装置５に商用電源を接続することにより、発電装置２の故障時においても、培養槽１への安定した電力供給が可能である。【００１４】  また、制御装置５には、通信装置を接続して、遠隔地への発電装置２の状態や、培養槽１の状態の送信や、制御についての受信を行うことが可能であり、遠隔地より、培養槽１を管理可能である。また、災害時においては、培養槽１の管理よりの、電力供給を優先し、被災地域への電力供給源として利用することも可能である。【００１５】  このように、ユーグレナ藻を培養する設備への電力供給を、独立した電力供給装置により行うことにより、ユーグレナ藻を培養する設備を発電設備、非常時の電極供給源としても利用することが可能であり、電力資源の分散を容易に行うことができる。
また、培養されたユーグレナ藻は、その高い栄養価から、サプリメントとしての利用も進んでいるものである。【００１６】  この他の実施例として、培養槽間をパイプにより接続し、培養槽間においてユーグレナ藻を循環させることによる、培養槽間におけるユーグレナ藻の培養のばらつきを解消して、複数の培養槽を１つの大きな培養槽として利用することが可能である。これにより、各槽における急激な水温やｐＨ変化を緩衝しやすくなり、安定した培養が可能となる。【００１７】  また、ユーグレナ藻の窒素およびリンの吸収能力を利用して、培養槽に河川の水を導入し、ユーグレナ藻に窒素分およびリンを吸収させ、河川の富栄養化を抑制することも可能である。
さらに、培養槽に工場などの排気を導入して、排気に含まれる二酸化炭素をユーグレナ藻に吸収させることができる。ユーグレナ藻は、適用できる環境条件が広く、工場排気を導入する場合においても、十分培養可能である。なお、導入される排気に対して、培養槽の水量を十分に確保するものである。【００１８】  ここに工場でエネルギー使用による二酸化炭素排出量を簡便計算式で表す。
一般電気事業者の電気エネルギー量は、５０００Ｍｗｈ／年であり、
重油が、１ｋｗｈあたり、６２４ｇの二酸化炭素を発生すると、
年間３１２０ｔの二酸化炭素が排出される。
これをジュールに換算すると、４９８５０ＧＪ／年となる。これを、エネルギー起源のＣＯ２排出量に換算すると、３６６０ｔ／年となる。１日に換算すれば、約８．５ｔが排出されることとなる。
ユーグレナ１ｇはＣＯ２１ｇを固定化できるので、約８．５ｔのユーグレナにより、一般電気事業者の排出する二酸化炭素を固定化できるものである。
このように、ユーグレナを利用することにより、一般電気事業者より排出される二酸化炭素を十分に固定化することができるものである。【００１９】  図３は、排煙に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素固定装置に導入する構成を示す模式図である。
本発明は、発電所や、焼却施設などの排煙に含まれる二酸化炭素をユーグレナ藻の培養槽に導入することにより、二酸化炭素の固定を行うものである。
発電所や、焼却施設などの排煙排出設備１００の煙突１０１の側部に、配管１０２を接続し、煙突１０１より排出される排煙の一部もしくは全部を、排煙チャンバー１０３内に導入する。この排煙チャンバー１０３は、排煙の冷却や脱硫を行うものであり、培養槽１に排煙を導入できるように、排煙の条件を調節するものである。また、排煙チャンバー１０３を一定量ため、二酸化炭素固定装置に適宜、排煙を供給することができる。
排煙チャンバー１０３には、配管１０４が接続されており、この配管１０４により、培養槽１内に排煙が導入される。排煙の導入の際には、エアレーターなどの装置を用いて、培養槽１内に、細かい気泡状態で排煙を導入することができる。これにより、培養槽１内への二酸化炭素の溶解を促進し、ユーグレナ藻による二酸化炭素の固定を促進できる。【００２０】  図４は、排煙に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素固定装置に導入する他の構成を示す模式図である。
排煙に含まれる二酸化炭素をユーグレナ藻により固定する構成の他の例について説明する。
