藻類エネルギー～CO2排出50%削減を目指すフロンティア～

平成23年11月12日
筑波大学 渡邉信藻類バイオマス技術開発プロジェクト＜各種作物・微細藻類のオイル生産能の比較（Chisti 2007を改変）＞
作物・藻類

オイル生産量L/ha/年

世界の石油需要を満たすのに必要な面積（100万ha）

地球上の耕作面積に対地球上耕作面積に対する割合（%）

とうもろこし172

28,3431430.0綿花

325

15,002

756.9

大豆

446

10,932

551.6

カノーラ

1,190

4,097

206.7

ヤトロファ

1,892

2,577

130.0

ココナッツ

2 689
2,689

1 813
1,813

91 491.4

パーム

5,950

819

41.3

微細藻類(1)

136,900

36

1.8

微細藻類(2)58,700834.2

注意：微細藻類(1)はバイオマス*1（乾燥重量）の70%がオイルの種培養株*1（乾燥重量）の30%がオイルの種あるいは培養株
微細藻類( )はバイオ
微細藻類(2)はバイオマス（乾燥重量）%がオイ
種ある は培養株

藻類のオイル生産効率は植物よりも10倍～数百倍高い

3

現状と課題3 微細藻類バイオ燃料の開発動向
国内外において、急激な油価上昇や、気候変動リスクの高まりから、2000
国内外において急激な油価上昇や 気候変動リスクの高まりから 2000
年代になって、食糧と競合しない微細藻類燃料開発が急進展している。
特に米国は、微細藻類ベンチャー企業とエネルギー関連企業が組む等して、政府から多額の資金援助を受けながら実証レベルの開発段階に至っている。
海外の動向
米国では、国家事業としての位置づけによる政策支援・事業支援策が実施されている。
 米エネルギー省（DOE）は2009年より大学、企業で構成する「藻コンソーシアム」に5000万ドル（約45億円）を拠出。2010年には「National Algal Biofuels
Technology Roadmap」を作成・発表
 2009年より世界最大手の石油会社、米エクソンモービルが、藻に関する研究開発に6億ドル（約540億円）を超える投資を実施。
 2011年8月にエネルギー省、海軍、農業省はDrop-in fuel（そのままで燃料として使えるオイル）の開発に今後3年間で5億1千ドル（約400億円）を投資すると発表
このほか、オーストラリア、イスラエル、中国、インド、インドネシア、韓国など世界各地で微細藻類の研究開発・実証が行われている。

世界的にも、次世代バイオ燃料の原料として「藻類」が注目されている
4微細藻類のオイル生産量
微細藻類の種
Botryococcus braunii
Chlorella sp.
CryptothecodiniumC
yptot ecodi iu cohnii
co ii
Cylidrotheca sp.
Dunaliella primolecta
Isochrysis sp.
sp
Monallanthus salina
Nannochloris sp.
sp
Nannochloropsis sp.
Neochloris oleoabundans
Nitzschia sp.
Phaeodactylum
tricornutum
h dli
Schizochytrium sp.
Tetraselmis suieia

Chisti 2007

オイル含量 (% dry wt)
25-75
28-3220016-372325-33>2020-35
31 68
31-6835-5445-47
20-30
20 30
50-77
15-23

ほとんどの藻類：トリグリセリドを蓄積
トリグリセリド はメチルエステル化され、脂肪酸メチルエステル(FAMEs)として燃料に利用
FAMEs: 酸化されやすい,FAME
酸化されやすNO
NOxの放出、低温放出 低温
凝固、 問題を克服する とが必要
凝固、の問題を克服することが必要
ターゲット: 炭化水素産生藻類. 石油成分は炭化水素で、既存のインフラが活用（Dropin fuel)in-fuel)
炭化水素産生藻類: Botryococcus andAurantiochytrium

筑波大学での取り組み そのボトリオコッカス（Botryococcus）
淡水に生息する藻類
緑～赤色で30-500
緑
赤色で30 500 μmのμmのコロニーを形成を形成
二酸化炭素を固定し、炭化水素を生産
炭化水素は石油の代替となり得る
細胞内及び、コロニー内部に炭化水素を蓄積（乾燥重量の20-75％）
30 mBotryococcusの生産する炭化水素の例（重油の一種）
C25H48
C30H56C40H78

藻類バイオマスファーム構想（⼤量培養への道）
技術開発のための取組み
野外大量培養技術の確立＊休耕⽥・耕作放棄地を利⽤した試験プラント実験による課題の抽出と解決策の提⽰＊⽔処理プロセスへ組み⼊れ
2.52.0
藻体濃度度(FL-dw g/L)

ボトリオコッカスの屋外⼤量培養システムの構築
培地作成経費を1/30へ 種培養の容器コストを1/10へ

1.5
1.00.50.0010L培養

ソフトタンク培養

102030L培養

3040
day

5060

70

80

20g/m2/⽇ バイオマス
10g/m2/⽇ 炭化⽔素

⽶国における実⽤化のメド

300Lドーム培養

チューブリアクタ
12Ｌｘ40本

パイプリアクタ
120Ｌｘ16本

0.5トンスケール

2トンスケール

プールでのプラスチック
バック⼤規模培養システ
ム

100トンスケール

さらなる大規模な実証を総合戦
略特
略特区によって実施予定
10

0.5トン リアクター

11

2トン リアクター

12

さらにスケールアップした実験が必要!
2011 42011.4〜
100トンスケ ル 展開
100トンスケールへ展開
藻類⼤規模培養プラント（25m プール）竣⼯ (2011年3⽉）

