第 75 回日本生物工学会大会 Topics of 2023
第 75 回日本生物工学会大会 Topics of 2023

ケイ酸カルシウム水和物を利用した微細藻類の増殖促進技術の開発
佑果 1・和賀 健太郎 1、花田 晶子 2、春日 友明 2、明戸 剛 2、横井

吉野 知子 1、新垣 篤史 1、田中 剛 1*1

東京農工大学大学院 工学府 生命工学専攻，2 太平洋セメント株式会社〒184-8588

小金井市中町

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微細藻類は CO2 固定能が高く、大気中の CO2 の直接回収 (Direct Air capture: DAC)への利用が期待されている。
しかし、微細藻類の DAC においては、培地への CO2 溶解速度が炭素固定の律速となっており、CO2 溶解促進技術が求められている。本研究では、ケイ酸カルシウム水和物 (CSH)を培地へ CO2 溶解を促進する資材として利用し、微細藻類培養における増殖促進効果の評価を行った。大気条件下の円石藻及び珪藻培養において CSH による増殖促進が確認され、今後の微細藻類を用いた CO2 回収における CSH の利用が期待される。
これまで、培地中への CO2 溶解を促進する目的で、
1. はじ め に重炭酸塩や炭酸脱水酵素を用いた微細藻類培養が行われている 5,6)。しかしながら、資材のコストや藻類への化石燃料の使用量の増加に伴い大気中への CO2 の排出量が増加しており、大気中の CO2 を直接回収する技
毒性の影響が懸念されている 6,7)。よって、微細藻類を術、DAC 技術の開発が進められている。DAC 技術は用いた CO2 回収技術の実用化に向けては、低コストかつ細胞毒性のない効率的な CO2 溶解促進法が求められCO2 のマイナスの排出を目指す、ネガティブエミッシ
ョンを可能にする技術である 1,2)。パリ協定で定められる。
我々は無機化合物資材であるケイ酸カルシウム水和た、気温上昇を 1.5°C 以下に抑えるという目標達成に物 (calcium silicate hydrate: CSH)に着目した。CSH はコ
は、ネガティブエミッション技術が必要とされている
3)
ンクリート等に含まれる物質であり、資源量が豊富な。その主な手法として、アルカリ性水溶液等を用いた石灰石や珪石を主原料に水和や水熱反応により比較的化学吸収が用いられている。ただし、大気中の CO2 濃安価に製造が可能である。また、培地に添加すること度が薄く回収のエネルギーコストが高いことから 4)、で培地 pH を弱アルカリ性に保持する性質を持つ 8)。
光合成を利用した生物学的な DAC の利用が注目されている 3)。そのなかで、微細藻類は、陸上植物と比較よって、CSH の培地への添加により、培地中の CO2 溶して 10 倍以上の高い CO2 固定能を示すことから、炭解量が増加し、微細藻類の増殖が促進されることが期待される。本研究では、種々の微細藻類において CSH素貯留のための生物ホストとしての利用が期待されて添加による細胞増殖の評価を行い、微細藻類の増殖促いる。しかし、微細藻類を用いた大気中 CO2 の回収は、進技術の確立を目指した。
培地中への CO2 溶解が律速となっている 4)。

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微細藻類として、円石藻、海洋珪藻及び多糖高生産株して分離された緑藻 9)の 3 種類を用いた。培地はそれぞれ ESM 培地、f/2 培地及び IMK 培地を用いた。顆
粒状の CSH (図 1)を 1 g/l添加した培地を用い、通気条件下で各藻類の培養を行った。温度及び光量子束密度は、各藻類に至適な条件で行った。藻類存在下と非存在下の培地において pH 及び炭酸濃度を測定し、CSH の CO2溶解促進効果を評価した。また、細胞濃度及びバイオマス濃度を測定
図 1 ケイ酸カルシウ
し、CSH の増殖促進効果
ム水和物(CSH)。
を評価した。ては、CSH 添加によって最終藻体濃度は無添加条件と比較して 1.8 倍の増加が示された。また、緑藻培養においては、富栄養条件では、約 2 倍に増殖促進効果が示されたが、大気通気及び貧栄養条件下での培養においては、明確な効果は確認できなかった。このことから、CSH による増殖促進効果は藻類の炭酸要求性の違いにより異なることが示唆された。以上の結果から、
CSH を利用した培地中への CO2 溶解促進により、多様な微細藻類の増殖促進へ応用できることを確認できた。
0.7
Biomass concentration (g/l)

2 . 材料 ・ 方法

0.4
0.30.20.10

CSH を添加した ESM 培地、f/2 培地及び IMK 培地
において、それぞれ pH の増加が確認された。また、
CSH を添加した各培地の炭酸濃度をモニタリングしたところ、通気下で 4～6 日目以降に飽和に達した。さらに、CSH を添加した培地中の炭酸濃度は、非添加培地と比較して、ESM 培地で約 1.3 倍 (図 2)、f/2 培地で約 1.5 倍、IMK 培地で 1.7 倍に増加した。以上のことから、CSH の培地への炭酸濃縮効果が確認され、微細藻類培養の生育向上への利用性が示唆された。

Carbonic acid (mg/l)

0.503 . 結果 と 考察

200-CSH+CSH

0.6-CSH+CSH

150

2

4 6 8 10 12Time (days)

図 3 通気条件下の円石藻培養における CSH の効果。

4.今後 の 展 望
本研究では、培地へ CO2 溶解を促進するケイ酸カルシウム水和物 (CSH)を微細藻類培養へ応用することで、DAC へ応用可能な増殖促進技術を確立した。本研
究は、CO2 の培地への低い溶解性による微細藻類の炭素固定の制限に対する、新たな解決手法を提供するものである。今後、CSH 添加量や培養条件の検討によりCO2 供給量の最適化を行い、細胞増殖促進効果を最大化することで、さらなる CO2 固定量の向上が期待される。

文献

1005000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Time (days)

図 2 通気条件下の ESM 培地における炭酸濃度の推移。
続いて、CSH を添加した培地を用いて、微細藻類の培養試験を行った。その結果、通気下での ESM 培地を用いた円石藻培養において、培養 13 日目における藻体濃度は 0.58 g/L に到達し、CSH 非添加培地と比較して、1.7 倍の向上が確認された (図 3)。珪藻培養におい[1] Kato, E., Kurosawa, A.: Sustain. Sci., 16, 463-475(2021)[2] Yang, D., et al.: Int. J. Greenhouse. Gas. Control., 111,103473 (2021)[3] Zhou, W., et al.:Renew. Sustain. Energy. Rev., 76, 11631175 (2017)[4] Christian, B., et al.:Cell., 3, 2053–2065 (2019)[5] Zhu, C., et al.: J. CO2. Util., 37, 320-327 (2020)[6] Xu, X,. et al.: ACS. Sustain. Chem. Eng., 9, 9698-9706(2021)[7] Costa, J.A.V., De Morais, M.G.: Bioresour. Technol.
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