図４（ａ）は培養槽を閉じて、加圧状態で二酸化炭素を培養槽の水の中に取り込むものである。図４（ａ）に示す構成において、排煙チャンバー１０３において、排煙の冷却、脱硫などの培養槽１に導入するための調整が行なわれる。そして、調整された排煙は、ポンプ１０３ｂにより培養槽１に送られる。
培養槽１は閉じた耐圧式の容器により構成されており、一定量の水が満たされており、水中にはユーグレナ藻が培養されている。この培養槽１には、排煙が加圧状態で送り込まれることとなり、二酸化炭素の水への溶解量が増し、効率的に二酸化炭素の固定を行うことができる。加圧としては、常圧より高い圧力とすることにより、二酸化炭素の溶解量を向上させるものであり、特に限定されるものではない。加圧時の安定性を考慮して、６ｋｇｆ／ｃｍ２とすることにより、安定的な操作を行なうことがでる。また、加圧槽自体がさらに大きな圧力に対応可能であれば、より高い圧力とすることも可能である。
培養槽１において、圧力を加えることにより、ユーグレナ藻が接する二酸化炭素の濃度および酸素濃度を増大させて、ユーグレナ藻の活性化を図り、二酸化炭素の固定量を増大させることも可能である。
なお、培養槽１の上部の蓋は、透明な光を透過させるものを用いることが可能であるとともに、培養槽１に照明装置を配設して、風力や太陽光による発電により、培養槽１内に光りを供給することも可能である。【００２１】  図４（ｂ）は培養槽の前段に接触塔を設けて、ユーグレナ藻と二酸化炭素との接触量を増大させるものである。図４（ｂ）に示す構成において、排煙チャンバー１０３において、排煙の冷却、脱硫などの導入するための調整が行なわれる。そして、調整された排煙は、接触塔１０５に導入される。接触塔１０５では、ユーグレナ藻を含む培養槽１の水が、配管１０６により、接触塔１０５上部に供給される。そして、散布される。接触塔１０５内には、多段のトラップが配設されており、このトラップの底面には、水を下に逃がす孔が多数設けられている。このトラップにより、接触塔１０５に供給された水は、一定時間の間、接触塔１０５内において、水滴状態で移動する。接触塔１０５には排煙に含まれる二酸化炭素が供給されており、水滴と二酸化炭素の接触量を大きくし、水滴に溶解することなる。水滴中にはユーグレナ藻が含まれるので、ユーグレナ藻に二酸化炭素を供給することとなる。接触塔１０５において、十分に二酸化炭素を吸収した水は、再び培養槽１に戻される。なお、接触塔１０５内に、日光を供給したり、照明装置により光りを供給したり、することにより、接触塔１０５における二酸化炭素の固定化を促進することも可能である。【００２２】  次に、本発明に用いる風力発電機の発電部の構成について説明する。
図５は風力発電機の発電部の構成をしめす断面図である。
風車に接続する軸２１は、ハウジング２５・２５によりその端部を、軸受けを介して、支持されている。ハウジング２５・２５間には接続ハウジング２６が配置される。
軸２１には、永久磁石２３が周部に固定された円盤２２が取り付けられており、円盤２２は、軸２１と一体的に回転する。軸２１にはスプライン溝が設けられており、円盤２２の中心部がこの溝に嵌りこんでいる。そして、円盤２２の永久磁石２３の対向位置には、接続ハウジング２６に固定されたコイル２４が設けられている。コイル２４は、永久磁石２３の回転軌跡に沿って配置されるものである。
これにより、軸２１の回転とともに、円盤２２が回転し、永久磁石２３がコイル２４に対して移動することにより、発電される。円盤２２とコイル２４は、接続ハウジング２６をハウジング２５・２５間に設けることにより、発電容量に応じて増設することができる。これにより、大きな発電容量を持つものでも、軸からのモーメントの増大を抑えた構成とすることができ、わずかな風でも発電できる風力発電機を構成できる。【００２３】  次に、図６を用いて密閉式の二酸化炭素固定装置の構成について説明する。
密閉式二酸化炭素固定装置２０１は、気密性を保つ隔壁２０２と、この隔壁２０２内に配設される培養槽２０３と、照明２０４とにより構成されている。隔壁２０２内において、培養槽２０３と、照明２０４とは、構造物の同一階層においてそれぞれ配設され、照明２０４により培養槽２０３に光エネルギーを供給するものである。このように、照明２０４により培養槽２０３に光エネルギーを供給することにより、天候に左右されない二酸化炭素の固定を行なうことができる。