現在の炭化⽔素⽣産効率・・・100トン／ha／年
⽬標：⽣産効率の⼀桁増進（1,000トン／ha／年）

13
現在の⽯油とほぼ同じ価格での供給が可能にオーランチオキトリウム（Aurantiochytrium）

技術開発のための取組み

優れたオイル産生能をもつ微細藻類の探索及び潜在力を強化する技術＊炭化⽔素を産⽣し、ボトリオコッカスと補完的な機能をもつ藻類培養株の確保＊炭化⽔素を産⽣しボトリオコッカスと補完的な機能をもつ藻類培養株の確保＊突然変異や遺伝⼦組み換えによる品種改良技術

優れたオイル産⽣能をもつ微細藻類の発⾒

平成22年12月14日（火）朝日新聞（夕刊）オーランチオキトリウムは高価値炭化水素スクアレンを乾燥重量あたり約20%合成でボトリオコッカスのボトリオコッカスの11/3
オーランチオキトリウムの倍加時間は2時間でボトリオコッカス（倍加時間3日）の36倍14藻類バイオマスファーム構想（オーランチオキトリウム）
⾼価値の炭化⽔素（スクアレン）⽣産能を有する従属栄養藻類
オーランチオキトリウムをマングローブ林より150株単離

採集地：マングローブ林

aNile Red染⾊
⻩⾊が中性脂質、⾚⾊がリン脂質などの極⻩⾊が中性脂質
⾚⾊がリン脂質などの極性脂質とされる固体培地での培養

15

藻類バイオマスファーム構想（オーランチオキトリウム）
炭化⽔素濃度は20%／乾燥重量

オーランチオキトリウムの増殖速オ
ランチオキトリウムの増殖速度8bbiomass(g/litter)

765

a432

倍加時間は２時間と増殖速度がきわめて速い

1002468

10time (days)
増殖曲線 25℃

スクアレン (squalene) C30H50

12b14a: A. sp. 18W-13ab: ナイルレッドで染⾊
炭化⽔素が⻩⾊に蛍光

健康⾷品（サプリメント）、化粧品などに利⽤

16従属栄養性 光合成は⾏わず 有機物を分解してオイルを⽣産する
従属栄養性：光合成は⾏わず、有機物を分解してオイルを⽣産する
ボトリオコックスと栄養様式で補完的！

18w-13aの4～12日目のバイオマス量とスクアレンの含量
4日目がバイオマス量、スクアレン含量の双方で最も高く、スクアレン濃度はバイオマスあたりで20%、収量は約1.3g/Lとなる。

Day after Biomass Totaliinoculatio
l tig/L/L
Lipid
Li
idng/L
4 days
6.5
3.90

Squalene Squ.% in/LBi
Biomassg/L
1.29

20

8 days

55
5.5

1 53
1.53

1 04
1.04

19

12 days

5.2

1.29

0.89

17

Medium:2% Glu,Glu proteose-peptone 1% and yeast extract 00.5%5%
Condition: 25℃, 100 rpm.

オーランチオキトリウムは高価値炭化水素スク
オ ランチオキトリウムは高価値炭化水素スク
アレンを乾燥重量あたり約20%合成でボトリオの1/3
オーランチオキトリウムの倍加時間は炭化水
オ ランチオキトリウムの倍加時間は炭化水
素生産効率の高い25℃で3時間：ボトリオ（倍加時間は25℃で6日）の48倍48/3で16倍のオイル生産効率となる
48/3で16倍のオイル生産効率となる。
4日間で 1.3 g/L (1.3kg/m3) のオイル量がとれるので、深さ1.5mでのオイルの日生産量は485g/m2とボトリオコッカス(10g/m2)の48.5倍と)の48 5倍となる。

2011年5月、藻類バイオマスが生産した炭化水素を混合燃料として、トラクターでの実証運転に成功（揮発油等の品質の確保等に関する法律の上限である３％混合燃料を利用）

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バイオマスの展開可能性（スクアレン）
スクアレン

C30H50ステロール合成の前駆物質

T it
Triterpeneに属するに属する
ステロール

健康サプリメント
深海サメ（絶滅危惧種）

スッキリや健康をサポート

医薬部外品
抗酸化作用、 鎮痛作用
免疫促進作用 殺菌作用
免疫促進作用、殺菌作用
浸透作用、細胞賦活作用
保湿効果

はだあれ、にきび、しもやけ等治癒

インフルエンザワクチン
ワクチン効果を増進

化粧品
美肌効果

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筑波大学での取り組み その３
ハイブリッドシステムで炭化水素生産
イブリッドシステムで炭化水素生産
ボトリオコッカスとオーランチオキトリウムのハイブリッドで、CO2の吸収と廃水処理を行いながら 生産された炭化水素を燃料として利用する循環システムを構築する
を行いながら、生産された炭化水素を燃料として利用する循環システムを構築する。
 例えば、バス燃料とすることにより、高齢者・子どもとその家族、高台からの通勤者などへの移動手段として、新エネルギーを暮らしに還元し、住みやすい社会を実現する (エコモデルタウン）。
 自動車用燃料、船舶用燃料としての利用可能性については、地元関係機関や企業の協力を得て、実証を進め、世界へ発信する。
行政、企業、市行政
企業 市民、ＮＰＯ等の協力により、地域資源を最大限活用

バス

トラクター

漁船
新エネルギーを活かしたまちづくり

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ご清聴ありがとうございました