培養槽２０３は槽の深さが約１ｍであり、この培養槽２０３内に槽の約半分ほどのふかさまで培養液が入れられている。培養槽２０３には攪拌装置が取付けられており、培養槽２０３内の培養液を攪拌する。照明２０４は、培養槽２０３内のユーグレナの光合成に効率的な照明を用いるものであり、植物灯などを利用することができる。
培養槽２０３と、照明２０４とが配設される各層もしくは部屋には、配管２０６が接続されており、この配管２０６により、接続部２０５を介して二酸化炭素もしくは二酸化炭素を含むガスが供給される。
密閉式二酸化炭素固定装置２０１内に供給された二酸化炭素は、培養槽２０３内のユーグレナにより消費されるものである。なお、照明２０４には、密閉式二酸化炭素固定装置２０１に隣接して設けられる発電装置２より電力が供給され、培養槽２０の攪拌もこの発電装置２よりの電力により行なうことができる。
なお、培養槽２０３を配置する多層の構造物において、構造物自体の気密性を保つことにより、隔壁２０２を省略することも可能である。
二酸化炭素の供給源としては、移動式の二酸化炭素配送手段２１０を利用することができる。二酸化炭素配送手段２１０は、タンクローリーなどの、二酸化炭素を貯蔵するタンクを有し、移動可能なものであり、このタンク内に二酸化炭素が気体、液体、もしくは固体状態で貯蔵されるものである。【００２４】  二酸化炭素配送手段２１０は、工場などの煙突２２１に設けた取出し部２２２より、排気ガスを取出し、タンク内に貯蔵する。二酸化炭素を含むガスの二酸化炭素配送手段２１０への供給は、ポンプなどを利用して行なうことができる。なお、ポンプは、二酸化炭素配送手段２１０に取付けることも可能である。また、二酸化炭素を含むガスの取出しとしては、脱硫装置２２３の下流側において、取出すことも可能である。この場合、脱硫装置２２３に取出し部２２４を設け、この取出し部２２４より脱硫された後の二酸化炭素を含むガスを取得可能である。
さらには、工場などに、二酸化炭素貯蔵設備を設け、この二酸化炭素貯蔵設備に二酸化炭素もしくは二酸化炭素を含むガスを一時的に貯蔵し、二酸化炭素配送手段２１０により密閉式二酸化炭素固定装置２０１に配送することも可能である。このように、二酸化炭素配送手段２１０が二酸化炭素の排出源である工場などより二酸化炭素を回収することにより、効率的に二酸化炭素の回収および固定化が可能となる。
このように、閉じた系において、二酸化炭素の固定を行なうことにより、二酸化炭素の固定量を定量化でき、処理効率を認識しやすくなるものである。また、外の系に与える影響が少なくなる。また、発電装置２として風力と太陽電池を用いるものを利用することにより、更なる二酸化炭素の排出を招くことなく、二酸化炭素の固定を効率的に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】  本発明の二酸化炭素固定装置の構成を示す模式図。
【図２】  発電装置と制御装置の構成を示す模式図。
【図３】  排煙に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素固定装置に導入する構成を示す模式図。
【図４】  排煙に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素固定装置に導入する他の構成を示す模式図。
【図５】  風力発電機の発電部の構成をしめす断面図。
【図６】  密閉式の二酸化炭素の処理構成を示す模式図。
【符号の説明】
【００２６】  １    培養槽
２    発電装置
３    風力発電機
４    太陽発電機
５    制御装置
【図１】
2009028028.tif 000003
【図２】
2009028028.tif 000004
【図３】
2009028028.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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